[#BelajarDiRumah] Materi Kimia : Hidrolisis Garam, Larutan Penyangga (Buffer), dan Sistem Koloid (+ Video Pembelajaran)

Di antara Senyawa Oksida, ada yang disebut Oksida Indiferen, yaitu Oksida yang tidak dapat membentuk Asam maupun Basa, misalnya CO dan NO. Selain itu, ada juga oksida amfoter. Amfoter itu dapat bereaksi dengan Ion Asam (H⁺) dan Ion Basa (OH^-). Contoh oksida amfoter adalah Al₂O₃ dan ZnO.

Ketika suatu Asam bereaksi dengan suatu Basa maka akan dihasilkan Senyawa Ionik yang disebut garam. Larutan garam dapat bersifat netral, asam, ataupun basa. Hal ini dikarenakan terjadinya hidrolisis garam, yaitu Reaksi dari suatu Kation atau suatu Anion, ataupun keduanya, dengan air menghasilkan ion H+(aq) atau OH−(aq).

Secara umum, Larutan Garam yang dihasilkan dari reaksi Asam Kuat dengan Basa Kuat bersifat Netral, larutan garam yang dihasilkan dari reaksi Asam Kuat dengan Basa Lemah bersifat Asam, dan Larutan Garam yang dihasilkan dari reaksi Asam Lemah dengan Basa Kuat bersifat Basa.

• Anion-anion Basa Konjugasi dari Asam Kuat yang tidak Terhidrolisis, antara lain Cl−, Br−, I−, NO3−, dan ClO4−.
• Kation-kation dari Basa Kuat yang tidak Terhidrolisis, antara lain Kation-kation Logam Golongan IA dan IIA (Li+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+), kecuali Be2+.

Jadi, Larutan Garam dari asam kuat dan basa kuat umumnya tidak mengubah perbandingan Konsentrasi H+ dan OH− dalam air. Oleh karena itu, larutannya bersifat Netral (pH = 7).

Kation-kation yang dapat terhidrolisis meliputi : 

• Kation Asam Konjugasi dari Basa Lemah, seperti NH4+, CH3NH3+, C6H5NH3+, dan C5H5NH+;
• Kation Logam dengan densitas muatan Tinggi, seperti Fe3+, Cr3+, Al3+, Cu2+, dan Ni2+.

dengan Mb = Molaritas Komponen Kation Garam yang Terhidrolisis.

Oleh karena itu, Larutan Garam dari Asam Kuat dan Basa Lemah akan meningkatkan Konsentrasi H+ (H3O+) dalam air sehingga larutannya bersifat Asam (pH < 7).

Anion-anion basa konjugasi dari asam lemah yang dapat terhidrolisis menghasilkan ion OH−, antara lain : 

CN−, NO2−, F−, PO43−, CO32−, S2−, HS−, ClO−, C2O42−, HCOO−, CH3COO−, dan C6H5COO−.

Dengan asumsi jumlah Anion A⁻ yang Terhidrolisis relatif Kecil ([A⁻]_setimbang ≈ [A⁻]_awal = M_a), sebagaimana Anion Terhidrolisis merupakan Basa Konjugasi Lemah, maka pada kondisi setimbang :

Hubungan antara nilai tetapan kesetimbangan Kh dengan nilai tetapan Ionisasi Asam Lemah HA (Ka) dan nilai tetapan Autoionisasi Air (Kw), yaitu : 

dengan Ma = Molaritas komponen Anion Garam yang Terhidrolisis.

Oleh karena itu, larutan garam dari Asam Lemah dan basa kuat akan meningkatkan konsentrasi OH− dalam air sehingga larutannya bersifat Basa (pH > 7).

Garam seperti CH3COONH4 yang dapat terbentuk dari reaksi Asam Lemah (CH3COOH) dan Basa Lemah (NH3) akan mengalami Hidrolisis Kation dan Anionnya. pH Larutan Garam demikian bergantung pada kekuatan asam relatif dari kation dan kekuatan basa relatif dari anion. Kekuatan relatif dari anion dan kation dapat ditentukan dari kekuatan relatif Asam Lemah dan Basa Lemah yang berhubungan. Dengan demikian, terdapat tiga kemungkinan kondisi keasaman larutan garam yang terbentuk dengan parameter seperti berikut.

pH larutan garam dari asam lemah dan basa lemah hanya dapat diperkirakan menggunakan rumus berikut dengan asumsi jumlah Garam yang Terhidrolisis relatif sangat kecil.

Tentukan pH larutan garam berikut dalam air : 

a. NaOCl 0,3 M
b. C6H5NH3Cl 0,2 M
c. NH4F 0,1 M

Ka(HOCl) = 2,9 × 10−8; Ka(HF) = 6,6 × 10−4; Kb(C6H5NH2) = 7,4 × 10−10; Kb(NH3) = 1,8 × 10−5

Jawab : 

a. Garam NaOCl termasuk garam dari asam lemah (HOCl) dan basa kuat (NaOH), sehingga kation Na+ tidak terhidrolisis sedangkan anion OCl− akan terhidrolisis menghasilkan larutan bersifat basa (pH > 7).

b. Garam C6H5NH3Cl termasuk garam dari asam kuat (HCl) dan basa lemah (C6H5NH2), sehingga anion Cl− tidak terhidrolisis sedangkan kation C6H5NH3+ akan terhidrolisis menghasilkan larutan bersifat asam (pH < 7).

c. Garam NH4F termasuk garam dari asam lemah (HF) dan basa lemah (NH3), sehingga kation NH4+ dan anion F− keduanya terhidrolisis. Oleh karena Ka(HF) (6,6 × 10−4) > Kb(NH3) (1,8 × 10−5), larutan garam akan bersifat asam (pH < 7).

Di dalam tubuh Makhluk Hdup juga terdapat Larutan Penyangga yang sangat berperan penting. Dalam keadaan normal, pH darah manusia yaitu 7,4. pH darah tidak boleh turun di Bawah 7,0 ataupun naik di atas 7,8 karena akan berakibat fatal bagi tubuh. pH darah dipertahankan pada 7,4 oleh larutan penyangga Karbonat-Bikarbonat (H₂CO₃/HCO₃⁻) dengan menjaga perbandingan Konsentrasi [H₂CO₃] : [HCO₃⁻] sama dengan 1 : 20. Selain itu, dalam Cairan Intra Sel juga terdapat Larutan Penyangga Dihidrogenfosfat-Monohidrogenfosfat (H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻). Larutan Penyangga H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻ juga terdapat dalam air ludah, yang berfungsi untuk menjaga pH mulut sekitar 6,8 dengan menetralisir Asam yang dihasilkan dari Fermentasi Sisa-sisa Makanan yang dapat merusak Gigi.

• Mencampurkan Asam Lemah (HA) dengan Garam Basa Konjugasinya (LA, yang dapat terionisasi menghasilkan ion A−)
• Mencampurkan suatu asam lemah dalam jumlah berlebih dengan suatu basa kuat sehingga bereaksi menghasilkan Garam Basa Konjugasi dari Asam Lemah tersebut.

Pada penambahan Asam (H+), kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri, sehingga reaksi mengarah pada pembentukan CH3COOH. Dengan kata lain, Asam yang ditambahkan akan dinetralisasi oleh Komponen Basa Konjugasi (CH3COO−).

Pada penambahan basa (OH−), kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan, yakni reaksi pembentukan CH3COO− dan H+, sebagaimana untuk mempertahankan konsentrasi ion H+ yang menjadi berkurang karena OH− yang ditambahkan bereaksi dengan H+ membentuk H2O. Dengan kata lain, Basa yang ditambahkan akan dinetralisasi oleh komponen asam lemah (CH3COOH).

Larutan Buffer Basa mempertahankan pH pada suasana Basa (pH > 7). Larutan buffer basa terdiri dari komponen basa lemah (B) dan basa konjugasinya (BH+). Larutan seperti ini dapat diperoleh dengan:

• Mencampurkan basa lemah (B) dengan garam asam konjugasinya (BHX, yang dapat terionisasi menghasilkan ion BH+)
• Mencampurkan suatu basa lemah dalam jumlah berlebih dengan suatu asam kuat sehingga bereaksi menghasilkan garam asam konjugasi dari basa lemah tersebut.

Contoh : larutan Penyangga yang mengandung NH3 dan NH4+

Dalam larutan tersebut, terdapat Kesetimbangan : 

NH3(aq) + H2O(l) ⇌ NH4+(aq) + OH−(aq)

Pada penambahan Asam (H+), kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan, yakni reaksi pembentukan NH4+ dan OH−, sebagaimana untuk mempertahankan konsentrasi ion OH− yang menjadi berkurang karena H+ yang ditambahkan bereaksi dengan OH− membentuk H2O. Dengan kata lain, Asam yang ditambahkan akan Dinetralisasi oleh komponen Basa Lemah (NH3).

Pada penambahan Basa (OH−), kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri, sehingga reaksi mengarah pada pembentukan NH3 dan air. Dengan kata lain, Basa yang ditambahkan akan Dinetralisasi oleh komponen Asam Konjugasi (NH4+).

Dalam larutan Buffer asam yang mengandung CH3COOH dan CH3COO−, terdapat kesetimbangan : 

CH3COOH(aq) ⇌ CH3COO−(aq) + H+(aq)

Setelah disusun ulang, persamaan pH larutan di atas akan menjadi persamaan larutan penyangga yang dikenal sebagai persamaan Henderson – Hasselbalch sebagaimana persamaan berikut ini : 

Jika : 

a = Jumlah Mol Asam Lemah

g = Jumlah Mol Basa Konjugasi

 V = Volume Larutan Penyangga

Dalam larutan buffer basa yang mengandung NH3 dan NH4+, terdapat kesetimbangan : 

NH3(aq) + H2O(l) ⇌ NH4+(aq) + OH−(aq)

Jika : 

b = Jumlah Mol Basa Lemah

g = Jumlah Mol Asam Konjugasi

V = Volume Larutan Penyangga

Tentukan pH larutan penyangga yang dibuat dengan mencampurkan:

a. 10 mL larutan CH3COOH 0,1 M dengan 10 mL larutan CH3COONa 1 M

b. 20 mL larutan CH3COOH 0,1 M dengan 10 mL larutan KOH 0,1 M

c. 40 mL larutan NH3 0,1 M dengan 4 mL larutan NH4Cl 0,1 M

Ka CH3COOH = 1 × 10−5; Kb NH3 = 1 × 10−5

Jawab : 

a. Larutan penyangga dengan CH3COOH sebagai asam lemah dan CH3COONa sebagai garam basa konjugasi

a = mol CH3COOH = 10 mL × 0,1 mmol/mL = 1 mmol

g = mol CH3COO− = mol CH3COONa = 10 mL × 1 mmol/mL = 10 mmol

b. 10 mL larutan basa kuat KOH 0,1 M (1 mmol KOH) akan bereaksi dengan 20 mL larutan asam lemah CH3COOH 0,1 M (2 mmol CH3COOH) menghasilkan air dan garam basa konjugasi CH3COOK.

CH3COOH(aq) + OH−(aq)  ⇌  CH3COO−(aq) + H2O(l)

c. Larutan Penyangga dengan NH3 sebagai basa lemah dan NH4Cl sebagai garam asam konjugasi

b = mol NH3 = 40 mL × 0,1 mmol/mL = 4 mmol

g = mol NH4+ = mol NH4Cl = 4 mL × 0,1 mmol/mL = 0,4 mmol

• Mekanik, yakni dengan pengadukan, pemanasan atau pendinginan;
• Menggunakan Prinsip Elektroforesis, di mana partikel-partikel koloid bermuatan negatif akan digumpalkan di elektrode positif dan Partikel-partikel Koloid bermuatan positif akan digumpalkan di elektrode negatif jika dialirkan arus listrik cukup lama;
• Menambahkan elektrolit, di mana ion positif dari elektrolit akan ditarik Partikel Koloid bermuatan Negatif dan ion Negatif dari elektrolit akan ditarik partikel koloid bermuatan positif sehingga Partikel-partikel Koloid dikelilingi oleh lapisan kedua yang memiliki muatan berlawanan dengan lapisan pertama. Apabila jarak antara kedua lapisan tersebut cukup dekat, muatan partikel koloid akan menjadi netral sehingga terjadilah koagulasi. Semakin besar muatan ion dari Elektrolit, Proses Koagulasi semakin cepat dan efektif;
• Menambahkan koloid lain dengan muatan berlawanan, di mana kedua Sistem Koloid dengan muatan berlawanan akan saling tarik-menarik dan saling mengadsorpsi sehingga terjadi Koagulasi.

Koagulasi dapat dicegah dengan Penambahan Koloid pelindung, yakni suatu Koloid yang berfungsi menstabilkan Partikel Koloid yang terdispersi dengan membungkus Partikel tersebut sehingga tidak dapat saling bergabung membentuk Gumpalan.