Larutan dapar: Perbedaan antara revisi
svg |
|||
(17 revisi perantara oleh 10 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1: | Baris 1: | ||
{{Asam dan basa}} |
{{Asam dan basa}} |
||
: ''Untuk masing-masing komponen asam atau basa lemah, lihat [[Zat pendapar]].'' |
: ''Untuk masing-masing komponen asam atau basa lemah, lihat [[Zat pendapar]].'' |
||
'''Larutan dapar''' |
'''Larutan dapar''' atau '''Larutan penyangga''' (lebih tepatnya, dapar [[pH]] atau dapar [[ion hidrogen]]) ({{lang-en|buffer solution, pH buffer, hydrogen ion buffer}}) adalah [[larutan]] yang mengandung [[campuran]] [[asam lemah]] dan [[basa konjugat]]nya, atau sebaliknya. Perubahan pH larutan ini sangat kecil, ketika [[Asam kuat|asam]] atau [[Basa|basa kuat]] ditambahkan, dalam jumlah sedikit atau sedang, ke dalam larutan dapar. Oleh karena itu, larutan ini berguna untuk mencegah perubahan pH larutan. Larutan dapar digunakan untuk mempertahankan pH pada nilai tertentu dalam berbagai aplikasi kimia. Kebanyakan bentuk kehidupan berhubungan dengan mempertahankan pH, sehingga larutan dapar digunakan untuk menjaga pH agar konstan. Secara alami, [[sistem dapar bikarbonat]] digunakan untuk mengatur pH [[darah]]. |
||
== Prinsip pendaparan (''buffering'') == |
== Prinsip pendaparan (''buffering'') == |
||
[[Berkas:Buffer_Wiki_Edit. |
[[Berkas:Buffer_Wiki_Edit.svg|jmpl|400x400px|Penambahan ion [[hidroksida]] pada campuran kesetimbangan asam lemah. HA, dan basa konjugatnya, A<sup>-</sup> ]] |
||
Larutan dapar dapat mempertahankan pH karena adanya kesetimbangan antara asam HA dan basa konjugatnya A<sup>−</sup>. |
Larutan dapar dapat mempertahankan pH karena adanya kesetimbangan antara asam HA dan basa konjugatnya A<sup>−</sup>. |
||
: HA <span contenteditable="false"><span>[[ |
: HA <span contenteditable="false"><span>[[Berkas:Equilibrium.svg|link=|alt=is in equilibrium with|15x15px]]</span></span> H<sup>+</sup> + A<sup>−</sup> |
||
Ketika sejumlah [[asam kuat]] ditambahkan ke dalam campuran kesetimbangan asam lemah dan [[ |
Ketika sejumlah [[asam kuat]] ditambahkan ke dalam campuran kesetimbangan asam lemah dan [[basa konjugat]]nya, kesetimbangan bergeser ke kiri, sesuai dengan [[prinsip Le Chatelier]]. Akibatnya, konsentrasi ion hidrogen meningkat kurang dari yang seharusnya untuk jumlah asam kuat yang ditambahkan. |
||
Sama seperti hal tersebut, jika basa kuat ditambahkan ke dalam campuran, konsentrasi ion hidrogen menurun kurang dari yang seharusnya untuk jumlah basa yang ditambahkan. Efek ini diilustrasikan dengan simulasi titrasi asam lemah dengan |
Sama seperti hal tersebut, jika basa kuat ditambahkan ke dalam campuran, konsentrasi ion hidrogen menurun kurang dari yang seharusnya untuk jumlah basa yang ditambahkan. Efek ini diilustrasikan dengan simulasi titrasi asam lemah dengan pK<sub>a</sub> = 4,7. Konsentrasi relatif asam yang tak terdisosiasi ditunjukkan sebagai biru dan basa konjugatnya sebagai merah. Perubahan pH relatif lambat pada rentang dapar, pH = pK<sub>a</sub> ± 1, berpusat pada pH = 4,7 di mana [HA] = [A<sup>−</sup>]. Konsentrasi ion hidrogen menurun kurang dari seharusnya karena sebagian besar ion hidroksida yang ditambahkan bereaksi sesuai dengan reaksi berikut |
||
: OH<sup>−</sup> + HA → H<sub>2</sub>O + A<sup>−</sup> |
: OH<sup>−</sup> + HA → H<sub>2</sub>O + A<sup>−</sup> |
||
dan hanya sedikit yang terlibat reaksi netralisasi tersebut yang menghasilkan kenaikan pH. |
dan hanya sedikit yang terlibat reaksi netralisasi tersebut yang menghasilkan kenaikan pH. |
||
: OH<sup>−</sup> + H<sup>+</sup> → H<sub>2</sub>O |
: OH<sup>−</sup> + H<sup>+</sup> → H<sub>2</sub>O |
||
Setelah asam 95% terdeprotonasi, pH meningkat tajam karena sebagian besar basa yang ditambahkan bereaksi dalam reaksi |
Setelah asam 95% terdeprotonasi, pH meningkat tajam karena sebagian besar basa yang ditambahkan bereaksi dalam reaksi netralisasi. |
||
=== Kapasitas dapar === |
=== Kapasitas dapar === |
||
Kapasitas dapar |
Kapasitas dapar (β), adalah pengukuran kuantitatif ketahanan larutan dapar terhadap perubahan pH pada penambahan asam atau basa, dan dapat didefinisikan sebagai berikut: |
||
: |
:<math>\beta = \frac{dn}{d(pH)}</math> |
||
dengan dn adalah jumlah tak hingga basa yang ditambahkan dan d( |
dengan dn adalah jumlah tak hingga basa yang ditambahkan dan d(pH) adalah perubahan tak hingga yang dinyatakan dalam [[kologaritma]] konsentrasi ion hidrogen. Berdasarkan definisi ini, kapasitas dapar asam lemah, dengan tetapan disosiasi K<sub>a</sub>, dapat dinyatakan sebagai |
||
: <math>\frac{dn}{d(pH)}=2,303\left(\frac{C_AK_a[H^+]}{\left(K_a+[H^+]\right)^2}\right)</math> |
: <math>\frac{dn}{d(pH)}=2,303\left(\frac{C_AK_a[H^+]}{\left(K_a+[H^+]\right)^2}\right)</math> |
||
dengan C<sub>A</sub> adalah konsentrasi analitik asam.<ref>{{cite book|last1=Butler|first1=J.N.|title=Ionic Equilibrium: A Mathematical Approach|date=1964|publisher=Addison-Wesley|page=151}}</ref><ref name=Hulanicki/> pH didefinisikan sebagai -log<sub>10</sub>[H<sup>+</sup>]. Kapasitas dapar |
dengan C<sub>A</sub> adalah konsentrasi analitik asam yang berada pada larutan tersebut.<ref>{{cite book|last1=Butler|first1=J.N.|title=Ionic Equilibrium: A Mathematical Approach|url=https://archive.org/details/ionicequilibrium0000butl|date=1964|publisher=Addison-Wesley|page=[https://archive.org/details/ionicequilibrium0000butl/page/151 151]}}</ref><ref name=Hulanicki/> pH didefinisikan sebagai -log<sub>10</sub>[H<sup>+</sup>]. Kapasitas dapar senyawa pendapar berada pada nilai maksimum jika p[H<sup>+</sup>] = pK<sub>a</sub>. Akan jatuh menjadi 33% dari nilai maksimumnya pada p[H<sup>+</sup>] = pK<sub>a</sub> ± 1 dan menjadi 10% pada p[H<sup>+</sup>] = pK<sub>a</sub> ± 1.5. Berdasarkan alasan ini, rentang penggunaan berkisar pK<sub>a</sub> ± 1. Kapasitas dapar bersifat proporsional terhadap konsentrasi senyawa pendapar, C<sub>A</sub>, sehingga larutan encernya memiliki kapasitas dapar rendah. |
||
Air merupakan medium pendapar, meskipun dalam ketiadaan senyawa pendapar yang ditambahkan. Kapasitas dapar dapat dinyatakan sebagai |
Air merupakan medium pendapar, meskipun dalam ketiadaan senyawa pendapar yang ditambahkan. Kapasitas dapar dapat dinyatakan sebagai |
||
: <math>\frac{dn}{d(pH)}=2.303\left([H^+]+[OH^-] \right)</math> |
: <math>\frac{dn}{d(pH)}=2.303\left([H^+]+[OH^-] \right)</math> |
||
* Pada p[H<sup>+</sup>] yang sangat rendah, konsentrasi ion hidrogen tinggi dan |
* Pada p[H<sup>+</sup>] yang sangat rendah, konsentrasi ion hidrogen tinggi dan β meningkat sesuai dengan proporsinya terhadap konsentrasi ion hidrogen; kapasitas dapar meningkat secara eksponensial terhadap pH. |
||
* Pada p[H<sup>+</sup>] yang sangat tinggi, konsentrasi ion hidroksida tinggi dan β meningkat sesuai dengan proporsinya terhadap konsentrasi ion hidroksida; kapasitas dapar meningkat secara eksponensial terhadap pH. |
* Pada p[H<sup>+</sup>] yang sangat tinggi, konsentrasi ion hidroksida tinggi dan β meningkat sesuai dengan proporsinya terhadap konsentrasi ion hidroksida; kapasitas dapar meningkat secara eksponensial terhadap pH. |
||
Sifat ini tidak bergantung pada keberadaan atau ketiadaan penambahan senyawa pendapar. Efek dan refleksi konsentrasinya merupakan fakta bahwa pH terkait dengan logaritma konsentrasi ion hidrogen |
Sifat ini tidak bergantung pada keberadaan atau ketiadaan penambahan senyawa pendapar. Efek dan refleksi konsentrasinya merupakan fakta bahwa pH terkait dengan logaritma konsentrasi ion hidrogen |
||
== Aplikasi == |
== Aplikasi == |
||
Larutan dapar diperlukan untuk mempertahankan pH |
Larutan dapar diperlukan untuk mempertahankan pH, seperti pH [[enzim]] dalam banyak mikroorganisme agar tetap berfungsi. Kebanyakan enzim hanya berfungsi pada kondisi yang sangat presisi; jika pH berubah keluar dari rentang sempitnya, enzim bekerja lambat atau berhenti total dan dapat mengalami [[denaturasi]]. Dalam banyak kasus, denaturasi dapat melumpuhkan secara permanen aktivitas katalitiknya.<ref name="Scorpio 2000">{{cite book|title=Fundamentals of Acids, Bases, Buffers & Their Application to Biochemical Systems|last=Scorpio|first=R.|year=2000|publisher=|isbn=0-7872-7374-0}}</ref> Di dalam plasma darah terdapat dapar [[asam karbonat]] (H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>) dan [[:en:Bicarbonate|bikarbonat]] (HCO<sub>3</sub><sup>−</sup>) yang berfungsi untuk mempertahankan pH darah antara 7,35 dan 7,45. |
||
Dapar [[asam karbonat]] (H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>) dan [[:en:Bicarbonate|bikarbonat]] (HCO<sub>3</sub><sup>−</sup>) terdapat dalam [[plasma darah]], untuk mempertahankan pH antara 7,35 dan 7,45. |
|||
Dalam skala industri, larutan dapar digunakan dalam proses |
Dalam skala industri, larutan dapar digunakan dalam proses [[fermentasi]] dan untuk mengatur kondisi zat warna yang tepat yang digunakan untuk mewarnai tekstil. Larutan ini juga digunakan dalam analisis kimia<ref name=Hulanicki>{{cite book|last= Hulanicki|first= A.|title= Reactions of acids and bases in analytical chemistry|publisher= Horwood|year= 1987|isbn=0-85312-330-6}} (translation editor: Mary R. Masson)</ref> dan kalibrasi pH meter. |
||
Mayoritas sampel biologi yang digunakan dalam penelitian dibuat dalam dapar, terutama |
Mayoritas sampel biologi yang digunakan dalam penelitian dibuat dalam dapar, terutama [[:en:Phosphate buffered saline|phosphate buffered saline]] (PBS) pada pH 7,4. |
||
=== Senyawa pendapar sederhana === |
=== Senyawa pendapar sederhana === |
||
Baris 64: | Baris 65: | ||
=== Campuran dapar "universal" === |
=== Campuran dapar "universal" === |
||
Dengan menggabungkan senyawa yang mempunyai perbedaan p''K''<sub>a</sub> |
Dengan menggabungkan senyawa yang mempunyai perbedaan p''K''<sub>a</sub> hanya dua atau kurang dan mengatur pH-nya, dapat diperoleh dapar dengan rentang lebar. [[Asam sitrat]] adalah komponen yang berguna pada campuran dapar karena memiliki tiga nilai p''K''<sub>a</sub>, yang terpisah dengan perbedaan kurang dari dua. Rentang dapar dapat diperlebar dengan menambahkan zat pendapar lainnya. |
||
Campuran berikut (larutan [[ |
Campuran berikut (larutan [[dapar McIlvaine]]) mempunyai rentang dapar pada pH 3 hingga 8.<ref>{{cite journal|last=McIlvaine|first=T.C.|year=1921|title=A buffer solution for colorimetric comparaison|journal=J. Biol. Chem.|volume=49|pages=183–186|url=http://www.jbc.org/content/49/1/183.full.pdf|issue=1}}</ref> |
||
: {| class="wikitable" style="text-align:center" |
: {| class="wikitable" style="text-align:center" |
||
! 0,2M Na<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub> /mL |
! 0,2M Na<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub> /mL |
||
Baris 95: | Baris 96: | ||
| style="background:#0077ff;" | 8,0 |
| style="background:#0077ff;" | 8,0 |
||
|} |
|} |
||
Campuran yang mengandung |
Campuran yang mengandung [[asam sitrat]], [[monokalium fosfat]], [[asam borat]], dan [[Barbital|asam dietil barbiturat]] dapat dibuat untuk rentang pH 2,6 hingga 12.<ref>{{cite book|title=Vogel's textbook of quantitative chemical analysis|url=https://archive.org/details/vogelstextbookof0000voge_b7c0|last=Mendham|first=J.|author2=Denny, R.C.|author3=Barnes, J.D.|author4=Thomas, M|edition=5th.|year=2000|publisher=Pearson Education|location=Harlow|isbn=0-582-22628-7}} Appendix 5</ref> |
||
Dapar universal lainnya adalah dapar Carmody<ref name=carmody>{{cite journal|last=Carmody|first=Walter R.|title=Easily prepared wide range buffer series|journal=J. Chem. Educ.|year=1961|volume=38|issue=11|pages=559–560|doi=10.1021/ed038p559|url=http://dx.doi.org/10.1021/ed038p559|bibcode = 1961JChEd..38..559C }}</ref> dan [[ |
Dapar universal lainnya adalah dapar Carmody<ref name=carmody>{{cite journal|last=Carmody|first=Walter R.|title=Easily prepared wide range buffer series|journal=J. Chem. Educ.|year=1961|volume=38|issue=11|pages=559–560|doi=10.1021/ed038p559|url=http://dx.doi.org/10.1021/ed038p559|bibcode = 1961JChEd..38..559C }}</ref> dan [[dapar Britton-Robinson]], dikembangkan pada tahun 1931. |
||
=== Senyawa dapar umum dalam biologi === |
=== Senyawa dapar umum dalam biologi === |
||
Untuk rentang efektif, lihat |
Untuk rentang efektif, lihat [[:en:Buffer solution#buffer capacity|Kapasitas dapar]], di atas. |
||
{| class="wikitable" style="text-align:center" |
{| class="wikitable" style="text-align:center" |
||
|- bgcolor="#DDDD22" |
|- bgcolor="#DDDD22" |
||
Baris 106: | Baris 107: | ||
molekul |
molekul |
||
|- |
|- |
||
| [[ |
| [[TAPS]]|| [[Berkas:TAPS.svg|200px]] || 8,43 || −0,018 || 243,3 |
||
|- |
|- |
||
| [[Bicine]] ||[[ |
| [[Bicine]] ||[[Berkas:Bicine.png|150px]] || 8,35 || −0,018 || 163,2 |
||
|- |
|- |
||
| [[Tris]] ||[[ |
| [[Tris]] ||[[Berkas:tris.png|100px]] || 8,06 || −0,028 || 121,14 |
||
|- |
|- |
||
| [[Tricine]] ||[[ |
| [[Tricine]] ||[[Berkas:Tricine.png|150px]] || 8,05 || −0,021 || 179,2 |
||
|- |
|- |
||
| [[TAPSO (buffer)|TAPSO]] ||[[ |
| [[TAPSO (buffer)|TAPSO]] ||[[Berkas:TAPSO.svg|200px]] ||7,635|| ||259,3 |
||
|- |
|- |
||
| [[HEPES]] ||[[ |
| [[HEPES]] ||[[Berkas: HEPES.png|200px]] || 7,48 || −0,014 || 238,3 |
||
|- |
|- |
||
| [[TES (buffer)|TES]] ||[[ |
| [[TES (buffer)|TES]] ||[[Berkas:TES free acid.svg|200px]] || 7,40 || −0,020 || 229,20 |
||
|- |
|- |
||
| [[MOPS]] ||[[ |
| [[MOPS]] ||[[Berkas:Mops is.svg|150px]] || 7,20 || −0,015 || 209,3 |
||
|- |
|- |
||
| [[PIPES]] || [[ |
| [[PIPES]] || [[Berkas:PIPES.svg|200px]]|| 6,76 || −0,008 || 302,4 |
||
|- |
|- |
||
| [[Cacodylate]] ||[[ |
| [[Cacodylate]] ||[[Berkas:Cacodylic acid.svg|100px]] || 6,27 || || 138,0 |
||
|- |
|- |
||
| [[MES (buffer)|MES]] || [[ |
| [[MES (buffer)|MES]] || [[Berkas:MES.svg|150px]]|| 6,15 || −0,011 || 195,2 |
||
|- |
|- |
||
|} |
|} |
||
Baris 136: | Baris 137: | ||
=== Asam monoprotik === |
=== Asam monoprotik === |
||
Pertama-tama, tuliskan persamaan kesetimbangannya. |
Pertama-tama, tuliskan persamaan kesetimbangannya. |
||
: HA <span contenteditable="false"><span>[[ |
: HA <span contenteditable="false"><span>[[Berkas:Equilibrium.svg|link=|alt=is in equilibrium with|15x15px]]</span></span> A<sup>−</sup> + H<sup>+</sup> |
||
Ini menunjukkan bahwa ketika asam terdisosiasi akan menghasilkan ion hidrogen dan anion dengan jumlah setara. Konsentrasi kesetimbangan tiga komponen ini dapat dihitung dalam [[Tabel RICE|tabel ICE]]. |
Ini menunjukkan bahwa ketika asam terdisosiasi akan menghasilkan ion hidrogen dan anion dengan jumlah setara. Konsentrasi kesetimbangan tiga komponen ini dapat dihitung dalam [[Tabel RICE|tabel ICE]]. |
||
: {| class="wikitable" style="text-align:center" |
: {| class="wikitable" style="text-align:center" |
||
Baris 161: | Baris 162: | ||
|x+y |
|x+y |
||
|} |
|} |
||
Baris pertama, diberi label '<nowiki/>'''''I'''''<nowiki/>', menyatakan kondisi awal: konsentrasi asam awal adalah C<sub>0</sub>, belum terdisosiasi, sehingga konsentrasi A<sup>−</sup> dan H<sup>+</sup> adalah nol; y konsentrasi awal asam kuat yang ''ditambahkan'', misalnya asam klorida. Jika yang ditambahkan adalah basa kuat, misal natrium hidroksida, y akan bernilai negatif karena basa menghilangkan ion hidrogen dari larutan. Baris kedua, diberi label '<nowiki/>'''''C'''''<nowiki/>' untuk perubahan ('''''C'''hange''), menyatakan perubahan yang terjadi ketika asam mengalami disosiasi. Konsentrasi asam menurun sejumlah ''-x'' dan konsentrasi A<sup>−</sup> serta H<sup>+</sup> keduanya meningkat sejumlah |
Baris pertama, diberi label '<nowiki/>'''''I'''''<nowiki/>', menyatakan kondisi awal: konsentrasi asam awal adalah C<sub>0</sub>, belum terdisosiasi, sehingga konsentrasi A<sup>−</sup> dan H<sup>+</sup> adalah nol; y konsentrasi awal asam kuat yang ''ditambahkan'', misalnya asam klorida. Jika yang ditambahkan adalah basa kuat, misal natrium hidroksida, y akan bernilai negatif karena basa menghilangkan ion hidrogen dari larutan. Baris kedua, diberi label '<nowiki/>'''''C'''''<nowiki/>' untuk perubahan ('''''C'''hange''), menyatakan perubahan yang terjadi ketika asam mengalami disosiasi. Konsentrasi asam menurun sejumlah ''-x'' dan konsentrasi A<sup>−</sup> serta H<sup>+</sup> keduanya meningkat sejumlah ''+x''. Hal ini mengikuti kaidah kesetimbangan. Baris ketiga, diberi label '<nowiki/>'''''E'''''<nowiki/>' untuk konsentrasi kesetimbangan ('''''E'''''quilibrium concentrations), adalah penjumlahan dua baris di atasnya dan menunjukkan konsentrasi pada saat kesetimbangan. |
||
Untuk menentukan |
Untuk menentukan ''x'', gunakan rumus untuk tetapan kesetimbangan yang dinyatakan sebagai konsentrasi: |
||
: <math>K_a = \frac{[H^+] [A^-]}{[HA]}</math> |
: <math>K_a = \frac{[H^+] [A^-]}{[HA]}</math> |
||
Substitusikan konsentrasi dengan nilai yang diperoleh dari baris terakhir tabel ICE: |
Substitusikan konsentrasi dengan nilai yang diperoleh dari baris terakhir tabel ICE: |
||
Baris 169: | Baris 170: | ||
Disederhanakan menjadi: |
Disederhanakan menjadi: |
||
: <math>x^2 + (K_a +y) x - K_a C_0 = 0</math> |
: <math>x^2 + (K_a +y) x - K_a C_0 = 0</math> |
||
Untuk nilai C<sub>0</sub> |
Untuk nilai C<sub>0</sub> tertentu, K<sub>a</sub> dan y pada persamaan ini dapat digunakan untuk memecahkan x. Diasumsikan bahwa pH = -log<sub>10</sub>[H<sup>+</sup>] maka pH dapat dihitung sebagai pH = -log<sub>10</sub>(x+y). |
||
=== Asam poliprotik === |
=== Asam poliprotik === |
||
[[Berkas:Citric_acid_speciation.png|alt=This image plots the relative percentages of the protonation species of citric acid as a function of p H. Citric acid has three ionizable hydrogen atoms and thus three p K A values. Below the lowest p K A, the triply protonated species prevails; between the lowest and middle p K A, the doubly protonated form prevails; between the middle and highest p K A, the singly protonated form prevails; and above the highest p K A, the unprotonated form of citric acid is predominant.| |
[[Berkas:Citric_acid_speciation.png|alt=This image plots the relative percentages of the protonation species of citric acid as a function of p H. Citric acid has three ionizable hydrogen atoms and thus three p K A values. Below the lowest p K A, the triply protonated species prevails; between the lowest and middle p K A, the doubly protonated form prevails; between the middle and highest p K A, the singly protonated form prevails; and above the highest p K A, the unprotonated form of citric acid is predominant.|jmpl|205x205px| % pembentukan spesies terhitung untuk larutan asam sitrat 10 milimolar.]] |
||
Asam poliprotik adalah asam yang dapat melepaskan lebih dari satu proton. Tetapan disosiasi proton pertama dapat ditulis sebagai |
Asam poliprotik adalah asam yang dapat melepaskan lebih dari satu proton. Tetapan disosiasi proton pertama dapat ditulis sebagai ''K''<sub>a1</sub> dan tetapan disosiasi proton selanjutnya sebagai ''K''<sub>a2</sub>, dst. [[Asam sitrat]], H<sub>3</sub>A, adalah contoh asam poliprotik yang dapat melepas tiga proton. |
||
: {| class="wikitable" |
: {| class="wikitable" |
||
!kesetimbangan |
!kesetimbangan |
||
!nilai p''K''<sub>a</sub> |
!nilai p''K''<sub>a</sub> |
||
|- |
|- |
||
| H<sub>3</sub>A <span contenteditable="false"><span>[[ |
| H<sub>3</sub>A <span contenteditable="false"><span>[[Berkas:Equilibrium.svg|link=|alt=is in equilibrium with|15x15px]]</span></span> H<sub>2</sub>A<sup>−</sup> + H<sup>+</sup> |
||
| p''K''<sub>a1</sub> = 3.13 |
| p''K''<sub>a1</sub> = 3.13 |
||
|- |
|- |
||
| H<sub>2</sub>A<sup>−</sup> <span contenteditable="false"><span>[[ |
| H<sub>2</sub>A<sup>−</sup> <span contenteditable="false"><span>[[Berkas:Equilibrium.svg|link=|alt=is in equilibrium with|15x15px]]</span></span> HA<sup>2−</sup> + H<sup>+</sup> |
||
| p''K''<sub>a2</sub> = 4.76 |
| p''K''<sub>a2</sub> = 4.76 |
||
|- |
|- |
||
| HA<sup>2−</sup> <span contenteditable="false"><span>[[ |
| HA<sup>2−</sup> <span contenteditable="false"><span>[[Berkas:Equilibrium.svg|link=|alt=is in equilibrium with|15x15px]]</span></span> A<sup>3−</sup> + H<sup>+</sup> |
||
| p''K''<sub>a3</sub> = 6.40 |
| p''K''<sub>a3</sub> = 6.40 |
||
|} |
|} |
||
Baris 195: | Baris 196: | ||
C<sub>A</sub> adalah konsentrasi analitik asam, C<sub>H</sub> adalah konsentrasi analitik ion hidrogen yang ditambahkan, β<sub>q</sub> adalah [[Tetapan kesetimbangan|tetapan asosiasi kumulatif]]. |
C<sub>A</sub> adalah konsentrasi analitik asam, C<sub>H</sub> adalah konsentrasi analitik ion hidrogen yang ditambahkan, β<sub>q</sub> adalah [[Tetapan kesetimbangan|tetapan asosiasi kumulatif]]. |
||
: <math>\log \beta_1=pK_{a3}, \ \log \beta_2=pK_{a2}+ pK_{a3},\ \log \beta_3=pK_{a1}+ pK_{a2}+ pK_{a3} </math> |
: <math>\log \beta_1=pK_{a3}, \ \log \beta_2=pK_{a2}+ pK_{a3},\ \log \beta_3=pK_{a1}+ pK_{a2}+ pK_{a3} </math> |
||
K<sub>w</sub> adalah tetapan ionisasi air. Terdapat dua [[persamaan simultan]] [[Sistem nonlinier|non-linear]] untuk dua variabel yang tak diketahui |
K<sub>w</sub> adalah tetapan ionisasi air. Terdapat dua [[persamaan simultan]] [[Sistem nonlinier|non-linear]] untuk dua variabel yang tak diketahui [A<sup>3−</sup>] dan [H<sup>+</sup>]. Banyak program komputer tersedia untuk melakukan perhitungan ini. Diagram spesiasi asam sitrat juga dapat dihasilkan oleh program HySS.<ref>{{cite journal | last1 = Alderighi | first1 = L. | last2 =Gans | first2 = P. | last3 = Ienco | first3 = A. | last4 = Peters | first4 = D. | last5 = Sabatini | first5 = A. | last6 = Vacca| first6 = A. | year = 1999 | title = Hyperquad simulation and speciation (HySS): a utility program for the investigation of equilibria involving soluble and partially soluble species | journal = Coordination Chemistry Reviews | volume = 184 | issue = 1 | pages = 311–318 | doi = 10.1016/S0010-8545(98)00260-4 | url = http://www.hyperquad.co.uk/hyss.htm}}</ref> |
||
== Lihat juga == |
== Lihat juga == |
||
* [[Persamaan |
* [[Persamaan Henderson–Hasselbalch]] |
||
* [[Senyawa dapar]] |
* [[Senyawa dapar]] (''Buffering agent'') |
||
* [[Dapar ion logam]] |
* [[Dapar ion logam]] |
||
* [[Dapar redoks mineral]] |
* [[Dapar redoks mineral]] |
||
Baris 207: | Baris 208: | ||
== Pranala luar == |
== Pranala luar == |
||
* [http://www.popproperty.net/PopularTools/PHBuffer1.aspx Online pH buffer calculator] |
* [http://www.popproperty.net/PopularTools/PHBuffer1.aspx Online pH buffer calculator] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20091014144942/http://www.popproperty.net/PopularTools/PHBuffer1.aspx |date=2009-10-14 }} |
||
* [http://www.cnr.berkeley.edu/soilmicro/methods/phosphate%20buffer.pdf phosphate buffer] |
* [http://www.cnr.berkeley.edu/soilmicro/methods/phosphate%20buffer.pdf phosphate buffer] |
||
Baris 213: | Baris 214: | ||
[[Kategori:Kimia asam-basa]] |
[[Kategori:Kimia asam-basa]] |
||
[[Kategori: |
[[Kategori:Kimia kesetimbangan]] |
||
[[Kategori:Dapar]] |
[[Kategori:Dapar]] |
Revisi terkini sejak 17 Mei 2024 22.33
Asam dan Basa |
---|
![]() |
Tipe Asam |
Tipe Basa |
- Untuk masing-masing komponen asam atau basa lemah, lihat Zat pendapar.
Larutan dapar atau Larutan penyangga (lebih tepatnya, dapar pH atau dapar ion hidrogen) (bahasa Inggris: buffer solution, pH buffer, hydrogen ion buffer) adalah larutan yang mengandung campuran asam lemah dan basa konjugatnya, atau sebaliknya. Perubahan pH larutan ini sangat kecil, ketika asam atau basa kuat ditambahkan, dalam jumlah sedikit atau sedang, ke dalam larutan dapar. Oleh karena itu, larutan ini berguna untuk mencegah perubahan pH larutan. Larutan dapar digunakan untuk mempertahankan pH pada nilai tertentu dalam berbagai aplikasi kimia. Kebanyakan bentuk kehidupan berhubungan dengan mempertahankan pH, sehingga larutan dapar digunakan untuk menjaga pH agar konstan. Secara alami, sistem dapar bikarbonat digunakan untuk mengatur pH darah.
Prinsip pendaparan (buffering)
[sunting | sunting sumber]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/27/Buffer_Wiki_Edit.svg/400px-Buffer_Wiki_Edit.svg.png)
Larutan dapar dapat mempertahankan pH karena adanya kesetimbangan antara asam HA dan basa konjugatnya A−.
- HA
H+ + A−
Ketika sejumlah asam kuat ditambahkan ke dalam campuran kesetimbangan asam lemah dan basa konjugatnya, kesetimbangan bergeser ke kiri, sesuai dengan prinsip Le Chatelier. Akibatnya, konsentrasi ion hidrogen meningkat kurang dari yang seharusnya untuk jumlah asam kuat yang ditambahkan. Sama seperti hal tersebut, jika basa kuat ditambahkan ke dalam campuran, konsentrasi ion hidrogen menurun kurang dari yang seharusnya untuk jumlah basa yang ditambahkan. Efek ini diilustrasikan dengan simulasi titrasi asam lemah dengan pKa = 4,7. Konsentrasi relatif asam yang tak terdisosiasi ditunjukkan sebagai biru dan basa konjugatnya sebagai merah. Perubahan pH relatif lambat pada rentang dapar, pH = pKa ± 1, berpusat pada pH = 4,7 di mana [HA] = [A−]. Konsentrasi ion hidrogen menurun kurang dari seharusnya karena sebagian besar ion hidroksida yang ditambahkan bereaksi sesuai dengan reaksi berikut
- OH− + HA → H2O + A−
dan hanya sedikit yang terlibat reaksi netralisasi tersebut yang menghasilkan kenaikan pH.
- OH− + H+ → H2O
Setelah asam 95% terdeprotonasi, pH meningkat tajam karena sebagian besar basa yang ditambahkan bereaksi dalam reaksi netralisasi.
Kapasitas dapar
[sunting | sunting sumber]Kapasitas dapar (β), adalah pengukuran kuantitatif ketahanan larutan dapar terhadap perubahan pH pada penambahan asam atau basa, dan dapat didefinisikan sebagai berikut:
dengan dn adalah jumlah tak hingga basa yang ditambahkan dan d(pH) adalah perubahan tak hingga yang dinyatakan dalam kologaritma konsentrasi ion hidrogen. Berdasarkan definisi ini, kapasitas dapar asam lemah, dengan tetapan disosiasi Ka, dapat dinyatakan sebagai
dengan CA adalah konsentrasi analitik asam yang berada pada larutan tersebut.[1][2] pH didefinisikan sebagai -log10[H+]. Kapasitas dapar senyawa pendapar berada pada nilai maksimum jika p[H+] = pKa. Akan jatuh menjadi 33% dari nilai maksimumnya pada p[H+] = pKa ± 1 dan menjadi 10% pada p[H+] = pKa ± 1.5. Berdasarkan alasan ini, rentang penggunaan berkisar pKa ± 1. Kapasitas dapar bersifat proporsional terhadap konsentrasi senyawa pendapar, CA, sehingga larutan encernya memiliki kapasitas dapar rendah.
Air merupakan medium pendapar, meskipun dalam ketiadaan senyawa pendapar yang ditambahkan. Kapasitas dapar dapat dinyatakan sebagai
- Pada p[H+] yang sangat rendah, konsentrasi ion hidrogen tinggi dan β meningkat sesuai dengan proporsinya terhadap konsentrasi ion hidrogen; kapasitas dapar meningkat secara eksponensial terhadap pH.
- Pada p[H+] yang sangat tinggi, konsentrasi ion hidroksida tinggi dan β meningkat sesuai dengan proporsinya terhadap konsentrasi ion hidroksida; kapasitas dapar meningkat secara eksponensial terhadap pH.
Sifat ini tidak bergantung pada keberadaan atau ketiadaan penambahan senyawa pendapar. Efek dan refleksi konsentrasinya merupakan fakta bahwa pH terkait dengan logaritma konsentrasi ion hidrogen
Aplikasi
[sunting | sunting sumber]Larutan dapar diperlukan untuk mempertahankan pH, seperti pH enzim dalam banyak mikroorganisme agar tetap berfungsi. Kebanyakan enzim hanya berfungsi pada kondisi yang sangat presisi; jika pH berubah keluar dari rentang sempitnya, enzim bekerja lambat atau berhenti total dan dapat mengalami denaturasi. Dalam banyak kasus, denaturasi dapat melumpuhkan secara permanen aktivitas katalitiknya.[3] Di dalam plasma darah terdapat dapar asam karbonat (H2CO3) dan bikarbonat (HCO3−) yang berfungsi untuk mempertahankan pH darah antara 7,35 dan 7,45.
Dalam skala industri, larutan dapar digunakan dalam proses fermentasi dan untuk mengatur kondisi zat warna yang tepat yang digunakan untuk mewarnai tekstil. Larutan ini juga digunakan dalam analisis kimia[2] dan kalibrasi pH meter.
Mayoritas sampel biologi yang digunakan dalam penelitian dibuat dalam dapar, terutama phosphate buffered saline (PBS) pada pH 7,4.
Senyawa pendapar sederhana
[sunting | sunting sumber]Senyawa pendapar pKa rentang pH aplikasi Asam sitrat 3,13; 4,76; 6,40 2,1–7,4 Asam asetat 4,8 3,8–5,8 KH2PO4 7,2 6,2–8,2 CHES 9,3 8,3–10,3 Borat 9,24 8,25–10,25
Untuk dapar dalam rentang asam, pH dapat diatur sesuai nilai yang diinginkan dengan menambahkan asam kuat seperti asam klorida ke dalam zat pendapar. Untuk dapar alkalis, dapat ditambahkan basa kuat seperti natrium hidroksida. Alternatif lain, campuran dapar dapat dibuat dari campuran suatu asam dan basa konjugatnya. Misalnya, dapar asetat dapat dibuat dari campuran asam asetat dan natrium asetat. Dengan cara yang sama, dapar alkalis dapat dibuat dari campuran basa dan asam konjugatnya.
Campuran dapar "universal"
[sunting | sunting sumber]Dengan menggabungkan senyawa yang mempunyai perbedaan pKa hanya dua atau kurang dan mengatur pH-nya, dapat diperoleh dapar dengan rentang lebar. Asam sitrat adalah komponen yang berguna pada campuran dapar karena memiliki tiga nilai pKa, yang terpisah dengan perbedaan kurang dari dua. Rentang dapar dapat diperlebar dengan menambahkan zat pendapar lainnya. Campuran berikut (larutan dapar McIlvaine) mempunyai rentang dapar pada pH 3 hingga 8.[4]
0,2M Na2HPO4 /mL 0,1M Asam sitrat /mL pH... 20,55 79,45 3,0 38,55 61,45 4,0 51,50 48,50 5,0 63,15 36,85 6,0 82,35 17,65 7,0 97,25 2,75 8,0
Campuran yang mengandung asam sitrat, monokalium fosfat, asam borat, dan asam dietil barbiturat dapat dibuat untuk rentang pH 2,6 hingga 12.[5]
Dapar universal lainnya adalah dapar Carmody[6] dan dapar Britton-Robinson, dikembangkan pada tahun 1931.
Senyawa dapar umum dalam biologi
[sunting | sunting sumber]Untuk rentang efektif, lihat Kapasitas dapar, di atas.
Nama Umum | Struktur | pKa pada 25 °C |
Pengaruh temperatur dpH/dT dalam (1/K)[7] |
Massa
molekul |
---|---|---|---|---|
TAPS | ![]() |
8,43 | −0,018 | 243,3 |
Bicine | ![]() |
8,35 | −0,018 | 163,2 |
Tris | ![]() |
8,06 | −0,028 | 121,14 |
Tricine | ![]() |
8,05 | −0,021 | 179,2 |
TAPSO | ![]() |
7,635 | 259,3 | |
HEPES | ![]() |
7,48 | −0,014 | 238,3 |
TES | ![]() |
7,40 | −0,020 | 229,20 |
MOPS | ![]() |
7,20 | −0,015 | 209,3 |
PIPES | ![]() |
6,76 | −0,008 | 302,4 |
Cacodylate | ![]() |
6,27 | 138,0 | |
MES | ![]() |
6,15 | −0,011 | 195,2 |
Lihat juga dapar biologi:[8]
Perhitungan pH dapar
[sunting | sunting sumber]Asam monoprotik
[sunting | sunting sumber]Pertama-tama, tuliskan persamaan kesetimbangannya.
- HA
A− + H+
Ini menunjukkan bahwa ketika asam terdisosiasi akan menghasilkan ion hidrogen dan anion dengan jumlah setara. Konsentrasi kesetimbangan tiga komponen ini dapat dihitung dalam tabel ICE.
Tabel ICE untuk asam monoprotik R [HA] [A−] [H+] I C0 0 y C -x x x E C0-x x x+y
Baris pertama, diberi label 'I', menyatakan kondisi awal: konsentrasi asam awal adalah C0, belum terdisosiasi, sehingga konsentrasi A− dan H+ adalah nol; y konsentrasi awal asam kuat yang ditambahkan, misalnya asam klorida. Jika yang ditambahkan adalah basa kuat, misal natrium hidroksida, y akan bernilai negatif karena basa menghilangkan ion hidrogen dari larutan. Baris kedua, diberi label 'C' untuk perubahan (Change), menyatakan perubahan yang terjadi ketika asam mengalami disosiasi. Konsentrasi asam menurun sejumlah -x dan konsentrasi A− serta H+ keduanya meningkat sejumlah +x. Hal ini mengikuti kaidah kesetimbangan. Baris ketiga, diberi label 'E' untuk konsentrasi kesetimbangan (Equilibrium concentrations), adalah penjumlahan dua baris di atasnya dan menunjukkan konsentrasi pada saat kesetimbangan.
Untuk menentukan x, gunakan rumus untuk tetapan kesetimbangan yang dinyatakan sebagai konsentrasi:
Substitusikan konsentrasi dengan nilai yang diperoleh dari baris terakhir tabel ICE:
Disederhanakan menjadi:
Untuk nilai C0 tertentu, Ka dan y pada persamaan ini dapat digunakan untuk memecahkan x. Diasumsikan bahwa pH = -log10[H+] maka pH dapat dihitung sebagai pH = -log10(x+y).
Asam poliprotik
[sunting | sunting sumber]![This image plots the relative percentages of the protonation species of citric acid as a function of p H. Citric acid has three ionizable hydrogen atoms and thus three p K A values. Below the lowest p K A, the triply protonated species prevails; between the lowest and middle p K A, the doubly protonated form prevails; between the middle and highest p K A, the singly protonated form prevails; and above the highest p K A, the unprotonated form of citric acid is predominant.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/39/Citric_acid_speciation.png/200px-Citric_acid_speciation.png)
Asam poliprotik adalah asam yang dapat melepaskan lebih dari satu proton. Tetapan disosiasi proton pertama dapat ditulis sebagai Ka1 dan tetapan disosiasi proton selanjutnya sebagai Ka2, dst. Asam sitrat, H3A, adalah contoh asam poliprotik yang dapat melepas tiga proton.
kesetimbangan nilai pKa H3A H2A− + H+
pKa1 = 3.13 H2A− HA2− + H+
pKa2 = 4.76 HA2− A3− + H+
pKa3 = 6.40
Jika perbedaan nilai pK yang berturutan kurang dari tiga, akan timbul tumpangsuh antara rentang pH spesies dalam kesetimbangan. Semakin kecil perbedaannya, semakin besar tumpangsuhnya. Dalam kasus asam sitrat, tumpangsuhnya luas dan larutan asam sitrat dapat mendapar pada rentang antara pH 2,5 to 7,5.
Perhitungan pH yang melibatkan asam poliprotik memerlukan perhitungan spesiasi. Dalam kasus asam sitrat, memerlukan pemecahan dua persamaan kesetimbangan massa
CA adalah konsentrasi analitik asam, CH adalah konsentrasi analitik ion hidrogen yang ditambahkan, βq adalah tetapan asosiasi kumulatif.
Kw adalah tetapan ionisasi air. Terdapat dua persamaan simultan non-linear untuk dua variabel yang tak diketahui [A3−] dan [H+]. Banyak program komputer tersedia untuk melakukan perhitungan ini. Diagram spesiasi asam sitrat juga dapat dihasilkan oleh program HySS.[9]
Lihat juga
[sunting | sunting sumber]- Persamaan Henderson–Hasselbalch
- Senyawa dapar (Buffering agent)
- Dapar ion logam
- Dapar redoks mineral
Referensi
[sunting | sunting sumber]- ^ Butler, J.N. (1964). Ionic Equilibrium: A Mathematical Approach. Addison-Wesley. hlm. 151.
- ^ a b Hulanicki, A. (1987). Reactions of acids and bases in analytical chemistry. Horwood. ISBN 0-85312-330-6. (translation editor: Mary R. Masson)
- ^ Scorpio, R. (2000). Fundamentals of Acids, Bases, Buffers & Their Application to Biochemical Systems. ISBN 0-7872-7374-0.
- ^ McIlvaine, T.C. (1921). "A buffer solution for colorimetric comparaison" (PDF). J. Biol. Chem. 49 (1): 183–186.
- ^ Mendham, J.; Denny, R.C.; Barnes, J.D.; Thomas, M (2000). Vogel's textbook of quantitative chemical analysis (edisi ke-5th.). Harlow: Pearson Education. ISBN 0-582-22628-7. Appendix 5
- ^ Carmody, Walter R. (1961). "Easily prepared wide range buffer series". J. Chem. Educ. 38 (11): 559–560. Bibcode:1961JChEd..38..559C. doi:10.1021/ed038p559.
- ^ "Buffer Reference Center". Sigma-Aldrich. Diakses tanggal 2009-04-17.
- ^ "Biological buffers". REACH Devices.
- ^ Alderighi, L.; Gans, P.; Ienco, A.; Peters, D.; Sabatini, A.; Vacca, A. (1999). "Hyperquad simulation and speciation (HySS): a utility program for the investigation of equilibria involving soluble and partially soluble species". Coordination Chemistry Reviews. 184 (1): 311–318. doi:10.1016/S0010-8545(98)00260-4.
Pranala luar
[sunting | sunting sumber]- Online pH buffer calculator Diarsipkan 2009-10-14 di Wayback Machine.
- phosphate buffer