KAJIAN MATERI LARUTAN BUFFER ASAM–BASA
TESIS
Oleh
SUSI HERAWATI NIM : 20506033 Program Studi Kimia
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
KAJIAN MATERI LARUTAN BUFFER ASAM–BASA
TESIS Karya tulis ini sebagai salah satu syarat Untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung
Oleh
SUSI HERAWATI NIM : 20506033 Program Studi Kimia
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
ABSTRAK KAJIAN MATERI LARUTAN BUFFER ASAM–BASA Oleh
Susi Herawati NIM : 20506033
Larutan buffer adalah campuran asam/basa lemah dan basa/asam konjugasinya yang dapat mempertahankan pH di sekitar daerah kapasitas buffer. Adapun kapasitas buffer adalah kemampuan mempertahankan pH sebesar = pKa±1. Tujuan penelitian ini adalah pembuatan larutan buffer pH 4 sampai 10 dan pengujian kemampuan larutan buffer tersebut dalam mempertahankan pH. Uji ini dilakukan dengan metoda variasi kontinyu dan pengenceran. Metoda variasi kontinyu adalah pencampuran larutan asam/basa dengan larutan buffer pada berbagai variasi volume dengan mempertahankan volume total sebanyak 50 mL. Metoda pengenceran adalah penambahan air 100x lebih banyak ke dalam larutan buffer dilanjutkan dengan penambahan larutan asam/basa sampai pHnya melewati batas kapasitas buffer. Larutan buffer dibuat dari senyawa sitrat dan fosfat. Campuran ekivalen antara asam sitrat dan garam natrium konjugasinya menghasilkan larutan buffer pH 4. Sedangkan campuran ekivalen antara dihidrogen fosfat dan monohidrogen fosfat menghasilkan larutan buffer pH 6. Larutan Buffer pH 8 dan 10 dibuat dari campuran garam fosfat dengan berbagai komposisi. Larutan buffer pH 4 dan 6 yang dihasilkan dari senyawa sitrat memiliki pH lebih rendah sebesar 0,3–0,4 satuan dari pH yang diharapkan. Larutan buffer pH 4 sampai 10 yang dihasilkan dari senyawa fosfat memiliki pH lebih tinggi sebesar 0,2–0,8 satuan dari pH yang diharapkan. Penambahan asam/basa ke dalam larutan buffer pH 4, 6, dan 10 masing–masing menghasilkan perbandingan mol antara asam/basa dengan larutan buffernya yaitu 2:3, 1:4, dan 1:9. Larutan buffer pH 8 menghasilkan perbandingan mol 1:4 untuk penambahan asamnya sedangkan 1:9 untuk penambahan basanya. Kurva penambahan asam/basa ke dalam larutan buffer pH 6 relatif simetris sedangkan pH lainnya lebih cenderung polanya melebar tidak simetris. Pengenceran larutan buffer dari 1 M menjadi 0,01 M mengalami perubahan sebesar 0,1–0,6 satuan dan masih dalam daerah kapasitas buffer.
Kata–kata kunci: buffer, pH, senyawa sitrat dan fosfat, asam dan basa, pengenceran
i
ABSTRACT STUDY of ACID–BASE BUFFER SOLUTIONS By
Susi Herawati NIM : 20506033
A buffer solution is a mixture of a weak acid or base and its conjugation which can maintain pH around buffer capacity area. That is pH = pKa±1. The purpose of this research is to prepare buffer solutions of pH 4 to 10 and to examine the ability of buffer solution to maintain pH under the addition of acid or base solutions. Two methods were used: firstly is continuous variation method, the buffer solution was mixed with acid or base solution in several variety of volume ratios. Secondly is dilution method, the buffer dilution was diluted with water until its concentration was 100 times lower. Then the acid or base solutions were added until exceeding pH capacity area. The buffer solution was made of citrate and phosphate compounds. The equivalent mixture of citrate acid and its sodium salt yields pH 4. While equivalent mixture of dihydrogen phosphate and monohydrogen phosphate yields pH 6. The buffer solutions of pH 8 and 10 were made of phosphate salts in several ratios. The buffer solution made of citrate compounds showed pH 0.3-0.4 units lower than the expected values. On the other hand, the buffer solution of phosphate compounds showed pH 0.2-0.8 units higher. The mole ratio of additional acid or base solutions to the buffer solutions were found 2:3, 1:4 and 1:9 for pH 4, 6, and 10 respectively. However, for buffer solution of pH 8 the mole ratio of additional acid was 1:4, while for additional base was 1:9. The curve of pH versus additional acid or base volume showed a relatively symmetrical pattern only for pH 6. The buffer dilution from 1 M to 0.01 M showed 0.1-0.6 units pH changes but it was still in the buffer capacity area.
Keywords: buffer solution, pH, citrate compound, phosphate compound, acid, base, dilution.
ii
PENGESAHAN KAJIAN MATERI LARUTAN BUFFER ASAM BASA
Oleh
Susi Herawati NIM : 20506033
Program Studi Kimia Institut Teknologi Bandung
Menyetujui Pembimbing Tanggal …………………………………….
( Dr. Djulia Onggo ) NIP.130528340
iii
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis Magister yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Dekan Sekolah Pasca Sarjana, Institut Teknologi Bandung.
iv
PERSEMBAHAN
Dan suatu tanda kekuasaan Allah yang besar bagi mereka adalah bumi yang mati. Kami hidupkan bumi itu dan kami hidupkan daripadanya biji–bijian............ (Q.S.36 : 33)
Tulisan ini kupersembahkan untuk suamiku tercinta Orang tuaku dan Saudara-saudaraku yang selalu memberikan motivasi dan membantu dalam segala hal
v
KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmannirrahiim Puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT, karena atas segala rahmat, petunjuk dan karunia-Nya tesis ini dapat terwujud. Penulis senantiasa menyampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada Dr. Djulia Onggo sebagai pembimbing dalam penelitian serta penulisan tesis ini. Pada kesempatan ini penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Dirjen Mapenda Departemen Agama RI sebagai pemberi dana dalam bentuk beasiswa. 2. Seluruh staf pengajar dan karyawan Program Studi Kimia FMIPA ITB yang telah memberikan bimbingan dan bantuan selama penulis menimba ilmu. 3. Kepala MAN Pulomerak Cilegon, Carman, S.Pd atas izin dan dukungannya kepada penulis untuk melanjutkan pendidikan S2. 4. Suamiku tercinta alm.H.Moh.Zein Miftah Fuad, Ayahanda alm. Ali Jaya dan H. Tamdjid serta Ibunda Enah Suhaenah dan Hj.Teti Murniati atas semua usaha, doa, dukungan materi-non materi, dan ketabahannya dalam mendidik serta membimbing penulis sehingga menjadi orang yang berguna. 5. Keluarga besar di Cilegon dan Garut, atas segala dorongan dan do’anya. 6. Rekan-rekanku Mahasiswa Pascasarjana ITB Bandung kerma Depag sebagai teman seperjuangan, senasib dan sepenanggungan yang telah banyak membantu penulis selama belajar di ITB. Akhirnya dengan memohon ridha dan rahmat dari Allah SWT, penulis berharap semoga tulisan ini dapat bermanfaat. Amin
Bandung, Penulis
vi
Juni 2008
DAFTAR ISI ABSTRAK ............................................................................................................... i ABSTRACT............................................................................................................ ii PENGESAHAN ..................................................................................................... iii PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS ................................................................... iv PERSEMBAHAN ................................................................................................... v KATA PENGANTAR ........................................................................................... vi DAFTAR ISI......................................................................................................... vii DAFTAR LAMPIRAN.......................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. x DAFTAR TABEL.................................................................................................. xi DAFTAR PERSAMAAN DAN RUMUS ............................................................ xii Bab I
Pendahuluan .............................................................................................. 1
Bab II Tinjauan Pustaka ....................................................................................... 3 II.1 Asam–basa Konjugasi Menurut Bronsted–Lowry ......................................... 3 II.2 Asam Monoprotik dan Poliprotik .................................................................. 4 II.3 Larutan Buffer................................................................................................ 5 II.4 Peranan Larutan Buffer .................................................................................. 6 II.5 Cara Kerja Larutan Buffer ............................................................................. 7 II.6 Penyiapan Larutan Buffer .............................................................................. 7 II.7 Perhitungan pH Larutan Buffer...................................................................... 7 II.8 pH Meter ........................................................................................................ 9 II.9 Efek Penambahan Asam, Basa, dan Pengenceran Terhadap Perubahan pH 10 Bab III Metodologi Penelitian.......................................................................... 12 III.1 Alat dan Bahan............................................................................................. 12 III.2 Diagram Alir Penelitian ............................................................................... 12 III.3 Cara Kerja .................................................................................................... 14 III.3.1
Persiapan Pembuatan Bahan Larutan Buffer .......................................... 14
III.3.1.1 Larutan Buffer pH 4 ................................................................................ 15 III.3.1.2 Larutan Buffer pH 6 ................................................................................ 15
vii
III.3.1.3 Larutan Buffer pH 8 ................................................................................ 15 III.3.1.4 Larutan Buffer pH 10 .............................................................................. 15 III.3.2 Uji Kemampuan Larutan Buffer Mempertahankan pH .......................... 15 III.3.3 Pengolahan dan Analisis Hasil Data Percobaan ..................................... 16 Bab IV Hasil dan Pembahasan............................................................................ 17 IV.1 Pembuatan Larutan Buffer ........................................................................... 17 IV.2 Uji Kemampuan Larutan Buffer Mempertahankan pH ............................... 21 IV.2.1 Cara Variasi Kontinyu .............................................................................. 21 IV.2.2 Cara Pengenceran ..................................................................................... 27 Bab V Kesimpulan dan Saran .............................................................................. 28 V.1 Kesimpulan .................................................................................................. 28 V.2 Saran............................................................................................................. 28 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 29 LAMPIRAN – LAMPIRAN ................................................................................. 31
viii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Massa Atom Relatif (Ar), Massa Molekul Relatif (Mr), dan Tetapan Disosiasi Asam Lemah Pada 25oC....................................................32 Lampiran B Perhitungan Pembuatan Bahan Larutan Buffer……………………33 Lampiran C Prosedur Kerja dan Perhitungan Konsentrasi Larutan HCl dan NaOH................................................................................................36 Lampiran D Petunjuk Penggunaan pH Meter ORION model 420 A....................37 Lampiran E Perhitungan pH Larutan Buffer..........................................................39 Lampiran F Data Pengukuran pH Larutan Buffer pH 6, 8, dan 10........................41
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1 Skema Perhitungan pH Buffer........................................................... 9 Gambar II.2 pH Meter Orion Model 420 A..........................................................10 Gambar II.3 Skala pH ......................................................................................... 11 Gambar III.1 Diagram Alir Penelitian…………………..................................…13 Gambar IV.1 Pola Perubahan pH Larutan Buffer pH 4........................................23 Gambar IV.2 Pola Perubahan pH Larutan Buffer pH 6, 8, dan 10.......................26
x
DAFTAR TABEL Tabel II.1 Contoh Reaksi Asam–Basa Bronsted–Lowry ....................................... 4 Tabel II.2 Perubahan pH Dengan Berbagai Perbandingan [A-]/[HA] .................. 5 Tabel III.1 Komposisi Penambahan Asam/Basa Dalam Larutan Buffer ............. 16 Tabel IV.1 Data Zat Penyusun Larutan Buffer .................................................... 17 Tabel IV.2 Data pH Setiap Larutan Buffer .......................................................... 20 Tabel IV.3 Pengukuran pH Larutan Buffer pH 4................................................. 21 Tabel IV.4 Pengukuran pH Larutan Buffer Setelah Pengenceran dan Penambahan HCl/NaOH.......................................................................................... 27 Tabel A.1 Massa Atom Relatif (Ar) Beberapa Unsur.......................................... 32 Tabel A.2 Massa Molekul Relatif (Mr) Beberapa Senyawa ................................ 32 Tabel A.3 Tetapan Disosiasi Asam Lemah Pada 25oC ........................................ 32 Tabel C.2.1 Volume NaOH Hasil Standarisasi.................................................... 37 Tabel C.2.2 Volume NaOH Untuk Pengukuran Konsentrasi HCl....................... 37 Tabel F.1 Pengukuran pH Larutan Buffer pH 6................................................... 41 Tabel F.2 Pengukuran pH Larutan Buffer pH 8................................................... 41 Tabel F.3 Pengukuran pH Larutan Buffer pH 10................................................. 41
xi
DAFTAR PERSAMAAN DAN RUMUS Persamaan (II.1) Reaksi Asam–Basa Bronsted–Lowry........................................... 3 Persamaan (II.2) Kesetimbangan Disosiasi Asam Asetat....................................... 4 Persamaan (II.3) Kesetimbangan Disosiasi Pertama Asam Krbonat...................... 4 Persamaan (II.4) Kesetimbangan Disosiasi Kedua Asam Karbonat....................... 4 Persamaan (II.5) Kesetimbangan Disosiasi Pertama Asam Fosfat...................... ... 4 Persamaan (II.6) Kesetimbangan Disosiasi Kedua Asam Fosfat............................ 4 Persamaan (II.7) Kesetimbangan Disosiasi Ketiga Asam Fosfat ……………. ..... 4 Persamaan (II.8) Kesetimbangan Disosiasi Asam Lemah HA................................ 7 Persamaan (II.9) Kesetimbangan Asam Lemah dan Basa konjugasinya ................8 Persamaan (II.10) Rumus Kesetimbangan Asam Lemah ....................................... 8 Persamaan (II.11) Rumus [H3O+] ........................................................................... 8 Persamaan (II.12) Rumus [H3O+]........................................................................... 8 Persamaan (II.13) Rumus Log [H3O+]...............................................................8 Persamaan (II.14) Rumus Log [H3O+]…………………………………………… 8 Persamaan (II.15) Rumus pH Asam Lemah dan Basa Konjugasinya..................... 8 Persamaan (II.16) Kesetimbangan Basa Lemah dan Asam konjugasinya.............. 8 Persamaan (II.17) Rumus Kesetimbangan Basa Lemah ......................................... 8 Persamaan (II.18) Rumus [-OH] ............................................................................. 8 Persamaan (II.19) Rumus [-OH] ............................................................................. 8 Persamaan (II.20) Rumus Log [-OH] ...................................................................... 8 Persamaan (II.21) Rumus Log [-OH] ...................................................................... 8 Persamaan (II.22) Rumus pOH Basa Lemah dan Asam konjugasinya................... 8 Persamaan (II.23) Pengaruh Penambahan Asam Dalam Larutan Buffer.............. 11 Persamaan (II.24) Pengaruh Penambahan Basa Dalam Larutan Buffer ………...11 Persamaan (II.25) Kesetimbangan Ion Dihidrogen Fosfat dan Monohidrogen Fosfat Dalam Basa………………...……………………….20
xii
