Larutan dapar: Perbedaan antara revisi

Konten dihapus Konten ditambahkan
Elmepi (bicara | kontrib)
svg
 
(17 revisi perantara oleh 10 pengguna tidak ditampilkan)
Baris 1:
{{Asam dan 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]]) ({{lang-en|buffer solution, pH buffer, hydrogen ion buffer}}) adalah [[larutan]] yang mengandung [[campuran]] [[asam lemah]] dan [[basa konjugat|basa konjugatnya]]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 berusahaberhubungan dengan mempertahankan pH, sehingga mereka menggunakan larutan dapar digunakan untuk menjaga pH agar konstan. Secara alami, [[sistem dapar bikarbonat]] digunakan untuk mengatur pH [[darah]].
 
== Prinsip pendaparan (''buffering'') ==
[[Berkas:Buffer_Wiki_Edit.pngsvg|thumbjmpl|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>.
: HA <span contenteditable="false"><span>[[FileBerkas:Equilibrium.svg|link=|alt=is in equilibrium with|15x15px]]</span></span><span contenteditable="false"></span> H<sup>+</sup> + A<sup>−</sup>
Ketika sejumlah [[asam kuat]] ditambahkan ke dalam campuran kesetimbangan asam lemah dan [[Basabasa konjugat|basa konjugatnya]]nya, kesetimbangan bergeser ke kiri, sesuai dengan [[Prinsipprinsip Le Chatelier|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  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>
dan hanya sedikit yang terlibat reaksi netralisasi tersebut yang menghasilkan kenaikan pH.
: 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  netralisasi.
 
=== Kapasitas dapar ===
Kapasitas dapar, (β), adalah pengukuran kuantitatif ketahanan larutan dapar terhadap perubahan pH pada penambahan ionasam atau hidroksidabasa, dan dapat didefinisikasndidefinisikan sebagai berikut.:
: <math>\beta = \frac{dn}{d(p[H^+]pH)}</math>
 
dengan dn adalah jumlah tak hingga basa yang ditambahkan dan d(p[H<sup>+</sup>]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>
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
: <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  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.
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 ==
Larutan dapar diperlukan untuk mempertahankan pH, seperti pH untuk [[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  [[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  [[:en:Phosphate_buffered_salinePhosphate buffered saline|phosphate buffered saline]] (PBS) pada pH 7,4.
 
=== Senyawa pendapar sederhana ===
Baris 64 ⟶ 65:
 
=== Campuran dapar "universal" ===
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 [[Dapar McIlvaine|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"
! 0,2M Na<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub> /mL
Baris 95 ⟶ 96:
| style="background:#0077ff;" | 8,0
|}
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 Britton-Robinson|dapar  Britton-Robinson]], dikembangkan pada tahun 1931.
 
=== Senyawa dapar umum dalam biologi ===
Untuk rentang efektif, lihat  [[:en:Buffer_solutionBuffer solution#buffer_capacitybuffer capacity|Kapasitas dapar]], di atas.
{| class="wikitable" style="text-align:center"
|- bgcolor="#DDDD22"
Baris 106 ⟶ 107:
molekul
|-
| [[TAPS|TAPS]]|| [[fileBerkas:TAPS.svg|200px]] || 8,43 || −0,018 || 243,3
|-
| [[Bicine]] ||[[fileBerkas:Bicine.png|150px]] || 8,35 || −0,018 || 163,2
|-
| [[Tris]] ||[[fileBerkas:tris.png|100px]] || 8,06 || −0,028 || 121,14
|-
| [[Tricine]] ||[[fileBerkas:Tricine.png|150px]] || 8,05 || −0,021 || 179,2
|-
| [[TAPSO (buffer)|TAPSO]] ||[[fileBerkas:TAPSO.svg|200px]] ||7,635|| ||259,3
|-
| [[HEPES]] ||[[fileBerkas: HEPES.png|200px]] || 7,48 || −0,014 || 238,3
|-
| [[TES (buffer)|TES]] ||[[fileBerkas:TES free acid.svg|200px]] || 7,40 || −0,020 || 229,20
|-
| [[MOPS]] ||[[fileBerkas:MOPSMops is.pngsvg|150px]] || 7,20 || −0,015 || 209,3
|-
| [[PIPES]] || [[fileBerkas:PIPES.svg|200px]]|| 6,76 || −0,008 || 302,4
|-
| [[Cacodylate]] ||[[fileBerkas:Cacodylic acid.svg|100px]] || 6,27 || || 138,0
|-
| [[MES (buffer)|MES]] || [[fileBerkas:MES.svg|150px]]|| 6,15 || −0,011 || 195,2
|-
|}
Baris 136 ⟶ 137:
=== Asam monoprotik ===
Pertama-tama, tuliskan persamaan kesetimbangannya.
: HA <span contenteditable="false"><span>[[FileBerkas:Equilibrium.svg|link=|alt=is in equilibrium with|15x15px]]</span></span><span contenteditable="false"></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]].
: {| class="wikitable" style="text-align:center"
Baris 161 ⟶ 162:
|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  ''+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  ''x'', gunakan rumus untuk tetapan kesetimbangan yang dinyatakan sebagai konsentrasi:
: <math>K_a = \frac{[H^+] [A^-]}{[HA]}</math>
Substitusikan konsentrasi dengan nilai yang diperoleh dari baris terakhir tabel ICE:
Baris 169 ⟶ 170:
Disederhanakan menjadi:
: <math>x^2 + (K_a +y) x - K_a C_0 = 0</math>
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 ===
[[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.|thumbjmpl|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  ''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"
!kesetimbangan
!nilai p''K''<sub>a</sub>
|-
| H<sub>3</sub>A <span contenteditable="false"><span>[[FileBerkas:Equilibrium.svg|link=|alt=is in equilibrium with|15x15px]]</span></span><span contenteditable="false"></span> H<sub>2</sub>A<sup>−</sup> + H<sup>+</sup>
| p''K''<sub>a1</sub> = 3.13
|-
| H<sub>2</sub>A<sup>−</sup> <span contenteditable="false"><span>[[FileBerkas:Equilibrium.svg|link=|alt=is in equilibrium with|15x15px]]</span></span><span contenteditable="false"></span> HA<sup>2−</sup> + H<sup>+</sup>
| p''K''<sub>a2</sub> = 4.76
|-
| HA<sup>2−</sup> <span contenteditable="false"><span>[[FileBerkas:Equilibrium.svg|link=|alt=is in equilibrium with|15x15px]]</span></span><span contenteditable="false"></span> A<sup>3−</sup> + H<sup>+</sup>
| p''K''<sub>a3</sub> = 6.40
|}
Baris 195 ⟶ 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]].
: <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  [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 ==
* [[Persamaan Henderson–Hasselbalch|Persamaan Henderson–Hasselbalch]]
* [[Senyawa dapar]]  (''Buffering agent'')
* [[Dapar ion logam]]
* [[Dapar redoks mineral]]
Baris 207 ⟶ 208:
 
== Pranala luar ==
* [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]
 
Baris 213 ⟶ 214:
 
[[Kategori:Kimia asam-basa]]
[[Kategori:KesetimbanganKimia kimiakesetimbangan]]
[[Kategori:Dapar]]