Larutan dapar: Perbedaan antara revisi

'''Larutan dapar'''  (lebih tepatnya, dapar [[pH]] atau dapar [[ion hidrogen]]) 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 berusaha mempertahankan pH, sehingga mereka menggunakan larutan dapar untuk menjaga pH konstan. Secara alami, [[sistem dapar bikarbonat]] digunakan untuk mengatur pH [[darah]].

[[Berkas:Buffer_Wiki_Edit.png|jmpl|400x400px|Penambahan ion  [[hidroksida]] pada campuran kesetimbangan asam lemah. HA, dan basa konjugatnya, A^- ]]

Ketika sejumlah [[asam kuat]] ditambahkan ke dalam campuran kesetimbangan asam lemah dan [[basa konjugat]]nya, kesetimbangan bergeser ke kiri, sesuai dengan [[Prinsip 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_a = 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_a ± 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

Setelah asam 95% terdeprotonasi, pH meningkat tajam karena sebagian besar basa yang ditambahkan bereaksi dalam reaksi   netralisasi.

dengan C_A 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 -log₁₀[H⁺]. Kapasitas dapar  senyawa pendapar berada pada nilai maksimum jika p[H⁺] = pK_a. Akan jatuh menjadi 33% dari nilai maksimumnya pada p[H⁺] = pK_a ± 1 dan menjadi 10% pada p[H⁺] = pK_a ± 1.5. Berdasarkan alasan ini, rentang penggunaan berkisar  pK_a ± 1. Kapasitas dapar bersifat proporsional terhadap konsentrasi senyawa pendapar, C_A, sehingga larutan encernya memiliki kapasitas dapar rendah.

* 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.

Larutan dapar diperlukan untuk mempertahankan 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>

Dapar  [[asam karbonat]]  (H₂CO₃) dan  [[:en:Bicarbonate|bikarbonat]]  (HCO₃⁻) 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_saline|phosphate buffered saline]] (PBS) pada pH 7,4.

Dengan menggabungkan senyawa yang mempunyai perbedaan p''K''_a  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''_a, 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>

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|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.

Untuk rentang efektif, lihat  [[:en:Buffer_solution#buffer_capacity|Kapasitas dapar]], di atas.

Baris pertama, diberi label '<nowiki/>'''''I'''''<nowiki/>', 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 '<nowiki/>'''''C'''''<nowiki/>' untuk perubahan ('''''C'''hange''), 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 '<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:

Untuk nilai C₀  tertentu, K_a 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 adalah asam yang dapat melepaskan lebih dari satu proton. Tetapan disosiasi proton pertama dapat ditulis sebagai  ''K''_a1 dan tetapan disosiasi proton selanjutnya sebagai  ''K''_a2, dst. [[Asam sitrat]], H₃A, adalah contoh asam poliprotik yang dapat melepas tiga proton.

K_w adalah tetapan ionisasi air. Terdapat dua [[persamaan simultan]] [[Sistem nonlinier|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.<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>

* [[Persamaan Henderson–Hasselbalch|Persamaan  Henderson–Hasselbalch]]

* [[Senyawa dapar]]  (''Buffering agent'')