Fungsi Larutan Penyangga dalam Tubuh Makhluk Hidup

Fungsi Larutan Penyangga dalam Tubuh Makhluk Hidup

pH darah di dalam tubuh makhluk hidup selalu berkisar 7,4. Hal ini karena semua caitan tubuh merupakan larutan penyangga yang menjaga agar pH darah selalu konstan saat proses metabolisme berlangsung. Larutan penyangga yang terdapat di dalam plasma darah manusia dan hewan dapat dibuktikan. Jika ke dalam 1 L darah normal (pH = 7,4) dimasukkan 0,01 mol HCI, pH-nya berubah menjadi 7,2 (terjadi penurunan 0,2). Padahal, jika 0,01 mol HCI dimasukkan ke dalam 1 L larutan yang isotonik dengan darah, seperti larutan NaCI, pH larutan berubah dari 7,0 menjadi 2. Oleh karenanya, berbagai obat yang dimasukkan ke dalam tubuh seperti cairan obat suntik, cairan infus, dan obat tetes mata dibuat’mendekati pH cairan tubuh. Larutan penyangga yang berperan di dalam tubuh manusia di antaranya penyangga hemoglobin, penyangga karbonat, dan penyangga fosfat.

Penyangga Hemoglobin

Hemoglobin atau Hb merupakan zat warna darah atau pigmen darah. Hemoglobin dapat menjaga pH darah tetap terkontrol. Prosesnya dimulai saat oksigen masuk ke dalam tubuh. Oksigen dibutuhkan oleh manusia untuk bernapas. Oksigen yang dibutuhkan masuk ke dalam kapiler darah yang menyelubungi alveolus. Sebagian besar oksigen tersebut akan diikat oleh hemoglobin dan diangkut ke sel-sel jaringan tubuh. Adanya oksigen yang mengoksidasi darah mengakibatkan warna darah menjadi merah terang. Sementara itu, darah yang belum teroksidasi oksigen akan berwarna merah gelap. Reaksi oksidasi darah sebagai berikut.

Pada proses metabolisme, tubuh akan menghasilkan C0₂. C0₂ ini akan bergabung dengan H₂O membentuk H₂CO₃ (asam karbonat) dalam darah. Terbentuknya H₂CO₃ mengakibatkan meningkatnya konsentrasi ion H⁺ sehingga pH berubah menjadi sekitar 4,5. Sementara itu, hemoglobin yang telah melepaskan oksigen akan berubah menjadi basa. Oleh karena itu, hemoglobin akan mampu mengikat kelebihan H⁺ dari H₂CO₃ dan membentuk asam hemoglobin. Dengan demikian, pH di dalam darah tetap konstan.

Beberapa gangguan kestabilan pH darah, yaitu asidosis dan alkalosis. Asidosis yaitu penurunan pH darah karena turunnya kadar basa dalam darah. Gangguan ini terjadi saat pengangkutan CO₂. Faktor yang mengakibatkan asidosis yaitu penyakit jantung, penyakit ginjal, penyakit gula (diabetes melitus), buang air besar berlebihan (diare), olahraga berlebihan, serta mengonsumsi makanan yang mengandung protein tinggi dalam jangka waktu lama. Sementara itu, alkalosis adalah peningkatan pH darah karena adanya akumulasi garam basa dalam darah. Faktor yang mengakibatkan alkalosis di antaranya perasaan cemas, berada di tempat dengan kadar oksigen rendah, muntah- muntah, atau bernapas secara berlebihan (hiperventilasi) karena cemas, histeris, atau berada di ketinggian.

Penyangga Karbonat dan Penyangga Fosfat

Di dalam tubuh, darah manusia juga mengandung larutan penyangga karbonat (H₂C0₃/HC0₃^–) dan larutan penyangga fosfat (H₂PO^–₄/HPO²₄^–). Penyangga fosfat mempunyai harga pK_a = 7,2. Sementara itu, penyangga karbonat mempunyai harga pK_a = 6,1. Harga pK_a fosfat lebih besar daripada harga pK_a karbonat sehingga di dalam darah terdapat lebih banyak penyangga fosfat daripada penyangga karbonat. Sistem penyangga H₂PO^–₄ dengan HPO²₄^– di dalam darah bekerja sebagai berikut.

Apabila di dalam darah terdapat basa, reaksi yang terjadi:

H₂PO₄^– + OH^– ↔ HPO²₄^– + H₂0

Apabila di dalam darah terdapat asam, reaksi yang terjadi:

HPO²₄^– + H₃O⁺ ↔ H₂PO^–₄ + H₂O

Jadi, sistem penyangga H₂PO^–₄ dengan HPO²₄^–  berfungsi mencegah perubahan pH di dalam darah. Penyangga fosfat juga terkandung cji dalam air luaah untuk membantu menetralkan asam yang masuk ke dalam mulut yang dapat<merusak email gigi. Penyangga ini menjaga pH mulut tetap sekitar 6,8.

Fungsi Larutan Penyangga dalam Kehidupan Sehari-hari

Larutan penyangga digunakan dalam berbagai bidang, seperti kimia analitis, biokimia, bakteriologi, obat- obatan (farmasi), fotografi, industri kulit, zat warna, industri makanan, pertanian, dan pengolahan limbah industri. Rentang pH tertentu yang sempit diperlukan untuk mencapai hasil yang optimum dalam berbagai bidang tersebut. Misal suatu enzim dapat bekerja pada pH tertentu dan sangat sensitif terhadap perubahan pH.

Dalam bidang industri makanan, misal industri pengalengan buah-buahan juga membutuhkan larutan penyangga. Larutan penyangga tersebut berfungsi sebagai pengawetyang mengaturtingkat keasaman (pH).

Misal asam sitrat dan natrium sitrat. Kedua zat tersebut merupakan larutan penyangga yang biasa ditambahkan pada buah-buahan yang dikalengkan. Selain itu, asam sitrat juga biasa digunakan untuk mengatur tingkat keasaman pada produk air susu, selai, dan jeli. Jika pH terjaga maka produk makanan tersebut tidak mudah rusak oleh bakteri. Sementara itu, penyangga juga diperlukan untuk mengatur pH pada pengolahan limbah industri. Sebelum diolah, pH limbah diatur sedemikian rupa sehingga saat dibuang limbah tersebut tidak menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan.

Demikian penjelasan yang bisa kami sampaikan tentang Fungsi Larutan Penyangga Dalam Tubuh Dan Kehidupan Sehari-hari. Semoga postingan ini bermanfaat bagi pembaca dan bisa dijadikan sumber literatur untuk mengerjakan tugas. Sampai jumpa pada postingan selanjutnya.

LARUTAN PENYANGGA

LARUTAN PENYANGGA

A.   Pengertian Larutan Penyangga

Larutan penyangga adalah suatu sistem larutan yang dapat mempertahankan nilai pH larutan agar tidak terjadi perubahan pH yang berarti oleh karena penambahan asam atau basa maupun pengenceran. Larutan ini disebut juga dengan larutan buffer atau dapar.

Dalam kehidupan sehari-hari, terdapat berbagai reaksi kimia yang merupakan reaksi asam basa. Sebagai contoh, reaksi beberapa enzim pencernaan dalam sistem biologis. Enzim pepsin yang berfungsi memecah protein dalam lambung hanya dapat bekerja optimal dalam suasana asam, yakni pada sekitar pH 2. Dengan kata lain, jika enzim berada pada kondisi pH yang jauh berbeda dari pH optimal tersebut, maka enzim dapat menjadi tidak aktif bahkan rusak. Oleh karena itu, perlu ada suatu sistem yang menjaga nilai pH di mana enzim tersebut bekerja. Sistem untuk mempertahankan nilai pH inilah yang disebut dengan larutan penyangga. Hal ini terjadi sebagaimana dalam larutan ini terdapat zat-zat terlarut bersifat “penahan” yang terdiri dari komponen asam dan basa. Komponen asam akan menahan kenaikan pH sedangkan komponen basa akan menahan penurunan pH.

B.   Fungsi Larutan Penyangga

Larutan penyangga banyak digunakan dalam analisis kimia, biokimia dan mikrobiologi. Selain itu, dalam bidang industri, juga banyak digunakan pada proses seperti fotografi, electroplating (penyepuhan), pembuatan bir, penyamakan kulit, sintesis zat warna, sintesis obat-obatan, maupun penanganan limbah.

Di dalam tubuh makhluk hidup 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.

a.     Larutan penyangga asam

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, dan V = volum larutan penyangga,

b.     Larutan penyangga basa

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, dan V = volum larutan penyangga,

C.   Prinsip Kerja Larutan Penyangga

Larutan penyangga mempertahankan pH berdasarkan prinsip kesetimbangan. Anda masih ingat apa yang mempengaruhi nilai pH?

Yaa…benar! Konsentrasi H⁺ untuk larutan yang bersifat asam dan konsentrasi OH^– untuk larutan yang bersifat basa!!

Bagaimana nilai pH jika konsentrasi H⁺ dan OH^– dalam larutan adalah tetap? Yaa..anda benar lagi! Nilai pH juga akan tetap!!

Nah..sekarang anda akan mempelajari bagaimana prinsp kerja larutan penyangga dalam mempertahankan pH! Konsentrasi!!

a.     Prinsip Kerja Larutan Penyangga Asam

(Misal: HNO₂/NO₂^– yang dibuat dari campuran HNO₂ dengan NaNO₂)

Perhatikanlah gambar berikut!

a.     pH Larutan Penyangga

pH larutan penyangga tergantung oleh konsentrasi asam lemah/ basa lemah, konstanta kesetimbangan asam lemah/ basa lemah dan konsentrasi garamnya. Dalam suatu sistem larutan penyangga akan terdapat dua jenis reaksi yaitu reaksi kesetimbangan asam lemah/ basa lemah dan reaksi ionisasi garamnya.

1.     Menghitung pH Larutan Penyangga Asam

Konstanta kesetimbangan asam lemah:

 

                                                                                         sehingga:

                                                                                 maka:

                                                                              dan diperoleh:

2.     Menghitung pH Larutan Penyangga Basa

Konstanta kesetimbangan basa lemah:

                                                                                      sehingga:

                                                                               maka:

                                                          Sehingga diperoleh:

D. Cara Menghitung pH dan pOH Larutan Penyangga Buffer Asam dan Basa, Rumus Menentukan, Contoh Soal, Pembahasan, Kimia - Sebelumnya, pelajarilah terlebih dahulu materi tentang jenis larutan penyangga.

a. Larutan Penyangga Asam

Marilah kita tinjau larutan yang mengandung campuran asam lemah dengan basa konjugasinya, misalnya CH₃COOH dengan CH₃COO^–. Kita ketahui bahwa hampir semua ion CH₃COO^– dalam larutan berasal dari garam sebab CH₃COOH hanya sedikit sekali yang terionisasi (James E. Brady, 1990).

CH₃COOH D CH₃COO^– + H⁺

K_a = 

[H⁺] = K_a . 

–log [H⁺] = –log K_a – log 

pH = pK_a – log 

Karena dalam satu larutan mengandung CH₃COOH dan CH₃COO^–, maka rumus di atas dapat ditulis :

pH = pK_a – log 

dengan : 

K_a = tetapan ionisasi asam lemah

a = jumlah mol asam lemah

g = jumlah mol basa konjugasi

b. Larutan Penyangga Basa

Sekarang marilah kita tinjau larutan yang mengandung basa lemah dengan asam konjugasinya. Misalnya, NH₃ dan NH₄⁺ yang berasal dari garam (James E. Brady, 1990).

D.   Cara Membuat Larutan Penyangga

Larutan buffer selalu mengandung komponen asam dan basa, dengan asam serta basa konjugasi. Sehingga campuran itu mampu mengikat ion H+ sekaligus ion OH-. Sehingga pada penambahan sedikit asam kuat maupun basa kuat, tidak akan mengubah pH secara signifikan.

Campuran asam lemah dan garamnya (berasal dari asam lemah dan basa kuat), cara kerjanya bisa dilihat dari larutan buffer yang mengandung CH₃COOH dan CH₃COO- yang mampu mengalami keseimbangan. Prosesnya adalah berikut ini:

a.     Pada Penambahan Asam

Ketika penambahan asam (H+) akan menggeser keseimbangan ke kiri. Yakni ketika ion H+ ditambah dan akan bereaksi terhadap ion CH₃COO-. Alhasil kemudian terbentuk molekul CH₃COOH.

CH₃COO-_(aq) + H+_(aq)-> CH₃COOH_(aq)

b.    Pada Penambahan Basa

Bila basa ditambahkan, maka ion OH- dari basa akan bereaksi terhadap ion H+ dan membentuk air. Penambahan itu mampu mengakibatkan keseimbangan bergeser ke kanan sehingga konsentrasi ion H+ tetap dipertahankan.

Jadi, penambahan basa itu akan mengakibatkan berkurangnya komponen asam (CH₃COOH), bukan ion H+. Basa yang ditambah itu akan bereaksi terhadap asam CH₃COOH dan membentuk ion CH₃COO- dan air.

CH₃COOH_(aq) + OH-_(aq)-> CH₃COO-_(aq) + H₂O (l)

Sedangkan campuran basa lemah dan garamnya (berasal dari asam kuat dan basa lemah), cara kerjanya bisa dilihat dari larutan buffer yang mengandung NH₃ dan NH₄+. Prosesnya ada di bawah ini:

a.     Proses Penambahan Asam

Bila ditambah asam, ion H+ dari asam akan mengikat ion OH-. Ini akan mengakibatkan keseimbangan bergeser ke kanan, sehingga konsentrasi ion OH- dapat dipertahankan.

Suatu sisi penambahan ini akan mengakibatkan berkurangnya komponen basa (NH₃), bukan ion OH-. Asam yang ditambah akan bereaksi dengan basa NH₃ dan membentuk ion NH₄+.

NH_3(aq) + H+_(aq)-> NH₄+_(aq)

b.    Pada Penambahan Basa

Bila basa ditambahkan, keseimbangan bergeser ke kiri sehingga konsentrasi ion OH- bisa dipertahankan. Basa yang ditambahkan bereaksi dengan komponen asam (NH₄+) membentuk basa (NH₃) dan air.

NH_4(aq) + OH-_(aq) -> NH_3(aq) + H₂O (l)