Menghitung pH Campuran Dua Larutan Bufer dengan pH Tertentu

Soal berikut bersifat teoritis, tipikal soal latihan dalam kimia analitik atau kimia fisika untuk melatih pemahaman terhadap persamaan Henderson–Hasselbalch dan stoikiometri pencampuran. Cocok sebagai bahan latihan persiapan OSN Kimia.

Namun konsepnya memang punya relevansi praktis, meski dengan catatan, misal elektroforesis dan kromatografi, kadang perlu menyesuaikan pH running bufer dengan mencampur stok bufer berbeda pH agar mencapai kondisi optimal pemisahan; bufer lisis, reaksi enzim, atau cell culture media sering disiapkan dari stok konsentrasi tinggi lalu diencerkan/dicampur; farmasi, formulasi sediaan cair tertentu memerlukan penyesuaian pH dengan menambah komponen bufer.

Soal: Larutan bufer Q ber-pH 4 dan larutan bufer R ber-pH 6. Masing-masing dibuat dari asam HA dan garam NaA. Konsentrasi HA dalam setiap bufer ini 0,50 M. Berapa pH larutan yang diperoleh dengan mencampur kedua larutan bufer Q dengan volume 200 mL dan larutan bufer R dengan volume 100 mL?

Penyelesaian: pH Campuran Larutan Bufer

1Data yang diketahui

• Bufer Q: pH = 4; [HA] = 0,50 M; volume = 200 mL
• Bufer R: pH = 6; [HA] = 0,50 M; volume = 100 mL
• Volume total campuran = 300 mL

Persamaan Henderson–Hasselbalch yang digunakan:

\[\mathrm{pH} = pK_a + \log\frac{[A^-]}{[HA]}\]

2n HA total dalam campuran \[\begin{aligned} \text{n HA}_Q &= [HA_Q] \times V_Q \\ &= 0{,}50 \times 0{,}200 \\ &= 0{,}10 \text{ mol} \\[12pt] \text{n HA}_R &= [HA_R] \times V_R \\ &= 0{,}50 \times 0{,}100 \\ &= 0{,}05 \text{ mol} \\[12pt] \text{n HA}_{\text{total}} &= \text{n HA}_Q + \text{n HA}_R \\ &= 0{,}10 + 0{,}05 \\ &= 0{,}15 \text{ mol} \end{aligned}\]

Konsentrasi HA dalam campuran:

\[\begin{aligned} [HA] &= \frac{\text{n HA}_{\text{total}}}{V_Q + V_R} \\&= \frac{0{,}15~mol}{(0{,}200 + 0{,}100)~L} \\ &= 0{,}50 \text{ M} \end{aligned}\]

3n A⁻ dari masing-masing bufer

Bufer Q (pH = 4):

\[\begin{aligned} 4 &= pK_a + \log\frac{[A^-]_Q}{0{,}50} \\ 4 - pK_a &= \log\frac{[A^-]_Q}{0{,}50} \\ 10^{(4-pK_a)} &= \frac{[A^-]_Q}{0{,}50} \\ [A^-]_Q &= 0{,}50 \times 10^{(4-pK_a)} \\ \text{n A}^-_Q &= 0{,}50 \times 10^{(4-pK_a)} \times 0{,}200 \\ &= 0{,}10 \times 10^{(4-pK_a)}~mol \end{aligned}\]

Bufer R (pH = 6):

\[\begin{aligned} 6 &= pK_a + \log\frac{[A^-]_R}{0{,}50} \\ 6 - pK_a &= \log\frac{[A^-]_R}{0{,}50} \\ 10^{(6-pK_a)} &= \frac{[A^-]_R}{0{,}50} \\ [A^-]_R &= 0{,}50 \times 10^{(6-pK_a)} \\ \text{n A}^-_R &= 0{,}50 \times 10^{(6-pK_a)} \times 0{,}100 \\ &= 0{,}05 \times 10^{(6-pK_a)}~mol \end{aligned}\]

4Total mol A^-

Faktorkan ke bentuk $10^{(4-pK_a)}$ untuk R agar faktornya sama dengan Q:

\[\begin{aligned} \text{n A}^-_R &= 0{,}05 \times 10^{(6-pK_a)} \\ &= 0{,}05 \times 10^2 \times 10^{(4-pK_a)} \\ &= 5{,}0 \times 10^{(4-pK_a)}~mol \\[12pt] \text{n A}^-_{\text{ total}} &= \text{n A}^-_Q + \text{n A}^-_R \\ &= 0{,}10 \times 10^{(4-pK_a)} + 5{,}0 \times 10^{(4-pK_a)} \\ &= 5{,}1 \times 10^{(4-pK_a)}~mol \end{aligned}\]

5Konsentrasi A⁻ dalam campuran \[\begin{aligned} [A^-]_{\text{camp}} &= \frac{\text{n A}^-_{\text{ total}}}{V_{\text{total}}} \\ &= \frac{(5{,}1 \times 10^{(4-pK_a)})~mol}{0{,}300~L} \\ &= 17 \times 10^{(4-pK_a)} \\ &= 1{,}7 \times 10^{(5-pK_a)}~M \end{aligned}\]

6Hitung pH campuran \[\begin{aligned} \mathrm{pH} &= pK_a + \log\frac{[A^-]_{\text{camp}}}{[HA]} \\ &= pK_a + \log\left(\frac{1{,}7 \times 10^{(5-pK_a)}}{0{,}50}\right) \\ &= pK_a + \log\left(3{,}4 \times 10^{(5-pK_a)}\right) \\ &= pK_a + \log 3{,}4 + (5 - pK_a) \\ &= pK_a + \log 3{,}4 + 5 - pK_a \\ &= pK_a - pK_a + 5 + \log 3{,}4 \\ &= 5 + \log 3{,}4 \\ &= 5 + 0{,}531 \\ &= 5{,}53 \end{aligned}\]

pH larutan campuran = 5,53