Lia Laila Pharmaceutical Technology Department

Faculty of PharmacyUniversity of Sumatera Utara

2014

POKOK BAHASAN• Pendahuluan• Defenisi• Aksi• Kapasitas buffer

- berdasarkan perbandingan garam/asam - berdasarkan konsentrasi garam+asam- berdasarkan jumlah a, b yang ditambahkan

• Kapasitas buffer maksimum• Contoh soal

Asam dan basaTeori:

1. Arrheniusasam : senyawa yang melepaskan H+ dalam larutan air

basa : senyawa yang melepaskan OH- dalam larutan air

2. Bronsted Lowryasam : senyawa yang mentransfer H+basa : senyawa yang mentransfer OH-

3. Lewisasam : senyawa yang menjadi penerima pasangan elektronbasa : senyawa yang menjadi pendonor pasangan elektron

Air adalah molekul yang memiliki kecenderungan untuk berdisosiasi menjadi ion (berionisasi):H2O H+ + OH- Dalam air murni konsentrasi dari ion H+ and OH- adalah sama dan pada suhu 25°C, keduanya memiliki nilai 1 x 10-7 mol/l.

Konsentrasi ion hidrogen dari 1 mol/L untuk asam kuat turun sampai 1 x 10-14 mol/L untuk basa kuat.

pHAdalah logaritma negatif dari konsentrasi ion hidrogen.

pH = -log [H+]

Mengapa pH dari larutan air yang netral = 7?

Aplikasi penggunaan pH dalam bidang farmasi:

Mempengaruhi kelarutan obat yang merupakan asam lemah atau basa lemah

Mempengaruhi stabilitas obat Mempengaruhi kemudahan dalam absorpsi

obat dari saluran pencernaan

Larutan Buffer/Dapar/Penyangga adalah suatu larutan yang dapat menahan perubahan pH dengan adanya penambahan asam atau basa kuat atau bahan lain dalam jumlah yang terbatas.

Larutan buffer secara umum terdiri dari campuran:- Asam lemah dan garamnya- Basa lemah dan garamnya

Contoh:- CH3COOH dengan CH3COONa- H3PO4 dengan NaH2PO4-  NH4OH dengan NH4Cl

Sifat larutan buffer:- pH larutan tidak berubah bila diencerkan- pH larutan tidak berubah dengan sedikit

penambahan asam atau basa

Suatu buffer asetat mengandung asam lemah asam asetat (HC2H3O2) dan garam basa konjugasinya natrium asetat (NaC2H3O2).

Disosiasi asam terjadi: HC2H3O2(aq) + H2O(l) C2H3O2

(aq) + H3O+(aq) Garam menyediakan konsentrasi yang tinggi

dari basa konjugasinya C2H3O2 dibandingkan

yang dihasilkan oleh disosiasi asam lemah itu sendiri. NaC2H3O2(aq) Na+(aq) + C2H3O2

(aq)

14

Fungsi asam lemah dalam buffer adalah untuk menetralkan penambahan basa.

Ion asetat yang dihasilkan dari proses netralisasi menjadi bagian dari asetat yang tersedia. HC2H3O2(aq) + OH−(aq) C2H3O2

(aq) + H2O(l)

acetic acid base acetate ion water

15

Fungsi dari ion asetat C2H3O2 adalah

untuk menetralkan penambahan H3O+. Asam asetat yang dihasilkan dari

netralisasi berkontribusi pada asam lemah yang tersedia.

C2H3O2(aq) + H3O+(aq) HC2H3O2(aq) + H2O(l)

acetate ion acid acetic acid water

16

Aksi Buffer terjadi karena: Asam lemah dalam buffer menetralkan

basa Konjugasi basa dalam buffer menetralkan

asam pH larutan tetap dipertahankan

17

[H3O+] dalam ekspresi Ka digunakan untuk menentukan pH Buffer.Asam lemah+ H2O H3O+ + basa konjugasi

Ka = [H3O+][conjugate base] [weak acid][H3O+] = Ka x [weak acid] [conjugate base]pH = log [H3O+]

18

19

Asam lemah H2PO4 dalam buffer darah H2PO4

/HPO42

memiliki Ka = 6.2 x 108. Berapa pH Buffer jika [H2PO4

] = 0.20 M and [HPO42] = 0.20 M?

1. Tuliskan ekspresi Ka dalam: H2PO4

(aq) + H2O(l) HPO42(aq) + H3O+(aq)

Ka = [HPO42][H3O+]

[H2PO4]

2. Ubah Ka untuk [H3O+]:[H3O+] = Ka x [H2PO4

] [HPO4

2]

20

3. Substitusi [HA] dan [A]: [H3O+] = 6.2 x 108 x [0.20 M] = 6.2 x 108

[0.20 M]4.Gunakan [H3O+] untuk menghitung pH:

pH = log [6.2 x 10 8] = 7.21

21

Berapa pH dari buffer H2CO3 yang memiliki 0.20 M H2CO3 and 0.10 M HCO3

? Ka(H2CO3) = 4.3 x 107

1) 6.67 2) 6.37

3) 6.07

22

Berapa pH dari buffer H2CO3 yang memiliki konsentrasi 0.20 M H2CO3 dan 0.10 M HCO3

? Ka(H2CO3) = 4.3 x 107

1. Tuliskan ekspresi Ka dalam bentuk: H2CO3(aq) + H2O(l) HCO3

(aq) + H3O+(aq) Ka = [HCO3

][H3O+] [H2CO3]

2. Ubah susunan Ka menjadi [H3O+]: [H3O+] = Ka x [H2CO3] [HCO3

]

23

3. Substitusi [HA] dan [A]: [H3O+] = 4.3 x 107 x [0.20 M] = 8.6 x 107 M

[0.10 M] 4. Gunakan [H3O+] untuk menghitung pH:

pH = log [8.6 x 107] = 6.07

24

pKaDalam suatu larutan yang mengandung asam lemah HA terjadi disosiasi seperti di bawah ini:

HA H+ + A-

Konstanta disosiasi (Ka) dari persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut:

[H+] [A-] Ka = [HA]

pKa = logritma negatif dari KapH = logaritma negatif dari konsentrasi ion hidrogen [H+]

[HA] pKa = pH + log [A-]

Persamaan di atas merupakan persamaan Henderson- Hasselbalch yang sering digunakan dalam menentukan pH buffer.

Persamaan buffer untuk basa lemah dan garamnya

Larutan buffer tidak umum dibuat dari basa lemah dan garamnya karena mudahnya penguapan dan ketidakstabilan dari basa dan ketergantungan pHnya pada PKw, yang sering dipengaruhi oleh suhu.Walau bagaimanapun larutan farmaseutik, contohnya larutan basa efedrin dan efedrin hidroklorida, mengandung kombinasi basa lemah dan garamnya.

Perhitungan pH buffer dapat menggunakan persamaan:

pH = pKw – pKb + log [basa]/[garam]

Contoh:Berapa pH larutan asam asetat 0,1 M, pKa= 4,76? Berapa pH larutan setelah ditambahkan natrium asetat 0,1 M?

1.pH asam asetat dapat dihitung dengan menggunakan persamaan bentuk logaritma

pH = ½ Pka – ½ log CpH = 2,38 + 0,50 = 2,88

2. pH larutan buffer dapat dihitung dengan persamaan buffer

pH = 4,76 + log (0,1/ 0,1) = 4,76

Kapasitas buffer : efisiensi buffer, index buffer, nilai buffer adalah suatu ukuran tahanan suatu buffer terhadap perubahan pH karena penambahan asam atau basa kuat.

Kapasitas buffer dapat didefinisikan sebagai jumlah asam atau basa kuat , diekspresikan dalam mol ion H + atau OH-, yang diperlukan untuk mengubah pH satu liter buffer dengan satu unit pH.

Rasio penambahan basa atau asam kuat terhadap sedikit perubahan pH yang disebabkan oleh penambahan tersebut.

β = Δ B Δ pH

ΔB = gram equivalent/liter asam atau basa kuat yang ditambahkan ke larutan buffer untuk menghasilkan perubahan pH

Δ pH = perubahan pH yang disebabkan penambahan asam atau basa kuat

Kapasitas Buffer maksimum (βmax) diperoleh bila rasio asam terhadap garam = 1 yaitu pada saat pKa = pH

Kapasitas buffer suatu larutan memiliki nilai 1: ketika 1 gram

equiv. Asam atau basa kuat ditambahkan pada 1 liter larutan

buffer menghasilkan perubahan pH 1 unit. Contoh:Buffer asetat mengandung: 0.1 mol masing-masing asam asetat dan natrium asetat dalam 1 liter larutan.

a)0.01 mol NaOH ditambahkan b)Konsentrasi natrium asetat (garam dalam persamaan buffer) ↑ 0.01 mol/l & konsentrasi asam asetat ↓ 0.01 mol/l

Karena setiap kenaikan basa mengubah 0.01 mol asam asetat menjadi 0.01 mol natrium asetat berdasarkan reaksi : HAc + NaOH NaAc + H2O (0.1 – 0.01) (0.01) (0.1 + 0.01)

Perubahan konsentrasi garam dan asam dengan penambahan basa dinyatakan dalam persamaan buffer dengan sedikit modifikasi: pH = pKa + log [salt ] + [base] [acid] - [base]

Sebelum penambahan NaOH, pH dari larutan Buffer adalah:

pH = 4.76 + log ( 0.1 + 0 ) = 4.76 ( 0.1 – 0 )

Moles of NaOH added

pH of solution

0.00 4.760.01 4.850.02 4.940.03 5.030.04 5.130.05 5.240.06 5.36

Buffer Capacity, β

0.110.110.100.090.08 0.07

Kapasitas buffer bukanlah suatu nilai yang tetap untuk suatu sistem buffer, tetapi bergantung pada jumlah basa yang ditambahkan.

Dengan penambahan jumlah NaOH, kapasitas buffer menurun dengan cepat, dan ketika basa yang ditambahkan telah mencukupi maka asam akan seluruhnya berubah menjadi ion natrium dan ion asetat.

Buffer memiliki kapasitas terbesarnya sebelum penambahan basa, dimana [salt] / [acid] = 1, dan pH = pKa.

Kapasitas buffer dipengaruhi oleh kenaikan total

konsentrasi dari bahan buffer karena semakin besar konsentrasi garam dan asam menghasilkan tahanan asam dan basa yang lebih besar.

Van Slyke mengembangkan persamaan yang lebih akurat dalam menghitung kapasitas buffer (β)

Ka [H3O+] 2.3 C = β

]H3O+([2+ Ka ( C = Konsentrasi total buffer (jumlah konsentrasi molar asam dan garamnya)Ka = konstanta disosiasi H3O+ = konsentrasi ion hidrogen

Persamaan ini memungkinkan untuk menghitung kapasitas buffer sebelum penambahan asam atau basa ke dalam

larutan buffer .

ContohJika suatu konsentrasi ion hidrogen adalah 1.75 x 10-5, pH =4.76, berapa kapasitas buffer yang mengandung masing-masing 0.10 mol asam asetat dan natrium asetat per liter

larutan?

Konsentrasi Total, C = [acid] + [salt], adalah 0.20 mol/l dan konstanta disosiasi Ka adalah 1.75 x 10-5

Ka [H3O+] 2.3 C = β

(Ka + [H3O+])2

β = 2.3 X 0.20 X (1.75x10-5) X (1.75 X 10-5) = 0.115

[(1.75x10-5) +(1.75 X 10-5)]2

1. Pilihlah asam lemah yang memiliki pKa mendekati pH yang diinginkan. Acetic acid, pKa= 4,76

2. Rasio garam dan asam yang diperlukan untuk menghasilkan pH 5 adalah

5,0 = 4,76 + log ([salt] / [acid])log ([salt] / [acid]) = 5,0 – 4,76 = 0,24

([salt] / [acid]) = antilog 0,24 = 1,74Ratio garam terhadap asam adalah 1,74/1.

3 [The buffer capacity equation is used to obtain the total buffer concentration , C = [salt ] + [acid]

Ka[H3O+] 2.3 C = β ]H3O+([2+ Ka (

0.02 = 2.3 X C X (1.75x10-5) X (1X 10-5)

[(1.75x10-5) + (1 X 10-5)]2

C= 3.75 x 10-2 mol/l From (2): [salt] = 1.74 x [acid], and from (3): C = 1.74 x [acid] + [acid] = 3.75 X 10-2 mol/l

C = 2,74 [acid] = 3,75 X 10-2 mol/l[acid] = 1.37 x 10-2 mol/l[salt] = 1.74 X [acid] = 2.38 X 10-2 mol/l

Pengaruh konsentrasi terhadap kapasitas buffer

Kapasitas buffer tidak saja dipengaruhi oleh rasio (garam)/ (asam) tetapi juga oleh konsentrasi total asam dan garam.Pada tabel sebelumnya ketika ditambahkan 0,01 mol basa ke dalam buffer asetat 0,1M, pH meningkat dari 4,76 menjadi 4,85 atau ∆ pH adalah 0.09 Jika konsentrasi asam asetat dan natrium asetat dinaikkan menjadi 1 M, maka pH larutan buffer tetap 4,76 tetapi dengan penambahan 0,01 mol basa pH menjadi 4,77 dan ∆ pH hanya 0.01. Sehingga, kenaikan konsentrasi komponen buffer menghasilkan kapasitas buffer yang lebih besar.

Kesimpulan, kapasitas buffer bergantung pada: )a (Nilai rasio garam/asam, β meningkat bila nilai mendekati

satu )b (kekuatan konsentrasi masing-masing komponen buffer, β

meningkat bila C meningkat

Kapasitas maksimum buffer

The maximum buffer capacity occurs when pH = pKa or when (H3O+) = Ka

max = 2.303 C (H3O+) 2 = 0.576 β 2 )H3O+ (2

β max = 0.576 C

Where C is the total buffer concentration

Example: What is the maximum buffer capacity of an acetate buffer

with a total concentration of 0.20 mol/l? β max = 0.576 C

= 0.01152 = 0.01

Prosedur umum membuat larutan buffer bidang Farmasi:1.Pilihlah asam lemah yang memiliki pKa mendekati pH larutan buffer yang akan dibuat. Ini akan menjamin kapasitas maksimum buffer.2.Hitunglah ratio garam dan asam yang dibutuhkan untuk menghasilkan pH yang diinginkan. Persamaan buffer akan mencukupi untuk perhitungan rentang pH 4 sampai 10.3.Pertimbangkan konsentrasi individu dari gabuffer dari garam dan asam yang dibutuhkan untuk mendapatkan kapasitas buffer yang diinginkan. Konsentrasi 0,05 – 0,5 M biasanya mencukupi, dan kapasitas buffer dari 0,01 – 0,1 secara umum mencukupi.4.Faktor penting lain dalam pemilihan buffer yaitu ketersediaan bahan, sterilitas larutan akhir, stabilitas obat dan buffer, biaya, dan kebebasan dari efek toksik.

Misal: buffer borat, karena efek toksik tidak boleh digunakan untuk pemberian oral maupun parenteral.5. Tentukan nilai pH dan kapasitas buffer dari larutan buffer yang telah dibuat.

Thank you for attention

Soal latihan:

1.Tentukan pH dari larutan berikut:a. Larutan yang mengandung 0,1 mol efedrin dan 0,01 mol

efedrin HCl per liter larutan jika diketahui pKb efedrin = 4,64.

b. Larutan yang mengandung 0,05 mol/liter formic acid dan 0,1 mol/liter sodium formate. pKa formic acid = 3,75.

2. Berapa kapasitas buffer suatu larutan jika konsentrasi asam dan garamnya masing-masing 0,2 mol dan 0,1 mol perliter larutan? Diketahui konstanta disosiasi = 1.75x10-5