Transport ion

Transport MuatanDefinisi :Perpindahan muatan (ion atau elektron) dalam larutan yang dapat menghasilkan arus listrik.Contoh :Terjadinya transport kation menuju elektroda bermuatan negatif dan anion menuju elektroda bermuatan positif.Daya Hantar (L) : arus listrik yang ditimbulkan akibat terjadinya transport muatan atau kebalikan dari tahanan (R) .(satuan mho () atau siemens (S)

L = 1/R 1 S = 1

R = tahanan (satuan Ohm )

A = luas penampang

= panjang konduktor

= tahanan jenis (mho/cm)Hantaran jenis (Ls) merupakan kebalikan resistivitas :

satuan Perhitungan hantaran jenis secara langsung dari tahanan sampel distribusinya arusnya rumit, sehingga sel dikalibrasi dengan sampel yang diketahui hantaran jenisnya Ls(yang khas adalah larutan kalium klorida dalam air dan konstanta sel C dinyatakan :

EMBED Equation.3 . Biasanya harganya dihitung dengan mengukur hantaran KCl (dalam air) larutan yang diketahui hantaran jenisnya.

k (konstanta sel) =

dengan tahanan standar. Jika sampel mempunyai tahanan R dalam sel yang sama, maka konduktivitasnya :

Hantaran jenis larutan tergantung pada jumlah ion yang ada (hantaran molar ()

() : hantaran larutan yang mengandung 1 mol elektrolit dan ditempatkan diantara 2 elektroda sejajar yang terpisah sejauh 1 meter.

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3 C = konsentrasi molar elektrolit yang ditambahkan(mol.m-3)Satuan hantaran molar = mho-1m2 = S.m2/molAda 2 golongan elektrolit yaitu :

1. Elektrolit kuat

2. Elektrolit lemah ELEKTROLIT KUAT

Definisi :

Zat yang terionisasi sempurna dalan larutan dan meliputi ion padatan dan asam kuat sehingga konsentrasi ion dalam larutan sebanding dengan konsentrasi elektrolit yang ditambahkan.Contoh : HCl, NaClHukum Khrausch : Hantaran molar sebanding dengan akar konsentrasi

= Hantaran molar pembatas yaitu konduktivitas molar dalam limit konsentrsi nol (ion tidak saling berantaraksi)

= koefisien yang tergantung pada stokhiometri elektrolit

Hukum migrasi bebas ion :

= hantaran molar pembatas kation

= hantaran molar pembatas anion

= jumlah kation

= jumlah anion ELEKTROLIT LEMAH

Definisi : zat yang tidak terionisasi sempurna dalam larutan.

Contoh : asam Bronsted (CH3COOH) dan Basa Bronsted (NH3)

HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq)

Hantaran jenis tergantung : jumlah ion dalam larutan dan derajat ionisasi elektrolit () sehingga untuk asam lemah HA pada konsentrasi nominal C pada kesetimbangan [H3O+] = C[A-] = C

[HA] = (1-)CKonstanta kesetimbangan dengan mengabaikan koefisien aktivitas

Harga tetapan kesetimbangan sebenarnya adalah tetapan kesetimbangan termodinamika Ka yang merupakan fungsi dari Ka dan koefisien keaktifan ion-ionnya. Untuk larutan pada pengenceran tak hingga koefisien keaktifan sama dengan 1. Maka harga tetapan kesetimbangan sebenarnya adalah :

= tetapan kesetimbangan

= tetapan kesetimbangan sebenarnya/termodinamikaA = tetapan

= derajat ionisasi

C = konsentrasi

Dengan mengalurkan log terhadap dan mengekstrapolasi harga C=0 diperoleh harga .Jika hantaran molar elektrolit terionisasi sempurna secara hipotesis () maka konduktivitas terukur :

Jika konsentrasi ion dalam larutan rendah maka :

Hukum Pengenceran Ostwald :

GERAKAN ION

Kecepatan hanyut (s) :

Jika dua elektroda yang terpisah dengan jarak l berada pada selisih potensial (), maka ion dalam larutan diantara kedua elektroda tersebut, mengalami medan listrik (E) sebesar :

Untuk ion ze (muatan ion) mengalami gaya sebesar :

Sedangkan gaya perlambatan (F), sedangkan gaya gesek (f) maka :

f = 6

Kedua gaya ini bekerja dalam arah yang berlawanan dan ion mencapai kecepatan akhir, yaitu kecepatan hanyut ion (s), jika gaya mempercepat F diimbangi oleh gaya perlambatan F. Gaya neto menjadi nol (F=F) jika :

Mobilitas ion (U)

Mobilitas ion dapat dihitung dengan pengukuran sebenarnya jarak yang ditempuh setiap ion dalam waktu tertentu dengan metode batas bergerak.

x = jarak (m)t = waktu (dt)

= kekuatan medan (volt.m-1)

Maka

Z =valensi kation

F = Faraday

Sehingga

Jika larutan elektrolit kuat pada konsentrasi molar (c) menimbulkan kation dengan muatan

setiap ion membawa muatan sehingga fluks muatan adalah :

Dengan merupakan konstanta Faraday dan maka fluksnya

Maka arus I : fluks muatan x luas

Karena medan listrik merupakan gradien potensial maka :

atau

Atau

Untuk larutan dalam limit konsentrasi nol :

untuk elektrolit simetris z : z (misalnya CuSO4) maka

Bilangan transport (t) Definisi :

Fraksi dari arus total yang dibawa oleh ion jenis tertentu. Untuk larutan dengan 2 jenis ion, bilangan transport kation :

I= arus total

Bilangan transport pembatas (t0) untuk limit konsentrasi nol dari larutan elektrolit.

Jika sehingga :

Untuk elektrolit simetris (bilangan muatan untuk kedua ion sama) maka persamaan diatas disederhanakan :

Hubungan antara konduktivitas ion dengan mobilitas ion :

Jadi untuk setiap jenis ion :

PENENTUAN BILANGAN TRANSPORT :

1. Metode Hittorf

2. Metoda perbatasan bergerak

1. Metode Hittorf

Prinsip : Menentukan perubahan konsentrasi elektrolit disekitar elektroda yang disebabkan karena migrasi ion.

Sel Hittorf : seperangkat alat elektrolisis yang terdiri atas pesawat Hittorf, sepasang elektroda, dan sumber tegangan arus searah

Contoh :Larutan AgNO3 ditempatkan pada sel hittorf yang dilengkapi dengan 2 buah elektroda perak yang terbagi dalam 3 bagian :

ruang anoda

ruang tengah

ruang katoda

Jika arus listrik lewat dalam larutan, maka ion Ag+ akan bermigrasi ke arah katoda dan ion NO3- akan bermigrasi ke arah anoda.

katoda (reaksi reduksi) :

Ag+ + e Ag

Anoda (reaksi oksidasi) :

Ag Ag+ + e

Pada ruang katoda :

Andaikan arus yang lewat = Q coulomb = Q/F faraday

sebelum arus lewat jumlah ion Ag+ = n0k ekivalen

sesudah arus lewat jumlah ion Ag+ = nk ekivalen

Jumlah ion Ag+ yang bermigrasi masuk = t+ Q/F ekivalen

Jumlah ion NO3- yang bermigrasi keluar = t- Q/F ekivalen

Jumlah ion Ag+ yang hilang karena reduksi = Q/F ekivalen maka

nk = n0k + t+ Q/F - Q/F

= n0k + (t+ - 1)Q/F

sehingga :

Persamaan diatas juga bisa diturunkan dari perubahan jumlah ion NO3-

nk = n0k t_ Q/F

= n0k + (1 - t+)Q/F

Dengan menganalisa larutan didalam ruangan ini sebelum dan sesudah arus lewat dapat diketahui n0k dan nk, sedangkan Q ditentukan dari coulometer yang disusun seri dengan alat elektrolisa dalam rangkaian listrik.

Pada ruang Anoda :

Analisa larutan dari ruang tengah untuk kontrol karena jumlah ekivalen elektrolit didalam ruang ini tidak berubah karena jumlah yang masuk dan keluar sama besar. Jika hasil analisa menunjukkan adanya perubahan, maka berarti bahwa telah terjadi difusi dari ruang anoda dan atau dari ruang katoda, maka percobaan harus di ulang dengan waktu pelewatan arus yang lebih singkat.2. METODE BATAS BERGERAK (MOVING BOUNDARY)

Prinsip : pipa A berisi larutan HCl dengan konsentrasi C ekivalen/liter. Anoda terbuat dari logam kadmium. Jika arus dilewatkan dalam larutan kadmium akan larut dan menghasilkan ion-ion Cd+. Baik ion H+ maupun ion Cd2+ bergerak ke arah katoda, dengan ion H+ bergerak lebih cepat. Antara larutan HCl dan larutan CdCl2 terdapat perbatasan yang jelas, karena ion-ion Cd2+ tidak mendahului ion-ion H+ dan juga tidak ketinggalan di belakangnya karena larutan harus selalu netral.

Andaikan perbatasan berpindah dari a ke b sejauh l cm jika Q coulomb lewat. Jumlah muatan listrik yang lewat adalah Q/F ekivalen dan dari jumlah ini Q/F. t+ ekivalen dihantarkan oleh ion-ion H+. Konsentrasi ion H+ dalam larutan c ekivalen/liter atau c/1000 ekivalen/cc. Volum larutan yang dilampaui oleh perbatasan .. Jika luas penampang pipa ialah A cm2 ;

Hantaran IonHantaran molar ion pada pengenceran tidak berhingga adalah :

Dimana = bilangan transport ion sampai pengenceran tak hingga

= jumlah ion yang muatan positif APLIKASI PROSES TRANSPORTSEDIMENTASIPartikel-partikel berat dalam medan gaya grafitasi menempati bagian dasar kolom larutan melalui proses yang disebut sedimentasi. Laju sedimentasi bergantung pada kuat medan dan pada massa serta bentuk partikel .

Contoh : 1. Molekul berbentuk bola bersedimentasi lebih cepat daripada molekul yang memanjang.

2. Spiral DNA bersedimentasi lebih cepat jika molekul itu didenaturasi menjadi lilitan acak.

Sedimentasi biasanya sangat lambat, tetapi proses ini dapat dipercepat dengan mengganti medan grafitasi dengan medan sentrifugal. (silinder yang dapat dirotasikan pada kecepatan tinggi disekitar sumbu dengan sample berada dalam sel disekelilingnya.LAJU SEDIMENTASI

Partikel terlarut dengan massa m mempunyai massa efektif (meff)

= rapatan larutan

= volume spesifik zat terlarut (volume/satuan massa)

massa pelarut yang digantikan oleh zat terlarut.

Jika partikel terlarut pada jarak r dari rotor yang berputar pada kecepatan sudut mengalami gaya sentrifugal dengan . Percepatan keluar dilawan oleh gaya gesekan yang sebanding dengan kecepatan partikel melalui medium s dan dituliskan fs dengan f merupakan koefisien gesekan. Oleh karena itu partikel menggunakan melintas yaitu kecepatantetap melalui medium yang ditemukan dengan menyamakan kedua gaya dan fs sehingga :

Kecepatan melintas bergantung pada kecepatan sudut dan radiusnya dan konstanta sedimentasi (S)

Jika maka

Untuk partikel bulat dengan radius a dalam pelarut dengan viskositas maka f dinyatakan dengan hubungan Stokes :

Sehingga untuk molekul bulat :

Jika molekul tidak bulat nilai f ditentukan oleh tabel sedangkan hubungan Stokes-Einstein antara f dan koefisien difusi D :

KESEIMBANGAN SEDIMENTASIKesukaran penggunaan laju sedimentasi untuk mengukur massa molar terletak dalam penentuan koefisien difusi (pengaburan batas karena arus konveksi sehingga solusinya membiarkan system mencapai keseimbangan.

Karena jumlah molekul terlarut dengan dengan setiap energi potensial tertentu E sebanding dengan maka perbandingan konsentrasi pada ketinggian berbeda dapat digunakan untuk menentukan massanya. Energi kinetik molekul dengan massa adalah :

Jika molekul itu mengelilingi lingkaran dengan radius r dengan kecepatan sudut sehingga perbandingan konsentrasi pada dan

Sehingga

ELEKTROFORESIS

Metode elektroforesis berdasarkan atas fakta bahwa banyak makromolekul memiliki muatan sehingga akan bergerak bila diletakkan dalam medan listrik. Gerakan ini disebut elektroforesis. Prinsip metode elektroforesis yaitu apabila muatan bersih sebesar q ditempatkan dalam medan listrik, maka molekul ini akan dikenai gaya (F) yang besarnya tergantung pada besar muatan yang dimiliki dan kekuatan medan listrik di sekelilingnya.

E = perbedaan potensial antar elektrodad = jarak antar elektroda

q = jumlah mautan dalam molekul

r = jari-jari molekul bulat

= kecepatan migrasi

Teknik elektroforesis :

2. Moving boundary electrophoresis (tanpa medium penyangga)

3. Zonal electrophoresis (dengan medium penyangga) elektroforesis kertas

elektroforesis lembaran selulosa

elektroforesis gelSoal Tipe 1:

1. Hantaran molar 0,1M KCl pada suhu 298K adalah 129 S.cm2mol-1. Tahanan terukur dalam sel pada hantaran yang sama =28,44. Tahanan itu besarnya 31,6 jika sel yang sama berisi 0,05M NaOH. Hitung hantaran molar NaOH pada konsentrasi tersebut.

2. Hantaran larutan 0,0075 mol/dm3 KCl adalah 1,49.103 . Jika konstanta sel = 105 m-1. Hitung hantaran jenis dan hantaran molar.

3. Dimensi elektroda yang digunakan dalam hantaran adalah 0,95 cm dan 1,015 cm. Jika kedua elektroda diikat pada jarak 0,45 cm. Hitung konstanta sel.

4. Tahanan larutan KCl 0,1 M dalam suatu sel hantaran adalah 325 ohm dan hantaran jenis 1,29 mho.m-1. Jika tahanan larutan NaCl 0,05 M dalam sel yang sama adalah 752,4 ohm. Hitung hantaran molar dari larutan itu.

Soal Tipe 2:

1. Tahanan larutan 0,01M CH3COOH diukur pada 298K dalam sel yang sama soal diatas (k=0,367 cm-1 dan hantaran molar pembatas = 390,5 S. cm2.mol-1) dan ternyata besarnya 2220. Hitung derajat ionisasi asam pada konsentrasi tersebut dan pKa

2. Tahanan larutan 0,025 M HCOOH pada kondisi yang sama terukur sebesar 444. Hitung pKa asam.3. Larutan asam asetat 0,0185 mol.dm-3 mempunyai hantaran 2,34x10-2 mho. Jika konstanta sel adalah 105 m-1 dan hantaran molar pembatas asam asetat =391 x 10-4 mho.m2 mol-1. Hitung konstanta kesetimbangan untuk asam asetat.Soal Tipe 3 :

1. Pada percobaan penentuan bilangan transport ion Na dalam 0,02 g.eq/L dengan metoda batas bergerak pada suhu 250 diperoleh data sbb:

p (Cm)01610

t (detik)034420703453

Hitung bilangan transport dari ion Na+ pada keadaan diatas, jika luas penampang tabung 0,1115 cm2 dan kuat arus 0,0016001 amper. 2. Suatu pesawat Hittorf mengandung larutan dari AgX dengan 1,5 g AgX per 1,50 g larutan . Arus searah dilewatkan ke dalam larutan tersebut sampai 1,0787 g Ag diendapkan pada katoda. Setelah arus diputuskan, larutan didalam ruang katoda dibuang, beratnya 100,50 g dan mengandung 0,5 g AgX. Berat molekul dari AgX = 150 g/mol. Tentukan bilangan transport dari Ag+ didalam larutan AgX.3. 0,1 molar larutan LiX mempunyai konduktivitas 0,009 Ohm-1Cm-1 pada 250C. Konduktivitas ioniknya dari Li+ =39,5 Ohm-1Cm2ekv-1+.

a. Hitung harga konduktivitas pembatasnya dari larutan itu.

b. Hitung konduktivitas ionik untuk X-4. Pada suhu 250C pada pengenceran tak hingga harga konduktivitas pembatas Kalium Pikrat adalah 103,97 Ohm-1.Cm2ekv-1 dan untuk Potasium 73,58 Ohm-1.Cm2ekv-1 . Hitung harga konduktivitas pembatas ion pikrat dan bilangan transport pada pengenceran tak hingga tersebut.homogeneous sample

I

A

t

l

_

+

V

Konduktivitas Listrik

_1206961027.unknown

_1209188091.unknown

_1337733965.unknown

_1369111214.unknown

_1369111889.unknown

_1369117043.unknown

_1369117066.unknown

_1369118243.unknown

_1369116109.unknown

_1369114401.unknown

_1369111291.unknown

_1337734501.unknown

_1369110914.unknown

_1369111028.unknown

_1337734018.unknown

_1337734055.unknown

_1337733988.unknown

_1209189586.unknown

_1238925424.unknown

_1337733909.unknown

_1337733934.unknown

_1239010108.unknown

_1239010157.unknown

_1239010223.unknown

_1238925574.unknown

_1238924099.unknown

_1238925377.unknown

_1209189719.unknown

_1209193702.unknown

_1209188913.unknown

_1209189302.unknown

_1209188205.unknown

_1207047250.unknown

_1208935750.unknown

_1208936408.unknown

_1208936649.unknown

_1208936729.unknown

_1208936517.unknown

_1208935867.unknown

_1208935329.unknown

_1208935535.unknown

_1208932139.unknown

_1207043637.unknown

_1207046811.unknown

_1207047141.unknown

_1207046592.unknown

_1207045172.unknown

_1206961209.unknown

_1207037734.unknown

_1207043490.unknown

_1207036293.unknown

_1207036336.unknown

_1206961086.unknown

_1206961189.unknown

_1205740029.unknown

_1205818562.unknown

_1206862718.unknown

_1206865789.unknown

_1206953123.unknown

_1206953454.unknown

_1206953737.unknown

_1206953847.unknown

_1206954118.unknown

_1206953478.unknown

_1206953187.unknown

_1206953268.unknown

_1206953158.unknown

_1206952818.unknown

_1206953024.unknown

_1206865997.unknown

_1206869323.unknown

_1206865902.unknown

_1206863265.unknown

_1206864264.unknown

_1206864491.unknown

_1206863680.unknown

_1206862814.unknown

_1206863056.unknown

_1206862750.unknown

_1205824735.unknown

_1205824972.unknown

_1205825073.unknown

_1205825667.unknown

_1205825803.unknown

_1205825128.unknown

_1205825018.unknown

_1205824897.unknown

_1205824600.unknown

_1205824677.unknown

_1205818747.unknown

_1205742210.unknown

_1205743032.unknown

_1205745599.unknown

_1205747941.unknown

_1205748090.unknown

_1205748301.unknown

_1205747648.unknown

_1205744281.unknown

_1205742532.unknown

_1205742663.unknown

_1205742304.unknown

_1205740789.unknown

_1205740951.unknown

_1205740717.unknown

_1205732717.unknown

_1205738625.unknown

_1205738808.unknown

_1205739810.unknown

_1205738713.unknown

_1205733228.unknown

_1205738585.unknown

_1205732957.unknown

_1205731005.unknown

_1205731289.unknown

_1205731320.unknown

_1205731275.unknown

_1205730787.unknown

_1205730788.unknown

_1205689621.unknown