K.An.Instrumen I-II

Download K.An.Instrumen I-II

Post on 24-Jul-2015

1.016 views

Category:

Documents

5 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p>4BAB I ELEKTROMETRI Kata elektrometri terdiri atas dua kata, yakni elektro berarti listrik dan metron yang berarti ukuran, jadi elektrometri sebetulnya berarti pengukuran berdasarkan arus listrik. Elektrokimia merupakan salah satu cabang ilmu kimia yang luas, termasuk sel bahan bakar; pengubahan energy matahari menjadi energy listrik; baterai; proses-proses produksi untuk memperoleh bahan-bahan seperti aluminium, klor, dan natrium hidroksida (proses elektrolisis); dan sintesis elektroorganik. Banyak teknik elektrokimia yang telah dikembangkan, bahkan telah menghasilkan cabang ilmu kimia yang disebut kimia elektroanalitik. Bidang ilmu ini tidak mungkin dapat dibicarakan secara mendalam pada bagian ini. Akan tetapi pada buku ini telah dipilih teknik elektroanalitik yang lebih klasik, dengan harapan mahasiswa dapat mengerti dengan latar belakang yang dimiliki, yang dibahas dalam buku ini hanya dua topic elektroanalitik saja, yakni : potensiometri dan konduktometri. Sementara pada bab ini pembahasan dibatasi pada : beberapa metode elektrometri, larutan elektrolit, elektroda baku, elektroda penunjuk, potensial elektroda, dan persamaan Nernst, dan pengukuran pH dan pH meter. 1.1 Metoda Elektrometri Selain potensiometri dan konduktometri, teknik/metoda elektroanalitik lainnya adalah : 1. Elektrogravimetri, pada teknik analisis elektrogravimetri unsure yang akan ditentukan diendapkan secara elektrolitik pada suatu elektroda tertentu. Pada teknik ini tidak diperlukan penyaringan seperti yang dilakukan pada teknik gravimetri biasa dan co-deposisi sangat kecil kemungkinannya terjadi. Peralatan yang digunakan cukup sederhana, terdiri atas sumber arus d.c. dilengkapi dengan variable resistance (atau power supply arus d.c), ammeter, voltmeter, saklar, elektroda inert (grafit, Pt atau Au), wadah dari gelas dan kabel-kabel. 2. Coulometri, analisis coulometri adalah salah satu penerapan hukum I Faraday pada elektrolisis yang secara singkat dapat dinyatakan bahwa reaksi kimia yang terjadi pada sebuah elektroda berbanding lurus dengan jumlah listrik yang dilewatkan melalui elektroda tersebut. Bobot yang setara dengan 1 ekivalen yang terhidrolisis adalah berat atom atau berat molekul dibagi dengan jumlah electron berperan dalam eaksi elektroda. Jika berat zat (W) yang dihasilkan atau yang bereaksi pada elektrolisis melibatkan muatan listrik Q coulomb maka hubungannya dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan : W = (A/n) (Q/F)</p> <p>Dimana A = berat atom atau berat molekul; n=jumlah electron yang terlibat; dan F= tetapan Faraday (96 487 atau 96 500 coulomb). Peralatan yang digunakan terdiri atas power supply arus searah, miliammeter dan alat ukur waktu elektrik. 3. Amperometri, pada titrasi amperometri arus listrik yang lewat melalui sel diantara elektroda indicator dan elektroda standar (pembanding) yang didepolarisasi pada suatu nilai GGL tertentu yang dipakai terukur sebagai fungsi volume larutan titrasi. Pada prinsipnya metoda ini sama dengan titrasi elektrometri lainnya, peralatannya sederhana terdiri atas power supply arus d.c, mikroammeter, radio potensiometer dan elektroda platina. 4. Voltametri, teknik ini umumnya berkaitan erat dengan pengaruh pengubahan tegangan pada arus listrik yang mengalir didalam sel. Teknik analisis yang termasuk di dalam voltametri adalah polarografi arus searah dan arus bolak balik, dan voltametri anodik. Peralatan polarografi ada berbagai tipe, antara lain : Bruker Elektrospin Ltd., Model E 310 Universal Modular Polarografi; Princeton Applied Research Model 174 Polarographic Analyser dan yang lebih canggih Model 170 Electrochemistry System; Metrohm Polarecord dengan modulator E 393. Semua peralatan tersebut dapat dihubungkan dengan recorder. Pada prinsipnya semua metoda elektroanalitik memanfaatkan dissosiasi elektrolitik di dalam system berupa larutan. Karena dissosiasi elektrolitik akan menghasilkan ion-ion bermuatan positif dan negative, ion-ion tersebut memegang peranan dalam membawa muatan listrik dari satu elektroda ke elektroda yang lain, sehingga terjadi reaksi pada elektroda. Reaksi pada suatu elektroda dapat terjadi secara spontan, reaksi ini akan menghasilkan arus listrik dan dikenal sebagai sel volta. Tetapi ada juga reaksi elektroda yang hanya dapat berlangsung jika diberi aliran listrik, reaksi ini terjadi pada sel yang disebut sel elektrolisis. Kedua hal terakhir inilah yang menjadi dasar analisis elektrokimia. 1.2 Larutan Elektrolit</p> <p>Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan arus listrik, air murni tidak dapat menghantarkan arus listrik, jadi sifat pengahantaran arus listrik dalam larutan dengan pelarut air disebabkan oleh zat terlarut yang dapat menghantarkan arus listrik (elektrolit). Contoh zat elektrolit: NaCl, H2SO4, NaOH, CH3COOH, dan lain-lain. Sedangkan zat terlarut di dalam air yang tidak menghantarkan listrik disebut zat non-elektrolit. Contoh zat non-elektrolit: Urea, gula, alcohol dan senyawa-senyawa organic lainnya.</p> <p>(gambar hal 6) Sifat hantaran listrik pada larutan elektrolit ini, menurut Arrhenius disebabkan oleh gerakan-gerakan ionion positif dan negative yang berasal dari zat terlarutnya. Peristiwa peruraian suatu senyawa menjadi ionionnya disebut peristiwa ionisasi. Jumlah muatan positif sama dengan muatan negative. Besarnya daya hantar listrik suatu larutan tergantung pada: Konsentrasi elektrolit di dalam larutan Jenis elektrolit yang terlarut</p> <p>Ilustrasi di atas menunjukkan dengan jelas kepada kita perbedaan antara larutan elektrolit dengan nonelektrolit. Jika sebuah batu baterai, kutub positif dihubungkan dengan bola lampu melalui larutan sementara kutub negatif dihubungkan langsung dengan bola lampu, maka lampu dihubungkan melalui larutan elektrolit akan menyala sementara yang melalui larutan non-elektrolit tidak menyala. Ini menunjukkan bahwa larutan elektrolit dapat menghantarkan listrik. Apabila balon lampu dilepaskan, kemudian kawat yang terpasang pada kedua kutub baterai dicelupkan ke dalam larutan elektrolit maka akan tampak terjadi reaksi pada kedua elektroda yakni terbentuk gelembung-gelembung gas. Tetapi jika kawat yang sama dicelupkan ke dalam larutan non-elektrolit tidak akan terjadi perubahan apa-apa. Perhatikan ilustrasi berikut:</p> <p>(gambar hal 7)</p> <p>System yang terdiri atas rangkaian sumber arus searah, larutan elektrolit, kawat penghantar dan batang atau keeping logam disebut sel elektrolisis. Sedangkan system yang terdiri atas elektrolit, batang atau</p> <p>keping logam, kawat penghantar dan beban (misalnya bola lampu), jika dirangkaikan dan bola lampu menyala, maka system ini disebut Sel Volta atau Sel Galvani. Baik sel elektrolisis maupun Sel Volta tersebut dikenal sebagai Sel Elektrokimia. Reaksi yang terjadi di dalam suatu elektrolit yang dialiri arus searah tidak lain adalah reaksi oksidasi dan reduksi, kedua reaksi ini berlangsung secara bersamaan tetapi pada tempat yang berbeda. Reaksi oksidasi terjadi pada elektroda yang dihubungkan dengan kutub positif dan reduksi akan terjadi pada elektroda yang dihubungkan dengan kutub negative dari sumber arus. Sebagai contoh, jika larutan NaCl sangat encer dialiri dengan arus listrik searah, maka reaksi yang terjadi pada elektroda dapat ditulis sebagai berikut : Anoda : H2O Katoda : 2H2O + 2e O2 + 4H+ + 4e . Setengah reaksi oksidasi H2 + 2OH- .. setengah reaksi reduksi</p> <p>Sebelum membicarakan lebih jauh tentang metoda analisis elektrometri, terlebih dahulu kita menitik-beratkan perhatian pada sel elektrokimia.</p> <p>Sel Eleketrokimia</p> <p>Untuk memperoleh suatu system berguna, dimana dapat dilakukan pengukuran-pengukuran berarti, maka kita harus merangkai dua buah elektroda tunggal untuk membentuk suatu sel. Sebagai contoh perhatikan sel Galvani pada Gambar 1.1</p> <p>(Gambar 1.1 Sebuah Sel Galvani) hal 8</p> <p>Sebagai pengganti gambar 1.1, biasanya dilakukan penggambaran sel secara skematis yang disebut notasi sel. Misalnya untuk gambar 1.1 notasi selnya sebagai berikut : Zn/Zn2+ (1M)//Cu2+(1M)/Cu Dimana sebuah garis tegak lurus atau miring menunjukkan batas fasa, sedangkan dua garis sejajar menggambarkan jembatan garam. GGL sel ini merupakan jumlah aljabar dari empat beda potensial, satu pada setiap antarmuka logam larutan dan satu pada tiap ujung jembatan garam (biasanya KCl). Esel = EZn/Zn2+ + Ej1 + Ej2 + ECu2+/Cu Perjanjian Untuk menggambarkan reaksi yang terjadi dalam sebuah sel Galvani jika sel dibiarkan mengeluarkan arus secara spontan, lakukanlah sebagai berikut : 1) Tuliskan reaksi-setengah untuk elektroda kanan dengan electron di sebelah kiri. Untuk sel pada Gambar 1.1 adalah : Cu2+ + 2e Cu .. E0 =+0,34 V</p> <p>2) Tuliskan reaksi-setengah sel dan potensial elektroda standar untuk elektroda kiri dengan cara yang sama : Zn2+ + 2e Zn E0=-0,76 V</p> <p>3) Jika perlu kalikan kedua persamaan dengan angka bulat yang sesuai agar jumlah electron dalam kedua persamaan sama banyak. Tetapi potensial-potensial elektroda tidak dikalikan dengan bilangan tersebut, karena nilainya sudah merupakan hasil penelitian yang tidak tergantung pada bagaimana persamaan rreaksi dituliskan. 4) Kemudian kerangka kedua reaksi-setengah sel digabungkan dan juga potensialnya: Katoda Anoda Cu2+ Zn2+ + Cu2+ + 2e 2e Cu . Cu + Zn2+ E0 = +0,34 V E0sel =+1,10 V Zn . E0 = -0,76 V</p> <p>+ Zn</p> <p>5) Tanda GGL, E0sel, memberikan polaritas elektroda kanan,elektroda tembaga lebih positive (bermuatan +) dan elektroda seng lebih negative (bermuatan -). 6) Tanda E0sel positive menunjukkan reaksi berlangsung spontan. Dalam hal gambar 1.1 ion Cu2+ dari larutan direduksi pada katoda menjadi logam dan lolgam seng pada anoda dioksidasi menjadi ion Zn2+ yang larut masuk ke dalam elektrolit, reaksi sel tersebut menghasilkan arus. Ingat sel elektrolisis, pada sel ini reaksi hanya dapat berlangsung pada elektroda jika ke dalam elektrolit dialirkan arus d.c. melalui dua buah elektroda, pada sel ini kutub positive akan menjadi anoda sedangkan kutub negative menjadi katoda, di anoda terjadi reaksi oksidasi dan reduksi terjadi di katoda.</p> <p>1.3</p> <p>Elektroda Baku (Elektroda Referensi/Standar) Elektroda baku didefenisikan sebagai elektroda yang mempunyai nilai potensial tetap/konstan</p> <p>pada keadaan standar. Elektroda baku yang paling terkenal adalah elektroda hydrogen standar, elektroda kalomel dan elektroda perak-perak klorida. Berikut inni akan dibicarakan sedikit lebih mendalam tentang elektroda-elektroda tersebut. 1.3.1 Elektroda Hidrogen standar Semua potensial elektroda ditentukan dengan menggunakan elektroda hydrogen standar sebagai referensi, dan oleh karena itu elektroda ini disebut juga elektroda standar primer. Elektroda hydrogen standar telah dibuat dalam berbagai tipe, tetapi pada prinsipnya elektroda ini terdiri atas sebuah tabung yang terbuat dari gelas, yang didalamnya dipasang elektroda kawat platina yang pada ujungnya dibuat berbentuk pelat yang dilapisi dengan platina hitam (oksida platina), jika digunakan tabung ini dicelupkan ke dalam elektrolityang biasanya dibuat dari HCl dengan konsentrasi 1M. bagian platina hitam terendam semua dalam elektrolit, kemudian ke dalamnya dialirkan gas hydrogen dengan tekanan 1 atm pada suhu 250C, untuk lebih jelasnya lihat gambar 1.2</p> <p>Gambar 1.2 elektroda Hidrogen .hal 10 Elektroda hydrogen standar mempunyai potensial 0,00 V pada tekanan standar, yakni pada : Suhu 250C Tekanan gas hydrogen 1 atm Konsentrasi larutan HCl 1 M</p> <p>Dengan kondisi tersebut di atas, tidak ada elektroda hydrogen permanen yang tersedia di pasaran. Jadi meskipun elektroda hydrogen standar merupakan elektroda standar primer, dalam prakteknya, bagianbagian elektroda baru dirangkai pada saat akan digunakan dan di pasaran tersedia bagian-bagian yang dapat langsung dirangkai sesuai dengan kebutuhan, sehingga dapat dipasang degan teliti termasuk gas</p> <p>hydrogen dibutuhkan kemurnian yang tinggi untuk memperoleh elektroda hydrogen yang memenuhi persaratan. Sebagai elektroda standar primer, elektroda ini dipakai untuk menentukan potensial elektroda standar dari semua unsure. Oleh karena elektroda hydrogen standar mempunyai potensial 0.00 V, maka dalam Deret Volta hydrogen ditempatkan di tengah-tengah sebagai batas antara unsure yang mempunyai potensial standar positif di sebelah kanan dengan unsure yang mempunyai potensial elektroda negative di sebelah kiri. Pemgukuran potensial elektroda stanndar dengan elektroda hydrogen standar (baku) dapat digambarkan rangkaiannya seperti pada gambar 1.3</p> <p>Gambar 1.3 Rangkaian Elektroda Hidrogen Standar pada Pengukuran Potensial Elektroda Logam M (Potensial elektroda ada pada lampiran 1).hal 11 1.3.2 Elektroda Kalomel Standar Elektroda ini merupakan elektroda baku/standar yang paling banyak dipakai, karena mudah penanganannya dan potensialnya sangat konstan. Suatu elektroda kalomel dibuat dari air raksa dan kalomel (merkuri (1) klorida) yang ditutupi dengan larutan KCl dengan konsentrasi tertentu. Elektroda kalomel standar dibedakan atas tiga macam berdasarkan konsentrasi KCl, ketiga jenis elektroda kalomel standar dimaksud dapat dilihat pada table 1.1 lengkap dengan potensial elektroda dibandingkan terhadap elektroda hydrogen standar.</p> <p>Tabel 1.1 Tiga Jenis elektroda kalomel standar No 1 2 3 Jenis Elektroda Kalomel Standar Kalomel jenuh Kalomel 1 Molar Kalomel 0,1 molar Konsentrasi KCl Jenuh 1,0000 M 0,1000 M Potensial Elektroda 0,2458 0,2846 0,3371</p> <p>Elektroda kalomel standar di pasaran terdapat dalam berbagai model, diantaranya dapat dilihat pada gambar 1.4</p> <p>Gambar 1.4 Gambar Skematik komponen elektroda kalomel standar hal 12 1.3.3 Elektroda perak-perak klorida Elektroda ini boleh dikatakan peringkat kedua setelah elektroda kalomel standar sebagai elektroda standar. Terdiri atas kawat perak atau kawat platina yang dilapisi dengan perak klorida, dilapisi secara elektrolitik dengan perak klorida sehingga terbentuk lapisan yang sangat tipis, dicelupkan di dalam larutan KCl dengan konsentrasi tertentu, KCl jenuh atau KCl 0,1 M. potensial standar elektroda perakperak klorida standar 0,1 M pada 250C adalah 0,290 v dan perak-perak klorida jenuh adalah 0,199 V berdasarkan elektroda hydrogen standar. Elektroda ini dapat dipakai sebagai pengganti kedua elektroda standar di atas.</p> <p>1.4 Elektroda Penunjuk Elektroda penunjuk atau elektroda indicator adalah elektroda yang potensialnya tergantung pada aktivitas ionic yang akan ditentukan konsentrasinya. Pada potensiometri langsung atau titrasi potensiometri suatu ion logam, elektroda penunjuk sederhana dapat dibuat dari batang atau kawat logam yang sesuai dan dibersihkan dengan sangat hati-hati: yang paling penting bahwa permukaan logam yang akan dicelupkan ke dalam larutan harus bebas dari oksida atau produk korosi lainnya. Paling baik dengan</p> <p>menggunakan logam platina yang telah dilapisi dengan lapisan sangat tipis dari logam tertentu, pelapisan dilakukan secara endap-listrik (elektrolitik). Apabila melibatkan ion hydrogen, maka sebaiknya menggunakan elektroda hydrogen sebagai elektroda penunjuk, tetapi fungsinya dapat juga digantikan dengan elekt...</p>