Potensial listrik
Potensial Listrik dapat
didefinisikan sebagai usaha
yang diperlukan untuk memindahkan muatan positif sebesar 1 satuan dari tempat
tak terhingga ke suatu titik tertentu. Potensial listrik dapat pula diartikan
sebagai energi potensial listrik per satuan muatan penguji.
Secara matematis, definisi diatas
dapat ditulis,:
dengan V,U,dan q o masing-masing
menyatakan potensial, energi potensial, dan muatan penguji. Menurut definisi
diatas, satuan V adalah joule/coulomb atau sering disebut volt.
Metode instrumentasi dari potensial
listrik adalah Potensiometri
Potensiometri adalah suatu cara analisis berdasarkan pengukuran beda
potensial sel dari suatu sel elektrokimia. Metode potensiometri digunakan untuk
menentukan konsentrasi suatu ion (ion selective electrode), pH suatu larutan,
dan menentukan titik akhir titrasi.
Dasar
– dasar pemeriksaan dengan metode potensiometri
Potensiometri
merupakan salah satu cara pemeriksaan fisik kimia yang menggunakan peralatan
listrik untuk mengukur potensial elektroda, besarnya potensial elektroda ini
tergantung pada kepekatan ion–ion tertentu dalam larutan, karena itu dengan
memakai persamaan Nernst :
E = Eo + k log (c)
Dimana
: E = sel potensial yang
diukur
Eo = konstan selama pemberian suhu
C = konsentrasi yang ditentukan
K = RT log ( 10 ) / n F
Dimana
: R = gas konstan
T = suhu absolut
F = suhu faraday konstan
N
= nomer dari elektron atau diambil dari satu molekul yang ditentukan
Tetapi
dalam kenyataan ( n ) tidak diperlukan, itu terjadi jika ( n ) merupakan muatan
yang sama dan telah terbentuk menjadi ionic dari yang telah ditentukan.
Sehingga kepekatan ion dalam larutan dapat dihitung langsung dari harga
potensial yang diukur itu.
Potensial suatu elektroda tidak dapat diukur tersendiri, tetapi dapat
ditentukan dengan menggunakan elektroda indikator dengan elektroda pembanding
yang hanya memiliki harga potensial yang tetap selama pengukuran. Elektroda
pembanding yang diambil sebagai baku international adalah elektroda hidrogen
baku. Harga potensial elektroda ini ditetapkan nol pada kesadahan baku ( H+ )=
1 M, tekanan gas H2 = 1 atm dan suhu 25o C,
sedangkan gaya gerak listrik ( GGL ) pasangan elektroda itu diukur dengan
bantuan potensiometer yang sesuai, dan sering digunakan peralatan elektronik.
Titrasi Potensiometri
Bermacam reaksi titrasi dapat dapat diikuti
dengan pengukuran potensiometri. Reaksinya harus meliputi penambahan atau
pengurangan beberapa ion yang sesuai dengan jenis elektrodanya. Potensial
diukur sesudah penambahan sejumlah kecil volume titran secara berturut-turut
atau secara kontinyu dengan perangkat automatik. Presisi dapat dipertinggi
dengan sel konsentrasi.
a) Reaksi
netralisasi : Titrasi asam basa dapat diikuti dengan elektroda indikatornya
elektroda gelas. Tetapan ionisasi harus kurang dari 10-8.
b) Reaksi
pembentukan kompleks dan pengendapan: pembentukan endapan atau kompleks akan
membebaskan ion terhidrasi dari larutan. Biasanya digunakan elektroda Ag dan
Hg. Beberpa logam dapat dapat dititrasi dengan EDTA.
c) Reaksi Redoks
: Elektroda Pt atau elektroda inert dapat digunakan pada
titrasi redoks. Oksidator kuat (KmnO4, K2Cr2O7,
Co(NO3)3) membentuk lapisan logam-oksida yang harus
dibebaskan dengan reduksi secara katoda dalam laritan encer.
Alat-Alat :
·
Elektrode pembanding (refference
electrode)
Di dalam beberapa penggunaan analisis elektrokimia, diperlukan
suatu elektrode dengan harga potensial setengah sel yang diketahui, konstan,
dan sama sekali tidak peka terhadap komposisi larutan yang sedang diselidiki.
Suatu elektrode yang memenuhi persyaratan diatas disebut elektrode pembanding
(refference electrode ). Ada dua jenis elektrode pembanding akan diuraikan
berikut ini.
1. Elektroda
pembanding primer
Contoh dari elektroda jenis ini adalah elektroda hidrogen standart.Elektroda
ini terbuat dari platina hitam agar penyerapan gas hidrogen pada permukaan
elektroda dapat terjadi secara maksimal, sehingga reaksi
H2 2 H+ + 2 e
Dapat berlangsung dengan cepat dan reversible. Potensial
setengah sel dari elektroda pembanding primer adalah nol volt. Elektroda
standart hidrogen jarang digunakan dalam proses analisis, tetapi hal ini
penting karena elektroda standart yang digunakan untuk menentukan standart
potensial sel pada standart setengah sel elektrokimia.
2. Elektroda
pembanding sekunder
Elektroda standart sekunder adalal elektroda yang sering
digunakan dan banyak terdapat di pasar,karena penggunaannya yang lebih praktis.
Ada dua macam elektroda standart sekunder yaitu elektroda kalomel dan elektroda
perak/perak klorida.
a. Elektroda kalomel
a. Elektroda kalomel
Elektroda ini terbuat dari tabung gelas atau plastik dengan
panjang ± 10cm dan garis tengah 0,5-1 cm yang dicelupkan ke dalam air raksa
yang kontak dengan lapisan pasta Hg/HgCl2 yang terdapat pada tabung bagian
dalam yang berisi campuran Hg, Hg2Cl2 dan KCl jenuh dan dihubungkan dengan
larutan KCl jenuh melalui lubang kecil.
b. Elektroda perak
Elektroda pembanding yang mirip dengan
elektroda calomel,terdiri dari suatu elektroda perak yang dicelupkan kedalam
larutan KCI yang dijenuhkan dengan AgCI. Jika dibandingkan dengan elektroda
kalomel, elektroda perak lebih unggul dalam temperatur yang tinggi. Namun,
elektroda perak/perak klorida mempunyai kecenderungan untuk bereaksi dengan
larutan membentuk kompleks perak yang tidak larut yang memungkinkan menyumbat
jembatan garam yang menghubungkan larutan dan elektroda.
·
Elektroda indikator (indicator
electrode)
Elektroda indikator dibagi menjadi dua kategori, yaitu :
elektroda logam dan elektroda membran. Elektroda logam dapat dikelompokkan ke dalam
elektroda jenis pertama (first kind), elektroda jenis kedua(second
kind),elektroda jenis ketiga(third kind)
1. Elektroda logam
1. Elektroda logam
Potensial dari elektroda logam ditentukan dari posisi reaksi
redoks ketika elektroda dan larutan bertemu.terdapat tiga macam elektroda logam
yaitu elektroda logam jenis pertama, elektroda logam jenis kedua, dan elektroda
logam jenis ketiga.
a. Elektroda jenis pertama
a. Elektroda jenis pertama
Elektroda jenis pertama adalah elektroda yang langsung
berkeseimbangan dengan kation yang berasal dari logam tersebut
.Contoh,elektroda tembaga.
Cu2+ + 2e Cu(s)
Cu2+ + 2e Cu(s)
b. Elektroda jenis kedua
Elektroda jenis kedua adalah elektroda yang harga potensialnya
bergantung pada konsentrasi suatu anion yang dengan ion yang berasal dari
elektroda endapan suatu ion kompleks yang stabil.contoh elektroda perak untuk
halida, reaksinya dapat ditulis,
AgCl(s) Ag(s) + Cl
AgCl(s) Ag(s) + Cl
c. Elektroda jenis ketiga
Elektroda jenis ketiga adalah elektroda logam yang harga
potensialnya bergantung pada konsentrasi ion logam lain. Contoh, elektroda Hg dapatdigunakan
untuk menentukan konsentrasi Ca2+ , Zn2+ ,atau Cd2+ yang terdapat dalam
larutan.
2. Elektroda membran
Elektroda membran telah
digunakan dan dikembangakan cukup luas,karena dapat menentukan ion tertentu.
Elektroda membran biasa disebut dengan elektroda selektif ion (ion selective
electrode).Elektroda membran juga digunakan untuk penentuan pH dengan mengukur
perbedaan potensial antara larutan pembanding yang keasamannya tetap dan
larutan yang dianalisis.Elektroda membran dibagi empat macam yaitu elektroda
membran kaca,elektroda membran cairan, elektroda padatan dan elektroda penunjuk
gas.
a.
Elektroda membran kaca
Kualitas paling bagus yang
dijual dipasaran untuk elektroda membran kaca terbuat dari Corning 015, sebuah
kaca yang terdiri dari 22% Na20, 6% CaO,dan 72% SiO. Ketika dicelupkan ke dalam
larutan berair, maka pada bagian luar dari membran akan terhidrat sampai 10nm
sampai beberapa jam. Hasil hidrasi dari membran menghasilkan muatan negatif,
hal ini merupakan bagian dari fungsi kerja membran silika. Ion natrium, yang
mampu bergerak menembus lapisan hidrat berfungsi sebagai ion penghitung. Ion
hidrogen dari larutan berdifusi kedalam membran dan membentuk ikatan yang lebih
kuat dengan membran sehingga mampu menggeser keberadaan ion Na+ yang mengakibatkan
konsentrasiion H+ meningkat pada membran .
Elektroda membran kaca sering dijual dalam bentuk kombinasi antara indikator dan elektroda pembanding. Penggunaan satu elektroda sangat bermanfaat untuk pengukuran pH.
Elektroda membran kaca sering dijual dalam bentuk kombinasi antara indikator dan elektroda pembanding. Penggunaan satu elektroda sangat bermanfaat untuk pengukuran pH.
Kelebihan elektroda kaca :
·
Larutan uji tidak
terkontaminasi
·
Zat-zat yang tidak
mudah teroksidasi & tereduksi tidak berinteferensi
·
Elektroda ini bisa
dibuat cukup kecil untuk disisipkan dalam volume larutan yang sangat kecil.
·
Tidak ada permukaan
katalitis yang kehilangan aktivitasnya oleh kontaminasi seperti platina pada
elektroda hidrogen.
Kelemahan elektroda kaca yaitu
Pada kondisi pH yang sangat tinggi (misal NaOH 0,1M dengan pH = 13) berakibat :
§ spesifisitas untuk H+ hilang
§ Ketergatungan tegangan pH
berkurang
§ Potensial menjadi tergantung
pada aNa+
b.
Elektroda membran padat
Elektroda ini menggunakan
polikristal yang terdiri dari satuan kristal garam anorganik. Elektroda
selektif ion polikristal ini dibentuk dari pelet tipis Ag2S atau campuran dari
Ag2S dan garam perak atau logam sulfida.
c.
Elektroda membran cair
Elektroda membran cair adalah
suatu fasa cair spesifik yang dibatasi oleh suatu dinding yang berpori inert.
Cairan spesifik tersebut terdiri atas senyawa organik dengan berat molekul yang
tinggi,tidak larut dalam air dan memiliki struktur yang memungkinkan terjadinya
pertukaran ion antara ion bebas dalam larutan yang diukur dengan ion-ion yang
terletak pada pusat kedudukan molekul cairan spesifik tersebut contoh: Na+ , K
,Ca2+ , Pb2+
d.
Elektroda penunjuk gas
Elektroda
ini dirancang untuk mendeteksi konsentrasi gas yang terlarut dalam larutan.
Komponen-komponen
tersebut disusun membentuk suatu sel potensiometri seperti pada gambar
Dari
diagram skematik pada gambar 1 terlihat bahwa sel potensiometridisusun dari dua
setengah sel yang dihubungkan dengan jembatan garam yangberfungsi
penyeimbang muatan larutan pada masing-masing setengah sel, selain itu juga
berfungsi sebagai penghubung antara dua setengah sel tersebut. Masing-masing
setengah sel terdapat elektroda yang tercelup dalamlarutan elektrolit untuk
ditentukan konsentrasinya oleh potensial elektrodanya. Pemisahanelektrode ini
diperlukan untuk mencegah terjadinya reaksi redoks spontan dari
laruan-larutanelektrolit yang digunakan dalam sel potensiometri.Potensiometri
digunakan sebagai salah satu metode untuk mengukur konsentrasi suatu
larutan, dalam hal ini hubungan antara potensial sel dan konsentrasi
dapatdijelaskan melalui persamaan Nerst
E = Eo – RT ln Q
nF
Dimana :
Dimana :
Eo : standar
potensial reduksi
R : konsanta gas
T : temperatur
( K )
n : jumlah
elektron yang terlibat dalam rekasi reduksi
F : konstanta
faraday
Q : reaksi
quosien.
Jika temperatur dalam laboratorium 298 K ,maka ln diubah
ke log, maka diperoleh persamaan berikut
E = Eo – 0,05916 log Q
n
Dimana E dinyatakan dalam satuan volt Mengingat bahwa potensial dari sel elektrokimia potensiometri adalah
Dimana E dinyatakan dalam satuan volt Mengingat bahwa potensial dari sel elektrokimia potensiometri adalah
Ecell = Ec – Ea
Komponen sel potensiometri bersifat sederhana yaitu terdiri
dari sebuah elektroda acuan, elektroda indikator, rangkaian jembatan garam, dan
pengukur tegangan (voltmeter).
Elektroda acuan merupakan elektroda yang telah diketahui
potensialnya secara pasti dan potensialnya bernilai konstan pada
temperatur konstan selama pengukuran berlangsung. Nilai potensial dari
elektroda ini juga tidak tergantung pada komposisi dari larutan uji. Elektroda
acuan dapat berupa elektroda hidrogen standar (standard hydrogen electrode),
elektroda kalomel jenuh (saturated calomel electrode), dan elektroda perak-perak
klorida.
Elektroda indikator merupakan elektroda yang
potensialnya merespons perubahan aktivitas dalam larutan uji. Elektroda
indikator dapat berupa elektroda membran, elektroda inert, maupun elektroda
logam. Rangkaian jembatan garam yang terdapat dalam sel potensiometri
berfungsi mencegah tercampurnya komponen dari larutan uji dengan elektroda
acuan. Jembatan garam ini juga berperan dalam meminimalisasi besarnya nilai
potensial sambungan cair yang terukur di voltmeter.
Dalam melaksanakan analisis
potensiometrik, terdapat 2 metode yang mungkin dipilih yaitu Potensiometri langsung (direct
potentiometry) dan Titrasi potensiometri
A.
Potensiometri
langsung
Metode ini
dapat dilakukan dengan pengukuran ion spesifik untuk mengukur ion hidrogen atau
lainnya dengan mengunakan ph meter.
B.
Titrasi
potensiometri
Metode ini melibatkan pengukuran
potensial antara suatu elektroda indikator dan elektroda pembanding. Cara
potensiometri ini bermanfaat bila tidak ada indikator yang cocok untuk
menentukan titik akhir titrasi, misalnya dalam hal larutan keruh atau bila
daerah kesetaraan sangat pendek dan tidak cocok untuk penetapan titik akhir
titrasi dengan indikator. Titik akhir dalam titrasi potensiometri dapat
dideteksi dengan menetapkan volume bila mana terjadi perubahan potensial yang
relatif besar ketika ditambahkan titran. Reaksi-reaksi yang berperan dalam
pengukuran titrasi potensiometri yaitu reaksi pembentukan kompleks,
reaksi netralisasi, pengendapan, dan reaksi redoks. Pada reaksi pembentukan
kompleks dan pengendapan, endapan yang terbentuk akan membebaskan ion
terhidrasi dari larutan. Umumnya digunakan elektroda Ag dan Hg, sehingga
berbagai logam dapat dititrasi. Reaksi netralisasi terjadi pada titrasi asam
basa dapat diikuti dengan elektroda indikatornya elektroda gelas.
Masing-masing
metode memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Oleh sebab itu dalam
memeilih metode mana yang akan digunakan perlu dipertimbagkan metode yang akan
memaksimalkan kelebihan dan meminimalkan kekurangan pada situasi dan kondisi
pengukuran.
Potensiometri dapat diaplikasikan
dalam kehidupan sehari-hari baik dalam kimia teoritis maupun praktikal.
Penerapan secara teoritis dari potensiometri yaitu penentuan tetapan
kesetimbangan termodinamika seperti Ka, Kb, dan Ksp. Sementara itu penerapan
secara praktikal yaitu pembuatan pH meter, penentuan kadar polutan dalam
lingkungan, dan pemeriksaan pH produk industri.
Potensiometri juga merupakan salah satu metode analisis
elektrokimiawi untuk menentukan konsentrasi larutan analit yang menggunakan reaksi
reduksi-oksidasi dan persamaan Nerst sebagai prinsip dasarnya. Metode ini
sering kali digunakan pada kehidupan sehari hari daripada analisis elektrokimia
lainnya dikarenakan memiliki beberapa kelebihan, seperti :
·
Komponen
penyusun bernilai ekonomis (murah)
·
Kuat, Kompak,
Tahan lama
·
Mudah dirangkai
·
Mudah diamati
dan dipantau
·
Tidak merusak
dan mempengaruhi komposisi larutan
analit yang akan diuji
·
Bersifat stabil
pada berbagai tingkatan konsentrasi analit.
Meskipun begitu, analisis
potensiometrik ini cenderung memiliki kekurangan dalam hal akurasi dan
presisinya dikarenakan adanya potensial sambungan cair yang muncul di antara
pertemuan larutan elektroda acuan dan larutan analit yang berkontribusi juga
pada potensial sel yang terukur pada voltmeter
KESIMPULAN
Potensiometri adalah satu cara elektrokimia untuk analisa ion
secara kuantitatif berdasarkan pengukuran potensial dari elektroda yang peka
terhadap ion yang bersangkutan. Potensiometri digunakan untuk menentukan
konsentrasi
Suatu
ion,pH larutan , dan titik akhir titrasi. Potensiometri digunakan sebagai salah
satu metode untuk mengukur konsentrasi
suatu larutan,yang dijelaskan melalaui persamaan Nerst .
Elemen yang digunakan dalam
potensiometri adalah Elektroda pembanding,elektroda Indikator,Jembatan garam
dan larutan yang dianalisis.
Elektroda pembanding dibagi menjadi dua ,yaitu
elektroda pembanding primer dan elektroda pembanding skunder ( elektroda
kalomel dan elektroda perak ).
Elektroda Indikator dibagi menjadi dua yaitu elektroda
Logam dan elektroda membran.elektroda Logam
terdiri dari tiga macam,antara lain
elektroda jenis pertama ,kedua dan ketiga .sedangkan elektroda membran
dibagi menjadi elektroda membran kaca,elektroda membran padat,elektroda membran
cair dan elektroda membran gas.
Proses titrasi potensiometri dapat
dilakukan dengan bantuan elektroda indikator dan elektroda pembanding yang
sesuai. Cara potensiometri ini bermanfaat bila tidak ada indikator yang cocok
untuk menentukan titik akhir titrasi .
0 komentar:
Posting Komentar