BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Banyak peristiwa dalam kehidupan sehari-hari yang merupakan proses dari reaksi kimia. Salah satunya adalah adalah reaksi kimia yang bisa menimbulkan energi listrik yang bisa memudahkan manusia dalam melakukan kegiatan, misalnya dalam industri pembuatan baterai, aki, dan lain-lain yang bisa mengantarkan arus listrik. Reaksi kimia yang bisa menghantarkan listrik berhubungan sekali dengan sel elektrokimia, karena dalam sel elektrokimia terjadi reaksi antar ion anode dan ion katode yang bisa menghantarkan arus listrik.
Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari aspek elektronik dan reaksi kimia. Elemen yang digunakan dalam reaksi elektrokimia dikarakterisasikan dengan banyaknya elektron yang dimiliki. Dengan kata lain adalah cabang ilmu kimia yang berhubungan dengan arus listrik dan potensial (Atkins, 1999). Metode elektrokimia adalah metode yang didasarkan pada reaksi redoks, yakni gabungan dari reaksi reduksi dan oksidasi, yang berlangsung pada elektroda yang sama/berbeda dalam suatu sistem elektrokimia. Sistem elektrokimia meliputi sel elektrokimia dan reaksi elektrokimia. Secara garis besar, sel elektrokimia dapat digolongkan menjadi sel volta dan sel elektrolisis. Sel volta adalah sel elektrokimia yang dapat menyebabkan terjadinya energi listrik dari suatu reaksi redoks yang spontan. Sedangkan sel elektrolisis adalah sel yang menggunakan arus listrik untuk menghasilkan reaksi redoks (Pangganti, 2011).
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang di atas, dapat dirumuskan beberapa rumusan masalah sebagai berikut.
1. Apakah yang dimaksud dengan elektrokimia? 2. Bagaimana penggolongan sel elektrokimia?
3. Bagaima peranan elektrokimia dalam bidang analisis kimia?
1.3 Tujuan Penulisan
Sejalan dengan rumusan masalah di atas, adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui pengertian elektrokimia. 2. Mengetahui penggolongan sel elektrokimia.
3. Mengetahui peranan elektrokimia dalam bidang analisis kimia.
1.4 Manfaat Penulisan
Adapun manfaat yang dapat diperoleh dari penulisan makalah ini adalah memberikan informasi kepada pembaca mengenai elektrokimia dan penggolongannya (sel volta dan sel elektrolisis), serta peranannya dalam bidang analisis kimia (elektroanalisis, elektrosintesis, elektrokoagulasi, elektrodialisis, elektrowinning, elektrofining, dan elektroplating).
1.5 Metode Penulisan
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Elektrokimia
Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari aspek elektronik dan reaksi kimia. Elemen yang digunakan dalam reaksi elektrokimia dikarakterisasikan dengan banyaknya elektron yang dimiliki dengan kata lain, Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara perubahan (reaksi) kimia dengan kerja listrik, yang biasanya melibatkan sel elektrokimia yang menerapkan prinsip reaksi redoks dalam aplikasinya.
Reaksi elektrokimia melibatkan perpindahan elektron – elektron bebas dari suatu logam kepada komponen di dalam larutan. Kesetimbangan reaksi elektrokimia penting dalam se lgalvani (yang menghasilkan arus listrik) dan sel elektrolisis (yang menggunakan arus listrik). Pengukuran daya gerak listrik (DGL) suatu sel elektrokimia dalam jangkauan suhu tertentu dapat digunakan untuk menentukan nilai– nilai termodinamika reaksi yang berlangsung serta koefisienaktifitas dari elektrolit yang terlibat.
Sel elektrokimia adalah alat yang digunakan untuk melangsungkan perubahan di atas. Dalam sebuah sel, energi listrik dihasilkan dengan jalan pelepasan elektron pada suatu elektroda(oksidasi) dan penerimaan elektron pada elektroda lainnya (reduksi). Elektroda yang melepaskan elektron dinamakan anoda sedangkan elektroda yang menerima elektron dinamakan katoda. Jadi sebuah sel elektrokimia selalu terdiri :
a) Anoda : Elektroda tempat berlangsungnya reaksi oksidasi b) Katoda : Elektroda tempat berlangsungnya reaksi reduksi.
2.2 Penggolongan Sel Elektrokimia Pengolongan sel elektrokimia antara lain: 2.2.1 Sel Galvani / Sel Volta
[image:4.595.241.409.286.389.2]Sel Volta atau sel galvani adalah sel elektrokimia yang melibatkan raksi redoks dan menghasilkan arus listrik. Sel volta terdiri atas elektroda tempat berlangsungnya reaksioksidasi disebut anoda (electrode negative), dan tempat berlangsungnya reaksi reduksi disebut katoda (electrode positif). Susunan sel volta adalah :
Gambar 2.1 Notasi sel : Y / ion Y // ion X / X
Logam X mempunyai potensial reduksi yang lebih positip dibanding logam Y , sehingga logamY bertindak sebagai anoda dan logam X bertindak sebagai katoda. Jembatan garam mengandung ion-ion positif dan ion-ion negatif yang berfungsi menetralkan muatan positif dan negatif dalam larutan elektrolit. Salah satu aplikasi sel galvani adalah penggunaan sel Zn/Ag2O3 untuk baterai jam.
2.2.2 Sel Elektrolisis
2.3 Aplikasi Elektrokimia dalam Bidang Analisis Kimia
Elektrokimia memiliki banyak metode yang digunakan dalam bidang analisis kimia. Namun, aplikasi / metode-metode tersebut sangat jarang kita dengarkan. Sesuai dengan namanya, metode elektrokimia adalah metode yang didasarkan pada reaksi redoks, yakni gabungan dari reaksi reduksi dan oksidasi, yang berlangsung pada elektroda yang sama/berbeda dalam suatu sistim elektrokimia.
Sistem elektrokimia meliputi sel elektrokimia dan reaksi elektrokimia. Sel elektrokimia yang menghasilkan listrik karena terjadinya reaksi spontan di dalamnya di sebut sel galvani. Sedangkan sel elektrokimia di mana reaksi tak-spontan terjadi di dalamnya disebut selelektrolisis. Peralatan dasar dari sel elektrokimia adalah dua elektroda -umumnya konduktor logam yang dicelupkan ke dalam elektrolit konduktor ion (yang dapat berupa larutan maupun cairan) dan sumber arus. Karena didasarkan pada reaksi redoks, pereaksi utama yang berperan dalam metode ini adalah elektron yang di pasok dari suatu sumber listrik.
Sesuai dengan reaksi yang berlangsung, elektroda dalam suatu sistem elektrokimia dapat dibedakan menjadi : katoda, yakni elektroda di mana reaksi reduksi (reaksi katodik) berlangsung dan anoda di mana reaksi oksidasi (reaksi anodik) berlangsung.
2.3.1 Elektroanalisis
Kimia elektroanalisis merupakan metode analisis kuantitatif berdasarkan pengukuransifat larutan analit (sebagai bagian dari elektrokimia). Sistem pengukuran terdiri dari :
a) Elektrolit yang mampu menghantarkan arus listrik. b) Alat ukur ( rangkaian luar), untuk mengukur signal listrik.
c) Elektroda, koduktor yang berfungsi mengabungkan system alat ukur denganelektrolit.
titik akhir titrasi. Potensiometri digunakan sebagai salah satu metodeuntuk mengukur konsentrasi suatu larutan,yang dijelaskan melalaui persamaan Nerst.
Elemen yang digunakan dalam potensiometri adalah Elektroda pembanding, elektrodaIndikator, 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 .
2.3.2 Elektrosintesis
Teknik / metode elektrosintesis adalah suatu cara untuk mensintesis atau memproduksi suatu bahan yang didasarkan pada teknik elektrokimia. Pada metode ini terjadi perubahan unsur / senyawa kimia menjadi senyawa yangsesuai dengan yang diinginkan. Penggunaan metode ini oleh para peneliti dalam mensintesis bahan didasarkan oleh berbagai keuntungan yang ditawarkan seperti peralatan yang diperlukan sangat sederhana, yakni terdiri dari dua/tiga batang elektroda yang dihubungkan dengan sumberarus listrik, potensial elektroda dan rapat arusnya dapat diatur sehingga selektivitas dan kecepatan reaksinya dapat ditempatkan pada batas-batas yang diinginkan melalui pengaturan besarnya potensial listrik serta tingkat polusi sangat rendah dan mudah dikontrol.
pada suhu antara 100-9000C terutama untuk sintesis senyawa organik, sehingga
memungkinkan penggunaan materi yang murah.
Prinsip Elektrosintesis
Prinsip dari metode elektrosintesis didasarkan pada penerapan teori-teori elektrokimia biasa sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya. Baik teknik elektrosintesis maupun metodesintesis secara konvensional, mempunyai variabel-variabel yang sama seperti suhu, pelarut, pH, konsentrasi reaktan, metode pencampuran dan waktu. Akan tetapi perbedaannya, jika dielektrosintesis mempunyai variabel tambahan yakni variabel listrik dan fisik seperti elektroda, jenis elektrolit, lapisan listrik ganda, materi/jenis elektroda, jenis sel elektrolisis yang digunakan, media elektrolisis dan derajat pengadukan. Pada dasarnya semua jenis sel elektrolisis termasuk elektrosintesis selalu berlaku hukum Faraday yakni :
1. Jumlah perubahan kimia yang terjadi dalam sel elektrolisis, sebanding dengan muatan listrik yang dilewatkan di dalam sel tersebut.
2. Jumlah muatan listrik sebanyak 96.500 coulomb akan menyebabkan perubahan suatu senyawa sebanyak 1,0 gram ekivalen (grek).
Sebelum melaksanakan elektrosintesis, sangatlah penting untuk memahami reaksi yang terjadi pada elektroda. Di dalam sel elektrolisis akan terjadi perubahan kimia pada daerah sekitar elektroda, karena adanya aliran listrik. Jika tidak terjadi reaksi kimia, maka elektroda hanya akan terpolarisasi, akibat potensial listrik yang diberikan.
bereaksi lebih lanjut dengan materi pokok di dalam larutan. Reaktan antara ini dapat dihasilkan secara internal maupun eksternal.
Perpindahan elektron secara primer :
O + ne → P Perpindahan elektron secara sekunder :
X + ne → I, O + I → P
Aplikasi Metode Elektrosintesis
Metode elektrosintesis telah banyak dimanfaatkan oleh para peneliti dalam mensintesis senyawa organik (elektrosintesis organik) dan elektrosintesis bahan konduktor organik serta yang tak kalah bergengsinya dan sedang dikembangkan saat ini adalah pemanfaatan polutan menjadi senyawa yang bermanfaat melalui metode elektrosintesis.
Aplikasi di luar yang penulis ketahui sebagaimana tersebut di atas mungkin telah sangat jauh berkembang karena memang sifat ilmu pengetahuan yang dinamis dan selalu berkembang seiring waktu.
Untuk sintesis bahan organik, didasarkan pada reaksi penggabungan, substitusi, siklisasidan reaksi eliminasi yang diikuti pengaturan kembali secara elektrokimia. Ini berbeda dengan metode secara konvensional yang memakai dasar reduksi aldehid, oksidasi alkohol, reduksisenyawa nitro dan oksidasi senyawa sulfur. Kesulitan yang timbul selama elektrosintesis organik yakni apabila zat antara yang diinginkan memiliki kestabilan yang rendah, cara mengatasinya adalah dengan menyediakan zat perangkap (trapping agent) di dalam larutan dengan syarat zat perangkap ini tidak bereaksi dengan zat elektroaktif dan tidak mengalami elektrolisis.
Beberapa contoh dari elektrosintesis organik adalah pembuatan chiral drug untuk industri farmasi, sintesis p-aminofenol melalui reduksi nitrobenzena secara elektrolisis, pembuatan soda (NaOH) dan asam sulfat (H2SO4) dari
Na2SO4 melalui proses splitting electrochemis, reduksisenyawa
baku obat. Untuk skala perusahaan/pabrik telah dilakukan oleh Perusahan Monsanto (Kanada) dengan memproduksi adiponitril (bahan dasar nylon 6,6) dan produksi fluorokarbon oleh Perusahaan Philips (Belanda).
2.3.3 Elektrokoagulasi
Elektrokoagulasi merupakan proses yang dilewati oleh arus listrik pada air. Hal tersebut telahdibuktikan betapa efisiennya proses tersebut untuk menghilangkan kontaminan di dalam air.
Elektrokoagulasi mempunyai efisiensi yang tinggi dalam penghilangan kontaminan dan biaya operasi yang rendah. Proses ini berdasarkan pada prinsip ilmu dimana adanya respon air yang mengandung kontaminan terhadap medan listrik melalui reaksi reduksi dan oksidasi dan dapat menghilangkan beberapa kation berat 99% serta dapat mengurangi mikroorganisme dalam air. Beberapa ion-ion lainnya dan koloid-koloid dapat dihilangkan.
Elektrokoagulasi (EC) merupakan bukan teknologi terbaru. Pengolahan limbah cairdengan menggunakan EC telah dipraktekan sejak abad ke-20 (100 tahun yang lalu) dengan keberhasilan proses yang terbatas. Dengan menggunakan listrik untuk mengolah air merupakan hal pertama yang dilakukan di Inggris pada tahun 1889 dan aplikasi dari elektrolisis pada mineral beneficiationtelah dipatenkan oleh Elmore padatahun 1904. Prinsip proses EC telah digunakanuntuk mengolah air ”bilge” dari kapal-kapal dan dipatenkan pertama kali oleh A. E. Dietrichpada tahun 1906.
Mekanisme Proses elektrokoagulasi sebuah reaktor elektrokoagulasi adalah sel elektrokimia dimana anoda korban (biasanya menggunakan aluminium atau besi) digunakan sebagai agen akoagula.
Secara simultan, reaksi katodik biasanya terjadi perubahan hidrogen. Reaksi ini terjadi pada katoda dan tergantung pada pH Pada pH netral atau alkali, hidrogen diproduksi melalui persamaan (2) :
2H2O+ 2e-→OH-+H2…...…..(2)
ketika dalam kondisi asam, persamaan (3) dapat menjelaskan dengan baik perubahan hidrogen pada katoda.
2H++2e-→H
2…...…... (3)
2.3.4 Elektrodialisis
Elektrodialisis adalah gabungan antara elektrokimia dan penukaran ion. Elektrodialisis yang disingkat ED merupakan proses pemisahan elektrokimia denganion-ion berpisah melintas membran selektif anion dan kation dari larutan encerkelarutan membran lebih pekat akibat aliran arus searah atau DC.sedangkan ED-Balikan atau ED-Reversal atau (EDR) adalah proses ED namunkutub/polaritas elektroda-elektrodanya dibalik dengan daur waktu tertentu, sehingga membalik pula arah gerak ion dalam jajaran membrannya.
Sistem ini digunakan untuk mengubah air payau menjadi air minum atau untuk memekatkan buangan atau limbah agar dapat dipakai ulang atau juga sebagai pralakuan atas umpan air padatan total terlarut (PTT) tinggi sebelum masuk kesistem penukaran ion.
2.3.5 Elektrowining
Elektrowinning adalah proses elektrokimia yaitu proses pengendapan logam pada kutub katoda menggunakan arus listrik yang mengalir dalam larutan elektrolit (hasil dari pelarutan),hasil yang diperoleh pada kutub katoda adalah lumpur logam emas dan perak yang disebut cake yang dapat langsung dilebur (smelting).
suatu sel sebagai anoda dan katoda antara lain dapat menggunakan. Reaksi sel yang terjadi adalah anoda :
2OH-→ O
2+ H2O + 2e
-Kotoda : 2Au(CN)2- + 2e-→ 2Au + 4CN
-Overall : 2Au(CN)2- + 2OH-→ 2Au + O
2+ H2O + 4CN
-Pada proses electrowinning akan melepaskan gas H+ membuat pH
menjadi turun sehingga berisiko mengasilkan gas HCN. Gas ini sangat berbahaya dan bersifat korosif terhadap anoda, untuk itu larutan alkali sianida harus dijaga pada pH 12,5. Parameter suatu proses electrowinning dapat dikatakan selesai apabila telah sesuai dengan waktu yang dibutuhkan untuk mengendapnya logam berharga yang diinginkan dikatoda dengan kadar yang tinggi.
Untuk mengetahui berapa lama suatu proses electrowinning berlangsung hingga mencapai kadar endapan logam berharga yang diinginkan, maka dapat dihitung berdasarkan Hukum Faraday:
W = W total – W katoda
W = Ar .i .tZF
Sehingga t = W . Z . F Ar . i
Keterangan:
Z = muatan ion
F = konstanta faraday, 96.500
Mekanisme Elektowinning
Aliran listrik dialirkan melalui elektroda yang tercelup di larutan kaya,menyebabkan logamberharga mengendap di katoda.
2.3.6 Elektrofining
Proses elektrolitik yang dilakukan untuk pemurnian logam yang biasanya telah mengalami pemurnian dengan cara lain, dengan harapan mencapai kemurnian setinggi-tingginya. Biasanya, terdapat 2 metoda yang digunakan :
1. Bullion Kadar Ag Tinggi Proses elektrorfining adalah proses pertama, dengan prinsip yang sama dengan elektrowinning. Tetapi anoda untuk ini adalah Bullion, dan AgNO3 adalah larutan. Perak pada katoda dan emas pada anoda,
lalu peleburan dilakukan untuk
mendapatkan batangan emas dan perak. Kita harus melakukan elektrolisis untuk mendapatkan kadar 99,99%, dan larutan pada elektrolisis emas adalah Au(Cl)2-.
2. Bullion Kadar Au Tinggi Bullion dilebur langsung dengan aliran gas Cl2, gas
klorin akan mengambil Au dan kita akan mendapatkan batangan Au dan Ag. Kita juga harus melakukan elektrolisis untuk mendapatkan kadar 99,99%, dan larutan pada elektrolisis emas adalah Au(Cl)
2-2.3.7 Elektroplating
suatu reaksi atau perubahan kimia sertaenergy listrik yang di hasilkan melalui suatu reaksi kimia, hasil reaksi – reaksi pada suhu yangamat tinggi melalui perubahan energi listrik menjadi panas.
Dalam elektroplating proses yang terjadi adalah melalui elektroforesis yaitu gerakan partikel koloid dalam medan listrik dengan menghasilkan dua elektrode (suatu penghantar yang dapat berbentuk batangan, kepingan, atau kawat yang digunakan untuk memancarkan atau mengendalikan aliran partikel-partikel yang bermuatan, baik dalam suatu cairan, gas, atau semikonduktor). Yang dialiri arus kearah, koloid bermuatan negatif bergerak kearah anode, sedangkan koloid bermuatan positif ke katode. Proses ini digunakan untuk memisahkan atau penguraian campuran. Setelah koloid itu terpisah atau melapisi anode tersebut sehingga terbentuk lapisan tipis yang biasanya disebut plate.
BAB III PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Dari uraian makalah ini dapat disimpulkan bahwa :
1. Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara perubahan (reaksi) kimia dengan kerja listrik, yang biasanya melibatkan sel elektrokimia yang menerapkan prinsip reaksi redoks dalam aplikasinya.
2. Aplikasi elektrokimia dalam bidang analisis kimia diantaranya yaitu : a. Elektroanalisis,
DAFTAR PUSTAKA
Basset, J. 1994. Buku Ajar Vogel Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik. Jakarta :
Penerbit Buku Kedokteran EGC.
Khopkar. 1985. Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta : Penerbit Universitas
Indonesia.
Purnawan, C. 2014. Analisis Elektrokimia. Surakarta : Kimia FMIPA UNS.
