BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Analisis Kualitatif
Analisis Kualitatif merupakan metode analisis kimia yang digunakan untuk mengenali atau mengidentifikasi suatu unsur atau senyawa kimia (anion atau kation) yang terdapat dalam sebuah sampel berdasarkan sifat kimia dan fisika
Demikianlah air dapat diuraikan menjadi gas hidrogen dan oksigen, garam dapur menjadi logam natrium dan gas klor, gula menjadi karbon, hidrogen dan oksigen dan sebagainya. Tetapi kita tidak dapat selanjutnya menguraikan hidrogen, oksigen, karbon, natrium dan klor itu menjadi wujud lebih sederhana
nya.(Firmansyah, 2011).
Analisis kualitatif berdasarkan sifat kimia melibatkan beberapa reaksi dimana hukum kesetimbangan massa sangat berguna untuk menentukan ke arah mana reaksi berjalan. Contoh : Reaksi redoks, reaksi asam-basa, kompleks, dan reaksi pengendapan. Sedangkan analisis berdasarkan sifat fisikanya dapat diamati langsung secara organoleptis, seperti bau, warna, terbentuknya gelembung gas atau pun endapan yang merupakan informasi awal yang berguna untuk analisis selanjutnya.( Latifah, 2012)
2.2. Unsur dan Penggolongannya
lagi. Kalau diusahakan juga maka rusaklah kesatuan zat tersebut.(Sulaiman, 1987).
Berdasarkan sifat kimia dan sifat fisisnya unsur-unsur dapat digolongkan atas dua golongan yaitu golongan metal atau logam dan golongan non metal atau non logam. Dari 92 unsur yang terdapat di alam, 70 buah termasuk logam dan 22 buah nonlogam. Semua gas adalah nonlogam, 1 dari zat cair adalah logam, yaitu air raksa (Hg), dan 1 lagi adalah nonlogam yaitu brom (Br). Dari 79 unsur yang berupa zat padat hanya 10 buah yang termasuk non logam. Pembagian lengkapnya adalah seperti Tabel 2.1 berikut :
Tabel 2.1 : Pembagian jumlah unsur
Keadaan Unsur Logam Nonlogam
Padat 69 10
Cair 1 1
Gas - 11
Jumlah 70 22
2.2.1. Unsur Logam dan Nonlogam
Logam dan nonlogamadalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat seperti Tabel 2.3 dan Tabel 2.4, yaitu tabel yang menjelaskan perbedaan sifat unsur logam dan nonlogam dalam sudut pandang fisika dan kimia:
Tabel 2.3 : Sifat fisika unsur logam dan nonlogam
Nonlogam Logam
Tidak mengilap Mengilap
Pada suhu kamar dapat berwujud padat, cair, dan gas
Pada suhu kamar umumnya berwujud padat
Sulit dibentuk dan rapuh Mudah ditempa dan dibentuk Bukan penghantar panas dan listrik
yang baik
Penghantar panas dan listrik yang baik
Tabel 2.4 : Sifat kimia unsur logam dan nonlogam
Nonlogam Logam
Kecenderungan suatu atom untuk menerima elektron atau menjadi bermuatan negatif (membentuk anion).
Kecenderungan suatu atom untuk melepas elektron atau menjadi bermuatan positif (membentuk kation)
Keelektronegatifan yang besar Keelektronegatifan yang kecil Energi ionisasinya kecil Energi ionisasinya besar
Tidak reaktif Reaktif (mudah bereaksi)
2.3. Jenis-jenis Senyawa
2.3.1. Oksida
Disebut oksida asam karena dengan air oksida itu akan membentuk asam, dan disebut oksida basa karena dengan air oksida itu akan membentuk basa. Beberapa contoh oksida asam yang penting :
N2O5 P2O3 B2O3 Cl2O5
N2O3 P2O5 As2O3 Cl2O7
SO2 CO2 Cl2O3 I2O5
Oksida basa yang penting ialah oksida-oksida logam alkali dan lokam alkali tanah. Contohnya :
K2O CaO FeO ZnO
Oksida asam dengan air akan membentuk asam, sedang oksida basa dengan air akan membentuk basa. Disebut asam karena zat-zat ini berasa asam di lidah dan disebut basa karena rasanya yang seperti sabun (basis).
Contoh beberapa asam :
2 + H2O H2SO3
Disamping terbentuk dari oksida asam + air, adapula beberapa asam yang terbentuk dari hidrogen dengan unsur bukan logam tertentu yaitu unsur-unsur
golongan halogen ditambah dengan sulfur. Jadi kita kenal asam-asam HCl, HBr, HI, HF (disebut asam-asam halogenida) dan H2S.
Selain itu masih ada golongan asam organik yang cara penulisan rumus molekulnya maupun cara pemberian namanya agak berbeda dari senyawa anorganik. Contohnya :
Asam asetat (asam cuka) CH3COOH
Asam oksalat COOH.COOH atau H2C2O4 Asam sitrat C6H8O7 atau
CH2(COOH).COH(COOH).CH2(COOH)
Jika dari suatu asam dihilangkan H-nya maka gugus yang tinggal disebut gugus sisa asam. Gugus atau radikal tidak dapat berdiri sendiri sebagai zat, tapi harus terikat atau berada di dalam zat lain. Karena H bermuatan positif maka gugusan sisa asam bermuatan negatif. Jumlah muatan negatifnya sama dengan jumlah H yang dihilangkan.
Valensi atau kebasaan suatu asam adalah sama dengan jumlah H yang ada pada asam tersebut (kecuali asam organik yang valensinya bergantung pada jumlah gugus karboksilat – COOH pada asam bersangkutan). Demikianlah kita dapatkan HCl, HNO3, CH3COOH adalah asam-asam valensi 1 : H2S, H2CO3, H2SO4 adalah asam-asam valensi 2 : H3PO4, H3BO3
Dari sekian banyak asam-asam hanya beberapa daripadanya yang benar-benar terdapat sebagai zat sebenar-benarnya (berupa zat padat, atau zat zair atau gas) misalnya HCl, H
adalah asam-asam valensi 3.
asam-asam yang hanya terdapat dalam larutan dan umumnya tidak stabil, dan hanya stabil di alam jika berikatan dengan logam dalam bentuk garam-garam.
Sebagaimana asam, maka basa yang bervalensi lebih dari 1 bisa mengalami beberapa tingkatan ketika melepaskan gugus hidroksilnya (OH) contoh :
Ca (OH)2 bila melepaskan hanya 1 OH akan menjadi Ca (OH)+ yang disebut gugus kalsium hidroksi yang bermuatan positif dan berlaku sebagai logam valensi 1.
Al (OH)3 bila melepaskan hanya 1 OH akan menjadi Al (OH)2+ yang disebut gugus Aluminium dihidroksi atau aluminium basa primer dan kalau melepaskan 2 gugus OH akan menjadi Al (OH)++ yang disebut gugus aluminium hidroksi atau aluminium basa sekunder, berlaku sebagai logam valensi 2. Beberapa basa yang penting adalah :
Untuk lebih mempermudah dalam memahami apa itu asam dan basa maka berikut ini adalah Tabel 2.5, yang menerangkan definisi asam dan basa menurut beberapa ahli :
Tabel 2.5 : Teori asam dan basa menurut para peneliti
Teori Asam Basa Netralisasi
Arrhenius Zat yang menghasilkan
ion H+
Bronsted Donor proton Akseptor proton Transfer proton dari donor ke akseptor
Berikut adalah daftar nama-nama asam – basa kuat dan lemah :
Asam Kuat :
1. Asam klorida (HCl)
2. Asam nitrat (HNO3)
3. Asam sulfat (H2SO4)
4. Asam bromida (HBr)
5. Asam iodida (HI)
6. Asam klorat (HClO3)
7. Asam perklorat (HClO4
Asam lemah :
)
1. Asam format (HCOOH)
2. Asam asetat (CH3
2. Natrium hidroksida (NaOH)
3. Kalium hidroksida (KOH)
4. Kalsium hidroksida (Ca(OH) COOH)
2)
5. Rubidium hidroksida (RbOH)
6. Stronsium hidroksida (Sr(OH)2)
Basa lemah :
1. Amonium hidroksida (NH4OH)
2. Aluminium hidroksida (Al(OH)3)
3. Besi (III) hidroksida (Fe(OH)3)
4. Besi (II) hidroksida (Fe(OH)2
5. Seng hidroksida (Zn(OH)
)
2
6. Emas (I) hidroksida (Au(OH)) )
7. Emas (III) hidroksida (Au(OH)3
8. Timbal (II) hidroksida (Pb(OH) )
2
9. Mangan hidroksida (Mn(OH) )
2
1) Senyawa itu terurai menjadi molekul-molekul yang tidak bermuatan listrik atau netral.
)
2.4. Garam
Sebenarnya pada waktu menguraikan tentang tingkatan-tingkatan penguraian asam dan basa fasal yang lalu itu kita telah menyerempet masalah ionisasi. Ionisasi adalah peristiwa terurainya molekul atas ion-ion , yaitu partikel-partikel yang bermuatan listrik. Peruraian itu biasanya terjadi di dalam suatu alat pelarut, umumnya air.
Jika suatu senyawa dilarutkan dalam air, ada dua kemungkinan yang dapat terjadi :
2) Senyawa itu terurai menjadi molekul-molekul yang bermuatan listrik atau ion.
kedua yang dinamakan zat atau senyawa elektrolit karena larutannya dalam air dapat menghantarkan arus listrik disebabkan terurainya zat tersebut atas ion-ion yang bermuatan listrik.
Karena ada 2 muatan listrik yaitu muatan positif dan muatan negatif maka pastilah hanya ada 2 macam ion yaitu : ion yang bermuatan listrik positif yang disebut kation dan ion yang bermuatan listrik negatif yang disebut anion. Jadi dalam peristiwa ionisasi, dari suatu senyawa yang mulanya netral akan diperoleh kation yng bermuatan positif dan ion yang bermuatan negatif dalam larutan.
Asam-asam terurai atas kation H+
HCl H Basa akan terurai atas kation logam dan anion hidroksil (OH
-KOH K
Jika hal di atas sudah dapat dimengerti maka mudah pula difahami arti dari definisi berikut :
Garam-garam seperti di atas yang tidak mengandung H atau OH lagi disebut garam normal atau garam biasa. Garam yang masih mengandung H disebut garam asam, sedangkan garam yang masih mengandung OH disebut garam basa.
Terbentuknya garam asam atau garam basa dari ion-ionnya itupun seperti halnya pada garam normal juga. Perhatikanlah contoh-contoh berikut ini :
Na+ + HCO3- NaHCO3
= kalsium hidroksi sulfat
2+ + PO43- [Al (OH)2]3PO4 = aluminium dihidroksi fosfat
Seperti dapat dilihat pada contoh-contoh di atas, memberi nama garam tidak sulit jika cara memberi nama asam dan basa serta gugus sisanya sudah dimengerti. Tetapi kadangkala kita mengalami kesulitan menentukan valensi atau bilangan oksidasi dari unsur utama, lebih-lebih bila senyawa yang kita hadapi baru kali itu kita kenal. Dalam hal ini maka valensi atau bilangan oksidasi unsur dimaksud dapat kita cari dengan mengingat bahwa jumlah semua muataan negatif harus sama dengan jumlah muatan positif.
Contoh : KNO3 : K = 1+, O3 = 3 x 2- = 6- , berarti valensi N = 5 Atau bilangan oksidasi N = 5+
KMnO4 : K = 1+ , O4 = 8- , berarti Mn = 7+
Untuk mempermudah dalam penentuan bilangan oksidasi dari unsur-unsur yang penting maka, berikut adalah Tabel 2.6 yang menjelaskan masing-masing harga bilangan oksidasinya :
Tabel 2.6 : Harga bilangan oksidasi
2.5. Garam Kompleks dan Garam Rangkap
Disamping garam normal, garam asam dan garam basa, masih ada kemungkinan terbentuknya garam yang susunannya lebih rumit dan disebut garam kompleks atau garam rangkap.
Garam kompleks adalah garam yang terdiri dari 1 logam dan 2 sisa asam, atau 2 logam dan 1 sisa asam, atau garam biasa yang mengandung gugus tambahan bukan ion. Gugus tambahan bukan ion misalnya gugus NH3 yang disebut gugus amin dan gugus H2O yang disebut gugus hidro.
Contoh garam kompleks :
K4Fe (CN)6 = kalium ferrosianida Ag (NH3)2Cl = perak diamin klorida KAlSO4 = kalium aluminium sulfat MgNH4PO4 = magnesium amonium fosfat
Disamping garam kompleks, beberapa ahli membedakan pula garam yang terbentuk oleh 2 garam normal atau garam yang mengandung air kristal. Garam seperti ini dinamakan garam rangkap. Beberapa contoh garam rangkap adalah :
K2SO4.Al2SO4, dengan atau tanpa air kristal CaCO3.MgCO3.2H2
Jika suatu larutan dari garam dalam air atau dalam alat pelarut lain diuapkan maka akhirnya tinggallah garam yang pada umumnya mengikat 1 atau beberapa molekul air kristal. Demikian juga kebanyakan garam yang dijumpai di alam sebagai
O
mineral adalah garam yang berair kristal. Jika dipanaskan terus maka air kristal dari suatu garam akan terlepas pula. Garam-garam yang berair kristal pada umumnya mempunyai bentuk geometris yang beraturan, sedangkan garam tanpa air kristal mempunyai bentuk tak beraturan (amorf). Sifat-sifat garam alami atau mineral ini dipelajari di dalam ilmu-ilmu mineralogi, kristalogi dan petrografi (ilmu batuan).
2.6. Reaksi-reaksi Penggaraman
Penggaraman adalah reaksi-reaksi yang dapat membentuk garam. Ada reaksi penggaraman yang dikenal, yang akan kita bahas secara singkat berikut ini adalah yang umum dijumpai :
I Asam + Basa Garam + Air
2HCl + NaOH NaCl + H2
H
O
2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + H2
II Oksida Asam + Basa Garam + Air O
SO3 + Ca (OH)2 CaSO4 + H2
N2O5 + 2NaOH 2NaNO
O
3 + H2
III Oksida Basa + Asam Garam + Air O
Ag2O + 2HNO3 2AgNO2 + H2
Fe
O
IV Oksida Asam + Oksida Basa Garam
Reaksi ini hanya berlaku untuk logam-logam disebelah kiri H dalam deret tegangan logam atau deret volta selain itu asamnya haruslah yang tidak mengoksidasi dan berada dalam larutan yang encer.
Logamnya : K, Na, Ba, Ca, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, dan Pb.
Logam yang tidak dapat bereaksi dengan asam adalah : Cu, Hg, Ag, Pt, dan Au. Asam yang dapat memenuhi syarat adalah semua asam, kecuali HNO3, HNO2, HClO3, HClO4, H2Cr2O7, dan HMnO4
Jika logam itu mempunyai banyak valensi (polivalen) maka garam yang terbentuk adalah garam dengan valensi terendah yang stabil.
2SO4 MnSO4
Ba(OH)2 + 2H2CO3 Ba(HCO3)2 + 2H2
Reaksi penggaraman X ini hanya berlaku jika memenuhi salah satu syarat yang disebutkan berikut ini :
Syarat garam : harus larut dalam air. Jika tidak larut dalam air maka garam itu harus berasal dari asam lemah, dan garam seperti ini hanya dapat bereaksi dengan asam kuat.
Syarat asam : 1) Jika garam AB berasal dari asam lemah, maka reaksi hanya terjadi dengan asam kuat. Reaksi dengan asam lemah hanya terjadi jika salah satu hasil reaksi mengendap atau terurai.
2) Jika garam AB berasal dari asam kuat maka reaksi dengan asam kuat hanya dapat terjadi jika salah satu hasil reaksi mengendap atau terurai. Reaksi dengan asam lemah hanya terjadi antara H2S dengan garam-garam dari Ag, Hg, Cu, Pb, Sn, As, dan Sb.
XI. Garam AB + Basa COH Garam CB + Basa AOH CuSO4 + 2NaOH Cu(OH)2 + Na2SO
Hg(NO
4
3)2 + 2KOH 2KNO3 + Hg(OH)
XII Garam AB + Basa CD Garam AD + Garam CB 2
Na2SO4 + BaCl2 2NaCl + BaSO AgNO
4
2.6.1. Natrium Klorida (NaCl)
Dalam ilmu kimia, garam adalah senyawa ionik yang terdiri dari ion positif (kation) dan ion negatif (anion), sehingga membentuk senyawa netral (tanpa bermuatan). Garam terbentuk dari hasil reaksi asam dan basa. Kation garam dapat dianggap berasal dari suatu basa, sedangkan anionnya berasal dari suatu asam. Jadi, setiap garam mempunyai komponen basa (kation) dan asam (anion). Perhatikanlah contoh berikut.
Contoh:
Natrium klorida (NaCI) terdiri dari kation Na+ yang dapat dianggap berasal dari NaOH, dan anion Cl- yang berasal dari HCl di dalam air, NaCl terdapat sebagai ion-ion yang terpisah. Berikut persamaan reaksinya :
NaCl(aq) Na+(aq) + C1
-1. Garam yang terbentuk dari reaksi asam kuat dengan basa kuat (misalnya NaCl, K
(aq)
Ada banyak macam-macam garam. Garam yang terhidrolisa dan membentuk ion hidroksida ketika dilarutkan dalam air maka dinamakan garam basa. Garam yang terhidrolisa dan membentuk ion hidronium di air disebut sebagai garam asam. Garam netral adalah garam yang bukan garam asam maupun garam basa.
Ada empat jenis garam, yaitu :
2SO4
2. Garam yang terbentuk dari reaksi asam kuat dengan basa lemah (misalnya NH
dan lain-lain) tidak mengalami hidrolisis. Untuk jenis garam yang demikian nilai pH = 7 (bersifat netral)
3. Garam yang terbentuk dari reaksi asam lemah dengan basa kuat (misalnya CH3
4. Garam yang terbentuk dari reaksi asam lemah dengan basa lemah (misalnya CH
COOK, NaCN dan lain-lain) hanya anionnya yang terhidrolisis (mengalami hidrolisis parsial). Untuk jenis garam yang demikian nilai pH > 7 (bersifat basa)
3COONH4, Al2S3 dan lain-lain) mengalami hidrolisis total (sempurna). Untuk jenis garam yang demikian nilai pH-nya tergantung harga Ka den Kb
Larutan garam dalam air (misalnya natrium klorida dalam air) merupakan larutan elektrolit, yaitu larutan yang dapat menghantarkan arus listrik. Cairan dalam tubuh makhluk hidup mengandung larutan garam, misalnya sitoplasma dan darah. Tapi, karena cairan dalam tubuh ini juga mengandung banyak ion-ion lainnya, maka tidak akan membentuk garam setelah airnya diuapkan. Berikut Gambar 2.1, bentuk fisik garam (NaCl) :
.
Berikut ini adalah Tabel 2.7, yang menerangkan sifat NaCl :
Tabel 2.7: Sifat NaCl Sifat
58.44 g/mol
2.16 g/cm3
801 °C (1074 K)
35.9 g/100 mL (25 °C)
1465 °C (1738 K)
Zat elektrolit kuat adalah zat yang terurai sempurna dan mengalirkan listrik secara sempurna. Suatu molekul atau senyawa ionik dapat menghantarkan listrik disebabkan karena kemampuan untuk mengalirkan elektron. Karena elektron yang bergerak itulah yang disebut listrik. Salah satu faktor penyebab NaCl memiliki kemampuan mengalirkan elektron adalah karena dapatnya terionisasi di dalam air.
Tapi yang perlu diingat adalah NaCl tidak bersifat elektrolit kuat didalam semua pelarut. NaCl hanya dapat menjadi elektrolit jika dilarutkan ke dalam senyawa polar, seperti air. Jika NaCl dimasukkan ke dalam senyawa nonpolar seperti bensin, maka NaCl tidak akan dapat larut sehingga tidak dapat mengalirkan elektron lagi (bukan elektrolit). Jadi dapat disimpulkan bahwa NaCl hanya dapat menjadi elektrolit pada senyawa polar.
2.7. Reaksi Ionisasi
jumlah ion bebas yang dihasilkan oleh suatu larutan. Makin besar harga derajat ionisasi, makin kuat elektrolit tersebut.Derajat ionisasi (α) didapat dari perbandingan antara jumlah zat yang mengion dengan jumlah zat yang dilarutkan. Makin besar harga α maka makin kuat sifat elektrolit larutan tersebut. Kekuatan ionisasi suatu
larutan diukur dengan derajat ionisasi dan dapat disederhanakan dalam persamaan dibawah ini:
Untuk larutan elektrolit besarnya harga 0 < α< 1, untuk larutan non-elektrolit maka nilai α = 0.
Dengan ukuran derajat ionisasi untuk larutan elektrolit memiliki jarak yang cukup besar, sehingga diperlukan pembatasan larutan elektrolit dan dibuat istilah larutan elektrolit kuat dan larutan elektrolit lemah. Untuk elektrolit kuat harga α = 1,
sedangkan elektrolit lemah harga derajat ionisasinya, 0 < α < 1. Untuk mempermudah kekuatan elektrolit skala derajat ionisasi pada Gambar 2.2 dibawah ini :
Banyak atau sedikitnya molekul zat yang terionisasi dinyatakan dalam derajat ionisasi. Derajat ionisasi (α) merupakan perbandingan banyaknya molekul zat yang terurai dengan banyaknya molekul zat mula-mula:
Derajat Ionisasi (α ) = ����� ℎ���������� �����������
����� ℎ���������� −���� ...(2-1)
Asam kuat seperti HCl sebagian besar atau seluruh molekul HCl terurai menjadi ion H+ dan ion Cl
-HCl H :
+ + Cl
NaCl
-
Maka derajat ionisasi (α) HCl = 1
2.7.1. Reaksi Ionisasi Elektrolit Kuat
Larutan yang dapat menyalakan lampu terang dan menghasilkan gelembung gas banyak disebut larutan elektrolit kuat.Contoh: larutan garam.
Dalam proses ionisasinya, elektrolit kuat menghasilkan banyak ion maka derajat ionisasi = 1 (terurai sempurna), pada persamaan reaksi ionisasi larutan elektrolit kuat ditandai dengan anak panah satu arah ke kanan.
Perlu diketahui pula elektrolit kuat ada beberapa dari asam dan basa. Contoh :
(aq) Na+(aq) + Cl -KI
(aq)
2.7.2. Reaksi Ionisasi Elektrolit Lemah
Larutan yang dapat menyalakan lampu redup ataupun tidak menyala, tetapi menghasilkan gelembung gas pada elektrodanya disebut larutan elekrtolit lemah. Untuk larutan elektrolit lemah memiliki daya hantar lemah dan derajat ionisasi kecil, karena sedikit larutan yang terurai (terionisasi). Makin sedikit yang terionisasi, makin lemah elektrolit tersebut. Dalam persamaan reaksi ionisasi elektrolit lemah ditandai dengan panah dua arah (bolak-balik) artinya tidak semua molekul terurai (ionisasi tidak sempurna)
Contoh:
CH3COOH(aq) CHCOO-(aq) + H+
NH
(aq)
4OH(aq) NH4+(aq) + OH
-Menurut Linus Pauling definisi elektronegatifitas adalah sebagai kekuatan atau kemampuan atom menarik elektron-elektronnya dalam dirinya sendiri dalam suatu
molekul. Definisi ini menunjukkan bahwa elektronegativitas bukanlah merupakan
suatu sifat yang berhubungan dengan atom secara terisolasi melainkan atom dalam
senyawanya. Namun demikian, ukuran elektronegativitas dapat diturunkan untuk
tiap-tiap atom.Keelektronegatifan secara umum, dalam satu periode, dari kiri ke kanan semakin bertambah dan dalam satu golongan, dari atas ke bawah keelektronegatifan semakin berkurang.
(aq)
Hal ini dapat dimengerti karena dalam satu periode, dari kiri ke kanan, muatan inti atom semakin bertambah yang mengakibatkan gaya tarik antara inti atom dengan elektron terluar juga semakin bertambah. Fenomena ini menyebabkan jari-jari atom semakin kecil, energi ionisasi semakin besar, afinitas elektron makin besar dan makin negatif dan akibatnya kecenderungan untuk menarik elektron semakin besar. Berikut Gambar 2.3, yang menunjukkan nilai keelektronegatifan unsur :
Gambar 2.3 : Nilai keelektronegatifan unsur
semakin besar yang mengakibatkan gaya tarik antara inti dengan elektron terluar semakin besar sehingga dibutuhkan energi yang besar pula untuk melepaskan elektron pada kulit terluar.
2.9. Senyawa Kompleks
Senyawa kompleks atau sering disebut dengan kompleks koordinasi adalah senyawa yang mengandung atom atau ion (biasanya logam) yang dikelilingi oleh molekul atau anion biasanya disebut dengan pengompleks yang berwujud endapan putih.
Ligan adalah molekul netral atau anion yang berikatan dengan atom pusat dengan ikatan kovalen koordinasi. Syarat ligan adalah harus memiliki pasangan elektron bebas yang dapat digunakan untuk berikatan kovalen koordinasi.
2.10. Teori Dasar pH
pH atau derajat keasaman digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman atau basa yang dimiliki oleh suatu zat, larutan atau benda. pH normal memiliki nilai 7 sementara bila nilai pH > 7 menunjukkan zat tersebut memiliki sifat basa sedangkan nilai pH < 7 menunjukkan keasaman. pH = 0 menunjukkan derajat keasaman yang tinggi, dan pH = 14 menunjukkan derajat kebasaan tertinggi. Umumnya indikator sederhana yang digunakan adalah kertas lakmus yang berubah menjadi merah bila keasamannya tinggi dan biru bila keasamannya rendah.
larutan. Sistem pengukuran pH mempunyai tiga bagian yaitu elektroda pengukuran pH, elektroda referensi dan alat pengukur impedansi tinggi. Istilah pH berasal dari “p”, lambang matematika dari negatif logaritma, dan “H”, lambang kimia untuk unsur Hidrogen. Defenisi yang formal tentang pH adalah negatif logaritma dari aktivitas ion Hidrogen (pH = -log [H+
Pada prinsipnya pengukuran suatu pH adalah didasarkan pada potensial elektrokimia yang terjadi antara larutan yang terdapat di dalam elektroda gelas (membrane gelas) yang telah diketahui dengan larutan yang terdapat di luar elektroda gelas yang tidak diketahui. Hal ini dikarenakan lapisan tipis dari gelembung kaca akan berinteraksi dengan ion hidrogen yang ukurannya relatif kecil dan aktif, elektroda gelas tersebut akan mengukur potensial elektrokimia dari ion hidrogen. Untuk melengkapi sirkuit elektrik dibutuhkan elektroda
]). pH adalah singkatan dari power of Hidrogen.
2.10.1. Dasar Pengukuran Derajat Keasaman
pembanding. Sebagai catatan alat tersebut tidak mengukur arus tetapi hanya mengukur tegangan.
Molekul-molekul suatu zat yang dalam larutannya dapat menghantarkan arus listrik disebut elektrolit. Ion-ion negatif bergerak menuju ke anode, oleh karena itu ion negatif disebut anion. Ion positif bergerak menuju katode, oleh karena itu ion positif disebut kation. Suatu larutan elektrolit, molekulnya terurai menjadi ion-ion. Air murni tergolong elektrolit lemah. Sebagaian molekulnya terurai menjadi ion H- dan OH+.
1 ion H+ dan 1 ion OH- berasal dari penguraian 1 molekul H2O. Dengan demikian, konsentrasi ion H+ sama dengan konsentrasi ion OH-. Larutan air seperti itu dinamakan dengan larutan netral.
Larutan yang mengandung ion H+ berkonsentrasi lebih besar dari konsentrasi OH- dan disebut larutan asam, sedangkan larutan yang mengandung konsentrasi ion H+ lebih kecil dari konsentrasi ion OH- disebut larutan basa. Larutan asam dapat menerima elektron bebas, sedangkan basa dapat memberikan elektron bebas.
�
=
(�+)+(��−)
(�2�) ...(2-2)
Karena konsentrasi H2O relatif besar, maka persamaan ini dapat ditulis menjadi :
K (H2O) = (H+).(OH-)...(2-3)
Dalam air murni dengan suhu 25oC, konsentrasi H+ = 10-7 mol/liter, sedangkan hasil kali konsentrasi H+ dengan OH- = 10-14. Konsentrasi H+ = konsentrasi OH- = 10-7
� = �0+2.3 ���� �����−+��������� ...(2-4)
Dimana :
E = Perbedaan potensial yang terukur E
.
Hubungan antara potensial dengan aktifitas ion hidrogen dinyatakan dengan rumus Nerst :
0 = Konstanta elektrode pada suhu 25oC R = Konstanta gas
T = Suhu mutlak oK n = Muatan ion
2.11. Hubungan Tingkat Keasaman dengan pH
HCl (aq) + H2O (l) H3O+(aq) + Cl-(aq)...(2-5)
O,1 M O,1 M
pH = - log [H3O+] = -log 0,1 = 1...(2-6)
Nilai pH merupakan eksponen negatif dari konsentrasi ion hidronium. Sebagai contoh, larutan basa kuat dengan konsentrasi ion hidronium 10-11 M mempunyai pH 11. Larutan asam kuat dengan pH 1 mempunyai konsentrasi ion hidronium 10-1 M. Hal ini dikarenakan asam atau basa terionisasi sempurna, maka konsentrasi ion H+ setara dengan konsentrasi asamnya.
Berdasarkan uraian di atas, karena pH dan konsentrasi ion H+ dihubungkan dengan tanda negatif, maka kedua besaran itu berbanding terbalik, artinya makin besar konsentrasi ion H+ (makin asam larutan) maka makin kecil nilai pH, dan sebaliknya. Selanjutnya, karena dasar logaritma adalah 10 maka larutan yang nilai pH-nya berbeda sebesar n dan mempunyai perbedaan konsentrasi ion H+
Sebagai contoh, larutan dengan pH 4 dan larutan dengan pH 3 keduanya bersifat asam, karena mempunyai pH kurang dari 7. Larutan dengan pH 3 mempunyai konsentrasi H
sebesar 10 n. Bila pH berkurang, konsentrasi ion hidronium akan meningkat, dan konsentrasi ion hidroksida berkurang. Pada setiap unit penurunan pH sama dengan peningkatan faktor 10 untuk konsentrasi ion hidronium.
hidroksida akan meningkat, dan konsentrasi ion hidronium akan berkurang. Dalam larutan netral, konsentrasi ion hidroksida dan ion hidronium adalah sama.
2.12. Filtrasi Jeruk Nipis
Filtrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan melewatkannya pada medium penyaringan, yang diatasnya padatan akan terendapkan. Sedangkan ekstraksi adalah suatu proses pemisahan dari bahan padat maupun cair dengan bantuan pelarut. Pelarut yang digunakan harus dapat mengekstrak substansi yang diinginkan tanpa melarutkan material lainnya. Ekstraksi padat cair atau leaching adalah transfer difusi komponen terlarut dari padatan inert ke dalam pelarutnya. Proses ini merupakan proses yang bersifat fisik karena komponen terlarut kemudian dikembalikan lagi ke keadaan semula tanpa mengalami perubahan kimiawi. Ekstraksi dari bahan padat dapat dilakukan jika bahan yang diinginkan dapat larut dalam solven pengekstraksi. Ekstraksi berkelanjutan diperlukan apabila padatan hanya sedikit larut dalam pelarut. Namun sering juga digunakan pada padatan yang larut karena efektivitasnya. (Lucas, Howard J, David Pressman. Principles and Practice in Organic Chemistry)
2.13.Baterai
Aki basah banyak digunakan oleh mobil dan motor. Salah satu ciri dari aki jenis ini adalah adanya lubang-lubang tempat pengisian air aki. Keunggulan dari aki basah yakni harganya terjangkau, sedangkan kelemahannya adalah tingkat penguapannya tinggi. Oleh karena itu kendaraan yang menggunakan jenis aki basah harus rutin memeriksa ketinggian permukaan air aki. Air suling dapat digunakan untuk menambah cairan pada aki. Kondisi permukaan air yang berada di bawah garis lower serta salah menuangkan cairan ketika menambah cairan aki (seperti air sumur, air ledeng) membuat aki cepat rusak. Baterai yang digunakan pada sepeda motor bebek biasanya mempunyai tegangan 12 volt dan arus 5 Ah. Pada kondisi normal (sistem pengisian kendaraan normal) tidak ada penguapan karena gas yang timbul diserap oleh platnegatif, apabila kondisi sistem pengisian tidak normal dan sering terjadi over charging akan ada penguapan dan akan mengakibatkan baterai jadi rusak. Pada kondisi normal umur baterai bisa mencapai 2 – 3 tahun dengan catatan pemakaian beban listrik tidak berlebih dan setiap hari minimal ada pengisian, karena baterai bisa droptegangan apabila tidak ada pengisian berhari-hari.(Supena, 2009)
Dikenal dua jenis elemen yang merupakan sumber arus searah (DC) dari proses kimiawi, yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer yakni elemen kering dan elemen sekunder yakni elemen basah. Reaksi kimia pada elemen primer yang menyebabkan elektron mengalir dari elektroda negatif (katoda) ke elektroda positif (anoda) tidak dapat dibalik arahnya. Maka jika muatannya habis, maka elemen primer tidak dapat dimuati kembali dan memerlukan penggantian bahan pereaksinya (elemen kering). Sehingga dilihat dari sisi ekonomis elemen primer dapat dikatakan cukup boros. Contoh elemen primer adalah batu baterai (dry cells).(Golberg, 2010)
Jenis aki yang umum digunakan adalah accumulator timbal (Pb). Secara fisik aki ini terdiri dari dua kumpulan pelat yang dimasukkan pada larutan asam sulfat encer (H2SO4). Larutan elektrolit itu ditempatkan pada wadah atau bejana aki yang terbuat dari bahan ebonit atau gelas. Kedua belah pelat terbuat dari timbal (Pb), dan ketika pertama kali dimuati maka akan terbentuk lapisan timbal dioksida (PbO2) pada pelat positif. Letak pelat positif dan negatif sangat berdekatan tetapi dibuat untuk tidak saling menyentuh dengan adanya lapisan pemisah yang berfungsi sebagai isolator (bahan penyekat). Proses kimia yang terjadi pada aki dapat dibagi menjadi dua bagian penting, yaitu selama digunakan dan dimuati kembali atau 'disetrum'.(Golberg, 2010)
2.13.1. Reaksi Kimia pada Baterai
PbO2 + Pb + 2H2SO4 ---> 2PbSO4 + 2H2O
Di atas ditunjukkan terbentuknya timbal sulfat adalah selama penggunaan (discharging). Keadaan ini akan mengurangi reaktivitas dari cairan elektrolit karena asamnya menjadi lemah (encer), sehingga tegangan antara kutub sangat lemah untuk pemakaian praktis. Sementara proses kimia selama pengisian aki (charging) terjadi setelah aki melemah (tidak dapat memasok arus listrik pada saat kendaraan hendak dihidupkan).(Supena,2009)
Kondisi aki dapat dikembalikan pada keadaan semula dengan memberikan arus listrik yang arahnya berlawanan dengan arus yang terjadi saat discharging. Pada proses ini, tiap molekul air terurai dan tiap pasang ion hidrogen yang dekat dengan lempeng negatif bersatu dengan ion SO4 pada lempeng negatif membentuk molekul asam sulfat. Sedangkan ion oksigen yang bebas bersatu dengan tiap atomPb pada lempeng positif membentuk PbO2. Berikut adalah reaksi kimia yang terjadi pada saat pencharging-an:(Adityawan, 2010)
2PbSO4 + 2H2O ----> PbO2 + Pb + 2H2SO
Besar ggl yang dihasilkan satu sel aki adalah 2 Volt. Sebuah aki mobil terdiri dari enam buah aki yang disusun secara seri, sehingga ggl totalnya adalah 12 Volt. Accumulator mencatu arus untuk menyalakan mesin (motor dan mobil dengan menghidupkan dinamo stater) dan komponen listrik lain dalam mobil. Pada saat mobil berjalan aki dimuati (diisi) kembali sebuah dinamo (disebut
4
dinamo jalan) yang dijalankan dari putaran mesin mobil atau motor.( Jayashantha,2012)
Pada aki kendaraan bermotor arus yang terdapat didalamnya dinamakan dengan kapasitas aki yang disebut Ampere-Hour/AH (Ampere-jam). Contohnya untuk aki dengan kapasitas arus 45 AH, maka aki tersebut dapat mencatu arus 45 Ampere selama 1 jam atau 1 Ampere selama 45 jam.(Marti, 1997)
2.15. Buah Jeruk Nipis
Jeruk nipis merupakan salah satu jenis citrus geruk. Jeruk nipis termasuk jenis tumbuhan ferdu yang banyak memiliki dahan dan ranting.(Sarwono B, 2005) Klasifikasi jeruk nipis yaitu sebagai berikut :
- Kingdom : Plantae
- Divisio : Magnuliophyta - Kelas : Magnolippsida - Ordo : Sapindales - Famili : Rutaceae - Genus : Citrus
- Spesies : C. Aurantifolia
Gambar 2.5: Buah jeruk nipis
2.15.1. Kandungan dan Manfaat Jeruk Nipis
Dalam jeruk nipis terdapat banyak sekali kandungan kimia. Unsur-unsur kimia tersebut adalah:
- Asam sitrat : 8 %
- Asam amino (triptozan, lisin) - Minyak Atsiri
- Damar - Glikosida - Asam sitrun
- Lemak : 0.1 g - Kalsium : 40 mg - Fosfor : 22 mg - Besi : 0.6 mg - Belerang
Jeruk nipis adalah salah satu contoh asam, kata asam berasal dari bahasa latin “acidum” atau “acid” dalam bahasa inggris. Asam merupakan larutan elektrolit yang dalam air terurai menghasilkan ion positif dan ion negatif. Menurut Arrhenius, asam adalah zat yang melepaskan ion hidrogen (H+) di dalam air (Syukri, 1999: 387). Zat yang bersifat asam contohnya asam klorida (HCl) dan asam asetat (HBr), asam sitrat (C6H8O7). Asam klorida yang dilarutkan ke dalam air akan terurai menjadi ion hidrogen dan ion klorida sesuai persamaan reaksi berikut.
HCl(l) ---> H+(aq) + Cl
-• Mempunyai rasa asam dan bersifat korosif.
(aq)
Sifat-sifat asam:
• Dapat mengubah warna kertas lakmus biru menjadi kertas lakmus merah. • Menghantarkan arus listrik
• Bereaksi dengan logam
Dibawah ini adalah Tabel 2.8, yaitu tabel yang memperlihatkan jenis-jenis asam yang terdapat dari berbagai sumber :
Tabel 2.8 : Jenis asam
Jenis asam Kuat / lemah Terdapat pada
Asam askorbat Lemah Buah-buahan
Asam karbonat Lemah Minuman berkarbonat
Asam sitrat Lemah Jeruk
Asam etanoat Lemah Cuka
Asam klorida Kuat Lambung
Asam nitrat Kuat Pupuk
Asam fosfat Kuat Cat anti karat
Asam sulfat Kuat Aki
Asam formiat Lemah Semut
Selain kandungan kimia tersebut, jeruk nipis juga memiliki manfaat yang berguna bagi manusia.
Manfaatnya adalah sebagai berikut :
- Menghilangkan sumbatan vital energi - Mengobati batuk dan peluru dahak - Mengobati peluru kancing (diuretik) - Mengobati peluru keringat
- Membantu proses pencernaan - Mengurangi kerutan pada wajah - Disentri
- Dan sesak napas (Sarwono B, 2005)
2.15.2. Asam Sitrat pada Jeruk Nipis
Asam sitrat merupaka
dan buah tumbuhan jenis, 2005)
ditemukan pada konsentrasi tinggi, yang dapat mencapai 8% bobot kering, pada jeruk
Tabel 2.9 di bawah). Struktur asam ini tercermin pada nama
Tabel 2.9: Sifat asam sitrat
Nama Asam sitrat
, atau:
CH2(COOH)•COH(COOH)•CH2(COOH)
192,13
Nama lain Asam 2-hidroksi-1,2,3-propanatrikarboksilat
2.15.3. Sifat Fisis dan Kimia Asam Sitrat
Sifat–sifat fisis asam sitrat dirangkum pada Tabel 2.9di
atasCOOH yang dapat
melepas sitrat.(Sarwono B, 2005).
Sitrat sangat baik digunakan dalam banyak ion logam membentuk garam sitrat. Selain itu, sitrat dapat mengikat ion-ion logam dengan penghila
Pada temperatur kamar, asam sitrat berbentuk serbuk putih. Serbuk kristal tersebut dapat berupa bentukanhydrous (bebas air), atau bent sitrat. Bentukanhydrous asam sitrat mengkristal dalam air panas, sedangkan bentuk monohidrat didapatkan dari kristalisasi asam sitrat dalam air dingin. Bentuk monohidrat tersebut dapat diubah menjadi bentuk anhydrous dengan pemanasan di atas 74 °C.
Secara kimia, asam sitrat bersifat seperti dipanaskan di atas 175 °C, asam sitrat terurai dengan melepaskan
, 1987).
2.16. Baterai Jeruk Nipis sebagai Sel Volta
merupakan sel Volta, karena kandungan kimia yang terdapat dalam jeruk nipis dapat berubah menjadi energi listrik. Hal itu ditentukan oleh anoda dan katoda dalam jeruk tersebut. Anoda yang berupa uang logam ditancapkan pada pangkal jeruk nipis. Sedangkan katoda yang berupa lempengan seng ditancapkan pada bagian bawah jeruk tersebut.
Selain itu untuk menghubungkan anoda dan katoda dari jeruk nipis yang satu dengan yang lain digunakan kabel yang telah dililitkan pada penjepit kertas. Lakukan hal tersebut dengan ke enam jeruk lainnya.Sehingga setelah semuanya tersambung akan didapat anoda dan katoda di ujung jeruk pertama dan terakhir. Kemudian anoda dan katoda tersebut disambungkan pada kaki-kaki LED, sehingga LED menyala.Hal ini terjadi karena adanya larutan elektrolit yang terkandung dalam air asam jeruk nipis tersebut. (Latipah, 2012)
Persamaan reaksinya yaitu sebagai berikut :
Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu
Persamaan setengah sel dan diagram sel :
2.17. Na-EDTA
EDTA adalah kependekan dari Ethylene Diamin Tetra Acetic. EDTA berupa senyawa kompleks kelat dengan rumus molekul :
“ (HO2CCH2)2NCH2CH2N(CH2CO2H)2
Gambar 2.6: Struktur EDTA
Ikatan pada EDTA, yaitu ikatan N yang bersifat basa mengikat ion H+ dari ikatan karboksil yang bersifat asam. Jadi dalam bentuk Ianitan pada EDTA ini terjadi reaksi intra molekuler (maksudnya dalam molekul itu sendiri), maka rumus senyawa tersebut disebut "zwitter ion". EDTA dijual dalam bentuk garam natriumnya, yang jauh lebih mudah larut daripada bentuk asamnya. Berikut Gambar 2.7, yaitu bentuk fisik Na-EDTA :
“
Gambar 2.7: Bentuk fisik Na-EDTA
2.18. Sel Surya
Photovoltaic adalah proses/metode sederhana dalam memanfaatkan energi matahari. Divais photovoltaic(solar cell) dapat mengubah energi sinar matahari menjadi energi listrik, dengan tanpa bising, polusi, kuat, handal dan tahan lama. Energi listrik yang dihasilkan tersebut dapat langsung digunakan, atau disimpan terlebih dahulu dalam sistem penyimpanan energi seperti baterai, untuk kemudian dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan sehari hari. Hubungan antara modul dan baterai perlu diperhatikan, karena output dari modul berubah ubah, sehingga arus dan tegangan yang dihasilkan tidak konstan, dan perlu diketahui bahwa karakteristik dari tegangan dan arus kerja modul tergantung pada tingkat intensitas radiasi dan s
tersebutlah arus listrik dapat mengalir dari solar cell. Umumnya divais dari solar cell ini menggunakan prinsip PN junction
Sel surya terbuat dari bahan yang mudah pecah dan berkarat jika terkena air. Karena itu sel ini dibuat dalam bentuk panel-panel ukuran tertentu yang dilapisi plastik atau kaca bening yang kedap air. Panel ini dikenal sebagai panel surya. Ada beberapa jenis panel surya yang dijual dipasaran :
Jenis pertama, yaitu jenis yang terbaik dan yang terbanyak digunakan masyarakat saat ini, adalah jenis monokristalin. Panel ini memiliki tingkat efisiensi antara 12 sampai 14%.
Gambar 2.8: Panel solar cell monokristalin
Jenis kedua adalah jenis polikristalin atau multi kristalin, yang terbuat dari kristal silikon dengan tingkat efisiensi antara 10 sampai12%.
Jenis ketiga adalah silikon jenisamorphous, yang berbentuk film tipis. Efisiensinya sekitar4-6%. Panel surya jenis ini banyakdipakai di mainan anak-anak, jam dan kalkulator.
Gambar 2.10: Solar cell amorphous
Jenis keempat adalah panel surya yang terbuat dari GaAs (Gallium Arsenide) yang lebih efisien pada temperatur tinggi.
Gambar 2.11: Solar cell gallium arsenide
memperoleh arus bolak balik (AC) diperlukan alat tambahan yang disebut inverter. (Adityawan, Eki. 2010).
Perhitungan Teknis :
Daya yang dihasilkan oleh panel surya maksimum diukur dengan besaran Wattpeak(Wp), yang konversinya terhadap Watthour (Wh) tergantung intensitas cahaya matahariyang mengenai permukaan panel. Selanjutnya daya yang dikeluarkan oleh panel surya adalah daya panel dikalikan lama penyinaran.Misalnya sebuah panel surya berkapasitas 50 Wpdisinari matahari dengan intensitas maksimum selama 8 jam maka daya yang dihasilkan adalah 50 kali 8 Wh atau400 Wh. Daya sebanyak ini dapat digunakan untuk menyalakan 4 buah lampu 25 Watt selama 4 jam atau sebuah televisi hitam putih 40 Watt selama 10 jam.Di Indonesia, daya (Wh) yang dihasilkan perhari biasanya sekitar 3-5 kali daya panel maksimum (Wp), 3 kali untuk cuaca mendung, dan 5 kali untuk kondisi panas terik. Misalnya untuk sebuah panel surya berdaya maksimum 50 Wp, daya yang dihasilkan pada cuaca mendung perhari adalah 3 kali 50 Wp atau 150 Wp, dan pada cuaca cerah adalah 5 kali 50 Wp atau 250 Wp
2009)
secaraparalel.Sementara kalau keempat panel tersebut dirangkai secara seri akan diperoleh keluaran tegangan sebesar 48 Volt dan arus 3A.( O’regan, 1991)
2.18.1. Proses Pembangkitan Arus pada Solar Cell
Pembangkitan arus pada solar cell melibatkan beberapa proses diantaranyayaitu :
1. Cahaya dalam bentuk foton jatuh pada permukaan solar cell, kemudian diserap dan menghasilkan pasangan elektron dan hole (apabila energi foton lebih besar dari energi band gapnya).Tetapi, electron (pada material tipe-p) dan hole (pada tipe-n) yang terbentuk bersifat tidak stabil dan hanya akan terjadi untuk jangka waktu yang sama dengan waktu hidup pembawa minoritas (minority carrier lifetime), sebelum akhirnya terjadi rekombinasi
2. Untuk mencegah rekombinasi ini adalah dengan menggunakan p-njunction yang memisahkan electron dan hole. Carrier ini dipisahkan oleh aksi medan listrik yang terjadi di p-n junction. Jika minority carrier (dalam hal ini hole) yang dihasilkan cahaya melewati p-njunction, maka akan didorong melewati junction oleh medan listrik pada junction, dan menjadi majority carrier. Sedangkan elektron mengalir kerangkaian luar setelah emitter dan base dihubungkan.
