SISTEM PENGUKUR MOLARITAS LARUTAN DENGAN METODE TITRASI ASAM BASA
BERBASIS KOMPUTER Oleh :
Sujono
Program Studi Teknik Elektro Universitas Budi Luhur e-mail : [email protected]
Abstract
Titration is one of the most popular methode to find molarity of the unknown liquid. This methode was done by adding titran to the unknown liquid that was mixed with the indicator liquid step by step. This step must be stop when the colour of unknown liquid was cange. Molarity of the unknown liquid is linear by proprtion of titran and unknown liquid. How many titran was added is identically with the molarity of the unknown liquid. In this paper will discus how to do titration methode automatically with the system that was conntrolled by computer. LDR is used to sense the colour cange of unknown liquid. LDR will provide the analog signal. This signal will covert to digital signal by ADC 0804. PPI8225 is used as interface of the system . Software Borland Delphi 6 is used to program of the computer so the system can be controlled correctly.
Key word: Titration, Molarit, ADC
1. Pendahuluan
Dalam metode titrasi asam-basa, larutan uji (larutan standar) ditambahkan sedikit demi sedikit ( secara eksternal ), biasanya dari dalam buret, dalam bentuk larutan yang konsentrasinya diketahui. Penambahan larutan standar ini diteruskan sampai telah dicapai kesetaraan secara kimia dengan larutan yang diuji. Untuk mengetahui kapan penambahan larutan standar itu harus dihentikan, digunakan suatu zat yang biasanya berupa larutan, yang disebut larutan indikator yang ditambahkan dalam larutan yang diuji sebelum penetesan larutan uji dilakukan. Larutan indikator ini menanggapi munculnya kelebihan larutan uji dengan perubahan warna. Perubahan warna ini dapat atau tidak dapat tepat pada titik kesetaraan ( ekuivalensi ). Titik dalam
titrasi asam-basa pada saat indikator berubah warna disebut titik akhir. Tentu saja diinginkan agar titik akhir ini sedekat mungkin ke titik kesetaraan. Dengan memilih indikator untuk menghimpitkan kedua titik itu (atau mengkoreksi selisih diantara keduanya) merupakan salah satu aspek penting dari analisis titrasi asam-basa. Umumnya larutan uji adalah larutan standar elektrolit kuat, seperti natrium hidroksida dan asam klorida [1]. Jadi apabila larutan yang diuji bersifat
basa maka digunakan larutan uji ( larutan standar ) asam, dalam hal ini asam klorida, begitu pula sebaliknya.
2. Penentuan Molaritas Dengan Titrasi Asam-Basa
Analisa perhitungan molaritas larutan dilakukan pada saat sudah terjadi kesetaraan dan proses penetesan larutan penguji dihentikan. Secara sederhana perhitungan tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan kimia sebagai berikut :
1 1 1 Mr gram n = ...(1) dimana :
n1 = mol zat uji ( mol )
gram1 = massa senyawa zat uji ( gram )
Mr1 = massa molekul relatif zat uji
1 1 1 V n M = ...(2) dimana :
M1 = molaritas zat uji ( mol / ml )
n1 = mol zat uji ( mol )
2 2 2 Mr gram n = ... (3) dimana :
n2 = mol zat yang diuji ( mol )
Gram2 = massa senyawa zat yang diuji ( gram )
Mr2 = massa molekul relatif zat yang diuji
2 2 2 V n M = ... (4) dimana :
M2 = molaritas zat yang diuji ( mol / Mr )
n2 = mol zat yang diuji ( mol )
V2 = Volume zat yang diuji ( ml )
Atau dicari dengan rumus :
1 1 2 2
xV
M
xV
M
=
... (5) 2 1 1 2 V xV M M = ... (6) Keterangan :M1 = molaritas zat uji yang telah diketahui nilai konsentrasinya ( mol / ml )
V1 = volume zat uji yang diteteskan sampai terjadi perubahan warna ( ml )
M2 = molaritas zat yang diuji ( mol / ml )
V2 = volume zat yang diuji ( ml )
3. Diagram Kotak Sistem Pengukur Molaritas Berbasis Komputer
Blok diagram sistem yang dirancang adalah seperti pada gambar 1. Rangkaian sensor perubahan warna yang tersusun dari LDR akan menghasilkan sinyal analog yang selanjutnya akan dikonversi menjadi digital oleh ADC. Keluaran digital dari ADC tersebut selanjutnya akan dikirim masuk
ke komputer melalui kartu antar muka PPI8255. Data tersebut selanjutnya akan dioleh oleh komputer untuk menentukan perhitungan nilai konsentrasi.
Motor DC posisi Rangkaian Kemudi
valve tabung titrasi Motor DC pembuka naik turun pengaduk
Motor DC Rangkaian Kemudi Motor DC
Motor DC penggerak Rangkaian Kemudi
Motor DC Pengaduk Larutan
Sensor LDR Rangkaian ADC
Rangkaian Relay Lampu TL
PPI 8255 PC
Gambar 1. Blok Diagram Sistem Pengukur Molaritas Berbasis Komputer
4. Perangkat Keras (Hardware)
Perancangan perangkat keras meliputi rangkaian elektronika dari sistem yang ditempatkan di luar personal computer (PC). Perancangan ini terdiri atas perancangan rangkaian elektronika dan perancangan rangka alat secara keseluruhan.
4.1. Kartu Antarmuka PPI 8255
Untuk dapat melakukan komunikasi data dari komputer ke sistem alat yang dikendalikan atau sebaliknya dari alat yang dikendalikan menuju komputer, diperlukan interface sebagai penghubung antara komputer dengan alat yang dikendalikan, dalam hal ini adalah IC PPI 8255. Untuk dapat aktif beroperasi pada lokasi alamat yang diinginkan diperlukan suatu sistem pengalamatan pada IC PPI dengan mengirimkan alamat yang sesuai, maka masing-masing port pada IC PPI ini dapat diakses baik sebagai input-output. Antar muka PPI 8255 mempunyai 4 lokasi alamat. Lokasi alamat tersebut adalah untuk 3 buah port masukan dan keluaran, yaitu port A, port B, port C
dan 1 untuk register kata kendali (CWR=Control Word Regyster). Penentuan alamat ini didasarkan pada kombinasi pin pemilih alamat yang digunakan yaitu
pin A0 – A9 seperti yang ditunjukkan dalam tabel 1.
Tabel 1. Kombinasi Pin Pemilih Alamat
Address Port
( HEX) EQU Ket.
200 PORT A I/O Port
201 PORT B I/O Port
202 PORT C I/O Port
203 CWR Register Kata Kendali
Selanjutnya akan dipilih mode operasi PPI 8255 untuk menentukan masing-masing port yang digunakan agar beroperasi sesuai dengan keperluan. Cara yang dilakukan adalah dengan mengisi register kata kendali dari PPI dengan kata kendali yang diinginkan. Kata kendali yang diisikan adalah bilangan dalam bentuk heksadesimal atau kombinasi bilangan biner yang disisipkan dalam struktur program yang ditulis. Kata kendali yang digunakan pada PPI 8255 adalah 98H atau 1001 1000 biner. Hal ini berarti PPI 8255 diprogram untuk menggunakan mode 0 yang merupakan mode
input-output, sehingga port-port yang digunakan berfungsi sebagai masukan
dan keluaran biasa. Berdasarkan format tersebut, maka port A dan port C
upper digunakan sebagai masukan (input) sedangkan port B dan port C lower
digunakan sebagai output.
4.2. Rangkaian Kendali Motor Listrik Arus Searah
Rangkaian kendali yang digunakan adalah rangkaian DC chopper 4 kuadrant sebagaimana pada gambar 2.
Q4 TIP41 Q6 9014 Q7 TIP41 Q1 TIP42 Q2 TIP42 Q3 TIP41 Q5 9014 Q8 9014 D3 IN4148 D2 IN4148 D1 IN4148 R3 1K R2 1K R9 1K R1 1K R4 1K R8 1K R5 1K R7 1K R6 1K C1 470uF 1 2 CON2 VCC Input 1 / Port 0.0 Input 2 / Port 0.1
Gambar 2. Rangkaian kendali motor dua arah putaran
Rangkaian kendali ini dapat digunakan untuk mengendalikan motor arus searah dengan dua arah putaran. Rangkaian kendali motor arus searah yang digunakan ada tiga buah, yang masing-masing digunakan sebagai rangkaian kendali pada motor penurun pengaduk, motor pengaduk dan motor pembuka valve titrasi yang masing-masing menggunakan rangkaian kendali yang sama satu dengan lainnya.
Ketika rangkaian kendali motor ini mendapatkan masukan dari port b diberikan logika 1 (high) dan port b1 diberikan logika 0 (low) maka Q2, Q3, Q6 dan Q7 akan bekerja sehingga terminal 1 yang terhubung ke motor akan menjadi ground dan terminal 2 yang juga terhubung ke motor akan menjadi VS
(12 volt). Dengan demikian maka motor akan berputar. Selanjutnya ketika rangkaian kendali ini mendapatkan masukan dari pengendali mikro, yaitu port bo diberikan logika 1 (high) dan port b1 diberikan logika 1 (high) maka Q1, Q4, Q5, Q7 dan Q8 akan bekerja sehingga terminal 1 yang terhubung ke motor akan menjadi VS (12 volt) ground dan terminal 2 yang juga terhubung ke motor
akan menjadi ground. Dengan demikian maka motor akan berputar berbalik arah.
Tabel 2. Tabel kebenaran rangkaian kendali motor arus searah
INPUT OUTPUT 1 2 1 2 Motor 0 0 0 0 tidak berputar 0 1 0 0 tidak berputar 1 0 0 12 V berputar 1 1 12 V 0 berbalik arah 4.3. Sensor Pembatas
Sensor pembatas yang digunakan berupa saklar batas (limit switch). Sensor pembatas ini digunakan untuk membatasi pergerakan dari motor pengaduk pada saat naik turun dan motor pembuka valve titrasi pada saat posisi buka dan posisi off. Ketika saat saklar batas belum diaktifkan atau ditekan maka tegangan keluaran VOUT
≅
VCC≅
5 volt. Akan tetapi pada saatsaklar batas tersebut diaktifkan atau ditekan maka VOUT
≅
0 volt.NO R 1 K VCC
Vout
Gambar 3. Rangkaian saklar batas
4.4. Sensor LDR
Sensor Light Dependent Resistor (LDR) sebagai pengkonversi besaran intensitas cahaya yang sampai setelah melewati larutan yang diuji yang kemudian diinputkan ke rangkaian ADC. Sebagai sumber cahaya digunakan lampu TL( tube lamp ) yang relatif cukup terang. Komputer memegang peranan yang paling besar sebagai pengendali proses dari semua kegiatan
konsentrasi larutan uji (dalam molaritas), banyaknya volume per tetesan larutan uji dan volume larutan yang diuji yang ditetapkan. Untuk rangkaian elektronik dari rangkaian sensor Light Dependent Resistor dapat dilihat pada gambar 4. +5V 0V Rvar = 10KOhm LDR V Tetesan Larutan Penguji Larutan Yang Diuji
Gambar 4. Rangkaian Pembaca Perubahan Warna Larutan
4.5. Analog To Digital Converter ( ADC )
Analog To Digital Converter ( ADC ) berfungsi untuk mengkonversikan
data analog menjadi data digital, hal ini diperlukan karena alat ini memproses sinyal analog dari sensor yang kontinyu supaya bisa diproses dan diolah oleh komputer sebagai pengendali utama. Rangkaian ini menggunakan IC ADC 0804.
4.6. Rancangan Konstruksi Mekanik
Dalam pembuatan alat pengukur konsentrasi metode asam basa dibutuhkan unit pendukung yang membuat alat ini dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Unit pendukung ini terdiri dari : rangka alat, tiang penyangga pengaduk, tiang penyangga gelas pencampur, lampu TL, tiang penyangga tabung larutan titrasi asam basa
Gambar 6. Alat Pengukur Konsentrasi Larutan Metode Titrasi Asam Basa
4.7. Perangkat Lunak (Software)
Dalam pembuatan alat pengukur konsentrasi larutan metode titrasi asam basa ini digunakan perangkat lunak Delphi 6.0. Dalam proses mendesign program tampilan Delphi 6.0 ini, dibagi dalam beberapa form yaitu: Form Utama, Form Program, Form Test Port PPI 8255. Secara garis besar diagram alir dari perangkat lunak yang dirancang adalah seperti gambar 7.
Gambar 7. Diagram Alir Perangkat Lunak
5. Pengujian dan Analisa
Pengujian dilakukan dengan melakukan test terhadap kinerja rangkaian-rangkaian perangkat keras pendukung sistem. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kesiapan perangkat pendukung sistem tersebut sebelum diaplikasikan pada pengujian sistem secara keseluruhan agar sesuai dengan yang diharapkan.
5.1. Pengujian Rangkaian ADC 0804
Pada pengujian ini, masukan sinyal analog yang diberikan berasal dari keluaran rangkaian sensor LDR berupa tegangan, yang diumpankan kemasukan ADC 0804. Rangkaian ADC 0804 akan mengubah masukan
analog 0-5 volt menjadi keluaran digital dari 00000000 (00H) sampai dengan 11111111(FFH). Data hasil pengujian rangkaian ADC 0804 disajikan dalam bentuk grafik seperti pada gambar 8.
Grafik Hubungan Input Analog & Output Digital ADC 0804
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 0.34 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 08H 09H 0AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH 10H Digital ( Heksadesimal ) An a log ( V o lt )
Gambar 8. Grafik Hubungan Masukan Analog Dan Keluaran Digital Hasil Pengujian ADC 0804
Berdasarkan data hasil pengujian dalam bentuk grafik dapat disimpulkan bahwa pada ADC 0804, masukan analog yang diberikan berbanding lurus dengan keluaran digital yang dihasilkan. Untuk setiap kenaikan tegangan masukan analog sebesar ± 0,02 volt terjadi kenaikan satu bit pada keluaran digital yang dihasilkan.
5.2. Pengujian Rangkaian sensor cahaya
Rangkaian sensor ini memanfaatkan LDR sebagai sensor cahaya. Pengujian menggunakan lampu TL 25 Watt dengan ketinggian 29 Cm dan jarak LDR dengan lampu TL yaitu 46 Cm. Multitester dihubungkan ke rangkaian inputan dan keluaran dari Sensor LDR .
Gambar 9. Pengujian Pada Rangkaian Sensor Perubahan Warna Tabel 3. Hasil Pengujian Sensor LDR
Tegangan Keluaran (Volt) Sensor LDR Diberi Inputan
5 Volt-DC Tidak Terkena
Cahaya
Terkena Cahaya
Hasil Pengujian 0,20 4,25
5.3. Pengujian Konsentrasi Larutan Asam-Basa
Pengujian terhadap selang waktu dilakukan untuk mendapatkan selang waktu rata-rata yang dibutuhkan oleh sistem untuk melakukan proses pengukuran konsentrasi larutan.
Tabel 4. Hasil Pengujian Konsentrasi Larutan Asam-Basa
Larutan Yang Diuji Indi-kator Titrasi Warna M2
(Mol) V1 (mL) HCL PP/TB NaOH Merah 0.102 51 HCL PP/TB NaOH Merah 0.096 48 HCL PP/TB NaOH Merah 0.106 53 NaOH PP/M HCL - 0.104 52 NaOH PP/M HCL - 0.102 51 NaOH PP/M HCL - 0.108 54 Keterangan :
V1 = Volume Larutan Penguji
M2 = Molaritas Larutan yang diuji
PP/M = Fenolftalein / Berwarna merah dalam larutan yang diuji
PP/TB = Fenolftalein / tak berwarna (bening ) dalam larutan yang diuji V1 = I x T
I = Banyaknya proses penetesan T = 3 mL (Volume/tetes)
Larutan yang dilakukan uji coba yaitu HCl 0.1 M dan NaOH 0.1 M Indikator warna yang digunakan : Fenolftalein
5.5. Analisa Pengujian
Dari tabel diatas hasil pengujian sistem secara keseluruhan didapat tabel prosentase kesalahan pengukuran sebagai berikut :
% Kesalahan = 100% 2 2 2 X M M M S P S − ... (7) Keterangan :
• M2S = Molaritas Sebenarnya Larutan Yang Diuji
• M2P = Molaritas Hasil Pengukuran Larutan Yang Diuji
Tabel 5. Tabel Prosentase Kesalahan Hasil Pengukuran Molaritas
No M2 (Molar) Sebenarnya M2 (Molar) Pengukuran % Kesalahan 1 0.1 0.102 2 2 0.1 0.096 4 3 0.1 0.106 6 4 0.1 0.104 4 5 0.1 0.102 2 6 0.1 0.108 8
Dari tabel 5 dapat ditentukan besarnya rata-rata % kesalahan dari pengukuran molaritas dengan menggunakan alat yang dibuat adalah sebesar 4.3 %. Timbulnya Kesalahan pengukuran hingga mencapai 4.3 % dikarenakan : 1. Pemberian Larutan Indikator Fenolftalein yang kurang tepat dan 2. Motor
Pembuka Valve larutan penguji yang tidak stabil mengakibatkan volume larutan penguji ( V1 ) yang diteteskan berubah-ubah.
6. Kesimpulan
Setelah melakukan pengamatan dan pengujian terhadap rancangan yang dibuat, baik rancangan hardware maupun rancangan software, ditarik beberapa kesimpulan antara lain :
1. Pada sistem ini menggunakan PPI 8255 sebagai antar muka, yang mempunyai port A, port B dan port C, dimana ketiga port tersebut dapat diatur sebagai port masukan atau keluaran.
2. LDR ( Light Dependent Resistor ) sangat peka terhadap perubahan intensitas cahaya sehingga besar kecilnya intensitas cahaya yang dihasilkan dari lampu TL(Tube Lamp) dapat mempengaruhi besar kecilnya tegangan yang dihasilkan oleh sensor LDR.
3. Pada pengujian terhadap selang waktu dilakukan 3 kali pengukuran didapatkan selang waktu rata-rata 269 detik untuk menyelesaikan titrasi. 4. Pada pengujian terhadap pengukuran dilakukan 3 kali proses pengukuran
konsentrasi HCl dan NaOH dengan menggunakan cairan indikator (
fenolftalein ), didapat prosentase kesalahan rata-rata 4.39 %.
5. Untuk setiap kenaikkan tegangan masukan analog yang dihasilkan dari Sensor LDR sebesar ±0.02 Volt terjadi kenaikan satu bit pada keluaran digital yang dihasilkan dari rangkaian ADC ( Analog To Digital Converter ) 0804.
Referensi :
[1]. Drs. Michael Purba, KIMIA 2000 untuk SMU Kelas 2 Jilid 2A, Erlangga tahun 1995.
[2]. Frank D. Petruzella, Elektronika Industri, Penerbit Andi tahun 2000.
[3]. Widodo Budiharto, S.Si ,M.Kom, & Sigit Firmansyah, Elektronika Digital
[4]. Muhammad Supriadi, Pemrograman IC PPI 8255 Menggunakan DELPHI, Andi tahun 2004.
[5]. Ir. Inge Martina, 36 Jam Belajar Komputer Delphi 5.0, Elek Media Komputindo tahun 1998.
[6]. Albert Paul Malvino, Ph.D, Prinsip-Prinsip Elektronika, edisi kedua, Erlangga tahun 1996.
