Larutan Elektrolit (2):
“
Penghantaran Listrik dalam Larutan
”
EVI SAPINATUL BAHRIAH, S.PD, M.PD
JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA FITK, UIN SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2016/2017
1. Mekanisme Penghantaran Listrik
Aliran listrik melalui suatu konduktor logam melibatkan
perpindahan elektron dari potensial negatif yang tinggi ke potensial negatif lainnya yang rendah.
Dalam penghantar elektronik, seperti padatan dan lelehan
logam, penghantaran berlangsung melalui perpindahan
elektron langsung melalui penghantar dengan pengaruh dari potensial yang diterapkan. Dalam hal ini atom-atom penyusun penghantar tidak terlibat dalam proses tersebut.
Penghantar elektrolitik, yaitu mencakup larutan elektrolit dan lelehan garam-garam, penghantaran berlangsung melalui perpindahan ion-ion baik positif maupun negatif menuju elektrode-elektrode. Migrasi ini tidak hanya melibatkan perpindahan listrik dari satu elektrode ke elektrode yang lain tetapi juga melibatkan adanya transport materi dari satu bagian konduktor ke bagian lainnya.
Aliran listrik pada penghantar elektrolitik selalu disertai dengan perubahan kimia pada elektrode-elektrodenya dan reaksinya bersifat khas dan tertentu bergantung pada zat-zat penyusun konduktor tersebut dan juga jenis elektrodenya.
Proses mengalirnya arus listrik melalui konduktor elektrolitik yang
disertai dengan perubahan kimia ELEKTROLISIS
Mekanisme elektrolisis elektron masuk dan keluar dari larutan
terjadi melalui perubahan kimia pada elektrode-elektodenya, bukan karena elektron-elektron tersebut mengalir dalam larutan
Reaksi elektrolisis berlangsung di dalam sel elektrolitik yang
terdiri dari satu jenis larutan, atau leburan elektrolit dan
memiliki 2 macam elektroda, yaitu:
Pada katoda (kutub -) terjadi
reaksi reduksi
Pada anoda (kutub +) terjadi
reaksi oksidasi
Reaksi elektrolisis pada katoda
Ion H+ dari suatu asam direduksi menjadi gas hidrogen
Ion-ion logam larutan alkali, alkali tanah, Al, dan Mn tidak
direduksi yang direduksi adalah air
Ion-ion logam lainnya yang tidak termasuk kelompok di atas
direduksi lalu mengendap pada katoda
Ion-ion yang berasal dari lelehan/leburan senyawa alkali dan
alkali tanah direduksi lalu mengendap di katoda
Reaksi elektrolisis pada anoda
Anoda C, Au dan Pt tidak mengalami perubahan, tetapi anoda
Ni, Cu, Ag, dsb turut bereaksi karena anoda C dan Pt bersifat
inert.
Ion OH- dari basa dioksidasi menjadi gas O
2
Ion sisa asam yang mengandung oksigen tidak teroksidasi
yang dioksidasi adalah air.
Ion sisa asam yang tidak mengandung oksigen seperti Cl-, Br-,
dan I- akan teroksidasi.
2. Coulometer
Alat yang digunakan untuk menentukan jumlah listrik yang
mengalir melalui sirkuit dengan cara menganalisis jumlah zat
yang terlibat dalam reaksi akibat adanya aliran listrik tersebut
Coulometer
Coulometer menerapkan hukum Faraday tentang elektrolisis
Faraday menemukan bahwa massa zat yang terlibat dalam reaksi pada elektrode berbanding lurus dengan jumlah listrik yang mengalir pada larutan atau lelehan elektrolit
Apabila dua sel atau lebih dialiri arus listrik dalam jumlah yang
sama maka perbandingan massa zat-zat yang dihasilkan
sebanding dengan massa ekuivalen zat-zat tersebut Hukum
Faraday 2.
m1/m2 = e1/e2
Coulometer terdiri dari cawan platina yang berfungsi sebagai katode dan perak murni sebagai anode.
Elektrolitnya merupakan larutan perak nitrat
Coulometer dapat memberikan hasil dengan ketelitian di atas
0,05 %
Coulometer lain adalah coulometer iodium (ketepatan tinggi
dengan kalium iodide dan elektroda inert) dan coulometer tembaga (tidak terlalu akurat dengan larutan tembaga sulfat sebagai elektrodenya)
Contoh
Dalam suatu proses elektrolisis, cawan platina yang digunakan
sebagai coulometer yang dirangkai seri dengan sel elektrolisis air bertambah beratnya sebesar 0,5 gram. Perkirakan banyaknya gelembung gas oksigen yang dilepaskan jika diasumsikan diameter gelembung adalah 1 mm pada 300 K dan 1 atm?
3. Bilangan Angkut
Bilangan angkut fraksi dari arus total yang dibawa oleh
masing-masing ion dalam larutan
𝑡𝑖 = 𝑄𝑄 =𝑖 𝐼𝐼𝑖
Penentuan Bilangan Angkut dengan Cara
Hittorf
Salah satu cara untuk menentukan bilangan angkut melalui
analisis perubahan konsentrasi larutan di setiap bagian sel Hittorf akibat adanya sejumlah listrik yang dialirkan kedalamnya
Penentuan bilangan angkut dengan cara Hittorf didasarkan pada
perubahan konsentrasi elektrolit di sekitar elektrode-elektrode yang disebabkan oleh aliran listrik melalui elektrolit
Prinsip dari cara ini adalah dengan membagi sel ke dalam tiga
bagian yaitu: daerah anoda, tengah, dan katode
Analisis larutan saat arus di alirkan pada sel
Analisis larutan:
Di daerah anoda (+):
1. Jumlah Na+ yang ada = Na+ mula-mula - Na+ yang pindah dari anoda ke katoda
2. Jumlah Cl- yang ada = Cl- mula-mula - Cl- hasil reaksi + Cl- yang pindah dari katoda ke anoda
Di daerah katoda (-):
1. Jumlah Na+ yang ada = Na+ mula-mula + Na+ yang pindah dari anoda ke katoda
2. Jumlah Cl- yang ada = Cl- mula-mula + Cl- hasil reaksi - Cl- yang pindah dari katoda ke anoda
Contoh
Sel Hittorf diisi dengan larutan NaCl dan dielektrolisis dengan
elektroda platina. Larutan NaCl awal mempunyai konsentrasi 0,1 m. elektrolisis dilangsungkan sampai 1,92 gram Ag diendapkan pada coulometer yang dihubungkan secara seri dengan sel Hittorf. Setelah itu larutan di bagian anoda dikeluarkan dan dibilas dengan larutan NaCl semula sehingga diperoleh 301,3 gram larutan yang mengandung 0,0235 mol NaCl. Tentukan bilangan angkut Na+ dan Cl-?
Penentuan Bilangan Angkut dengan Cara
Pergerakan Bebas (moving Boundary)
Cara Pergerakan Bebas (moving Boundary) salah satu cara
untuk menentukan bilangan angkut yang didasarkan pada pergerakan ion-ion ketika beda potensial diterapkan
𝑡+ = 𝑄𝑄+
Contoh
Bilangan angkut Na+ dalam larutan NaCl 0,02 M ditentukan
dengan cara gerakan batas. Batas antara larutan NaCl dan CdCl2
bergerak sejauh 6,0 cm dalam waktu 34,5 menit dengan kuat arus
1,60 mA. Luas penampang sel 0,120 cm2. hitunglah bilangan
angkut Na+?
4. Hantaran Larutan
Penghantaran listrik merupakan suatu fenomena transport, yakni
perpindahan sesuatu yang bermuatan (baik dalam bentuk elektron maupun ion) melalui sistem
Salah satu persamaan hantaran listrik yaitu:
𝐼 = ∆∅𝑅 Hukum Ohm
I= kuat arus yang mengalir (Ampere) ; ∆∅= beda potensial listrik
(volt); R=hambatan listrik (ohm, Ω)
Hambatan sepanjang medium bergantung pada ukuran dari konduktor. Untuk konduktor dengan luas penampang yang sama:
𝑅 = 𝜌𝑙𝐴
R= hambatan (Ω); ρ= hambatan jenis (Ω m); l= panjang
penampang (m); A= luas penampang (m2)
Kebalikan dari hambatan adalah hantaran (L)
Kebalikan hambatan jenis adalah hantaran jenis atau daya
hantar jenis (k, dibaca kappa):
𝐿 = 𝑅 =1 𝜌 ×1 𝐴𝑙 = 𝑘 𝐴𝑙
L= hantaran (Ω-); k= hantaran jenis (Ω-m-);
Pengukuran Hantaran Jenis Larutan
Hantaran jenis larutan elektrolit tidak dapat diukur langsung,
yang dapat diukur langsung adalah hambatan dari suatu larutan elektrolit
Hambatan suatu elektrolit tidak dapat diukur dengan baik jika
digunakan arus searah, karena akan terjadi peristiwa elektrolisis yang menyebabkan perubahan konsentrasi elektrolit dan penumpukan hasil elektrolisis pada elektroda akan mengubah hambatan larutan. Oleh karena itu, untuk menghilangkannya digunakan arus bolak balik
Sel hantaran (disimpan pada penangas dengan T tetap) ditempatkan di satu sisi dari jembatan Wheatstone (Lihat hal. 79).
Hantaran Molar
Hantaran molar (Λm) hantaran jenis per satuan konsentrasi
molar
Λ𝑚 = 𝐶𝑘
C= konsentrasi
5. Penerapan dari Pengukuran Daya Hantar
1. Titrasi konduktometri
2. Penentuan hasil kali kelarutan
3. Penentuan tetapan disosiasi
Titrasi konduktometri
Titrasi konduktometri titrasi yang dilakukan melalui
pengukuran daya hantar
Pengukuran daya hantar dapat digunakan untuk menentukan
titik akhir titrasi
Penentuan hasil kali kelarutan
Kelarutan garam-garam yang sukar larut dapat ditentukan melalui
pengukuran daya hantarnya.
Selisih hantaran jenis yang dihasilkan merupakan hantaran jenis
untuk garamnya sendiri, yakni:
K (garam)= K (larutan jenuh garam tersebut dalam air) – K (air)
Berdasarkan K (garam) daya hantar molarnya adalah:
Λ = 𝐾 𝑔𝑎𝑟𝑎𝑚𝐶 = 𝐾 𝑔𝑎𝑟𝑎𝑚𝑠
Karena sistem bekerja pada garam yang sukar larut, konsentrasi larutannya rendah sehingga sifatnya dapat dianggap sama dengan larutan pada pengenceran tak terhingga.
Dengan demikian dapat diasumsikan bahwa Λ ≅ Λ∞ sehingga:
𝑠 = Λ𝐾∞
Nilai Λ∞ dapat diperoleh dari data daya hantaran molar
ion-ionnya pada pengenceran tak terhingga
Contoh:
Pada 298 K larutan jenuh AgCl dalam air mempunyai hantaran
jenis 1,86x10-4 Ω-m-. Sementara hantaran jenis untuk air
adalah 6,0x10-8 Ω-m-. Tentukan kelarutan dan konstanta
kelarutan AgCl tersebut dalam air
Penentuan tetapan disosiasi
Pada konsentrasi tertentu, elektrolit lemah hanya terdisosiasi
sebagian dengan derajat disosiasi (α).
Arrhenius menyatakan bahwa α berhubungan dengan
hantaran molarnya melalui persamaan:
𝛼 = ΛΛ∞
