OLEH :
QONITAH FARDIYAH, S.SI.,M.SI
DISAMPAIKAN PADA MATA KULIAH KIMIA ELEKTROANLAISIS JURUSAN KIMIA FMIPA UB
ANALISIS VOLTAMETRI
DAN
PENDAHULUAN
Elektrokimia adalah salah satu cabang ilmu kimia
yang mempelajari reaksi kimia yang terjadi pada
permukaan suatu konduktor (elektroda) yang
berhubungan dengan transfer elektron antara
elektrodamdengan suatu analit tertentu.
Secara umum terdapat dua kategori metoda
elektrokimia yaitu :
1.
metoda statik i = 0
VOLTAMETRI
merupakan metode dinamik
i ≠ 0
metode elektrokimia dimana arus diamati pada
pemberian potensial tertentu
Voltametri berasal dari kata volt – ampero – metry.
Kata volt = potensial, ampero = arus, metry =
pengukuran
Voltametri adalah pemberian potensial pada
elektroda kerja dan arus yang timbul dari hasil
reaksi diukur
Timbulnya arus disebabkan karena terjadinya reaksi
oksidasi dan reduksi pada permukaan elektroda
Arus yang dihasilkan sebanding dengan
VOLTAMETRI
Voltametri merupakan metode analisis
menggunakan teknik potensial terkontrol yaitu pengukuran respon arus dari analit dengan pemberian potensial pada elektroda
Respon arus yang dihasilkan berasal dari transfer
elektron selama proses oksidasi dan reduksi dari analit
Secara termodinamika potensial elektroda dapat
VOLTAMETRI
Reaksi yang terjadi berdasarkan persamaan Nernst, sebagai
berikut :
E = E0 + log log
E0 = potensial standar reaksi redoks yang terjadi,
R = tetapan gas mutlak, T = temperatur (K), F = bilangan Faraday,
CO = konsentrasi analit yang teroksidasi Cr = konsentrasi analit yang tereduksi.
Arus yang dihasilkan dari reaksi oksidasi reduksi arus Faraday
karena mengikuti hukum Faraday (1 mol bahan memberikan n x 96478 Couloumb listrik).
ANALISIS VOLTAMETRI
Analisis pada metoda voltametri didasarkan pada
kurva arus-potensial yang diperoleh dengan
mengukur arus yang mengalir pada elektroda kerja
selama potensial elektroda tersebut diubah
perlahan-lahan pada daerah potensial pengukuran
tertentu.
Karena elektrtoda kerja dihubungkan dengan
sumber potensial listrik tertentu maka permukaan
elektroda akan memiliki muatan listrik yang
besarnya tergantung pada potensial yang diberikan
ANALISIS VOLTAMETRI
Jika potensial cukup negatif permukaan elektroda
bermuatan negatif,
jika potensial yang diberikan cukup positif permukaan
elektroda bermuatan positif
Untuk mengimbangi muatan yang terdapat pada
permukaan elektroda maka ion-ion dalam larutan yang memiliki muatan berlawanan dengan muatan elektroda akan tertarik ke permukaan elektroda membentuk permukaan Helmholtz (Helmholtz layer)
Pasangan muatan pad apermukaan elektroda dan
permukaan Helmholtz ini disebut lapisan rangkap
LAPIS RANGKAP LISTRIK
Bila potensial elektroda di scan ke nilai potensial yang lebih
negatif sehingga mencapai potensial dekomposisi dari ion analit maka ion-ion analit yang terdapat pada permukaan Helmholtz akan tereduksi
Akibatnya, konsentrasi ion-ion analit pada permukaan
Helmholtz ini akan berkurang.
Untuk menutupi kekurangan ion-ion analit pada
permukaan Helmholtz ini maka ion-ion analit yang terdapat pada tubuh larutan akan berdifusi menuju elektroda.
Aliran ion-ion analit inilah yang akan menghasilkan arus
difusi. Pada metoda voltametri arus difusi inilah yang akan diukur, yang besarnya bergantung pada konsentrasi ion-ion analit yang terdapat di dalam larutan.
VOLTAMETRI
Ion-ion analit dalam larutan akan bergerak menuju
permukaan elektroda ketika potensial diterapkan
Mekanisme gerakan transport massa/migrasi ion
dari larutan menuju permukaan elektroda melalui 3 cara yaitu :
1. DIFUSI
2.ELEKTROMIGRASI 3.KONVEKSI
MEKANISME MIGRASI ION
1.
DIFUSI adalah migrasi yang dikarenakan adanya
suatu gradient konsentrasi.
Arus ini disebabkan migrasi spontan analit dari
konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah
LAPISAN DIFUSI ADALAH lapisan antarmuka
tempat terjadinya transfer elektron
Lapisan difusi dapat berubah terhadap waktu
Tebal lapis difusi bertambah terhadap waktu
Jika potensial elektroda kerja dibuat konstan
pada nilai tertentu maka konsentrasi analit pada
permukaan elektroda akan tetap
MEKANISME MIGRASI ION
Volume larutan di tempat terjadinya gradien
konsentrasi disebut sebagai LAPISAN DIFUSI
Tanpa transformasi yang lain, ketebalan lapisan
difusi meningkat seiring dengan waktu karena terjadi penurunan konsentrasi reaktan pada permukaan elektroda
Seluruh mekanisme migrasi ion akan menimbulkan
arus yang sangat kompleks dan menyebabkan hubungan antara arus dan konsentrasi tidak sebanding
MEKANISME MIGRASI ION
Gradien konsentrasi
gradien konsentrasi akan berkurang terhadap waktu,
demikian juga dengan arus difusi.
PETL
C
MEKANISME MIGRASI ION
2. ELEKTROMIGRASI adalah migrasi yang
disebabkan kation berpindah menuju katoda dan
anion menuju anoda.
Arus ini disebabkan oleh muatan yang dibawa oleh
ion-ion melalui larutan berdasarkan bilangan
transfernya
arus migrasi timbul akibat adanya tarik-menarik
elektrostatik antara muatan elektroda dengan
muatan ion-ion analit
Arus migrasi tidak bergantung pada konsentrasi
analit mengganggu pengukuran dengan metoda
voltametri.
MEKANISME MIGRASI ION
3.
KONVEKSI adalah migrasi yang disebabkan oleh
pengadukan, perbedaan densitas, atau perbedaan
temperatur
Arus konveksi timbul apabila larutan mengalami
pengadukan atau akibat adanya gradien temperatur
Konveksi terjadi ketika alat mekanik digunakan untuk
membawa
reaktan
menuju
elektroda
dan
memindahkan produk dari permukaan elektroda
Alat yang paling umum digunakan untuk pengadukan
adalah pengaduk magnetik
Arus konveksi tidak bergantung pada konsentrasi
analit mengganggu pengukuran dengan metoda
voltametri.
MEKANISME MIGRASI ION
Arus dari migrasi ion secara difusi saja yang
sebanding dengan konsentrasi
Untuk mendapatkan hubungan yang sebanding maka
migrasi ion secara konveksi dan elektromigrasi HARUS DIMINIMALKAN
Konveksi diminimalkan dengan tidak melakukan
pengadukan dan penggunaan konsentrasi rendah.
Elektromigrasi diminimalkan dengan menambah
elektrolit pendukung dalam larutan dengan konsentrasi 50 - 100 kali dari konsentrasi analit
HUKUM DIFUSI FICK
Flux materi menuju dan menjauhi permukaan
elektroda adalah fungsi kompleks dari ketiga jenis transport massa
Dengan membatasi hanya difusi saja
sebagai transport massa yang signifikan terhadap
perpindahan reaktan dan produk, arus dalam sel voltametri dapat dirumuskan :
HUKUM DIFUSI FICK
n = jumlah elektron yang ditransfer dalam reaksi
redoks
F = tetapan Faraday (96.478 C/mol) A = luas area elektroda (cm2)
D = koefisien difusi reaktan atau produk (cm2/s)
δ = ketebalan lapisan difusi (cm)
Cbulk = konsentrasi larutan analit (mol/dm3)
Cx=0 = konsentrasi larutan di permukaan elektroda
HUKUM DIFUSI FICK
Persamaan ini valid jika konveksi dan migrasi tidak
mengganggu terbentuknya lapisan difusi antara elektroda dan badan larutan (bulk).
Arus Migrasi dihilangkan dengan menambahkan
larutan pendukung inert (elektrolit) konsentrasi tinggi ke dalam larutan analit
Ion dengan muatan yang sama berinteraksi sama
kuatnya dengan permukaan elektroda, sehingga memiliki peluang yang sama besar untuk bermigrasi
ARUS VOLTAMETRI
Keberadaan ion inert dalam jumlah besar akan
memperkecil jumlah ion produk atau reaktan yang berpindah (transport massa) dengan cara migrasi
Konveksi dapat dengan mudah dieliminasi
dengan tidak mengaduk atau mendorong larutan melewati suatu sel elektrokimia yang mengalir.
Dinamika fluida yang melewati elektroda
menghasilkan lapisan difusi kecil (0,001-0,001 cm), dan kecepatan transport massa oleh konveksi turun menjadi nol
ARUS KONVEKSI
Untuk menghilangkan arus konveksi maka :
1. pada pengukuran hendaknya tidak dilakukan
pengadukan terus-menerus dan suhu dijaga konstan dengan termostat
2. dengan menambahkan sejumlah besar (>100 X konsentrasi analit) senyawa elektrolit ”inert” ke dalam larutan.
karena konsentrasi senyawa elektrilit ini jauh lebih besar dibandingkan dengan konsentrasi analit maka ion-ion elektrolit akan melindungi ion analit dari interaksi elektrostatik dengan muatan elektroda
SEL VOLTAMETRI
Sel voltametri terdiri dari :
1. elektroda kerja
2. elektroda pembanding
3. elektroda pembantu
Ketiga elektroda tersebut tercelup dalam sel
voltametri yang berisi larutan sampel
(analit)
Elektroda
pembantu Elektroda
kerja Elektroda pembanding
Elektroda Kerja (Working Electrode)
Elektroda kerja adalah tempat terjadinya reaksi oksidasi atau reduksi
Kualitas elektroda kerja tergantung pada dua faktor yaitu reaksi redoks dari analit dan arus latar pada rentang potensial yang dibutuhkan dalam pengukuran
syarat-syarat :
- memiliki respon arus dengan keberulangan yang baik - memiliki rentang potensial yang lebar
- memiliki konduktivitas listrik yang baik
- memiliki permukaan elektroda yang reprodusibel. Elektroda yang sering digunakan adalah elektroda
Elektroda Pembanding (Refference Electrode)
Elektroda pembanding merupakan elektroda dengan
harga potensial setengah sel yang diketahui, konstan dan tidak bereaksi terhadap komposisi larutan yang sedang dianalisis
Elektroda pembanding memberikan potensial yang
stabil terhadap elektroda kerja yang dibandingkan
Elektroda pembanding yang biasa digunakan adalah
elektroda kalomel jenuh dan elektroda perak/perak klorida
Elektroda Pembantu (Counter Electrode)
Elektroda pembantu dikendalikan oleh potensiostat
untuk kesetimbangan arus difusi pada elektroda kerja dengan transfer elektron ke arah sebaliknya
Jika terjadi reduksi pada elektroda kerja maka
oksidasi terjadi pada elektroda pembantu.
Elektroda pembantu yang digunakan harus bersifat
inert seperti kawat platina atau batang karbon yang berfungsi sebagai pembawa arus
JENIS-JENIS ANALISIS VOLTAMETRI
JENIS-JENIS ANALISIS VOLTAMETRI
JENIS-JENIS ANALISIS VOLTAMETRI
JENIS-JENIS ANALISIS VOLTAMETRI
JENIS-JENIS ANALISIS VOLTAMETRI
JENIS-JENIS ANALISIS VOLTAMETRI
TUGAS MANDIRI
Jelaskan masing-masing jenis analisis voltametri
beserta aplikasinya untuk analisis larutan sampel (analit) dalam bentuk contoh soal perhitungan beserta penyelesaiannya .
Sifat : Individu
Dikerjakan di kertas folio bergaris Dikumpulkan : minggu depan
