7
Jurnal ILMU DASAR, Vol.2 No.1, 2001: 34-40 34 Pemanfaatan Baterai Bekas Sebagai Elektroda Konduktansi Sederhana (Utilisation of Used Dry Cell as A Simple Conductancy Electrode) B. Kuswandi * , E. Pisesidharta, H. Budianto, T. Maisara dan N. Novita Chemo and Biosensors Group, Jurusan Kimia FMIPA, Universitas Jember ABSTRACT A simple conductancy electrode has been constructed based on carbon paste of used dry cell, which coupled with PVC pipe as a host. For conductancy measurements, such electrode has been connected with current source and electrical multimeter. Using this conductimetry arrangement, conductivity of sample solutions increase as their concentrations increase. Here, the measurements have been employed to HCl, NaCl and acetic acid, where its conductancy increases as its concentration increases and vice versa according to Kohlrausch equation's. Further application of this conductimetry device has been employed for acid-base titration, where equivalent point has been observed sharply. Therefore, in general term, this simple conductimetry device based on recycled material can be used effectively and low-cost in electroanalysis either in practical work or in the class as media. Key words: carbon electrode, used dry cell, conductimetry, electroanalysis * Penulis untuk korespondensi, e-mail: [email protected] PENDAHULUAN Beberapa jenis karbon yang berbeda dapat digunakan untuk membuat sebuah elektrode, dimana elektrode tersebut nantinya dapat dimanfaatkan, misalnya dalam bidang analisis. Berbagai jenis karbon yang biasa digunakan untuk membuat elektrode tersebut diantaranya adalah grafit (yang mengandung seresin atau lilin parafin), grafik pirolitik (memiliki kerapatan yang cukup tinggi), pasta karbon, grafit yang terdispersi dalam resin epoksi atau serat silikon, dan karbon yang seperti kaca (glassy carbon). (Sawyer et al.,1995) Salah satu jenis karbon tersebut, utamanya pasta karbon dapat diperoleh dari dalam baterai sel kering. Hal ini mengantarkan kepada suatu pemikiran bahwa baterai yang sudah mati atau sudah tidak dapat digunakan, ternyata dapat dimanfaatkan untuk membuat sebuah elektrode dari pasta karbon yang terdapat didalam baterai sel kering tersebut. Prinsipnya, karbon yang dapat digunakan sebagai elektrode adalah karbon yang memiliki struktur grafit dimana didalam struktur ini atom-atom karbon membentuk orbital hibridasasi sp 2 yang menghubungkan satu atom karbon dengan atom karbon lainnya. Struktur ini memungkinkan terjadinya pergerakaan elektron sehingga dapat menghantarkan arus listrik (Wilkinson, 1976). Elektrode ini memiliki keunggulan oleh karena sifatnya yang inert sehingga tidak mudah teroksidasi ataupun tereduksi. Atas dasar sifat inert dari karbon, di dalam penelitian ini bahan karbon digunakan untuk pembuatan elektrode konduktansi dalam metode analisis konduktimetri. Pada dasarnya, konduktimetri merupakan pengukuran kemampuan larutan untuk menghantarkan listrik. (Sevilla et al., 1993) Berbeda dengan kebanyakan metode elektroanalisis yang biasa digunakan, konduktimetri masuk dalam kategori tehnik elektroanalisis unik. Tehnik ini pada prinsipnya melibatkan pengukuran sifat fisik tertentu dari larutan, dalam hal ini adalah sifat konduktivitasnya (Stobel, 1989). Konduktansi (daya hantar) dari larutan yang berbeda-beda, tergantung pada jumlah ion dan mobilitas ion didalam larutan. Dengan demikian, konduktansi suatu larutan berhubungan dengan konsentrasi dan ukuran ion. Kekuatan konduktansi larutan elektrolit dinyatakan melalui pergerakan ion-ion dalam medan listrik. Jika jumlah ion meningkat, diharapkan aliran arus didalam larutan juga meningkat.(Sevilla et al., 1993) Selanjutnya, perlu dipahami bahwa konduktansi sebenarnya adalah kebalikan dari tahanan (R). Daya hantar listrik berbanding lurus dengan luas permukaan elektrode (A) dan berbanding terbalik dengan jarak antara kedua elektrode. Ukuran kemampuan zat terlarut untuk menghantarkan arus listrik biasanya

Pemanfaatan Baterai Bekas Sebagai Elektroda Konduktansi Sederhana

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Pemanfaatan Baterai Bekas Sebagai Elektroda Konduktansi Sederhana

Jurnal ILMU DASAR, Vol.2 No.1, 2001: 34-40 34

Pemanfaatan Baterai Bekas Sebagai Elektroda Konduktansi Sederhana(Utili sation of Used Dry Cell as A Simple Conductancy Electrode)

B. Kuswandi*, E. Pisesidharta, H. Budianto, T. Maisara dan N. NovitaChemo and Biosensors Group, Jurusan Kimia FMIPA, Universitas Jember

ABSTRACTA simple conductancy electrode has been constructed based on carbon paste of used dry cell ,which coupled with PVC pipe as a host. For conductancy measurements, such electrode has beenconnected with current source and electrical multimeter. Using this conductimetry arrangement,conductivity of sample solutions increase as their concentrations increase. Here, themeasurements have been employed to HCl, NaCl and acetic acid, where its conductancy increasesas its concentration increases and vice versa according to Kohlrausch equation's. Furtherapplication of this conductimetry device has been employed for acid-base titration, whereequivalent point has been observed sharply. Therefore, in general term, this simple conductimetrydevice based on recycled material can be used effectively and low-cost in electroanalysis either inpractical work or in the class as media.

Key words: carbon electrode, used dry cell , conductimetry, electroanalysis

* Penulis untuk korespondensi, e-mail: [email protected]

PENDAHULUANBeberapa jenis karbon yang berbeda dapatdigunakan untuk membuat sebuah elektrode,dimana elektrode tersebut nantinya dapatdimanfaatkan, misalnya dalam bidang analisis.Berbagai jenis karbon yang biasa digunakanuntuk membuat elektrode tersebut diantaranyaadalah grafit (yang mengandung seresin ataulili n parafin), grafik piroliti k (memilikikerapatan yang cukup tinggi), pasta karbon,grafit yang terdispersi dalam resin epoksi atauserat sil ikon, dan karbon yang seperti kaca(glassy carbon). (Sawyer et al.,1995)

Salah satu jenis karbon tersebut,utamanya pasta karbon dapat diperoleh daridalam baterai sel kering. Hal ini mengantarkankepada suatu pemikiran bahwa baterai yangsudah mati atau sudah tidak dapat digunakan,ternyata dapat dimanfaatkan untuk membuatsebuah elektrode dari pasta karbon yangterdapat didalam baterai sel kering tersebut.Prinsipnya, karbon yang dapat digunakansebagai elektrode adalah karbon yangmemil iki struktur grafit dimana didalamstruktur ini atom-atom karbon membentukorbital hibridasasi sp2 yang menghubungkansatu atom karbon dengan atom karbon lainnya.Struktur ini memungkinkan terjadinyapergerakaan elektron sehingga dapatmenghantarkan arus listrik (Wilkinson, 1976).

Elektrode ini memiliki keunggulan olehkarena sifatnya yang inert sehingga tidak

mudah teroksidasi ataupun tereduksi. Atasdasar sifat inert dari karbon, di dalampeneliti an ini bahan karbon digunakan untukpembuatan elektrode konduktansi dalammetode analisis konduktimetri. Pada dasarnya,konduktimetri merupakan pengukurankemampuan larutan untuk menghantarkanlistrik. (Sevill a et al., 1993)

Berbeda dengan kebanyakan metodeelektroanalisis yang biasa digunakan,konduktimetri masuk dalam kategori tehnikelektroanalisis unik. Tehnik ini pada prinsipnyamelibatkan pengukuran sifat fisik tertentu darilarutan, dalam hal ini adalah sifatkonduktivitasnya (Stobel, 1989). Konduktansi(daya hantar) dari larutan yang berbeda-beda,tergantung pada jumlah ion dan mobilit as iondidalam larutan. Dengan demikian,konduktansi suatu larutan berhubungan dengankonsentrasi dan ukuran ion. Kekuatankonduktansi larutan elektrolit dinyatakanmelalui pergerakan ion-ion dalam medanlistrik. Jika jumlah ion meningkat, diharapkanali ran arus didalam larutan jugameningkat.(Sevill a et al., 1993)

Selanjutnya, perlu dipahami bahwakonduktansi sebenarnya adalah kebalikan daritahanan (R). Daya hantar listrik berbandinglurus dengan luas permukaan elektrode (A) danberbanding terbalik dengan jarak antara keduaelektrode. Ukuran kemampuan zat terlarutuntuk menghantarkan arus listrik biasanya

Page 2: Pemanfaatan Baterai Bekas Sebagai Elektroda Konduktansi Sederhana

35 Pemanfaatan Baterai Bekas…………(Bambang Kuswandi)

dinyatakan sebagai daya hantar ekivalen (∧).Untuk melakukan suatu pengukuran dayahantar larutan, diperlukan sumber listrik, selsebagai tempat larutan, dan rangkaianelektronik. Lebih lanjut perlu diketahui pulabahwa pengukuran dalam metodekonduktimetri adalah berdasarkan padapengukuran arus non Faradic (yaitu prosesoksidasi dan reduksi pada kedua elektrode).(Hendayana, 1994)

Aplikasi dari metode konduktimetridiantaranya adalah untuk pengukurankonstanta dissosiasi suatu asam, danpengukuran kuantitas suatu elektrolit dengancara titrasi konduktimetri. Dalam kasus yangterakhir, tehnik ini sangat baik digunakanuntuk menyatakan kuantitas suatu elektrolitdengan lebih teliti daripada menggunakantitrasi indikator warna. (Rieger, 1994)

Dalam percobaan ini akan dipelajaribeberapa penerapaan praktis dari metodekonduktimetri, salah satunya adalahpengukuran konsentrasi terhadap konduktansilarutan elektrolit . Elektrode yang dibuat dariberbagai macam bahan bekas (baterai, pipaPVC, karet, dan kabel ) ini merupakan sebuahupaya daur ulang, dengan harapan elektrodasederhana ini dapat bermanfaat untuk sebuahaplikasi elektroanalisis yang sederhana danmurah, tanpa mengabaikan sensitifitas,akurasi, dan ketelitian pengukurannya.

METODOLOGIBahanBahan yang digunakan antara lain adalahkarbon dari baterai bekas, karet dari sandalbekas, pipa PVC, dan potongan kabel untukpembuatan elekrode. Sedangkan untuklarutannya digunakan: NaCl, asam asetat,etanol dan HCl dengan berbagai konsentrasi.

AlatAlat yang digunakan dalam percobaan iniadalah avometer sebagai pengukur arus,adaptor sebagai pensuplai arus, dan peralatangelas (beaker gelas, labu ukur, pipet volum).

Prosedur Percobaan1. Pembuatan elektrode dilakukan dengan

menggunakan adalah 2 buah elektrodekarbon yang diperoleh dari baterai bekas.Kedua elektrode tersebut dipasangkanpada karet yang telah dipotong berbentuklingkaran sesuai dengan diameter daripipa PVC. Masing-masing elektrodedihubungkan dengan menggunakan kabeltembaga terhadap sumber potensial danalat pengukur arus (avo meter). Elektrodeyang telah terpasang pada karet dikemasdengan menggunakan pipa PVC.

2. Elektrode konduktansi yang telah dibuat,kemudian salah satunya dihubungkandengan sumber listrik AC (adaptor),sedangkan yang lain dihubungkan dengandengan salah satu dari ujung alatpengukur arus. Ujung yang lain dari alatpengukur arus dihubungkan dengansumber listrik. Kedua elektrodedicelupkan pada larutan sampel yangditempatkan dalam beaker gelas, dan arusyang terbaca menggambarkan daya hantardari larutan sampel (lihat gambar 1).

3. pengukuran efek konsentrasi terhadapkonduktansi HCl dilakukan denganmenyiapkan larutan HCl dengankonsentrasi 0.5, 0.1, 0.05, 0.01, 0.005 M,masing-masing disiapkan dalam beakerglass. Elektrode karbon kemudiandicelupkan pada setiap larutan untukmenetukan konduktansinya.

4. Titrasi konduktometri dilakukan denganmenyiapkan 40 mL HCl 0.1 M disiapkandalam beaker gelas. Selanjutnya, larutantersebut, secara bertahap ditambahkan 1mL larutan NaOH 0,5 M dan diadukdengan stirer magnetik. Pada setiappenambahan 1mL NaOH 0,5 M,konduktansi dari larutan diukur denganmenggunakan elektrode karbon tersebut.

Page 3: Pemanfaatan Baterai Bekas Sebagai Elektroda Konduktansi Sederhana

Jurnal ILMU DASAR, Vol.2 No.1, 2001: 34-40 36

Gambar 1. Diagram susunan alat untuk pengukuran konduktimetri

HASIL DAN PEMBAHASANPercobaan dilakukan pada kondisi bedapotensial sebesar 12 V, dengan sistem arusAC. Hal ini dimaksudkan agar arus yangterukur benar-benar disebabkan olehpergerakan ion-ion dari larutan analit , tanpaadanya kontribusi arus akibat proses reaksiredoks. Elektrode karbon dioptimasi denganmenggunakan beberapa larutan sampel padapercobaan awal, yaitu larutan elektrolit(NaCl) dan non-elektrolit (alkohol).

Penentuan Konduktansi Larutan SampelTabel 1 memperlihatkan hasil pengukurankonduktansi dari masing-masing larutanmenggunakan elektroda konduktansi sepertipada gambar 1 di atas.

Tabel 1. Hasil pengukuran konduktansilarutan

Larutan Arus (mA)0.1 M C2H5OH 00.1 M NaCl 12.50.1 M HCl 750.1 M CH3COOH 5

Didalam sampel 0.1 M C2H5OH(etanol), tidak terdapat arus yang terekam.Dengan kata lain, pembacaan pada AVO

meter menunjukkan besarnya arus adalah 0.0 A.Berdasarkan hasil percobaan ini, dapatdinyatakan bahwa etanol bukan merupakanlarutan yang menghantarkan listrik. Walaupunsecara struktural molekul etanol mempunyaibagian yang sedikit polar dan mampu terdisosiasipada pelarut air, namun disosiasi yang terjaditeramat kecil sehingga tidak dapat memberikankontribusi arus pada kondisi percobaan ini(sistem AC pada 12 volt).

Pengukuran pada 0.1 M CH3COOH (asamasetat) memberikan arus sebesar 5 mA.Dibandingkan dengan besarnya arus yangdihasilkan oleh 0,1M HCl (75 mA), hasil yangteramati pada asam asetat jauh lebih kecil . Halini mengisyaratkan bahwa asam asetat terionisasisebagian dalam larutan air. Sedangkan HClterionisassi secara sempurna dalam air. Molekulasam asetat yang tidak terionisasi akanmemberikan hambatan pada mobilit as ion H+ danCH3COO- sehingga arus yang terbaca cukuprendah.

Pada percobaan selanjutnya, diperolehpembacaan arus untuk 0,1 M NaCl sebesar 12,5mA. Hasil ini sesuai dengan teori, dimanabesarnya arus lebih rendah dari pada HCl padakonsentrasi larutan yang sama. Hal iniberdasarkan atas perbandingan ukuran ion antaraion hidrogen dengan ion natrium, dimana ion

digital meter

transformer

12V AC220V AC50/60 Hz

Primer sekunder

tabungPVC

karet

karbon

gelasbeaker

sampel

Page 4: Pemanfaatan Baterai Bekas Sebagai Elektroda Konduktansi Sederhana

37 Pemanfaatan Baterai Bekas…………(Bambang Kuswandi)

hidrogen jauh lebih kecil sehinggamobilitasnya lebih tinggi dari pada ionnatrium. Akibatnya arus yang dihasilkan olehlarutan HCl lebih tinggi daripada larutanNaCl. Dengan mempertimbangkan hasilpercobaan ini, maka secara umum hasiloptimasi elektrode karbon denganmenggunakan larutan-larutan tersebut sudahcukup baik dan dapat dijadikan pedomanuntuk pemanfaatan elektrode ini dalampercobaan-percobaan selanjutnya.

Pengaruh Konsentrasi terhadapKonduktansi LarutanHasil percobaan dengan larutan HCl, NaCldan CH3COOH menunjukkan bahwa arusyang terukur semakin meningkat seiringdengan bertambahnya konsentrasi darilarutan tersebut. Hal ini menunjukkan bahwakonduktivitas larutan akan semakin tinggibila konsentrasinya juga semakin tinggi.Kohlrausch menurunkan suatu persamaanyang menghubungkan antara konduktivitaslarutan dengan konsentrasi seperti terlihatpada persamaan 1.

∧= ∧o – kc. C1/2 .........................(1)

Selain itu, Onsager juga memberikanpersamaan yang menghubungkan antarakonduktivitas dengan konsentrasi, dimanapersamaan yang diturunkan inimempertimbangkan lebih banyak faktorseperti dinyatakan pada persamaan 2.

∧= ∧o – (A + B ∧o). C1/2 ..........(2)

dimana A dan B masing-masing adalahparameter yang mengkompensasi efekasimetri dan efek elektrophoresis(Hewitt,1991). Persamaan 3 memberikanhubungan yang lebih rinci menurut Fuoss danOnsager.

∧= ∧o-SC1/2 + EC log C + JC ...(3)

dimana S merupakan koefisien Onsager, Emerupakan konstanta, dan J adalah faktoryang bergantung pada ukuran ion (Strobel,1989).

Berdasarkan hasil percobaan, secara umumpersamaan-persamaan tersebut berlaku untuklarutan yang diuji, yaitu HCl, CH3COOH danNaCl seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2,3 dan 4 secara berturutan. Dimana dalam hal ini,untuk hasil pada gambar 2 dan 3 diperoleh hasilyang lebih linier daripada variasi konsentrasiHCl (gambar 1). Hal ini menunjukkan bahwapersamaan yang diturunkan oleh Kohlrauschberlaku dengan lebih baik untuk larutan NaCldan asam asetat. Secara umum, hubunganlinieritas konduktansi larutan dengan konsentrasijuga akan dihasilkan untuk larutan elektrolitlainnya sesuai dengan persamaan Kohlrausch.

Titrasi KonduktimetriPeristiwa reaksi asam dan basa dapat dimonitormelalui perubahan dalam konduktansi yangdiakibatkan oleh penggantian konduktifitastinggi dari ion hidrogen dengan ion hidroksidadengan konduktifitas yang rendah. Dalampercobaan ini, dilakukan titrasi asam kuat (HCl)dengan basa kuat (NaOH) secara titrasikonduktimetri. Dari percobaan ini diketahuibahwa titik ekivalen terjadi pada saat volume 0,5M NaOH yang ditambahkan adalah 6 mL (lihatgambar 5). Arus yang terbaca ketika titikekivalen belum tercapai dihasilkan olehmobilitas ion hidrogen (H+) yang tinggi. Semakinbanyak larutan 0,5M NaOH yang ditambahkanarusnya semakin menurun oleh karenabanyaknya ion hidrogen semakin berkurang.Dalam hal ini ion hidrogen diubah menjadimolekul air akibat bereaksi dengan ionhidroksida (OH-) dari larutan NaOH. Tepat padasaat titik ekivalen, ion hidrogen telah habisbereaksi dan telah berubah semua menjadimolekul air yang memiliki konduktansi sangatlemah. Besarnya arus yang terbaca pada titikekivalen adalah 17,5 mA. Arus yang terjadi padakondisi ini disebabkan oleh mobilit as ion Na+

dan Cl- dimana mobilitas ion Na+ lebih lambatdaripada ion H+ sehingga arus yang terbacaadalah kecil .

Pada penambahan larutan NaOH 0,5 Mberikutnya (setelah titik ekivalen tercapai),menghasilkan arus yang kembali meningkat. Halini terjadi sebagai akibat adanya mobilit as ionhidroksida. Secara keseluruhan hasil dari prosesitu ditampilkan dalam gambar 5.

Page 5: Pemanfaatan Baterai Bekas Sebagai Elektroda Konduktansi Sederhana

Jurnal ILMU DASAR, Vol.2 No.1, 2001: 34-40 38

Gambar 2. Hubungan konsentrasi terhadap konduktansi larutan HCl

Gambar 3. Hubungan konsentrasi terhadap konduktansi larutan Asam Asetat

Gambar 4. Hubungan konsentrasi terhadap konduktansi larutan NaCl

56789

10111213141516

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

[CH3COOH]1/2

Aru

s (m

A)

30

55

80

105

130

155

180

0.141 0.191 0.241 0.291 0.341

[NaCl]1/2

Aru

s (m

A)

0102030405060708090

100

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7(HCl)1/2

Aru

s (m

A)

Page 6: Pemanfaatan Baterai Bekas Sebagai Elektroda Konduktansi Sederhana

39 Pemanfaatan Baterai Bekas…………(Bambang Kuswandi)

Gambar 4. Kurva titrasi HCl 0,1 M vs NaOH 0,5 M

Dari serangkaian percobaan yang telahdilakukan, secara umum dapat dinyatakanbahwa elektroda konduktansi yang dirancangdari pasta karbon baterai bekas cukup efektifuntuk digunakan sebagai elektroda konduktansidalam pengukuran secara konduktimetri. Halini memberikan suatu alternatif yang mudahuntuk analisa sampel tertentu yang berupalarutan ionik. Dengan demikian, analisakonduktimetri dapat dilakukan secara mudahdan sederhana dengan memanfaatkan barang-barang bekas untuk didaur ulang menjadibahan yang berguna khususnya dalammendesain peralatan elektroanalisis baik untukanalisa maupun untuk pengajaran di kelas.

KESIMPULANDari percobaan ini dapat disimpulkan bahwapasta karbon dapat dimanfaatkan untukmembuat seperangkat elektroda konduktansiyang cukup efektif. Hal ini sesuai dengan faktabahwa hasil percobaan yang diperoleh secaraumum, elektroda ini mampu memberikanrespon yang mendekati harga sesungguhnyadari besarnya konduktansi larutan-larutan yangdiuji.

Larutan etanol termasuk dalam kategorinon elektrolit karena tidak menghasilkan arus.Asam asetat sedikit menghantarkan listrikakibat dissosiasinya yang relatif rendah.Larutan HCl dan NaCl merupakan sebuahelektrolit yang baik karena mampumenghantarkan listrik yang cukup besar. Daya

hantar listrik (konduktansi) larutan sangatdipengaruhi oleh konsentrasi dari larutantersebut. Hal ini bersesuaian dengan persamaanyang telah diturunkan, salah satunya olehKohlrausch. Efek konsentrasi ini hampirbersifat linier terhadap konduktansi larutan.

Konduktansi larutan sangat eratkaitannya dengan mobilit as ion. Dalam titrasiHCl oleh NaOH secara konduktimetri, arussebelum titik ekivalen dihasilkan oleh mobilit asion H+, sedangkan setelah titik ekivalen aruslistrik utamanya disebabkan oleh mobilit as ionhidroksida.

UCAPAN TERIMA KASIHTerima kasih atas konstribusi data pengukurankonduktifitas NaCl dan Asam Asetat dariSuryanto Condro dan kawan-kawan serta MasMaryono selaku teknisi yang ikut menyiapkanterlaksananya penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKAHendayana S., 1994. Kimia Analiti k Instrumen,

Cetakan pertama, IKIP SemarangPress, Semarang.

Hewitt C.N., 1991. Instrumental Analysis ofPollutans, Elsevier Applied Science,London.

Rieger H.P., 1994. Electrochemistry, Secondedition, Chapman & Hall Inc., NewYork.

Sawyer D.T., Sabkowiak, A., Robert, J.L.,1995. Electrochemistry for Chemist,

Kurva titrasi HCl 0,1 M vs NaOH 0,5 M

01020304050607080

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Volume NaOH (mL)

Aru

s (m

A)

Page 7: Pemanfaatan Baterai Bekas Sebagai Elektroda Konduktansi Sederhana

Jurnal ILMU DASAR, Vol.2 No.1, 2001: 34-40 40

2nd Edition, Jhon Will ey and Sons,Inc. New York.

Sevill a III F., Alfonso, R.L., Andres, R.T.,1993. Journal of Chemical Education,70, 582-584

Stobel H., 1989. Chemical Instrumentation ASynthetic Approach, Third edition,John Wiley & Sons, New York.

Wilkinson C., 1976. Kimia Anorganik Dasar,UI-Press, Jakarta.