LAPORAN VOLTAMETRI

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Elektrokimia adalah salah satu cabang ilmu kimia yang mengamati hubungan antara efek listrik dan kimia. Elektrokimia mempelajari perubahan kimia yang terjadi akibat arus listrik yang mengalir pada suatu bahan dan energi yang listrik dihasilkan oleh reaksi kimia. Sistem pengukuan pada elektroanalisis terdiri atas: (1) elektrolit: sistem kimia yang menghantarkan arus litrik, (2) alat ukur (rangkaian luar): untik mengukur arus listrik, dan (3) elektroda: konduktor yang berfungsi menghubungkan sistem alat ukur dengan elektrolit.

Analisis elektrokimia terdiri dari beberapa metode antara lain potensiometri, konduktometri, elektrogravimetri, dan polarografi. Sebagian besar metode elektroanalisis didasarkan pada sifat – sifat elektrokimia dari suatu larutan. Hal ini mengingat bahwa suatu larutan elektrolit yang terdapat dalam suatu bejana yang dihubungkan dengan dua buah elektroda akan memberikan arus listrik yang disebabkan oleh adanya perbedaan potensial. Jadi analisis baik kualitatif maupun kuantitatif yang didasarkan pada sifat – sifat kelistrikan suatu cuplikan didalam sel elektrokimia. Untuk lebih memahami mengenai metode analisis dalam elektrokimia, maka akan dilakukan percobaan elektronalisis yang berjudul voltametri.

1.2  Rumusan Masalah

1.      Bagaimana cara menggunakan potentiostat dan menyusun rangkaian sel elektrokimianya?

2.      Bagaimana cara melakukan analisis voltametri untuk penentuan analit dalam larutan?

1.3  Tujuan

·         Mahasiswa dapat menggunakan potentiostat dan menyusun rangkaian sel elektrokimianya serta melakukan analisis volatametri untuk penentuan analit dalam larutan.

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1  Material Safety Data Sheet (MSDS)

2.1.1 Akuades

Akuades juga biasa disebut dengan air. Jika akuades mengenai mata, kulit, tertelan, atau juga terhisap, tidak menimbulkan gejala serius atau tidak berbahaya. Namun jika terjadi iritasi segera dibawa ke pihak medis (Anonim, 2012).

2.1.2        Larutan NaNO₃

Kontak dengan kulit tidak dianggap sebagai bahaya dengan penggunaan laboratorium normal. Tindakan pertolongan yang harus dilakukan adalah Lepaskan pakaian yang terkontaminasi. Segera cuci kulit dengan air dan sabun yang lembut. Carilah saran medis jika terjadi iritasi. Tunjukkan MSDS untuk praktisi medis. Kontak dengan mata menyebabkan iritasi jaringan mata. Tindakan pertolongan yang harus dilakukan adalah  Segera menahan kelopak mata terbuka dan dibasuh dengan air selama minimal 15 menit.  Segera dapatkan bantuan medisdan tunjukkan MSDS untuk praktisi medis. Bila terhirup tidak dianggap sebagai bahaya dengan penggunaan laboratorium normal. Tindakan pertolongan yang harus dilakukan adalah memberikan udara segar atau nafas buatan jika diperlukan. Jika tertelan dapat menyebabkan iritasi pada sistem lambung dengan gejala mual, muntah, kram, dan diare. Tindakan pertolongan yang harus dilakukan adalah diberikan beberapa gelas air atau susu. Segera dapatkan bantuan medisdan tunjukkan MSDS untuk praktisi medis (Anonim, 2012).

2.1.3        Larutan NaOH

Kontak dengan kulit menyebabkan  iritasi, gatal, panas. Tindakan pertolongan yang harus dilakukan adalah bilas daerah kulit yang terkena kontak natriun hidroksida menggunakan air bersih mengalir minimal 15 menit. Kontak dengan mata menyebabkan  iritasi, gatal, kemerahan, dan perih. Tindakan pertolongan yang harus dilakukan adalah cuci mata dengan air bersih minimal 15 menit dengan sesekali mata diangkat dan ditutup. Bila terhirup dapat menyebabkan iritasi saluran pernafasan, batuk dan dada sesak. Tindakan pertolongan yang harus dilakukan adalah memberikan udara segar atau nafas buatan. Konsumsi dalam jumlah besar akan membahayakan janin, terbakar di mulut dan tenggrokan, nyeri di dada, muntah-muntah dan tekanan darah rendah. Tindakan pertolongan yang harus dilakukan adalah diberikan beberapa gelas air atau susu (Anonim, 2012).

2.2      Analisis Elektrokimia  Dengan Metode Voltametri

Voltametri merupakan salah satu teknik dalam analisis elektrokimia. Voltametri adalah suatu elektrolisis dimana arus direkam sebagai suatu fungsi potensial elektroda kerja. Voltametri merupakan elektrolisis dalam ukuran mikroskala dengan menggunakan mikro elektroda kerja, disebut juga teknik arus voltase. Potensial dari mikro elektroda kerja divariasikan dan arus yang dihasilkan dicetak sebagai fungsi dari poetnsial. Hasil cetakan ini disebut voltamograf.  Voltametri berkembang pesat dibanding metode analisis lain, hal ini dikarenakan kelebihan dalam sensitifitas, selektifitas, kesederhanaan dan kemudahan penganalisisan (Haryadi, 1993).

Voltametri mempelajari hubungan voltase arus-waktu selama elektrolisis dilakukan dalam suatu sel, di mana suatu elektroda mempunyai luas permukaan yang relative besar, dan elektroda yang lain (elektroda kerja) mempunyai luas permukaan yang sangat kecil dan seringkali dirujuk sebagai mikroelektroda: lazimnya teknik ini mencakup pengkajian pengaruh perubahan voltase pada arus yang mengalir di dalam sel. Mikroelektroda ini biasanya dibuat dari bahan tak reaktif yang menghantar listrik seperti emas, platinum atau karbon, dan dalam beberapa keadaan dapat digunakan suatu elektroda merkurium tetes (D.M.E) untuk kasus istimewa ini teknik itu dirujuk sebagai polarografi. Voltametri merupakan metoda elektrokimia yang mengamati perubahan arus dan potensial. Potensial divariasikan secara sistematis sehingga zat kimia tersebut, mengalami oksidasi dan reduksi dipermukaan elektroda. Dalam voltametri, salah satu elektroda pada sel elektrolitnya terpolarisasi. Penelahan pada sistem tersebut diikuti dengan kurva arus tegangan. Metode ini umum digunakan untuk menentukan komposisi dan analisis kuantitatif larutan (Laidler, 1996).

Sistem voltametri ada yang disebut dengan siklik voltametri. Voltametri ini merupakan  tehnik voltametri dimana arus diukur selama penyapuan potensial dari potensial awal ke potensial akhir dan kembali lagi potensial awal atau disebut juga penyapuan (scanning) dapat dibalik kembali setelah reduksi berlangsung. Dengan demikian  arus katodik maupun anodik dapat terukur. Arus katodik adalah arus yang digunakan pada saat penyapuan dari arus yang paling besar menuju arus yang paling kecil dan arus anodik adalah sebaliknya (Khopkar, 1985).

Sel voltametri, terdiri dari 3 elektroda yaitu elektroda pembanding, elektroda kerja, dan elektroda pembantu. Elektroda kerja pada voltametri tidak bereaksi, akan tetapi merespon elektroda aktif apa saja yang ada dalam sampel. Pemilihan elektroda bergantung pada besarnya range potensial yang diinginkan untuk menguji sampel (Laidler, 1996).

Jenis dan teknik yang termasuk kedalam voltametri adalah sebagai berikut:

a.       Polarografi

Polarografi adalah suatu bentuk elektrolisis dalam mana elektroda kerja berupa suatu elektroda merkuri tetes, dan direkam suatu kurva arus voltase (voltammogram). Polarogarfi digunakan secara luas untuk analisis ion –ion logam dan anion –anion anorganik, seperti IO dan NO . Gugus fungsi senyawa organik yang mudah teroksidasi atau tereduksi juga dipelajari dalam polarogarfi. Gugus fungsi yang digunakan meliputi karbonil, asam karboksilat, dan senyawa karbon yang memiliki ikatan rangkap (Day dan Underwood, 1989).

b.      Hydrodynamic Voltametri

Hydrodynamic voltametri bermanfaat untuk analisis reduksi atau oksidasi pada potensial yang lebih positif karena hydrodynamic voltametri tidak dibatasi untuk elektroda Hg. Arus pada hydrodynamic voltametri diukur sebagai fungsi dari aplikasi potensial pada elektroda kerja (Laidler, 1996).

c.       Stripping voltametri

Stripping Voltametri terdiri atas tiga teknik yaitu : anoda, katoda, dan adsorpsi stripping voltametri. Anodic stripping voltametri terdiri dari dua tahap Pertama pengontrolan potensial elektrolisis yang mana elektroda kerja, biasanya tetes merkuri atau lapis tipis merkuri, pada potensial katoda yang cukup untuk melapisi ion logam pada elektroda. Tahap kedua, potensial anoda di scan kearah potensial yang lebih positif. Ketika potensial pada elektroda kerja cukup positif analit dilepaskan dari elektroda, larutan dikembalikan dalam bentuk oksidasi. Arus selama tahap stripping dimonitor sebagai fungsi dari potensial, memberikan bentuk kenaikan pada puncak voltammogram yang sama Puncak arus yang proporsional pada konsentrasi analit dalam larutan. Anodic stripping voltametri sangat sensitif pada percobaan, yang mana harus dikontrol dengan hati–hati jika hasilnya ingin akurat dan tepat (Laidler, 1996).

Potensial yang diterapkan pada elektroda dalam teknik voltametri ini biasanya bermacam-macam, yang menghasilkan beberapa varian teknik voltametri diantaranya

adalah : LSV (linear sweep voltammetry), CV (cyclic voltammetry), DPV (differensian pulse voltammetry) dan SWV (square wave voltammetry). 

a.         LSV (linear sweep voltammetry)

Linear sweep voltammetry adalah istilah umum untuk suatu teknik voltametri

dimana potensial yang diberikan pada elektroda kerja dengan variasi waktu linier. Metode ini juga mencakup polarography, siklik voltametri rotating disc voltametri. Slope yang dihasilkan dari metode ini memiliki unit potensial (volt) per satuan waktu, dan biasanya disebut scan rate percobaan.

Nilai dari scan rate percobaan dapat divariasi dari tingkat rendah mV/sec (khusus untuk polarography) sampai tingkat tinggi 1.000.000 V/sec (tercapai bila digunakan ultra mikroelektrode sebagai electrode kerja). Dengan jalur linier potensial, arus faraday ditemukan untuk menaikkan scan rates yang lebih tinggi.

b.        CV (cyclic voltammetry)

Cyclic voltammetry adalah yang paling umum digunakan dalam teknik elektrokimia, dan berdasarkan pada kelinieran potensial dari kurva. Sehingga perubahan potensial sebagai fungsi linier dari waktu. Tingkat perubahan potensial dengan waktu mengarah pada scan rate.

Voltammogram dari CV yaitu:

2.3 DPV (differensian pulse voltammetry)

Differensian pulse voltammetry diperoleh dengan menambahkan secara periodik pulse potensial (meningkatkan potensial sementara) untuk menjalankan voltase yang digunakan pada LSV. Arus diukur hanya khusus untuk pulse dan diakhiri pada penerapan pulse. Perbedaan antara kedua arus diplotkan sebagai fungsi jalur potensial pada LSV.

Voltammogram dari DPV yaitu:

2.4 SWV (square wave voltammetry)

Square wave voltammetry dan differential pulse voltammetry keduanya digunakan untuk analisis kualitatif dan kuantitatif. Metode ini mengambil keuntungan dari timing sampel ke computer berulang kali pada dua titik relative terhadap waktu penerapan tegangan square wave untuk electroda. Perbedaan antara dua nilai arus diplotkan sebagai fungsi dari aplikasi potensial DC. Hasil yang diperoleh adalah puncak dari voltammetryc wave , sesuai dengan aktivitas elektro dari spesies pada sel

elektrokimia.

Voltammogram dari SWV yaitu :

            Beberapa keungulan dari metode analisis voltametri jika dibandingkan dengan metode yang lain adalah:

-penyediaan cuplikan yang sederhana

-waktu analisis yang cepat.

-Penyedian cuplikan yang diperlukan biasanya hanya pelarutan tanpa pemekatan

-peralatan yang tidak begitu mahal

(Tim Kimia Analitik, 2012)

BAB 3. METODOLOGI PERCOBAAN

3.1  Alat dan Bahan

3.1.1        Alat

1.      Pipet volum

2.      Labu ukur

3.      Botol semprot

4.      Elektroda Ag/AgCl

5.      Elektroda Ag

6.      Elektroda Pt

7.      Potensiostat sel elektrokimia

8.      Beaker gelas

3.1.2        Bahan

1.      Larutan NaNO3

2.      Larutan NaOH

3.      Aquades

3.2    Skema Kerja

Larutan standar NO3

-   Dibuat dengan konsentrasi 0, 10, 20, 30, 40 dan 50 mM -   Diencerkan dengan ditambahkan larutan NaOH

Hasil

a.

b.       

Hasil

-          Disusun pada sel glass atau beaker glass -          Disusun sehingga jarak elektroda yang tercelup larutan elektrolit selalu sama -          Dihubungkan pada potensiostat yang sesuai -          Dihidupkan potensiotat dan computer yang telah terhubung dan dijalankan software yang mengontrolproses analisis voltametri -          Dimasukkan larutan standar ke dalam sel -          Dilakukan proses voltametri pada potensial antara -1.6 dan 0.2 volt vs Ag/AgCl. -          Dulangi tiga kali untuk setiap konsentrasi standar -          Diamati mulai dari konsentrasi yang rendah dan diakhiri dengan sampel yang belum diketahui konsentrasinya -          Diamati voltagram yang dihasilkan dan dan ditentukan nilai potensial redoks yang spesifik terhadap NO3 -          Digambar voltagram, dibuat kurva kalibrasinya, dan ditentukan konsentrasi nitrat dalam sample.

RE (Ag/AgCl), WE (Ag), CE (Pt/Stainless Steel)

BAB 4. PEMBAHASAN

Percobaan yang berjudul voltametri ini bertujuan untuk mempelajari bagaimana cara menggunakan potensiostat dan menyusun rangkaian sel elektrokimia serta melakukan analisis voltametri untuk penentuan analit dalam larutan. Potensiostat adalah perangkat yang akan menerapkan potensial (atau tegangan) di sepasang elektroda dan sekaligus mengukur arus yang mengalir melalui larutan analit. Voltametri merupakan metoda elektrokimia yang mengamati perubahan arus dan potensial. Prinsip dasar dari voltametri adalah pengukuran arus sebagai fungsi dari potensial yang diterapkan ketika terjadi polarisasi indikator elektroda dengan memvariasikan potensial sehingga analit mengalami reaksi oksidasi reduksi. Atau  dengan kata lain suatu analit yang diberikan tegangan akan menghasilkan arus, kemudian arus tersebut diubah menjadi tegangan dan ditampilkan sebagai fungsi dari waktu atau tegangan.

Polarografi merupakan metode analisis yang didasarkan pada peristiwa polarisasi dalam elektrolisis. Polarografi merupakan suatu metode analisis yang didasarkan pada prinsip elektrolisis pada elektroda mikro tetes air raksa. Teknik polarografi dijadikan dasar bagi pengembangan metode voltametri atau dapat dikatakan metode polarografi merupakan sub bagian voltametri dengan menggunakan elektroda kerja elektroda tetes merkuri (Dropping Mercury Electrode, DME). Potensial dari indikator elektroda yang  divariasikan dengan arus dan hasilnya dicetak sebagai fungsi dari poetensial, hasil cetakan ini disebut voltamogram. Berikut ini adalah contoh dari voltammogram:

LSV adalah kepanjangan dari linier sweep voltammetry yang merupakan  jenis paling sederhana dari voltametri. Pada LSV, potensial dari indikator elektroda bervariasi secara linear sebagai fungsi dari waktu. Slope yang dihasilkan dari metode ini memiliki unit potensial (volt) per satuan waktu, dan biasanya disebut scan rate percobaan.Tingkat scan relatif lambat, yaitu <5 mV/s, yang memungkinkan waktu bagi analit untuk sampai ke elektroda sehingga elektroda selalu dalam kesetimbangan dengan larutan induk. LSV memberikan informasi kualitatif dan kuantitatif. Nilai E_1/2 dapat digunakan untuk mengidentifikasi spesies yang tidak diketahui, sedangkan ketinggian dari arus dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi.

Pengenceran adalah berkurangnya rasio zat terlarut di dalam larutan akibat penambahan pelarut. Pelarut yang digunakan umumnya adalah akuades. Pada percobaan  voltametri ini dilakukan pegenceran NaNO₃ dengan konsentrasi 0, 10, 20, 30, 40, 50 mM dari larutan induk 100mM menggunakan pelarut NaOH bukan akuades. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari adanya gangguan pada analit sehingga proses oksidasi reduksi dapat terjadi dengan baik. Jika NaNO₃ diencerkan menggunakan akuades maka dimungkinkan akan terjadi pembentukan senyawa lain yaitu HNO₃ yang dapat menjadi pengganggu dalam pengukuran arusnya. Selain digunakan untuk mengencerkan, NaOH juga berfungsi sebagai larutan elektrolit pendukung.  Elektrolit pendukung berfungsi untuk menekan arus migrasi, mengontrol potensial agar tahanan larutan dikurangi serta menjaga kekuatan ion total yang konstal. Perpindahan materi dalam larutan umunya terjadi dalam tiga jenis yaitu migrasi (gaya tarik menarik elektrostatik), difusi ( gradien konsentrasi) , dan konveksi (gaya mekanik/ pengadukan). Dari ketiga jenis perpindahan tersebut menyebabkan laju perpindahan massa yang berpengaruh pada besarnya arus total (i_tot) yang terjadi (i_tot = i_m + i_d + i_k). Dalam voltametri, diusahakan agar arus yang terukur hanya berasal dari arus difusi saja, maka i_m dan i_k harus dihilangkan atau diperkecil. Arus konveksi dapat dikurangi dengan cara melakukan percobaan tanpa pengadukan dan arus migrasi dikurangi atau ditekan dengan penggunakan elektrolit pendukung yang dalam percobaan ini digunakan larutan NaOH.

Voltametri merupakan metoda elektrokimia yang didasarkan pada pengukuran arus. Besarnya arus yang dihasilkan bergantung pada beberapa hal:

1.      Konsentrasi analit

2.      Seberapa cepat analit bergerak ke permukaan elektroda

3.      Laju transfer electron ke sampel

4.      Tegangan dan waktu

Pada percobaan ini secara tidak langsung dipelajari pengaruh konsentrasi analit terhadap arus. Arus yang dihasilkan merupakan akibat dari adanya proses oksidari reduksi analit.  Semakin tinggi konsentrasi analit,  arus yang dihasilkan juga semakin tinggi. Konsentrasi analit yang tinggi menunjukan komposisi zat terlarut yang tinggi didalam pelarutnya. Semakin banyak zat yang terlarut maka semakin banyak pula zat yang terelektrolisis (mengalami proses reduksi oksidasi) pada permukaan elektroda, dengan banyaknya zat yang mengalami proses reduksi oksidasi maka arus yang dihasilkan juga tinggi.  Sebaliknya pada larutan encer zat terlarutnya lebih sedikit sehingga jumlah yang terelektrolisi juga lebih sedikit, hal ini akan menghasilkan arus yang juga lebih rendah disbanding larutan yang lebih pekat.

            Larutan standar NaNO3 yang digunakan divariasikan konsentrasinya mulai dari 0, 10, 20, 30, 40, 50 mM. Kemudian dari masing-masing larutan tersebut diukur besarnya arus dan hasilnya dicetak sebagai fungsi dari potensial, hasil cetakan ini disebut voltamogram. Voltamogramm ini didapat dengan mengeplotkan potensial pada sumbu x dan arus yang dihasilkan pada sumbu y. Potensial yang diberikan berada pada range -1600mV dan 200mV vs Ag/Agcl, tetapi pada voltamogramm yang dibuat pada laporan ini potensialnya hanya diambil dari 0mV sampai 200mV. Hal ini dilakukan karena voltamogramm pada range -1600mV dan 200mV memiliki banyak data sehingga kesulitan untuk membaca grafiknya, sehingga dibuatlah voltamogramm yang dibatasi range potensialnya yaitu 0 mV sampai 200mV sehingga didapatkan grafik yang linier. Meskipun range potensial hanya dimabil mulai 0 mV sampai 200mV tetapi dari voltamogram yang dihasilkan sudah dapat mewakili keseluruhan dari data. Berikut adalah beberapa voltamogram yang dihasilkan dari percobaan:

Berdasarkan dari beberapa voltamogram yang diperoleh menunjukkan grafik yang linier, artinya semakin tinggi beda potensial yang dberikan maka arus yang dihasilkan semakin tinggi pula. Untuk mengetahui hubungan konsentrasi pada masing-masing analit terhadap arus akan ditunjukkan pada tabel berikut. Table ini mengambil potensial 200mV sebagai sampel pengamatan.

Konsentrasi NaNO3 (mM)	Arus (amperemeter)
0	2456
10	2472
20	1930
30	2204
40	1811
50	1829

Berdasarkan tabel tersebut terlihat bahwa arus yang dihasilkan secara umum adalah turun dengan bertambahnya konsentrasi NaNO₃. Hal ini jelas tidak sesuai dengan literature yang menyebutkan semakin tinggi konsentrasi analit maka arus yang dihasilkan juga semakin tinggi.

Hubungan antara konsentrasi analit  dengan arus dari hasil percobaan memiliki perbedaan jika dibandingkan dengan literatur. Perbedaan ini dikarenakan beberapa kesalahan yang dilakukan pada saat praktikum. Kesalahan-kesalahan tersebut antara lain: (1) kurang telitinya dalam hal pengenceran, (2) bahan-bahan yang digunakan kurang fresh atau sudah terlalu lama disimpan, (3) alat yang digunakan tidak bersih baik dari kotoran maupun sisah akuades sehingga dapat mempengaruhi pembacaan arus.

BAB 5. PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan tujuan dari percobaan voltametri yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa:

1.      Voltametri dilakukan dengan cara memberikan tegangan pada analit yang  akan menghasilkan arus, kemudian arus tersebut diubah menjadi tegangan dan ditampilkan sebagai fungsi dari waktu atau tegangan.

2.      Terdapat beberapa faktor yang dapat menentuka arus, salah satunya adalah konsentrasi. Semakin tinggi konsentrasi analit maka arus yang dihasilkan akan semakin tinggi.

3.      LSV merupakan  jenis paling sederhana dari voltametri yang memvarisikan potensial dari indikator elektroda secara linear sebagai fungsi dari waktu

5.2 Saran

1. Hendaknya lebih teliti ketika melakukan pengenceran

2. Alat-alat yang telah dicuci dipastikan harus benar-benar kering dari akuades.

Daftar Pusataka

Anonim. 2012. Aquades (http://www.nordicstaldkemi.dk) diakses 3 April 2012 pukul 18.33 WIB.

Anonim. 2012. Sodium Nitrat (http://www.scienelab.com/msds/php?msdsld= 9924120) diakses 13 April 2012 pukul 18.48 WIB.

Anonim. 2012. Sodium hidroksida http://www.scienelab.com/msds/php?msdsld= 4728267) diakses 3 November 2012 pukul 19.04 WIB.

Day, R. A dan Underwood, A.L. diterjemahkan oleh Pudjaatmaka, A.H.  1989. Analisis Kimia Kuantitatif. Edisi Keenam. Jakarta: Penerbit Erlangga.

Haryadi,W.1993. Ilmu Kimia Analitik Dasar. Jakarta : PT Gramedia Pustaka.

Khopkar, S.M. 1990. Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta : UI Press.

Liadler, Keith. 1996. Principles of Chemistry. Kanada: The University of Ottawa.

Tim Kimia Analitik. 2012. Penuntun praktikum Elektrokimia. Jember: FMIPA UJ.

jangan lupa kunjungi www.unej.ac.id