Konduktometri

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Tujuan Percobaan

1.      Menentukan konsentrasi asam basa secara konduktometri

2.      Menentukan konstanta sel konduktansi

3.      Menentukan kelarutan AgCl secara konduktometri

1.2 Latar Belakang Teori

1.2.1. Hantaran Larutan

Penghantar listrik merupakan fenomena transport, yakni perpindahan sesuatu yang bermuatan (baik dalam bentuk elektron maupun ion) melalui sistem. Oleh karena itu, hukum atau persamaan yang berlaku untuk penghantar logam juga berlaku untuk penghantar yang lainya termasuk elektrolit.

I=∆ ǿ/R

Persamaan diatas dikenal sebagai hukum ohm. Pada persamaan tersebut, I merupakan kuat arus yang mengalir melalui medium (konduktor), ∆ ǿ beda potensial listrik sepanjang medium dan R tahanan dari medium. Dalam sistem SI, kuat arus dinyatakan dalam ampere (A), perbedaan potensial dalam volt (v) dan tahanan dalam ohm (Ω). Tahanan sepanjang medium bergantung pada ukuran dari konduktor. Untuk konduktor dengan luas penampang yang sama:

R=pl/A

Dimana:

l =panjang (cm)

A= luas penampang (cm)

p= tahanan jenis (cm)

R= tahanan dari medium ohm (Ω)

Tahanan jenis merupakan sifat khas dari zat penyusun konduktor. Kebalikan dari tahanan adalah hantaran, l dan kebalikan dari tahanan jenis adalah jenis atau daya hantar jenis, dari symbol huruf Yunani , k (dibaca: kappa) (Nugroho,2010).

1.2.2. Daya Hantaran (k)

Tahanan (R) dari suatu penghantar listrik berbanding lurus dengan panjang (l) dan berbanding terbalik dengan luas penampang (A). Jika R dinyatakan dalam ohm (Ώ), l dalam meter (m) dan A dalam m² maka satuan dari ρ adalah Ώ m, sedangkan 1/ ρ adalah daya hantaran (k ) dengan satuan ohm^-1 cm^-1 (Ώ cm^-1).

                                               1

L =           

                                               R

L = Ls      A 

                                                   

                                                l

Dimana,

L= daya hantar (mho)

Ls= daya hantaran jenis (mho/cm)

A = luas penampang bahan, luas elektroda (cm²)

l = panjang bahan, jarak antar elektroda (cm)

Ø Mekanisme Penghantar Listrik

Aliran listrik melalui suatu konduktor (penghantar) melibatkan perpindahan elektron dari potensial negatif yang tinggi ke potensial lainnya yang lebih rendah. Dalam penghantar elektronik, seperti padatan dan lelehan logam, penghantaran berlangsung melalui perpindahan elektron langsung melalui penghantar dengan pengaruh dari potensial yang di terapkan. Dalam hal ini atom-atom penyusun penghantar tidak terlibat dalam proses tersebut. Akan tetapi pada penghantar elektrolitik, yang mencakup larutan elektrolit dan lelehan garam-garam, penghantaran berlangsung melalui perpindahan ion-ion baik positif maupun negatif menuju elektroda-elektroda.

Mekanisme elektrolisis bahwa elektron masuk dan keluar dari larutan terjadi melalui perubahan kimia pada elektroda-elektrodanya.

Ø Pengukuran hantaran jenis larutan

Hantaran jenis larutan tidak dapat diukur langsung, yang dapat diukur langsung adalah tahanan dari suatu larutan elektrolit. Selanjutnya hantaran jenis dapat digunakan dengan menggunakan persamaan dibawah ini:

Ls = L      l      

                                              A

Tahanan (R) dari suatu larutan elektrolit tidak dapat diukur dengan baik jika digunakan arus searah, karena akan terjadi peristiwa, karena akan terjadi elektrolisis yang mengakibatkan perubahan konsentrasi elektrolit dan penumpukan hasil elektrolisis pada elektroda akan mengubah tahanan larutan. Untuk menghilangkan hal tersebut digunakan arus bolak-balik. Elektroda yang digunakan adalah platina yang dilapisi platina hitam (Nugroho, 2010).

Untuk memaksimumkan kepekaan dalam pengukuran larutan dengan hantaran tinggi diperlukan suatu sel dengan tetapan sel yang tinggi. Suatu larutan dengan konsentrasi yang berbeda akan mempunyai hantaran jenis yang berbeda, karena volume larutan dengan konsentrasi berbeda mengandung ion yang berbeda. Karena itu, untuk memperoleh ukuran kemampuan mengangkut listrik dari sejumlah tertentu elektrolit, disebut hantaran molar. Dalam hal ini hantaran dinyatakan dalam bentuk jumlah muatan individual yang diangkut.

Ø Hantaran molar

Meskipun hantaran jenis dapat diukur dengan mudah, tetapi besaran ini tidak biasa digunakan dalam membahas proses penghantaran dalam suatu larutan elektrolit. Suatu larutan dengan konsentrasi yang berbeda akan mempunyai hantaran jenis yang berbeda karena volume larutan dengan konsentrasi berbeda mengandung jumlah ion yang berbeda. Karena itu untuk memperoleh ukuran kemampuan mengangkut listrik dari sejumlah tertentu elektrolit, di definisikan hantaran molar (A).

Dengan C konsentrasi elektrolit (perhatikan bahwa hantaran molar bukan hantaran jenis per mol), melainkan hantaran jenis persatuan konsentrasi molar.

Dapat dilihat dari persamaan :

A  =  Ls 

                                         C

C = konsentrasi molar zat terlarut (mol dm^-3 )

Ls = daya hantaran jenis (S m^-1 )

A = hantaran molar(S m^-1 )

Ø  Kebergantungan Hantaran Molar Terhadap Konsentrasi

Berdasarkan hantarannya, elektrolit dibedakan menjadi dua, yakni elektrolit kuat (garam-garam dan sebagian asam seperti nitrat, sulfat, klorida) dan elektrolit lemah (seperti asam asetat dan asam organik lainnya). Elektrolit kuat mempunyai hantaran molar yang lebih tinggi dan dengan pengenceran mengalami kenaikan yang tidak terlalu besar. Sedangkan elektrolit lemah mempunyai hantaran yang jauh lebih rendah pada konsentrasi tinggi, tetapi nilainya meningkat tajam dengan semakin encernya larutan (Nugroho, 2010).

Untuk elektrolit kuat yang tidak mengandung asosiasi ion, konsentrasi ionnya berbanding lurus dengan konsentrasi elektrolitnya. Hal ini terjadi karena ada antaraksi diantara ion-ion yang mempengaruhi hantaran jenisnya. Interaksi ini berubah dengan berubahnya konsentrasi.

Menurut Kohlrausch, pada pengenceran tak hingga dimana disosiasi untuk semua elektrolit berlangsung sempurna dan semua gaya antar ion hilang, masing-masing ion dalam larutan bergerak bebas dan tidak bergantung pada ion pasangannya. Kontribusinya terhadap daya hantar molar hanya bergantung pada sifat dari ionnya tersebut. Jadi gaya hantar molar setiap elektrolit pada pengenceran tak hingga merupakan jumlah dari daya hantar molar ion-ionnya pada pengenceran tak hingga (Nugroho, 2010).

1.2.3. Titrasi konduktometri

Pengukuran daya hantar dapat digunakan untuk menentukan titik akhir titrasi. Sebagai contoh kita tinjau titrasi asam basa. Pertama kita kaji dulu titrasi asam kuat seperti asam klorida (HCI) oleh basa kuat seperti NaOH. Daya hantar H⁺ dan OH^- jauh lebih besar dari pada kation-kation dan anion-anion lainnya. Sebelum ditambahkan basa, larutan HCl mengandung banyak iaon H⁺ yang menyebabkan daya hantar larutan tersebut tinggi. Ketika ditambahkan basa ion H⁺ dari HCl akan bereaksi dengan OH^- dari NaOH membentuk air dan H^- yang bereaksi digantikan oleh Na (dari basa) yang daya hantarnya lebih rendah. Sehingga daya larutan turun. Demikian seterusnya sampai penambahan basa mencapai titik ekivalen. Penambahan basa selanjutnya akan meningkatkan kembali daya hantar karena larutan sekarang kelebihan Na dan OH^-.

Konduktivitas suatu larutan elektrolit pada setiap temperatur hanya bergantung pada ion-ion yang ada, dan konsentrasi ion-ion tersebut. Bila larutan suatu elektrolit diencerkan, konduktivitas akan turun karena lebih sedikit ion berada per cm3 larutan untuk membawa arus. Jika semua larutan itu ditaruh antara dua elektrode yang terpisah 1 cm satu sama lain dan cukup besar untuk mencakup seluruh larutan, konduktans akan naik selagi larutan diencerkan. Ini sebagian besar disebabkan oleh berkurangnya efek-efek antar-ionik untuk elektrolit-elektrolit kuat oleh kenaikan derajat disosiasi untuk elektrolit-elektrolit lemah.

 Biasanya konduktometri merupakan prosedur titrasi, sedangkan konduktansi bukanlah prosedur titrasi. Metode konduktansi dapat digunakan untuk mengikuti reaksi titrasi jika perbedaan antara konduktansi cukup besar sebelum dan sesudah penambahan reagen. Tetapan sel harus diketahui. Berarti selama pengukuran yang berturut-turut tahanan sehingga I = EL. Satuan dari hantaran (konduktansi) adalah mho (Khopkar, jarak elektroda harus tetap, tetapi pengenceran akan menyebabkan hantarannya tidak berfungsi secara linear lagi dengan konsentrasi. Menurut hukum Ohm I = E / R, dimana I adalah arus dalam ampere, E adalah tegangan dalam volt, dan R adalah tahanan dalam ohm. Hukum ini berlaku bila difusi dan reaksi elektroda tidak terjadi. Konduktansi sendiri didefinisikan sebagai kebalikan dari tahanan sehingga I = EL. Satuan dari hantaran (konduktansi) adalah mho” (Khopkar, 1990).

Selama berjalannya penetralan, pengendapan dan sebagainya pada umumnya dapat diharapkan perubahan dalam konduktivitas, dan karenanya ini dapat digunakan dalam penetapan titik akhir maupun jalannya reaksi. Konduktivitas ini diukur setelah setiap penambahan suatu volume kecil reagensia, dan titik-titik yang demikian diperoleh, digambarkan untuk memberi grafik yang terdiri dari dua garis lurus yang berpotongan pada titik ekivalen. Kontras dengan metode-metode titrasi potensiometri, tetapi serupa dengan metode-metode titrasi amperometri. Pengukuran-pengukuran dekat titik ekivalen tak mempunyai makna khusus. Sesungguhnya, karena hidrolisis, disosiasi, atau kelarutan dari produk-produk reaksi, nilai-nilai konduktivitas yang diukur didekat sekitar titik-titik ekivalen biasanya tak berharga dalam menyusun grafik, karena satu atau kedua kurva akan menunjukkan bagian yang membulat pada titik ini.

Titrasi konduktometri sangat berguna bila hantaran sebelum dan sesudah reaksi cukup banyak berbeda. Metode ini kurang bermanfaat untuk larutan dengan konsentrasi ionik terlalu tinggi, misalkan titrasi Fe3+ dengan KMnO4, di mana perubahan hantaran sebelum dan sesudah titik ekivalen terlalu kecil dibandingkan besarnya konduktansi total (Khopkar, 1990).

1.2.4. Konduktivitas

Dalam cairan atau gas, umumnya terdapat baik ion positif atau ion negatif yang bermuatan tunggal atau kembar dengan massa yang sama atau berbeda. Konduktivitas akan terpengaruh oleh semua faktor-faktor tersebut. Pada konduktor logam, hanya elektron valensi saja yang bebas bergerak. Dalam semikonduktor , seperti germanium dan silikon, konduksi tadi lebih kompleks. Dalam struktur kristal, setiap atom mempunyai ikatan kovalen dengan dua atom yang berdekatan (Sinaga, 2010).

Gambar 1.1 Konduktivitas (a) cairan atau gas, (b) logam, (c) semi konduktor 

(Sumber: Sinaga, 2010)

Ø Konduktivitas Elektrik

Pengukuran konduktivitas elektrik adalah penentuan konduktivitas spesifik dari larutan. Konduktivitas spesifik adalah kebalikan dari tahanan untuk 1 cm³ larutan. Pemakaian cara untuk pengukuran ini antara lain mendeteksi pengotoran air karena zeolit atau zat kimia., seperti limbah industri, pengolahan air bersih dan lain-lain. Karena ada relevansi antara konduktivitas dengan konsentrasi suatu larutan, maka untuk menentukan konsentrasi larutan dapat dilakukan dengan cara mengukur konduktivitas larutan tersebut. Dalam hal itu hubungan antara konsentrasi dan konduktivitas larutan telah ditentukan (Sinaga, 2010).

Larutan asam, basa dan garam dikenal sebagai elektrolit yang dapat menghantarkan arus listrik atau disebut konduktor listrik. Konduktivitas listrik ditentukan oleh sifat elektrolit suatu larutan, konsentrasi dan suhu larutan. Pengukuran konduktivitas suatu larutan dapat dilakukan dengan pengukuran konsentrasi larutan tersebut, yang dinyatakan dengan persen dari berat, part per million (ppm) atau satuan lainnya.

Jika harga konduktivitas dari bermacam konsentrasi larutan elektrolit diketahui, maka untuk menentukan konsentrasi larutan tersebut dapat dilakukan dengan mengalirkan arus melalui larutan dan mengukur resistivitas atau konduktivitasnya.

Gambar 1.2 menunjukkan grafik hubungan antara konduktivitas dan konsentrasi untuk beberapa jenis larutan pada suhu tertentu.

Gambar 1.2.4 Grafik Hubungan Konduktivitas dengan Konsentrasi

(Sumber: Sinaga, 2010)

Elemen pertama pada pengukuran konduktivitas listrik berbentuk konduktivitas sel yang terdiri atas sepasang elektroda yang luas permukaannya ditetapkan dengan teliti. Konduktivitas yang diukur dengan sel konduktivitas dinyatakan dengan rumus:

                                                           

dimana;

k = konduktivitas (mho/cm)

C = konduktansi (mho)

A = Luas elektroda (cm³ )

l = Jarak antara elektroda (cm)

Dari persamaan diatas, suatu konduktansi dengan nilai 1 mho dapat dinyatakan sebagai kemampuan hantar dari zat cair yang berukuran luas penampang 1 cm² dan jarak 1 cm atau volume zat cair sebesar 1 cm³ untuk arus 1 ampere dengan tegangan 1 volt. Jika arus yang dapat dihantarkan lebih besar lagi, maka konduktansinya lebih besar pula. Jika pada suatu resistor dialirkan arus yang membesar, maka tahanan atau resistansinya akan mengecil. Hal ini berarti bahwa konduktivitas adalah kebalikan dari dari resistansi, mho = 1/ohm (Sinaga, 2010).

Ø  Perbedaan Larutan Berdasarkan Daya Hantar Listrik (Konduktivitas)

Berdasarkan daya hantar listriknya, larutan dibedakan menjadi 2 golongan yaitu larutan elektrolit dan larutan non elektrolit. Perbedaan antara kedua larutan ini terlihat pada table berikut :

Tabel 1.2.4. Perbandingan larutan elektrolit dan larutan non elektrolit

(Sumber: Sinaga, 2010)

DAFTAR PUSTAKA

Khopkhar, SM. 1990. Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta : UI Press

Nugroho, Arya. 2010. Larutan Elektrolit.

Sinaga. 2010. Studi Flowmeter Magnetik.