coulometri

TUGAS KIMIA ANALISIS MAKALAH COULOMETRI

Disusun Oleh NAMA

: Ivan Aditya Gunawan

NIM

: L2C009082

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG DESEMBER 2013

BAB I PENDAHULUAN

I.1

Latar Belakang

Aliran listrik melewati suatu penghantar logam melibatkan perpindahan elektron dari  potensial negatif yang lebih tinggi ke potensial negatif yang lebih rendah. Pada penghantar elektrolitik yang mencakup lelehan garam dan larutan elektrolit, penghantaran terjadi melalui  perpindahan ion positif dan negatif elektrolit menuju elektroda-elektroda. Aliran listrik ini  biasanya disertai dengan perubahan kimia pada elektroda tergantung dari bahan elektroda dan elektrolit yang dipakai. Mekanisme penghantaran elektrolitik merupakan dasar bagi coulometer dalam menentukan jumlah listrik yang mengalir pada suatu sel. Coulometri merupakan salah satu metode elektro-analisis, yaitu metode analisis kimia yang melibatkan pengukuran jumlah listrik (dalam coulomb) yang diperlukan untuk mengubah analit secara kuantitatif ke tingkat oksidasi yang berbeda. Reaksi dikendalikan dengan mengatur energi potensial dan jumlah listrik yang diperlukan untuk melengkapi reaksi. Ada dua teknik dasar coulometri, yaitu coulometri potensial tetap dan coulometri arus tetap. Metode coulometri memiliki kelebihan dimana konsentrasi analit yang sangat kecildapat diukur secara tepat. Selain itu metode ini lebih akurat, aku rat, cepat dan mudah untuk dilakukan dibandingkan dengan metode gravimetri.

I.2

Tujuan

Tujuan dari penulisan makalah ini adalah: 1.

Mengetahui teori dasar coulometri

2.

Mengetahui metode dasar coulometri

3.

Mengetahui beberapa aplikasi coulometri

BAB II ISI

II.1

Teori Dasar Coulometri

Coulometri merupakan metode analisis yang didasarkan pada pengukuran jumlah listrik yang diperlukan untuk membentuk analit secara kuantitatif. Apabila suatu arus sebesar 1 ampere dilewatkan selama 1 detik maka banyaknya listrik yang terjadi sebesar 1 coulomb.

    Di mana Q  adalah   adalah jumlah listrik dalam coulomb, I  adalah   adalah kuat arus listrik yang mengalir dalam ampere, dan t  adalah waktu dalam detik. Hal ini sesuai dengan Hukum Faraday I di mana untuk setiap ekuivalen perubahan kimia  pada sebuah elektrode diperlukan 96.500 coulomb listrik (tetapan Faraday). Dalam suatu analisis coulometri berat analit yang sedang dielektrolisis dapat dihitung be rdasarkan persamaan:

    

Di mana W   merupakan berat analit yang sedang dielektrolisis, n  adalah   adalah bilangan elektron yang dipindahkan, BM   adalah berat molekul, dan F    adalah tetapan Faraday sebesar 96.500. Apabila sejumlah zat telah diketahui banyaknya maka jumlah elektron (n) yang terlibat dalam suatu  proses kimia zat tersebutdapat dihitung. Metode coulometri memiliki kelebihan dimana konsentrasi analit yang sangat kecil dapat diukur secara tepat. Selain itu ,metode ini lebih akurat, cepat dan mudah untuk dilakukan dibandingkan dengan metode gravimetri.

II.2

Teknik Dasar Coulometri

Terdapat dua jenis teknik dasar coulometri, yaitu coulometri potensial tetap atau disebut dengan coulometri potensiostatik dan coulometri arus tetap atau disebut dengan titrasi coulometri.

II.2.2 Coulometri Potensial Tetap (Coulometri Potensiostatik)

Metode coulometri yang melibatkan pengaturan potensial listrik elektroda yang bekerja (elektroda yang menyebabkan terjadinya reaksi analisis) pada tingkat yang tetap sehingga menyebabkan analit bereaksi secara kuantitatif dengan arus tanpa melibatkan komponen lain di dalam cuplikan. Pengaturan potensial pada analisis coulometri menyebabkan arus akan  berkurang secara eksponensial dengan waktu, berdasarkan persamaan:

     Dimana I o     adalaharus pada saat t , dan k  adalah  adalah suatu tetapan yaitu sebesar: o adalah   adalah arus awal, I t  t adalaharus

      Dimana D  adalah  adalah koefisien difusi dari zat yang tereduksi, A adalah luas elektrode, δ   adalah tebal lapis difusi dan V    adalah volume total dari larutan dengan konsentrasi C . Kuantitas listrik Q  (coulomb) yang mengalir dari awal pada saat waktu 0 hingga waktu t dapat dihitung berdasarkan  persamaan :



∫ 

Integral diatas secara grafik merupakan luas daerah di bawah kurva arus waktu. Analisis ini mempunyai semua keuntungan yang dimiliki oleh metode elektrogravimetri dan tidak terbatas pada hasil yang ditimbang. Peralatan yang diperlukan pada analisis secara coulometri terbagi menjadi 3 yaitu sel elektrolisis, coulometer (untuk menetapkan kuantitas listrik) dan sumber arus terkendali. Sel Elektrolisis

Pada coulometri potensial tetap, terdapat dua jenis sel yang digunakan. Jenis  pertama terdiri dari elektroda kerja (kasaplatina) dan elektroda pasangan(kawat platina), yang dipisahkan dari larutan oleh tabung berpori yang mengandung elektrolit elektroda  pendukung yang sama seperti di dalam larutan yang di uji. Pemisahan elektroda dipasang untuk mencegah hasil reaksi dari gangguan di dalam analisis. Elektroda pembanding kolomel jenuh dihubungkan dengan larutan yang di uji dengan bantuan jembatan garam. Jenis kedua adalah bejana berisi raksa yang digunakan untuk memisahkan unsur-unsur yang mudah direduksi sebagai langkah pendahuluan dalam analisis. Contoh: tembaga, nikel,kobalt, segera dipisahkan dengan ion aluminium, logam alkali, dan pospat

Coulometer

Coulometer

yang

sesuai

untuk

mengukur

kuantitas

listrik

terdiri

dari

coulometer perak, coulometer cou lometer iod, coulometer hidrogen-oksigen, hidrogen -oksigen, dan coulometer hidrogen-nitrogen dimana dalam penggunaannya masing-masing elektroda dihubungkan secara seri dengan sel elektrolisis. Pada coulometer perak, katoda platinum berfungsi sebagai katoda untuk elektrolisis perak nitrat 10 persen bersama sebuah batang anoda  perak. Kenaikan berat dari logam perak yang terdeposit memberikan ukuran kuantitas listrik yang telah lewat. Coulometer iod mempunyai sepasang elektroda platinum yang terendam dalam larutan kalium iodida. Pada penetapan akhir, iod yang dibebaskan dititrasi dengan larutan tiosulfat standar sehingga kuantitas listrik yang lewat dapat dihitung. Coulometer hidrogen-oksigen melibatkan proses elektrolisis larutan kalium sulfat antara 2 elektroda platinum. Pada air anoda akan teroksidasi menjadi oksigen dimana gas hidrogen terbentuk pada katoda. Gas yang terbentuk akan dikumpulkan pada suatu tabung tertutup dan volumenya akan diukur pada temperature dan tekanan tertentu dan dikoreksi pada keadaan STP sehingga kuantitas listrik dapat dihitung. Coulometer hidrogen-nitrogen merupakan coulometer yang paling disukai dengan larutan hidrazinium sulfat sebagai larutan elektrolitnya dimana gas nitrogen akan terbentuk pada anoda. Sumber Arus Terkendali

Sumber arus untuk elektrolisis berupa baterai aki besar atau sebuah penyuplai tenaga listrik yang dioperasikan dari saluran listrik pusat bersama-sama sebuah resistor  besar secara seri.

Metode coulometri potensiostatik telah digunakan pada penentuan 55 unsur dalam senyawa anorganik. Cara kerja coulometri potensiostatik p otensiostatik juga

memungkinkan penentuan secara

elektrolisis (dan sintesis) senyawa organik. Pengukuran coulometri mempunyai kesalahan yang relatif rendah dalam analisisnya. Arus yang dapat berubah dalam metode coulometri banyak digunakan untuk memantau kepekatan komponen-komponen dalam bentuk gas dan cairan secara terus-menerus dan otomatis, misal untuk menentukan konsentrasi oksigen yang sangat rendah. Katoda perak berpori berfungsi untuk menyebarkan gas yang masuk menjadi gelembunggelembung kecil, pereduksi anoksigen terjadi secara k uantitatif di dalam pori-pori yaitu: -

-

O2(g) + 2H2O + 4e ↔ 4OH 4OH

Anoda adalah lempengan cadmium. reaksi setengah selnya adalah: -

-

Cd(s) + 2OH ↔ Cd(OH)2 + 2e

Dalam prosesnya akan terjadi suatu sel galvani sehingga tenaga listik dari luar, juga potensiostat tidak diperlukan, karena potensial anoda yang bekerja untuk mengoksidasi zat-zat lain tidak cukup besar. Arus listrik yang dihasilkan dialirkanmelalui tahanan standard, serta penurunan  potensial di catat. Kepekatan (konsentrasi) oksigen sebanding dengan potensial.

II.2.2 Coulometri Arus Tetap (Titrasi Coulometrik)

Titrasi coulometri banyak digunakan secara meluas bahkan pada zat yang tidak bereaksi secara kuantitatif pada sebuah elektroda dapat juga ditentukan. Kuantitas dari zat yang bereaksi dapat dihitung dengan menggunakan bantuan hukum Faraday dan kuantitas listrik yang mengalir dapat dihitung dengan menggunakan waktu elektrolisis elek trolisis pada arus yang konstan. Metode ini mempunyai kepekaan yang tinggi karena dengan arus yang kecil dan waktu yang sangat cepat dapat digunakan untuk mengukur menguku r unsur atau senyawa dengan cepat walaupun konsentrasi senyawa tersebut kecil. Di dalam titrasi coulometri, arus tetap dijaga secara hati-hati dan diketahui secara tepat dengan bantuan amperestat, kemudian hasil arus (dalam ampere) dan waktu (dalam detik) dicatat untuk menentukan titik akhir titrasi yang hasilnya adalah jumlah coulomb. Jumlah coulomb berbanding lurus dengan jumlah analit yang terlibat dalam elektrolisis. Dengan metode ini reaksi reduksi atau oksidasi analit secara kuantitatif tidak sempurna karena pemolaran kepekatan (perubahan konsentrasi) terjadi sebelum elektrolisis selesai. Titrasi coulometri kebanyakan menggunakan metode volumetri, potensiometri, amperometri dan  pengukuran daya da ya hantar listrik. Persamaan diantara titrasi volumetric dan coulometri adalah titik akhir yang dapat diamati. Dalam kedua metode, jumlah analit ditentukan melalui pengujian gabungan kapasitasnya, di satu pihak larutan baku dan di lain pihak elektron. Kebutuhan yang serupa adalah reaksi yang terjadi harus cepat, sempurna, dan bebas dari reaksi sampingan. Instrumentasi yag digunakan pada metode ini antara lain adalah alat pengukur arus, pengukur waktu, dan sel coulometrik. Alat Pengukur Arus

Arus yang digunakan pada titrasi coulometri biasanya dalam rentang 1-50 mA. Arus-arus yang konstan dapat diperoleh dengan mudah menggunakan baterai dengan

suatu tahanan pengatur seri. Penyesuaian tahanan seri ini secara berkala diperlukan untuk menjaga agar arus tetap konstan. Alat yang lebih teliti dan seksama untuk pengukuran arus adalah dengan menggunakan sebuah potensiometer. Pengukur Waktu

Sebuah stop-clock listrik dijalankan dengan cara membuka dan menutup rangkaian elektrolisis. Untuk pengendalian secara baik maka perlu dilengkapi dengan rem magnetik di mana dimulai berjalan dan berhentinya serempak dengan dimulai dan dihentikannya arus. Pengukuran waktu listrik harus dikendalikan dengan saklar yang sama yang menjalankan dan menghentikan arus listrik. Sel Coulometri

Sel coulometrik terdiri dari elektroda generator (elektroda kerja) sebagai tempat dihasilkannya titran secara listrik dan elektroda pembantu. Elektroda kerja yang umum digunakan adalah dari bahan platinum, emas, perak dan merkurium. Elektroda pembantu umumnya dari platinum. Bagian lainnya adalah elektroda indikator yang terdiri dari sepasang lembaran tipis platinum atau terdiri dari sebuah platinum dan lainnya adalah sebuah elektroda pembanding kalomel jenuh.

Prosedur umum pada titrasi coulometri yaitu sel elektrolisis dipasang, diikuti dengan elektroda generator dan elektroda indikator pada tempatnya. Sel titrasi diisi dengan larutan dimana titran akan dibentuk secara elektrolisis bersama-sama dengan larutan yang akan dititrasi. Bagian dari elektroda pembantu diisi dengan suatu larutan elektrolit yang sesuai. Elektroda indikator dihubungkan dengan alat yang digunakan untuk mendeteksi titik akhir titrasi berupa  pH-meter atau galvanometer. Selama proses elektrolisis dilakukan pengadukan dengan menggunakan sebuah sebu ah pengadukan magnetik. Arus disesuaikan dengan harga yang tepat, dihidupkan dan reaksi antara titran yang dibentuk secara internal sehingga larutan uji dibiarkan berlangsung. Pembacaan dilakukan secara berkala (lebih sering dilakukan pada saat hampir mencapai titik akhir titrasi) dari instrumen indikator (misal pH-meter). Titik akhir titrasi dapat dengan mudah ditentukan dari gambar grafik dimana kurva turunan yang pertama atau kedua dibuat untuk mencari letak titik ekivalen dengan tetap.

Beberapa keuntungan titrasi coulometri antara lain adalah : 

Tidak memerlukan larutan standar karena yang diukur adalah perubahanCoulomb dengan besarnya arus yang dibuat konstan



Senyawa atau unsur yang kurang atau tidak stabil dapat digunakankarena senyawa atau unsur tersebut begitu ditambahkan akan secepatnya bereaksi



Waktu analisis yang cepat.



Dapat dilakukan secara otomatis sehingga memungkinkan untuk digunakan dalam  penentuan unsur radioaktif.

II.3

Aplikasi Coulometri

Metode coulometri (khususnya coloumetri potensiostatik) telah banyak digunakan untuk menentukan lebih dari 50 jenis unsur. Coloumetri banyak digunakan untuk menentukan kadar uranium dan plutonium, karena pada teknik ini interaksi antara komponen alat dan sampel minimal, sehingga aman untuk unsur-unsur yang bersifat radioaktif. Penggunaan lain dari coloumetri yang sering digunakan adalah untuk menentukan kadar oksigen pada suatu sampel, menggunakan elektroda Kadmium dan logam perak berpori. Coloumetri adalah teknik yang tepat untuk menentukan kadar oksigen dalam suatu sampel karena tidak membutuhkan sumber listrik dari luar, karena energinya sudah cukup dari reaksi redoks yang terjadi. Keefisienan teknik coloumetri untuk menentukan kadar oksigen membuat coloumetri digunakan dalam penentuan kadar air dalam suatu campuran minyak-air. Selain itu teknik coloumetri dapat juga digunakan untuk memisahkan campuran material tertentu, untuk mengukur laju difusi, dan untuk menentukan kadar suatu senyawa organik. Penggunaan teknik coloumetri yang paling populer adalah pada reaksi Karl Fischer dan pada penentuan ketebalan suatu film. Reaksi Karl Fischer

Reaksi Karl Fischer adalah metode titrasi yang dikenalkan oleh seorang kimiawan Jerman, Karl Fischer, untuk menentukan kadar air dalam sampel. Teknik ini diperkenalkan untuk menentukan kadar air dalam suatu sampel, dengan teknik coloumetri. Biasanya reaksi Karl Fischer ini diterapkan untuk menentukan kadar air dalam bahan-bahan yang memiliki interaksi khusus dengan air seperti mentega, gula, keju, kertas dan minyak bumi. Elektroda utamanya adalah iodin, dan elektroda

tambahannya adalah platina, dengan den gan pelarut yang paling banyak digunakan di gunakan adalah metanol yang dicampur dengan sedikit piridin. Reaksi secara umumyang terjadi adalah: [C5H5 NH]SO3CH3 + I2 + H2O + 2C5H5 N

 [C H  NH]SO CH  + 2[C H  NH]I 5

5

4

3

5

5

Penentuan Ketebalan suatu Film

Coloumetri dapat digunakan untuk menentukan ketebalan suatu pelapis berbahan logam tertentu. Teknik ini dilakukan dengan mengukur energi listrik yang dibutuhkan untuk melarutkan sampel bahan pelapis tertentu, di mana ketebalan film sebanding dengan bobot molekul logam, arus yang bekerja dan berbanding terbalik dengan masa  jenis logam dan luas permukaan sampel. Elektroda yang biasa digunakan adalah platina, dan sebuah elektroda yang jenisnya tergantung pada reaksi yang terjadi.

BAB III PENUTUP

III.1

Kesimpulan

Dari penjelasan yang telah disampaikan di atas, dapat ditarik beberapa kesimpulan yang  berhubungan dengan coulumetri antara lain : 1.

Coulometri merupakan salah satu metode elektroanalisis yaitu analisis yang melibatkan pengukuran jumlah arus listrik (dalam coulomb) yang diperlukan untuk mengubah analit secara kuantitatif ke tingkat oksidasi yang berbeda.

2.

Metode dasar coulometri ada dua yaitu coulometri potensial tetap dan coulometri arus tetap.

3.

Beberapa aplikasi metode analisis coulometri adalah pada reaksi Karl Fischer dan  penentuan ketebalan film.