ELEKTRO KIMIA BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang
1.2
Rumusan Masalah
BAB II GAMBARAN UMUM 2.1
Teknik Voltametri
2.2
Teknik Kulometri
BAB III PEMBAHASAN 3.1. Teknik Voltrametri 3.2. Teknik Volumetri BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN 4.1
Kesimpulan
4.2
Saran
DAFTAR PUSTAKA
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Metode elektrokimia merupakan salah satu hal yang penting dalam bidang
kimia. Pengukuran secara elektrokimia dilakukan dnegan menggunakan sel elektrokimia. Terdiri dari dua atau lebih elektroda dan elektronik untuk mengontrol serta menentukan arus dan potensial. Pada metode elektrokimia, ada yang tidak menggunakan arus ( i = 0 ) dan ada pula yang menggunakan arus ( i 0 ). Contoh yang tidak menggunakan arus adalah potensiometri, sedangkan yang menggunakan arus adalah voltametri, amperometri dan kulometri. Yang akan diangkat dalam makalah ini adalah metode voltametri dan kulometri. Aplikasi voltametri dan kulometri yang dibahas dalam jurnal adalah voltametri siklik dan kulometri potensial. Kedua metode tersebut digunakan dalam mensintesis senyawa turunan benzofuranokuinon dengan cara yang ramah lingkungan.
1.2 Rumusan Masalah Apakah metode voltametri dan kulometri yang ramah lingkungan dapat digunakan dalam mensintesis senyawa turunan benzofuranokuinon ?
2
1.3
Ruang Lingkup Kajian Untuk menjawab rumusan masalah di atas, akan kami kaji hal-hal berikut: a) Dasar metode siklik voltametri dan kulometri kontrol potensial b)
Pengaplikasian
metode siklik voltametri dan kulometri kontrol
potensial yang ramah lingkungan dalam mensintesis senyawa turunan benzofuranokuinon. c)
Hasil sintesis senyawa turunan benzofuranokuinon.
1.4 Tujuan Penulisan Tujuan yang hendak dicapai melalui penulisan makalah ini adalah untuk menganalisis metode siklik voltametri dan kulometri kontrol potensial dalam mensintesis senyawa turunan benzofuranokuinon dengan cara yang ramah lingkungan. 1.5
Metode dan Teknik Pengumpulan Data
1.5.1 Metode Metode yang digunakan adalah deskriptif analitis karena penelitian ini hanya mendeskripsikan data yang diperoleh dari studi pustaka yang kami lakukan. Data tersebut didapat dari berbagai literatur. 1.5.2 Teknik pengumpulan data Teknik yang kami gunakan dalam melakukan pengumpulan data adalah studi pustaka. Kami memperoleh data dari berbagai literatur, baik berbagai textbook maupun internet.
3
BAB II PEMBAHASAN
2.1
Teknik Voltametri Voltametri merupakan suatu metode elektrokimia yang menggunakan
berbagai macam nilai potensial. Voltametri adalah suatu metode dimana pengukuran arus sebagai suatu fungsi dari potensial yang diterapkan. Voltametri terdahulu hanya bergantung pada dua buah elektroda, sedangkan voltametri modern bergantung pada tiga buah elektroda seperti yang tergambar berikut ini :
Gambar 1 Diagram manual potensiostat Pengaturan waktu bergantung pada sinyal eksitasi potensial diterapkan pada elektroda kerja, perubahan potensialnya relatif terhadap potensial tetap pada elektroda pembanding. Elektroda pembantu biasanya berupa kawat platinum dan SCE serta elektroda Ag/AgCl biasanya merupakan elektroda pembanding. Pada umumnya elektroda kerja menggunakan merkuri karena memiliki banyak keuntungan.
4
Gambar 2 Diagram elektroda padat Elektroda padatan seperti gambar diatas tersusun menggunakan platinum, emas, perak atau karbon kemungkinan digunakan yang melebihi batas potensial, termasuk potensial yang negatif dan positif dengan mengacu pada SCE (elektroda kalomel jenuh). Elektroda padatan dapat digunakan dengan ditempatkan pada merkuri untuk banyak analisis voltametri yang membutuhkan potensial negatif, dan untuk analisis voltametri pada potensial positif dimana elektroda merkuri tidak dapat digunakan. Pada jurnal yang dibahas, elektroda kerja yang digunakan adalah elektroda padatan karbon. Elektroda pasta karbon dibuat dengan memenuhi lubang di ujung pada penahan inert dengan pasta yang mengandung partikel karbon dan minyak kental. Permasalahan yang sering terjadi pada elektroda padatan ini adalah kemungkinan permukaan elektroda akan berubah karena adsorpsi dari
5
jenis larutan atau pembentukan permukaan oksida. Untuk mengatasi hal ini, elektroda padatan perlu dibersihkan kembali (biasanya diratakan) sebelum digunakan lagi. Hasil dari teknik voltametri ini berupa grafik yang disebut voltamogram. Pada voltamogram yang dialurkan adalah arus terhadap potensial. Berikut ini adalah bentuk-bentuk umum dari voltamogram :
Gambar 3 Bentuk umum voltamogram Pada bentuk voltamogram 11.33 (a) dan (b), arus dimonitor sebagai fungsi dari potensial yang digunakan. Sedangkan pada bentuk voltamogram (c) adalah perubahan arus diikuti oleh perubahan potensial dan dikarakterisasi oleh puncak arus. Jika pada teknik voltametri yang digunakan, dilakukan penggeseran tahanan, alat dibuat pada potensial tertentu, setelah stabil arus difusi dicatat, kemudian potensial digeser ke nilai lainnya, dilakukan pencatatan kembali arus difusi. Rekaman hasil pengaluran kurva potensial arus ini dikenal sebagai polarograf. Pada suatu model polarograf sederhana, potensial yang diberikan pada sel secara kontinu diperbesar ke arah negatif dan arus yang mengalir
6
diukur. Kurva hubungan antara potensial (yang linear terhadap waktu) dan arus yang mengalir dicatat dan dikenal sebagai polarogram.
Gambar 4 Sinyal eksitasi potensial dan voltamogram untuk polarografi normal
Polarografi dengan sistem rapid scan merupakan cara menscanning tegangan pada elektroda dalam periode waktu yang sesuai dengan waktu hidup tetesan merkuri. Karena cepatnya sapuan tegangan ini, sedangkan proses difusi berjalan lebih lambat, maka materi tereduksi pada permukaan elektroda tidak mencukupi sehingga keadaan kesetimbangan potensial elektroda tidak pernah tercapai. Voltametri siklik merupakan modifikasi dari polarografi sistem rapid scan di mana arah dari penyapuan (scanning) dapat dibalik kembali setelah reduksi berlangsung.
2.2
Teknik Kulometri Metode kulometridilakukan melalui pengukuran kuantitas muatan listrik
(elektron) dibutuhkan untuk mengubah sampel analit secara kuantitatif menjadi suatu perbedaan bilangan oksidasi. Keuntungan metode kulometri adalah perbandingan tetap antara pengukuran kuantitas dan jumlah analit diperoleh dari
7
konstanta fisikal yang diketahui secara akurat. Prosedur kulometri biasanya berlangsung dengan cepat dan tidak mengharuskan produk dari reaksi elektrokimia sebagai suatu padatan yang memiliki berat. Metode kulometri sama akuratnya dengan gravimetri konvensional dan prosedur volumetri dan pada penambahan terbaca secara otomatis. Muatan total, Q, dalam
coulomb, yang ada selama elektrolisis
berhubungan dengan jumlah analit absolut dinyatakan dalam hukum Faraday : Q = nFN Persamaan 1Muatan total dimana n adalah banyaknya elektron yang ditransfer per mol analit, F adalah konstanta Faraday dan N adalah mol analit. Satuan coulomb juga ekivalen dengan A . s , untuk arus konstan ( i ), muatan menjadi : Q = i te Persamaan 2 Muatan untuk arus konstan dimana te adalah waktu elektrolisis. Jika arus bervariasi dengan waktu, seperti yang terjadi pata kulometri kontrol potensial, maka muatan total dinyatakan dengan :
Q
t t e
i(t )dt
t 0
Persamaan 3 Muatan untuk arus bervariasi dengan waktu Pada kulometri, cara yang digunakan ada dua, yaitu kulometri kontrol potensial dan kulometri kontrol arus. Berikut ini yang akan dijelaskan adalah kulometri kontrol potensial seperti yang diaplikasikan pada jurnal. Arus yang mengalir pada sel elektrokimia dibawah kondisi sel elektrokimia tetap seimbang dengan konsentrasi analit. Pada perkembangan elektrolisis,
8
konsentrasi analit berkurang, bagitu pula yang terjadi pada arus. Hasil pengaluran arus terhadap profil waktu untuk kulometri potensial kontrol yang juga dikenal dengan kulometri potensiostatis adalah sebagai berikut :
Gambar 5 Kurva arus terhadap waktu untuk kulometri kontrol potensial Pada kulometri kontrol potensial, potensial ditentukan sehingga jalannya reaksi oksidasi atau reduksi ke arah penyelesaian tanpa gangguan dari reaksi redoks yang melibatkan komponen lain pada matriks sampel. Pada kurva arus terhadap waktu diatas, dapat dilihat bahwa arus berkurang secara kontinu selama elektrolisis. Suatu elektrolisis yang sempurna akan membutuhkan waktu yang lama. Sehingga waktu menjadi suatu pertimbangan yang sangat penting dalam memilih dan merancang metode analisis, faktor-faktor yang menentukan waktu analisis perlu dipertimbangkan. Arus pada waktu tertentu ( t ) dinyatakan sebagai : i i0 e kt ,
Persamaan 4 Arus pada waktu tertentu
9
dimana i0 adalah arus awal dan k adalah konstanta yang sacara langsung sebanding dengan wilayah dari elektroda kerja serta kecepatan perputaran dan berbanding terbalik dengan volume larutan. Untuk mencapai kesempurnaan elektrolisis 99,99% pada analit yang dioksidasi maupun direduksi, arus pada akhir analisis, te, diperkirakan kurang lebih sebagai berikut :
i 10 4 i0
Dengan mensubstitusikan kedua persamaan diatas, maka akan didapat hubungan antara te dan k adalah : te
1 9.21 ln(10 4 ) k k
Persamaan 5 Hubungan antara te dan k Dari persamaan diatas, dapat disimpulkan bahwa nilai k yang besar akan menghasilkan waktu analisis yang pendek. Karena alasan ini, kulometri kontrol potensial dilakukan pada volume kecil sel elektrokimia, menggunakan elektroda dengan luas permukaan yang besar dan kecepatan perputaran yang tinggi. Turunan catechol merupakan senyawa yang sangat bermanfaat untuk penelitian lebih lanjut yang mungkin bisa memimpin penemuan-penemuan lainnya. Senyawa catechol sendiri dan catechol mono tersubstitusi (-OH, -CH3, OCH3, -CHO, -COOH) aktif menjadi bagian yang melawan Pseudomonas, Bacillus, tetapi tidak dengan spesies Penicillium. Banyak senyawa flavonoid dan turunan catechol yang menjadi bahan antimikrobial. Beberapa tahun belakangan ini, dalam kesehatan, senyawa turunan benzofuran sudah diselediki secara luas dan didapatkan hasil bahwa senyawa
tersebut
efektif
sebagai
antitumor,
10
antidepresan,
antijamur,
antihipertensif dan sitotoksik. Selain itu, kuinon juga penting karena berbagai macam obat-obatan seperti doxorubicin, daunorubicin dan mitomycin C dalam kemoterapi kanker mengandung kuinon, selain itu juga kuinon banyak ditemukan dalam industri. Pada jurnal ini akan dibahas suatu sintesis senyawa turunan benzofuranokuinon dengan metode elektrokimia yang ramah terhadap lingkungan. Oksidasi elektrokimia catechol dipelajari pada kondisi dengan adanya 2-hidroksi-1,4naftokuinon pada larutan aqua melalui metode siklik voltametri dan kulometri kontrol potensial. Penelitian Elektrokimia Siklik voltametri untuk 2 mM catechol (1a) pada larutan encer yang mengandung 0,2 M buffer asetat (pH = 5,0) memberikan hasil satu anodik (A 1) dan puncak katodik (C1) yang sesuai dengan perubahan 1a menjadi obenzokuinon (2a). Hasilnya sebagai berikut :
11
Gambar 6 Voltamogram siklik voltametri untuk 2 mM catechol pada larutan encer yang mengandung 0,2 M buffer asetat (pH = 5,0)
Siklik voltamogram dari 2 mM 2-hidroksi-1,4-naftokuinon pada larutan encer yang mengandung buffer asetat ( pH=5,0 ) mununjukkan satu anodik (A2) dan puncak katodik (C2) yang sesuai dengan perubahan naftalen-1,2,4-triol (3a) menjadi (3b) adalah sebagai berikut :
Gambar 7 Siklik voltamogram dari 2 mM 2-hidroksi-1,4-naftokuinon pada larutan encer yang mengandung buffer asetat ( pH=5,0 ) Puncak pada C1 yang sesuai dengan reduksi o-benzokuinon menurun. Bagaimanapun hal ini sesuai dengan penambahan kecepatan sapuan potensial, tinggi puncak C1 meningkat, dapat dilihat dalam hasil berikut :
12
Gambar 8 Siklik voltamogram 2 mM Catechol dengan keberadaan 2 mM 2hidroksi-1,4-naftokuinon Kondisi yang sama diobservasi ketika perbandingan konsentrasi 3b dengan 1a menurun. Alur rasio arus puncak (IpC1 / IpA1) terhadap kecepatan scan, campuran dari 1a dan 3b menegaskan reaktivitas o-benzokuinon (2a) ke arah 3b, yang terlihat sebagai peningkatan tinggi puncak katodik C1 pada kecepatan scan yang lebih tinggi (gambar diatas pada kurva f). Disamping itu, fungsi arus untuk puncak A1, (IpA1 / v1/2), menurun dengan meningkatnya kecepatan scan (gambar diatas pada kurva g). Analisis siklik voltametri yang dilaksanakan selama elektrolisis menunjukkan penurunan secara bertahap puncak A1. Semua puncak anodik dan katodik menghilang ketika jumlah pemakaian muatan menjadi kira-kira 4e- per molekul 1a. Tingkah laku ini diambil dari mekanisme ECEC. Berdasarkan hasil, tampak bahwa reaksi adisi Michael pada anion 3b terhadap o-benzokuinon (2a) (2) lebih cepat daripada reaksi sekunder lainnya, terutama
13
zat antara 5a dan 6a. Oksidasi senyawa 5a dan 6a lebih mudah daripada oksidasi molekul pemulai (1a) melalui kelebihan adanya kelompok penyumbang elektron. Reaksi intramolekular dilakukan melalui reaksi 1,4-adisi (Michael) (4 dan 5). Pengaruh pH Pengaruh daripada pH diselediki melalui berbagai hasil siklik voltamogram pada range pH 2,0-9,0. Siklik voltamogram menunjukkan satu anodik (A1) dan suatu puncak katodik yang sesuai (C1). Terlihat keseimbangan bahwa dengan meningkatnya pH akan mengakibatkan tinggi puncak C1 menurun. Disisi lain, pada larutan basa, perbandingan arus puncak (IpC1 / IpA1) lebih kecil daripada kesatuan dab peningkatan dengan penurunan pH sama baiknya dengan peningkatan kecepatan sapuan potensial. Observasi ini bisa dihubungkan dengan kopling dari bentuk anionik atau dianionik pada 1a dengan obenzoquinon (2a) (reaksi dimerisasi). Berikut ini adalah hasil siklik voltamogram dalam berbagai range pH :
14
Gambar 9 Siklik voltamogram hasil percobaan
Pada gambar berbagai siklik voltamogram diatas, kurva a menunjukkan kondisi 2 mM 1a tanpa kehadiran 3b. Sedangkan kurva b menunjukkan kondisi 2 mM 1a 15
dengan kehadiran 2 mM 3b pada pH yang berbeda-beda. Seperti yang ditunjukkan pada kurva b, perbandingan arus puncak (I pC1 / IpA1) meningkat dengan menurunnya pH. Ini bisa dihubungkan dengan protonasi anion 3b dan inaktivasinya menuju reaksi adisi Michael dengan 2a yang membesar melalui menurunnya pH. Perbandingan dari rasio arus puncak pada tanpa kehadiran dan dengan kehadiran 3b [( IpA1 / IpC1)absence/(IpA1/IpC1)presence] terhadap pH ditunjukkan pada kurva terakhir di gambar atas. Kurva ini memiliki pH maksimum di 7,0. Selain itu, pada penelitian ini, larutan yang mengandung buffer fosfat (pH 7,0 ; 0,2 M) dipilih sebagai media yang lebih cocok untuk sintesis senyawa 8a-c dan 10a-c. Karakterisasi senyawa yang disintesis dilakukan melalui metode NMR. Dari hasil NMR yang didapatkan, disimpulkan bahwa sintesis ini berlangsung dengan baik.
16
Gambar 10 Struktur-struktur senyawa
Gambar 11 Hasil oksidasi elektrokimia 3-metilcatechol dengan keberasaan 2-hidroksi-1,4-naftokuinon
17
BAB III PENUTUP
4.1
Kesimpulan Dari pembahasan jurnal, metode elektrokimia yang ramah lingkungan
dapat digunakan untuk mensintesis senyawa turunan benzofuranokuinon. Metode elektrokimia yang digunakan adalah siklik voltametri dan kulometri kontrol potensial. Dari hasil yang didapat, dilakukan pengujian senyawa yang disintesis melalui NMR dan disimpulkan bahwa senyawa tersebut berhasil disintesis.
4.2
Saran Sebaiknya dilakukan pengembangan yang lebih luas terhadap metode
elektrokimia-elektrokimia rsmah lingkungan lainnya agar dapat dimanfaatkan dalam bidang kimia tanpa menimbulkan suatu kerugian disisi lain, yaitu kerusakan lingkungan.
18
DAFTAR PUSTAKA Harvey, David. 2000. Modern Analytical Chemistry. McGrawHill. Hal : 524-540 Khopkar,S.M. 1990. Konsep Dasar Kimia Analitik. Edisi pertama. Jakarta: Penerbit UI Press. Hal : 332-345 ; 381-384 R.A,Day dan A.L Underwood. 2002. Analisis Kimia Kuantitatif. Edisi keenam. Jakarta: Penerbit Erlangga. hal: 351-377 Skoog, Douglas A., F. James Holler,Timothy A. Nieman. 1998. Principles of Intrumental Analysis. 5th edition. San Fransisco: Saunders College Publishing. hal : 431-495
19
