2.3 Variasi Konduktivitas terhadap Konsentrasi
2.3.1. Variasi Konduktivitas terhadap Konsentrasi Elektrolit Kuat
Konduktivitas ekivalen suatu larutan tidak bervariasi secara linear dengan konsentrasi. Pengaruh konsentrasi pada konduktivitas ekivalen dapat dipelajari
dengan memplotkan nilai-nilai Ʌ dengan nilai akar dari konsentrasi. Diketahui
bahwa variasi konduktivitas ekivalen dengan √� bergantung pada sifat elektrolit
tersebut.
Elektrolit kuat terionisasi sempurna pada berbagai konsentrasi atau pengenceran.Peningkatan konduktivitas ekivalen bukan karena peningkatan arus
yang dibawa oleh spesi ion. Faktanya hal ini disebabkan oleh penurunan gaya tarik-menarik di antara ion-ion yang muatannya berlawanan seiring dengan
penurunan konsentrasi atau peningkatan pengenceran. Pada konsentrasi yang lebih tinggi, gaya tarik-menarik di antara ion-ion yang berlawanan meningkat F
∞ q
1
q
2
r
2
. Sebagai akibatnya, hal ini mempengaruhi kecepatan ion-ion dalam pergerakannya menuju elektroda yang bermuatan berlawanan.Peristiwa ini disebut
interferensi ionik.Ketika suatu larutan menjadi semakin encer, konduktivitas ekivalen meningkat, hingga mencapai nilai batasnya.Nilai ini disebut sebagai
konduktivitas ekivalen pada pengenceran yang tidak terbatas konsentrasi nol.
2.3.2. Teori Debye-Huckel
Suatu penjelasan yang masuk akal untuk penurunan konduktivitas molar seiring dengan kenaikan konsentrasi untuk elektrolit kuat pertama kali diusulkan pada
tahun 1984 oleh seorang berkebangsaan Jerman Johannes Jacobus van Laar 1860-1938.Ia mengatakan bahwa gaya-gaya elektrostatis yang kuat yang ada di
dalam suatu larutan ionik memiliki pengaruh yang penting pada sifat-sifat larutan.
Tahun 1923, Debye dan Huckel mengumumkan suatu hubungan matematis yang rumit.Menurut teori ini, penurunan konduktivitas molar elektrolit
Universitas Sumatera Utara
kuat disebabkan oleh saling interferensi ion-ion, yang menjadi semakin kuat ketika konsentrasi meningkat. Karena gaya tarik-menarik yang kuat di antara ion-
ion yang berlawanan tanda, susunan ion-ion di dalam larutan tidak sepenuhnya acak. Di daerah sekitar tiap ion positif, terdapat kecenderungan menarik ion-ion
negatif daripada ion-ion positif, sedangkan untuk tiap ion negatif terdapat kecenderungan menarik ion-ion positif daripada negatif.Misalkan pada NaCl,
dalam bentuk padatan terdapat susunan yang teratur ion natrium dan ion klorida.Ketika NaCl dilarutkan dalam air, susunan ini masih dipertahankan
sedikit. Ion-ion jaraknya menjadi lebih jauh satu sama lain daripada dalam padatan; oleh karena itu gaya tarik-menarik elektrostatik menjadi lebih kecil dan
gerakan termal menyebabkan ketidakteraturan. Namun demikian, sejumlah kecil susunan yang masih ada cukup untuk memberikan pengaruh yang penting pada
konduktivitas larutan Laidler, 1982.
Teori Debye-Huckel menjelaskan bahwa kenaikan konduktivitas larutan elektrolit kuat terhadap pengenceran didasarkan pada dua pengaruh berikut :
a. Efek Relaksasi atau Efek Asimetris
Di dalam larutan, setiap ion dikelilingi oleh suatu atmosfer ionik dari muatan yang berlawanan. Selama tidak ada medan listrik yang diberikan, atmosfer ionik tetap
simetris di sekitar ion pusat. Namun, ketika arus listrik dilewatkan melalui larutan, ion-ion yang berada di tengah bergerak menuju elektroda yang berlawanan
muatan.Ketika ion tersebut bergerak keluar dari atmosfer ionik, ion tersebut membentuk lagi suatu atmosfer ionik dengan muatan yang berlawanan dan
meninggalkan atmosfer ionik yang lama.Namun demikian, perusakan atmosfer ionik yang lama dan pembentukan atmosfer ionik yang baru tidak terjadi seketika
itu juga.Terdapat suatu rentang waktu yang disebut waktu relaksasi di antara perusakan atmosfer yang lama dan pembentukan atmosfer yang baru.Selama
waktu ini, atmosfer ionik yang lama menarik ion yang bergerak ke arah yang berlawanan dan dengan demikian menghambat pergerakannya.Dengan demikian
efek ini disebut efek relaksasi. Penjelasan alternatifnya, dapat diasumsikan bahwa ketika ion pusat
bergerak, bentuk simetris atmosfer ionik akan hilang; semakin banyak ion pada
Universitas Sumatera Utara
atmosfer ionik ditinggalkan di belakang daripada yang ada di depan. Kelebihan ion pada atmosfer ionik yang ada di belakang ion yang bergerak akan menarik
kembali ion dan menahan pergerakannya. Sehingga efek yang disebabkan tidak simetrisnya atmosfer ionik dari ion yang bergerak disebut efek asimetris.
b. Efek Elektroforesis
Ketika tegangan listrik diberikan, ion pusat bergerak ke satu arah dan atmosfer ion yang bermuatan berlawanan bergerak ke arah yang sebaliknya.Saat atmosfer ionik
ini bergerak, molekul-molekul pelarut yang terasosiasi dengannya juga bergerak.Dengan demikian aliran atmosfer ionik dan molekul-molekul pelarut
yang terikat padanya terjadi dengan arah yang berlawanan dengan pergerakan ion pusat. Dengan kata lain, ion pusat bergerak melawan arus. Dengan demikian
pergerakan ion semakin terhambat.Efek ini disebut Efek Elektroforesis. Di samping dua efek di atas, gaya penahan ketiga adalah tahanan geseran normal
yang disebabkan oleh medium yang mana tergantung pada viskositas medium, konstanta dielektrik dan sebagainya.
Berdasarkan penjelasan tersebut, Debye dan Huckel 1923 menurunkan suatu pernyataan matematis untuk variasi konduktivitas ekivalen terhadap
konsentrasi.Persamaan ini lebih lanjut dikembangkan oleh Onsager 1926-27 dan sekarang dikenal sebagai Persamaan Debye-Huckel-Onsageratau secara sederhana
disebut Persamaan Onsager. Untuk suatu elektrolit bervalensi satu, persamaan tersebut dinyatakan dalam bentuk :
5 10
20 ,
8 4
, 82
2 3
5 2
1
c DT
DT
c
Λ ×
+ −
Λ =
Λ η
di mana :
c
Λ =
Konduktivitas ekivalen pada konsentrasi c Λ =
Konduktivitas ekivalen pada pengenceran tidak terbatas
D
= Konstanta dielektrik medium
η =
Viskositas medium
T
= Suhu larutan dalam derajat mutlak
Universitas Sumatera Utara
c =
Konsentrasi larutan dalam molliter
Karena
D
dan η nilainya tetap untuk pelarut tertentu, maka pada suhu
yang tetap, persamaan di atas dapat dinyatakan dalam bentuk :
6 c
c
ΒΛ +
Α −
Λ =
Λ
di mana A dan B nilainya tetap untuk pelarut tertentu pada suhu tertentu Madan, 2007.
Pengukuran konduktivitas yang cukup teliti dilakukan oleh Kohlrausch di abad ke-19; beberapa datanya ditunjukkan dalam Gambar 2.1. Berdasarkan
persamaan 4, kelihatannya bahwa Ʌ tida k akan tergantung pada konsentrasi
larutan κ berbanding lurus dengan konsentrasi, tetapi κ c seharusnya menjadi tetap untuk zat tertentu. Namun demikian, hal ini tidak sesuai kenyataan. Sebagai
pengganti, Kohlrausch menemukan hubungan berikut yang sesuai untuk larutan elektrolit kuat :
Ʌ = Ʌ – B
√� 7
di mana B adalah tetapan untuk elektrolit tertentu dan Ʌ
adalah konduktivitas ekivalen pada pengenceran tak hingga; yakni,
Ʌ = Ʌ ketika c
→ 0. Dengan demikian
Ʌ dapat dengan cepat diperoleh dengan memplotkan
Ʌ dengan √� dan ekstrapolasinya ke konsentrasi nol. Metode ini tidak sesuai untuk elektrolit lemah
karena kecuraman kurva tersebut pada konsentrasi yang rendah Chang, 1977.
Tidak seperti konduktivitas jeni s κ, konduktivitas ekivalen
Ʌ baik elektrolit kuat maupun lemah meningkat jika diencerkan.Alasan untuk hal ini
adalah bahwa penurunan konduktivitas jenis κ masih lebih kecil dibandingkan dengan kenaikan nilai 1C pada pengenceran, dan dengan demikian
Ʌ meningkat.Dari grafik yang dibuat antara
Ʌ vs. √� pada Gambar 2.1., dapat
Universitas Sumatera Utara
dilihat bahwa nilai Ʌ untuk elektrolit lemah dan kuat berperilaku berbeda ketika
konsentrasi diturunkan. Pada pengenceran elektrolit kuat hingga konsentrasi 0,001 atau 0,0001 N,
Ʌ dengan cepat mencapai suatu nilai mendekati nilai batas
konduktivitas pada konsentrasi nol, Ʌ
o
. Di lain pihak, walaupun konduktivitas ekivalen elektrolit lemah meningkat dengan cepat pada pengenceran, pada
konsentrasi yang disebutkan di atas masih sangat jauh dari nilai batasnya. Sebagai contoh,
Ʌ pada 25
o
C untuk larutan 0,001 N natrium klorida adalah 123,7 sedangkan
Ʌ
o
adalah 126,5. Pada konsentrasi dan temperatur yang sama Ʌ untuk
asam asetat hanya 49,2, sementara Ʌ
o
adalah 390,7. Karena perbedaan yang mendasar ini dalam hal sifat konduktivitas ekivalen elektrolit kuat dan lemah pada
pengenceran, prosedur yang bermacam-macam harus digunakan untuk memperoleh nilai batas konduktivitas ekivalennya Maron, 1978.
Gambar 2.1.Variasi konduktivitas molar sebagai fungsi konsentrasi molar : aelektrolit kuat dan belektrolit lemah
Sumber : Maron, 1978
Nilai Ʌ yang diperhitungkan ke konsentrasi nol disebut konduktivitas
molar pada pengenceran yang tidak terbatas, Ʌ
o
. Perhitungan ini dibuat dengan mudah untuk elektrolit kuat tetapi tidak mungkin untuk membuatnya dengan
akurat untuk elektrolit lemah karena kenaikan Ʌ yang curam pada pengenceran
yang banyak, di mana pengukuran dari percobaan menjadi tidak pasti Moore, 1983.
Universitas Sumatera Utara
2.3.3. Variasi Konduktivitas terhadap Konsentrasi Elektrolit Lemah
Kategori