Elektroanalisis Elektrokoagulasi Aplikasi Elektrokimia dalam Bidang Analisis Kimia

2.3 Aplikasi Elektrokimia dalam Bidang Analisis Kimia

Elektrokimia memiliki banyak metode yang digunakan dalam bidang analisis kimia. Namun, aplikasi metode-metode tersebut sangat jarang kita dengarkan. Sesuai dengan namanya, metode elektrokimia adalah metode yang didasarkan pada reaksi redoks, yakni gabungan dari reaksi reduksi dan oksidasi, yang berlangsung pada elektroda yang samaberbeda dalam suatu sistim elektrokimia. Sistem elektrokimia meliputi sel elektrokimia dan reaksi elektrokimia. Sel elektrokimia yang menghasilkan listrik karena terjadinya reaksi spontan di dalamnya di sebut sel galvani. Sedangkan sel elektrokimia di mana reaksi tak-spontan terjadi di dalamnya disebut selelektrolisis. Peralatan dasar dari sel elektrokimia adalah dua elektroda -umumnya konduktor logam yang dicelupkan ke dalam elektrolit konduktor ion yang dapat berupa larutan maupun cairan dan sumber arus. Karena didasarkan pada reaksi redoks, pereaksi utama yang berperan dalam metode ini adalah elektron yang di pasok dari suatu sumber listrik. Sesuai dengan reaksi yang berlangsung, elektroda dalam suatu sistem elektrokimia dapat dibedakan menjadi : katoda, yakni elektroda di mana reaksi reduksi reaksi katodik berlangsung dan anoda di mana reaksi oksidasi reaksi anodik berlangsung.

2.3.1 Elektroanalisis

Kimia elektroanalisis merupakan metode analisis kuantitatif berdasarkan pengukuransifat larutan analit sebagai bagian dari elektrokimia. Sistem pengukuran terdiri dari : a Elektrolit yang mampu menghantarkan arus listrik. b Alat ukur rangkaian luar, untuk mengukur signal listrik. c Elektroda, koduktor yang berfungsi mengabungkan system alat ukur denganelektrolit. Contoh metoda elektroanalisis adalah potensiometrik. Potensiometrik adalah satu cara elektrokimia untuk analisa ion secara kuantitatif berdasarkan pengukuran potensial dari elektroda yang peka terhadap ion yang bersangkutan. Potensiometri digunakan untuk menentukan konsentrasi suatu ion, pH larutan , dan 5 titik akhir titrasi. Potensiometri digunakan sebagai salah satu metodeuntuk mengukur konsentrasi suatu larutan,yang dijelaskan melalaui persamaan Nerst. Elemen yang digunakan dalam potensiometri adalah Elektroda pembanding, elektrodaIndikator, jembatan garam dan larutan yang dianalisis. Elektroda pembanding dibagi menjadi dua, yaitu elektroda pembanding primer dan elektroda pembanding skunder elektroda kalomel dan elektroda perak. Elektroda Indikator dibagi menjadi dua yaitu elektroda logam dan elektroda membran. Elektroda Logam terdiri dari tiga macam, antara lain elektroda jenis pertama, kedua dan ketiga. Sedangkan elektroda membran dibagi menjadi elektroda membran kaca, elektroda membran padat, elektroda membran cair dan elektroda membran gas. Proses titrasi potensiometri dapat dilakukan dengan bantuan elektroda indikator dan elektroda pembanding yang sesuai. Cara potensiometri ini bermanfaat bila tidak ada indikator yang cocok untuk menentukan titik akhir titrasi .

2.3.2 Elektrosintesis

Teknik metode elektrosintesis adalah suatu cara untuk mensintesis atau memproduksi suatu bahan yang didasarkan pada teknik elektrokimia. Pada metode ini terjadi perubahan unsur senyawa kimia menjadi senyawa yangsesuai dengan yang diinginkan. Penggunaan metode ini oleh para peneliti dalam mensintesis bahan didasarkan oleh berbagai keuntungan yang ditawarkan seperti peralatan yang diperlukan sangat sederhana, yakni terdiri dari duatiga batang elektroda yang dihubungkan dengan sumberarus listrik, potensial elektroda dan rapat arusnya dapat diatur sehingga selektivitas dan kecepatan reaksinya dapat ditempatkan pada batas-batas yang diinginkan melalui pengaturan besarnya potensial listrik serta tingkat polusi sangat rendah dan mudah dikontrol. Dari keuntungan yang ditawarkan menyebabkan teknik elektrosintesis lebih menguntungkan dibandingkan metode sintesis secara konvensional, yang sangat dipengaruhi oleh tekanan, suhu, katalis dan konsentrasi. Selain itu proses elektrosintesis juga dimungkinkan untuk dilakukan pada tekanan atmosfer dan 6 pada suhu antara 100-900 C terutama untuk sintesis senyawa organik, sehingga memungkinkan penggunaan materi yang murah. Prinsip Elektrosintesis Prinsip dari metode elektrosintesis didasarkan pada penerapan teori-teori elektrokimia biasa sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya. Baik teknik elektrosintesis maupun metodesintesis secara konvensional, mempunyai variabel- variabel yang sama seperti suhu, pelarut, pH, konsentrasi reaktan, metode pencampuran dan waktu. Akan tetapi perbedaannya, jika dielektrosintesis mempunyai variabel tambahan yakni variabel listrik dan fisik seperti elektroda, jenis elektrolit, lapisan listrik ganda, materijenis elektroda, jenis sel elektrolisis yang digunakan, media elektrolisis dan derajat pengadukan. Pada dasarnya semua jenis sel elektrolisis termasuk elektrosintesis selalu berlaku hukum Faraday yakni :

1. Jumlah perubahan kimia yang terjadi dalam sel elektrolisis, sebanding dengan

muatan listrik yang dilewatkan di dalam sel tersebut.

2. Jumlah muatan listrik sebanyak 96.500 coulomb akan menyebabkan

perubahan suatu senyawa sebanyak 1,0 gram ekivalen grek. Sebelum melaksanakan elektrosintesis, sangatlah penting untuk memahami reaksi yang terjadi pada elektroda. Di dalam sel elektrolisis akan terjadi perubahan kimia pada daerah sekitar elektroda, karena adanya aliran listrik. Jika tidak terjadi reaksi kimia, maka elektroda hanya akan terpolarisasi, akibat potensial listrik yang diberikan. Reaksi kimia hanya akan terjadi apabila ada perpindahan elektron dari larutan menuju ke elektroda proses oksidasi, sedangkan pada katoda akan terjadi aliran elektron dari katoda menuju ke larutan proses reduksi. Proses perpindahan elektron dibedakan atas perpindahan elektron primer, artinya materi pokok bereaksi secara langsung pada permukaan elektroda, sedangkan pada perpindahan elektron secara sekunder, elektron akan bereaksi dengan elektrolit penunjang, sehingga akan dihasilkan suatu reaktan antara intermediate reactan, yang akan 7 bereaksi lebih lanjut dengan materi pokok di dalam larutan. Reaktan antara ini dapat dihasilkan secara internal maupun eksternal. Perpindahan elektron secara primer : O + ne → P Perpindahan elektron secara sekunder : X + ne → I, O + I → P Aplikasi Metode Elektrosintesis Metode elektrosintesis telah banyak dimanfaatkan oleh para peneliti dalam mensintesis senyawa organik elektrosintesis organik dan elektrosintesis bahan konduktor organik serta yang tak kalah bergengsinya dan sedang dikembangkan saat ini adalah pemanfaatan polutan menjadi senyawa yang bermanfaat melalui metode elektrosintesis. Aplikasi di luar yang penulis ketahui sebagaimana tersebut di atas mungkin telah sangat jauh berkembang karena memang sifat ilmu pengetahuan yang dinamis dan selalu berkembang seiring waktu. Untuk sintesis bahan organik, didasarkan pada reaksi penggabungan, substitusi, siklisasidan reaksi eliminasi yang diikuti pengaturan kembali secara elektrokimia. Ini berbeda dengan metode secara konvensional yang memakai dasar reduksi aldehid, oksidasi alkohol, reduksisenyawa nitro dan oksidasi senyawa sulfur. Kesulitan yang timbul selama elektrosintesis organik yakni apabila zat antara yang diinginkan memiliki kestabilan yang rendah, cara mengatasinya adalah dengan menyediakan zat perangkap trapping agent di dalam larutan dengan syarat zat perangkap ini tidak bereaksi dengan zat elektroaktif dan tidak mengalami elektrolisis. Beberapa contoh dari elektrosintesis organik adalah pembuatan chiral drug untuk industri farmasi, sintesis p-aminofenol melalui reduksi nitrobenzena secara elektrolisis, pembuatan soda NaOH dan asam sulfat H 2 SO 4 dari Na 2 SO 4 melalui proses splitting electrochemis, reduksisenyawa Triphenylbiomoethylene menjadi Triphenilethylene dan Triphenylethan serta ratusan senyawa organik lainnya yang telah berhasil dibuat untuk keperluan bahan 8 baku obat. Untuk skala perusahaanpabrik telah dilakukan oleh Perusahan Monsanto Kanada dengan memproduksi adiponitril bahan dasar nylon 6,6 dan produksi fluorokarbon oleh Perusahaan Philips Belanda.

2.3.3 Elektrokoagulasi

Elektrokoagulasi merupakan proses yang dilewati oleh arus listrik pada air. Hal tersebut telahdibuktikan betapa efisiennya proses tersebut untuk menghilangkan kontaminan di dalam air. Elektrokoagulasi mempunyai efisiensi yang tinggi dalam penghilangan kontaminan dan biaya operasi yang rendah. Proses ini berdasarkan pada prinsip ilmu dimana adanya respon air yang mengandung kontaminan terhadap medan listrik melalui reaksi reduksi dan oksidasi dan dapat menghilangkan beberapa kation berat 99 serta dapat mengurangi mikroorganisme dalam air. Beberapa ion-ion lainnya dan koloid-koloid dapat dihilangkan. Elektrokoagulasi EC merupakan bukan teknologi terbaru. Pengolahan limbah cairdengan menggunakan EC telah dipraktekan sejak abad ke- 20 100 tahun yang lalu dengan keberhasilan proses yang terbatas. Dengan menggunakan listrik untuk mengolah air merupakan hal pertama yang dilakukan di Inggris pada tahun 1889 dan aplikasi dari elektrolisis pada mineral beneficiation telah dipatenkan oleh Elmore padatahun 1904. Prinsip proses EC telah digunakanuntuk mengolah air ”bilge” dari kapal-kapal dan dipatenkan pertama kali oleh A. E. Dietrichpada tahun 1906. Mekanisme Proses elektrokoagulasi sebuah reaktor elektrokoagulasi adalah sel elektrokimia dimana anoda korban biasanya menggunakan aluminium atau besi digunakan sebagai agen akoagula. Secara simultan, gas-gaselektrolit dihasilkan hidrogen pada katoda. Beberapa material elektroda dapat dibuat dari aluminium, besi, stainless steel dan platina. Aluminium merupakan material anoda yang sering digunakan. Persamaan 1 menjelaskanpelarutan anode aluminium : Al 3 + + 3e - ↔ Al …….................................. 1 9 Secara simultan, reaksi katodik biasanya terjadi perubahan hidrogen. Reaksi ini terjadi pada katoda dan tergantung pada pH Pada pH netral atau alkali, hidrogen diproduksi melalui persamaan 2 : 2H 2 O+ 2e - →OH - +H 2 ….........................…..2 ketika dalam kondisi asam, persamaan 3 dapat menjelaskan dengan baik perubahan hidrogen pada katoda. 2H + +2e - →H 2 …..............................…... 3

2.3.4 Elektrodialisis