Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007 ISSN 1693-3346 KARAKTERISASI ELEKTRODA REFERENSI Suryanto PRPN BAT AN Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang 15413, Tangerang ABSTRAK Satu dari berbagai cara untuk mempelajari proses yang terjadi pada permukaan suatu logam yang ada di dalam suatu larutan adalah dengan mengukur potensial logam tersebut terhadap larutan elektrolitnya. Pengukuran ini dapat dilakukan dengan menggunakan elektroda referensi. Elektroda ini dirancang khusus untuk digunakan didalam suatu larutan yang bersifat asam maupun basa serta pada temperatur rendah maupun temperatur tinggi. Elektroda ini disambungkan ke voltmeter yang mempunyai sensitifitas tinggi. Penggunaan, prinsip operasi dan jenis-jenis elektroda dibahas. Selain itu dilakukan perhitungan konversi potensial yang diukur berdasarkan suatu elektroda referensi ke elektroda referensi lainnya pad a temperatur 25°C maupun pad a temperatur tinggi. Hasil perhitungan yang didapat sesuai dengan hasil pengamatan langsung. ABSTRACT One of methods to study the process that take place at a surface of a metal which is immersed in an electrolyte solution is by measuring potential different between metal and its electrolyte solution. Potential measurement is carried out using reference electrode. The reference electrode is designed can be used in acid or base solution and in low or high temperature solution. In application, this electrode is connected to voltmeter with high sensitivity. Applications, requirements, operation principle and type of reference electrodes are discussed. In addition, calculation to convert potential different from one type of reference electrode to another type was performed at 25°C and above. The results show that calculated potential are same as that of direct measurements. 35
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
KARAKTERISASI ELEKTRODA REFERENSI
SuryantoPRPN BAT AN
Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang 15413, Tangerang
ABSTRAK
Satu dari berbagai cara untuk mempelajari proses yang terjadi pada permukaan
suatu logam yang ada di dalam suatu larutan adalah dengan mengukur potensial logam
tersebut terhadap larutan elektrolitnya. Pengukuran ini dapat dilakukan dengan
menggunakan elektroda referensi. Elektroda ini dirancang khusus untuk digunakan
didalam suatu larutan yang bersifat asam maupun basa serta pada temperatur rendah
maupun temperatur tinggi. Elektroda ini disambungkan ke voltmeter yang mempunyai
sensitifitas tinggi. Penggunaan, prinsip operasi dan jenis-jenis elektroda dibahas. Selain itu
dilakukan perhitungan konversi potensial yang diukur berdasarkan suatu elektroda
referensi ke elektroda referensi lainnya pad a temperatur 25°C maupun pad a temperatur
tinggi. Hasil perhitungan yang didapat sesuai dengan hasil pengamatan langsung.
ABSTRACT
One of methods to study the process that take place at a surface of a metal which is
immersed in an electrolyte solution is by measuring potential different between metal and
its electrolyte solution. Potential measurement is carried out using reference electrode. The
reference electrode is designed can be used in acid or base solution and in low or high
temperature solution. In application, this electrode is connected to voltmeter with high
sensitivity. Applications, requirements, operation principle and type of reference electrodes
are discussed. In addition, calculation to convert potential different from one type of
reference electrode to another type was performed at 25°C and above. The results show
that calculated potential are same as that of direct measurements.
35
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
PENDAHULUAN
ISSN 1693-3346
Pengukuran tingkat keasaman suatu larutan penting sekali dalam industri kimia
untuk menjamin bahwa proses yang diharapkan benar-benar terjadi. Tingkat keasaman, pH,
yang terlalu rendah atau terlalu tinggi akan mengganggu jalannya proses. Pengukuran
tingkat keasaman dalam beberapa kasus dapat dilakukan seeara manual. Untuk
mendapatkan pengukuran yang akurat dan terus-menerus, maka pengukuran yang
dilakukan menggunakan metode potentiometrik. Pengukuran dengan metoda ini
memerlukan elektroda referensi.
Selain untuk pengukuran tingkat keasaman larutan, elektrode referensi juga diperlukan
untuk melakukan pengukuran-pengukuran dalam menentukan tingkat korosi suatu logam.
Pengukuran yang dilakukan antara lain, Open circuit potential yaitu pengukuran beda
potensial suatu logam di dalam suatu larutan elektrolit tanpa pemberian arus listrik ke
logam terse but. Selain itu, pengukuran yang lainnya adalah polarisasi yaitu pengukuran
besamya arus yang melewati elektroda terhadap beda potensial yang diberikan.
Pengukuran yang terakhir dikenal dengan pengukuran korosi yang dipereepat.
Makalah ini akan membahas jenis-jenis elektroda referensi dan karakteristiknya serta
perhitungan konversi potensial suatu elektroda referensi ke elektroda refemsi lainnya.
II. JENIS-JENIS ELEKTRODA POSITIF
Elektrode referensi yang baik mempunyai :
a. Potensial elektroda referensi yang stabil. Stabilitas yang tinggi akan tereapai jika
material yang
digunakan untuk elektroda maupun pengisinya telah di ketahui karakteristiknya
dengan baik.
b. Perubahan potensial elektroda referensi terhadap perubahan temperatur harus keeil.
36
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
Beberapajenis elektroda referensi yang umum di gunakan :
a. Sistem logam mulia / gas hidrogen
Pada sistem ini akan terjadi reaksi reduksi ion hidrogen menjadi gas hidrogen
dan sebaliknya pada permukaan logam mulia platina. Logam platina yang
digunakan biasanya diperoleh dari elektrodeposisi sehingga butirannya halus.
b. Sistem logam / garam tak lamt
Pad a sistem ini akan terjadi reaksi reduksi dari garam logam menjadi logam
mulia dan sebaliknya. Garam yang terbentuk umumnya tidak lamt dalam air.
Sistem ini dapat dioperasikan hingga temperature lebih dari 100°C tergantung
pada logam mulia yang digunakan
c. Sistem logam / garam
Pada sistem ini terjadi reaksi reduksi dari ion logam membentuk logam dan
sebaliknya. Banyak pendapat yang menyatakan bahwa sistem ini tidak
sepenuhnya elektroda referensi tetapi elektroda referensi semu.
Pad a suatu elektroda referensi reaksi kimia yang terjadi umumnya dapat dinyatakan
sebagai berikut:
Rd (I)
Dimana: Ox adalah zat yang direduksi dan Rd adalah zat yang dioksidasi. Reaksi
diatas hams terjadi dalam lingkungan yang sesuai dimana komposisi elektrolit sebagai
bahan pengisi elektroda tetap. Jika ini terjadi maka potensial yang ada dapat ditentukan
dan konstan. Besamya potensial tersebut mengikuti persamaan Nerst:
Ec = Eo + (RT/nF) In ([Ox]/[RdD
Dimana Eo = Potensial elektroda dasar
R = Konstanta Gas Molar
T = Temperatur
F = Konstanta Faraday
n =jumlah elektron yang ada dalam reaksi diatas
[Ox] = Konsentrasi ion yang akan direduksi
[Rd] = Konsentrasi zat yang akan dioksidasi
37
(2)
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
Konsentrasi [OX] dan [Rd] tergantung pada komposisi larutan. Persamaan (2)
mengindikasi-kan bahwa potensial suatu elektroda referensi tergantung pada
temperatur dan komposisi zat pengisi elektroda.
ILL Elektroda Hidrogen Standar (SHE)
Ini merupakan elektroda referensi dengan sistem logam mulia / gas
hidrogen. Reaksi yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut:
(3)
Elektrolit yang digunakan dalam elektroda ini adalah as am klorida. Fasa-fasa
yang ada dapat dinyatakan sebagai berikut:
Pt (s) I H2 (g) I H+ (aq)
Garis tegak menyatakan batas fasa. Potensial elektrodanya dapat dinyatakan
sebagai berikut:
(4)
Dimana [H+] adalah konsentrasi ion hidrogen di dalam larutan, [H2] adalah
tekanan parsial gas hidrogen. Untuk kondisi standar, bahan mumi pada
temperatur 25°C, tekanan hidrogen parsial pada 1 atm, aktifitas ion hidrogen 1
unit (equivalent dengan 1,18 M asam klorida), maka suku ke dua dari persamaan
(4) menjadi nol, sehingga:
E + EO +H fH2 = H fH2
38
(5)
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
Potensial elektroda sekarang menjadi potensial elektroda hidrogen standar
(SHE) yang nilainya not pada semua temperatur. Berdasarkan konvensi SHE
merupakan elektroda referensi standar utama.
Elektroda hidrogen standar dipelihatkan pada gambar 1. Elektroda ini
sangat tidak praktis, karena elektroda ini memerIukan suplai gas hidrogen. Waktu
yang diperIukan untuk menstabilkan elektroda hidrogen standar yang baru dibuat
cukup lama. Hal ini disebabkan lambatnya elektroda hidrogen mencapai
kesetimbangan. Karena kesulitan-kesulitan ini, maka elektroda ini jarang
digunakan.
11.2.Elektroda Perak /Perak Klorida
Ini merupakan elektroda referensi dengan sistem logam / garam. Elektroda
ini banyak digunakan karena mudah dan handal. Elektroda ini dapat dioperasikan
pada temperatur lebih dari 100°C. Reaksi keseimbangan yang terjadi dapat ditulis
sebagai berikut:
AgCI + eO Ag + cr (6)
Fasa-fasa yang ada dapat dinyatakan sebagai berikut:
Ag (s) I AgCI (s) I cr (aq)
Potensial elektrodanya dapat dinyatakan sebagai berikut:
EAg/AgCI= EOAg/AgCI- (RT/F) In ([AgCI]/([Ag][Cr]) (7)
Dimana EOAg/AgCl= 0,2223 V vs SHE pada 2SoC dengan koefisien temperatur
0,23 mV fC. karena perak dan perak klorida berada dalam bentuk padat maka
[AgCI]=[Ag]=l. Dengan ini maka persamaan (6) berubah menjadi:
EAg/AgCI= EOAg/AgCl- (RT/F) In [Cn
39
(8)
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
Persamaan (7) memperlihatkan bahwa potensial elektroda ini tergantung pada
aktifitas ion klorida didalam elektroda. Untuk itu penting sekali untuk mengetahui
komposisi elektrolit yang menjadi larutan pengisi serta konsentrasinya. Untuk
larutan pengisi yang mengandung 3,5 M kalium klorida, maka potensial
elektrodanya mencapai 0.199 V vs SHE pada temperature 25 DC. Gambar 2
memperlihatkan elektroda referensi Ag/AgCI.
Kelemahan dari elektroda ini adalah sensitif terhadap cahaya. Cahaya
menyebabkan AgCl berubah menjadi Ag. Selain itu elektroda ini tidak cocok
untuk larutan yang mengandung ion komplek seperti ion ammonium dan ion