1.1 Fenomena Elektrokinetik dan sistem koloidSistem koloid dibentuk dari suspensi fasa terdispersi dalam suatu sistem pendispersi, dalam sistem ini kedua fasa tidak terpisah. Koloid yang umum adalah suatu padatan yang tersuspensi dalam suatu cairan, dan ukuran partikel pada tan memiliki diameter antar 10 -7 – 10 -5 cm. Partikel padat tersuspensi ini bermuatan yang akan menimbulkan tolakkan antara partikel tersuspensi sehingga membuat koloid memiliki kestabil sementara. Karena partikel bermuatan, maka akan terbentuk daerah antarmuka listrikyang memiliki karakteristik seperti suatu elektroda logam. Keadaan ini memungkinkan dibuatnya partikel koloid padat dalam cair sebagai suatu elektroda untukproses elektrolisis. Kelebihan sist em ini adalah luas permukaan elektroda yang sangat besar, dan setiap partikel dapat bertindak sebagai anoda maupun katoda pada saat yang bersamaan. Karena partikel dalam koloid bermuatan, maka akan terbentuk suatu lapisan antarmuka. Banyak sifat pada lapisan antarmuka partikel koloid ini yang sama dengan lapisan antarmuka elektroda padat. Karenanya studi perihal koloid dapat memberikan informasi yang lebih baik perihal sifat lapisan rangkap listrik pada daerah antar muka. Fenomena yang berguna untuk mempelajari partikel koloid adalah fenomena elektrokinetik. Fenomena ini adalah studi tentang pergerakkan fasa padat yang memiliki beda muatan pada permukaan relatifterhadap fasa larutan yang elektrolit. Bila di berikan beda potensial untuk sistem ini akan mengakibatkan gerak, dan bila partikel digerakkan maka akan timbul beda potensial. Penelitian pada fenomena partikel koloid adalah fenomena elektrokinetik yang muncul akibat bergeraknya partikel padat yang memiliki suatu muatan dalam suatu larutan. Secara garis besarFenomena ini dapat di bagi menjadi 2 kelompok utama yaitu: • Partikel padat bermuatan yang bergerak melalui suatu larutan dan dipengaruhi oleh suatu medan listrik (elektrophoresis) atau dipengaruhi oleh gaya gravitasi ( sedimentation). • Cairan yang bergerak pada suatu permukaan padat yang bermuatan dan dipengaruhi oleh medan listrik, elektroosmosis atau streaming potensial. Fenomena ini dipelajari dengan menggunakan pipa kapiler agar rasio permukaan vs volume cairan menjadi besar. T abel berikut memperlihatkan fenomena-fenomena tersebut
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.
Sistem koloid dibentuk dari suspensi fasa terdispersi dalam suatu sistem pendispersi, dalam sistem ini
kedua fasa tidak terpisah. Koloid yang umum adalah suatu padatan yang tersuspensi dalam suatu
cairan, dan ukuran partikel padatan memiliki diameter antar 10-7 – 10-5 cm. Partikel padat tersuspensi
ini bermuatan yang akan menimbulkan tolakkan antara partikel tersuspensi sehingga membuat koloid
memiliki kestabil sementara. Karena partikel bermuatan, maka akan terbentuk daerah antarmuka listrik
yang memiliki karakteristik seperti suatu elektroda logam.
Keadaan ini memungkinkan dibuatnya partikel koloid padat dalam cair sebagai suatu elektroda untuk
proses elektrolisis. Kelebihan sistem ini adalah luas permukaan elektroda yang sangat besar, dan setiap
partikel dapat bertindak sebagai anoda maupun katoda pada saat yang bersamaan.
Karena partikel dalam koloid bermuatan, maka akan terbentuk suatu lapisan antarmuka. Banyak sifat
pada lapisan antarmuka partikel koloid ini yang sama dengan lapisan antarmuka elektroda padat.
Karenanya studi perihal koloid dapat memberikan informasi yang lebih baik perihal sifat lapisan
rangkap listrik pada daerah antar muka.
Fenomena yang berguna untuk mempelajari partikel koloid adalah fenomena elektrokinetik. Fenomena
ini adalah studi tentang pergerakkan fasa padat yang memiliki beda muatan pada permukaan relatif
terhadap fasa larutan yang elektrolit. Bila di berikan beda potensial untuk sistem ini akan
mengakibatkan gerak, dan bila partikel digerakkan maka akan timbul beda potensial.
Penelitian pada fenomena partikel koloid adalah fenomena elektrokinetik yang muncul akibat
bergeraknya partikel padat yang memiliki suatu muatan dalam suatu larutan. Secara garis besar Fenomena ini dapat di bagi menjadi 2 kelompok utama yaitu:
• Partikel padat bermuatan yang bergerak melalui suatu larutan dan dipengaruhi oleh suatu medan
listrik (elektrophoresis) atau dipengaruhi oleh gaya gravitasi ( sedimentation).
• Cairan yang bergerak pada suatu permukaan padat yang bermuatan dan dipengaruhi oleh medan
listrik, elektroosmosis atau streaming potensial. Fenomena ini dipelajari dengan menggunakan
pipa kapiler agar rasio permukaan vs volume cairan menjadi besar.
Tabel berikut memperlihatkan fenomena-fenomena tersebut
Dikenal ada 4 efek yang diakibatkan oleh gerakan larutan elektrolit yang melalui permukaan bermuatan. Efek ini dikenal sebagai Fenomena Elektrokinetik, yang terdiri atas:
• Streaming current
• Streaming potential
• Electroosmosis
• Electroosmotik pressure.
Gambar 1.1.1.(a) Perangkat yang digunakan untuk mengukur dan mengamati fenomena“Streaming Current” atau “Streaming Potensial”. (b) Ion yang bergerak dalam kapiler, dengan anion yang terabsorpsi pada pemukaan, muatan
positif bergerak sepanjang pipa terbawa arus elektrolit.
Bila larutan elektrolit bergerak dalam pipa kapiler seperti yang terlihat pada 1.1.1 maka pada dinding
dalam kapiler akan terabsorpsi ion. Akibat adanya ion yang terabsorpi pada permukaan maka akan ada
muatan yang timbul pada permukaan pipa kapiler ( surface charge). Akibat adanya surface charge ini
kemudian akan terbentuk lapisan muatan pada larutan yang kabur (diffuse space charge) pada area
yang berbatasan dengan area surface charge ini. Saat larutan bergerak lapisan surface charge ini akan
terbawa mengalir ke ujung pipa kapiler. Bila pada kedua ujung dari kapiler di pasang elektroda, maka
akan terdeteksi adanya arus terdapat diantara kedua elektroda ini. Arus yang timbul ini yang dikenal
sebagai streaming current.
Jika ammeter diganti dengan voltmeter, pada dasarnya tidak ada tidak ada arus yang mengalir antara
kedua elektroda tersebut dan ion akan bergerak sepanjang kapiler yang kemudian akan terakumulasi
pada salah satu elektroda. Akibat proses ini, akan timbul perbedaan potensial yang signifikan antara
kedua ujung kapiler. Perbedaan potensial ini yang dikenal sebagai streaming potensial . Bila percobaan
dilakukan dengan larutan elektrolit yang homogen, streaming potensial akan semakin besar dengan
jalannya percobaan dan akan terus bertambah sampai perbedaan potensial cukup besar untuk
melakukan migrasi ion melawan arus yang akan menghapuskan aliran ion yang bergerak searah aliran
elektrolit. Kemudian proses ini berlangsung kembali.
Kedua efek streaming current dan streaming potensial dapat digabungkan dalam satu persamaan
fenomena.
i=α1 Δ P + α2 Δ Φ (1.1.1)
Dengan demikian, bila arus i dibiarkan untuk mengalir tanpa hambatan pada sirkuit luar, =0 , dan
arus akan sebanding dengan perbedaan tekanan P yang menimbulkan aliran elektrolit. Namun bila
arusnya bernilai nol (misal karena hambatan eksternal yang tinggi atau proses kinetik elektrodanya
berlangsung lambat, maka perbedaan potensial akan teramati, dan besarnya adalah sebanding
dengan besarnya tekanan yang diberikan namun memiliki arah gerak yang berlawanan dengan arah
gerak dari arus elektrolit.
Efek yang berhubungan dengan sifat ini akan terjadi. Bila seandainya bukan tekanan yang diberikan
pada sistem yang menjadi pengamatan, tetapi pada kedua ujung elektroda diberikan perbedaan
potensial, akibatnya pada larutan di fasa ruah ion positif akan bergerak menuju elektroda negatif danion negatif akan bergerak menuju elektroda positif. Akan terjadi tarikan yang kecil pada fasa ruah
(karena muatannya adalah nol), sedang pada permukaan space charge yang dipengaruhi oleh medan
listrik, akan menahan laju aliran elektrolit. Bila lapisan kulit silinder pada permukaan kapiler bergerak
maka tahanan aliran akan ikut menahan laju aliran yang ada pada tengah tengah kaliper. Efek aliran
yang berada dalam pengaruh potensial listrik ini yang di sebut sebagai electroosmosis.
Bila percobaan electroosmosis dilakukan dan arus dibiarkan sedemikian rupa sehingga perbedaan
tekanan mulai terbentuk, aliran elektrolit ini lama kelamaan akan makin lambat dan akhirnya akan
berhenti saat tekanan melawan dan akhirnya akan menghilangkan pengaruh medan tersebut. Gejala ini
dikenal sebagai elecroosmotic pressure. Kedua gejala ini dapat diungkapkan dalam bentuk persamaan
j=3 P 4 (1.1.2)
dengan j sebagai flux (dalam dalam m3.s-1 dari larutan saat melalui kapiler.
Dengan demikian bila tidak ada perbedaan tekanan, besarnya flux adalah sebanding dengan potensial
listrik, , Bila flux bernilai nol, perbedaan tekanan adalah sebanding dengan perbedaan listrik
Saat suatu partikel koloid bergerak melewati suatu larutan elektrolit yang berada dalam pengaruh
grafitasi atau akibat sentrifuga, partikel tsb akan membuat jejak atmosfir ion dijalannya (the particles
leave their ion atmospheric behind). Fenomena ini menjadi lebih besar bila lapis baurnya lebih tebal
(low ionic strength).
Akibatnya akan terjadi pemisahan muatan menyertai proses sedimentasi, yang akan membentuk
gradien potensial listrik sepanjang jalur sedimentasi. Fenomena ini mirip dengan fenomena straming
pottensial.
Potensial sedimantasi ini merupakan suatu fenomena yang tidak diinginkan terjadi pada proses ultra
sentrifuga. Untuk mengurangi efek ini maka ultrasentifuga dilakukan dalam suatu media yang memiliki
kekuatan ion yang tinggi agar lapisan baur (diffuse layer) relatif kompak/padat dan pemisahan muatan
dapat diminimalkan.
Electrophoresis
Dalam elektroforesis, padatan bergerak dalam fasa cair karena terdapat medan listrik yang diterapkan pada sistem tersebut. Akibat medan listrik ini maka partikel akan bergerak dan kecepatan geraknya
mencapai maksimum saat gaya listrik sebanding dengan gaya friksinya.
Fenomena elektroforesis dikarakterisasi dari electrophoretic mobility, u, yaitu kecepatan persatuan
Tidak seperti molekul protein yang potensial permukaan dan atmosfir ionnya merupakan akibat dari pHlarutan dan kekuatan ionnya, pada potensial elektroda sifat dari potensial permukaan dapat diatur
melalui sirkuit luar. Pengaturan ini membuat aspek kuantitatif dari efek lapis ganda dapat dipelajari
dengan lebih baik. Dua Efek yang akan dibahas dalam bagian ini adalah elektrokapilaritas dan
Kapasitas lapis ganda.
Elektrokapilaritas
Tegangan permukaan antar-lapisan pada elektroda-antar muka larutan merupakan fungsi dari beda
potensial elektroda-antar muka larutan. Bila elektroda merupakan suatu padatan yang kaku, pengaruh
tegangan akan sulit untuk dibedakan, sebaliknya bila elektrodanya merupakan suatau yang sifatnyatidak kaku (non rigid), misalnya tetes merkuri, efeknya akan terlihat nyata.
Pada tetes merkuri, padatan merkuri dapat mengalir melalui suatu kapiler yang dicelupkan pada suatu
larutan elektrolit. Tetes merkuri akan terbentuk pada ujung dari kapiler sampai ukurannya/beratnya
membuat beratnya tidak dapat lagi ditahan oleh tegangan permukaan dari merkuri tsb. Dengan
demikian perubahan pada tegangan permukaan menggambarkan perubahan dari ukuran maksimum
tetes merkuri tersebut. Hal ini juga terkait dengan umur dari tetes merkuri tersebut.
Kita perhatikan suatu tetes merkuri yang ada pada suatu kapiler yang penuh berisi merkuri dan
tergantung pada suatu larutan elektrolit. Bila dalam sistem ditambahkan suatu elektroda kedua, maka
kita dapat merubah beda potensial dari sistem merkuri-larutan. Hal yang sama juga bisa kita amati bila
ukuran tetes merkuri dirubah dengan mengalirkan merkuri melalui kapiller.
Bertambahnya tetes merkuri akan menambah luas permukaan sehingga kerja dilakukan terhadap
tegangan antarmuka dw = γ dA dan kerja listrik juga akan ada bila tetes merkuri tersebut bermuatan
dw = Φ dQ, sehingga pada suhu, tekanan dan komposisi yang tetap, perubahan energi bebas Gibbs
adalah :
dG=γdA+ ΦdQ
Bentuk integrasinya adalah :
G=γ A+ ΦQ
dan setelah didiferensiasi ulang menjadi:
dG=γ A+ A d γ+ ΦdQ+ Q d Φ
Dengan mengurangkan kedua ekspressi untuk dG membuatnya menjadi persamaan Gibbs-Duhem
Saat suatu potensial diberikan pada suatu elektroda yang direndam dalam suatu larutan elektrolit
berkurang dari nol, muatan permukaan menjadi negatif dan muatan total ruang dari lapis rangkap harus
bertambah agar kesetimbangan listrik keseluruhan menjadi netral. Hal yang sama terjadi bila terjadi
peningkatan potensial elektroda yang akan menciptakan muatan ruang negatif. Dilihat dari sistemsirkuit eksternal, lapis rangkap listrik bertindak sebagai suatu kapasitor yang menyimpan muatan
listrik.
Kapasitansi adalah perbandingan muatan yang dapat disimpan vs potensial listrik.
C =dQ
d Φ
Bila kapasitansi C dihitung dalam satuan luas maka akan diperoleh kapasitas, maka Q dapat diganti
oleh kerapatan muatan permukaan σ. Kapasitas dari lapis Gouy C G dapat menjadi: (setelah persaman