KARAKTERISASI ELEKTRODA REFERENSI

10
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

Transcript of KARAKTERISASI ELEKTRODA REFERENSI

Page 1: KARAKTERISASI ELEKTRODA REFERENSI

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

Page 2: KARAKTERISASI ELEKTRODA REFERENSI

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

Page 3: KARAKTERISASI ELEKTRODA REFERENSI

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)

Page 4: KARAKTERISASI ELEKTRODA REFERENSI

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)

Page 5: KARAKTERISASI ELEKTRODA REFERENSI

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)

Page 6: KARAKTERISASI ELEKTRODA REFERENSI

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

sianida.

11.3.Elektroda Merkuri IMerkuro Klorida (Calomel) SCE

Ini merupakan elektroda referensi dengan sistem logam / garam tak lamt.

Elektroda ini digemari karena kemudahan dan kehandalannya. Elektroda ini lebih

dikenal dengan sebutan kalomel. Gambar 3 memperlihatkan elektroda kalomel.

Reaksi keseimbangan yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut:

HgCl + eO Hg + cr (9)

Fasa-fasa yang ada dapat dinyatakan sebagai berikut:

Hg (I) I HgCl (s) I cr (aq)

Potensial elektrodanya dapat dinyatakan sebagai berikut:

EHglHgCI= EDHglHgCI- (RT/F) In ([HgCl]/([Hg][Cr])

40

(10)

Page 7: KARAKTERISASI ELEKTRODA REFERENSI

Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007

ISSN 1693-3346

Dimana EOHglHgCI= 0,268 V vs SHE pada 25°C dengan koefisien temperatur ­

0,29 mV fC. karena merkuri dalam bentuk cair dan merkuro klorida dalam bentuk

padat maka [HgCI]=[Hg]=I. Dengan ini maka persamaan (9) berubah menjadi:

EHglHg2CI2= EOHglHg2CI2- (RTIF) In [Cr] (11 )

Persamaan ini menunjukkan bahwa potensial elektroda tergantung pada

aktifitas ion klorida didalam larutan pengisi. Konsentrasi ion klorida dapat

divariasi. Untuk 0.1 M, 1.0 M dan 3.8 M Genuh), potensial elektroda pada

temperatur 25°C adalah 0.336 V, 0.283 V dan 0.245 V vs SHE. Umumnya

elektroda ini mempunyai larutan pengisi yang mengandung garam kalium klorida

jenuh. Konsentrasi kalium klorida yang jenuh dapat dilihat pada bagian bawah

elektroda yang umumnya didapatkan kalium klorida padat (tidak larut). Elektroda

ini mempunyai 2 kendala, pertama, temperatur maksimum dimana elektroda ini

bekerja stabil adalah 70°C, kedua, pembuatan elektroda ini lebih sulit

dibandingkan dengan elektroda Ag/AgCI. Selain elektroda kalomel, ada 2

elektroda referensi lain yang menggunakan merkuri.

11.4.Elektroda Merkuri / Merkuro Sulfat

Ini merupakan elektroda referensi dengan sistem logam / garam tak larut.

Reaksi keseimbangan yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut:

Yz Hg2S04 + e' = Hg + Y2S0l'

Fasa-fasa yang ada dapat dinyatakan sebagai berikut:

Hg (I) I Hg2S04 (s) I sol' (aq)

Potensial elektrodanya dapat dinyatakan sebagai berikut:

EHglHg2s04= EOHglHg2S04- (RT/F) In [SOl']

(12)

(13)

Persamaan ini menunjukkan bahwa potensial elektroda tergantung pada

aktifitas ion sulfat didalam larutan pengisi. Jika elektroda diisi dengan kalium

sui fat jenuh, maka potensialnya sebesar 0,644 V vs SHE pada temperatur 27°C.

Elektroda ini juga dapat diisi dengan natrium sulfat dengan karakteristik yang

hampir sarna.

41

Page 8: KARAKTERISASI ELEKTRODA REFERENSI

Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007

11.5. Elektroda Merkuri / Merkuro Oksida

ISSN 1693-3346

Ini merupakan elektroda referensi dengan sistem logam / garam tak larut. Reaksi

keseimbangan yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut:

HgO + H20 + 2e- = Hg + 20H­

Fasa-fasa yang ada dapat dinyatakan sebagai berikut:

Hg (I) I HgO (s) I OK (aq)

Potensial elektrodanya dapat dinyatakan sebagai berikut:

EHglHgo= EOHglHgO- (RT/2F) In [OH-]

(14)

(15)

Jika elektroda ini diisi dengan natrium hidroksida 0.1 M, maka potensialnya menjadi

0,926 V vs SHE pada temperature 25°C.

III. KONVERSI

Dalam menuliskan hasil penelitian, potensial yang didapat harus rnengacu pada salah

satu elektroda referensi dan mengkonversinya menjadi potensial yang sebenamya

berdasarkan elektroda referensi gas hidrogen (SHE). Hal yang sarna dilakukan untuk

data yang didapatdari literatur. Dengan konversi ini maka, potensial yang diperoleh

dapat dibandingkan dengan hasil pengamatan lain atau literatur yang ada. Tabel

dibawah ini dapat digunakan untuk mengkonversi potensial yang diperoleh rnenjadi

potensial standar berbasis elektroda referensi gas hidrogen.

Tabel I: tabel konversi potensial elektroda referensi

Tabel Konversi Potensial

DariSHE

Ag/Hg/Hg/Hg/HgOAgCI

HgCIHg2S04

Ke

SHE 00,2220,2440,6440,926

Ag/ AgCl

00,0220,4220,704

Hg / HgCI

00,4000,682

Hg/ Hg2S04

00,038

Hg / HgO

0

42

Page 9: KARAKTERISASI ELEKTRODA REFERENSI

Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007

ISSN 1693-3346

Untuk pengukuran yang dilakukan menggunakan elektroda referensi SCE, makakonversinya mengikuti:

E (vs SHE) = E (vs SCE) + 0,244 Volt

KESIMPULAN

I. Pengukuran Potensial harus mengacu pada salah satu elektroda referensi dan

mengkonversi menjadi potensial berdasarkan elektroda referensi gas hidrogen.

2. Potensial elektroda tergantung pada temperatur dan konsentrasi larutan elektrolit

yang digunakan untuk mengisi elektroda referensi.

3. HasH Perhitungan ini sesuai dengan pengamatan langsung.

IV. DAFT AR PUST AKA

1. Bockris, J.a and Reddy A.N., Modern Electrochemistry, Macdonald, London, 1987

2. West, J.M., Electrodeposition and Corrosion Processes, 2nd Edition, Van Nostrand

Reinhold, London, 1970

GelasGelasHCI, 1,18 M, 25°C

Ke elektroda lain

Keramik Porous

H2, 1 Atm

Gambar I: Elektroda Referensi Gas Hidrogen (SHE)

43

Page 10: KARAKTERISASI ELEKTRODA REFERENSI

Prosiding Pertemuan IImiah Nasional RekaY~JI>>:>erangkatNuklirSerpong, 20 Nopember 2007

Kawat Platina

GelasGelasKCl Jenuh

Hg

Hg&HgClGelas Porous

Keram ik Porous

Gambar 2: Elektroda Referensi Calomel (SCE)

Kawat Ag

Gelas

KCl,IM

Porous AgCl

Porous Keramik

Gambar 3: Elektroda Referensi Ag/AgCl

44

ISSN 1693-3346