A. JUDUL PERCOBAAN: VOLTAMETRI KUALITATIFB. TANGGAL PERCOBAAN: Senin 14 April 2014C. TUJUAN PERCOBAAN: Menentukan nilai D dan n dari berbagai konsentrasi dan sweep rate (SR) dengan voltametriD. KAJIAN PUSTAKAVoltametri adalah suatu elektrolisis dimana arus direkam sebagai suatu fungsi potensial elektroda kerja. Voltametri merupakan elektrolisis dalam ukuran mikroskala dengan menggunakan mikro elektroda kerja, disebut juga teknik arus voltase. Potensial dari mikro elektroda kerja divariasikan dan arus yang dihasilkan dicetak sebagai fungsi dari potensial. Hasil cetakan ini disebut voltamograf. Voltametri berkembang pesat dibanding metode analisis lain, hal ini dikarenakan kelebihan dalam sensitifitas, selektifitas, kesederhanaan dan kemudahan penganalisisan. Pesatnya perkembangan voltametri setelah penemuan polarografi oleh Jaroslav Heyrovsky, tahun 1920. Voltametri didasarkan pengukuran arus sebagai fungsi dari potensial aplikasi (applied potential) pada saat terjadi polarisasi pada indicator elektroda atau elektroda kerja. Voltametri mempelajari hubungan voltase arus-waktu selama elektrolisis dilakukan dalam suatu sel, di mana suatu elektroda mempunyai luas permukaan yang relative besar, dan elektroda yang lain (elektroda kerja) mempunyai luas permukaan yang sangat kecil dan seringkali dirujuk sebagai mikroelektroda: lazimnya teknik ini mencakup pengkajian pengaruh perubahan voltase pada arus yang mengalir di dalam sel. Mikroelektroda ini biasanya dibuat dari bahan tak reaktif yang menghantar listrik seperti emas, platinum atau karbon, dan dalam beberapa keadaan dapat digunakan suatu elektroda merkurium tetes (D.M.E); untuk kasus istimewa ini teknik itu dirujuk sebagai polarografi. Voltametri merupakan metoda elektrokimia yang mengamati perubahan arus dan potensial. Potensial divariasikan secara sistematis sehingga zat kimia tersebut, mengalami oksidasi dan reduksi dipermukaan elektroda. Dalam voltametri, salah satu elektroda pada sel elektrolitnya terpolarisasi. Penelahan pada sistem tersebut diikuti dengan kurva arus tegangan. Metode ini umum digunakan untuk menentukan komposisi dan analisis kuantitatif larutan.Dalam sistem voltametri ada yang disebut dengan siklik voltametri. Voltametri ini merupakan teknik voltametri dimana arus diukur selama penyapuan potensial dari potensial awal ke potensial akhir dan kembali lagi potensial awal atau disebut juga penyapuan (scanning) dapat dibalik kembali setelah reduksi berlangsung. Dengan demikian arus katodik maupun anodik dapat terukur. Arus katodik adalah arus yang digunakan pada saat penyapuan dari arus yang paling besar menuju arus yang paling kecil dan arus anodik adalah sebaliknya (Khopkar, 1985).Sel voltametri, terdiri dari 3 elektroda yaitu elektroda pembanding, elektroda kerja, dan elektroda pembantu. Elektroda kerja pada voltametri tidak bereaksi, akan tetapi merespon elektroda aktif apa saja yang ada dalam sampel. Pemilihan elektroda bergantung pada besarnya range potensial yang diinginkan untuk menguji sampel. Adapun jenis dan teknik yang termasuk kedalam voltametri adalah sebagai berikut:a. PolarografiPolarografi adalah suatu bentuk elektrolisis dalam mana elektroda kerja berupa suatu elektroda merkuri tetes, dan direkam suatu kurva arus voltase (voltammogram). Polarogarfi digunakan secara luas untuk analisis ion ion logam dan anion anion anorganik, seperti IO dan NO . Gugus fungsi senyawa organik yang mudah teroksidasi atau tereduksi juga dipelajari dalam polarogarfi. Gugus fungsi yang digunakan meliputi karbonil, asam karboksilat, dan senyawa karbon yang memiliki ikatan rangkap (David, 2000).b. Hydrodynamic VoltametriHydrodynamic voltametri bermanfaat untuk analisis reduksi atau oksidasi pada potensial yang lebih positif karena hydrodynamic voltametri tidak dibatasi untuk elektroda Hg. Arus pada hydrodynamic voltametri diukur sebagai fungsi dari aplikasi potensial pada elektroda kerja.c. Stripping voltametriStripping Voltametri terdiri atas tiga teknik yaitu : anoda, katoda, dan adsorpsi stripping voltametri. Anodic stripping voltametri terdiri dari dua tahap Pertama pengontrolan potensial elektrolisis yang mana elektroda kerja, biasanya tetes merkuri atau lapis tipis merkuri, pada potensial katoda yang cukup untuk melapisi ion logam pada elektroda. Tahap kedua, potensial anoda di scan kearah potensial yang lebih positif. Ketika potensial pada elektroda kerja cukup positif analit dilepaskan dari elektroda, larutan dikembalikan dalam bentuk oksidasi. Arus selama tahap stripping dimonitor sebagai fungsi dari potensial, memberikan bentuk kenaikan pada puncak voltammogram yang sama Puncak arus yang proporsional pada konsentrasi analit dalam larutan. Anodic stripping voltametri sangat sensitif pada percobaan, yang mana harus dikontrol dengan hatihati jika hasilnya ingin akurat dan tepat.d. AmperometriAmperometri merupakan salah satu teknik voltametri yang mana potensial konstan diaplikasikan pada elektroda kerja, dan arus diukur sebagai fungsi waktu Karena potensial tidak discan, amperometri tidak mendorong kearah voltammogram.Aplikasi AmperometriAplikasi yang penting dari amperometri adalah dalam kontruksi sensor kimia. Sensor amperometri yang pertama dikembangkan untuk melarutkan O dalam darah, yang mana dikembangkan pada 1956 oleh L.C. Clark. Contoh lain pada sensor amperometri adalah sensor glukosa (David, 2000). Dewasa ini, biosensor telah banyak diteliti dan dikembangkan oleh para peneliti dan industri, dan dalam dunia biosensor research, topik yang sedang berkembang sekarang ini adalah biosensor yang berbasis DNA (genosensor). Berikut contoh dari biosensor untuk hibridisasi asam nukleat (DNA).Skema biosensor elektrokimia untuk hibridisasi asam nukleat atau analog asam nukleat sebagai elemen pengenal dan teknik elektrokimia tahap transduksi ditunjukkan oleh gambar berikut:

Gambar 1. Skema biosensor afinitas berdasarkan lapisan DNA sebagai Biopengenal

Potensial yang diterapkan pada elektroda dalam teknik voltametri ini biasanya bermacam-macam, yang menghasilkan beberapa varian teknik voltametri diantaranya adalah : LSV (linear sweep voltammetry), CV (cyclic voltammetry), DPV (differensian pulse voltammetry) dan SWV (square wave voltammetry).a. LSV (linear sweep voltammetry)Linear sweep voltammetry adalah istilah umum untuk suatu teknik voltametri dimana potensial yang diberikan pada elektroda kerja dengan variasi waktu linier. Metode ini juga mencakup polarography, siklik voltametri rotating disc voltametri. Slope yang dihasilkan dari metode ini memiliki unit potensial (volt) per satuan waktu, dan biasanya disebut scan rate percobaan. Voltammogram dari LSV yaitu:

Nilai dari scan rate percobaan dapat divariasi dari tingkat rendah mV/sec (khusus untuk polarography) sampai tingkat tinggi 1.000.000 V/sec (tercapai bila digunakan ultra mikroelektrode sebagai electrode kerja). Dengan jalur linier potensial, arus faraday ditemukan untuk menaikkan scan rates yang lebih tinggi.b. CV (cyclic voltammetry)Cyclic voltammetry adalah yang paling umum digunakan dalam teknik elektrokimia, dan berdasarkan pada kelinieran potensial dari kurva. Sehingga perubahan potensial sebagai fungsi linier dari waktu. Tingkat perubahan potensial dengan waktu mengarah pada scan rate. Voltammogram dari CV yaitu:

c. DPV (differensian pulse voltammetry)Differensian pulse voltammetry diperoleh dengan menambahkan secara periodik pulse potensial (meningkatkan potensial sementara) untuk menjalankan voltase yang digunakan pada LSV. Arus diukur hanya khusus untuk pulse dan diakhiri pada penerapan pulse. Perbedaan antara kedua arus diplotkan sebagai fungsi jalur potensial pada LSV. Voltammogram dari DPV yaitu:

d. SWV (square wave voltammetry)Square wave voltammetry dan differential pulse voltammetry keduanya digunakan untuk analisis kualitatif dan kuantitatif. Metode ini mengambil keuntungan dari timing sampel ke computer berulang kali pada dua titik relative terhadap waktu penerapan tegangan square wave untuk electroda. Perbedaan antara dua nilai arus diplotkan sebagai fungsi dari aplikasi potensial DC. Hasil yang diperoleh adalah puncak dari voltammetryc wave , sesuai dengan aktivitas elektro dari spesies pada sel elektrokimia. Voltammogram dari SWW yaitu:

Beberapa keungulan dari metode analisis voltametri jika dibandingkan dengan metode yang lain adalah :a. penyediaan cuplikan yang sederhana b. waktu analisis yang cepat. c. penyedian cuplikan yang diperlukan biasanya hanya pelarutan tanpa pemekatan d. peralatan yang tidak begitu mahal

Elektroda amalgamAmalgam adalah larutan logam dalam Hg cair. Pada elektroda ini, amalgam logam M akan berada dalam kesetimbangan dengan ionnya (M2+). Logam - logam aktif seperti Na dan Ca dapat digunakan sebagai elektroda amalgam.

Elektroda pasta karbonSebuah elektroda karbon pasta (CPE) yang terbuat dari campuran melakukan grafit bubuk dan cairan paste. [1] ini elektroda sederhana untuk membuat dan menawarkan permukaan mudah terbarukan untuk pertukaran elektron . Karbon elektroda pasta milik kelompok khusus heterogen karbon elektroda. Elektroda ini banyak digunakan terutama untuk voltametri pengukuran, namun berbasis karbon pasta sensor juga dapat diterapkan dalam coulometry (baik amperometry dan potensiometri).Elektroda tembaga (Cu)Tembaga (II) adalah elektroda jenis pertama, didasarkan pada reaksi redoks dengan bantuan dari logam (tembaga) dan garamnya. Hal ini digunakan untuk mengukur potensial elektrokimia dan merupakan elektroda referensi yang paling umum digunakan untuk pengujian proteksi katodik korosi sistem kontrol.

E. ALAT DAN BAHAN1. Laporan Praktikum Voltamerti Kualitatif16

2. Alat Alat:a. Instrumen Voltametri1 buahb. Labu ukur 100 mL1 buahc. Gelas kimia 100mL2 buahd. Pipet volume 10 mL1 buahe. Botol kecil / rol film5 buah

3. Bahan Bahan:a. K4Fe (CN)6 1 M; 2 M; 4 M; 8 Mb. Aquadesc. Larutan HgNO3d. Elektroda Hge. Elektroda pasta karbonf. Elektroda Cu

F. PROSEDUR KERJAPembuatan larutan standar

larutan induk K4Fe(CN)6- diambil 20 ml, 10 ml, 5 ml, 2,5 ml, 1,25 ml masing-masing untuk konsentrasi (1, 2, 4, 8, 16) 10-3 M- dimasukkan ke dalam labu ukur- ditambah aquades hingga mencapai tanda batasLarutan K4Fe(CN)6

Pengujian voltametri kualitatif

Kawat tembaga- dipotong dengan diameter 1,2 mm dan panjang 15 cm- dikupas ujung-ujung kawat, atas : 1 cm ; bawah : 0,5 cm - dihaluskan dengan amplas- diasah dengan kain bludru/ Tissue Toilet- dicuci dengan H2O- dicelupkan larutan HgNO3 selama 1 menit - dianalisis menggunakan voltametri dengan K4Fe(CN)6 16x10-3 M dan 8x10-3 M dan SR 0,1; 0,08; 0,06; 0,04; 0,02voltamogram

G. HASIL PENGAMATANNoAlur PercobaanHasil PengamatanDugaan / ReaksiKesimpulan

1Pembuatan larutan standar

larutan induk K4Fe(CN)6-diambil 20 ml, 10 ml, 5 ml, 2,5 ml, 1,25 ml masing-masing untuk konsentrasi (1, 2, 4, 8, 16) 10-3 M- dimasukkan ke dalam labu ukur- ditambah aquades hingga mencapai tanda batasLarutan K4Fe(CN)6Larutan induk K4Fe(CN)6 : berwarna kuning (++)K4Fe(CN)6 1x10-3 M: berwarna kuning (---)K4Fe(CN)6 2x10-3 M: berwarna kuning (--)K4Fe(CN)6 4 x10-3 M: berwarna kuning (-)K4Fe(CN)6 8 x10-3 M: berwarna kuningK4Fe(CN)6 16 x10-3 M: berwarna kuning (+)

Semakin rendah konsentrasi warna kuning semakin memudar

2Pengujian voltametri kualitatif

Kawat tembaga- dipotong dengan diameter 1,2 mm dan panjang 15 cm- dikupas ujung-ujung kawat, atas : 1 cm ; bawah : 0,5 cm - dihaluskan dengan amplas- diasah dengan kain bludru/ Tissue Toilet- dicuci dengan H2O- dicelupkan larutan HgNO3 selama 1 menit - dianalisis menggunakan voltametri dengan K4Fe(CN)6 16x10-3 M dan 8x10-3 M dan SR 0,1; 0,08; 0,06; 0,04; 0,02voltamogram HgNO3 : larutan biru mudaKawat tembaga : berwarna kuning kecoklatan Kawat tembaga setelah diamplas : kuning kecoklatan mengkilapKawat tembaga setelah dicelupkan dalam HgNO3: putih mengkilap.

H. ANALISIS DAN PEMBAHASANPraktikum voltametri ini bertujuan untuk mempelajari bagaimana prinsip kerja dari voltametri. Voltametri dalam praktikum ini secara kualitatif yaitu untuk mengetahui nilai D dan n, dimana D adalah koefisien difusi dan n adalah jumlah elektron yang terlibat. Dalam voltametri terdapat 3 jenis elektroda yaitu :1. Elektroda kerja (working electrode) Elektroda yang potensialnya bergantung pada konsentrasi analit yang diukur.2. Elektroda pembanding (reference electrode) Elektroda yang potensialnya tidak bergantung pada konsentrasi analit yang diukur.3. Elektroda pembantu (auxiliary electrode)Elektroda kerja atau working elektroda (WE) dalam praktikum ini digunakan elektroda amalgam. Pada kawat tembaga mula-mula berwarna kuning kecoklatan, setelah diamplas menjadi kuning kecoklatan mengkilap. Lalu kawat tembaga dicelupkan dalam larutan HgNO3 berupa larutan biru muda, kawat tembaga menjadi putih mengkilap. Terbentuknya warna putih pada kawat tembaga tersebut menunjukkan bahwa elektroda amalgam dari Cu-Hg telah terbentuk. Elektroda ini merupakan elektroda yang lebih ramah lingkungan daripada metode tetes Hg (polarografi) karena lebih menghemat pembuangan Hg yang tidak ramah lingkungan.Elektroda pembanding yang digunakan adalah elektroda Ag/AgCl. Jika terdapat arus yang mengalir pada elektroda Ag/AgCl, maka konsentrasi Cl- akan berubah dan potensial pun juga berubah. Hal ini menyebabkan oleh pengertian elektroda pembanding yang tidak terpenuhi. Agar potensial elektroda pembanding tetap, maka digunakan elektroda pembantu yang memiliki hambatan relatif lebih kecil daripada elektroda Ag/AgCl. Sehingga, arus yang mengalir ke elektroda pembanding sangat kecil atau dianggap nol dan arus yang diukur adalah arus pada rangkaian antara elektroda kerja dan elektroda pembantu.Prinsip dari voltammetri adalah mempolarisasi elektroda dalam sel elektrokimia pada serangkaian potensial range tertentu dan mengamati perubahan arus yang dihasilkan oleh sel akibat adanya proses oksidasi reduksi analit. Potensial dari elektroda kerja divariasikan dan arus yang dihasilkan dicetak sebagai fungsi dari potensial. Hasil cetakan tersebut disebut voltamogram. Analit yang digunakan dalam praktikum ini adalah K4Fe(CN)6 dengan konsentrasi 8 x 10-3 M dan 16 x 10-3 M. Oksigen yang terlarut di dalam sebuah larutan dapat mengalami reaksi redoks pada permukaan elektroda. Akibatnya, akan ditemukan puncak oksigen yang dapat menggangu pengukuran. Untuk mengatasi hal tersebut, ke dalam sel voltametri dialirkan gas nitrogen yang dapat menghilangkan oksigen terlarut dengan cara mendesak oksigen, karena nitrogen lebih berat daripada oksigen sehingga nitrogen cenderung berada di bagian bawah.Voltametri siklik merupakan teknik voltametri yang biasa digunakan pada awal eksperimen untuk mempelajari sifat elektrokimia dari spesi yang diamati. Teknik voltametri siklik dapat memberikan nilai potensial reduksi/oksidasi dari spesi-spesi elektroaktif. Selama pengukuran dengan voltametri siklik, akan diperoleh kurva antara arus terhadap potensial yang dikenal sebagai voltamogram siklik. Dalam praktikum ini digunakan variasi SR (sweep rate) yaitu 0,02; 0,04; 0,06; 0,08; 0,1. Kemudian dicari nilai IPC yaitu puncak arus pada katoda dan IPA yaitu puncak arus pada anoda. Arus katodik adalah arus yang digunakan pada saat penyapuan dari arus yang paling besar menuju arus yang paling kecil dan arus anodik adalah sebaliknya. Pengolahan data mengasilkan data sebagai berikut dimana Min (Y) merupakan IPC dan Max (Y) merupakan IPA : Konsentrasi 8 x 10-3se(yEr)Min(Y)Imin(Y)Max(Y)Imax(Y)Range(Y)Sum(Y)N(Y)

0.015792-0.99976101690,99976-168.958752337

4.993177E-6-4.2802E-52453.4337E-41693.86172E-40.008382337

2.6103E-6-2.72E-53372.2094E-41692.4814E-40.003041337

2.88175E-6-2.8E-53372.3326E-41692.6126E-40.003623337

3.145503E-6-2.95E-53772.4385E-41692.7335E-40.004184337

3.596327E-6-3.07E-52432.6586E-41692.9656E-40.005358337

Untuk pengujian secara kualitatif dibuat grafik IPC vs IPAIPCIPA/IPCSR

3.4337E-4-4.2802E-58,022288680,020,141421

2.2094E-4-2.72E-58,122794120,040,2

2.3326E-4-2.8E-58,330714290,060,244949

2.4385E-4-2.95E-58,266101690,080,282843

2.6586E-4-3.07E-58,659934850,10,316228

IPC

0,141421-4.2802E-5

0,2-2.72E-5

0,244949-2.8E-5

0,2828432-.95E-5

0,316228-3.07E-5

Berdasarkan kurva tersebut didapatkan persamaan garis yang akan digunakan untuk menghitung nilai D dan n. Konsentrasi 16 x 10-4 Mse(yEr)Min(Y)Imin(Y)Max(Y)Imax(Y)Range(Y)Sum(Y)N(Y)

0.015792-0.99976101690,99976-168.958752337

6.826974E-6-1.024E-42904.2693E-41695.2933E-40.002984337

4.713855E-6-5.41E-513.7783E-41694.3193E-40.007268337

4.110257E-6-7.29E-53373.0071E-41693.7361E-40.004171337

5.195365E-6-7.65E-53773.5229E-41694.2879E-40.006594337

6.167336E-6-9.09E-52873.9654E-41694.8744E-40.006873337

Untuk pengujian secara kualitatif dibuat grafik IPC vs IPAIPCIPA/IPCSR

4.2693E-4-1.024E-44,1692382810,020,141421

3.7783E-4-5.41E-56,983918670,040,2

3.0071E-4-7.29E-54,124965710,060,244949

3.5229E-4-7.65E-54,605098040,080,282843

3.9654E-4-9.09E-54,362376240,10,316228

IPC

0,141421-1.024E-4

0,2-5.41E-5

0,244949-7.29E-5

0,282843-7.65E-5

0,316228-9.09E-5

Berdasarkan kurva tersebut didapatkan persamaan garis yang akan digunakan untuk menghitung nilai D (koefisien difusi) dan n (jumlah elektron yang terlibat). Dari kedua grafik tersebut dihitung nilai D dan n sebagai berikut :1) Konsentrasi 8 x 10-3n3/2 (8 x 10-3) . D1/2 = 6 x 10-5 2) Konsentrasi 16 x 10-3n3/2 (16 x 10-3) . D1/2 = 3 x 10-5 Persamaan 1Persamaan 2

Berdasarkan hasil perhitungan tersebut didapatkan nilai n2/n1 sebesar 1,842, dan nilai D dianggap sama atau D2 = D1.

I. Kesimpulan Kesimpulan yang dapat kita tarik dari percobaan voltametri kualitatif adalah :1. Prinsip dari voltammetri pada praktikum ini ialah mempolarisasi elektroda dalam sel elektrokimia pada serangkaian potensial range tertentu dan mengamati perubahan arus yang dihasilkan oleh sel akibat adanya proses oksidasi reduksi analit.2. Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan nilai n2/n1 sebesar 1,842, dan nilai D dianggap sama atau D2 = D1.Daftar PustakaBasset, J. 1994. Vogel Analisa Kuantitatif Anorganik. Jakarta : Elangga.Coolkhas-chemistry. 2009. Voltametri. http://coolkhaschemistry.blogspot.com Diakses pada tanggal 3 Mei 2014.Day, R. A dan Underwood, A. L, diterjemahkan oleh Pudjaatmaka, A. H. 1989. Analisis Kimia Kuantitatif. Edisi keenam. Jakarta : Penerbit Erlangga.Febliza, Asyiti.S.Pd, M.Pd.2011.Metode Amperometri (Voltametri) dalamanalisis.Unic of Chemistry. Diakses pada tanggal 3 Mei 2014.Khopkar,S.M., 1990. Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta : UI-Press.

LAMPIRAN

Alat voltameterElektroda yang dicelupkan ke Hg(NO3)

Alat voltameter saat pengujian berlangsung