Daftar isi ISSN 1693-3346
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
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
menggunakan didalam
larutan
elektroda
elektrolitnya.
referensi.
Pengukuran
Elektroda
ini
dapat
ini dirancang
khusus
dilakukan untuk
dengan digunakan
suatu larutan yang bersifat asam maupun basa serta pada temperatur
maupun temperatur
tinggi. Elektroda
ini disambungkan
ke voltmeter
rendah
yang mempunyai
sensitifitas tinggi. Penggunaan, prinsip operasi dan jenis-jenis elektroda dibahas. Selain itu dilakukan
perhitungan
konversi
potensial
yang
diukur
referensi ke elektroda referensi lainnya pad a temperatur
berdasarkan
suatu
elektroda
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
ISSN 1693-3346
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
PENDAHULUAN 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 tingkat
keasaman
mendapatkan dilakukan
dalam
pengukuran menggunakan
beberapa yang
kasus
akurat
metode
dapat
dan
jalannya
dilakukan
terus-menerus,
potentiometrik.
proses. Pengukuran
seeara maka
Pengukuran
manual.
Untuk
pengukuran
yang
dengan
metoda
ini
memerlukan elektroda referensi.
Selain untuk pengukuran tingkat keasaman larutan, elektrode referensi juga diperlukan untuk melakukan pengukuran-pengukuran Pengukuran
yang dilakukan
dalam menentukan tingkat korosi suatu logam.
antara lain, Open circuit potential yaitu pengukuran
potensial suatu logam di dalam suatu larutan elektrolit tanpa pemberian
beda
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
ISSN 1693-3346
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
Beberapajenis a.
elektroda referensi yang umum di gunakan :
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 sebaliknya.
Banyak
pendapat
yang
menyatakan
bahwa
logam dan
sistem
ini tidak
sepenuhnya elektroda referensi tetapi elektroda referensi semu. Pad a suatu elektroda referensi reaksi kimia yang terjadi umumnya dapat dinyatakan sebagai berikut:
(I)
Rd 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
Dimana
+ (RT/nF) In ([Ox]/[RdD Eo
(2)
= 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
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Serpong, 20 Nopember 2007
[OX] dan
Konsentrasi
mengindikasi-kan
Rekayasa
[Rd] tergantung
bahwa
potensial
Perangkat
pada
suatu
komposisi
elektroda
ISSN 1693-3346
Nuklir
larutan.
referensi
Persamaan
(2)
tergantung
pada
temperatur dan komposisi zat pengisi elektroda.
ILL Elektroda
Hidrogen
Standar
Ini merupakan
(SHE)
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
tekanan
parsial
gas hidrogen.
ion hidrogen Untuk
kondisi
di dalam larutan, standar,
bahan
[H2]
adalah
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 H + fH2
=
EO H +fH2
(5)
38
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Serpong, 20 Nopember 2007
Rekayasa
Perangkat
ISSN 1693-3346
Nuklir
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
kesetimbangan.
ini disebabkan
Karena
lambatnya
kesulitan-kesulitan
elektroda ini, maka
hidrogen elektroda
mencapai 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 mVfC.
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)
ISSN 1693-3346
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
Persamaan
(7) memperlihatkan
bahwa potensial elektroda
ini tergantung
pada
aktifitas ion klorida didalam elektroda. Untuk itu penting sekali untuk mengetahui komposisi larutan
elektrolit yang menjadi larutan pengisi serta konsentrasinya.
pengisi
elektrodanya
3,5 M kalium
klorida,
mencapai 0.199 V vs SHE pada temperature
memperlihatkan
maka
potensial
25 DC. Gambar
2
elektroda referensi Ag/AgCI.
Kelemahan menyebabkan
yang mengandung
Untuk
dari elektroda
ini adalah
sensitif terhadap
cahaya.
Cahaya
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)
ISSN 1693-3346
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
Dimana EOHglHgCI = 0,268 V vs SHE pada 25°C dengan koefisien temperatur 0,29 mVfC. 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] Persamaan aktifitas
ini menunjukkan
ion klorida
divariasi.
didalam
(11 )
bahwa potensial
larutan pengisi.
elektroda
Konsentrasi
tergantung
pada
ion klorida
dapat
Untuk 0.1 M, 1.0 M dan 3.8 M Genuh), potensial
temperatur
elektroda
pada
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
adalah
stabil
dibandingkan
70°C,
kedua,
dengan elektroda
pembuatan
elektroda
ini lebih
sulit
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'
(12)
Fasa-fasa yang ada dapat dinyatakan sebagai berikut: Hg (I) I Hg2S04 (s) I sol'
(aq)
Potensial elektrodanya dapat dinyatakan sebagai berikut: (13)
EHglHg2s04 = EOHglHg2S04 - (RT/F) In [SOl']
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
hampir sarna.
41
yang
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Serpong, 20 Nopember 2007
11.5. Elektroda
Merkuri
/ Merkuro
Rekayasa
Perangkat
Nuklir
ISSN 1693-3346
Oksida
Ini merupakan elektroda referensi dengan sistem logam / garam tak larut. Reaksi keseimbangan HgO
yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut:
+
H20
+ 2e-
=
Hg
+ 20H-
(14)
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-]
(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 satu elektroda berdasarkan
hasil penelitian, potensial yang didapat harus rnengacu pada salah
referensi
dan mengkonversinya
menjadi
potensial
yang sebenamya
elektroda referensi gas hidrogen (SHE). Hal yang sarna dilakukan untuk
data yang didapatdari dapat dibandingkan
literatur. Dengan konversi ini maka, potensial yang diperoleh 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 SHE 0 0,400 0,682 0,038 0,022 0,422 0,704 0,222 0,244 0,644 0,926 Ag/ Hg/ Hg/ HgCI Hg/HgO Hg2S04 SHE
0 Potensial 0 0Tabel Konversi Dari
42
0
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Serpong, 20 Nopember 2007
Untuk pengukuran yang dilakukan konversinya mengikuti: E
(vs SHE)
= E
(vs SCE)
Rekayasa
Perangkat
menggunakan
ISSN 1693-3346
Nuklir
elektroda
referensi
SCE, maka
+ 0,244 Volt
KESIMPULAN I.
Pengukuran mengkonversi
Potensial
harus mengacu
pada salah satu elektroda
referensi
dan
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 Gelas Gelas HCI, 1,18 M, 25°C
Ke elektroda lain
Keramik Porous H2, 1 Atm
Gambar I: Elektroda Referensi Gas Hidrogen (SHE)
43
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional RekaY~JI>>:>erangkatNuklir Serpong, 20 Nopember 2007
Kawat Platina Gelas Gelas KCl Jenuh Hg Hg&HgCl Gelas 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
