Bab II
Tinjauan Pustaka
II.1 Kimia dan Listrik Adanya hubungan antara kimia dan listrik sudah lama dikenal. Alessandro Volta pada tahun 1793 menemukan, bahwa listrik dapat dihasilkan dari penempatan dua logam yang berbeda di atas suatu kertas yang dilembabkan pada sisi berlawanan. Pada tahun 1800 Nicholson dan Carlisle yang menggunakan baterai Volta sebagai sumber energi, memperlihatkan bahwa arus listrik dapat menguraikan air menjadi oksigen dan hidrogen. Hal ini merupakan percobaan yang penting dalam sejarah kimia. Percobaan ini menjelaskan bahwa atom-atom hidrogen dan oksigen yang bermuatan listrik positif dan negatif menjadikan ikatan antara hidrogen dan oksigen kuat. Pada tahun 1812 Berzelius mengusulkan bahwa semua atom menimbulkan listrik, hidrogen dan logam-logam bermuatan positif dan non logam bermuatan negatif (Lower, 2004). II.2 Elektrokimia Elektrokimia mempelajari hubungan antara energi listrik dengan reaksi kimia (Achmad, 2001). Pada proses elektrokimia, reaksi kimia melibatkan perpindahan elektron dari zat-zat kimia yang terlibat dalam reaksi tersebut. Elektrokimia lahir pada tahun 1791, yaitu sejak Luigi Galvani menemukan bahwa paha kodok yang segar dapat bergetar jika dihubungkan dengan dua macam logam bersambungan. Kemudian diikuti oleh pembuatan baterai pertama oleh Alessandro Volta. (Bockris, 2002). Elektrokimia terbagi menjadi sel Volta dan sel elektrolisis. Elektrokimia merupakan ilmu yang penting karena berhubungan dengan banyak disiplin ilmu yang lain, seperti diterangkan di bawah ini (Bockris, 2002): (1) Metalurgi Pemisahan logam-logam dari senyawanya dalam bentuk lelehan garam, pemisahan logam-logam dari senyawa dalam bentuk larutan, dan perlindungan
5
logam-logam dari kerusakan akibat korosi adalah merupakan beberapa terapan dari elektrokimia dalam metalurgi. (2) Teknik Teknik elektrokimia merupakan dasar dari industri logam-logam selain besi. Teknik ini terutama digunakan pada produksi aluminium dengan pengendapan dari lelehan garam yang mengandung aluminium oksida. Salah satu terapan lain yang paling penting adalah menjadikan lingkungan bersih dari polusi dengan energi listrik bebas polusi untuk kendaran bermotor. (3) Biologi Makanan diubah menjadi energi melalui mekanisme biokimia. Pengubahan energi ini memiliki efisiensi lebih besar dibandingkan dengan beberapa bentuk pengubahan energi yang sama. (4) Geologi Salah satu contoh elektrokimia dalam geologi dititikberatkan pada jenis-jenis pergerakan tanah. Pergerakan tanah di bawah tekanan tergantung pada viskositas. II.3
Sel Galvani
Seperangkat alat percobaan untuk menghasilkan listrik dengan memanfaatkan reaksi redoks spontan disebut sel Galvani atau sel Volta (Chang, 2003). Bila sebatang seng dicelupkan ke dalam larutan ZnSO4 dan sebatang tembaga dicelupkan ke dalam larutan CuSO4 dan ditempatkan dalam kompartemen yang terpisah kemudian kedua logam dihubungkan melalui rangkaian luar, maka sel bekerja. Sel bekerja berdasarkan asas bahwa oksidasi Zn menjadi Zn2+ dan reduksi Cu2+ menjadi Cu dengan pindahnya elektron antara kompartemen terjadi melalui sebuah kawat atau rangkaian luar sedangkan muatan diangkut oleh kation ke katoda dan anion ke anoda pada rangkaian dalam seperti terlihat pada Gambar II.1.
6
Gambar II.1
Sistem sel Galvani (White, 1999)
Seng bertindak sebagai anoda yaitu elektroda tempat terjadinya oksidasi, sedangkan tembaga bertindak sebagai katoda yaitu elektroda tempat terjadinya reduksi. Berikut adalah reaksi-reaksi setengah sel yaitu reaksi oksidasi dan reduksi pada masing-masing elektroda: Elektroda Zn (anoda) :
Zn(s) → Zn 2+ (aq) + 2e −
Elektroda Cu (katoda):
Cu 2+ (aq) + 2e − → Cu(s)
Bagian dari sel Galvani adalah: (1) Elektroda Pada Gambar II.1 batang seng dan tembaga merupakan elektroda. Logam seng di dalam deret memiliki harga potensial reduksi baku E θ lebih negatif dibanding dengan tembaga. Potensial reduksi baku atau tegangan listrik yang berkaitan dengan reaksi reduksi pada satu elektroda ketika semua zat terlarut dengan konsentrasi 1 molar dan semua gas pada 1 atm pada temperatur 25oC (Chang, 2003).
7
Zn 2+ (aq) + 2e − → Zn(s) E θ = -0.763 Volt Cu 2+ (aq) + 2e − → Cu(s) E θ = 0.337 Volt Elektroda yang memiliki potensial reduksi baku lebih kecil akan sukar mengalami reduksi atau bertindak sebagai anoda. Sebaliknya elektroda yang memiliki potensial reduksi baku lebih besar akan mudah mengalami reduksi atau bertindak sebagai katoda. (2) Elektrolit Elektrolit adalah senyawa yang jika dilarutkan dalam air menghasilkan larutan yang dapat menghantarkan arus listrik (Chang, 2003). Pada Gambar II.1 larutan ZnSO4 dan CuSO4 adalah elektrolitnya. (3) Jembatan Garam Untuk melengkapi rangkaian listriknya kedua larutan harus dihubungkan oleh suatu medium penghantar agar kation dan anion dapat bergerak dari satu kompartemen ke kompartemen yang lain. Hal ini bisa dipenuhi oleh jembatan garam. Jembatan garam bisa berupa tabung U yang terbalik dengan diisi oleh larutan inert. Misalnya KCl, NH4NO3, NaNO3 atau larutan lain yang ionionnya tidak bereaksi dengan ion lain dalam larutan elektrolit atau dengan elektroda. Selama reaksi redoks berlangsung, elektron mengalir keluar dari anoda (elektroda Zn) melalui kawat dan voltmeter menuju katoda yaitu elektroda Cu. Di dalam larutan elektrolit, kation-kation yaitu Zn2+, Cu2+ dan Na+ bergerak menuju katoda, sedangkan anion-anion yaitu SO42+ dan NO3bergerak menuju anoda. Bila tidak ada jembatan garam yang menghubungkan kedua larutan maka akan terjadi penumpukan muatan positif dalam kompartemen anoda karena pembentukan ion Zn2+. Selain itu juga akan terjadi penumpukan muatan negatif dalam kompartemen katoda karena pembentukan Cu dari ion Cu2+. Hal ini akan menghentikan kerja sel dengan cepat (Chang, 2003).
8
II.4 Potensial Elektroda
II.4.1 Asal Mula Adanya Potensial Elektroda Jika sebuah logam dicelupkan pada larutan elektrolit, maka akan terbentuk beda potensial antara permukaan logam dengan logam tersebut. Logam yang dicelupkan akan mengalami proses pelarutan. Sebagian atom Zn akan berubah menjadi ionnya, prosesnya adalah: Zn(s) → Zn 2+ (aq) + 2e − Bila Zn2+ meninggalkan permukaan logam maka jumlah elektron yang tertinggal makin lama makin banyak. Sehingga suatu saat elektron di permukaan logam ini akan menyulitkan keluarnya ion seng dari permukaan logam menyebabkan proses pelarutan logam terhenti. Ketidakseimbangan elektron pada permukaan logam ini yang menyebabkan adanya beda potensial antara logam terhadap larutan (Rochliadi, 2007).
Gambar II.2
Oksidasi seng dalam air (Lower, 2004)
Beda potensial juga akan terbentuk jika dua logam yang berbeda saling dihubungkan. Hal ini diakibatkan karena terjadi perbedaan tingkat energi Fermi dari masing-masing logam tersebut. Pada saat atom membentuk padatan, tingkat orbital dengan berbagai tingkat energi akan melebar dan bergabung membentuk pita-pita energi. Pita energi dibagi menjadi pita valensi dan pita hantaran.
9
(1) Pita valensi adalah pita energi yang berhubungan dengan orbital molekul ikatan. Pita valensi ini terisi penuh oleh elektron. (2) Pita hantaran adalah pita energi yang berkaitan dengan orbital molekul tidak berikatan. Pita energi ini tidak terisi penuh oleh elektron. Pita hantaran merupakan pita yang menyebabkan adanya hantaran listrik. Elektron akan mengisi pita hantaran hingga tingkat energi Fermi. Hantaran listrik terjadi saat dua jenis logam berbeda yang memiliki tingkat energi Fermi yang berbeda dihubungkan satu sama lain. Elektron akan mengalir dari tingkat energi Fermi yang tinggi ke tingkat energi Fermi rendah (Rochliadi, 2007).
II.4.2 Proses Elektroda dan Transpor Massa Elektrokimia mempelajari reaksi partikel-partikel bermuatan seperti ion atau elektron yang melewati antarmuka dua fasa zat. Dua fasa zat tersebut adalah fasa logam atau elektroda dan elektrolit. Proses ini ditunjukkan sebagai reaksi kimia dan umumnya dikenal sebagai proses elektroda. Proses ini terjadi dalam lapisan ganda listrik dan menghasilkan sedikit ketidaksetimbangan dalam muatan listrik elektroda dan larutan (Lower, 2004). Reaksi pada suatu elektroda ditunjukkan oleh zat-zat kimia dan perubahan listrik. Reaksi elektroda mungkin sederhana seperti reduksi suatu ion logam. Materi aktif listrik harus diangkut ke permukaan elektroda dengan migrasi atau difusi sebelum tahapan pemindahan elektron. Reaksi kimia juga melibatkan keseluruhan reaksi elektroda. Kecepatan proses elektrokimia ditentukan oleh tahapan yang paling lambat di dalam keseluruhan urutan reaksi (Broadhead dan Kuo, 2004). Hal yang penting dalam penelitian baterai adalah mempelajari proses transpor massa dari dan menuju permukaan elektroda. Transpor massa dari atau menuju suatu elektroda dapat terjadi dengan beberapa proses. Diantaranya adalah migrasi listrik di dalam suatu perbedaan tegangan listrik dan difusi di dalam suatu perbedaan konsentrasi (Broadhead dan Kuo, 2004).
10
II.4.3 Pengukuran Potensial Sel Gaya yang diperlukan untuk mendorong elektron melalui rangkaian luar adalah Daya Gerak Listrik atau DGL yang disebut juga potensial sel. Pada Gambar II.1 potensial sel yaitu selisih potensial antara anoda dan katoda diukur dengan voltmeter atau alat pengukur tegangan listrik. Potensial sel yang maksimum akan terjadi jika tidak terdapat arus yang keluar dari sel yaitu jika tahanan rangkaian luar tak terhingga. Pengukuran potensial sel bisa teliti dengan menggunakan cara sebagai berikut (Achmad, 2001): (1) Menggunakan voltmeter dengan tahanan atau beban yang tinggi, misalnya 105 ohm. (2) Valve voltmeter. (3) Potensiometer. II.4.4 Potensial Sel dan Persamaan Nernst Potensial sel baku adalah potensial sel pada kondisi semua zat terlarut dalam satuan keaktifan. Keaktifan berarti konsentrasi efektif pada 1 M. Bila zat yang terlibat pada reaksi elektroda berwujud gas maka tekanan efektifnya pada 1 atm. Jika konsentrasi atau tekanan memiliki nilai selain 1 M atau 1 atm, potensial sel akan berubah (Lower, 2004). Reaksi terjadi pada daerah antarmuka elektroda. Reaksi pada sel secara umum dapat ditulis
aA + bB ⇔ cC + dD Perubahan energi bebas baku ΔG o reaksi ini bisa diungkapkan sebagai ΔG o = − nFE o Dengan F adalah tetapan Faraday (96.487 coulomb) dan E o adalah daya gerak listrik baku.
11
Jika kondisi tidak dalam keadaan baku, maka potensial sel E ditentukan dengan persamaan Nernst, E = Eo −
RT a Cc a Dd ln a b nF aA aB
Dengan a adalah keaktifan, R adalah tetapan gas dan T adalah temperatur absolut. Perubahan energi bebas baku ΔGo sebuah reaksi sel adalah gaya dorong yang memungkinkan baterai memindahkan energi listrik ke rangkaian luar. Pengukuran daya gerak listrik digunakan juga untuk memperoleh data energi bebas, entropi, dan entalpi bersama dengan koefisien keaktifan, tetapan kesetimbangan, dan hasil kelarutan (Broadhead dan Kuo, 2004). II.5 Baterai
Baterai ialah sel Volta/Galvani yang dapat menyediakan arus listrik langsung pada potensial sel yang tetap atau alat yang dapat menyimpan energi kimia dan menjadikannya energi listrik jika diperlukan. Energi listrik yang dihasilkan oleh sebuah baterai muncul akibat adanya perbedaan potensial listrik kedua buah elektroda. Meskipun cara kerja baterai pada dasarnya sama dengan sel Galvani tetapi baterai memiliki kelebihan karena sifatnya yang berdiri sendiri tidak memerlukan komponen tambahan seperti jembatan garam (Chang, 2003). Rangkaian pada baterai dibagi menjadi dua yaitu rangkaian luar dan rangkaian dalam.
Elektron mengalir melalui rangkaian luar, sedangkan pada rangkaian
dalam yang mengalir adalah ion-ion yaitu kation menuju katoda dan anion menuju anoda.
Reaksi redoks segera terjadi ketika rangkaian mulai dihubungkan
(Achmad, 2001).
12
II.5.1 Sejarah baterai
Listrik sudah sejak lama ditemukan. Diduga bahwa penguasa Baghdad (250 SM) menggunakan baterai untuk pelapisan perak, dan orang Mesir pelapisan antimon pada tembaga lebih dari 4300 tahun yang lalu (Rochliadi, 2002). Ahli fisika Jerman yaitu Otto von Gruericke pada tahun 1600 membuat generator listrik pertama. Generator ini dibuat dari sebuah bola sulfur yang dicetak dari sebuah bola kaca. Benyamin Franklin pada tahun 1752 menunjukkan bahwa listrik merupakan sifat dari petir dengan cara menerbangkan layang-layang saat hujan. Tiga tahun kemudian Priestley dan Cavendish, menemukan bahwa asam nitrat dan nitrit dapat terbentuk jika udara yang lembab dilalui arus listrik (Rochliadi, 2002). Sedangkan perkembangan sumber energi elektrokimia dimulai dari Luigi Galvani. Pada tahun 1791 Luigi Galvani menemukan gejala kaki katak yang berkontraksi jika otot kaki katak tersebut dihubungkan dengan dua kawat atau disebut juga gejala “Frog leg effect”. Penemuan ini ditindaklanjuti oleh Alessandro Volta pada tahun 1792. Dari penemuan diperoleh kesimpulan bahwa gejala Galvani tersebut dapat terjadi jika digunakan logam berbeda. Selain itu juga Volta adalah orang pertama yang menyusun sistem baterai yang dikenal sebagai Volta Pile. Volta Pile baru dapat dibuat sebagai sumber listrik elektrokimia secara komersial pada tahun 1800. Sejarah perkembangan baterai lebih lengkap seperti terlihat pada Tabel II.1 (Rochliadi, 2002).
13
Tabel II.1 Sejarah Perkembangan Baterai (Rochliadi, 2002) Tahun 1600 1798 1800 1802 1820 1830 1836 1859 1868 1888 1899 1901
Pengembang Yang dikembangkan Gilbert (Inggris) Pendiri elektrokimia Galvani (Itali) Penemu gejala listrik pada binatang Volta (Itali) Pencipta sel Volta Cruickshank (Inggris Baterai listrik pertama yang diproduksi banyak Ampere (Prancis) Menghubungkan kelistrikan dengan kemagnetan Faraday (Inggris) Mengemukakan Hukum Faraday Daniell (Inggris) Pencipta sel Daniell Plante (Prancis) Pencipta baterai timbal/asam Leclanche (Prancis) Pencipta sel Leclanche Gassner (Amerika) Menyempurnakan sel kering Jungner (Swedia) Pencipta baterai nikel-kadmium Edison (Amerika) Pencipta baterai nikel-besi Shlecht & 1932 Pencipta lempeng elektroda Ackerman (Jerman) 1947 Neumann (Prancis) Pencipta baterai sealed nikel-kadmium Mengembangkan baterai primer alkalin 1960-an(Amerika) Mengembangkan katup pengatur baterai 1970-an(Amerika) timbal/asam 1990 (Amerika) Baterai nikel-logam hidrida NiMH secara komersial Baterai alkalin yang dapat diisi ulang secara 1992 Kordesch (Kanada) komersial 1999 Kordesch (Kanada) Polimer litium-ion secara komersial
II.5.2 Jenis-jenis baterai
Baterai dapat dikelompokkan berdasarkan kemampuannya untuk digunakan ulang yaitu baterai primer dan baterai sekunder. Dapat diisi ulang artinya adalah membalikkan reaksi redoks yang terjadi pada baterai dengan menerapkan arus listrik pada potensial tertentu. Baterai primer menggunakan reaksi redoks yang tidak bisa balik, sehingga ketika semua reaksi redoks telah digunakan dikatakan baterai habis. Sebaliknya baterai sekunder merupakan baterai yang dapat diisi ulang.
14
II.5.3 Parameter baterai
Dua parameter pada pengukuran kemampuan atau kinerja baterai yaitu tegangan listrik dan kapasitas. Tegangan listrik adalah gaya dorong masing-masing elektron untuk keluar dari baterai. Sedangkan kapasitas adalah jumlah elektron yang dihasilkan dalam baterai. Bagaimana hubungan kedua parameter ini dengan baterai dapat dijelaskan sebagai berikut (Fremlin, 2002): (1) Tegangan listrik Sebagai contoh pada baterai sekunder atau baterai timbal-asam. Reaksi reduksi dan oksidasi masing-masing menghasilkan potensial tertentu. Penjumlahan dari potensial reduksi dan potensial oksidasi disebut potensial sel. Reaksi yang terjadi pada elektroda positif menghasilkan potensial 1,685 volt dan reaksi pada elektroda negatif menghasilkan potensial 0,356 volt. Berarti tegangan listrik sel timbal-asam ini adalah 2,04 volt. Harga ini disebut sebagai potensial elektroda baku. Untuk menghitung potensial digunakan persamaan Nernst (lihat Sub Bab II.4.4). Tegangan listrik dari beberapa sel baterai adalah tertentu, tergantung pada sel kimianya. Sel nikel-kadmium sekitar 1,2 volt, sel timbal-asam sekitar 2,0 volt dan sel litium bisa lebih tinggi mendekati 4 volt. Sel-sel bisa dihubungkan satu sama lain sehingga tegangan listriknya bisa dijumlahkan. Ini artinya baterai timbal-asam bisa memiliki tegangan listrik 2 volt, 4 volt, 6 volt dan seterusnya. (2) Kapasitas Sementara tegangan listrik sel adalah tertentu, kapasitas sel adalah variabel yang tergantung pada bahan aktif yang dikandungnya. Sel tunggal, jangkauan kapasitasnya bisa dari amper.jam sampai beberapa ribu amper.jam. Kapasitas sel intinya adalah jumlah dari elektron yang dapat dihasilkan oleh sel per satuan waktu. Jika arus adalah jumlah elektron per satuan waktu, kapasitas sel adalah arus yang disediakan oleh sel sampai habis dan ukuran umumnya dalam amper-hours (Ah) atau amper.jam.
15
Batasan secara fisik dari kemampuan atau kinerja baterai (Lower, 2004): (1) Daerah permukaan efektif elektroda. Satu cm2 lempeng logam yang telah digosok memberikan lebih sedikit permukaan aktif daripada logam yang berpori. Semua baterai dan sel bahan bakar menggunakan elektroda berpori tinggi. (2) Rapat arus permukaan elektroda Ditunjukkan dalam amper.m-2. Pada dasarnya mengukur kemampuan katalitik elektroda, artinya adalah kemampuan berkurangnya energi pengaktifan dari proses pemindahan elektron. (3) Laju bahan listrik aktif yang menuju atau meninggalkan permukaan elektroda. Proses ini adalah diatur oleh penyebaran panas dan dihambat oleh poros yang sangat sempit, hal ini dibutuhkan untuk menghasilkan daerah permukaan aktif yang lebih besar. II.5.4 Penentuan Kapasitas Baterai
Kapasitas dalam amper.jam dari baterai sangat mudah ditentukan jika arus tetap selama penggunaan baterai. Jika arus berubah dengan bertambahnya waktu, maka ditentukan dengan integral: t
C = ∫ I .dt 0
Kapasitas dapat diperoleh dengan mengalurkan arus sebagai fungsi dari waktu dan diintegrasikan pada kurva. Kapasitas C diperoleh selama penggunaan baterai setelah beberapa waktu t. Waktu umumnya dibatasi dengan turunnya tegangan listrik sel (Vinal, 1955). Pada umumnya secara teori kapasitas baterai tidak dapat dihasilkan oleh beberapa kondisi. Kondisi tersebut diantaranya adalah elektrolit tidak dapat berdifusi ke dalam pori-pori elektroda dengan kecepatan cukup ketika sebagian pori-pori tersumbat oleh hasil proses penggunaan baterai. Kondisi lainnya adalah hambatan
16
dari bahan aktif dan elektrolit yang meningkat sebanding dengan peningkatan penggunaan baterai. Faktor-faktor yang mempengaruhi kapasitas baterai diantaranya adalah jumlah materi aktif dalam sel, kecepatan penggunaan baterai dan konsentrasi elektrolit. Jumlah penggunaan bahan aktif yang terbatas akan menurunkan kapasitas baterai. Terbatasnya penggunaan bahan aktif ini sebagai akibat dari hasil reaksi selama penggunaan baterai. Hasil reaksi ini tidak menghantarkan arus listrik dan meningkatkan hambatan pada bahan aktif di elektroda. Kapasitas juga akan menurun jika laju penggunaan baterai cepat. Hal ini disebabkan karena terbentuknya hasil reaksi yang menutup pori-pori permukaan elektroda, terbatasnya waktu difusi dari elektrolit, dan tegangan listrik yang hilang dengan adanya hambatan dalam sel. Kapasitas akan meningkat jika konsentrasi elektrolit lebih besar (Vinal, 1955).
II.5.5 Tegangan Listrik Terhadap Waktu Penggunaan Baterai
Ketika suatu sel baterai digunakan, tegangan listriknya lebih rendah dari tegangan listrik teoritis. Perbedaan ini disebabkan oleh kehilangan tegangan listrik karena beban pada sel baterai dan polarisasi materi aktif listrik selama penggunaan. Selama proses penggunaan baterei, idealnya berlangsung pada tegangan listrik teoritis sampai bahan aktif dan kapasitas digunakan secara penuh. Tegangan listrik kemudian menurun sampai menuju nol, lihat kurva ideal pada Gambar II.3. Pada kondisi sesungguhnya, kurva penggunaan adalah serupa dengan kurva 1 dan 2. Tegangan listrik awal sel pada waktu penggunaan dengan suatu beban adalah lebih rendah dari nilai teoritis. Tegangan listrik menurun selama penggunaan seiring dengan meningkatnya beban sel karena adanya pengumpulan hasil penggunaan baterai, konsentrasi, dan polarisasi. Kurva 2 serupa dengan kurva 1, tetapi menunjukkan suatu sel dengan hambatan dalam lebih tinggi atau suatu penggunaan yang lebih tinggi dibandingkan dengan sel yang diwakili oleh kurva 1 (Linden, 2004)
17
Gambar II.3
Tegangan listrik sebagai fungsi waktu
II.6 Baterai buah
Baterai buah adalah sel Volta dengan menggunakan larutan yang terdapat dalam buah-buahan sebagai elektrolit dan elektroda yang dipakai adalah logam yang berfungsi sebagai elektoda positif dan elektroda negatif. Dalam sel lemon Cu-Zn larutan hanya mengandung ion Zn2+ tapi tidak mengandung Cu2+ dan pengukuran potensial bukan perbedaan potensial reduksi Zn2+/Zn dengan Cu2+/Cu (Goodisman, 2001). Dalam baterai lemon ini yang mengalami reaksi oksidasi adalah Zn diubah menjadi Zn2+ pada elektroda Zn. Sedangkan pada elektroda Cu yang mengalami reaksi reduksi adalah ion H+ menjadi gas H2. Jadi dapat disimpulkan bahwa dalam sel baterai ini elektroda Zn bertindak sebagai anoda. Sedangkan elektroda Cu bertindak sebagai katoda. Sehingga reaksi sel di dalam baterai lemon adalah sebagai berikut: Zn(s) + 2H + (aq) → Zn 2+ (aq) + H 2 (g) Gas hidrogen dapat diamati dengan terbentuknya gelembung gas pada katoda (Goodisman, 2001).
18
II.7 Pembelajaran Berbasis Kontekstual
Belajar akan lebih bermakna jika anak mengalami apa yang dipelajarinya bukan mengetahuinya.
Pembelajaran
kontekstual
mengarahkan
siswa
kepada
pembelajaran yang bermakna. Pembelajaran kontekstual merupakan konsep belajar yang membantu pengajar mengaitkan antara materi yang diajarkannya dengan situasi dunia nyata siswa. Juga mendorong siswa membuat hubungan antara pengetahuan yang dimilikinya dengan penerapannya dalam kehidupan mereka sebagai anggota masyarakat. Sehingga diharapkan siswa sadar bahwa yang mereka pelajari berguna bagi kehidupannya (Nurhadi, 2002). Dalam pandangan konstruktivis, strategi memperoleh lebih diutamakan dibandingkan seberapa banyak siswa memperoleh dan mengingat pengetahuan. Konstruktivisme
merupakan
landasan
berpikir
pendekatan
pembelajaran
kontekstual. Konstruktivisme menjelaskan bahwa pengetahuan dibangun oleh manusia sedikit demi sedikit. Pengetahuan bukan seperangkat fakta-fakta, konsep atau kaidah yang siap untuk diambil dan diingat. Manusia harus mengkonstruksi pengetahuan itu dan memberi makna melalui pengalaman nyata (Nurhadi, 2002). Konstruktivisme merupakan salah satu dari tujuh komponen utama pembelajaran efektif dalam pendekatan pembelajaran kontekstual. Sebuah kelas dikatakan menggunakan pendekatan kontekstual jika menerapkan ketujuh komponen tersebut dalam pembelajarannya. Keenam komponen lainnya yaitu menemukan, masyarakat belajar, pemodelan, dan penilaian yang sebenarnya (Nurhadi, 2002). II.8 Media Pembelajaran Elektronik
Media pembelajaran adalah media yang digunakan sebagai alat dan bahan dalam pembelajaran. Salah satunya adalah media pembelajaran elektronik. Pembelajaran elektronik didefinisikan sebagai sebuah bentuk teknologi informasi yang diterapkan di bidang pendidikan dalam bentuk kelas maya (Surendro, 2005). Dengan kata lain siswa dan pengajar tidak harus bertatap muka secara langsung
19
untuk melakukan kegiatan belajar mengajar seperti halnya di kelas. Siswa dan pengajar berinteraksi secara tidak langsung melalui komputer yang terhubung dengan internet atau intranet. Hal ini memungkinkan pembelajaran
dapat
berlangsung tanpa bergantung pada tempat dan waktu. Pembelajaran yang menggunakan media elektronik memiliki keterbatasan. Keterbatasannya adalah penyampaian materi pembelajaran yang tidak mudah dilakukan dan keterbatasan akses internet di Indonesia. Rancangan dalam pembuatan pembelajaran elektronik diperlukan untuk mengatasi kesulitan dalam penyampaian materi. Rancangan ini dibuat supaya proses belajar menjadi lebih menyenangkan tanpa harus kehilangan makna dan tujuan dari proses belajar. Hal ini merupakan modal awal yang sangat baik untuk proses belajar selanjutnya. Ada beberapa syarat yang harus dipenuhi dalam perancangan sistem pembelajaran elektronik yaitu (Surendro, 2005): (1) Sederhana Sistem yang sederhana akan memudahkan peserta memanfaatkan teknologi yang ada. Adanya kemudahan pada panel yang disediakan akan mengurangi waktu pengenalan sistem pembelajaran elektronik itu sendiri. Kemudahan ini dapat mengefisienkan waktu belajar siswa untuk proses belajar bukan pada belajar penggunaan sistem pembelajaran elektroniknya. (2) Personal Dengan merancang sistem pembelajaran elektronik yang bersifat personal, pengajar dapat berinteraksi dengan baik seperti layaknya seorang pengajar yang berkomunikasi dengan siswanya di depan kelas. Melalui pendekatan dan interaksi yang lebih personal, siswa diperhatikan kemajuannya serta dibantu dalam menghadapi persoalan dalam pelajarannya.
(3) Cepat
20
Dengan sistem yang cepat, respon terhadap keluhan dan kebutuhan dalam penyampaian materi akan dapat lebih ditingkatkan. Diharapkan dengan respon yang cepat ini akan memudahkan pengajar untuk mengadakan perbaikan selama proses belajar mengajar berjalan tanpa harus menunggu proses tersebut berakhir. Salah satu komponen penting dalam pengembangan pembelajaran elektronik yaitu LMS. LMS adalah perangkat lunak yang digunakan untuk membuat materi perkuliahan online dan mengelola kegiatan pembelajaran serta hasil-hasilnya (Surjono, 2007). LMS berdasarkan perolehannya terbagi menjadi dua yaitu LMS komersial dan gratis yang dapat dimodifikasi sesuai kebutuhan. LMS yang termasuk LMS komersial diantaranya adalah webCT dan Blackboard, sedangkan yang termasuk LMS gratis dan dapat dimodifikasi sesuai kebutuhan diantaranya yaitu ATutor, Dokeos, dan Moodle (Wahono, 2003). II.9 Moodle
Moodle merupakan LMS gratis yang lebih sering digunakan dibanding dengan LMS gratis yang lain. Hal ini disebabkan Moodle memiliki kelebihan lain selain gratis dan mudah dimodifikasi diantaranya yaitu mudah dipelajari dan digunakan. Moodle seperti yang telah disebutkan di paragraf sebelumnya, mempunyai beberapa kelebihan yang secara lengkap diuraikan sebagai berikut (Melfachrozi, 2003): (1) Cocok untuk kelas online dan sama baiknya dengan belajar tambahan yang langsung berhubungan dengan pengajar. (2) Sederhana, efisien dan menggunakan teknologi sederhana. (3) Mudah diinstal. (4) Hanya membutuhkan satu database. (5) Menampilkan penjelasan dari pelajaran yang ada dan dapat dibagi ke dalam beberapa kategori.
21
(6) Mempunyai keamanan yang kokoh. (7) Formulir pendaftaran untuk siswa telah diperiksa validitasnya. (8) Paket bahasa yang disediakan lebih dari 45 bahasa, termasuk bahasa Indonesia. Kelebihan Moodle memungkinkan pengguna untuk bisa berkreasi, fleksibel dan memperoleh pengalaman belajar online yang menarik. Pengalaman belajar online diartikan sebagai sesuatu yang melibatkan peranan pengajar dan siswa lebih aktif. Pembelajaran dengan Moodle dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Beberapa diantaranya: (1) Forum untuk para pengguna dapat berdiskusi. (2) Kelompok belajar lewat jaringan yang memungkinkan para siswa untuk berkolaborasi dan saling mengevaluasi pekerjaan masing-masing, sehingga memungkinkan guru untuk mengevaluasi apa yang siswa inginkan mengenai kemajuan pembelajaran. (3) Tempat penyimpanan data yang berguna bagi siswa untuk memasukkan dan membagi data-data mereka. Semua tampilan ini memberikan suatu lingkungan belajar yang aktif, interaksi penuh antara siswa ke siswa dan siswa ke pengajar (Rice, 2006 ).
22
