kualitati bab ii

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Analisis Kualitatif
Analisis Kualitatif merupakan metode analisis kimia yang digunakan
untuk mengenali atau mengidentifikasi suatu unsur atau senyawa kimia (anion
atau kation) yang terdapat dalam sebuah sampel berdasarkan sifat kimia dan
fisikanya.(Firmansyah, 2011).
Analisis kualitatif berdasarkan sifat kimia melibatkan beberapa reaksi
dimana hukum kesetimbangan massa sangat berguna untuk menentukan ke arah
mana reaksi berjalan. Contoh : Reaksi redoks, reaksi asam-basa, kompleks, dan
reaksi pengendapan. Sedangkan analisis berdasarkan sifat fisikanya dapat diamati
langsung secara organoleptis, seperti bau, warna, terbentuknya gelembung gas
atau pun endapan yang merupakan informasi awal yang berguna untuk analisis
selanjutnya.( Latifah, 2012)
2.2. Unsur dan Penggolongannya
Unsur adalah wujud zat terkecil yang tidak dapat diuraikan lagi secara
kimiawi menjadi wujud yang lebih sederhana. Senyawa adalah zat yang terbentuk
dari gabungan kimiawi dari dua unsur atau lebih.
Demikianlah air dapat diuraikan menjadi gas hidrogen dan oksigen, garam
dapur menjadi logam natrium dan gas klor, gula menjadi karbon, hidrogen dan
oksigen dan sebagainya. Tetapi kita tidak dapat selanjutnya menguraikan
hidrogen, oksigen, karbon, natrium dan klor itu menjadi wujud lebih sederhana
5
Universitas Sumatera Utara
6
lagi. Kalau diusahakan juga maka rusaklah kesatuan zat tersebut.(Sulaiman,
1987).
Berdasarkan sifat kimia dan sifat fisisnya unsur-unsur dapat digolongkan
atas dua golongan yaitu golongan metal atau logam dan golongan non metal atau
non logam. Dari 92 unsur yang terdapat di alam, 70 buah termasuk logam dan 22
buah nonlogam. Semua gas adalah nonlogam, 1 dari zat cair adalah logam, yaitu
air raksa (Hg), dan 1 lagi adalah nonlogam yaitu brom (Br). Dari 79 unsur yang
berupa zat padat hanya 10 buah yang termasuk non logam. Pembagian lengkapnya
adalah seperti Tabel 2.1 berikut :
Tabel 2.1 : Pembagian jumlah unsur
Keadaan Unsur
Logam
Nonlogam
Padat
69
10
Cair
1
1
Gas
-
11
Jumlah
70
22
Untuk mempermudah dalam mengenali unsur-unsur yang dimaksud, maka
berikut ini adalah Tabel 2.2, yaitu tabel yang menyajikan nama unsur secara
periodik :
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 : Periodik unsur
7
Universitas Sumatera Utara
8
2.2.1. Unsur Logam dan Nonlogam
Logam dan nonlogamadalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat
seperti Tabel 2.3 dan Tabel 2.4, yaitu tabel yang menjelaskan perbedaan sifat
unsur logam dan nonlogam dalam sudut pandang fisika dan kimia:
Tabel 2.3 : Sifat fisika unsur logam dan nonlogam
Nonlogam
Tidak mengilap
Pada suhu kamar dapat berwujud
padat, cair, dan gas
Sulit dibentuk dan rapuh
Bukan penghantar panas dan listrik
yang baik
Logam
Mengilap
Pada suhu kamar umumnya
berwujud padat
Mudah ditempa dan dibentuk
Penghantar panas dan listrik yang
baik
Tabel 2.4 : Sifat kimia unsur logam dan nonlogam
Nonlogam
Logam
Kecenderungan suatu atom untuk
menerima elektron atau menjadi
bermuatan negatif (membentuk
anion).
Keelektronegatifan yang besar
Energi ionisasinya kecil
Tidak reaktif
Kecenderungan suatu atom untuk
melepas elektron atau menjadi
bermuatan positif (membentuk
kation)
Keelektronegatifan yang kecil
Energi ionisasinya besar
Reaktif (mudah bereaksi)
2.3. Jenis-jenis Senyawa
2.3.1. Oksida
Senyawa antara suatu unsur dengan oksigen disebut oksida. Senyawa
antara unsur nonlogam dengan oksigen disebut oksida nonlogam atau oksida
asam, sedang senyawa antara unsur logam dengan oksigen disebut oksida logam
atau oksida basa.
Universitas Sumatera Utara
9
Disebut oksida asam karena dengan air oksida itu akan membentuk asam,
dan disebut oksida basa karena dengan air oksida itu akan membentuk basa.
Beberapa contoh oksida asam yang penting :
N2O5
P2O3
B2O3
Cl 2 O 5
N2O3
P2O5
As 2 O 3
Cl 2 O 7
SO 2
CO 2
Cl 2 O 3
I2O5
Oksida basa yang penting ialah oksida-oksida logam alkali dan lokam
alkali tanah. Contohnya :
K2O
CaO
FeO
ZnO
N2O
BaO
Fe 2 O 3
SnO
LI 2 O
MgO
Al 2 O 3
SnO 2
2.3.2. Asam dan Basa
Oksida asam dengan air akan membentuk asam, sedang oksida basa
dengan air akan membentuk basa. Disebut asam karena zat-zat ini berasa asam di
lidah dan disebut basa karena rasanya yang seperti sabun (basis).
Contoh beberapa asam :
SO 2
+
H2O
H 2 SO 3
= asam sulfit
SO 3
+
H2O
H 2 SO 4
= asam sulfat
P2O3
+
3H 2 O
2H 3 PO 3 = asam fosfit
P2O5
+
3H 2 O
2H 3 PO 4 = asam fosfat
N2O3
+
H2O
2HNO 2
= asam nitrit
Disamping terbentuk dari oksida asam + air, adapula beberapa asam yang
terbentuk dari hidrogen dengan unsur bukan logam tertentu yaitu unsur-unsur
Universitas Sumatera Utara
10
golongan halogen ditambah dengan sulfur. Jadi kita kenal asam-asam HCl, HBr,
HI, HF (disebut asam-asam halogenida) dan H 2 S.
Selain itu masih ada golongan asam organik yang cara penulisan rumus
molekulnya maupun cara pemberian namanya agak berbeda dari senyawa
anorganik. Contohnya :
Asam asetat (asam cuka)
CH 3 COOH
Asam oksalat
COOH.COOH atau H 2 C 2 O 4
Asam sitrat
C 6 H 8 O 7 atau
CH 2 (COOH).COH(COOH).CH 2 (COOH)
Jika dari suatu asam dihilangkan H-nya maka gugus yang tinggal disebut
gugus sisa asam. Gugus atau radikal tidak dapat berdiri sendiri sebagai zat, tapi
harus terikat atau berada di dalam zat lain. Karena H bermuatan positif maka
gugusan sisa asam bermuatan negatif. Jumlah muatan negatifnya sama dengan
jumlah H yang dihilangkan.
Valensi atau kebasaan suatu asam adalah sama dengan jumlah H yang ada
pada asam tersebut (kecuali asam organik yang valensinya bergantung pada
jumlah gugus karboksilat – COOH pada asam bersangkutan). Demikianlah kita
dapatkan HCl, HNO 3 , CH 3 COOH adalah asam-asam valensi 1 : H 2 S, H 2 CO 3 ,
H 2 SO 4 adalah asam-asam valensi 2 : H 3 PO 4 , H 3 BO 3 adalah asam-asam valensi 3.
Dari sekian banyak asam-asam hanya beberapa daripadanya yang benarbenar terdapat sebagai zat sebenarnya (berupa zat padat, atau zat zair atau gas)
misalnya HCl, H 2 S, HNO 3 , H 2 SO 4 , H 3 PO 4 dan lain-lain. Sisanya adalah asam-
Universitas Sumatera Utara
11
asam yang hanya terdapat dalam larutan dan umumnya tidak stabil, dan hanya
stabil di alam jika berikatan dengan logam dalam bentuk garam-garam.
Sebagaimana asam, maka basa yang bervalensi lebih dari 1 bisa
mengalami beberapa tingkatan ketika melepaskan gugus hidroksilnya (OH)
contoh :
Ca (OH) 2
bila melepaskan hanya 1 OH akan menjadi Ca (OH)+ yang
disebut gugus kalsium hidroksi yang bermuatan positif dan
berlaku sebagai logam valensi 1.
Al (OH) 3
bila melepaskan hanya 1 OH akan menjadi Al (OH) 2 + yang
disebut gugus Aluminium dihidroksi atau aluminium basa
primer dan kalau melepaskan 2 gugus OH akan menjadi Al
(OH)++ yang disebut gugus aluminium hidroksi atau
aluminium basa sekunder, berlaku sebagai logam valensi 2.
Beberapa basa yang penting adalah :
KOH
= kalium hidroksida
NaOH
= natrium hidroksida
Ca (OH) 2 = kalsium hidroksida
Ba (OH) 2 = barium hidroksida
NH 4 OH
= amonium hidroksida
Al (OH) 3 = aluminium hidroksida
Fe (OH) 2 = ferro hidroksida
Fe (OH) 3 = ferri hidroksida
Universitas Sumatera Utara
12
Untuk lebih mempermudah dalam memahami apa itu asam dan basa maka
berikut ini adalah Tabel 2.5, yang menerangkan definisi asam dan basa menurut
beberapa ahli :
Tabel 2.5 : Teori asam dan basa menurut para peneliti
Teori
Arrhenius
Asam
Netralisasi
Zat yang menghasilkan Zat yang menghasilkan
ion H+ dalam larutan ion OH- dalam larutan
Bronsted Donor proton
Lewis
Basa
Akseptor pasangan
elektron
H++ OH-→ H 2 O
Transfer proton dari
donor ke akseptor
Pembentukan ikatan
kovalen koordinat
Akseptor proton
Donor pasangan
elektron
Berikut adalah daftar nama-nama asam – basa kuat dan lemah :
Asam Kuat :
Asam lemah :
1. Asam klorida (HCl)
1. Asam format (HCOOH)
2. Asam nitrat (HNO 3 )
2. Asam asetat (CH 3 COOH)
3. Asam sulfat (H 2 SO 4 )
3. Asam karbonat (H 2 CO 3 )
4. Asam bromida (HBr)
4. Asam sitrat (C 6 H 8 O 7 )
5. Asam iodida (HI)
5. Asam plumbat (H 2 PbO 3 )
6. Asam klorat (HClO 3 )
6. Asam plumbit (H 2 PbO 4 )
7. Asam perklorat (HClO 4 )
7. Asam benzoat (C 6 H 5 COOH)
Basa kuat :
4. Kalsium hidroksida (Ca(OH) 2 )
1. Litium hidroksida (LiOH)
5. Rubidium hidroksida (RbOH)
2. Natrium hidroksida (NaOH)
6. Stronsium hidroksida (Sr(OH) 2 )
3. Kalium hidroksida (KOH)
7. Sesium hidroksida (CsOH)
Universitas Sumatera Utara
13
Basa lemah :
5. Seng hidroksida (Zn(OH) 2 )
1. Amonium hidroksida (NH 4 OH)
6. Emas (I) hidroksida (Au(OH))
2. Aluminium hidroksida (Al(OH) 3 )
7. Emas (III) hidroksida (Au(OH) 3 )
3. Besi (III) hidroksida (Fe(OH) 3 )
8. Timbal (II) hidroksida (Pb(OH) 2 )
4. Besi (II) hidroksida (Fe(OH) 2 )
9. Mangan hidroksida (Mn(OH) 2 )
2.4. Garam
Sebenarnya
pada
waktu
menguraikan
tentang
tingkatan-tingkatan
penguraian asam dan basa fasal yang lalu itu kita telah menyerempet masalah
ionisasi. Ionisasi adalah peristiwa terurainya molekul atas ion-ion , yaitu partikelpartikel yang bermuatan listrik. Peruraian itu biasanya terjadi di dalam suatu alat
pelarut, umumnya air.
Jika suatu senyawa dilarutkan dalam air, ada dua kemungkinan yang dapat
terjadi :
1)
Senyawa itu terurai menjadi molekul-molekul yang tidak bermuatan listrik
atau netral.
2)
Senyawa itu terurai menjadi molekul-molekul yang bermuatan listrik atau
ion.
Hanya sedikit senyawa kimia yang termasuk dalam golongan pertama, dan
senyawa kimia yang termasuk dalam golongan pertama, dan senyawa-senyawa
seperti ini dinamakan senyawa atau zat nonelektrolit, misalnya gula, urea,
glukosa, fruktosa dan beberapa senyawa organik sejenis. Disebut zat nonelektrik
karena larutannya dalam air tidak dapat menhantarkan arus listrik. Sebaliknya,
hampir semua zat anorganik yang dapat larut dalam air termasuk dalam golongan
Universitas Sumatera Utara
14
kedua yang dinamakan zat atau senyawa elektrolit karena larutannya dalam air
dapat menghantarkan arus listrik disebabkan terurainya zat tersebut atas ion-ion
yang bermuatan listrik.
Karena ada 2 muatan listrik yaitu muatan positif dan muatan negatif maka
pastilah hanya ada 2 macam ion yaitu : ion yang bermuatan listrik positif yang
disebut kation dan ion yang bermuatan listrik negatif yang disebut anion. Jadi
dalam peristiwa ionisasi, dari suatu senyawa yang mulanya netral akan diperoleh
kation yng bermuatan positif dan ion yang bermuatan negatif dalam larutan.
Asam-asam terurai atas kation H+dan anion sisa asam :
H+
HCl
+
Cl-
H 2 SO 4
2H+ +
SO 4 2-
H 3 PO 4
3H+ +
PO 4 3-
Basa akan terurai atas kation logam dan anion hidroksil (OH-) :
KOH
K+
+
OH-
Ba (OH) 2
Ba2+ +
2OH-
Cr (OH) 3
Cr3+ +
3OH-
Jika hal di atas sudah dapat dimengerti maka mudah pula difahami arti dari
definisi berikut :
Garam adalah gabungan antara kation logam dan anion sisa asam.
K+ + Cl-
KCl
Na+ + Cl-
NaCl
Al3+ + 3CH 3 COO2Na+ + SO 4 2Pb4+ + 3CH 3 COOH-
= kalium klorida
= natrium klorida
Al(CH 3 OOO) 3 = aluminium asetat
Na 2 SO 4 = natrium sulfat
Pb (CH 3 OOO) 3 = timbal asetat
Universitas Sumatera Utara
15
Garam-garam seperti di atas yang tidak mengandung H atau OH lagi
disebut garam normal atau garam biasa. Garam yang masih mengandung H
disebut garam asam, sedangkan garam yang masih mengandung OH disebut
garam basa.
Terbentuknya garam asam atau garam basa dari ion-ionnya itupun seperti
halnya pada garam normal juga. Perhatikanlah contoh-contoh berikut ini :
Na+ + HCO 3 -
NaHCO 3
Mg2+ + 2H 2 PO4-
Mg(H 2 PO 4 ) 2
= natrium hidrokarbonat
= magnesium dihidrofosfat
2 Ca(OH)+ + SO 4 2- [Ca(OH)] 2 SO 4 = kalsium hidroksi sulfat
3 Al (OH) 2 + + PO 4 3-
[Al (OH) 2 ] 3 PO 4 = aluminium dihidroksi fosfat
Seperti dapat dilihat pada contoh-contoh di atas, memberi nama garam
tidak sulit jika cara memberi nama asam dan basa serta gugus sisanya sudah
dimengerti. Tetapi kadangkala kita mengalami kesulitan menentukan valensi atau
bilangan oksidasi dari unsur utama, lebih-lebih bila senyawa yang kita hadapi
baru kali itu kita kenal. Dalam hal ini maka valensi atau bilangan oksidasi unsur
dimaksud dapat kita cari dengan mengingat bahwa jumlah semua muataan negatif
harus sama dengan jumlah muatan positif.
Contoh :
KNO3
: K = 1+, O 3 = 3 x 2- = 6- , berarti valensi N = 5
Atau bilangan oksidasi N = 5+
KMnO 4
: K = 1+ , O 4 = 8- , berarti Mn = 7+
NH 4 CNS : NH4 = 1+ , C = 4+ , N = 3- , berarti S = 2-
Universitas Sumatera Utara
16
Untuk mempermudah dalam penentuan bilangan oksidasi dari unsur-unsur
yang penting maka, berikut adalah Tabel 2.6 yang menjelaskan masing-masing
harga bilangan oksidasinya :
Tabel 2.6 : Harga bilangan oksidasi
Unsur
Simbol
Hidrogen
Oksigen
Nitrogen
Karbon
Sulfur
Fosfor
Klor
Fluor
Brom
Yod
Silikon
Boron
Arsen
Timbal
Krom
Timah
H
O
N
C
S
P
Cl
F
Br
I
Si
B
As
Pb
Cr
Sn
Bilangan
Oksidasi
+1
-2
+3, +5
+4
+4, +6
+3, +5
-1
-1
-1
-1
+4
+3
+3, +5
+2, +4
+3, +6
+2, +4
Strontium
Uranium
Aluminium
Kalsium
Magnesium
Barium
Kalium
Natrium
Litium
Tembaga
Perak
Raksa
Besi
Seng
Kobalt
Nikel
Mangan
Sr
U
Al
Ca
Mg
Ba
K
Na
Li
Cu
Ag
Hg
Fe
Zn
Co
Ni
Mn
+2
+2
+3
+2
+2
+2
+1
+1
+1
+1, +2
+1
+1, +2
+2, +3
+2
+3
+2
+4, +7
Universitas Sumatera Utara
17
2.5. Garam Kompleks dan Garam Rangkap
Disamping garam normal, garam asam dan garam basa, masih ada
kemungkinan terbentuknya garam yang susunannya lebih rumit dan disebut garam
kompleks atau garam rangkap.
Garam kompleks adalah garam yang terdiri dari 1 logam dan 2 sisa asam, atau
2 logam dan 1 sisa asam, atau garam biasa yang mengandung gugus tambahan bukan
ion. Gugus tambahan bukan ion misalnya gugus NH 3 yang disebut gugus amin dan
gugus H 2 O yang disebut gugus hidro.
Contoh garam kompleks :
K 4 Fe (CN) 6
= kalium ferrosianida
Ag (NH 3 ) 2 Cl
= perak diamin klorida
KAlSO 4
= kalium aluminium sulfat
MgNH 4 PO 4
= magnesium amonium fosfat
Disamping garam kompleks, beberapa ahli membedakan pula garam yang
terbentuk oleh 2 garam normal atau garam yang mengandung air kristal. Garam
seperti ini dinamakan garam rangkap. Beberapa contoh garam rangkap adalah :
K 2 SO 4 .Al 2 SO 4 , dengan atau tanpa air kristal
CaCO 3 .MgCO 3 .2H 2 O
Garam rangkap adalah bentuk yang paling banyak terdapat pada mineral atau
batuan yang dijumpai di alam. Sebagian ahli menganggap bahwa garam garam
rangkap bukanlah bentuk garam yang khusus sebab garam rangkap itu pada dasarnya
adalah garam normal juga tapi dalam bentuk terikat sebagai kristal.
Jika suatu larutan dari garam dalam air atau dalam alat pelarut lain diuapkan
maka akhirnya tinggallah garam yang pada umumnya mengikat 1 atau beberapa
molekul air kristal. Demikian juga kebanyakan garam yang dijumpai di alam sebagai
Universitas Sumatera Utara
18
mineral adalah garam yang berair kristal. Jika dipanaskan terus maka air kristal dari
suatu garam akan terlepas pula. Garam-garam yang berair kristal pada umumnya
mempunyai bentuk geometris yang beraturan, sedangkan garam tanpa air kristal
mempunyai bentuk tak beraturan (amorf). Sifat-sifat garam alami atau mineral ini
dipelajari di dalam ilmu-ilmu mineralogi, kristalogi dan petrografi (ilmu batuan).
2.6. Reaksi-reaksi Penggaraman
Penggaraman adalah reaksi-reaksi yang dapat membentuk garam. Ada reaksi
penggaraman yang dikenal, yang akan kita bahas secara singkat berikut ini adalah
yang umum dijumpai :
I
II
III
Asam
+
Basa
Garam
+
Air
2HCl
+
NaOH
NaCl
+
H2O
H 2 SO 4
+
2NaOH
Na 2 SO 4 +
H2O
Basa
Garam
+
Air
Oksida Asam
+
SO 3
+
Ca (OH) 2
CaSO 4
+
H2O
N2O5
+
2NaOH
2NaNO 3 +
H2O
Garam
+
Air
Oksida Basa
+
Asam
Ag 2 O
+
2HNO 3
2AgNO 2
+
H2O
Fe 2 O 3
+
2H 2 CO 3
Fe 2 (CO 3 ) 3
+
H2O
Universitas Sumatera Utara
19
IV
V
Oksida Asam
+
Oksida Basa
Garam
SO 3
+
BaO
BaSO 4
N2O5
+
Cu 2 O
2CuNO 3
Asam
Garam
Logam
+
+
H2
Reaksi ini hanya berlaku untuk logam-logam disebelah kiri H dalam deret
tegangan logam atau deret volta selain itu asamnya haruslah yang tidak
mengoksidasi dan berada dalam larutan yang encer.
Logamnya : K, Na, Ba, Ca, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, dan Pb.
Logam yang tidak dapat bereaksi dengan asam adalah : Cu, Hg, Ag, Pt, dan Au.
Asam yang dapat memenuhi syarat adalah semua asam, kecuali HNO 3 , HNO 2 ,
HClO 3 , HClO 4 , H 2 Cr 2 O 7 , dan HMnO 4 .
Contoh : Mg
Pb
+
2HCl (encer)
+
H 2 SO 4 (encer)
MgCl 2
+
H2
PbSO 4 + H 2
Jika logam itu mempunyai banyak valensi (polivalen) maka garam yang terbentuk
adalah garam dengan valensi terendah yang stabil.
Mn
VI
Garam
+
+
H 2 SO 4
MnSO 4 (valensi 2, bukan valensi 4 atau 7)
Asam Bersangkutan
Garam Asam
(NH 4 )2SO 4
+
H 2 SO 4
2NH 4 HSO 4
Ca 3 (PO 4 ) 2
+
H 3 PO 4
3CaHPO 4
Garam asam dapat juga terbentuk dari reaksi asam dengan basa jika jumlah
asam berlebihan sedangkan basanya terbatas :
Universitas Sumatera Utara
20
Ba(OH) 2
+
2H 2 CO 3
Ba(HCO 3 ) 2
+
2H 2 O
Al (OH) 3
+
3H 3 PO 4
Al(H 2 PO 4 ) 3 +
3H 2 O
VII Garam
+
Basa Bersangkutan
Garam Basa
MgSO 4
+
Mg(OH) 2
[Mg (OH)] 2 SO 4
AlCl3
+
2Al(OH)3
3Al(OH) 2 Cl
Seperti halnya pada garam asam, maka garam basapun dapat pula terbentuk jika
dalam reaksi asam dengan basa terjadi kelebihan basa sedangkan jumlah asam
terbatas.
2Ca(OH) 2
+
H 2 SO 4
[Ca(OH)] 2 SO 4
VIII Garam asam + Basa Bersangkutan
Na 2 HPO 4
+
NaOH
Mg(HCO 3 ) 2
IX
X
+
+
Garam
Na 3 PO 4
Mg(OH) 2
+
+ Air
H2O
2MgCO 3
Garam Basa + Asam Bersangkutan
H2O
+
2H 2 O
Garam
+
Pb(OH)Cl
+
HCl
PbCl 2
+
H2O
Al(OH)Cl 2
+
HCl
AlCl 3
+
H2O
Air
Garam AB + Asam HC
Garam AC +
Asam HB
2NaCH 3 COO +
Na 2 SO 4
2HCH 3 COO
Na 2 CO 3
+
H 2 SO 4
2HCl
2NaCl + H 2 CO 3
+
H2O
CO 2
Universitas Sumatera Utara
21
Reaksi penggaraman X ini hanya berlaku jika memenuhi salah satu syarat yang
disebutkan berikut ini :
Syarat garam
: harus larut dalam air. Jika tidak larut dalam air maka garam
itu harus berasal dari asam lemah, dan garam seperti ini
hanya dapat bereaksi dengan asam kuat.
Syarat asam
: 1) Jika garam AB berasal dari asam lemah, maka reaksi
hanya terjadi dengan asam kuat. Reaksi dengan asam lemah
hanya terjadi jika salah satu hasil reaksi mengendap atau
terurai.
2) Jika garam AB berasal dari asam kuat maka reaksi dengan
asam kuat hanya dapat terjadi jika salah satu hasil reaksi
mengendap atau terurai. Reaksi dengan asam lemah hanya
terjadi antara H2S dengan garam-garam dari Ag, Hg, Cu, Pb,
Sn, As, dan Sb.
XI.
Garam AB + Basa COH
CuSO 4
+
2NaOH
Hg(NO 3 ) 2 +
2KOH
Garam CB
Cu(OH) 2
2KNO 3
XII Garam AB + Basa CD
Na 2 SO 4 +
AgNO 3
BaCl 2
+
KI
+
+
+
Basa AOH
Na 2 SO 4
Hg(OH) 2
Garam AD +
Garam CB
2NaCl +
BaSO 4
AgI
KNO 3
+
Universitas Sumatera Utara
22
2.6.1. Natrium Klorida (NaCl)
Dalam ilmu kimia, garam adalah senyawa ionik yang terdiri dari ion positif
(kation) dan ion negatif (anion), sehingga membentuk senyawa netral (tanpa
bermuatan). Garam terbentuk dari hasil reaksi asam dan basa. Kation garam dapat
dianggap berasal dari suatu basa, sedangkan anionnya berasal dari suatu asam. Jadi,
setiap garam mempunyai komponen basa (kation) dan asam (anion). Perhatikanlah
contoh berikut.
Contoh:
Natrium klorida (NaCI) terdiri dari kation Na+ yang dapat dianggap berasal dari
NaOH, dan anion Cl- yang berasal dari HCl di dalam air, NaCl terdapat sebagai ionion yang terpisah. Berikut persamaan reaksinya :
NaCl (aq)  Na+ (aq) + C1- (aq)
Ada banyak macam-macam garam. Garam yang terhidrolisa dan membentuk
ion hidroksida ketika dilarutkan dalam air maka dinamakan garam basa. Garam yang
terhidrolisa dan membentuk ion hidronium di air disebut sebagai garam asam. Garam
netral adalah garam yang bukan garam asam maupun garam basa.
Ada empat jenis garam, yaitu :
1. Garam yang terbentuk dari reaksi asam kuat dengan basa kuat (misalnya NaCl,
K 2 SO 4 dan lain-lain) tidak mengalami hidrolisis. Untuk jenis garam yang
demikian nilai pH = 7 (bersifat netral)
2. Garam yang terbentuk dari reaksi asam kuat dengan basa lemah (misalnya
NH 4 Cl, AgNO 3 dan lain-lain) hanya kationnya yang terhidrolisis (mengalami
hidrolisis parsial). Untuk jenis garam yang demikian nilai pH < 7 (bersifat asam)
Universitas Sumatera Utara
23
3. Garam yang terbentuk dari reaksi asam lemah dengan basa kuat (misalnya
CH 3 COOK, NaCN dan lain-lain) hanya anionnya yang terhidrolisis (mengalami
hidrolisis parsial). Untuk jenis garam yang demikian nilai pH > 7 (bersifat basa)
4. Garam yang terbentuk dari reaksi asam lemah dengan basa lemah (misalnya
CH 3 COONH 4 , Al 2 S 3 dan lain-lain) mengalami hidrolisis total (sempurna).
Untuk jenis garam yang demikian nilai pH-nya tergantung harga K a den K b .
Larutan garam dalam air (misalnya natrium klorida dalam air) merupakan
larutan elektrolit, yaitu larutan yang dapat menghantarkan arus listrik. Cairan dalam
tubuh makhluk hidup mengandung larutan garam, misalnya sitoplasma dan darah.
Tapi, karena cairan dalam tubuh ini juga mengandung banyak ion-ion lainnya, maka
tidak akan membentuk garam setelah airnya diuapkan. Berikut Gambar 2.1, bentuk
fisik garam (NaCl) :
Gambar 2.1: Garam dapur (NaCl)
Universitas Sumatera Utara
24
Berikut ini adalah Tabel 2.7, yang menerangkan sifat NaCl :
Tabel 2.7: Sifat NaCl
Sifat
Rumus molekul
NaCl
Massa molar
58.44 g/mol
Densitas
2.16 g/cm3
Titik lebur
801 °C (1074 K)
Kelarutan dalam air
35.9 g/100 mL (25 °C)
Titik didih
1465 °C (1738 K)
Zat elektrolit kuat adalah zat yang terurai sempurna dan mengalirkan listrik
secara sempurna. Suatu molekul atau senyawa ionik dapat menghantarkan listrik
disebabkan karena kemampuan untuk mengalirkan elektron. Karena elektron yang
bergerak itulah yang disebut listrik. Salah satu faktor penyebab NaCl memiliki
kemampuan mengalirkan elektron adalah karena dapatnya terionisasi di dalam air.
Tapi yang perlu diingat adalah NaCl tidak bersifat elektrolit kuat didalam
semua pelarut. NaCl hanya dapat menjadi elektrolit jika dilarutkan ke dalam senyawa
polar, seperti air. Jika NaCl dimasukkan ke dalam senyawa nonpolar seperti bensin,
maka NaCl tidak akan dapat larut sehingga tidak dapat mengalirkan elektron lagi
(bukan elektrolit). Jadi dapat disimpulkan bahwa NaCl hanya dapat menjadi elektrolit
pada senyawa polar.
2.7. Reaksi Ionisasi
Jenis dan konsentrasi (kepekatan) suatu larutan dapat mempengaruhi daya
hantar listrik. Untuk menunjukkan kekuatan elektrolit digunakan derajat ionisasi yaitu
Universitas Sumatera Utara
25
jumlah ion bebas yang dihasilkan oleh suatu larutan. Makin besar harga derajat
ionisasi, makin kuat elektrolit tersebut.Derajat ionisasi (α) didapat dari perbandingan
antara jumlah zat yang mengion dengan jumlah zat yang dilarutkan. Makin besar
harga α maka makin kuat sifat elektrolit larutan tersebut. Kekuatan ionisasi suatu
larutan diukur dengan derajat ionisasi dan dapat disederhanakan dalam persamaan
dibawah ini:
Untuk larutan elektrolit besarnya harga 0 < α< 1, untuk larutan non-elektrolit
maka nilai α = 0.
Dengan ukuran derajat ionisasi untuk larutan elektrolit memiliki jarak yang
cukup besar, sehingga diperlukan pembatasan larutan elektrolit dan dibuat istilah
larutan elektrolit kuat dan larutan elektrolit lemah. Untuk elektrolit kuat harga α = 1,
sedangkan elektrolit lemah harga derajat ionisasinya, 0 < α < 1. Untuk mempermudah
kekuatan elektrolit skala derajat ionisasi pada Gambar 2.2 dibawah ini :
Gambar 2.2: Skala derajat ionisasi untuk larutan elektrolit
Universitas Sumatera Utara
26
Banyak atau sedikitnya molekul zat yang terionisasi dinyatakan dalam derajat
ionisasi. Derajat ionisasi (α) merupakan perbandingan banyaknya molekul zat yang
terurai dengan banyaknya molekul zat mula-mula:
Derajat Ionisasi (α ) =
𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽 ℎ 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧 𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡
𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽 ℎ 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 −𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
...............................................(2-1)
Asam kuat seperti HCl sebagian besar atau seluruh molekul HCl terurai menjadi ion
H+ dan ion Cl- :
HCl
H+ + Cl-
Maka derajat ionisasi (α) HCl = 1
2.7.1. Reaksi Ionisasi Elektrolit Kuat
Larutan yang dapat menyalakan lampu terang dan menghasilkan gelembung
gas banyak disebut larutan elektrolit kuat. Contoh: larutan garam.
Dalam proses ionisasinya, elektrolit kuat menghasilkan banyak ion maka
derajat ionisasi = 1 (terurai sempurna), pada persamaan reaksi ionisasi larutan
elektrolit kuat ditandai dengan anak panah satu arah ke kanan.
Perlu diketahui pula elektrolit kuat ada beberapa dari asam dan basa.
Contoh :
NaCl (aq)
KI (aq)
Na+ (aq) + Cl- (aq)
K+ (aq)
+ I- (aq)
Universitas Sumatera Utara
27
2.7.2. Reaksi Ionisasi Elektrolit Lemah
Larutan yang dapat menyalakan lampu redup ataupun tidak menyala, tetapi
menghasilkan gelembung gas pada elektrodanya disebut larutan elekrtolit lemah.
Untuk larutan elektrolit lemah memiliki daya hantar lemah dan derajat ionisasi kecil,
karena sedikit larutan yang terurai (terionisasi). Makin sedikit yang terionisasi, makin
lemah elektrolit tersebut. Dalam persamaan reaksi ionisasi elektrolit lemah ditandai
dengan panah dua arah (bolak-balik) artinya tidak semua molekul terurai (ionisasi
tidak sempurna)
Contoh:
CH 3 COOH (aq)
CHCOO- (aq) + H+ (aq)
NH 4 OH (aq)
NH 4 + (aq) + OH- (aq)
2.8. Elektronegativitas dan Energi Ionisasi
Menurut Linus Pauling definisi elektronegatifitas adalah sebagai kekuatan atau
kemampuan atom menarik elektron-elektronnya dalam dirinya sendiri dalam suatu
molekul. Definisi ini menunjukkan bahwa elektronegativitas bukanlah merupakan
suatu sifat yang berhubungan dengan atom secara terisolasi melainkan atom dalam
senyawanya. Namun demikian, ukuran elektronegativitas dapat diturunkan untuk tiaptiap atom.Keelektronegatifan secara umum, dalam satu periode, dari kiri ke kanan
semakin bertambah dan dalam satu golongan, dari atas ke bawah keelektronegatifan
semakin berkurang.
Universitas Sumatera Utara
28
Hal ini dapat dimengerti karena dalam satu periode, dari kiri ke kanan,
muatan inti atom semakin bertambah yang mengakibatkan gaya tarik antara inti
atom dengan elektron terluar juga semakin bertambah. Fenomena ini
menyebabkan jari-jari atom semakin kecil, energi ionisasi semakin besar, afinitas
elektron makin besar dan makin negatif dan akibatnya kecenderungan untuk
menarik elektron semakin besar. Berikut Gambar 2.3, yang menunjukkan nilai
keelektronegatifan unsur :
Gambar 2.3 : Nilai keelektronegatifan unsur
Energi minimum (terendah) yang dibutuhkan untuk dapat melepaskan
elektron atom netral dalam wujud gas pada kulit terluar dan terikat paling lemah
disebut energi ionisasi. Nomor atom dan jari-jari atom mempengaruhi besarnya
energi ionisasi. Semakin besar jari-jari atom maka gaya tarik antara inti dengan
elektron pada kulit terluar semakin lemah. Hal ini berarti elektron pada kulit
terluar semakin mudah lepas dan energi yang dibutuhkan untuk melepaskan
elektron tersebut semakin kecil. Akibatnya, dalam satu golongan, energi ionisasi
semakin kecil dari atas ke bawah. Sedagkan dalam satu periode, energi ionisasi
semakin besar dari kiri ke kanan. Hal ini disebabkan dari kiri ke kanan muatan inti
Universitas Sumatera Utara
29
semakin besar yang mengakibatkan gaya tarik antara inti dengan elektron terluar
semakin besar sehingga dibutuhkan energi yang besar pula untuk melepaskan
elektron pada kulit terluar.
2.9. Senyawa Kompleks
Senyawa kompleks atau sering disebut dengan kompleks koordinasi
adalah senyawa yang mengandung atom atau ion (biasanya logam) yang
dikelilingi oleh molekul atau anion biasanya disebut dengan ligan atau agen
pengompleks yang berwujud endapan putih.
Ligan adalah molekul netral atau anion yang berikatan dengan atom pusat
dengan ikatan kovalen koordinasi. Syarat ligan adalah harus memiliki pasangan
elektron bebas yang dapat digunakan untuk berikatan kovalen koordinasi.
2.10. Teori Dasar pH
pH atau derajat keasaman digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman
atau basa yang dimiliki oleh suatu zat, larutan atau benda. pH normal memiliki
nilai 7 sementara bila nilai pH > 7 menunjukkan zat tersebut memiliki sifat basa
sedangkan nilai pH < 7 menunjukkan keasaman. pH = 0 menunjukkan derajat
keasaman yang tinggi, dan pH = 14 menunjukkan derajat kebasaan tertinggi.
Umumnya indikator sederhana yang digunakan adalah kertas lakmus yang
berubah menjadi merah bila keasamannya tinggi dan biru bila keasamannya
rendah.
Selain menggunakan kertas lakmus, indikator asam basa dapat diukur
dengan pH meter yang bekerja berdasarkan prinsip elektrolit/konduktivitas suatu
Universitas Sumatera Utara
30
larutan. Sistem pengukuran pH mempunyai tiga bagian yaitu elektroda
pengukuran pH, elektroda referensi dan alat pengukur impedansi tinggi. Istilah
pH berasal dari “p”, lambang matematika dari negatif logaritma, dan “H”,
lambang kimia untuk unsur Hidrogen. Defenisi yang formal tentang pH adalah
negatif logaritma dari aktivitas ion Hidrogen (pH = -log [H+]). pH adalah
singkatan dari power of Hidrogen.
2.10.1. Dasar Pengukuran Derajat Keasaman
Asam dan basa adalah besaran yang sering digunakan untuk pengolahan
sesuatu zat, baik di industri maupun kehidupan sehari-hari. Pada industri kimia,
keasaman merupakan variabel yang menentukan, mulai dari pengolahan bahan
baku, menentukan kualitas produksi yang diharapkan sampai pengendalian limbah
industri agar dapat mencegah pencemaran pada lingkungan. Pada bidang
pertanian, keasaman pada waktu mengelola tanah pertanian perlu diketahui. Untuk
mengetahui dasar pengukuran derajat keasaman akan diuraikan dahulu pengertian
derajat keasaman itu sendiri.
Pada prinsipnya pengukuran suatu pH adalah didasarkan pada potensial
elektrokimia yang terjadi antara larutan yang terdapat di dalam elektroda gelas
(membrane gelas) yang telah diketahui dengan larutan yang terdapat di luar
elektroda gelas yang tidak diketahui. Hal ini dikarenakan lapisan tipis dari
gelembung kaca akan berinteraksi dengan ion hidrogen yang ukurannya relatif
kecil dan aktif, elektroda gelas tersebut akan mengukur potensial elektrokimia
dari ion hidrogen. Untuk melengkapi sirkuit elektrik dibutuhkan elektroda
Universitas Sumatera Utara
31
pembanding. Sebagai catatan alat tersebut tidak mengukur arus tetapi hanya
mengukur tegangan.
Molekul-molekul suatu zat yang dalam larutannya dapat menghantarkan
arus listrik disebut elektrolit. Ion-ion negatif bergerak menuju ke anode, oleh
karena itu ion negatif disebut anion. Ion positif bergerak menuju katode, oleh
karena itu ion positif disebut kation. Suatu larutan elektrolit, molekulnya terurai
menjadi ion-ion. Air murni tergolong elektrolit lemah. Sebagaian molekulnya
terurai menjadi ion H- dan OH+.
1 ion H+ dan 1 ion OH- berasal dari penguraian 1 molekul H 2 O. Dengan
demikian, konsentrasi ion H+ sama dengan konsentrasi ion OH-. Larutan air
seperti itu dinamakan dengan larutan netral.
Larutan yang mengandung ion H+ berkonsentrasi lebih besar dari
konsentrasi OH- dan disebut larutan asam, sedangkan larutan yang mengandung
konsentrasi ion H+ lebih kecil dari konsentrasi ion OH- disebut larutan basa.
Larutan asam dapat menerima elektron bebas, sedangkan basa dapat memberikan
elektron bebas.
Banyaknya larutan yang terurai menjadi ion dinamakan derajat ionisasi.
Besarnya berkisar antara 0 sampai 1. Suatu elektrolit yang derajat ionisasinya
besar, mendekati 0 dinamakan elektrolit lemah. Ionisasi mempunyai tetapan
kesetimbangan (K). Misal untuk air, kesetimbangannya dapat dihitung dengan
rumus:
Universitas Sumatera Utara
32
𝐾𝐾 =
(𝐻𝐻 + )+(𝑂𝑂𝑂𝑂 − )
(𝐻𝐻2 𝑂𝑂)
..............................................................................................(2-2)
Karena konsentrasi H 2 O relatif besar, maka persamaan ini dapat ditulis
menjadi :
K (H 2 O) = (H+).(OH-)........................................................................................(2-3)
Dalam air murni dengan suhu 25oC, konsentrasi H+ = 10-7 mol/liter,
sedangkan hasil kali konsentrasi H+ dengan OH- = 10-14. Konsentrasi H+ =
konsentrasi OH- = 10-7.
Hubungan antara potensial dengan aktifitas ion hidrogen dinyatakan
dengan rumus Nerst :
𝐸𝐸 = 𝐸𝐸0 +
2.3 𝑅𝑅𝑅𝑅
𝑛𝑛𝑛𝑛
𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
𝐻𝐻 + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
𝐻𝐻 − 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑
...................................................................................(2-4)
Dimana :
E
= Perbedaan potensial yang terukur
E 0 = Konstanta elektrode pada suhu 25oC
R
= Konstanta gas
T
= Suhu mutlak oK
n
= Muatan ion
F
= Angka Faraday sebagai konstanta
H+ = Aktifitas Hidrogen
Universitas Sumatera Utara
33
2.11. Hubungan Tingkat Keasaman dengan pH
HCl (aq) + H 2 O (l)
O,1 M
H 3 O+ (aq) + Cl- (aq) .......................................................(2-5)
O,1 M
pH = - log [H 3 O+] = -log 0,1 = 1.......................................................................(2-6)
Nilai pH merupakan eksponen negatif dari konsentrasi ion hidronium.
Sebagai contoh, larutan basa kuat dengan konsentrasi ion hidronium 10-11 M
mempunyai pH 11. Larutan asam kuat dengan pH 1 mempunyai konsentrasi ion
hidronium 10-1 M. Hal ini dikarenakan asam atau basa terionisasi sempurna, maka
konsentrasi ion H+ setara dengan konsentrasi asamnya.
Berdasarkan uraian di atas, karena pH dan konsentrasi ion H+ dihubungkan
dengan tanda negatif, maka kedua besaran itu berbanding terbalik, artinya makin
besar konsentrasi ion H+ (makin asam larutan) maka makin kecil nilai pH, dan
sebaliknya. Selanjutnya, karena dasar logaritma adalah 10 maka larutan yang nilai
pH-nya berbeda sebesar n dan mempunyai perbedaan konsentrasi ion H+ sebesar
10 n. Bila pH berkurang, konsentrasi ion hidronium akan meningkat, dan
konsentrasi ion hidroksida berkurang. Pada setiap unit penurunan pH sama
dengan peningkatan faktor 10 untuk konsentrasi ion hidronium.
Sebagai contoh, larutan dengan pH 4 dan larutan dengan pH 3 keduanya
bersifat asam, karena mempunyai pH kurang dari 7. Larutan dengan pH 3
mempunyai konsentrasi H 3 O+ 10 kali lebih besar dari pada larutan dengan pH 4,
sehingga perubahan kecil dalam pH dapat membuat perubahan besar dalam
konsentrasi ion hidronium. Bila pH meningkat di atas 7, konsentrasi ion
Universitas Sumatera Utara
34
hidroksida akan meningkat, dan konsentrasi ion hidronium akan berkurang.
Dalam larutan netral, konsentrasi ion hidroksida dan ion hidronium adalah sama.
2.12. Filtrasi Jeruk Nipis
Filtrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan
melewatkannya pada medium penyaringan, yang diatasnya padatan akan
terendapkan. Sedangkan ekstraksi adalah suatu proses pemisahan dari bahan padat
maupun cair dengan bantuan pelarut. Pelarut yang digunakan harus dapat
mengekstrak substansi yang diinginkan tanpa melarutkan material lainnya.
Ekstraksi padat cair atau leaching adalah transfer difusi komponen terlarut dari
padatan inert ke dalam pelarutnya. Proses ini merupakan proses yang bersifat fisik
karena komponen terlarut kemudian dikembalikan lagi ke keadaan semula tanpa
mengalami perubahan kimiawi. Ekstraksi dari bahan padat dapat dilakukan jika
bahan yang diinginkan dapat larut dalam solven pengekstraksi. Ekstraksi
berkelanjutan diperlukan apabila padatan hanya sedikit larut dalam pelarut.
Namun sering juga digunakan pada padatan yang larut karena efektivitasnya.
(Lucas, Howard J, David Pressman. Principles and Practice in Organic
Chemistry)
2.13.Baterai
Baterai merupakan sel elektrokimia atau sel Volta yang dapat mengubah
energi kimia menjadi energi listrik. Baterai berdasarkan jenis larutan elektrolitnya
digolongkan sebagai baterai basah contohnya accumulator (aki) dan baterai
kering contohnya batu baterai.(Latipah,2012)
Universitas Sumatera Utara
35
Aki basah banyak digunakan oleh mobil dan motor. Salah satu ciri dari aki
jenis ini adalah adanya lubang-lubang tempat pengisian air aki. Keunggulan
dari aki basah yakni harganya terjangkau, sedangkan kelemahannya adalah
tingkat penguapannya tinggi. Oleh karena itu kendaraan yang menggunakan
jenis aki basah harus rutin memeriksa ketinggian permukaan air aki. Air suling
dapat digunakan untuk menambah cairan pada aki. Kondisi permukaan air yang
berada di bawah garis lower serta salah menuangkan cairan ketika
menambah cairan aki (seperti air sumur, air ledeng) membuat aki cepat rusak.
Baterai yang digunakan pada sepeda motor bebek biasanya mempunyai
tegangan 12 volt dan arus 5 Ah. Pada kondisi normal (sistem pengisian
kendaraan normal) tidak ada penguapan karena gas yang timbul diserap oleh
platnegatif, apabila kondisi sistem pengisian tidak normal dan sering terjadi
over charging akan ada penguapan dan akan mengakibatkan baterai jadi
rusak. Pada kondisi normal umur baterai bisa mencapai 2 – 3 tahun dengan
catatan pemakaian beban listrik tidak berlebih dan setiap hari minimal ada
pengisian, karena baterai bisa droptegangan apabila tidak ada pengisian berharihari.(Supena, 2009)
Gambar 2.4: Aki basah merk Vios
Universitas Sumatera Utara
36
Dikenal dua jenis elemen yang merupakan sumber arus searah (DC) dari
proses kimiawi, yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer yakni
elemen kering dan elemen sekunder yakni elemen basah. Reaksi kimia pada
elemen primer yang menyebabkan elektron
mengalir dari
elektroda negatif
(katoda) ke elektroda positif (anoda) tidak dapat dibalik arahnya. Maka jika
muatannya habis, maka elemen primer tidak dapat dimuati kembali dan
memerlukan penggantian bahan pereaksinya (elemen kering). Sehingga dilihat
dari sisi ekonomis elemen primer dapat dikatakan cukup boros. Contoh elemen
primer adalah batu baterai (dry cells).(Golberg, 2010)
Allesandro Volta, seorang ilmuwan fisika mengetahui, gaya gerak listrik
(ggl) dapat dibangkitkan dua logam yang berbeda dan dipisahkan larutan
elektrolit. Volta mendapatkan pasangan logam tembaga (Cu) dan seng (Zn) dapat
membangkitkan ggl yang lebih besar dibandingkan pasangan logam lainnya
(kelak disebut elemen Volta). Hal ini menjadi prinsip dasar bagi pembuatan
dan penggunaan elemen sekunder.
Elemen sekunder harus diberi muatan
terlebih dahulu sebelum digunakan, yaitu dengan cara mengalirkan arus
listrik melaluinya (secara umum dikenal dengan istilah 'disetrum'). Akan tetapi,
tidak seperti elemen primer, elemen sekunder dapat dimuati kembali berulang
kali. Elemen sekunder ini lebih dikenal dengan aki. Dalam sebuah aki
berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (bolak-balik) dengan efisiensi
yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel yaitu di dalam
aki, saat dipakai berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik
(discharging). Sedangkan saat diisi atau dimuati, terjadi proses tenaga listrik
menjadi tenaga kimia (charging).(Supena, 2009)
Universitas Sumatera Utara
37
Jenis aki yang umum digunakan adalah accumulator timbal (Pb). Secara
fisik aki ini terdiri dari dua kumpulan pelat yang dimasukkan pada larutan asam
sulfat encer (H 2 SO 4 ). Larutan elektrolit itu ditempatkan pada wadah atau bejana
aki yang terbuat dari bahan ebonit atau gelas. Kedua belah pelat terbuat dari
timbal (Pb), dan ketika pertama kali dimuati maka akan terbentuk lapisan timbal
dioksida (PbO 2 ) pada pelat positif. Letak pelat positif dan negatif sangat
berdekatan tetapi dibuat untuk tidak saling menyentuh dengan adanya lapisan
pemisah yang berfungsi sebagai isolator (bahan penyekat). Proses kimia yang
terjadi pada aki dapat dibagi menjadi dua bagian penting, yaitu selama digunakan
dan dimuati kembali atau 'disetrum'.(Golberg, 2010)
2.13.1. Reaksi Kimia pada Baterai
Pada saat aki digunakan, tiap molekul asam sulfat (H 2 SO 4 ) pecah menjadi
dua ion hidrogen yang bermuatan positif (2H+) dan ion sulfat yang bermuatan
negatif (SO 4 -). Tiap ion SO 4 yang berada dekat lempeng Pb akan bersatu dengan
satu atom timbal murni (Pb) menjadi timbal sulfat (PbSO 4 ) sambil melepaskan
dua elektron. Sedang sepasang ion hidrogen tadi akan ditarik lempeng timbal
dioksida (PbO 2 ),
mengambil dua
elektron
dan
bersatu dengan satu atom
oksigen membentuk molekul air (H 2 O). Dari proses ini terjadi proses reaksi
Redoks (reduksi dan oksidasi) yaitu pengambilan elektron dari timbal dioksida
(sehingga menjadi positif) dan memberikan elektron itu pada timbal murni
(sehingga menjadi negatif), yang mengakibatkan adanya beda potensial listrik di
antara dua kutub tersebut. Proses tersebut terjadi secara simultan, reaksi secara
kimianya dinyatakan sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
38
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 -----> 2PbSO 4 + 2H 2 O
Di atas ditunjukkan terbentuknya timbal sulfat adalah selama penggunaan
(discharging). Keadaan ini akan mengurangi reaktivitas dari cairan elektrolit
karena asamnya menjadi lemah (encer), sehingga tegangan antara kutub sangat
lemah untuk pemakaian praktis. Sementara proses kimia selama pengisian aki
(charging) terjadi setelah aki melemah (tidak dapat memasok arus listrik pada saat
kendaraan hendak dihidupkan).(Supena,2009)
Kondisi aki dapat dikembalikan pada keadaan semula dengan memberikan
arus listrik yang arahnya berlawanan dengan arus yang terjadi saat discharging.
Pada proses ini, tiap molekul air terurai dan tiap pasang ion hidrogen yang dekat
dengan lempeng negatif bersatu dengan ion SO 4 pada lempeng negatif
membentuk molekul asam sulfat. Sedangkan ion oksigen yang bebas bersatu
dengan tiap atomPb pada lempeng positif membentuk PbO 2 . Berikut adalah reaksi
kimia yang terjadi pada saat pencharging-an:(Adityawan, 2010)
2PbSO 4 + 2H 2 O ----> PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
2.14. Aki Kendaraan
Besar ggl yang dihasilkan satu sel aki adalah 2 Volt. Sebuah aki mobil
terdiri dari enam buah aki yang disusun secara seri, sehingga ggl totalnya adalah
12 Volt. Accumulator mencatu arus untuk menyalakan mesin (motor dan mobil
dengan menghidupkan dinamo stater) dan komponen listrik lain dalam mobil.
Pada saat mobil berjalan aki dimuati (diisi) kembali sebuah dinamo (disebut
Universitas Sumatera Utara
39
dinamo jalan) yang dijalankan dari putaran mesin mobil atau motor.(
Jayashantha,2012)
Pada aki
kendaraan bermotor
arus
yang
terdapat
didalamnya
dinamakan dengan kapasitas aki yang disebut Ampere-Hour/AH (Ampere-jam).
Contohnya untuk aki dengan kapasitas arus 45 AH, maka aki tersebut dapat
mencatu arus 45 Ampere selama 1 jam atau 1 Ampere selama 45 jam.(Marti,
1997)
2.15. Buah Jeruk Nipis
Jeruk nipis merupakan salah satu jenis citrus geruk. Jeruk nipis termasuk
jenis tumbuhan ferdu yang banyak memiliki dahan dan ranting.(Sarwono B, 2005)
Klasifikasi jeruk nipis yaitu sebagai berikut :
-
Kingdom
: Plantae
-
Divisio
: Magnuliophyta
-
Kelas
: Magnolippsida
-
Ordo
: Sapindales
-
Famili
: Rutaceae
-
Genus
: Citrus
-
Spesies
: C. Aurantifolia
Jeruk nipis mempunyai rasa pahit, asam, dan sedikit dingin. Tanaman ini
umumnya menyukai tempat-tempat yang dapat memperoleh sinar matahari
langung. Berikut Gambar 2.5, yaitu bentuk fisik buah jeruk nipis :
Universitas Sumatera Utara
40
Gambar 2.5: Buah jeruk nipis
2.15.1. Kandungan dan Manfaat Jeruk Nipis
Dalam jeruk nipis terdapat banyak sekali kandungan kimia. Unsur-unsur
kimia tersebut adalah:
-
Asam sitrat
:8%
-
Asam amino (triptozan, lisin)
-
Minyak Atsiri
-
Damar
-
Glikosida
-
Asam sitrun
-
Lemak
: 0.1 g
-
Kalsium
: 40 mg
-
Fosfor
: 22 mg
-
Besi
: 0.6 mg
-
Belerang
-
Vit B1
: 0.04 mg
-
Vit C
: 27 mg
-
Protein
: 0.8 gr
-
Air
: 86 gr
Universitas Sumatera Utara
41
Jeruk nipis adalah salah satu contoh asam, kata asam berasal dari bahasa
latin “acidum” atau “acid” dalam bahasa inggris. Asam merupakan larutan
elektrolit yang dalam air terurai menghasilkan ion positif dan ion negatif. Menurut
Arrhenius, asam adalah zat yang melepaskan ion hidrogen (H+) di dalam air
(Syukri, 1999: 387). Zat yang bersifat asam contohnya asam klorida (HCl) dan
asam asetat (HBr), asam sitrat (C 6 H 8 O 7 ). Asam klorida yang dilarutkan ke dalam
air akan terurai menjadi ion hidrogen dan ion klorida sesuai persamaan reaksi
berikut.
HCl (l) -----> H+ (aq) + Cl- (aq)
Sifat-sifat asam:
•
Mempunyai rasa asam dan bersifat korosif.
•
Dapat mengubah warna kertas lakmus biru menjadi kertas lakmus merah.
•
Menghantarkan arus listrik
•
Bereaksi dengan logam
Dibawah ini adalah Tabel 2.8, yaitu tabel yang memperlihatkan jenisjenis asam yang terdapat dari berbagai sumber :
Tabel 2.8 : Jenis asam
Jenis asam
Kuat / lemah
Terdapat pada
Asam askorbat
Lemah
Buah-buahan
Asam karbonat
Lemah
Minuman berkarbonat
Asam sitrat
Lemah
Jeruk
Asam etanoat
Lemah
Cuka
Asam laktat
Lemah
Susu basi
Universitas Sumatera Utara
42
Asam klorida
Kuat
Lambung
Asam nitrat
Kuat
Pupuk
Asam fosfat
Kuat
Cat anti karat
Asam sulfat
Kuat
Aki
Asam formiat
Lemah
Semut
Selain kandungan kimia tersebut, jeruk nipis juga memiliki manfaat yang
berguna bagi manusia.
Manfaatnya adalah sebagai berikut :
-
Menghilangkan sumbatan vital energi
-
Mengobati batuk dan peluru dahak
-
Mengobati peluru kancing (diuretik)
-
Mengobati peluru keringat
-
Membantu proses pencernaan
-
Mengurangi kerutan pada wajah
-
Disentri
-
Dan sesak napas (Sarwono B, 2005)
2.15.2. Asam Sitrat pada Jeruk Nipis
Asam sitrat merupakan asam organik lemah yang ditemukan pada daun
dan buah tumbuhan jenis Citrus (jeruk-jerukan). (Sarwono B, 2005)
Senyawa ini merupakan bahan pengawet yang baik dan alami, selain
digunakan
sebagai
penambah
rasa
masam
padamakanan dan minuman
ringan.Asam sitrat terdapat pada berbagai jenis buah dan sayuran, namun
Universitas Sumatera Utara
43
ditemukan pada konsentrasi tinggi, yang dapat mencapai 8% bobot kering, pada
jeruk lemon dan limau (misalnya jeruk nipis dan jeruk purut).
Rumus kimia asam sitrat adalah C 6 H 8 O 7 (strukturnya ditunjukkan pada
Tabel 2.9 di bawah). Struktur asam ini tercermin pada nama IUPAC-nya, asam 2hidroksi-1,2,3-propanatrikarboksilat.
Tabel 2.9: Sifat asam sitrat
Nama
Asam sitrat
C 6 H 8 O 7 , atau:
Rumus kimia
CH 2 (COOH)•COH(COOH)•CH 2 (COOH)
Bobot rumus 192,13 u
Nama lain
Asam 2-hidroksi-1,2,3-propanatrikarboksilat
Sifat perubahan fase
Titik lebur
426 K (153 °C)
Temperatur
penguraian
termal
448 K (175 °C)
Sifat asam-basa
pKa 1
3,15
pKa 2
4,77
pKa 3
6,40
Sifat padatan
Δ f H0
-1543,8 kJ/mol
0
S
252,1 J/(mol·K)
Cp
226,5 J/(mol·K)
Densitas
1,665 ×103 kg/m3
Universitas Sumatera Utara
44
2.15.3. Sifat Fisis dan Kimia Asam Sitrat
Sifat–sifat
fisis
asam
sitrat
dirangkum
pada
Tabel
2.9di
atas.Keasaman asam sitrat didapatkan dari tiga gugus karboksil COOH yang dapat
melepas proton dalam larutan. Jika hal ini terjadi, ion yang dihasilkan adalah ion
sitrat.(Sarwono B, 2005).
Sitrat
sangat
baik
digunakan
dalam larutan
penyangga untukmengendalikan pH larutan. Ion sitrat dapat bereaksi dengan
banyak ion logam membentuk garam sitrat. Selain itu, sitrat dapat mengikat ionion logam dengan pengkelatan, sehingga digunakan sebagai pengawet dan
penghilang kesadahan air.
Pada temperatur kamar, asam sitrat berbentuk serbuk kristal berwarna
putih. Serbuk kristal tersebut dapat berupa bentukanhydrous (bebas air), atau
bentuk monohidrat yang mengandung satu molekul air untuk setiap molekul asam
sitrat. Bentukanhydrous asam sitrat mengkristal dalam air panas, sedangkan
bentuk monohidrat didapatkan dari kristalisasi asam sitrat dalam air dingin.
Bentuk monohidrat tersebut dapat diubah menjadi bentuk anhydrous dengan
pemanasan di atas 74 °C.
Secara kimia, asam sitrat bersifat seperti asam karboksilat lainnya. Jika
dipanaskan di atas 175 °C, asam sitrat terurai dengan melepaskan karbon
dioksida dan air. (Sulaiman, 1987).
2.16. Baterai Jeruk Nipis sebagai Sel Volta
Sel Volta merupakan jenis sel elektrokimia yang dapat menghasilkan
energi listrik dari reaksi redoks yang berlangsung spontan. Baterai jeruk nipis
Universitas Sumatera Utara
45
merupakan sel Volta, karena kandungan kimia yang terdapat dalam jeruk nipis
dapat berubah menjadi energi listrik. Hal itu ditentukan oleh anoda dan katoda
dalam jeruk tersebut. Anoda yang berupa uang logam ditancapkan pada pangkal
jeruk nipis. Sedangkan katoda yang berupa lempengan seng ditancapkan pada
bagian bawah jeruk tersebut.
Selain itu untuk menghubungkan anoda dan katoda dari jeruk nipis yang
satu dengan yang lain digunakan kabel yang telah dililitkan pada penjepit kertas.
Lakukan hal tersebut dengan ke enam jeruk lainnya.Sehingga setelah semuanya
tersambung akan didapat anoda dan katoda di ujung jeruk pertama dan terakhir.
Kemudian anoda dan katoda tersebut disambungkan pada kaki-kaki LED,
sehingga LED menyala.Hal ini terjadi karena adanya larutan elektrolit yang
terkandung dalam air asam jeruk nipis tersebut. (Latipah, 2012)
Persamaan reaksinya yaitu sebagai berikut :
Zn + Cu2+  Zn2+ + Cu
Persamaan setengah sel dan diagram sel :
Zn
 Zn2+ + 2e-
Cu2+ + 2e-Cu
Universitas Sumatera Utara
46
2.17. Na-EDTA
EDTA adalah kependekan dari Ethylene Diamin Tetra Acetic. EDTA
berupa senyawa kompleks kelat dengan rumus molekul :
“ (HO 2 CCH 2 )2NCH 2 CH 2 N(CH 2 CO 2 H) 2 “
Merupakan suatu senyawa asam amino yang secara luas dipergunakan
untuk mengikat ion logam - logam bervalensi dua dan tiga. EDTA merupakan
senyawa yang mudah larut dalamair, serta dapat diperoleh dalam keadaan murni.
Tetapi dalam penggunaannya, karena adanya sejumlah tidak tertentu dalam air,
sebaiknya distandardisasi terlebih dahulu. Berikut Gambar 2.6. yaitu struktur
EDTA :
Gambar 2.6: Struktur EDTA
Ikatan pada EDTA, yaitu ikatan N yang bersifat basa mengikat ion H+ dari
ikatan karboksil yang bersifat asam. Jadi dalam bentuk Ianitan pada EDTA ini
terjadi reaksi intra molekuler (maksudnya dalam molekul itu sendiri), maka rumus
senyawa tersebut disebut "zwitter ion". EDTA dijual dalam bentuk garam
natriumnya, yang jauh lebih mudah larut daripada bentuk asamnya. Berikut
Gambar 2.7, yaitu bentuk fisik Na-EDTA :
Universitas Sumatera Utara
47
Gambar 2.7: Bentuk fisik Na-EDTA
2.18. Sel Surya
Photovoltaic adalah proses/metode sederhana dalam memanfaatkan energi
matahari. Divais photovoltaic(solar cell) dapat mengubah energi sinar matahari
menjadi energi listrik, dengan tanpa bising, polusi, kuat, handal dan tahan lama.
Energi listrik yang dihasilkan tersebut dapat langsung digunakan, atau disimpan
terlebih dahulu dalam sistem penyimpanan energi seperti baterai, untuk kemudian
dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan sehari hari. Hubungan antara modul dan
baterai perlu diperhatikan, karena output dari modul berubah ubah, sehingga arus
dan tegangan yang dihasilkan tidak konstan, dan perlu diketahui bahwa
karakteristik dari tegangan dan arus kerja modul tergantung pada tingkat intensitas
radiasi dan suhu.(Rauschenbach, 1980)
Solar cell adalah divais yang dapat mengubah energi matahari menjadi
energi listrik. Jadi secara langsung arus dan tegangan yang dihasilkan oleh solar
cell bergantung pada penyinaran matahari. Pada solar cell ini dibutuhkan material
yang dapat menangkap matahari, dan energi tersebut digunakan untuk
memberikan energi keelektron agar dapat berpindah melewati band gapnya kepita
konduksi, dan kemudian dapat berpindah kerangkaian luar. Melalui proses
Universitas Sumatera Utara
48
tersebutlah arus listrik dapat mengalir dari solar cell. Umumnya divais dari solar
cell ini menggunakan prinsip PN junction.(Green,1982)
Sel surya terbuat dari bahan yang mudah pecah dan berkarat jika terkena
air. Karena itu sel ini dibuat dalam bentuk panel-panel ukuran tertentu yang
dilapisi plastik atau kaca bening yang kedap air. Panel ini dikenal sebagai panel
surya. Ada beberapa jenis panel surya yang dijual dipasaran :
Jenis pertama, yaitu jenis yang terbaik dan yang terbanyak digunakan
masyarakat saat ini, adalah jenis monokristalin. Panel ini memiliki
tingkat
efisiensi antara 12 sampai 14%.
Gambar 2.8: Panel solar cell monokristalin
Jenis kedua adalah jenis polikristalin atau multi kristalin, yang terbuat dari
kristal silikon dengan tingkat efisiensi antara 10 sampai12%.
Gambar 2.9 :Solar cellmulti kristalin
Universitas Sumatera Utara
49
Jenis ketiga adalah silikon jenisamorphous, yang berbentuk film tipis.
Efisiensinya
sekitar4-6%. Panel surya jenis ini banyakdipakai di mainan anak-
anak, jam dan kalkulator.
Gambar 2.10: Solar cell amorphous
Jenis keempat adalah panel surya yang
terbuat
dari GaAs (Gallium
Arsenide) yang lebih efisien pada temperatur tinggi.
Gambar 2.11: Solar cell gallium arsenide
Listrik yang dihasilkan oleh panel surya dapat langsung digunakan atau
disimpan lebih dahulu ke dalam baterai kering. Arus listrik yang dihasilkan adalah
listrik dengan arus searah (DC) sebesar 3,5 A. Besar tegangan yang dihasilkan
adalah 0,4 - 0,5V. Kita dapat mendesain rangkaian panel-panel surya, secara seri
atau paralel, untuk memperoleh output tegangan dan arus yang diinginkan. Untuk
Universitas Sumatera Utara
50
memperoleh arus bolak balik (AC) diperlukan alat tambahan yang disebut
inverter. (Adityawan, Eki. 2010).
Perhitungan Teknis :
Daya yang dihasilkan oleh panel surya maksimum diukur dengan besaran
Wattpeak(Wp), yang konversinya terhadap Watthour (Wh) tergantung intensitas
cahaya matahariyang mengenai permukaan panel. Selanjutnya daya yang
dikeluarkan
oleh
panel
surya
adalah
daya
panel
dikalikan
lama
penyinaran.Misalnya sebuah panel surya berkapasitas 50 Wpdisinari matahari
dengan intensitas maksimum selama 8 jam maka daya yang dihasilkan adalah 50
kali 8 Wh atau400 Wh. Daya sebanyak ini dapat digunakan untuk menyalakan 4
buah lampu 25 Watt selama 4 jam atau sebuah televisi hitam putih 40 Watt selama
10 jam.Di Indonesia, daya (Wh) yang dihasilkan perhari biasanya sekitar 3-5
kali daya panel maksimum (Wp), 3 kali untuk cuaca mendung, dan 5 kali
untuk kondisi panas terik. Misalnya untuk sebuah panel surya berdaya maksimum
50 Wp, daya yang dihasilkan pada cuaca mendung perhari adalah 3 kali 50 Wp
atau 150 Wp, dan pada cuaca cerah adalah 5 kali 50 Wp atau 250 Wp.(Zeng, L,
2009)
Panel-panel surya dapat disusun secara seri atau paralel. Rangkaian paralel
digunakan pada panel-panel dengan tegangan output yang sama untuk
memperoleh penjumlahan arus keluaran. Tegangan yang lebih tinggi diperoleh
dengan merangkai panel-panel
dengan arus keluaran yang sama secara seri.
Misalnya untuk memperoleh keluaran sebesar 12 Volt dan arus 12 A, kita dapat
merangkai 4 buah panel masing-masing dengan keluaran 12 Volt dan 3 A
Universitas Sumatera Utara
51
secaraparalel.Sementara kalau keempat panel tersebut dirangkai secara seri akan
diperoleh keluaran tegangan sebesar 48 Volt dan arus 3A.( O’regan, 1991)
2.18.1. Proses Pembangkitan Arus pada Solar Cell
Pembangkitan arus pada solar cell melibatkan beberapa proses
diantaranyayaitu :
1. Cahaya dalam bentuk foton jatuh pada permukaan solar cell, kemudian diserap
dan menghasilkan pasangan elektron dan hole (apabila energi foton lebih besar
dari energi band gapnya).Tetapi, electron (pada material tipe-p) dan hole (pada
tipe-n) yang terbentuk bersifat tidak stabil dan hanya akan terjadi untuk
jangka waktu yang sama dengan waktu hidup pembawa minoritas (minority
carrier lifetime), sebelum akhirnya terjadi rekombinasi
2. Untuk mencegah rekombinasi ini adalah dengan menggunakan p-njunction
yang memisahkan electron dan hole. Carrier ini dipisahkan oleh aksi medan
listrik yang terjadi di p-n junction. Jika minority carrier (dalam hal ini hole)
yang dihasilkan cahaya melewati p-njunction, maka akan didorong melewati
junction oleh medan listrik pada junction, dan menjadi majority carrier.
Sedangkan elektron mengalir
kerangkaian luar setelah emitter dan base
dihubungkan.
3. Setelah melewati rangkaian luar elektron tersebut akan bertemu dengan
hole.(Kenneth. 2007)
Universitas Sumatera Utara