DAYA HANTAR ELEKTROLIT APLIKASI ILMU FISIKA DALAM KIMIA
Unknown

 

MAKALAH FISIKA DASAR


DAYA HANTAR ELEKTROLIT APLIKASI ILMU FISIKA DALAM KIMIA



Oleh
Berta Yuda Sisilia Putri
NIM 131810301051







Jurusan KIMIA
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Jember
2013

BAB1. PENDAHULUAN


1.1  Latar Belakang

Ilmu pengetahuan alam merupakan suatu ilmu yang kompleks. Dimana mempelajari mengenai kejadian, fenomena, konflik dan hubungan yang terjadi di dalam kehidupan ini. ilmu pengetahuan alam terbagi atas tiga disiplin ilmu yang umum kita kenal, yakni Fisika, Kimia, dan Biologi. Fisika adalah ilmu alam yang melibatkan studi tentang hal  dan yang gerak melalui ruang-waktu, serta semua konsep yang terkait, termasuk energi dan kekuatan. Lebih luas, hal adalah analisis umum alam, dilakukan untuk memahami bagaimana alam semesta berperilaku. Ilmu fisika merupakan ilmu yang mempelajari zat dan energi khususnya tindakannya dalam bidang mekanika, suara, optik, elektrik, magnet, bangun atom dan gejala nuklir physics. Sedangkan ilmu kimia adalah ilmu yang mempelajari tentang materi (segala sesuatu yang menempati ruang dan memiliki massa) dan perubahannya.
Ilmu fisika yang dipelajari dalam kimia sangat banyak dan fenomena fisika tertentu yang lebih mudah dijelaskan dengan ilmu kimia dan sebaliknya. dalam bidang keilmuan juga dikenal Kimia Fisik, kimia fisik adalah ilmu yang mempelajari fenomena mikroskopik, makroskopik, atom, subatodan partikel dalam sistem dan proses kimia berdasarkan konsep dan prinsip fisika dengan bidang khusus, anatara lain Termodinamika kimia, Kimia Kuantum, Kinetika.
Prinsip-prinsip fisika menemukan aplikasi di seluruh lain ilmu alam karena beberapa fenomena dipelajari dalam fisika, seperti konservasi energi, yang umum untuk semua sistem materi. fenomena lain, seperti superkonduktivitas, berasal dari hukum-hukum, namun tidak hukum diri mereka sendiri karena mereka hanya muncul dalam beberapa sistem.
Fisika sering disebut sebagai "ilmu fundamental" (kimia kadang-kadang termasuk), karena masing-masing dari disiplin ilmu lainnya ( biologi, kimia, geologi, bahan ilmu pengetahuan, teknik, kedokteran dll) berurusan dengan jenis sistem materi tertentu yang mematuhi hukum fisika. Sebagai contoh, kimia adalah ilmu tentang koleksi materi (seperti gas dan cairan terbentuk dari atom dan molekul ) dan proses yang dikenal sebagai reaksi kimia yang mengakibatkan perubahan zat kimia .
Struktur, reaktivitas, dan sifat dari suatu senyawa kimia ditentukan oleh sifat molekul yang mendasari, yang mungkin baik dijelaskan oleh bidang fisika seperti mekanika kuantum atau kimia kuantum, termodinamika, dan elektromagnetisme.

1.2  Rumusan masalah
Adapun rumusan masalah dalam makalah ini, yaitu :
1.    Bagaimana aplikasi fisika dalam kimia daya hantar elektrolit ?

1.3  Tujuan
Adapun tujuan dari makalah ini yaitu :
1.      Mengetahui aplikasi ilmu fisika dalam kimia daya hantar elektrolit.
.


BAB 2. PEMBAHASAN


Kimia fisik adalah ilmu yang mempelajari fenomena mikroskopik, makroskopik, atom, subatom dan partikel dalam sistem dan proses kimia berdasarkan konsep dan prinsip fisika dengan bidang khusus, antara lain, Termodinamika kimia, Kimia Kuantum, Kinetika. Jika digambarkan, maka hubungan antara ilmu pengetahuan alam seperti berikut:
Kimia fisik banyak menggunakan konsep-konsep dan prinsip fisika klasik : Energi, Entropi, Suhu, Tekanan, Tegangan permukaan, viskositas zat cair, hukum coulumb, interaksi dipol. Sedangkan Fisika Kuantum: Foton, bilangan kuantum, spin, kebolehjadian, ketidakpastian. Dan Mekanika statistik: Fungsi partisi, distribusi boltzmann. Bagian penting dari ilmu ini termasuk termodinamika kimia, kinetika kimia, kimia kuantitas, elektrokimia, kimia permukaan dan kimia padatan, serta spektrokopis. kimia fisik juga penting bagi ilmu material modern.
Dalam kaedahnya, ilmu kimia memperdalam salah satu bidang fisika yaitu tentang interaksi antar atom-atom dalm reaksi kimia. pada suatu sisi lain, ilmu fisika dan ilmu kimia saling bersinggungan yaitu pada bidang konfigurasi elektron dalam atom. Ilmu fisika lebih mendalami mengapa elektron membentuk konfigurasi tersebut, sedangkan ilmu kimia mempelajari dampak dari konfigurasi elektron pada konfigurasi elektron pada reaksi kimia.
Kimia maka akan terbatas pada reaksi senyawa dan unsur dimana atom akan saling bertukar tempat dan menyusun senyawa baru dengan melepas atau menyerap energi. sedangkan untuk reaksi nuklir dimana yang terjadi adalah pertukaran subatomik seperti proton dan neutron, maka bidang ini tidak masuk kimia lagi tetapi sudah masuk bidang fisika.
yang akan dibahas dalam makalah ini yaitu daya hantar elektrolit, dimana dipelajari dalam kimia fisik.
Elektrokimia adalah bagian dari kimia fisika yang mempelajari hubungan antara gejala-gejala kimia dengan kelistrikan. Bagian ini mempunyai arti penting, baik dari segi teori maupun praktis.


2.1  Hukum Ohm Dan Satuan-Satuan Listrik
Kekuatan listrik mengalir melalui sebuah penghantar, jadi jumlah listrik yamg mengalir perdetik, ditentukan oleh beda potensial dan tahanannya. Menurut hukum Ohm :
I = kuat arus
R = tahanan
E= beda potensial
Satuan-satuan listrik dapat dinyatakan dalam :
-  Cgs electromagnetic units (emu), berdasarkan hukum penarikan dan penolakan magnet
- Cgs electrostatic units (esu), berdasarkan hukum daya tarik antara muatan-muatan listrik.
-  Absolute unit diturunkan dari emu.
-  Internasional units.
1.  Ampere (kuat arus)
Suatu ampere internasional ialah kuat arus yang tiap detik dapat mengendapakan 1,118 mgr perak dari larutan AgNO3.
2. Ohm (tahanan)
            Satu Ohm internasional ialah tahanan pada 0°C suatu kolom air raksa dengan penampang sama, panjang 106,300 cm, berat 14,4521 gram.
3. Volt (beda potensial)
            Satu Volt internasional ialah beda potensial yang diperlukan untuk mengalirkan listrik 1 ampere melalui tahanan 1 Ohm.
4. Coloumb ( jumlah listrik)
        Satu Coloumb ialah jumlah listrik yang diangkut oleh listrik 1 ampere selama 1 detik.        


Q = I . t



I   = kuat arus (ampere)
t   = waktu (detik)
Q = jumlah listrik (coloumb)
1 faraday = 96496 coloumb.
Joule (kerja listrik)
Satu Joule ialah kerja yang dilakukan bila listrik 1 ampere dilewatkan selama 1 detik, melalui konduktor dengan beda potensial 1 volt.
            W = E . I . t  = E . Q
1        Joule = 1 x 107 ergs = 0,2390 kal.
5.    Watt (kecepatan kerja)
            Satu Watt ialah kerja listrik dengan kecepatan 1 joule per detik.
           
a.         Jenis Konduktor
Zat-zat dapat dibagi menjadi :
-        Konduktor
-        Non konduktor (dielectrics, insulator).
Batas keduanya tidak tegas, hal ini dapat dilihat dari tahanan jenis . Tahanan jenis ialah tahanan zat dengan panjang cm, luas penampang 1 cm2. Makin kecil , berarti makin baik sifat konduksinya.
Aliran listrik adalah aliran elektron dari elektron density tinggi ke density rendah. Berdasarkan mekanisme aliran listrik melalui konduktor, maka konduktor dibagi menjadi :
-        Elektronik (logam, logam lebur, garam-garam seperti CuS dan CdS).
-        Elektrolitik (elektrolit kuat, lemah, garam lebur, padat seperti AgNO3,, NaCl).
Pada konduktor elektronik :
-          Aliran listrik dibawa oleh elektron
-           naik bila temperatur naik.
Pada konduktoe elektrolitik :
-          Aliran listrik dibawa oleh ion=ion
-          Aliran listrik diikuti reaksi-reaksi
-           turun bila temperatur naik.

b.        Mekanisme Konduksi Elektrolitik
Hantaran listrik dalam larutan elektrolit diikuti dengan reaksi-reaksi kimia. Peristiwa ini disebut elektrolisis. Dalam hal ini elektron dalam larutan dibawa oleh ion-ion, sedang elektron masuk dan keluar dari larutan melalui reaksi-reaksi kimia pada elektrode.
Misal : elektrolisis NaCl :
                 NaCl (aq)     Na+  +  Cl-
                 H2O     H+    +  OH-
                 Anode : C-   → Cl + e   (oksidasi)
                              2Cl → Cl2
                 Kation : H+ + e → H   (reduksi)
                              2H       → H2                                    +

                 NaCl + H2O → H2 + Na+ + OH- + Cl-
                                                     katode        anode
Reaksi kimia yang terjadi dalam  elektrolisis pada :
Anode adalah oksidasi, seperti :
Zn   → Zn2+  +  2e
Cl-    → Cl  +  e
Fe2+ → Fe3+ +  e
   dan sebagainya.
Katode adalah reduksi, seperti :
Cu2+ +  e   → Cu
Sn4+  +  2e → Sn2+
I         +  e   → I-
  dan sebagainya.
                                                              i.      Hukum Faraday
Hukum Faraday I
            Massa zat yang terjadi akibat reaksi kimia pada elektrode, berbanding lurus dengan jumlah listrik yang lewat larutan selama elektrolisis.
                                           E = berat ekuivalen.
             
Untuk perak telah didapatkan bahwa 1 coloumb menghasilkan 1,118 mg perak. Untuk mengendapkan 1 grek Ag atau 107,880 gr perak, diperlukan
Listrik sebesar ini disebut 1 Faraday.
            Jadi 1 Faraday ialah jumlah listrik yang diperlukan untuk mengendapkan 1 gram ekuivalen zat dari larutannya.
Hukum Faraday II
            Massa berbagai zat yang terjadi selama elektrolisis, berbanding lurus dengan berat ekuivalennya.
Berat cu : berat Ag : berat Cl2  =  BECu  :  BEAg  :  BECl
Menurut Milikan , muatan 1 elektron = 1,602  x  10-19 coloumb, jadi jumlah elektron dalam 1 faraday :
                                                            (bilangan avogadro).

            Jadi 1 Faraday sesuai dengan  partikel dengan muatan tunggal atau 1 grek zat. Atas dasar hukum faraday dapat dibuat alat untuk menentukan jumlah listrik, yaitu coloumeter.

Berat Ag yang terjadi dapat diketahui dengan penimbangan mangkuk sebelum dan sesudah percobaan.
                       
Coloumeter CU : sama dengan coloumeter Ag.
Coloumeter Iodin : memakai  larutan KI, I2 yang terjadi dapat dititer dengan Na2S2O3.

2.2  Daya Hantar Elektrolit (Conductance)
a.    Daya Hantar
Besarnya tahanan konduktor elektrolit dapat ditentukan dengan hukum ohm. Untuk larutan elektrolit, lebih umum dipakai daya hantar yaitu harga kebalikan tahanan. Seperti diketahui :
            R =  

R = tahanan
 = tahanan jenis
panjang (cm)
 = luas (cm2)




   

   L = daya hantar
L2 = daya hantar jenis
Ls = , daya hantar jenis, daya hantar 1 cm3 larutan, satuannya mhos/cm atau Ohm-1 cm-1.
            Kecuali daya hantar dan daya hantar jenis dikenal pula daya hantar ekuivalen (. Bahkan    ini mempunyai arti yang lebih penting.
            Daya hantar ekuivalen ialah daya hantar larutan elektrolit sebanyak 1 grek diantara 2 elektrode dengan jarak 1 cm.
            Bila konsentrasi = C grek/I
                                       =   grek/cc.
Maka volume larutan yang berisi 1 grek =   cc/eq
Daya hantar tiap cc = L2 ; karena  = daya hantar 1 grek, maka
   Ohm-1 cm2 eq-1


Besarnya  dapat ditentukan dengan mengukur Ls larutan, juga R larutan, untuk ini dipergunakan jembatan wheatstone.



Gambar 2.1 Pengukur daya hantar
(Sumber : Achmad, 1996).

b.     Perubahan Daya Hantar Terhadap Konsentrasi
Baik Ls atau  berubah dengan konsentrasi :
1.    Untuk elektrolit kuat, Ls naik dengan cepat dengan naiknya konsentrasi. Untuk elektrolit lemah, Ls naik secara perlahan-lahan dengan naiknya konsentrasi. Perbedaan ini disebabkan karena elektrolit kuat terurai sempurna, sedang elektolit lemah tidak.
2.    Bila elektrolit kuat ataupun lemah  nya naik pada pengenceran dan mencacapai harga maksimal pada pengenceran


2.3  Penggunaan Daya Hantar
a.  Penetapan Daya larut
Daya larut garam-garam yang sukar larut seperti BaSO4, AgCl, AgIO3 dan sebagainya, dapat dicari dengan pengukuran daya hantar.







Gambar 2.2. Larutan Jenuh Zat.
(Sumber : Sukardjo, 2004).

Larutan jenuh, daya hantar diukur Ls.
Ls(garam) = Ls(larutan) – Ls(air)
             =   .  Ls(garam)
C =  .  Ls(garam)
Karena larutan encer dan elektrolit kuat,   =  .
C =   Ls.
             = Io+ +  Io_.
Dari sini dapat dicari C garam dalam mole/I.
b. Derajat Ionisasi
Air walaupun sangat murni, masih dapat menghantarkan listrik
Tabel 2.1. Daya hantar jenis air.
Io
  Ohm-1 cm-1
0
18
25
34
50
0,14 x 10-7
0,40 x 10-7
0,58 x 10-7
0,89 x 10-7
1,76 x 10-7
Ini disebabkan karena air terion menjadi :
H2O  ⇆   H+  +  OH-
 →
V = volume berisi 1 grek air
    = BM/rapat.
Pada 25 :  =
                 =  IH+  +  IOH- = 349,8 + 198 = 547,8.
                     = 1,9 x  10-9



c. Titrasi Konduktometri
            Pengukuran daya hantar, dapat dipakai untuk menentukan titik akhir titrasi, misalnya titrasi asam kuat dengan basa kuat. Pada penambahan basa, sebagian asam dinetralkan :
HCl + NaOH → NaCl + H2O
            Daya hantar terus-menerus turun, kareana ion H+ diganti ion Na+ yang lebih lambat. Setelah titik ekuivalen, kelebihan OH- sangat memperbesar daya hantar. Titik ekuivalen dapat ditentukan dengan menggambarkan grafik daya hantar atau  terhadap ml. Basa (Gb. 2.1).



Gambar 2.3. Titrasi Konduktometri.
(Sumber : Sukardjo, 2004).

Titrasi asam lemah dengan basa kuat seperti CH3COOH dengan NaOH menghasilkan grafik seperti pada gambar (2.1).
CH3COOH + NaOH →  CH3COONa + H2O
Mula-mula daya hantar naik dengan lambat karena penggantian asam asetat menjadi Na-asetat. Setelah titik ekuivalen, daya hantar naik dengan cepat. Perpotongan kedua garis ini adalah titik ekuivalen.
Keuntungan cara ini ialah dapat dipakai untuk titrasi larutan-larutan berwarna atau titrasi campuran asam lemah-asam kuat, basa lemah-basa kuat. Juga dapat dipakai untuk titrasi pengendapan, oksidasi-reduksi dan sebagainya, seperti :
            Na asetat menjadi HCl
            CuSO4 dengan NaOH
            MgSO4 dengan NaOH/Ba(OH)2
FeSO4 dengan K2Cl2O7 dan sebagainya.
Jadi, hubungan sebenarnya kimia memperdalam salah satu bagian fisika yaitu yang berkaitan dengan rekasi kimia dan dampaknya dalam kehidupan sehari-hari.



BAB 3. PENUTUP

3.1 Kesimpulan
            Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari pembahasan kali ini, yaitu ilmu fisika juga berhubungan dengan kimia dalam kimia fisik, yang dipelajari salah satunya adalah daya hantar elektrolit. Fisika menggunakan hukum ohm dengan kimia menggunakan elektrolit.

3.2 Saran
            Untuk para mahasiswa lain perlu mengetahui hubungan antara fisika dengan kimia yang lain dalam kimia fisik karena masih banyak yang harus dipaparkan.


DAFTAR PUSTAKA

       Sukardjo. 2004. KIMIA FISIKA. Jakarta : PT Rineka Cipta.
       Achmad, Hiskia. 1996. Kimia Larutan. Bandung : PT Citra Aditya Bakti.
www.unej.ac.id
himakiuj2014.blogspot.com



Label: | edit post
0 Responses

Posting Komentar

Langganan: Posting Komentar (Atom)