KAJIAN SIFAT LISTRIK MEMBRAN SELULOSA ASETAT YANG DIRENDAM DALAM LARUTAN ASAM KLORIDA DAN KALIUM HIDROKSIDA FITRI AZIZAH

Transkripsi

1 KAJIAN SIFAT LISTRIK MEMBRAN SELULOSA ASETAT YANG DIRENDAM DALAM LARUTAN ASAM KLORIDA DAN KALIUM HIDROKSIDA FITRI AZIZAH DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 28

2 KAJIAN SIFAT LISTRIK MEMBRAN SELULOSA ASETAT YANG DIRENDAM DALAM LARUTAN ASAM KLORIDA DAN KALIUM HIDROKSIDA FITRI AZIZAH Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 28

3 ABSTRAK FITRI AZIZAH. Kajian Sifat Listrik Membran Selulosa Asetat yang Direndam dalam Larutan Asam Klorida dan Kalium Hidroksida. Dibimbing oleh Dr. Kiagus Dahlan dan Jajang Juansah, M. Si. Membran didefinisikan sebagai suatu lapisan yang memisahkan dua fasa dan mengatur perpindahan massa dari kedua fasa yang dipisahkan. Karakteristik membran mencakup: sifat listrik, termal, mekanik dan sebagainya. Sifat kelistrikan dapat dilihat dengan melakukan pengukuran karakteristik I-V, konduktansi, kapasitansi dan impedansi. Karakteristik I-V membran dilakukan dengan mengukur arus dan tegangan membran. Penentuan tegangan membran dilakukan dengan cara meletakkan membran di dalam chamber yang diisi larutan elektrolit KCl, kemudian dialiri arus dengan nilai tertentu, sehingga tegangan membran dapat diukur. Pengukuran konduktansi, kapasitansi dan impedansi menggunakan plat kapasitor yang dihubungkan dengan LCRmeter dan nilainya langsung dapat terbaca. Variasi konsentrasi dan lama perendaman larutan asam klorida dan kalium hidroksida mempengaruhi konduktansi, kapasitansi dan impedansi membran. Perendaman pada larutan asam klorida dan basa kalium hidroksida konsentrasi tinggi dan perendaman paling lama kapasitansi semakin meningkat dan impedansi semakin menurun. Perendaman pada larutan asam klorida konsentrasi tinggi dan perendaman paling lama konduktansinya cenderung meningkat dan pada perendaman larutan kalium hidroksida konsentrasi tinggi dan perendaman paling lama konduktansi cenderung menurun. Kata Kunci: membran, konduktansi, kapasitansi, impedansi

4 Judul : Kajian Sifat Listrik Membran Selulosa Asetat yang Direndam dalam Larutan Asam Klorida dan Kalium Hidroksida Nama : Fitri Azizah NIM : G74144 Menyetujui: Pembimbing I Pembimbing II Dr. Kiagus Dahlan NIP Jajang Juansah, M. Si NIP Mengetahui : Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor Dr. drh. Hasim, DEA NIP Tanggal Lulus:

5 Riwayat Hidup Penulis dilahirkan di Situbondo pada tanggal 14 Februari 1986 dari Bapak Nur Wakhid S. Ag dan ibu Umi Nadhiroh. Penulis merupakan putri kedua dari tiga bersaudara. Penulis mengikuti pendidikan Dasar di Madrasah Ibtida iyah (MI) Al Huda Tumpang Blitar dan lulus pada tahun Pendidikan tingkat menengah dapat diselesaikan penulis pada tahun 21 di Madrasah Tsanawiyah Negeri (MTsN) Jabung Blitar. Pendidikan tingkat atas dapat diselesaikan penulis pada tahun 24 di Madrasah Aliyah (MA) Perguruan Mu allimat Cukir Jombang dan pada tahun yang sama penulis diterima di Institut Pertanian Bogor, Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam melalui jalur USMI. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Fisika Dasar pada tahun ajaran 26/27 dan 27/28. Selain itu, penulis juga aktif di berbagai kegiatan kemahasiswaan seperti di Unit Kegiatan Mahasiswa Lingkung Seni Sunda Gentra Kaheman, Himpunan Profesi Peminat Ilmu Fisika (HIMAFI) dan Klub Fotografi Lensa Faperta.

6 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan terhadap Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia- Nya sehingga begitu banyak nikmat yang tak terhingga jumlahnya. Hanya dengan izin dan kemudahan yang diberikan-nya, penulis dapat menyelesaikan penulisan Skripsi dengan judul Kajian Sifat Listrik Membran Selulosa Asetat yang Direndam dalam Larutan Asam Klorida dan Kalium Hidroksida. Penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. Kiagus Dahlan dan Bapak Jajang Juansah, M. Si selaku pembimbing 2. Ibu Siti Nikmatin, M. Si, Ibu Mersi, dan Bapak Husin Alatas selaku penguji 3. Bapak, Ibu, Kakak, Adik dan keluarga besar di Blitar atas doa dan kasih sayangnya 4. M. Koko Prihartono dan keluarga besar di Jambi atas motivasi dan doanya 5. Bapak Firman, Om Toni, Mang Njun dan seluruh staff serta laboran Departemen Fisika atas bantuannya 6. Ulil, Eli, Uwai, Inna, Riski, Devi, Ana, Rina, Hasti, As, Rahmi, Qory, Viter, Iphi, Rahma, Nunung, Ibu Melly, Arum, Nunung, Vera, Dimi 7. Agung, Aep, Heri, Erdi, Tebe, Isran, Casnan, Farid, Romzie, Ade, Ulul, Fazmi, Rifky, Novan, Eka, Saor, Puji 8. Kakak-kakak Fisika 39 dan 4, adik-adik Fisika 42 dan Temen-temen Nabila:Mirzah, Woro, Nadew, Tidar, Yuli, Andriz, Dede, Ovie 1. Ratih Damayanti 11. Serta seluruh pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Berbagai penelitian telah dilakukan dalam penerapan teknologi membran. Salah satunya adalah karakterisasi sifat listrik membran. Banyak hal yang menarik telah dikemukakan oleh peneliti sebelumnya. Berdasarkan penelitian-penelitian tersebut penulis tertarik untuk mengembangkan penelitian dengan mengkaji karakteristik sifat listrik membran selulosa asetat yang telah direndam pada larutan asam dan basa. Penulis menyadari dalam tulisan ini masih terdapat kekurangan, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk hasil yang lebih baik. Semoga skripsi ini dapat memberikan sumbangan yang Allah berikan manfaatnya kepada semuanya. Bogor, Mei 28 Fitri azizah

7 iii DAFTAR ISI Halaman DAFTAR GAMBAR... v DAFTAR TABEL... vii DAFTAR LAMPIRAN...viii PENDAHULUAN... 1 Latar Belakang... 1 Tujuan Penelitian... 1 Hipotesis... 1 TINJAUAN PUSTAKA... 1 Membran... 1 Membran Selulosa Asetat... 2 Larutan Elektrolit... 2 Elektroda... 3 Karakteristik Kelistrikan Membran... 3 Konduktansi Membran... 4 Kapasitansi Membran... 4 Impedansi membran... 5 Asam dan Basa... 6 BAHAN DAN METODE... 6 Tempat dan Waktu Penelitian... 6 Alat dan Bahan... 6 Metode Penelitian... 6 Pelaksanaan Penelitian... 6 Persiapan Penelitian... 6 Persiapan Eksperimen... 6 Eksperimen... 7 Pengamatan... 7 Analisa Data... 8 HASIL DAN PEMBAHASAN... 8 Karakteristik Arus-Tegangan dalam Larutan KCl... 8 Perendaman Larutan Asam Klorida... 8 Pengaruh Konsentrasi... 8 Pengaruh Lama Perendaman... 8 Perendaman Larutan Kalium Hidroksida... 1 Pengaruh Konsentrasi... 1 Pengaruh Lama Perendaman... 1 Karakteristik Konduktansi... 11

8 iv Perendaman Larutan Asam Klorida Pengaruh Konsentrasi Pengaruh Lama Perendaman Perendaman Larutan Kalium Hidroksida Pengaruh Konsentrasi Pengaruh Lama Perendaman Karakteristik Kapasitif Perendaman Larutan Asam Klorida Pengaruh Konsentrasi Pengaruh Lama Perendaman Perendaman Larutan Kalium Hidroksida Pengaruh Konsentrasi Pengaruh Lama Perendaman Karakteristik Impedansi Perendaman Larutan Asam Klorida Pengaruh Konsentrasi Pengaruh Lama Perendaman Perendaman Larutan Kalium Hidroksida Pengaruh Konsentrasi Pengaruh Lama Perendaman KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 19

9 v DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Aliran molekul membran Membran selulosa asetat Elektroda Ag-AgCl Elektroda referensi Ag-AgCl Model rangkaian membran Skema kapasitor plat sejajar Skema rangkaian sistem pengukuran I-V Skema rangkaian sistem pengukuran kapasitansi dan impedansi Grafik I-V MSA pada berbagai konsentrasi perendaman HCl selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam (c) Grafik I-V MSA pada berbagai waktu perendaman HCl.1M,.1M dan.5m (c) Grafik I-V MSA pada berbagai konsentrasi perendaman KOH selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam (c) Grafik I-V MSA pada berbagai waktu perendaman KOH.1M,.1M dan.5m (c) Konduktansi MSA pada berbagai konsentrasi perendaman HCl selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam (c) Konduktansi MSA pada berbagai waktu perendaman HCl.1M,.1M dan.5m (c) Konduktansi MSA pada berbagai konsentrasi perendaman KOH selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam (c) Konduktansi MSA pada berbagai waktu perendaman KOH.1M,.1M dan.5m (c) Kapasitansi MSA pada berbagai konsentrasi perendaman HCl selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam (c) Kapasitansi MSA pada berbagai waktu perendaman HCl.1M,.1M dan.5m (c) Kapasitansi MSA pada berbagai konsentrasi perendaman KOH selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam (c) Kapasitansi MSA pada berbagai waktu perendaman KOH.1M,.1M dan.5m (c) Impedansi MSA pada berbagai konsentrasi perendaman HCl selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam (c) Impedansi MSA pada berbagai waktu perendaman HCl.1M,.1M dan.5m (c)... 16

10 vi 23 Impedansi MSA pada berbagai konsentrasi perendaman KOH selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam (c) Impedansi MSA pada berbagai waktu perendaman KOH.1M,.1M dan.5m (c)... 17

11 vii DAFTAR TABEL Halaman 1 Konstanta Dielektrik Bahan Konstanta Dielektrik Bahan ph larutan HCl Konduktansi membran selulosa asetat pada perendaman larutan asam klorida ph larutan KOH Konduktansi membran selulosa asetat pada perendaman arutan kalium hidroksida... 1

12 viii DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Diagram Alir Penelitian Alat- alat Penelitian Skema Penelitian Data arus-tegangan membran selulosa asetat pada perendaman berbagai konsentrasi larutan Asam klorida selama 1 jam dan selama 3 jam Data arus-tegangan membran selulosa asetat pada perendaman berbagai konsentrasi larutan Asam klorida selama 9 jam dan Kalium hidroksida selama 1 jam Data arus-tegangan membran selulosa asetat pada perendaman berbagai konsentrasi larutan Kalium hidroksida selama 3 jam dan 9 jam Data kapasitansi membran selulosa asetat pada perendaman berbagai konsentrasi larutan Asam klorida selama 1 jam dan 3 jam Data kapasitansi membran selulosa asetat pada perendaman berbagai konsentrasi larutan Asam klorida selama 9 jam dan Kalium hidroksida selama 1 jam Data kapasitansi membran selulosa asetat pada perendaman berbagai konsentrasi larutan Kalium hidroksida selama 3 jam dan 9 jam Data impedansi membran selulosa asetat pada perendaman berbagai konsentrasi larutan Asam klorida selama 1 jam dan 3 jam Data impedansi membran selulosa asetat pada perendaman berbagai konsentrasi larutan Asam klorida selama 9 jam dan Kalium hidroksida selama 1 jam Data impedansi membran selulosa asetat pada perendaman berbagai konsentrasi larutan Kalium hidroksida selama 3 jam dan selama 9 jam Persamaan garis kurva I-V membran selulosa asetat pada perendaman larutan Asam klorida dan larutan Kalium hidroksida... 31

13 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Membran adalah fasa antara atau fasa penghalang khusus yang memisahkan dua macam fasa dan membatasi bermacam spesi kimia dengan cara spesifik (Ginanjar, 24). Oleh karena itu, membran dapat berfungsi sebagai penghalang tipis yang sangat selektif diantara dua fasa. Membran dapat melewatkan molekul tertentu dan menahan molekul lain dari suatu aliran fluida yang dilewatkan melalui membran (Notodarmojo, 24). Dua fasa tersebut memiliki karakter yang berbeda. Karakter tersebut diantaranya: perbedaan konsentrasi, suhu, tekanan, viskositas dan komposisi larutan. Kemajuan teknologi membran dalam bidang industri, kimia, biologi dan fisika kini sedang berkembang. Salah satunya adalah teknologi membran sebagai filtrasi yang memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan teknologi yang lain. Adapun keunggulan membran sebagai filtrasi adalah memerlukan energi yang lebih rendah untuk operasi dan pemeliharaan, desain dan konstruksi untuk sistem dengan skala kecil, menghasilkan produk kualitas tinggi, berlangsung kontinu, tidak menggunakan zat kimia tambahan dan tidak membutuhkan kondisi ekstrim (temperatur dan ph). Walaupun demikian, membran mempunyai keterbatasan seperti terjadinya fenomena polarisasi konsentrasi, fouling (pengkotoran), yang menjadi pembatas bagi volume air terolah yang dihasilkan dan juga keterbatasan umur membran (Notodarmojo, 24). Salah satu contoh membran sintetik yang sering dimanfaatkan dalam filtrasi adalah membran Selulosa asetat. Membran ini merupakan polimer yang mengandung unsur Selulosa asetat. Kualitas membran sangat menentukan dalam proses aplikasi maupun teknologinya. Kualitas membran buatan (sintetik) ditentukan oleh karakteristiknya. Karakteristik membran buatan mencakup: sifat listrik, termal, mekanik dan sebagainya. Sifat kelistrikan dapat dilihat dengan melakukan pengukuran konduktansi, kapasitansi dan impedansi. Nilai konduktansi membran dapat diperoleh dengan pengukuran Arus-Tegangan (I-V). Karakteristik ini dipengaruhi oleh aliran elektron atau ion-ion yang melalui membran. Proses perendaman pada larutan asam dan basa yang dilakukan memberikan pengaruh pada sifat-sifat membran Selulosa asetat yang merupakan membran netral atau tidak bermuatan tetap. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk menguji beberapa sifat kelistrikan membran Selulosa Asetat yang telah direndam dalam larutan asam klorida dan kalium hidroksida dengan variasi konsentrasi dan lama perendaman. Hipotesis Perendaman pada larutan asam dan basa mempengaruhi karakteristik I-V membran selulosa asetat. Pada perendaman asam akan meningkatkan konduktansi membran sementara larutan basa akan terjadi sebaliknya. TINJAUAN PUSTAKA Membran Membran dapat didefinisikan suatu lapisan yang memisahkan dua fasa dan mengatur perpindahan massa dari kedua fasa yang dipisahkan (Gea, 25). Fasa pertama adalah feed atau larutan pengumpan yaitu komponen atau partikel yang akan dipisahkan. Dan yang kedua adalah permeate yaitu hasil pemisahan sebagaimana yang terlihat pada Gambar 1 (Rakhmanudin, 25). Proses membran melibatkan umpan (cair dan gas), dan gaya dorong (driving force) akibat perbedaan tekanan (ΔP), perbedaan konsentrasi (ΔC) dan perbedaan energi (ΔE). Upaya pemisahan dengan membran yang menggunakan gaya dorong beda tekanan sangat dipengaruhi oleh ukuran dan distribusi pori membran (Notodarmojo, 24). Secara umum membran terbagi atas dua jenis yaitu membran alami dan membran buatan. Berdasarkan bahan pembuatnya, membran dapat dikelompokkan ke dalam dua kelompok, yaitu : 1. Membran Organik Membran organik adalah membran yang terbuat dari bahan organik. Membran ini dibagi menjadi dua macam, yaitu: a. Membran alamiah, contohnya :membran yang terbuat dari selulosa dan turunannya (Cellulosic) seperti Selulosa asetat dan Selulosa nitrat. Gambar 1. Aliran molekul dalam proses filtrasi membran

14 2 Gambar 2. Membran selulosa asetat b. Membran síntesis (Noncellulosic), contohnya Polisulfon, Poliamida dan polimer sintesis lainnya. 2. Membran Anorganik Membran anorganik adalah membran yang berasal dari material anorganik. Material anorganik memiliki stabilitas kimia dan termal lebih baik dibandingkan dengan bahan polimer. Ada empat tipe membran anorganik yang sering digunakan, yaitu membran keramik, membran gelas, membran metal dan membran zeolit (Baker, 24). Jika dilihat dari bentuk membran terdapat membran simetrik dan membran asimetrik. Membran simetrik memiliki struktur pori yang homogen dan relatif sama, ketebalannya antara 1-2µm. Sedangkan membran asimetrik memiliki ukuran dan kerapatan pori yang heterogen. Membran jenis ini memiliki dua lapisan yaitu lapisan kulit tipis dan rapat (skin layer) dengan ketebalan 2,5µm serta lapisan pendukung yang berpori dengan ketebalan 5-2µm (Rakhmanudin, 25). Berdasarkan ukuran pori maka membran terbagi atas : membran mikrofiltrasi, nanofiltrasi, ultrafiltrasi dan reserve osmosis (RO). Ukuran pori ini dapat dilihat dari ukuran partikel-partikel yang terseleksi oleh membran. Berdasarkan sifat listriknya membran buatan dibagi menjadi dua, yaitu: 1. Membran Tidak Bermuatan Tetap Membran tidak bermuatan tetap terdiri dari polimer yang tidak mengikat ion-ion sebagai ion tetap dan dapat bersifat selektif terhadap larutan-larutan kimiawi. Selektifitas membran netral ditentukan oleh unsur-unsur penyusun (monomer), ikatan kimia, ukuran pori-pori, daya tahan terhadap tekanan dan suhu, resistivitas dan konduktansi serta karakteristik sifat listrik lainnya. 2. Membran Bermuatan Tetap Membran bermuatan tetap terbentuk karena molekul-molekul ionik menempel pada lattice membran secara kimiawi. Ion-ion tidak dapat berpindah-pindah dan membentuk lapisan tipis bermuatan pada membran. Membran ini dapat dilalui ion-ion tertentu. Membran ini dibagi menjadi tiga jenis, yaitu: a. Membran Penukar Kation / Kation Exchange Membrane (KEM) adalah membran bermuatan anion tetap yang hanya dapat dilewati oleh kation. b. Membran Penukar Anion / Anion Exchange Membrane (AEM) adalah membran bermuatan kation tetap yang hanya dapat dilewati oleh anion. c. Double Fixed Charge Membrane (DFCM) adalah membran bermuatan yang memiliki muatan anion dan kation tetap pada bagian lattice tertentu yang merupakan gabungan KEM dan AEM (Huriawati, 26). Membran Selulosa Asetat Membran Selulosa asetat dikembangkan oleh Loeb-Sourirajan sekitar tahun 195an(Baker, 24). Membran ini telah banyak tersedia secara komersil. Membran yang terbentuk dari polimer sintetik ini bersifat hidrofilik, murah, cenderung tidak bermasalah terhadap penyerapan maupun penyumbatan dan memiliki fluks tinggi. Membran Selulosa asetat merupakan membran organik. Selulosa berasal dari tumbuhan dicampur dengan pelarut dan dicetak menjadi film tipis. Film tipis yang terbentuk menjadi sebuah membran semipermiabel. Membran selulosa asetat termasuk ke dalam kelompok membran nanofiltrasi asimetrik yang bermuatan netral Selulosa asetat adalah ester asetat dari selulosa. Asam sasetat anhidrat dengan selulosa menggunakan katalis asam sulfat atau seng klorida akan menghasilkan selulosa terasetilasi. Hasil asetalisasi dapat berbentuk selulosa mono asetat, selulosa diasetat atau selulosa. Selulosa asetat berwarna putih (Gambar 2), tidak berwarna, tidak berbau, padatan tidak beracun, larut baik dalam aseton (Adiarto, 22) Larutan Elektrolit Larutan adalah campuran homogen dari dua atau lebih komponen yang berada dalam satu fasa. Komponen yang paling banyak terdapat dalam larutan atau yang paling menentukan sifat larutannya, disebut pelarut. Komponen yang terdapat dalam jumlah lebih sedikit disebut zat terlarut. Larutan yang pelarutnya air disebut larutan berair (aqueous). Larutan pekat adalah larutan yang zat terlarutnya banyak, sedangkan larutan encer adalah larutan yang zat terlarutnya sedikit. Kata larutan umumnya berarti pelarutnya zat cair, sedangkan zat terlarutnya dapat berupa gas, cair, ataupun padat (Setiawati, 24).

15 3 Sifat suatu larutan ditentukan oleh konsentrasi. Yang dimaksud dengan konsentrasi adalah jumlah zat terlarut dalam satuan volume atau bobot pelarut maupun larutan. Konsentrasi larutan dapat dinyatakan dalam persen, molar, molal, fraksi mol, persen mol, dan ppm. Konsentrasi molar /molaritas (M) menyatakan banyaknya partikel zat terlarut dalam 1 liter larutan. Molaritas larutan dipengaruhi oleh suhu. Hal ini karena satuan konsentrasi berdasar volume, dan volume merupakan fungsi suhu. Dalam satuan SI, molaritas dinyatakan sebagai : Banyaknya mol zat terlarut M= (1) Volume larutan Beberapa jenis cairan dan larutan cair mampu menghantarkan arus listrik. Penambahan zat terlarut tertentu ke dalam air membentuk satu larutan yang merupakan penghantar listrik yang baik. Berdasarkan daya hantar listriknya (daya ionisasinya), larutan dibedakan dalam dua macam, yaitu: 1. Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan arus listrik a. Elektrolit kuat Larutan elektrolit kuat adalah larutan yang mempunyai daya hantar listrik yang kuat, karena zat terlarutnya di dalam pelarut (umumnya air), seluruhnya berubah menjadi ion-ion (α=1). Yang tergolong elektrolit kuat adalah: asamasam kuat, sepeerti: HCl, H 2 SO 4. basabasa kuat, seperti: NaOH, KOH. Garamgaram yang mudah larut, seperti NaCl, KCl, dan lain-lain. b Elektrolit lemah Larutan elektrolit lemah adalah larutan yang daya hantar listriknya lemah dengan harga derajat ionisasi sebesar <α<1. yang tergolong elektrolit lemah: asamasam lemah, seperti : CH 2 COOH, HCN. Basa-basa lemah seperti: NH 4 OH, Ni(OH) 2. garam-garam yang sukar larut, seperti: AgCl, CaCrO 4, dan lain-lain. 2. Larutan non elektrolit adalah larutan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik, karena zat terlarutnya di dalam pelarut tidak dapat menghasilkan ion-ion (tidak mengion). Tergolong ke dalam jenis ini misalnya: larutan urea, sukrosa, glukosa, alkohol, dan lain-lain. Elektroda Reaksi elektroda merupakan salah satu contoh reaksi elektrokimia yang sedang berkembang saat ini. Adapun elektroda yang secara umum dimanfaatkan adalah elektroda referensi sebagai elektroda setengah sel. Persyaratan umum dari elektroda referensi adalah mudah untuk disiapkan dan dipelihara, dan potensialnya stabil. Syarat utama dari elektroda adalah konsentrasi semua jenis ion yang terlibat pada reaksi elektroda harus mempunyai nilai yang tetap. Elektroda yang paling umum digunakan adalah reaksi elektrode yang disertai saturasi ion larutan garam (Lower, 27). Elektroda referensi menggunakan KCl dengan konsentrasi tertentu. KCl dihubungkan dengan larutan ukur yang terhalang oleh lubang yang sangat kecil atau tutup berpori. Jika K + dan Cl - terjadi difusi pada larutan ukur dan menghasilkan potential junction, difusi dapat dianggap tidak mempengaruhi konsentrasi ion pada KCl. KCl dipilih karena koefisien difusi K + dan Cl - sama sehingga potential junction pada KCl mendekati nol. Sehingga beda potensial untuk elektroda referensi identik adalah Δ V = Δ (2) i V m Karakteristik Kelistrikan Membran Setiap bahan akan memiki sifat kelistrikan. Bahan tersebut dapat termasuk dalam konduktor, isolator, semikonduktor atau superkonduktor. Bahan organik pada umumnya bersifat konduktor karena memiliki kadar air yang cukup tinggi. Dalam bahan konduktor terdapat beberapa sifat kelistrikan yang meliputi konduktansi, kapasitansi, impedansi dan lain-lain. Gambar 3. Elektroda Ag-AgCl Gambar 4. Elektroda referensi Ag-AgCl

16 4 Konduktansi Membran Konduktansi merupakan sebuah bentuk sifat listrik. Nilai konduktansi berbanding terbalik dengan nilai hambatan dan biasanya diberi lambang G. Ion yang melintasi membran merupakan kuantitas elektrik, dinamakan sebagai arus (I). Konduktansi dan gradient elektrokimia (Vm-Vx) dapat digunakan untuk memprediksi arus, tegangan membran (Vm), Tegangan Nerst (Vx). Secara matematis ditulis pada persamaan 3. I = G( V m Vx ) (3) G = 1 R (4) Dimana V m R = (5) I s I s arus yang diberikan (ampere), dan R hambatan acuan (ohm). Secara umum konduktansi membran merupakan fungsi suhu, yang mana merupakan fungsi eksponensial dan terkait dengan perubahan energi diri ionnya( Guljarani, 1998). ( du ) G = G exp (6) kt Kapasitansi Membran Gambaran yang sangat sederhana dari sifat kelistrikan membran adalah rangkaian kapasitor dan hambatan. Sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 5 Sifat kelistrikan lain dari membran adalah kapasitansi. Kapasitansi didefinisikan sebagai konstanta pembanding yang menghubungkan perbedaan tegangan dan muatan yang melintasi dua titik atau kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Secara matematis dinyatakan sebagai : Q = CdV (7) Q = muatan elektron dalam C (coulombs) C = nilai kapasitansi dalam F (farads) V = besar tegangan dalam V (volt) Kapasitor merupakan suatu elemen dasar rangkaian listrik yang mampu menyimpan muatan listrik (Dahlan, 21). Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini "tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 1 18 elektron. Kemudian Michael Faraday ( ) membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Besar muatan (Q) yang disimpan sebuah kapasitor sebanding dengan beda potensialnya (V). Oleh karena itu, kapasitansi tidak bergantung pada muatan maupun tegangan kapasitor. Sedangkan besar arus yang melewati suatu kapasitor ditentukan oleh perubahan potensial terhadap waktu (t). I = C (dv/dt) (8) Kapasitansi dari suatu kapasitor dipengaruhi oleh tiga faktor: 1. Luas permukaan plat 2. Jarak pisah antar plat 3. Tetapan dielektrik dari bahan antar plat Ketika luas area plat meningkat, maka kapasitansi akan meningkat. Ketika jarak antar plat besar, maka nilai kapasitansi berkurang. Ketika nilai konstanta dielektrik besar, maka kapasitansi akan meningkat.dengan mempertimbangkan tiga faktor tersebut, maka kapasitansi kapasitor antar dua plat sejajar dapat dihitung menggunakan rumusan: -12 C = (8.85 x 1 ) (k A/d) (9) Di mana C adalah kapasitansi dalam farad, k adalah tetapan dielektrik, luasan permukaan plat dalam m 2, dan d adalah jarak pisah antar plat dalam meter. Gambar 5. Model rangkaian membran (Benavente, 2)

17 5 Gambar 6. Skema kapasitor plat sejajar Tabel 1. Konstanta Dielektrik Bahan 1 Udara vakum k = 1 Aluminium oksida k = 8 Keramik k = 1-1 Gelas k = 8 Polyethylene k = 3 Tabel 2. Konstanta Dielektrik Bahan 2 Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan. Sifat dielektrik menggambarkan kemampuan suatu bahan untuk menyimpan, mentransmisikan dan memantulkan energi gelombang elektromagnetik. Pengukuran sifat dielektrik tidak lepas dari pengukuran kapasitansinya. Secara tidak langsung pengukuran kapasitansi mempunyai arti penting pada pengukuran dielektrik bahan. Pengukuran kapasitansi cukup banyak dan sudah terdapat di pasaran. Sehingga akan lebih mudah dan terpercaya apabila digunakan pengukuran kapasitansi daripada pengukuran dielektrik secara langsung. Walaupun demikian informasi sifat dielektrik tidak hilang bahkan dapat diinteprestasikan lewat kapasitansi ini. (Dahlan, 21) Nilai konstanta dielektrik membran berpengaruh pada proses transpor ion. Membran yang memiliki konstanta dielektrik lebih rendah daripada air, maka energi dirinya akan lebih tinggi daripada air. Dalam transportasi ion dalam membran diperlukan energi atau sesuatu yang membuat ion menjadi energinya meningkat atau menurunkan energi membran. Impedansi Membran Impedansi merupakan hambatan total pada rangkaian arus bolak-balik. atau tingkat resistansi terhadap aliran arus listrik bolakbalik (Alternating Current). Secara pendekatan, suatu hambatan (R) diambil untuk menghadirkan komponen dissipative (menghilangkan) respon dielektrik, sedangkan suatu kapasitansi (C) menggambarkan komponen penyimpan dielektrik bahan. Jika suatu sirkuit paralel R C yang ditunjukkan pada Gambar 5 dipertimbangkan, hal tersebut menciptakan suatu model yang cukup dari polarisasi dielektrik pada cakupan frekuensi yang didominasi oleh perpindahan muatan bebas. Keseluruhan impedansi dari sirkuit ini diberikan oleh penjumlahan kontribusi hambatan dan kapasitansi. Resistansi dari kapasitansi C adalah = 1, dimana j merupakan satuan R ( jωc) imajiner. Pada rangkaian ekuivalen, impedansi Zp dari resistansi (R p ) dan sebuah kapasitansi (reaktansi 1 ) yang ( ωc p ) terangkai paralel dapat diperoleh dari Hukum Kirchoff, 1 Z p 1 1 = + (1) R 1 p ( jωc ) Dari persamaan ( 1 ) didapatkan : R p Z = p 1 + ( jωr pc p ) (11) Jika ditambahkan R s secara seri pada elemen RC maka diperoleh : R p Z = Rs + (12) 1+ j 2 π f R C ( ) p p p

18 6 dimana ω digantikan dengan 2πf. Real (Z re ) dan bagian imajiner (Z im ) dari impedansi kompleks Z adalah: Z re dan Z im = R = s + R (Gitter, 27) R ω R p C p 2 p C ω R p C p p p ω (13) (14) Asam dan Basa Sebagian besar bahan kimia yang umum dijumpai adalah asam dan basa. Sifat asam pertama diketahui dengan kuantitatif pada akhir abad ke-19. Di tahun 1884, kimiawan Swedia Svante August Arrhenius ( ) mengusulkan teori disosiasi elektrolit yang menyatakan bahwa elektrolit semacam asam, basa dan garam terdisosiasi menjadi ion-ion komponennya dalam air. Ia lebih lanjut menyatakan bahwa beberapa elektrolit terdisosiasi sempurna (elektrolit kuat) tetapi beberapa hanya terdisosiasi sebagian (elektrolit lemah). Menurut teori asam basa Arrhenius, asam didefinisikan sebagai zat yang melarut dan mengion dalam air menghasilkan proton (H + ), sedangkan basa adalah zat yang melarut dan mengion dalam air menghasilkan ion hidroksida (OH - ). Jadi, dalam larutan asam, H + lebih besar dari OH -.Dengan demikian, keasaman asam khlorida dan kalium hidroksida dapat dijelaskan dengan persamaan berikut: HCl + aq H + (aq) + Cl - (aq) (15) KOH + aq K + (aq) + OH - (aq) (16) (aq) menandai larutan dalam air. Di tahun 1923, kimiawan Denmark Johannes Nicolaus BrΦnsted ( ) dan kimiawan Inggris Thomas Martin Lowry ( ) secara independen mengusulkan teori asam basa baru yang lebih umum. Menurut teori ini asam merupakan zat yang menghasilkan dan mendonorkan proton (H+) pada zat lain, sedangkan basa adalah zat yang dapat menerima proton (H+) dari zat lain. Disoasiasi elektrolit asam dan basa kuat adalah proses yang mirip. Dengan adanya stabilisasi ion yang terdisosiasi oleh hidrasi, asam dan basa kuat akan terdisosiasi sempurna. Menurut teori Lewis asam adalah zat yang dapat menerima pasangan elektron dan basa adalah zat yang dapat mendonorkan pasangan elektron. BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di laboratorium Biofisika Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor mulai bulan september 27 sampai bulan April 28. Alat dan Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah membran Selulosa asetat, empat buah elektroda perak (Ag) yang telah dicoating, resistor, larutan asam HCl, serbuk KOH, serbuk KCl, PCB, kabel, FeCl 3 dan Aquades Peralatan yang digunakan adalah nampan plastik, pemotong PCB, gunting, signal generator, osiloskop, chamber, multimeter digital, neraca analitik, gelas piala, gelas ukur, pipet,pinset, PH meter dan LCR meter. Metode Penelitian Penelitian ini menggunakan dua metode. Pertama, metode pengukuran arus-tegangan (I-V) untuk menentukan nilai konduktansi membran. metode kedua yaitu pengukuran kapasitansi dan impedansi dengan LCR meter yang dirangkaikan dengan plat kapasitor. Pelaksanaan Penelitian Pelaksanaan penelitian ini meliputi persiapan penelitian, persiapan eksperimen, eksperimen, analisa data dan kemudian dilanjutkan dengan pembahasan hasil dalam bentuk skripsi. Persiapan Penelitian Sebelum pelaksanaan penelitian, pencarian literatur seperti jurnal, buku, artikel, skripsi dan sebagainya dilakukan untuk mempersiapkan dasar-dasar teori, perumusan fisika dan matematika yang berhubungan dengan penelitian sebagai acuan. Persiapan Eksperimen Persiapan eksperimen yang dilakukan antara lain adalah persiapan alat, penyediaan bahan dan perancangan sistem. 1. Persiapan Peralatan a. Plat Kapasitor Plat kapasitor yang digunakan dalam penelitian ini terbuat dari PCB berukuran luar (2,5 x 2,5) cm dan

19 7 bagian tengah berbentuk lingkaran dengan diameter 1,8 cm. b. Elektroda Elektroda arus dan tegangan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kawat perak (Ag) yang telah dicoating (AgCl) dengan KCl,1 M. c. Chamber Chamber dibuat dengan rancangan alat yang memungkinkan pengukuran arustegangan (I-V) yang terdiri dari dua pasang elektroda. Satu pasang elektroda diletakkan diantara membran untuk mengetahui tegangan membran. Satu pasang yang lain untuk mengalirkan arus secara homogen dalam larutan. Membran diletakkan pada bagian tengah chamber. 2. Persiapan Bahan a. Membran sebanyak 5 lembar dengan diameter 4,3 cm dipotong menjadi empat bagian dengan ukuran yang sama besar. b. Membuat larutan KCl 2 mm, larutan HCl dengan konsentrasi,1m;,1m dan,5m; Larutan KOH dengan konsentrasi,1m;,1m dan,5m. 3. Perancangan Sistem a. Pengukuran I-V Peralatan utama sistem ini adalah sinyal generator, multimeter digital, osiloskop dan chamber. Chamber terdiri dari tempat membran terletak di tengah dan dua pasang elektroda (AgCl). Satu pasang elektroda dihubungkan dengan sumber tegangan AC frekuensi 1KHz, hambatan 1K Ω dan multimeter digital untuk membaca tegangan acuan (Vs). Sedangkan satu pasang elektroda diletakkan di tengah chamber dihubungkan dengan multimeter digital untuk mengukur tegangan yang melintasi membran (Vm). Gambar 8 menunjukkan sistem dari peralatan pengukuran I-V. b. Pengukuran Kapasitansi dan Impedansi Sistem ini menggunakan peralatan utama LCR meter Hi Tester Hioki dan plat kapasitor. Rangkaian sistem pengukuran kapasitansi ditunjukkan pada Gambar 9 Eksperimen 1. Pengamatan Membran Bersih Gambar 7. Skema rangkaian sistem pengukuran I-V Gambar 8. Skema rangkaian sistem pengukuran konduktansi, kapasitansi dan impedansi. Membran yang diamati adalah membran yang tidak direndam dalam larutan asam (HCl) dan basa (KOH). 2. Pengamatan Membran yang telah Mengalami Perendaman. a. Membran yang diamati adalah membran yang direndam dalam larutan asam (HCl) dengan konsentrasi.1m,.1m dan.5m masing-masing selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam. b. Membran yang diamati adalah membran yang direndam dalam larutan basa (KOH) dengan konsentrasi.1m,.1m dan.5m masing-masing selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam. Pengamatan Pengamatan yang dilakukan pada eksperimen antara lain: 1. Pengukuran ph Larutan HCl dan KOH dengan konsentrasi.1m,.1m dan.5m

20 8 diukur phnya dengan menggunakan phmeter yang terlebih dahulu dikalibrasi dengan larutan buffer ph 4. Setiap setelah pengukuran ph masing-masing larutan phmeter dibilas dengan Aquades lalu dikeringkan. 2. Pengukuran Tegangan-arus Pengukuran tegangan-arus sampel dilakukan dengan arus yang diukur adalah arus sumber tegangan, I s, dihitung dari perbandingan tegangan resistor acuan, V s, terhadap hambatan acuan, R s, melalui persamaan 5 sedangkan tegangan yang diukur merupakan tegangan yang melintasi membran V m. Pengukuran ini berlangsung pada larutan eksternal KCl dengan konsentrasi 2mM. Frekuensi yang digunakan 1KHz dan amplitudo bervariasi. 3. Pengukuran Kapasitansi dan Impedansi Kapasitansi dan Impedansi diukur dengan menggunakan sistem pengukuran kapasitansi dan impedansi yang menggunakan LCRmeter. Frekunsi yang digunakan dalam pengukuran bervariasi dari 75Hz sampai 3kHz. 4. Penentuan Konduktansi Konduktansi diperoleh dari persamaan garis ( persamaan 3) yang dihasilkan dari kurva I-V dari data pada pengukuran tegangan-arus. Analisa Data Analisa data yang dilakukan adalah menggambarkan hubungan konsentrasi larutan asam dan basa, waktu perendaman terhadap karakteristik I-V, konduktansi, kapasitansi dan impedansi membran. HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Arus-Tegangan dalam Larutan KCl Perendaman Larutan Asam Klorida Pengaruh Konsentrasi Gambar 9 memperlihatkan kurva I-V membran selulosa asetat (MSA) pada perendaman berbagai konsentrasi asam klorida selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam. Kemiringan kurva I-V menunjukkan nilai konduktansi. Perbedaan konsentrasi menunjukkan nilai ph larutan yang berbeda. Pada konsentrasi yang paling tinggi nilai ph paling kecil. Nilai ph ini menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi maka larutan semakin bersifat asam. Sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 3. Konduktansi merupakan salah satu sifat listrik yang menunjukkan tingkat aliran ion yang melintasi membran. Proses perendaman larutan asam klorida yang dilakukan pada membran mempengaruhi karakteristik listriknya. Peningkatan konsentrasi larutan asam klorida mengakibatkan konduktansi membran meningkat. Hal ini terlihat jelas pada gambar 9c. Asam kuat HCl akan terdisosiasi secara sempurna (Hutabarat, 27). Adapun hasil reaksinya adalah: HCl H + + Cl - (17) Konsentrasi menunjukkan banyaknya zat yang terlarut sehingga konsentrasi larutan asam klorida yang semakin besar mengandung ion H + semakin besar pula. Membran selulosa asetat merupakan membran yang tidak bermuatan tetap sehingga tidak mengikat ionion melintas sebagai ion tetap dan bersifat selektif terhadap larutan asam (Sulastri, 26). Ion H + sebagai ion pembawa proton pada larutan asam terseleksi dan menempel pada pori-pori membran. Penumpukan ion H + pada lapisan membran terjadi ketika konsentrasi larutan asam semakin meningkat. Peningkatan ion H + tersebut mempermudah aliran arus yang melewati membran. Menurut teori asam basa Lewis, asam merupakan zat yang dapat menerima elektron. Sedangkan menurut teori asam basa Arrhenius, asam adalah zat yang melarut dan mengion dalam air menghasilkan proton (H + ) (Hutabarat, 27). Kelebihan proton yang terjadi pada permukaan membran mengakibatkan aliran arus meningkat. Penangkapan elektron oleh ion H + mengakibatkan arus yang lewat dan tegangan membran meningkat. Hal ini yang menyebabkan konduktansi membran semakin meningkat. Pengaruh Lama Perendaman Pada Gambar 1 terlihat kemiringan kurva I-V membran selulosa asetat dipengaruhi oleh waktu perendaman. Kemiringan kurva I-V asam klorida,1m;,1m dan,5m menunjukkan konduktansi membran. Perendaman 1-3 jam konduktansi membran cenderung meningkat, sedangkan perendaman 9 jam terjadi penurunan konduktansi.

21 9 Arus Is (mikroa) Arus Is (mikroa) Arus Is (mikroa) HCl1-1 HCl1-1 HCl5-1 MCA Tegangan Membran Vm (mvolt) HCl1-3 HCl1-3 HCl5-3 MCA Tegangan Membran Vm (mvolt) HCl1-9 HCl1-9 HCl5-9 MCA Tegangan Membran Vm (mvolt) (c) Gambar 9. Grafik I-V MSA pada berbagai konsentrasi perendaman HCl selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam (c) Tabel 3. ph larutan HCl Konsentrasi larutan ph asam HCl HCl,1M 2,71 HCl,1M 1,97 HCl,5M 1,29 Lama waktu perendaman menyebabkan ion H + yang bermuatan menumpuk pada permukaan membran yang mempermudah aliran arus. Peningkatan aliran arus yang melintasi membran menunjukkan konduktansi membran meningkat. Namun, kejenuhan terjadi akibat kelebihan ion H + pada lapisan membran. Kejenuhan ini menyebabkan aliran arus yang melintasi membran terhambat. Hal ini terlihat pada Gambar 1 dan Tabel 4. Konduktansi membran selulosa asetat pada perendaman larutan asam klorida Konduktansi (ms) Jam HCl,1 M HCl,1 M HCl,5 M 1,712 4,1437 4, ,758 4,554, ,6615 2,159 4,558 Tabel 5. ph larutan KOH Konsentrasi larutan ph basa KOH KOH,1M 9,68 KOH,1M 11,3 KOH,5M 11,98 Arus Is (mikroa) Arus Is (mikroa) Arus Is (mikroa) Tegangan Membran Vm (mv) 1 2 Tegangan Membran Vm (mv) HCl1-1 HCl1-3 HCl1-9 MCA- 6 HCl1-1 HCl1-3 HCl1-9 MCA Tegangan Membran Vm (mv) (c) HCl5-1 HCl5-3 HCl5-9 MCA- Gambar 1. Grafik I-V MSA pada berbagai waktu perendaman HCl.1M,.1M dan.5m (c) Namun, pada larutan asam konsentrasi,5m terjadi penurunan konduktansi pada lama perendaman 3 jam dan peningkatan konduktansi saat perendaman selama 9 jam (Gambar 1c). 3

22 1 Tabel 6. Konduktansi membran selulosa asetat pada perendaman larutan kalium hidroksida Konduktansi (ms) Jam KOH,1 M KOH,1 M KOH,5 M 1,38,55,42 3,42,5,44 9,42,4,41 Perendaman Larutan Kalium Hidroksida Pengaruh Konsentrasi Perendaman MSA pada variasi konsentrasi larutan basa tidak memberi pengaruh yang signifikan pada karakteristik I-Vnya(Gambar 11). Kurva I-V berupa garis linier sebagaimana karakteristik MSA tanpa perendaman. Perubahan kemiringan garis tidak begitu besar. Pada konsentrasi larutan basa yang paling tinggi mempunyai ph yang semakin besar. Semakin besar ph menunjukkan bahwa larutan semakin basa. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 4. Arus Acuan Is (ma) Arus Acuan Is (ma) Arus Acuan Is (ma),45,4,35,3,25,2,15,1,5,7,6,5,4,3,2,1,16,14,12,1,8,6,4,2 KOH1-1 KOH1-1 KOH Tegangan Membran Vm (mvolt) KOH1-3 KOH1-3 KOH Tegangan Membran Vm (mvolt) KOH1-9 KOH1-9 KOH Tegangan Membran Vm (mvolt) (c) Gambar 11. Grafik I-V MSA pada berbagai konsentrasi perendaman KOH selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam (c) Basa kuat KOH akan terdisosiasi secara sempurna (Hutabarat, 27). Adapun hasil reaksinya adalah: KOH K + + OH - (18) Perendaman membran pada larutan basa selama 9 jam menunjukkan penurunan konduktansi. Larutan basa konsentrasi tinggi mengandung ion OH - yang lebih banyak dibandingkan dengan konsentrasi rendah. Peningkatan konsentrasi ion OH - mengakibatkan konduktansi semakin menurun. Ion OH - cenderung melepaskan elektron. Sebagaimana yang telah dikemukakan oleh teori asam basa Lewis bahwa yang dinamakan basa adalah zat yang dapat mendonorkan pasangan elektron. Elektron yang terlepas mempengaruhi aliran ion yang melewati membran. Elektron yang dilepasakan ini mengakibatkan konduktansi membran menurun karena arus yang melewati membran dan tegangan membran menurun. Pengaruh Lama Perendaman Arus Acuan Is (ma) Arus Acuan Is (ma) Arus Acuan Is (ma),3,25,2,15,1,5,7,6,5,4,3,2,1,8,7,6,5,4,3,2,1 KOH1-1 KOH1-3 KOH Tegangan Membran Vm (mvolt) KOH1-1 KOH1-3 KOH Tegangan Membran Vm (mvolt) KOH5-1 KOH5-3 KOH Tegangan Membran Vm (mvolt) 15 (c) Gambar 12. Grafik I-V MSA pada berbagai waktu perendaman KOH.1M,.1M dan.5m (c)

23 11 Sebagaimana pada variasi konsentrasi, variasi waktu perendaman larutan basa juga tidak memberi pengaruh yang signifikan pada karakteristik I-V MSA sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 12. Kurva I-V berupa garis linier. Pada konsentrasi larutan basa,1m konduktansi membran mengalami peningkatan dengan adanya peningkatan lama waktu perendaman. Akan tetapi, pada konsentrasi larutan basa di atas,1m konduktansi mulai mengalami penurunan ketika membran semakin lama direndam. Larutan basa konsentrasi tinggi mengandung ion OH - yang lebih banyak dibandingkan dengan konsentrasi rendah. Lama waktu perendaman mempengaruhi jumlah ion OH - pada membran. Semakin lama waktu perendaman jumlah ion OH - semakin banyak. Konduktansi (mikros) Konduktansi(mikros) Konduktansi (ns) frekuensi (khz) HCl1-1 HCl1-1 HCl frekuensi (khz) HCl1-3 HCl1-3 HCl frekuensi (khz) HCl1-9 HCl1-9 HCl5-9 (c) Gambar 13. Konduktansi MSA pada berbagai konsentrasi perendaman HCl selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam (c) Peningkatan jumlah ion OH - mengakibatkan konduktansi semakin menurun. Ion OH - melepaskan elektron. Elektron yang terlepas mempengaruhi aliran ion yang melewati membran. Konduktansi Membran Perendaman Larutan Asam Klorida Pengaruh Konsentrasi Pada Gambar 13 diperlihatkan pengaruh konsentrasi perendaman asam klorida terhadap konduktansi membran selulosa asetat dengan metode pengukuran menggunakan LCRmeter. Peningkatan konduktansi terjadi pada konsentrasi asam klorida,1m, sedangkan pada konsentrasi,5m terjadi penurunan konduktansi. Konsentrasi menunjukkan banyaknya zat yang terlarut sehingga konsentrasi larutan asam klorida yang semakin besar mengandung ion H + semakin besar pula. Membran selulosa asetat merupakan membran yang tidak bermuatan tetap sehingga tidak mengikat ionion melintas sebagai ion tetap dan bersifat selektif terhadap larutan asam (Sulastri, 26). Ion H + sebagai ion pembawa proton pada larutan asam terseleksi dan menempel pada pori-pori membran. Hal ini yang menyebabkan adanya peningkatan konduktansi membran. Namun, ketika konsentrasi paling tinggi terjadi penurunan konduktansi. Ion H + yang terlalu banyak menumpuk pada permukaan membran menghalangi aliran ion sehingga konduktansi membran menurun. Pengaruh Lama Perendaman Pengaruh lama perendaman larutan asam klorida terhadap konduktansi membran ditunjukkan pada Gambar 14. Pada konsentrasi asam klorida,1m dan,1m memperlihatkan terjadinya peningkatan konduktansi seiring dengan peningkatan lama perendaman. Ion H + menangkap elektron. Penangkapan elektron oleh ion H + mengakibatkan arus yang lewat dan tegangan membran meningkat. Lama waktu perendaman menyebabkan ion H + yang bermuatan menumpuk pada permukaan membran yang mempermudah aliran arus. Peningkatan aliran arus yang melintasi membran mengakibatkan konduktansi membran meningkat. Namun, pada konsentrasi asam klorida,5m terjadi penurunan konduktansi. Ion H + mulai bereaksi dengan membran. Reaksi yang terjadi menyebabkan konduktansi membran menurun.

24 12 Konduktansi(mikros) Konduktansi(mikros) Konduktansi(ns) HCl1-1 HCl1-3 HCl frekuensi(khz) HCl1-1 HCl1-3 HCl frekuensi(khz) HCl5-1 HCl5-3 HCl frekuensi(khz) (c) Gambar 14. Konduktansi MSA pada berbagai waktu perendaman HCl.1M,.1M dan.5m (c) Perendaman Larutan Kalium Hidroksida Pengaruh Konsentrasi Pada Gambar 15 diperlihatkan bahwa konduktansi membran meningkat ketika konsentrasi larutan kalium hidroksida semakin meningkat. Konsentrasi larutan kalium hidroksida yang semakin tinggi menunjukkan banyaknya ion OH -. Peningkatan jumlah ion OH - pada larutan mempengaruhi membran ketika proses perendaman terjadi. Membran selulosa semakin bermuatan dengan adanya penumpukan ion OH - pada permukaan membran. Membran selulosa asetat yang semakin bermuatan akan mempermudah aliran arus yang melewati membran. Tingkat aliran tersebut yang menyebabkan terjadinya peningkatan konduktansi membran. Konduktansi(mikros) Konduktansi(mikros) KOH KOH1-1 6 KOH frekuensi(khz) Konduktansi(mikros) KOH1-3 KOH1-3 KOH frekuensi(khz) frekuensi(khz) KOH1-9 KOH1-9 KOH5-9 (c) Gambar 15. Konduktansi MSA pada berbagai konsentrasi perendaman KOH selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam (c) Pengaruh Lama Perendaman Sebagaimana pengaruh konsentrasi, lama perendaman larutan kalium hidroksida meningkatkan konduktansi membran. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 16. Semakin lama waktu perendaman membran selulosa asetat pada larutan kalium hidroksida menyebabkan semakin banyaknya ion OH - yang menempel pada permukaan membran. Ion-ion OH - tersebut melepaskan elektron. Meningkatnya jumlah elektron pada permukaan membran dapat meningkatkan konduktansi dari membran selulosa asetat.karakteristik Kapasitif Perendaman Larutan Asam Klorida Pengaruh Konsentrasi Gambar 17 menunjukkan pengaruh konsentrasi larutan asam terhadap kapasitansi membran selulosa asetat. Pada konsentrasi larutan asam,1m -,1M kapasitansi meningkat dan kapasitansi menurun pada konsentrasi,5m. 4

25 13 Konduktansi(mikros) Konduktansi(mikros) Konduktansi(millis) frekuensi(khz) KOH1-1 KOH1-3 KOH1-9 KOH1-1 KOH1-3 KOH frekuensi(khz) KOH5-1 KOH5-3 KOH frekuensi(khz) (c) Gambar 16. Konduktansi MSA pada berbagai waktu perendaman KOH.1M,.1M dan.5m (c) Kapasitansi membran merupakan perbandingan antara muatan dan beda potensial yang melintasi membran. Ketika perendaman membran pada konsentrasi larutan asam,1m -,1M terjadi peningkatan muatan dari ion H + yang menempel pada lapisan membran. Hal ini menyebabkan muatan dan beda potensial yang melintasi membran meningkat. Akan tetapi, penumpukan ion H + yang terlalu banyak akan menyebabkan transport muatan pada membran terhambat. Variasi frekuensi mempengaruhi nilai kapasitansi. Semakin tinggi frekuensi nilai kapasitansi menurun. Pada frekuensi di bawah 1 khz kapasitansi menurun secara tajam. Sedangkan pada frekuensi di atas 1 khz penurunan kapasitansi lebih landai. Peningkatan frekuensi mengakibatkan gelombang yang ditransmisikan tiap detiknya semakin banyak. Sebelum kapasitor terisi penuh arah arus listrik sudah berbalik sehingga terjadi pengosongan muatan pada plat kapasitor dengan cepat. Hal ini menyebabkan muatan dalam kapasitor semakin berkurang dan kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan semakin kecil (Sulastri, 26). Pengaruh Lama Perendaman Peningkatan kapasitansi akibat lama waktu perendaman terlihat pada Gambar 18 a dan b. Akan tetapi pada konsentrasi tinggi, lama waktu perendaman menyebabkan penurunan kapasitansi membran, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 18 c. Peningkatan konsentrasi larutan asam meningkatkan jumlah ion H + yang menempel pada lapisan membran. Ion H + mengandung muatan berupa proton. Peningkatan jumlah proton pada lapisan membran menyebabkan kapasitansi meningkat. Peningkatan kapasitansi ini tidak berlaku umum. Pada saat membran direndam pada konsentrasi dan waktu perendaman yang tinggi tejadi kejenuhan akibat penumpukan muatan dalam jumlah besar pada lapisan membran. Muatan yang menghalangi poripori membran menyebabkan mekanisme transport pada membran berbeda. Aliran muatan yang melintasi membran menjadi terhambat. Perendaman Larutan Kalium Hidroksida Pengaruh Konsentrasi Pada Gambar 19 menunjukkan bahwa ketika membran direndam pada larutan kalium hidroksida konsentrasi paling besar,5m terjadi peningkatan terhadap nilai kapasitansinya. Larutan kalium hidroksida mengandung ion K + dan ion OH -. Ion K + dapat melewati membran sedangkan ion OH - terseleksi oleh membran. Pada konsentrasi tinggi, larutan kalium hidroksida mengandung ion OH - lebih banyak. Ion OH - melepaskan elektron yang bermuatan negatif. Peningkatan ion OH - pada lapisan permukaan membran menyebabkan peningkatan muatan. Hal ini yang megakibatkan kapasitansi meningkat. Pengaruh Lama Perendaman Kapasitansi membran selulosa asetat meningkat terhadap meningkatnya lama waktu perendaman. Hal ini terlihat pada Gambar 2. Elektron yang dilepaskan oleh ion OH - bertambah pada lapisan membran menyebabkan konstanta dielektrik membran

26 14 meningkat. Peningkatan ini yang mengakibatkan meningkatnya kapasitans membran. Variasi frekuensi mempengaruhi nilai kapasitansi. Semakin tinggi frekuensi nilai kapasitansi menurun. Pada frekuensi di bawah 1 khz kapasitansi menurun secara tajam. Sedangkan pada frekuensi di atas 1 khz penurunan kapasitansi lebih landai. Peningkatan frekuensi mengakibatkan gelombang yang ditransmisikan tiap detiknya semakin banyak. Sebelum kapasitor terisi penuh arah arus listrik sudah berbalik sehingga terjadi pengosongan muatan pada plat kapasitor dengan cepat. Hal ini menyebabkan muatan dalam kapasitor semakin berkurang dan kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan semakin kecil. Kapasitansi C (nf) Kapasitansi C (nf) Kapasitansi C (nf) Frekuensi (khz) HCl1-1 HCl1-1 HCl5-1 MCA Frekuensi (khz) HCl1-3 HCl1-3 HCl5-3 MCA- HCl1-9 HCl1-9 HCl5-9 MCA Frekuensi (khz) (c) Gambar 17. Kapasitansi MSA pada berbagai konsentrasi perendaman HCl selama 1 jam, 3 jam dan 9 jam (c) Karakteristik Impedansi Perendaman Larutan Asam Klorida Pengaruh Konsentrasi Impedansi merupakan suatu rintangan dalam medan listrik yang diberikan pada plat kapasitor. Peningkatan impedansi terjadi pada konsentrasi larutan asam,5m. Namun, ketika konsentrasi larutan asam di bawah,5m impedansi cenderung menurun. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 21. Kandungan ion H + pada konsentrasi tinggi lebih besar. Ion H + yang terlalu banyak tersebut terus menerus menumpuk pada lapisan membran. Penumpukan yang berlebihan ini mengakibatkan terjadinya penyumbatan pori sehingga muatan tidak dapat melintas dan membran akan cenderung sebagai penghambat aliran arus. Ketika konsentrasi di bawah,5m terjadi penurunan impedansi yang berarti hambatannya kecil. Ion H + yang menumpuk pada lapisan membran cenderung mempermudah aliran arus. Kapasitansi C (nf) Kapasitansi C (nf) Kapasitansi C (nf) ,46,44,42,4,38,36 HCl1-1 HCl1-3 HCl1-9 MCA Frekuensi (khz) HCl1-1 HCl1-3 HCl1-9 MCA Frekuensi (khz), Frekuensi (khz) HCl5-1 HCl5-3 HCl5-9 MCA- (c) Gambar 18. Kapasitansi MSA pada berbagai waktu perendaman HCl.1M,.1M dan.5m (c)