KAJIAN MEKANISME TRANSPORT ION PADA MEMBRAN TELUR AYAM RAS MELALUI PENGUKURAN LISTRIK WENNY MAULINA

Transkripsi

1 KAJIAN MEKANISME TRANSPORT ION PADA MEMBRAN TELUR AYAM RAS MELALUI PENGUKURAN LISTRIK WENNY MAULINA DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 200

2 i ABSTRAK Wenny Maulina. Kajian Mekanisme Transport Ion pada Membran Telur Ayam Ras melalui Pengukuran Listrik. Dibimbing oleh Jajang Juansah, M.Si dan Dr. Kiagus Dahlan. Telah dilakukan penelitian untuk mengetahui mekanisme transport ion yang melewati membran telur ayam berdasarkan pengukuran sifat kelistrikan membran dengan meninjau pengaruh dari konsentrasi, valensi ion, suhu dan frekuensi. Sifat kelistrikan dapat dilihat dengan melakukan pengukuran tegangan, konduktansi, dan karakteristik -V. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan dua metode yaitu tanpa pemberian sumber arus eksternal dan dengan pemberian sumber arus eksternal. Pengukuran tanpa pemberian sumber arus eksternal digunakan untuk menentukan nilai tegangan membran pasif. Sedangkan, pengukuran dengan pemberian sumber arus eksternal digunakan untuk menentukan nilai konduktansi listrik dan karakteristik I-V membran. Penentuan tegangan, konduktansi dan karakteristik I-V membran dilakukan dengan cara meletakkan membran di dalam chamber yang diisi larutan elektrolit NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3. Variasi konsentrasi, valensi ion, suhu dan frekuensi mempengaruhi nilai tegangan, konduktansi dan karakteristik I-V membran. Semakin besar konsentrasi dan suhu larutan eksternal maka tegangan, konduktansi dan kemiringan I-V membran meningkat. Ditinjau dari valensi ionnya maka tegangan dan konduktansi listrik membran terbesar ditunjukkan oleh larutan AlCl 3. Konduktansi listrik membran akan meningkat dengan meningkatnya frekuensi larutan eksternal. Karakteristik I-V membran telur mendekati sifat ohmik. Pengaruh variasi suhu pada larutan NaCl konsentrasi 0, mm dan 0 mm serta larutan MgCl 2 dan AlCl 3 konsentrasi 0, mm tidak memberikan kontribusi yang signifikan terhadap aliran arus. Pengaruh variasi suhu terhadap kemiringan kurva I-V terlihat pada konsentrasi NaCl 00 mm, sedangkan MgCl 2 dan AlCl 3 pada konsentrasi 0 mm dan 00 mm. Kata kunci : Membran telur ayam, larutan elektrolit, tegangan, konduktansi, karakteristik I-V.

3 KAJIAN MEKANISME TRANSPORT ION PADA MEMBRAN TELUR AYAM RAS MELALUI PENGUKURAN LISTRIK WENNY MAULINA Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 200

4 ii Judul Nama Mahasiswa NRP : Kajian Mekanisme Transport Ion pada Membran Telur Ayam Ras melalui Pengukuran Listrik : Wenny Maulina : G Menyetujui Pembimbing I, Pembimbing II, (Jajang Juansah, M.Si) (Dr. Kiagus Dahlan) NIP NIP Mengetahui: Ketua Departemen Fisika, (Dr. Ir. Irzaman, M.Si) NIP Tanggal Lulus:

5 iii RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 4 November 987 dari Bapak Sriyanto dan Ibu Primertiningsih, SE. Penulis merupakan putri kedua dari tiga bersaudara. Penulis mengikuti pendidikan di TK Budaya I, Srengseng Sawah Jakarta Selatan tahun 993. Pendidikan Dasar di SDN 06 Pagi, Srengseng Sawah Jakarta Selatan dan lulus pada tahun 999. Pendidikan Tingkat Menengah dapat diselesaikan penulis pada tahun 2002 di SLTP 2, Srengseng Sawah Jakarta Selatan. Pendidikan Tingkat Atas dapat diselesaikan penulis pada tahun 2005 di SMAN 38, Lenteng Agung Jakarta Selatan 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 untuk mahasiswa TPB pada tahun ajaran 2007/2008, 2008/2009 dan 2009/200. Asisten praktikum mata kuliah Fisika Dasar untuk mahasiswa BUD pada tahun ajaran 2008/2009. Asisten praktikum mata kuliah Fisika Dasar untuk mahasiswa Ekstensi Gizi pada tahun ajaran 2008/2009 dan 2009/200. Selain itu, penulis juga pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Biofisika Umum tahun ajaran 2009/200.

6 iv KATA PENGANTAR Alhamdulillahirrabbil alamin Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala izin, rahmat, kekuatan dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Kajian Mekanisme Transport Ion pada Membran Telur Ayam Ras melalui Pengukuran Listrik sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) pada Departemen Fisika. Penulis memahami bahwa skripsi ini jauh dari sempurna, namun penulis harap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:. Bapak Jajang Juansah, M.Si dan Bapak Dr. Kiagus Dahlan, selaku Dosen pembimbing yang telah membimbing, mengarahkan dan senantiasa memberikan motivasi sehingga tersusunnya skripsi ini. 2. Bapak Dr. Agus Kartono dan Bapak Dr. Irmansyah selaku Dosen penguji atas saran dan kritiknya demi sempurnanya skripsi ini. 3. My family (bapak, ibu, mba lia dan sendy), terima kasih atas segala limpahan kasih sayang dan do a yang senantiasa diberikan. 4. Staf dan laboran Departemen Fisika IPB (Pak Firman, Pak yani, pak toni dan Pak Parman) atas semua bantuan dan kerjasamanya. 5. Teman-teman fisika 42 (gita, ais, nani, nita, neneng, mena, amel, eka, dewi, lili, jessi, linda, fais, obie, astri, azam, azki, rizal, deni, hartip, ario, fahmi, pipit, gres, agung, roni, andre, mitha, hasan, aji, andri, cucu, dian, niken, ahmad, mahe, radot, dahrul), terima kasih untuk segala bantuan, semangat dan kebersamaan yang indah selama ini. 6. Guritno gustian untuk cinta, do a dan semangatnya. 7. Mba tia, mba fifi, mba ulil, ka heri, ka mamat, tyas, rosyid, lea, dida, ridwan dan nadi untuk segala bantuannya. 8. Teman-teman nabila anggrek (mba farida, ka tila, eni, dila, lola, ana, nia) untuk kebersamaannya. 9. Teman-teman asrama (handi, argi, septi) untuk kebersamaannya. 0. Perpustakaan LSI dan Perpustakaan FMIPA.. Serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Penulis menyadari akan keterbatasan yang dimiliki. Oleh karena itu, segala kritik dan saran sangat dibutuhkan untuk mencapai hasil yang lebih baik. Bogor, Juni 200 Penulis

7 v DAFTAR ISI ABSTRAK... i LEMBAR PENGESAHAN... ii RIWAYAT HIDUP... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR LAMPIRAN... viii PENDAHULUAN Latar Belakang... Tujuan Penelitian... Manfaat Penelitian... Hipotesis... TINJAUAN PUSTAKA. Membran telur.... Karakteristik Membran....2 Struktur dan Kompisisi Telur Larutan Elektrolit Pemodelan Membran Karakteristik Kelistrikan Membran Konduktansi Membran Arus dan Tegangan Membran... 6 BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian... 6 Alat dan Bahan... 7 Metode Penelitian Persiapan Eksperimen Eksperimen Analisa Data... 8 HASIL DAN PEMBAHASAN. Hasil Perlakuan Pasif untuk Tegangan Membran Tinjauan Perlakuan Variasi Konsentrasi Tinjauan Perlakuan Variasi Suhu Tinjauan Valensi Ion Konduktansi Listrik Membran Tinjauan Perlakuan Variasi Konsentrasi Tinjauan Perlakuan Variasi Suhu Tinjauan Valensi Ion Tinjauan Pengaruh Frekuensi Arus Eksternal Karakteristik Arus-Tegangan Membran Tinjauan Perlakuan Variasi Konsentrasi Tinjauan Perlakuan Variasi Suhu Tinjauan Model Membran dari Rangkaian RC... 3 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan... 4 Saran... 4 DAFTAR PUSTAKA... 5 LAMPIRAN... 7

8 vi DAFTAR TABEL. Komposisi Tiga Komponen Pokok Telur Perbandingan Sifat-Sifat Larutan Elektrolit dan Larutan Non Elektrolit... 3

9 vii DAFTAR GAMBAR. Membran lipid berdasarkan Model Mosaik Fluida Struktur Telur Bahan Dielektrik dengan Sumber Tegangan AC serta Rangkaian Ekivalennya Model Elektronika Membran Konduktansi dan Kapasitansi Membran dalam Larutan Eksternal Rangkaian dalam Sistem Membran dan Elektrolit, skinlayer dan sublayer Tersusun kombinasi C dan G Chamber Membran Tanpa Pemberian Sumber Arus Eksternal, (a). Pengukuran Tegangan Membran, (b). Skema Pengukuran Tegangan Pengukuran Konduktansi Membran Dengan Pemberian Sumber Arus Eksternal, (a). Pengukuran I-V Membran, (b). Skema Pengukuran I-V Hubungan Tegangan Membran pada Berbagai Konsentrasi Larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3 pada Suhu Ruang Hubungan Tegangan Membran terhadap Variasi Suhu pada Konsentrasi 00 mm Larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl Hubungan Tegangan Membran terhadap Valensi Ion Na +, Mg 2+ dan Al Hubungan Konduktansi Membran pada Berbagai Konsentrasi Larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3 pada Suhu Ruang Hubungan lng terhadap /T pada Larutan NaCl untuk 6 Macam Konsentrasi dalam Range suhu (30-90) 0 C Hubungan lng terhadap /T untuk Konsentrasi mm Larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl Hubungan Konduktansi Membran terhadap Valensi Ion Na +, Mg 2+ dan Al Hubungan Konduktansi Membran terhadap Variasi Frekuensi pada Konsentrasi 00 mm Larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Konsentrasi Larutan (a) NaCl, (b) MgCl 2 dan (c) AlCl 3 pada Suhu Ruang Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Variasi Suhu pada Larutan NaCl (a) 0, mm, (b) 0 mm dan (c) 00 mm Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Variasi Suhu pada Larutan MgCl 2 (a) 0, mm, (b) 0 mm dan (c) 00 mm Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Variasi Suhu pada Larutan AlCl 3 (a) 0, mm, (b) 0 mm dan (c) 00 mm Karakteristik I-V Rangkaian RC yang Tersusun Paralel... 4

10 viii DAFTAR LAMPIRAN. Diagram Alir Penelitian Tegangan pada Perlakuan Variasi Konsentrasi Tegangan terhadap Valensi Ion Tegangan pada Perlakuan Variasi Suhu Konduktansi pada Perlakuan Variasi Konsentrasi Konduktansi terhadap Valensi Ion Konduktansi pada Perlakuan Variasi Frekuensi Konduktansi pada Perlakuan Variasi Suhu lng terhadap /T Persamaan Garis dari Grafik lng dan /T Alat-Alat Penelitian Tinjauan Perlakuan Variasi Suhu pada Tegangan Membran Tinjauan Perlakuan Valensi Ion pada Tegangan Membran Tinjauan Perlakuan Variasi Suhu pada Konduktansi Membran Tinjauan Perlakuan Valensi Ion pada Konduktansi Membran Tinjauan Pengaruh Frekuensi Arus Eksternal pada Konduktansi Listrik Membran Tinjauan Pengaruh Variasi Suhu pada Karakteristik I-V Membran pada Larutan NaCl Tinjauan Pengaruh Variasi Suhu pada Karakteristik I-V Membran pada Larutan MgCl Tinjauan Pengaruh Variasi Suhu pada Karakteristik I-V Membran pada Larutan AlCl Tinjauan Model Membran dari Rangkaian RC... 35

11 PENDAHULUAN Latar Belakang Perkembangan teknologi membran saat ini telah meluas pada berbagai kalangan, baik kalangan akademis maupun industri. Salah satu aplikasi teknologi membran adalah teknologi pemisahan zat-zat kimia yang sangat penting dalam kehidupan. Teknologi membran memiliki banyak keunggulan dibandingkan proses-proses pemisahan lainnya, antara lain dalam hal energi, sederhana, dan ramah lingkungan. Keberhasilan proses pemisahan dengan membran tergantung pada kualitas membran tersebut. Beberapa parameter yang penting dalam menentukan kualitas suatu membran diantaranya yaitu mempunyai permeabilitas yang tinggi, selektifitas yang tinggi, stabil pada temperatur yang tinggi, kestabilan mekanik dan tahan terhadap zat kimia yang akan dipisahkan []. Membran dapat bertindak sebagai filter yang sangat spesifik dimana hanya molekul-molekul dengan ukuran tertentu saja yang dapat melewati membran, sedangkan molekul lainnya akan tertahan di permukaan membran. Oleh karena itu, teknologi membran merupakan pilihan yang tepat untuk keperluan penyaringan, pemisahan, dan pemurnian zat-zat yang peka terhadap senyawa kimia dan lingkungan [2]. Walaupun demikian, membran mempunyai keterbatasan seperti terjadinya fenomena polarisasi konsentrasi, fouling (penyumbatan), terbatasnya volume air terolah yang dihasilkan dan juga keterbatasan umur membran [3]. Membran merupakan suatu lapisan yang memisahkan dua fasa dan mengatur perpindahan massa dari kedua fasa yang dipisahkan. Karakteristik fasa tersebut diantaranya perbedaan konsentrasi, tekanan, suhu, komposisi larutan dan viskositas [4]. Membran terdiri dari dua jenis yaitu membran alami (membran biologi) dan membran buatan (membran sintetik). Membran alami adalah membran dalam proses-proses kehidupan makhluk hidup dan biasanya terdapat dalam sel makhluk hidup. Komponen utama membran alami adalah lipid dan protein. Membran sintetik adalah membran yang terbuat dari berbagai bahan sesuai kebutuhan dan biasanya berbentuk padat atau cair [5]. Membran telur adalah salah satu contoh dari membran alami. Membran telur terletak pada bagian dalam telur yaitu selaput yang melapisi antara cangkang dan putih telur. Efektivitas kerja suatu membran dapat ditentukan melalui karakteristik membran yang digunakan. Karakterisasi membran yang banyak dilakukan adalah karakterisasi membran secara fisika yang ditinjau dari sifat listrik, termal dan mekanik. Sifat kelistrikan membran dipengaruhi oleh aliran elektron dan ion-ion yang melintasi membran. Aliran ionion ini dapat menentukan aliran arus dalam membran dan proses transport lainnya. Berdasarkan karakteristik Arus-Tegangan dapat ditentukan ohmik atau tidaknya suatu membran di dalam larutan elektrolit, daya tahan listrik dan konduktansinya. Informasi dari sifat kelistrikan membran tersebut sangat berguna untuk mengetahui kualitas membran. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui mekanisme transport ion yang melewati membran telur ayam berdasarkan pengukuran sifat kelistrikan dan mempelajari pengaruh konsentrasi, valensi ion, suhu dan frekuensi terhadap sifat listriknya. Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai karakteristik dan mekanisme transport ion pada membran telur ayam, sehingga diperoleh masukan yang penting untuk kemajuan dalam bidang teknologi membran Hipotesis. Konsentrasi ion larutan eksternal berbanding lurus dengan tegangan, konduktansi dan gradien kurva Arus- Tegangan membran. 2. Valensi ion larutan eksternal mempengaruhi tegangan dan konduktansi listrik membran. 3. Semakin tinggi suhu larutan eksternal, maka semakin tinggi tegangan, konduktansi dan gradien kurva Arus-Tegangan membran. 4. Semakin besar frekuensi maka semakin besar konduktansi listrik membran. TINJAUAN PUSTAKA. Membran Telur.. Karakteristik Membran Membran biologi digambarkan sebagai dua dimensi fluida yang terdiri dari dua lembaran berisi sebagian besar molekul lipid. Model Mosaik Fluida menggambarkan membran lipid terbaik. Dalam model ini, permukaan terluar terdiri dari ikatan ionik dan polar yang berinteraksi dengan larutan air, sedangkan bagian dalam membran terdiri dari rantai hidrokarbon lipid (Gambar ) [6].

12 2 Gambar. Membran lipid berdasarkan Model Mosaik Fluida Secara umum membran dapat didefinisikan sebagai suatu lapisan tipis semipermeable di antara dua fasa yang berbeda. Fasa pertama disebut feed atau larutan pengumpan dan fasa kedua disebut permeate atau hasil pemisahan. Fungsi utama dari membran ialah sebagai lapisan semipermeable yang dapat melewatkan dan menahan komponen tertentu dalam suatu campuran [7]. Membran yang dipergunakan harus bersifat inert terhadap larutan uji, selektif terhadap ion tertentu, memiliki kepekaan yang baik, memenuhi harga faktor Nernst dan dapat dicetak sesuai dengan ukuran yang diinginkan [8]. Kemampuan pemisahan yang dimiliki membran untuk melewatkan suatu komponen atau molekul dipengaruhi oleh tekanan, potensial listrik dan sifat intrinsik membran. Berdasarkan prinsip struktur dan pemisahannya, membran dibagi menjadi tiga tipe yaitu membran porous (mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi), membran nonporous (separasi gas, pervaporasi, dialisis) dan membran carrier [9]. Klasifikasi pori menurut IUPAC dapat dikelompokkan menjadi macropores (>nm), mesopores (2-nm), dan micropores (<2nm) [0]. Membran dibedakan menjadi dua bagian berdasarkan morfologi dan ukuran porinya yaitu []:. Membran Simetrik Membran ini memiliki struktur pori yang relatif sama dan homogen dengan ketebalan antara μm. 2. Membran Asimetrik Membran ini memiliki ukuran dan kerapatan yang tidak sama. Membran jenis ini memiliki dua lapisan yaitu lapisan kulit yang tipis dan rapat dengan ketebalan 20,5 μm serta lapisan pendukung yang berpori dengan ketebalan -200 μm. Membran berdasarkan sifat listriknya dibedakan menjadi dua, yaitu [2]:. Membran Netral Membran netral adalah membran yang tidak memiliki muatan tetap. Membran ini 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, konduktansi serta karakteristik kelistrikan lainnya. 2. Membran Bermuatan Tetap Membran bermuatan tetap terbentuk karena molekul-molekul ionik menempel pada lattice membran secara kimiawi. Ionion tidak bisa berpindah dan membentuk lapisan tipis bermuatan pada membran. membran ini dapat dilalui oleh ion-ion tertentu. Membran ini dibagi menjadi tiga jenis, yaitu: a. Membran Penukar Anion (MPA) adalah membran bermuatan tetap yang hanya dapat dilewati oleh anion. b. Membran Penukar Kation (MPK) adalah membran bermuatan tetap yang hanya dapat dilewati oleh kation. c. Double Fixed Charge Membrane adalah gabungan dari MPA dan MPK..2. Struktur dan Komposisi Telur Telur terdiri dari kulit telur, selaput, lendir putih (albumen) dan kuning telur. Struktur kulit telur keras tetapi porus dan terbentuk dari garam-garam anorganik terutama Kalsium Karbonat (CaCO 3 ). Kulit telur terdiri dari sekitar 94-97% CaCO 3 dan 3% lainnya adalah bahan organik dan pigmen telur [3]. Dalam kulit telur tedapat 8000 struktur mikroskopik pori. Keporusan kulit telur memungkinkan embrio untuk bernafas sehingga daya tahan terhadap masuknya berbagai kuman cukup besar. Oleh karena itu, kulit telur harus dijaga agar tetap kering. Permukaan telur mempunyai selaput tipis yang disebut kutikula. Bagian dalam kulit telur diselaputi dua helai membran yang melekat pada kulit telur dan albumen. Pada saat isi telur mengkerut yang disebabkan oleh pendinginan dan penguapan, lembaran membran memisahkan diri satu dari yang lain dan membentuk rongga udara. Rongga ini biasanya terbentuk pada bagian telur yang besar. Putih telur bagian luar dan dalam tipis dan berupa cairan Putih telur memiliki viskositas tinggi (kental) dan kokoh berbentuk kantung albumen serta mengandung zat-zat yang bersifat antimikrobial dan ph yang alkalis [ com]. Seperti pada Gambar 2 [ logi-suwoto-banjarnegara.blogspot.com/2008]

13 3 Gambar 2. Struktur Telur struktur telur dapat dibagi menjadi 9 bagian yaitu:. Kulit telur dengan permukaan yang agak berbintik-bintik. 2. Membran kulit luar dan dalam yang tipis, berpisah pada ujung yang tumpul dan membentuk ruang udara. 3. Putih telur bagian luar yang tipis dan berupa cairan. 4. Putih telur yang kental dan kokoh berbentuk kantung albumen. 5. Putih telur bagian dalam yang tipis dan berupa cairan. 6. Struktur keruh berserat yang terlihat pada kedua ujung kuning telur disebut sebagai khalaza yang berfungsi memantapkan posisi kuning telur. 7. Lapisan tipis yang mengelilingi kuning telur disebut membran fitelin. 8. Benih atau bastodisc yang terlihat sebagai bintik kecil pada permukaan kuning telur. Pada telur yang terbuahi, benih ini berkembang menjadi anak ayam. 9. Kuning telur yang terbagi menjadi kuning telur berwarna putih dari benih ke pusat kuning telur dan kuning telur yang berlapis yang merupakan bagian terbesar. Tabel. Komposisi Tiga Komponen Pokok Telur (%) [ co.uk/.../chicken_eggs.html] Bahan penyusun Kulit Albumin Kuning telur Bahan 95, - - organik Protein 3,3 2,0 7,0 Glukosa - 0,4 0,2 Lemak - 0,3 32,2 Garam - 0,3 0,3 Air,6 87,0 48,5 2. Larutan Elektrolit Larutan adalah campuran yang bersifat homogen atau sama. Berdasarkan daya hantar listriknya, larutan terbagi menjadi dua (Tabel 2), yaitu:. Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan arus listrik, terdiri dari: 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 = ). Contoh elektrolit kuat adalah asam-asam kuat (HCl, H 2 SO 4, dll), basa-basa kuat (NaOH, KOH, dll) dan garam-garam yang mudah larut, seperti NaCl, KCl, dan lain-lain. b. Elektrolit Lemah Larutan elektrolit lemah adalah larutan yang daya hantar listriknya lemah dengan derajat ionisasi sebesar α <. Yang tergolong elektrolit lemah adalah asam-asam lemah seperti: AgCl, CaCrO 4, dan lain-lain 2. Larutan non elektrolit adalah larutan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik, karena zat terlarutnya didalam pelarut tidak dapat menghasilkan ion-ion (tidak mengion). Contoh larutan non elektrolit adalah larutan gula, sukrosa, alkohol, dan lain-lain [4]. Tabel 2. Perbandingan Sifat-Sifat Larutan Elektrolit dan Larutan Non Elektrolit Larutan Elektrolit Dapat menghantarkan listrik. Terjadi proses ionisasi (terurai menjadi ionion). Lampu dapat menyala terang atau redup dan ada gelembung gas. Contoh: NaCl, H 2 SO 4, MgCl 2, CH 3 COOH Larutan Non Elektrolit Tidak dapat menghantarkan listrik. Tidak terjadi proses ionisasi. Lampu tidak menyala dan tidak ada gelembung gas. Contoh: C 2 H 22 O, CO(NH 2 ) 2, etanol, C 6 H 2 O 6

14 4 Larutan elektrolit dapat bersumber dari senyawa ion (senyawa yang mempunyai ikatan ion) atau senyawa kovalen polar (senyawa yang mempunyai ikatan kovalen polar). Larutan elektrolit mengandung atomatom bermuatan listrik (ion-ion) yang bergerak bebas, hingga mampu untuk menghantarkan arus listrik melalui larutan. Pada tahun 887, Svante Arrhenius mengusulkan sebuah teori ionisasi untuk menjelaskan sifat-sifat larutan elektrolit. Pokok-pokok teori Arrhenius adalah sebagai berikut [2]:. Molekul elektrolit pada larutan dengan pelarut air akan berdissosiasi menjadi dua partikel atau lebih yang disebut ion. 2. Ion-ion bermuatan listrik (positif atau negatif) dan muatan-muatan inilah yang dapat menyebabkan arus listrik dapat mengaliri larutan. Sifat suatu larutan ditentukan oleh konsentrasi. Konsentrasi adalah jumlah zat terlarut dalam satuan pelarut atau larutan. Konsentrasi larutan dapat dinyatakan dalam persen, molar, molal, fraksi mol, persen mol, dan ppm. Konsentrasi molar atau molaritas (M) menyatakan banyaknya partikel zat terlarut dalam liter larutan, yaitu [5]: mol zat terlarut M () liter larutan 3. Pemodelan Membran Secara elektronik bahan dielektrik pada plat paralel bisa dianalisis dengan rangkaian paralel antara resistor dan kapasitor. Hubungan perubahan nilai kapasitansi sebesar C C C 0 terkait dengan perubahan muatan q dapat diilustrasikan dalam aliran arus maupun dalam bentuk impedansinya: q C V (2) d q dv i C j CV dt dt Gambar 3. Bahan Dielektrik dengan Sumber Tegangan AC serta Rangkaian Ekivalennya [6] Hasil pengukuran kapasitansi bisa diubah ke dalam besaran listrik lainnya seperti tegangan atau arus. Perubahan arus total pada rangkaian adalah penjumlahan arus pada kapasitor dan resistor (Gambar 3), sehingga: V i i is j CV R (3) i j C V R Nilai arusnya menjadi: I I0 i j C0 j C V R (4) I j C V R Atau dalam impedansinya menjadi: i V Z j C (5) Y I R Membran netral dapat dimodelkan sebagai rangkaian elektronik antara R dan C yang tersusun paralel seperti pada Gambar 4 [5]. Dari pemodelan membran maka dapat ditentukan konduktansi dan kapasitansinya sebagai berikut: Z (6) G i m C m Gambar 4. Model Elektronika Membran 4. Karakteristik Kelistrikan Membran 4.. Konduktansi Membran Salah satu sifat listrik yang dimiliki membran adalah konduktivitas. Sifat ini muncul karena adanya interaksi antara ion dengan membran. Besarnya konduktansi membran dapat diperoleh dengan menggunakan pendekatan persamaan sebagai berikut: G n G p (7) dengan, G = konduktansi G p = konduktansi tiap pori n = jumlah pori membran [7] Nilai G p ditentukan oleh beberapa faktor diantaranya geometri pori, konsentrasi pori dan mobilitas ionnya. Dengan asumsi bahwa ion di dalam suatu medium dielektrik akan mengalami interaksi elektrostatik dengan membran, maka ion tersebut memiliki energi

15 5 diri sebesar U. Energi ini merupakan integral dari medan listrik permukaan membran. Maka besarnya energi diri (U) untuk suatu ion dalam medium terbatas dengan konstanta dielektrik yang bervalensi z dan berjarak a adalah : 2 2 z q U (8) 8 0 a dengan: z = bilangan valensi ion ε = konstanta dielektrik q = muatan ion α = tergantung konstanta geometri dan dielektrik (pendekatan 0,2) ε 0 = konstanta resapan ε m = konstanta dielektrik membran b = jari-jari pori Nilai U sangat tergantung pada ε. Nilai ε membran berkisar dari 3-4 dan ε larutan 78,5 [7]. Untuk melewati pori membran akibat adanya interaksi dengan ε membran, energi bebas ( U) bergantung dari seberapa dekat ion pada membran, maka dapat dituliskan energi bebasnya sebagai berikut: 2 2 z q U (9) 4 0 m b Secara umum konduktansi membran merupakan fungsi suhu, yang merupakan fungsi eksponensial dan terkait dengan perubahan energi diri ionnya [4]. Konduktansi membran tersebut dapat dituliskan sebagai berikut : G G du 0 exp (0) kt Berdasarkan Gambar 3, membran yang tersusun seri oleh dua lapisan berbeda (skinlayer dan sublayer) memiliki kapasitansi (C m ) dan konduktansi (G m ) sebagai berikut: 2 2 C C2 G C2 G 2 2 G G C C C C 2C C m () 2 2 G G G G C G C G G m (2) 2 2 G G2 C C2 2 dengan: C = kapasitansi skin layer C 2 = kapasitansi sub layer G = konduktansi skin layer G 2 = konduktansi sub layer ω = frekuensi angular Pada frekuensi sangat rendah (ω ~ 0), kapasitansi membran adalah sebesar: C m (ω ~ 0) = 2 G G G C G C 2 (3) Kapasitansi membran akan menurun dengan peningkatan nilai frekuensi menuju nilai minimum yang setara dengan kapasitansi dua kapasitor yang dihubungkan secara seri, yaitu: C C m (ω ~ ) = C2 (4) C C2 Sebaliknya, pada frekuensi rendah (ω ~ 0) konduktansi membran akan memiliki nilai minimum setara dengan dua konduktor yang dihubungkan secara seri: GG2 G m (ω ~ 0) = (5) G G2 Nilai konduktansi ini akan naik dengan peningkatan nilai frekuensi menuju nilai maksimum (pada frekuensi sangat tinggi) sebesar : G m (ω ~ ) = C 2 G C C 2 2 C 2 2 G (6) Spektra konduktansi dan kapasitansi membran dalam larutan eksternal seperti terlihat pada Gambar 5. Solusi total kapasitansi dan konduktansi dari rangkaian seri untuk membran ditambah elektrolit (Gambar 6) adalah [8]: C G 2 mge C (7) Gm Ge Cm 2 GmGe Gm Ge C G G C m e 2 mge (8) Konduktansi merupakan ukuran terpenting yang menggambarkan kemampuan suatu bahan untuk membawa arus listrik. Konduktansi (G) adalah kebalikan dari resistansi (R), yang dihubungkan oleh [9]: G (9) R Cm Gm Gambar 5. Konduktansi dan Kapasitansi Membran dalam Larutan Eksternal m f f

16 6 Gambar 6. Rangkaian dalam Sistem Membran dan Elektrolit, skinlayer dan sublayer Tersusun Kombinasi C dan G V dengan R, dimana R adalah resistansi I (ohm), V adalah tegangan membran (Volt) dan I adalah arus yang diberikan (Ampere). Satuan internasional untuk konduktansi adalah ohmatau Siemen (S). Bila suatu larutan elektrolit dialiri arus maka akan terjadi proses transport ion. Transport ini dipengaruhi oleh resistansi dan konduktansi larutan elektrolit. Konduktansi larutan elektrolit didefinisikan sebagai suatu ukuran kemampuan larutan untuk membawa arus listrik. Konduktansi larutan dipengaruhi oleh konsentrasi atau jumlah ion, mobilitas ion, ion valensi, transport ion, aktivitas ion dan suhu. Ion-ion dalam larutan akan mengalir dan menembus membran dengan aktivitas berbeda-beda. Semakin besar nilai konduktansi listrik berarti kemampuan dalam menghantarkan listrik semakin besar. Umumnya semakin tinggi konsentrasi atau semakin banyak jumlah ion, maka konduktansi listrik akan semakin tinggi. Hubungan ini terus berlaku hingga larutan menjadi jenuh dan mobilitas menurun. Suhu yang tinggi mengakibatkan viskositas air menjadi turun dan ion-ion dalam air bergerak cepat [20]. Energi yang dibutuhkan agar elektron valensi masuk ke elektron bebas juga semakin besar sehingga mempengaruhi nilai konduktansi listrik yang juga semakin meningkat Arus dan Tegangan Membran Rapat arus dari ion pembawa yang bergerak di dalam larutan yang menembus membran diberikan oleh persamaan berikut: dp d J p kt p Pq p (20) dx dx dn d Jn kt n Nq n (2) dx dx N, P adalah konsentrasi ion pembawa muatan negatif dan positif. T adalah suhu, J adalah rapat arus,, masing-masing p n merupakan mobilitas ion positif dan negatif, adalah beda potensial (beda tegangan), k adalah konstanta Boltzman. Persamaan diatas menunjukkan bahwa arus dipengaruhi oleh besarnya beda tegangan dan beda konsentrasi muatan pembawa. Semakin besar beda konsentrasi muatan pembawa dan beda tegangan maka semakin besar pula arus yang mengalir pada membran. Bila konsentrasi muatan pembawa dibiarkan konstan maka dapat dibuat hubungan beda tegangan dan arus. Dengan memplotkan beda tegangan membran dan arus maka akan didapat karakteristik Arus-Tegangan dari membran beserta persamaannya. Pada keadaan setimbang dan arus yang mengalir kecil sekali, maka konsentrasi pembawa muatan mengikuti persamaan distribusi Maxwell- Boltzman, yaitu: i Pi Po exp( q ) kt (22) i N N exp( q ) i o kt Untuk membran yang hanya dapat dilalui oleh satu jenis ion saja dan tidak ada sumber arus, maka beda tegangan diberikan oleh persamaan Nernst berikut: I a i i j RT i i ln II (23) F i ai j i dengan ai adalah aktivitas ion, i j adalah nisbah permeabilitas ion i terhadap ion j yang harganya tidak gayut larutan. Jika larutannya hanya terdiri atas satu jenis anion atau kation saja, maka beda tegangan ditulis sebagai berikut: I I RT C RT C i ln ln (24) F II II C F C dengan C menyatakan konsentrasi ion, indeks I dan II menyatakan larutan, sedangkan + dan - menyatakan jenis muatan ion. Dengan memodifikasi konsentrasi larutan maka akan didapat variasi beda tegangan pada membran. Dari persamaan (24) beda tegangan hanya dapat dihubungkan secara linier dengan konsentrasi [2]. BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di laboratorium Biofisika Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

17 7 Institut Pertanian Bogor mulai bulan Juni 2009 sampai bulan Maret 200. Alat dan Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah membran telur, larutan elektrolit (NaCl, MgCl 2, dan AlCl 3 ) dan aquades. Peralatan yang digunakan adalah chamber membran, multimeter digital, neraca analitik, I-V meter, LCR Hitester 3522-, elektroda platina, hotplate, gelas ukur, pipet dan pengaduk. Metode Penelitian Penelitian ini menggunakan dua metode, yaitu tanpa pemberian sumber arus eksternal dan dengan pemberian sumber arus eksternal. Pengukuran tanpa pemberian sumber arus eksternal digunakan untuk menentukan nilai tegangan membran pasif. Sedangkan pengukuran dengan pemberian sumber arus eksternal digunakan untuk menentukan konduktansi dan karakteristik kurva Arus- Tegangan (I-V) membran.. Persiapan Eksperimen Persiapan eksperimen yang dilakukan antara lain persiapan alat, bahan dan perancangan sistem.. Persiapan Peralatan a. Elektroda Elektroda yang digunakan dalam penelitian ini adalah platina. b. Chamber Chamber dibuat seperti pada Gambar 7 dengan rancangan alat yang memungkinkan pengukuran tegangan, konduktansi dan Arus- Tegangan (I-V) yang terdiri dari dua pasang elektroda. Satu pasang elektroda diletakkan di dalam chamber dan satu pasang yang lain diletakkan di luar chamber. Membran diletakkan pada bagian tengah antara chamber luar dan dalam. Gambar 7. Chamber Membran 2. Persiapan Bahan a. Pelepasan membran dari cangkang telur. Agar membran lebih mudah dilepaskan dari cangkangnya, maka cangkang telur direndam dalam air ±5menit. Setelah membran didapat, bilas dengan aquadest agar kotoran yang menempel pada membran hilang. Kemudian letakkan dalam wadah dan tunggu hingga membran kering. b. Pembuatan larutan elektrolit Jenis larutan elektrolit yang digunakan yaitu NaCl, MgCl 2, dan AlCl 3 padat. Masing-masing larutan elektrolit yang digunakan divariasikan konsentrasinya sebesar 0, mm, 0,2 mm, mm, 0 mm, mm dan 00 mm. Larutan dibuat melalui metode pengenceran. Mula-mula NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3 padat ditimbang menggunakan neraca analitik dan dilarutkan dengan aquades dalam gelas ukur 0 ml lalu diaduk agar semua bahan larut. 2. Eksperimen a. Pengukuran Tegangan Peralatan utama sistem ini adalah multimeter digital. Chamber terdiri dari tempat membran dan dua pasang elektroda pada bagian dalam dan luar (Gambar 8). Dua ujung elektroda dihubungkan ke multimeter digital untuk mengukur tegangan yang melintasi membran. Pengukuran tegangan membran ini digunakan pada larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3 terhadap variasi konsentrasi (0, mm, 0,2 mm, mm, 0 mm, mm dan 00 mm) dan variasi suhu (30 0 C sampai 90 0 C tiap kenaikan 0 0 C). b. Pengukuran Konduktansi Peralatan untuk pengukuran konduktansi adalah LCR meter Hitester Dua ujung elektroda dihubungkan ke LCR meter untuk mengukur konduktansi membran (Gambar 9). Pengukuran konduktansi membran ini digunakan pada larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3 terhadap variasi konsentrasi (0, mm, 0,2 mm, mm, 0 mm, mm dan 00 mm), variasi frekuensi ( Hz, 00 Hz, 4 KHz, 8 KHz dan 6 KHz) dan variasi suhu (30 0 C sampai 90 0 C tiap kenaikan 0 0 C).

18 8 V (a) alat I-V meter untuk mengukur karakteristik Arus-Tegangan membran (Gambar 0). Pengukuran Arus- Tegangan membran digunakan pada larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3 terhadap variasi konsentrasi (0, mm, 0,2 mm, mm, 0 mm, mm dan 00 mm) dan variasi suhu (30 0 C sampai 90 0 C tiap kenaikan 0 0 C). 3. Analisa Data Analisa data yang dilakukan adalah menggambarkan hubungan konsentrasi, suhu, dan frekuensi dari larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3 terhadap tegangan, konduktansi dan karakteristik Arus- Tegangan membran. elektroda membran (b) Gambar 8. Tanpa Pemberian Sumber Arus Eksternal, (a). Pengukuran Tegangan Membran, (b). Skema Pengukuran Tegangan (a) A. + V. - elektroda Gambar 9. Pengukuran Konduktansi Membran c. Pengukuran Karaktersitik Arus- Tegangan (I-V) Peralatan pengukuran ini adalah I-V meter dengan software Keithley I-V meter Keithley 2400 digunakan untuk memberikan tegangan konstan DC yang melewati membran dan mengukur hubungan nilai arus [22]. Dua ujung elektroda dihubungkan ke membran (b) Gambar 0. Dengan Pemberian Sumber Arus Eksternal, (a). Pengukuran I-V Membran, (b). Skema Pengukuran I-V

19 Tegangan (Volt) Tegangan (Volt) 9 HASIL DAN PEMBAHASAN. Hasil Perlakuan Pasif untuk Tegangan Membran. Tinjauan Perlakuan Variasi Konsentrasi Gambar memperlihatkan grafik tegangan membran telur terhadap variasi konsentrasi larutan eksternal untuk larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3. Pengaruh penambahan konsentrasi larutan eksternal memperlihatkan meningkatnya tegangan membran. Semakin besar konsentrasi larutan eksternal maka tegangan membran juga semakin meningkat. Variasi konsentrasi larutan eksternal menentukan jumlah ion dalam larutan tersebut, semakin besar konsentrasinya maka semakin banyak kuantitas ion yang ada dalam larutan tersebut. Konsentrasi larutan mempengaruhi mobilitas ion dan secara tidak langsung memberikan efek pada pengukuran tegangan membran. Berdasarkan persamaan (23) dan (24), beda tegangan dipengaruhi oleh besarnya konsentrasi ion. Tiap-tiap ion memiliki kemampuan yang berbeda untuk dapat menembus pori-pori membran. Penambahan konsentrasi larutan menyebabkan beda tegangan membran meningkat. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan bahwa untuk larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3, besarnya tegangan membran dipengaruhi oleh besarnya konsentrasi larutan. Hal ini terlihat dari grafik tegangan yang meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi larutan eksternal. Hasil pengukuran tegangan pada berbagai konsentrasi larutan ini secara tidak langsung dapat menunjukkan fenomena transport ion yang melewati membran. Dalam kasus ini fenomena transport ion yang melewati membran dipengaruhi oleh besarnya konsentrasi ion pembawa dalam larutan elektrolit. Semakin besar konsentrasi larutan eksternal membran maka transport ion yang terjadi juga semakin meningkat. Meningkatnya transport ion yang melewati membran menyebabkan meningkatnya tegangan membran yang terukur..2 Tinjauan Perlakuan Variasi Suhu Hubungan tegangan terhadap variasi suhu untuk masing-masing larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3 secara umum meningkat seiring dengan meningkatnya suhu larutan. Gambar 2 menunjukkan grafik tegangan terhadap suhu larutan. Pada semua suhu, tegangan membran untuk lautan AlCl 3 lebih besar dibandingkan MgCl 2 dan NaCl. Mekanisme transport ion melalui pori membran adalah model yang tepat untuk analisa pengaruh suhu terhadap perubahan pori-pori dan energi barier membran. Besarnya pori-pori dan energi barier membran menunjukkan karakteristik dari membran yang digunakan. Peningkatan suhu larutan eksternal menyebabkan semakin banyaknya ion-ion dan elektron yang bergerak cepat melewati pori membran. Pergerakan ion-ion ini disebabkan karena adanya energi kinetik dari ion-ion dalam larutan tersebut, sehingga semakin banyak arus yang mengalir melewati membran. Adanya arus yang mengalir melewati membran mengakibatkan tegangan membran yang terukur juga meningkat. Peningkatan suhu juga mengakibatkan ukuran pori membran berubah, sehingga ion-ion dan elektron lebih mudah melewati membran, yang selanjutnya akan berpengaruh terhadap hasil tegangan yang diukur. 0,6 0,4 0,2 0,0 0,2 0,0 0,08 0,08 0,06 0,04 0,02 0,06 0,04 0,02 0,00 0, 0 00 Konsentrasi (mm) NaCl MgCl2 AlCl3 Gambar. Hubungan Tegangan Membran pada Berbagai Konsentrasi Larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3 pada Suhu Ruang 0, Suhu ( 0 C) NaCl MgCl2 AlCl3 Gambar 2. Hubungan Tegangan Membran terhadap Variasi Suhu pada Konsentrasi 00 mm Larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3

20 Tegangan (Volt) Konduktansi (μs) 0 0,2 0,0 0,08 0,06 0,04 0,02 0, Valensi Ion 0, mm 0 mm 00 mm Gambar 3. Hubungan Tegangan Membran terhadap Valensi Ion Na +, Mg 2+ dan Al 3+.3 Tinjauan Valensi Ion Jenis valensi ion ditentukan oleh jenis larutan elektrolit eksternal. Variasi valensi ion yang digunakan pada penelitian ini adalah Na + Cl -, Mg 2+ Cl - dan Al 3+ Cl - yang merupakan larutan elektrolit kuat dan mewakili valensi, 2 dan 3. Pemberian variasi valensi ion ternyata berpengaruh terhadap pengukuran tegangan membran. Gambar 3 menunjukkan hubungan tegangan terhadap variasi valensi ion. Berdasarkan grafik tersebut terlihat bahwa semakin besar valensi ion larutan eksternal akan meningkatkan nilai tegangan membran yang terukur. Hal ini disebabkan karena semakin besar ukuran jari-jari ion maka semakin jauh jaraknya dari inti ke elektron terluar yang akan menghasilkan potensial ionisasi rendah. Rendahnya potensial ionisasi menyebabkan kemampuan ion untuk melewati membran semakin kecil. Fenomena transport ion berdasarkan valensi ion ditunjukkan dari hasil pengukuran tegangan yang semakin meningkat dengan semakin besarnya valensi ion larutan. Hal ini menunjukkan bahwa semakin kecil ukuran jari-jari ion maka kemampuan ion tersebut melewati membran lebih mudah. 2. Konduktansi Membran 2. Tinjauan Perlakuan Variasi Konsentrasi Seperti halnya pada pengukuran tegangan membran, pengukuran konduktansi membran meningkat dengan semakin besarnya konsentrasi larutan eksternal. Variasi konsentrasi larutan elektrolit eksternal menentukan jumlah ion dalam larutan tersebut. Semakin besar konsentrasinya maka semakin banyak jumlah kuantitas ion dalam larutan. Konsentrasi larutan mempengaruhi mobilitas ion dan secara tidak langsung mempengaruhi karakteristik konduktansi 35,0 3,5 28,0 24,5 2,0 7,5 4,0 0,5 7,0 3,5 0,0 0, 0 00 Konsentrasi (mm) NaCl MgCl2 AlCl3 Gambar 4. Hubungan Konduktansi Membran pada Berbagai Konsentrasi Larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3 pada Suhu Ruang membran yang digunakan. Konduktansi merupakan salah satu sifat listrik yang menunjukkan tingkat aliran ion yang melintasi membran. Berdasarkan Gambar 4 terlihat bahwa Konduktansi membran meningkat dengan meningkatnya konsentrasi larutan eksternal. Besarnya konduktansi membran pada larutan AlCl 3 lebih besar daripada MgCl 2 dan NaCl. Hal ini menunjukkan bahwa adanya faktor valensi yang berpengaruh terhadap nilai konduktansi membran yang terukur. Nilai konduktansi membran yang semakin besar menunjukkan bahwa ion yang mampu melewati membran semakin banyak, namun juga menyatakan bahwa jumlah ion yang terhalang oleh membran semakin banyak pula. Gambar 4 memperlihatkan hasil pengukuran konduktansi AlCl 3 tidak berbeda jauh dengan MgCl 2. Hal ini menandakan bahwa ion Al 3+ yang ukuran jari-jari ionnya lebih kecil dari Na + dan Mg 2+ telah terhalang untuk melewati membran. 2.2 Tinjauan Perlakuan Variasi Suhu Hubungan konduktansi membran terhadap suhu ditunjukkan dalam bentuk grafik plot lng terhadap /T yang cenderung linier dengan kemiringan negatif (Gambar 5.). Gambar 5. yang cenderung linier dengan kemiringan negatif menunjukkan adanya korelasi antara nilai konduktansi terhadap suhu dan kemungkinan besar berpengaruh terhadap mekanisme transport ion yang melewati membran. Berdasarkan Gambar 5.2 terlihat bahwa kemiringan grafik lng terhadap /T untuk larutan NaCl relatif lebih linier dibandingkan larutan MgCl 2 dan AlCl 3. Semakin tinggi suhu maka aliran ion-ion semakin cepat. Nilai konduktansi membran merupakan fungsi eksponensial dari suhu

21 Konduktansi (μs) ln G ln G -8,0-9,5 -,0-2,5-4,0-5,5 0,0027 0,0028 0,0029 0,0030 0,003 0,0032 0,0033 /T (K - ) 0, mm 0,2 mm mm 0 mm mm 00 mm Gambar 5. Hubungan lng terhadap /T pada Larutan NaCl untuk 6 Macam Konsentrasi dalam Range suhu (30-90) 0 C -8,0 0,0027 0,0028 0,0029 0,0030 0,003 0,0032 0,0033-9,5 -,0-2,5-4,0-5,5 /T (K - ) NaCl MgCl2 AlCl3 Linear (NaCl) Linear (MgCl2) Linear (AlCl3) Gambar 5.2 Hubungan lng terhadap /T untuk Konsentrasi mm Larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3 sehingga peningkatan suhu secara tidak langsung mempengaruhi karakteristik membran yang digunakan, dimana pada penelitian ini digunakan membran telur. Fenomena transport ion yang melewati membran dapat dianalisa dari pengukuran konduktansi pada variasi suhu larutan, dimana kemiringan grafik lng terhadap /T merupakan besarnya energi barier membran yang selanjutnya dapat menentukan ukuran pori-pori membran yang menunjukkan karakteristik membran. Namun pada penelitian ini hanya dikaji fenomena transport membran dari pengaruh suhu terhadap nilai konduktansi membran. Peningkatan nilai konduktansi karena penambahan suhu dapat disebabkan beberapa faktor, antara lain fenomena larutan. Saat suhu dinaikkan maka akan ada tambahan energi kinetik dari panas yang diberikan. Hal ini akan mengakibatkan ion-ion dan elektron mudah bergerak sehingga energinya bertambah besar. Dengan semakin banyaknya ion-ion yang bergerak maka semakin banyak arus yang dibawa, akibatnya aliran arus yang melewati membran akan meningkat yang diikuti dengan meningkatnya nilai konduktansi. Ditinjau dari segi pori membran, kemampuan membran untuk mempertahankan bentuk pori-porinya semakin berkurang seiring dengan peningkatan suhu. Sehingga arus yang dibawa ion-ion semakin mudah untuk melewati membran. Besarnya aliran arus akan meningkatkan nilai konduktansi membran. 2.3 Tinjauan Valensi Ion Pada suhu ruang, konduktansi membran untuk larutan AlCl 3 lebih besar daripada MgCl 2 dan NaCl. Berdasarkan Gambar 6, larutan AlCl 3 memiliki konduktansi yang lebih besar daripada MgCl 2 dan NaCl karena muatan ion negatif yang dilepaskan AlCl 3 lebih banyak. Dalam satu proses disosiasi AlCl 3 melepaskan tiga buah ion Cl - sedangkan MgCl 2 melepaskan dua buah ion Cl - dan NaCl melepaskan satu buah ion Cl -. Adapun reaksi dissosiasinya sebagai berikut: AlCl 3 Al Cl - MgCl 2 Mg Cl - (25) NaCl Na + + Cl - Semakin besar suatu larutan melepaskan elektron berarti semakin banyak energi yang dibebaskan ion untuk dapat melewati membran. Elektron yang dilepaskan mempermudah aliran arus yang melewati membran. Semakin besarnya energi yang dihasilkan maka arus yang muncul juga semakin besar. Besarnya arus menyebabkan semakin besarnya nilai konduktansi membran yang diukur Valensi Ion 0, mm 0 mm 00 mm Gambar 6. Hubungan Konduktansi Membran terhadap Valensi Ion Na +, Mg 2+ dan Al 3+

22 Konduktansi (μs) Frekuensi (Hz) NaCl MgCl2 AlCl3 Gambar 7. Hubungan Konduktansi Membran terhadap Variasi Frekuensi pada Konsentrasi 00 mm Larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl Tinjauan Pengaruh Frekuensi Arus Eksternal Frekuensi yang digunakan pada penelitian ini termasuk kedalam frekuensi audiosonik. Penggunaan frekuensi audiosonik dimaksudkan agar gangguan dari gelombang suara dapat diketahui. Selain itu pada daerah frekuensi ini alat ukur yang digunakan masih bekerja dengan baik. Gambar 7 menunjukkan adanya pemberian frekuensi menyebabkan pergerakan ion-ion di dalam larutan semakin cepat. Semakin cepatnya pergerakan ion menghasilkan semakin cepatnya aliran arus yang melewati membran. Hal inilah yang menyebabkan semakin meningkatnya nilai konduktansi membran seiring dengan meningkatnya frekuensi yang diberikan. Sehingga pemberian sumber frekuensi juga berpengaruh pada meningkatnya mekanisme transport ion yang melintasi membran 3. Karakteristik Arus-Tegangan Membran 3. Tinjauan Perlakuan Variasi Konsentrasi Gambar 8 menunjukkan grafik I-V terhadap konsentrasi larutan elektrolit NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3. Dari gambar dibawah ini terlihat bahwa I-V membran telur mendekati linier. I-V membran meningkat dengan semakin besarnya konsentrasi larutan eksternal. Ini menandakan bahwa grafik tersebut bersifat ohmik. Kemiringan grafik I-V dapat menyatakan nilai konduktansi. Dengan demikian semakin meningkatnya I-V membran juga menyebabkan konduktansi meningkat terhadap konsentrasi larutan. Hal ini dapat dikorelasikan dengan pengukuran konduktansi langsung menggunakan LCR meter yang telah dibahas diatas. Berdasarkan hasil pengukuran konduktansi dengan LCR meter menyatakan bahwa konduktansi Tegangan (Volt) ,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0, , 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9-20 Tegangan (Volt) Arus (μa) 0, mm 0,2 mm mm 0 mm mm 00 mm (a) 0 Arus (μa) - -0,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0, , 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9-20 0, mm 0,2 mm mm 0 mm mm 00 mm (b) Tegangan (Volt) ,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0, , 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0, Arus (μa) 0, mm 0,2 mm mm 0 mm mm 00 mm (c) Gambar 8. Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Konsentrasi Larutan (a) NaCl, (b) MgCl 2 dan (c) AlCl 3 pada Suhu Ruang meningkat dengan semakin besarnya konsentrasi larutan eksternal. Hal ini juga sesuai dari hasil kemiringan grafik I-V yang juga menyatakan nilai konduktansi meningkat dengan meningkatnya konsentrasi larutan. 3.2 Tinjauan Perlakuan Variasi Suhu Secara umum karakteristik I-V membran telur pada berbagai variasi suhu untuk larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3 mendekati linier. Adanya perubahan suhu larutan mengakibatkan kemiringan grafik I-V bergeser searah dengan kenaikan suhu. Dari Gambar 9, terlihat bahwa pengaruh suhu pada konsentrasi NaCl 0, mm dan 0 mm tidak memberikan kontribusi yang signifikan terhadap aliran arus. Pengaruh pemberian

23 3 600 Arus (μa) Arus (μa) Tegangan (Volt) ,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0, 0 0, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9-200 Tegangan (Volt) ,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0, 0 0, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0, (a) 600 Arus (μa) Tegangan (Volt) ,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0, 0 0, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0, (a) Arus (μa) 00 Tegangan (Volt) ,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0, 0 0, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0, Tegangan (Volt) (b) 0 Arus (μa) - -0,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0, 0 0, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9-200 (c) Gambar 9. Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Variasi Suhu pada Larutan NaCl (a) 0, mm, (b) 0 mm dan (c) 00 mm suhu baru terlihat pada konsentrasi 00 mm. Dimana terlihat bahwa semakin tinggi suhu maka kemiringan grafik I-V juga meningkat. Untuk larutan MgCl 2 dan AgCl 3 terlihat bahwa pengaruh suhu terhadap kenaikan kemiringan grafik I-V terlihat pada konsentrasi 0 mm dan 00 mm (Gambar 20 dan Gambar 2). Kemiringan grafik I-V juga menandakan nilai konduktansi. Dengan demikian, peningkatan suhu menyebabkan naiknya kemiringan grafik I-V yang juga berarti kenaikan nilai konduktansi. Korelasi kemiringan grafik I-V dengan nilai konduktansi yang diukur menggunakan LCR meter pada variasi suhu mengalami kemiripan. Fenomena transport keduanya menunjukkan bahwa kenaikan suhu larutan Tegangan (Volt) (b) 0 Arus (μa) - -0,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0, 0 0, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 (c) Gambar 20. Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Variasi Suhu pada Larutan MgCl 2 (a) 0, mm, (b) 0 mm dan (c) 00 mm menyebabkan kemampuan larutan untuk berdisosiasi semakin besar, sehingga semakin banyak ion-ion dan elektron yang dilepas. Semakin banyaknya ion-ion yang terlepas maka semakin banyak arus yang dibawanya. Akibatnya aliran arus yang melewati membran meningkat. Aliran arus mempengaruhi besar nilai konduktansi membran, sehingga konduktansi membran juga meningkat. 3.3 Tinjauan Model Membran dari Rangkaian RC Membran telur dapat dimodelkan sebagai rangkaian elektronik antara resistor dan kapasitor (RC) yang tersusun paralel. Berdasarkan pengukuran karakteristik I-V pada rangkaian RC menunjukkan bahwa

24 4 Tegangan (Volt) ,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0, , 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Tegangan (Volt) Arus (μa) (a) 0 Arus (μa) - -0,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0, , 0 0, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Tegangan (Volt) (b) 0 Arus (μa) - -0,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0, , 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 (c) Gambar 2. Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Variasi Suhu pada Larutan AlCl 3 (a) 0, mm, (b) 0 mm dan (c) 00 mm adanya korelasi yang sama dengan hasil pengukuran Karakteristik I-V membran telur. Gambar 22 memperlihatkan bahwa Kemiringan I-V dari rangkaian RC yang terukur mendekati linier. Dari hasil pengukuran tersebut maka membran telur yang digunakan dapat dimodelkan seperti rangkaian RC yang tersusun paralel. Membran sel dapat ditunjukkan sebagai sebuah resistor, sedangkan pemukaan membran dengan cairan intraselular dan ekstraselular berperan seperti sebuah kapasitor yang terpisah sejauh 5 nm [23]. Dari hasil pemodelan membran dengan menggunakan rangkaian RC memberikan kontribusi yang nyata tentang mekanisme transport ion yang mungkin untuk melewati membran telur. Pemodelan membran tersebut dapat Tegangan (Volt) ,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0, 0 0, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0, Arus (μa) (R 4000 ohm) (C 20 pf) (R ohm) (C 4700 mikrof) Gambar 22. Karakteristik I-V Rangkaian RC yang Tersusun Paralel menentukan nilai dari resistansi dan konduktansi membran yang digunakan. Nilai resistansi dan konduktansi yang diperoleh nantinya dapat menunjukkan fenomena transport ion yang melewati membran telur. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Mekanisme transport ion yang melewati membran telur dapat dikaji melalui pengukuran tegangan, konduktansi dan karakteristik Arus-Tegangan. Pengaruh konsentrasi, suhu, frekuensi dan valensi ion ternyata mempengaruhi mekanisme transport yag terjadi. Semakin tinggi konsentrasi larutan elektrolit maka semakin besar tegangan dan konduktansi listrik membran telur. Semakin tinggi suhu maka semakin besar tegangan dan konduktansi listrik membran telur dalam larutan elektrolit. Semakin besar frekuensi maka semakin besar konduktansi listrik membran telur. Karakteristik Arus-Tegangan membran telur mendekati sifat ohmik. Konsentrasi dan suhu berpengaruh pada karakteristik Arus-Tegangan membran telur dalam larutan elektrolit. Semakin tinggi konsentrasi dan suhu larutan elektrolit maka gradien Arus-Tegangan membran telur meningkat. Membran telur yang digunakan dapat dimodelkan sebagai rangkaian elektronik antara resistor dan kapasitor (RC) yang tersusun paralel. Saran Penelitian selanjutnya diharapkan dapat memperbaiki kinerja alat yang digunakan. Perbaikan pada chamber membran agar posisi elektroda lebih stabil sehingga hasil pengukuran lebih akurat. Penggunaan larutan analis agar hasil pengukuran akurat. Penelitian lebih lanjut dapat dilakukan untuk mengetahui ukuran pori-pori membran dan muatan