PENGARUH JENIS LARUTAN ELEKTROLIT TERHADAP KARAKTERISTIK ARUS-TEGANGAN MEMBRAN KITOSAN

Transkripsi

1 PENGARUH JENIS LARUTAN ELEKTROLIT TERHADAP KARAKTERISTIK ARUS-TEGANGAN MEMBRAN KITOSAN Ni Made Rasmini 1, Ni Nyoman Rupiasih 1*, Made Sumadiyasa 1 1 Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran, Badung, Bali Indonesia * rupiasih@unud.ac.id Abstrak Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh jenis larutan elektrolit terhadap karakteristik kurva arusbeda tegangan (I-V) membran kitosan. Membran yang digunakan adalah membran biopolimer kitosan 2%, larutan elektrolit HCl, KCl, CaCl 2, MgCl 2 dan AlCl 3 dengan konsentrasi 0,025 M dan arus 0-19 ma. Proses transport ion dilakukan dalam sebuah model ruang cell yang terdiri dari 2 bilik dan beda tegangan diukur menggunakan elektroda kalomel. Semua pengukuran dilakukan pada suhu ruang yaitu 28,7 o C. Hasil penelitian diperoleh kurva I V linear dan bersifat ohmik. Nilai konduktansi membran pada setiap larutan elektrolit adalah berbeda satu sama lainnya. Perbedaan tersebut diakibatkan oleh perbedaan jenis larutan elektrolit dan perbedaan valensi ion. Semakin besar konduktivitas molar dan valensi ion dari larutan elektrolit yang digunakan maka nilai konduktansi membran yang diperoleh semakin besar. Kata Kunci: membran kitosan, larutan elektrolit, konduktivitas molar, konduktansi. Abstract This study is report about the effects of the type of electrolyte solution to the characteristics of current-voltage (I-V) curve of chitosan membrane. The membrane used are chitosan biopolymer membrane 2%, various electrolyte solution involve HCl, KCl, CaCl 2, MgCl 2 and AlCl 3 with a concentration M and current 0-19 ma. Ion transport process is carried out in a model cell chamber consisting of two chambers and a voltage difference is measured using a calomel electrode. All measurements were performed at room temperature is 28.7 C. The results obtained that for all types of electrolyte solution, I - V curve were linear and ohmic. Membrane conductance value at any electrolyte solution is different from each other. The differences are caused by differences in the type of electrolyte solution and ion valence. The greater the molar conductivity and valence ion conductivity of the electrolyte solution is used then the membrane conductance values obtained greater. Keywords: chitosan membrane, electrolyte solution, molar conductivity, conductance. I. PENDAHULUAN Membran merupakan suatu lapisan tipis yang memisahkan dua larutan dan dapat berperan aktif pada proses perpindahan partikel dari ke dua larutan tersebut. Sifat membran sebagai pemisah material, membran dibedakan menjadi 3 yaitu 58 membran impermeable, membran permeabledan membran semipermeable. Membran impermeable adalah membran yang tidak bisa dilewati oleh material atau unsur apapun, sehingga membran ini berfungsi sebagai pembatas saja bukan sebagai alat perpindahan (transport).

2 Buletin Fisika Vol. 18 No. 2 Agustus 2017 : Membran permeable adalah membran yang dapat dilewati oleh semua komponen larutan yaitu pelarut maupun zat pelarut. Sedangkan membran semipermeable adalah membran yang hanya dapat dilewati oleh salah satu komponen larutan, misalnya zat terlarut atau pelarutnya saja. [1] Pada saat ini, teknologi membran telah berkembang pesat dalam berbagai bidang diantaranya bidang industri, yaitu membran dimanfaatkan untuk desalinasi air, pemisahan gas, pengolahan limbah dan pemisahan larutan. Pada teknologi pemisahan larutan, membran digunakan sebagai penukar ion (membran bermuatan). [2] Efektifitas kerja dari membran dipengaruhi oleh karakteristik serta responnya terhadap lingkungan. Secara umum, karakteristik membran bergantung pada bahan dasar (bahan matrik), solvent (pelarut) dan metode pembuatannya. Karakteristik membran tersebut dapat dilihat dari sifat mekanik, termal dan listriknya [3]. Sifat kelistrikan membran dapat dilihat dengan melakukan pengukuran arus dan beda tegangan pada membran. Elektrolit adalah suatu senyawa bila dilarutkan dalam pelarut akan menghasilkan larutan yang dapat menghantarkan arus listrik. Elektrolit diklasifikasikan berdasarkan kemampuannya dalam menghantarkan arus listrik yaitu elektrolit kuat dan elektrolit lemah. Suatu elektrolit dapat berupa asam, basa maupun garam [4]. Pada penelitian ini telah diteliti pengaruh larutan elektrolit terhadap karakteristik arus-beda tegangan (I - V) dari membran kitosan. Dalam hal ini beberapa jenis larutan elektrolit yang digunakan adalah HCl, KCl, CaCl2, MgCl2 dan AlCl3. Larutan ini digunakan untuk melihat efek konduktivitas molar dan efek valensi ion terhadap proses transport ion pada membran kitosan. II. TINJAUAN PUSTAKA 1.1 Membran Kitosan Membran kitosan merupakan salah satu membran organik, yang terbuat dari polimer alam (biopolimer) yaitu kitosan. Kitosan adalah biopolimer yang banyak terdapat pada kulit cangkang binatang Mollusca (seperti cumi-cumi), crustaceae (seperti udang, lobster dan kepiting) dan insect (seperti belalang dan kecoa). Kitosan tersebut diperoleh melalui proses deasetilasi kitin dengan menggunakan basa kuat berkonsentrasi tinggi. 2.2 Mekanisme Transport Ion pada Membran Transport ion pada membran merupakan proses perpindahan ion-ion dari satu ruang ke ruang yang lain yang dibatasi oleh membran tersebut. Hal ini dapat terjadi melalui proses transport pasif dan aktif. Transport pasif adalah transport di dalam membran yang digerakkan oleh perbedaan tekanan, perbedaan konsentrasi atau perbedaan temperatur di antara kedua sisi membran. Sedangkan transport aktif adalah transport di dalam membran yang memerlukan energi. Membran biopolimer kitosan memiliki sifat listrik seperti konduktansi. Konduktansi membran adalah merupakan suatu ukuran yang menggambarkan kemampuan suatu membran untuk mengalirkan ion seperti tampak pada persamaan 2.1. I g V V ) (2.1) i ( m i dengan: g i adalah konduktasi membran, I merupakan arus listrik yang mengalir (A), V m adalah tegangan membran (V) dan V i = tegangan ion (V). Bentuk kurva I-V membran pertukaran ion bervariasi sesuai dengan kondisi eksternal sistem transport seperti 59

3 konsentrasi, laju aliran dan kondisi fisikakimia permukaan membran. Gambar 2.1. Kurva arus-tegangan membran Cation Exchange Membrane (CMX) dalam larutan NaCl 0.025N Gambar 2.1 menunjukkan kurva arus-tegangan (I-V) dari membran cation exchange membrane dalam larutan NaCl 0,025N. Batas rapat arus (LCD) ditentukan oleh perpotongan dua slope (kemiringan) pada daerah Ohmik dan plateau (titik A). Titik kedua (titik B) didefinisikan sebagai perpotongan dari dua slop, daerah plateau (daerah II) dan daerah III dari kurva I-V. Proyeksi titik A dan B pada sumbu absis (horizontal) memberikan panjang daerah plateau dari kurva I-V (Gambar 2.1). Hambatan untuk masing masing daerah diperoleh dar inilai slope dari masing-masing daerah dalam kurva I-V. [5] III. METODE PENELITIAN Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu satu set alat transport membran (chamber), multimeter digital MASDA DT mv, gelas beaker, pipet tetes, alat pencetak membran dan elektroda kalomel Activon AEP 111 Single jnct 12 x 120 mm. Bahan-bahan yang digunakan adalah aqua-dm, larutan elektrolit, serbuk kitosan dari kulit udang, asam asetat 1% dan NaOH 1%. Membran kitosan yang digunakan adalah membran 2%. Larutan elektrolit yang digunakan yaitu HCl, KCl, CaCl2, MgCl2 dan AlCl3 dengan konsentrasi 0,025 M. Eksperimen transport ion dilakukan dengan kedua bilik diisi dengan larutan elektrolit yang sama dan dengan konsentrasi sama, kemudian dialirkan arus listrik menggunakan elektroda platina, yang dihubungkan dengan ampere meter dan current source di Bilik 1. Beda tegangan yang timbul diukur dengan menggunakan elektroda kalomel yang nilainya dapat dibaca pada voltmeter. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada penelitian ini telah diperoleh data hasil pengukuran arus-beda tegangan ratarata membran kitosan seperti pada Tabel 4.1. Dari data nilai beda tegangan rata-rata yang terukur tersebut, diplot kurva arus-beda tegangan rata-rata (I V) seperti tampak pada Gambar 4.1. Gambar 4.1 memperlihatkan bahwa kurva I-V pada setiap eksperimen masingmasing larutan elektrolit membran kitosan dalam batas arus 0 ma -19 ma adalah linear dan bersifat ohmik yaitu semakin besar arus yang diberikan maka semakin besar beda tegangan pada membran, yang mana memenuhi hukum Ohm. Jika kurva tersebut didekati dengan pendekatan regresi linear 60

4 Arus Buletin Fisika Vol. 18 No. 2 Agustus 2017 : Tabel 4.1 Nilai arus-beda beda tegangan rata-rata (I-V) pada transport iondengan larutan elektrolit HCl, KCl, CaCl 2, MgCl 2 dan AlCl 3 pada konsentrasi larutan 0,025 M. Larutan HCl Larutan KCl Larutan CaCl 2 Larutan MgCl 2 Larutan AlCl 3 Arus V Arus V Arus V Arus V Arus V 0,7 1,3 0,5 0,9 0,6 1,2 0,6 1,4 0,6 1,3 1,4 2,1 1,3 1,2 0,9 1,6 0,8 1,8 1,2 1,7 2,2 3,2 1,7 1,3 1,2 2,0 1,1 2,3 1,7 2,2 3,1 4,4 2,1 1,5 1,8 2,4 1,6 3,8 2,4 3,1 4,6 5,7 3,4 1,8 2,5 3,1 2,0 4,7 2,9 4,4 5,1 6,2 4,1 1,9 2,9 3,4 2,7 6,0 3,3 5,2 5,9 6,7 4,9 2,0 3,3 3,9 3,5 7,2 4,6 6,2 6,4 7,1 5,9 2,1 3,7 4,2 4,1 8,8 5,1 7,0 7,1 7,9 6,3 2,2 4,1 4,9 5,3 10,2 6,3 8,0 8,3 9,2 7,1 2,4 5,5 5,8 6,1 11,8 6,7 9,2 9,4 11,7 8,0 2,9 6,4 7,2 7,2 12,3 7,0 10,4 10,9 12,5 9,1 3,5 7,5 8,2 8,2 13,7 7,2 11,3 11,7 13,8 10,1 4,0 8,6 9,4 8,7 14,5 7,8 12,0 12,1 14,2 11,3 4,5 9,4 10,6 9,3 15,2 8,1 13,3 12,9 14,8 12,6 4,6 10,1 11,8 10,1 16,7 8,9 14,3 13,6 15,6 13,7 5,0 11,2 12,4 10,7 17,2 9,8 16,0 14,8 5,4 11,7 13,3 10,3 16,8 12,4 14,4 10,9 17,9 12,9 15,4 11,6 19,8 13,6 15, HCl KCl CaCl2 MgCl2 AlCl Beda tegangan rata-rata Gambar 4.1 Karakteristik I - V membran kitosan larutan elektrolit. Konsentrasi larutan 0,025 M. maka diperoleh persamaan garis yang memenuhi persamaan 2.1. Nilai gradien pada kurva masing-masing larutan elektrolit merupakan representasi nilai konduktansi (g) untuk masing-masing larutan sebagaimana diberikan pada Tabel 4.2 Data pada Tabel 4.2 memperlihatkan bahwa nilai konduktansi membran pada setiap larutan elektrolit adalah berbeda satu sama lainnya. Perbedaan tersebut dapat diakibatkan oleh perbedaan jenis larutan elektrolit dan perbedaan valensi ion. Semakin besar konduktivitas molar dari larutan elektrolit yang digunakan maka nilai konduktansi membran yang diperoleh adalah 61

5 Tabel 4.2 Nilai konduktansi dan standar deviasi membran kitosan. Jenis larutan elektrolit yang digunakan (konsentrasi 0,025 M) Konduktivi tas Molar a (x 10 4 S.m 2.mol -1 ) Konduktansi (Ω -1 ) HCl 349,8 1,11 ± 0,02 AlCl ,68 ± 0,05 CaCl ,12 ± 0,02 MgCl 2 106,1 1,53 ± 0,05 KCl 73,55 0,32 ± 0,01 semakin besar, kecuali larutan HCl. Pada larutan HCl, nilai konduktansi yang dihasilkan saat eksperimen tidak menunjukkan nilai konduktansi yang semakin besar jika disesuaikan dengan referensi. Demikian halnya dengan semakin besar valensi ion maka nilai konduktansi membran yang diperoleh juga semakin besar. V. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian maka dapat disimpulkan bahwa nilai konduktansi membran pada setiap larutan elektrolit adalah berbeda satu sama lainnya. Perbedaan nilai konduktansi tersebut diakibatkan oleh perbedaan jenis larutan elektrolit, dalam hal ini konduktivitas molar dan perbedaan valensi ion. Semakin besar konduktivitas molar dan valensi ion dari larutan elektrolit yang digunakan maka nilai konduktansi membran yang diperoleh semakin besar. DAFTAR PUSTAKA 1. Harianingsih Pemanfaatan Limbah Cangkang Kepiting Menjadi Kitosan Sebagai Bahan Pelapis (Coater) Pada Buah Stroberi. Thesis. Universitas Diponegoro. Semarang. 2. Mulder Marcel, 1996, Basic Principle of Membrane Technology, Kluwer Academic Publishers, London 3. Mahaningsih, Tri Kajian Sifat Listrik Membran Polisulfon yang Didadah Titanium Dioksida (TiO2). Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor: Bogor. 4. Yustina, Nina Pengaruh Konsentrasi dan Valensi Ion Larutan Elektrolit Eksternal Terhadap Konduktans Membran Miliophore pada Berbagai Suhu. Skripsi. IPB. Bogor. Hal Jae-Hwan Choi, Hong-Joo Lee, and Seung-Hyeon Moon Effects of Electrolytes on the Transport Phenomena in a Cation-Exchange Membrane. Journal of Colloid and Interface Science 238, Erika Winasri, Putu Efek Paparan Sinar Ultraviolet-C Terhadap Karakteristik Arus-Tegangan Membran Kitosan. Skripsi. Universitas Udayana. Badung. 62