9 HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil Perlakuan Pasif untuk Tegangan Membran 1.1 Tinjauan Perlakuan Variasi Konsentrasi Gambar 11 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. 1.2 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 12 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.,16,14,12,1,12,1,8,8,6,4,2,6,4,2,,1 1 1 1 Konsentrasi (mm) Gambar 11. Hubungan Tegangan Membran pada Berbagai Konsentrasi Larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3 pada Suhu Ruang, 3 4 5 6 7 8 9 Suhu ( C) Gambar 12. Hubungan Tegangan Membran terhadap Variasi Suhu pada Konsentrasi 1 mm Larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3
Konduktansi (μs) 1,12,1,8,6,4,2, 1 2 3 Valensi Ion,1 mm 1 mm 1 mm Gambar 13. Hubungan Tegangan Membran terhadap Valensi Ion Na +, Mg 2+ dan Al 3+ 1.3 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 1, 2 dan 3. Pemberian variasi valensi ion ternyata berpengaruh terhadap pengukuran tegangan membran. Gambar 13 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 2.1 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, 31,5 28, 24,5 21, 17,5 14, 1,5 7, 3,5,,1 1 1 1 Konsentrasi (mm) Gambar 14. 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 14 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 14 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 1/T yang cenderung linier dengan kemiringan negatif (Gambar 15.1). Gambar 15.1 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 15.2 terlihat bahwa kemiringan grafik lng terhadap 1/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
Konduktansi (μs) ln G ln G 11-8, -9,5-11, -12,5-14, -15,5,27,28,29,3,31,32,33 1/T (K -1 ),1 mm,2 mm 1 mm 1 mm 5 mm 1 mm Gambar 15.1 Hubungan lng terhadap 1/T pada Larutan NaCl untuk 6 Macam Konsentrasi dalam Range suhu (3-9) C -8,,27,28,29,3,31,32,33-9,5-11, -12,5-14, -15,5 1/T (K -1 ) Linear (NaCl) Linear (MgCl2) Linear (AlCl3) Gambar 15.2 Hubungan lng terhadap 1/T untuk Konsentrasi 5 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 1/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 16, 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 3+ + 3 Cl - MgCl 2 Mg 2+ + 2 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. 32 28 24 2 16 12 8 4 1 2 3 Valensi Ion,1 mm 1 mm 1 mm Gambar 16. Hubungan Konduktansi Membran terhadap Valensi Ion Na +, Mg 2+ dan Al 3+
Konduktansi (μs) 12 84 72 6 48 36 24 12 1 1 1 1 1 1 Frekuensi (Hz) Gambar 17. Hubungan Konduktansi Membran terhadap Variasi Frekuensi pada Konsentrasi 1 mm Larutan NaCl, MgCl 2 dan AlCl 3. 2.4 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 17 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 3.1 Tinjauan Perlakuan Variasi Konsentrasi Gambar 18 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 6 5 4 3 2 1-1 -,9 -,8 -,7 -,6 -,5 -,4 -,3 -,2 -,1-1,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1-2 -3-4 -5-6,1 mm,2 mm 1 mm 1 mm 5 mm 1 mm 6 5 4 3 2 1-3 -4-5 -6-1 -,9 -,8 -,7 -,6 -,5 -,4 -,3 -,2 -,1-1,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1-2,1 mm,2 mm 1 mm 1 mm 5 mm 1 mm 6 5 4 3 2 1-1 -,9 -,8 -,7 -,6 -,5 -,4 -,3 -,2 -,1-1,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1-2 -3-4 -5-6,1 mm,2 mm 1 mm 1 mm 5 mm 1 mm Gambar 18. Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Konsentrasi Larutan NaCl, MgCl 2 dan 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 19, terlihat bahwa pengaruh suhu pada konsentrasi NaCl,1 mm dan 1 mm tidak memberikan kontribusi yang signifikan terhadap aliran arus. Pengaruh pemberian
13 6 15 4 1 2 5-1 -,9 -,8 -,7 -,6 -,5 -,4 -,3 -,2 -,1,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1-2 -1 -,9 -,8 -,7 -,6 -,5 -,4 -,3 -,2 -,1,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1-5 -4-1 -6 suhu 3 suhu 4 suhu 5 suhu 6 suhu 7 suhu 8 suhu 9 6 4 2-1 -,9 -,8 -,7 -,6 -,5 -,4 -,3 -,2 -,1,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1-2 -4-15 suhu 3 suhu 4 suhu 5 suhu 6 suhu 7 suhu 8 suhu 9 15 1 5-1 -,9 -,8 -,7 -,6 -,5 -,4 -,3 -,2 -,1,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1-5 -1-6 suhu 3 suhu 4 suhu 5 suhu 6 suhu 7 suhu 8 suhu 9 6 4 2-4 -6-1 -,9 -,8 -,7 -,6 -,5 -,4 -,3 -,2 -,1,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1-2 suhu 3 suhu 4 suhu 5 suhu 6 suhu 7 suhu 8 suhu 9 Gambar 19. Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Variasi Suhu pada Larutan NaCl,1 mm, 1 mm dan 1 mm suhu baru terlihat pada konsentrasi 1 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 1 mm dan 1 mm (Gambar 2 dan Gambar 21). 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 -15 suhu 3 suhu 4 suhu 5 suhu 6 suhu 7 suhu 8 suhu 9 15 1 5-5 -1-15 -1 -,9 -,8 -,7 -,6 -,5 -,4 -,3 -,2 -,1,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1 suhu 3 suhu 4 suhu 5 suhu 6 suhu 7 suhu 8 suhu 9 Gambar 2. Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Variasi Suhu pada Larutan MgCl 2,1 mm, 1 mm dan 1 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
14 1 8 6 4 2-1 -,9 -,8 -,7 -,6 -,5 -,4 -,3 -,2 -,1-2,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1-4 -6-8 -1 suhu 3 suhu 4 suhu 5 suhu 6 suhu 7 suhu 8 suhu 9 1 8 6 4 2-4 -6-8 -1-1 -,9 -,8 -,7 -,6 -,5 -,4 -,3 -,2-2 -,1,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1 suhu 3 suhu 4 suhu 5 suhu 6 suhu 7 suhu 8 suhu 9 1 8 6 4 2-4 -6-8 -1-1 -,9 -,8 -,7 -,6 -,5 -,4 -,3 -,2 -,1-2,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1 suhu 3 suhu 4 suhu 5 suhu 6 suhu 7 suhu 8 suhu 9 Gambar 21. Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Variasi Suhu pada Larutan AlCl 3,1 mm, 1 mm dan 1 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 3 2 1-1 -,9 -,8 -,7 -,6 -,5 -,4 -,3 -,2 -,1,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1-1 -2-3 (R 4 ohm) (C 2 pf) (R 1 ohm) (C 47 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