Praktikum Analisis Elektrokimia || Penentuan Parameter Elektrokimia Ferrocene dengan Cyclic Voltametry ||

Tujuan
Menentukan parameter elektrokimia seperti arus puncak, potensial puncak baik oksidasi maupun reduksi dari ferrocene.

Dasar Teori
Voltametri siklik merupakan teknik yang banyak digunakan untuk mendapatkan informasi tentang reaksi elektrokimia. voltametri siklik diperoleh dari scan potensial melawan densitas arus dengan berbagai kecepatan scan. Dari voltamogram siklik didapatkan beberapa nilai parameter penting seperti potensial puncak anoda (Epa), potensial puncak katoda (Epc), puncak arus anoda (ipa), puncak arus katoda (ipc), potensial setengah katoda (Ep/2) dan potensial setengah gelombang (E1/2).
Menurut reaksi redoks O + ze → R, potensial elektroda dapat ditunjukkan oleh persamaan:

E = E° - RT/zF ln (CR/CO)

Dimana:
E° = potensial tetap sistem dapat berbalik (reversible system)
CR dan CO = konsetrasi spesies yang mengalami oksidasi dan reduksi.

Contoh Voltamogram Siklik

Jika arus yang mengalir melalui sel elektrolisis dan keseimbangan di antara muka elektroda-larutan diganggu, seterusnya potensia dan keseimbangan dinaikkan dan konsentrasi spesies elektroaktif di permukaan elektroda dikontrol dalam nilai yang baru maka kecepatan perpindahan spesies elektroaktif dari elektroda menjadi tetap.
Keadaan mantap (steady state) adalan dimana fenomena keseimbangan terjadi di antara permukaan elektroda dan larutan, dan keadaan ini tergantung pada waktu. Walau bagaimanapun waktu yang tertentu diperukan untuk terjadinya perubahan dari keadaan keseimbangan menjadi keadaan mantap. Dalam keadaan tersebut potensial elektroda, arus, dan konsentrasi spesies diantara elektroda-larutan bergantung pada waktu. Kebergantungan potensial dan arus terhadap waktu merupakan dasar dari elektrokimia. Kajian diatas adalah sangat berguna karena informasi tentang penjerapan perantara dan reaktan dalam reaksi atau semua proses yang terjadi di permukaan elektroda dapat diketahui.
Teknik voltametri siklik menggunakan dua pendekatan yaitu :

1. Scan satu siklik yaitu satu grafik i-E direkam, voltamogram dengan konsentrasi yang asli (original) didapatkan.
2. Teknik dengan banyak scan (lebih dari satu siklik) yaitu beberapa grafik i-E direkam.

Perubahan konsentrasi spesies elektroaktif dipermukaan elektroda (termasuk hasil reaksi elektroda) dari satu siklik ke siklik yang lain adalah profil dari grafik i-E. perbedaan yang signifikan akan diperoleh antara siklik pertama dan kedua. Grafik i-E dengan lebih dari satu siklik dapat digunakan untuk mempelajari kestabilan senyawa dan elektroda.
Voltamogram siklik menunjukkan voltamogram siklik dengan scan ke arah potensial positif. Arus awal merupakan arus tidak faraday (non-faradic) seterusnya dengan perubahan potensial terjadi perubahan muatan listrik dua lapis. Dengan menaikkan potensial dalam reaksi oksidasi arus mengalami kenaikan secara cepat hingga ke potensial tertentu, sehingga arus maksimum atau arus puncak (ip) akan diperoleh. Potensial pada arus maksimum dinamakan potensial puncak, (Ep) dimana pada potensial ini konsentrasi bahan reaksi di permukaan elektroda hampir nol. Kemudian arus akan menurun hingga pada keadaan resapan terbatas seperti yang diperoleh dari polarografi. Arah potensial yang diterapkan diubah ke arah katoda dan arus menurun dengan cepat. Perubahan arus telah ditunjukkan sama dengan dua kali arus yang diperukan untuk mengubah apisan ganda istrik (electric double layer) dari potensial elektroda tertentu. Arus meningkat secra perlahan sehingga hasil reaksi oksidasi elektrokimia mengalami reduksi di permukaan elektroda dimana terdapat peningkatan arus secara cepat dan didapatkan potensial katoda maksimum (Ep) dan arus katoda maksimum (ip). Arus kemudian menurun dari resapan terbatas sehingga siklik lengkap.

Alat

1. Autolab metrohm
2. Elektroda batang Pt
3. Elektroda lempengan Pt
4. Elektroda rujukan

Bahan

1. K4Fe(CN)6.3H2O  0,025 M
2. KNO3 0,1 M

Cara Kerja

1. Siapkan instrumen autolab. Alat dibersihkan dengan tisu seperti semua elektroda yang terdiri dari kepingan Pt, batangan Pt dan elektroda rujukan dengan menggunakan akuades.
2. Alat dicek dengan DUM CELL, jika semua parameter bertanda hijau maka sel sudah siap digunakan.
3. Masukkan larutan 0,025 M K4Fe(CN)6.3H2O  sebanyak 2 mL dalam 0,1 M KNO3 5 mL dalam sel elektrolisis dan pasang elektroda anoda dan katoda Pt serta elektroda rujukan dan hubungkan dengan kabel sesuai dengan tulisan yang tertera pada kabel tersebut.
4. Setelah sel siap digunakan masukkan data-data seperti potensial awal: 300mV, potensial akhir +600mV dan kecepatan scan 50 mV/sec pada program.
5. Setelah didapatkan data voltamogram tentukan arus puncak anoda dan katoda, potensial puncak anoda dan katoda.
6. Lakukan percobaan dengan menggunakan satu kali putaran dan lima kali putaran (tanpa mengganti larutan).
7. Lakukan percobaan dengan menggunakan kecepatan scan 50, 75, 100, dan 400 mV/sec (tanpa mengganti larutan).

Pembahasan
Ferrocene (K4Fe(CN)6.3H2O) merupakan kristal berwarna oranye yang larut dalam eter, meleleh pada suhu 174℃. Bahan ini biasanya digunakan sebagai pengendali pembakaran dalam aditif bahan bakar, dan untuk penstabil panas dalam pelumas dan plastik. Pada percobaan kali ini ferrocene akan dianalisis dengan metode elektrokimia menggunakan instrument alat voltametri siklik.
Metode elektrokimia didasarkan pada reaksi reduksi dan oksidasi suatu analit yang menghasilkan terjadinya tranfer elektron berupa besaran arus yang dapat diukur. Besarnya arus yang dihasilkan ini sebanding dengan konsentrasi analit yang diukur.
Voltametri siklik merupakan salah satu teknik dari metode elektrokimia yang dapat memberikan informasi kualitatif dan kuantitatif suatu analit. Informasi kualitatif analit ditunjukkan dari puncak potensial oksidasi dan reduksi, sedangkan informasi kuantitatif dilihat dari puncak arus oksidasi dan reduksinya. Voltametri siklik dapat digunakan untuk mengkarakterisasi film polimer konduktif, yang dalam hal ini merupakan metode yang dipilih untuk mempelajari reversibilitas tranfer elektron karena oksidasi dan reduksi dapat diamati dari voltamogram siklis. Selain itu kelebihan voltametri siklik dibanding instrument lain yaitu praktis dan dapat digunakan dimana saja (portabel). Elektrokimia voltametri siklik menggunakan sistem tiga elektroda yaitu elektroda kerja Pt (platinum), elektroda pembanding Pt dan elektroda reference Ag/AgCl. Elektroda kerja pada voltametri tidak bereaksi akan tetapi merespon elektroda aktif apa saja yang ada dalam sampel. Pemilihan elektroda bergantung pada besarnya range potensial yang diinginkan untuk menguji sampel. Penambahan larutan elektrokimia ini dimaksudkan untuk meningkatkan migrasi sel elektrokimia.
Dari hasil voltamogram menunjukkan adanya puncak oksodasi di daerah 0,2881 V untuk kecepatan scan 0,05 V/sec dan pada putaran 1 kali. Hal ini menunjukkan bahwa ketika sistem dialiri arus senyawa yang diuji akan teroksidasi dan permukaan elektroda kerja akan tereduksi. Reaksi oksidasinya adalah sebagai berikut:

〖Fe〗^(2+)→ 〖Fe〗^(3+) + e^-

Reaksi oksidasi ferrocene menjadi ferrocenium yang pada dasarnya merupakan oksidasi dari 〖Fe〗^(2+) menjadi 〖Fe〗^(3+).
Puncak reduksi yang terlihat pada kecepatan scan 0,05 V/sec dan pada putaran 1 kali yaitu 0,083 V merupakan hasil reduksi 〖Fe〗^(3+) menjadi 〖Fe〗^(2+).
Kecepatan scan pada percobaan ini dilakukan dengan 3 kali rentang percobaan yaitu 0,05 V/s; 0,075 V/s dan 0,10 V/s dengan 1 kali dan 5 kali putaran. Pada 5 kali putaran voltamogram yang didapat lebih bagus hasilnya dan lebih spesifik sehingga bentuk voltamogramnya lebih rapat. Pada setiap kecepatan scan dan putaran memiliki potensial puncak oksidasi dan reduksi masing-masing serta arus puncak oksidasi dan reduksi.
Arus puncak tertinggi dari oksidasi sebesar 0,000404 A sedangkan reduksinya -0,00045 A. potensial puncak tertinggi oksidasi pada 0,30029 V dan reduksinya 0,10986 V. arus puncak tertinggi dan potensial puncak tertinggi terletak pada kecepatan scan 0,10 V/s. jadi kecepatan scan mempengaruhi proses analisis untuk penentuan arus dan potensial. Pada proses analisis ini digunakan larutan elektrolit KNO3 0,1 M.

Kesimpulan
Parameter elektrokimia ferrocene dari analisis dengan cyclic voltametry didapatkan arus puncak dan potensial puncak pada kecepatan scan 0,10 V/s. arus puncak oksidasi sebesar 0,000404 A dan reduksi sebesar -0,00045 A. potensial puncak oksidasi sebesar 0,30029 V dan reduksi sebesar 0,10986 V.

Daftar Pustaka
Chanda Debnath and Astrid Ortner, Metalloidphthallo Cyanine Modifiel Carbon Paste Electrodes for Determinations of Antimalaria Arteminin 12th Internation Conference on Electroanalizer.
Khopkar, 1990, Konsep Dasar Kimia Analitik, UI Press, Jakarta.
Wans, Joseph, 2006, Analytical Elektrochemistry, John Wiley and Sons, New York.

Posted by CLAS ID