Elektrokimia : Sensor Elektrokimia

Bima Ghritrif Aldrajat 41623010027

@Z14-BIMA

Abstrak

Artikel ini membahas tentang elektrokimia dan sensor elektrokimia. Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari reaksi kimia yang melibatkan kelistrikan. Sensor elektrokimia adalah alat yang dapat mengubah fenomena kimia menjadi sinyal elektrik. Sensor elektrokimia memiliki banyak keunggulan dan aplikasi. Artikel ini memberikan contoh dua sensor elektrokimia yang umum digunakan, yaitu sensor pH dan sensor oksigen. Artikel ini juga menjelaskan prinsip kerja, komponen, dan cara pengukuran dari kedua sensor tersebut.

Pendahuluan

Elektrokimia adalah cabang ilmu kimia fisik yang mempelajari aspek kelistrikan dari reaksi kimia. Reaksi elektrokimia dapat berlangsung secara spontan atau tidak spontan, dan melibatkan proses oksidasi dan reduksi. Reaksi ini dilakukan pada elektroda yang sama maupun yang berbeda, yang dihubungkan oleh penghantar listrik dan elektrolit. Elektrokimia memiliki banyak manfaat, seperti dalam bidang energi, material, lingkungan, biologi, dan analisis. 

Salah satu penerapan elektrokimia adalah sensor elektrokimia. Sensor elektrokimia adalah alat yang mampu menangkap fenomena berupa zat kimia (baik gas maupun cairan) untuk kemudian diubah menjadi sinyal elektrik. Sensor elektrokimia memanfaatkan prinsip reaksi redoks yang terjadi pada permukaan elektroda. Sensor elektrokimia memiliki beberapa keunggulan, seperti sensitivitas tinggi, limit deteksi yang rendah, fleksibilitas dan portabilitas alat, serta biaya yang murah. 

Sensor elektrokimia dapat digunakan untuk berbagai aplikasi, seperti deteksi dini penyakit, pemantauan kualitas lingkungan, analisis makanan dan minuman, dan lain-lain. Beberapa contoh sensor elektrokimia yang umum digunakan adalah sensor pH dan sensor oksigen. Sensor pH adalah sensor yang mengukur konsentrasi ion hidrogen dalam larutan. Sensor oksigen adalah sensor yang mengukur konsentrasi oksigen dalam suatu medium. 

Tujuan dari artikel ini adalah untuk memberikan gambaran umum tentang elektrokimia dan sensor elektrokimia, serta menjelaskan secara rinci tentang sensor pH dan sensor oksigen. Artikel ini terdiri dari tiga bagian utama, yaitu sensor pH, sensor oksigen, dan kesimpulan.

Elektrokimia : Sensor Elektrokimia

Elektrokimia adalah cabang ilmu kimia fisik yang mempelajari aspek kelistrikan dari reaksi kimia. Reaksi elektrokimia dapat berlangsung secara spontan atau tidak spontan, dan melibatkan proses oksidasi dan reduksi. Reaksi ini dilakukan pada elektroda yang sama maupun yang berbeda, yang dihubungkan oleh penghantar listrik dan elektrolit. 

Sensor elektrokimia adalah alat yang mampu menangkap fenomena berupa zat kimia (baik gas maupun cairan) untuk kemudian diubah menjadi sinyal elektrik. Sensor elektrokimia memanfaatkan prinsip reaksi redoks yang terjadi pada permukaan elektroda. Sensor elektrokimia memiliki beberapa keunggulan, seperti sensitivitas tinggi, limit deteksi yang rendah, fleksibilitas dan portabilitas alat, serta biaya yang murah. 

Sensor elektrokimia dapat digunakan untuk berbagai aplikasi, seperti deteksi dini penyakit, pemantauan kualitas lingkungan, analisis makanan dan minuman, dan lain-lain.

Beberapa contoh sensor elektrokimia yang umum digunakan adalah sensor pH dan sensor oksigen. 

Sensor pH

Sensor pH adalah sensor elektrokimia yang mengukur konsentrasi ion hidrogen (H+) dalam larutan. Sensor pH terdiri dari dua elektroda, yaitu elektroda indikator dan elektroda referensi. Elektroda indikator biasanya terbuat dari kaca yang berisi larutan elektrolit dengan pH tetap. Elektroda referensi biasanya terbuat dari logam perak yang disalut perak klorida (AgCl) yang direndam dalam larutan kalium klorida (KCl). 

Prinsip kerja sensor pH adalah sebagai berikut:

- Ketika elektroda indikator dimasukkan ke dalam larutan yang akan diukur pH-nya, terjadi perbedaan potensial antara larutan dalam elektroda dan larutan luar. Perbedaan potensial ini dipengaruhi oleh konsentrasi ion hidrogen dalam larutan luar.

- Perbedaan potensial ini kemudian ditransmisikan ke elektroda referensi melalui penghantar listrik. Elektroda referensi berfungsi sebagai titik acuan yang memiliki potensial tetap dan tidak dipengaruhi oleh larutan luar.

- Perbedaan potensial antara kedua elektroda ini dapat diukur dengan voltmeter dan dikonversi menjadi nilai pH dengan menggunakan persamaan Nernst. Persamaan Nernst adalah persamaan yang menghubungkan potensial sel dengan konsentrasi zat terlarut.

Sensor Oksigen

Sensor oksigen adalah sensor elektrokimia yang mengukur konsentrasi oksigen (O2) dalam suatu medium, seperti udara, air, atau darah. Sensor oksigen terdiri dari tiga elektroda, yaitu elektroda kerja, elektroda lawan, dan elektroda referensi. Elektroda kerja biasanya terbuat dari logam platinum yang berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi reduksi oksigen. Elektroda lawan biasanya terbuat dari logam timbal yang berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi oksidasi timbal. Elektroda referensi biasanya terbuat dari logam perak yang disalut perak klorida (AgCl) yang direndam dalam larutan kalium klorida (KCl).

Prinsip kerja sensor oksigen adalah sebagai berikut:

- Ketika sensor oksigen ditempatkan dalam medium yang akan diukur konsentrasi oksigennya, terjadi reaksi redoks antara oksigen dan timbal pada permukaan elektroda. Reaksi redoks ini dapat dituliskan sebagai berikut:

O2​+2H2​O+4e−→4OH−(pada elektroda kerja)

Pb+2OH−→Pb(OH)2​+2e−(pada elektroda lawan)

- Reaksi redoks ini menghasilkan aliran elektron dari elektroda lawan ke elektroda kerja. Aliran elektron ini sebanding dengan konsentrasi oksigen dalam medium. Aliran elektron ini kemudian ditransmisikan ke elektroda referensi melalui penghantar listrik. Elektroda referensi berfungsi sebagai titik acuan yang memiliki potensial tetap dan tidak dipengaruhi oleh medium luar.

- Aliran elektron antara kedua elektroda ini dapat diukur dengan amperemeter dan dikonversi menjadi nilai konsentrasi oksigen dengan menggunakan kurva kalibrasi. Kurva kalibrasi adalah grafik yang menggambarkan hubungan antara aliran elektron dengan konsentrasi oksigen yang diketahui. 

Kesimpulan

Artikel ini telah membahas tentang elektrokimia dan sensor elektrokimia. Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari reaksi kimia yang melibatkan kelistrikan. Sensor elektrokimia adalah alat yang dapat mengubah fenomena kimia menjadi sinyal elektrik. Sensor elektrokimia memiliki banyak keunggulan dan aplikasi.

Artikel ini juga telah memberikan contoh dua sensor elektrokimia yang umum digunakan, yaitu sensor pH dan sensor oksigen. Sensor pH adalah sensor yang mengukur konsentrasi ion hidrogen dalam larutan. Sensor pH terdiri dari dua elektroda, yaitu elektroda indikator dan elektroda referensi. Sensor pH bekerja dengan mengukur perbedaan potensial antara kedua elektroda yang dipengaruhi oleh konsentrasi ion hidrogen dalam larutan. Sensor pH dapat diukur dengan menggunakan persamaan Nernst. 

Sensor oksigen adalah sensor yang mengukur konsentrasi oksigen dalam suatu medium. Sensor oksigen terdiri dari tiga elektroda, yaitu elektroda kerja, elektroda lawan, dan elektroda referensi. Sensor oksigen bekerja dengan mengukur aliran elektron yang dihasilkan oleh reaksi redoks antara oksigen dan timbal pada permukaan elektroda. Sensor oksigen dapat diukur dengan menggunakan kurva kalibrasi. 

Soal

1. Apa yang dimaksud dengan aktivitas ion hidrogen dalam persamaan Nernst untuk sensor pH?

Jawaban: Aktivitas ion hidrogen adalah ukuran efektif konsentrasi ion hidrogen dalam larutan. Aktivitas ion hidrogen dapat berbeda dari konsentrasi aktual karena adanya interaksi antara ion-ion dalam larutan. Aktivitas ion hidrogen dapat dihitung dengan mengalikan konsentrasi ion hidrogen dengan koefisien aktivitas, yang bergantung pada sifat larutan dan suhu.

2. Bagaimana cara mengkalibrasi sensor oksigen dengan menggunakan kurva kalibrasi?

Jawaban: Cara mengkalibrasi sensor oksigen adalah dengan mengukur aliran elektron yang dihasilkan oleh sensor oksigen pada beberapa medium dengan konsentrasi oksigen yang diketahui. Kemudian, membuat grafik yang menggambarkan hubungan antara aliran elektron dengan konsentrasi oksigen. Grafik ini disebut kurva kalibrasi. Dengan menggunakan kurva kalibrasi, kita dapat menentukan konsentrasi oksigen pada medium yang tidak diketahui dengan mengukur aliran elektron yang dihasilkan oleh sensor oksigen pada medium tersebut.

Daftar Pustaka

ELEKTROKIMIA - Staff Site Universitas Negeri Yogyakarta.

Sensor Elektrokimia | Mitsal Shafiq Sulasno - Academia.edu.