ELEKTROKIMIA : ELEKTROKIMIA BIOLOGIS

 ELEKTROKIMIA BIOLOGIS

Abstrak

    Dikutip dari buku Belajar Kimia Secara Menarik SMA/MA Kelas XII, Salirawati dkk. (2007:48), sel elektrokimia adalah perubahan kimia yang menghasilkan arus listrik atau sebaliknya. Proses perubahannya disebut sebagai reaksi elektrokimia.

Di dalam sel elektrokimia, reaksi redoks berlangsung di bagian sel yang disebut dengan elektroda. Elektroda adalah material penghantar atau konduktor listrik.

Elektroda yang menjadi tempat terjadinya oksidasi disebut sebagai anoda. Sedangkan elektroda yang menjadi tempat terjadinya reduksi disebut sebagai katoda.

kata kunci : elektrokimia, elektroda, redoks.

Pendahuluan

    Elektrokimia di lingkungan ultrakecil telah muncul sebagai teknik yang semakin penting untuk studi mendasar komunikasi saraf sel tunggal dan pelepasan serta pengambilan kembali molekul pembawa pesan kimia serta pencitraan seluler dan aplikasi elektroporasi skala kecil. Perkembangan metode elektrokimia untuk mendeteksi neurotransmitter dimulai dengan karya terobosan Adams ( 1 ) dan telah berkembang hingga ke titik di mana pelepasan neurotransmitter dari vesikel tunggal dapat dideteksi, seperti yang pertama kali ditunjukkan dalam karya mani oleh Wightman dkk. ( 2 , 3 ). Dalam percobaan perintis ini, elektroda serat karbon berukuran diameter 5 μm ditempatkan berdekatan dengan sel kromafin adrenal sapi yang diisolasi dalam cawan kultur. Sel kemudian distimulasi untuk melepaskannya dengan cara kimia atau mekanis.

    Pemahaman kimia dan struktur pada tingkat sel tunggal merupakan hal yang menarik dalam ilmu biologi dan kedokteran; memang, buku-buku telah ditulis tentang topik yang luas ini ( 4 ). Dalam ilmu saraf, pengetahuan tentang komposisi kimia dan dinamika sel saraf tunggal menghasilkan model proses transmisi saraf seluler yang lebih baik. Peristiwa dinamis utama dalam komunikasi saraf adalah eksositosis, sebuah proses yang telah diselidiki secara luas selama beberapa dekade ( 5 , 6 ). Proses eksositosis dapat diringkas sebagai penyambungan vesikel (kompartemen penyimpanan) ke membran sel dan kemudian melepaskan isinya ke ruang ekstraseluler melalui fusi membran vesikel dan membran seluler. Proses ini memungkinkan konversi sinyal listrik (potensial aksi) menjadi sinyal kimia (pelepasan pembawa pesan dan pengenalan reseptor), yang diperlukan untuk komunikasi eksositosis antar sel.

Pembahasan

ELEKTROKIMIA

    Elektrokimia adalah cabang ilmu kimia fisik yang mempelajari aspek kelistrikan dari reaksi kimia. Elemen yang digunakan dalam reaksi elektrokimia dikarakterisasikan dengan banyaknya elektron yang dimiliki. Secara umum elektrokimia terbagi dalam dua kelompok, yaitu sel galvani dan sel elektolisis. Reaksi elektrokimia dapat berlangsung secara spontan, yaitu ketika dua elektroda yang direndam di dalam cairan elektrolit dihubungkan dengan untai listrik. Elektrokimia digunakan untuk pemurnian dan pelapisan logam serta elektrosintesis. 

Jenis

    Metode elektrokimia didasarkan pada reaksi redoks yang menggabungkan proses oksidasi dan reduksi. Reaksi ini dilakukan pada elektroda yang sama maupun yang berbeda. Sistem elektrokimia terbentuk melalui reaksi elektrokimia yang ditimbulkan oleh sel elektrokimia. Sel elektrokimia terbagi menjadi dua jenis yaitu sel galvani dan sel elektrolisis. Sel galvani menghasilkan listrik karena adanya reaksi spontan, sedangkan sel elektrolisis menghasilkan listrik karena adanya reaksi yang tidak spontan. Reaksi yang terjadi pada sel elektrolisis disebabkan oleh perbedaan potensial yang dipicu dari luar sistem. 

Redoks

Ilustrasi reaksi redoks

Redoks merupakan istilah yang menjelaskan berubahnya bilangan oksidasi (keadaan oksidasi) atom-atom dalam sebuah reaksi kimia. Istilah redoks berasal dari dua konsep, yaitu reduksi dan oksidasi.

• Oksidasi menjelaskan pelepasan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion
• Reduksi menjelaskan penambahan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion. 

oksidator dan reduktor

Oksidator adalah zat yang mengoksidasi zat lain dalam suatu reaksi redoks. Sedangkan reduktor adalah zat yang mereduksi zat lain dalam suatu reaksi redoks.

• Oksidator adalah zat yang mengalami reduksi.
• Reduktor adalah zat yang mengalami oksidasi.

FENOMENA ALAM

Korosi

    korosi merupakan kerusakan logam yang terjadi akibat reaksi elektrokimia ataupun reaksi kimia secara langsung. Peristiwa korosi yang paling umum ditemukan adalah karat pada besi, noda pada perak, serta platina hijau yang terbentuk pada tembaga dan kuningan. Medium korosi dapat dalam keadaan kering maupun basah. Contoh korosi yang berlangsung di dalam medium kering yaitu karat logam besi oleh gas oksigen atau oleh gas belerang dioksida. Sedangkan contoh korosi yang berlangsung dalam medium basah yaitu besi yang direndam dalam asam klorida. Kerusakan akibat korosi memberikan kerugian dalam bidang industri maupun ekonomi.

PENERAPAN

Elektrosintesis

    Elektrosintesis adalah salah satu teknik sintesis yang diterapkan pada bahan anorganik. Prinsip dasar elektrosintesis adalah elektrokimia. Peralatan yang digunakan dalam proses elektrosintesis yaitu dua atau tiga batang elektroda yang dihubungkan dengan arus listrik. Pengaturan kecepatan rekasi dilakukan dengan mengatur beda potensial dan tingkat kerapatan arus listrik pada batas-batas yang diinginkan. Sintesis yang menggunakan metode elektrosintesis mudah untuk dikendalikan dan memiliki tingkat polusi yang sangat rendah.

Tranduser gas

    Transduser gas merupakan transduser yang berfungsi untuk mengetahui keberadaan atau mengukur kuantitas suatu gas tertentu. Salah satu prinsip kerja yang dapat diterapkan pada transduser gas ialah sensor gas elektrokimia. Gas target akan memberikan reaksi kepada sensor gas elektrokimia dan menghasilkan sinyal listrik. Besarnya nilai sinyal listrik yang dikirim sebanding dengan konsentrasi gas. Sensor gas elektrokimia terdiri dari dua buah elektroda yang masing-masing berfungsi sebagai penginderaan dan pencacah kuantitas gas. Kedua elektroda ini dipisahkan oleh lapisan elektrolit yang tipis. Sebelum gas bersentuhan dengan sensor, gas melewati bukaan kapiler tipis dan mengalami difusi selama melalui penghalang hidrofobik hingga mencapai permukaan elektroda. Penghalang hidrofobik mencegah terjadinya kebocoran elektrolit cair dan menghasilkan sinyal listrik yang cukup di elektroda penginderaan. Sensor gas elektrokimia juga memiliki elektroda referensi yang bertugas mempertahankan reaksi elektrokimia berkelanjutan yang terjadi pada permukaan elektroda. Elektroda referensi ini membuat beda potensial yang stabil dan konstan pada elektroda penginderaan. Gas target yang mengalami reaksi elektrokimia menghasilkan aliran arus antara elektroda penginderaan dan pencacah. Pelintasan muatan listrik di elektrida dilakukan oleh elektrolit.

Pembuatan parasetamol

    parasetamol dapat dibuat dengan menggunakan reduksi elektrokimia yang memanfaatkan bahan baku berupa nitrobenzena. Pembuatan parasetamol dengan reduksi elektrokimia menghasilkan rendeman reaksi yang efisien dan memiliki kapasitas obat yang cukup besar. Proses elektrokimia dalam pembuatan parasetamol memerlukan energi yang sangat besar.

Potensiometri

    Pada potensiometri, pengukuran didasarkan pada beda potensial sel elektrokimia saat sedang tidak dialiri oleh arus listrik. Elektrokimia dapat digunakan pada elektroda selektif ion dalam metode elektronalisis. Elektroda selektif ion adalah alat ukur yang digunakan untuk melakukan analisis nilai ion secara kuantitasi. Analisis dilakukan dengan bantuan sensor elektrokimia. Keaktifan rekasi ion akan memberikan perubahan beda potensial terjadi secara berulang-ulang. Elektroda selektif ion memanfaatkan sel elektrokimia sebagai sensor yang menggunakan membran selektif ion. Proses elektrokimia dalam potensiometri menggunakan elektroda selektif ion dengan asam sulfat yang memiliki membran Aliquat-336. Elektroda selektif ion terbuat dari suatu penghantar listrik berupa kawat platina yang dilapisi oleh membran.

Daftar Pustaka

1.       Iyabu, Hendri (2014). Pengantar Elektrode Selektif Ion (PDF). Gorontalo: UNG Press. ISBN 978-979-1340-70-0.

2.       Ningsih, Sherly Kasuma Warda (2016). Sintesis Anorganik (PDF). Padang: UNP Press. ISBN 978-602-1178-14-0.

3.       Yusro, M., dan Diamah, A. (2019). Sensor dan Transduser: Teori dan Aplikasi (PDF). Jakarta: Program Studi Pendidikan Teknik Elektronika, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Jakarta.