MEMBUAT BAHAN DAN ALAT EKSPERIMEN KIMIA

EKPERIMEN BERBASIS BAHAN SEKITAR

Gambar 1. Bohlam Bekas Untuk Tempat Larutan

1. Kaca Bohlam Bekas Sebagai Tempat Larutan

Pengganti tabung reaksi ini disarankan jika tidak terdapat tabung reaksi sama sekali. Penggunaan bohlam bekas sebagai tempat larutan ini akan tidak efektif jika tidak dilakukan dengan benar. Cara membuka tutup bohlam bekas memerlukan teknik khusus dimana logam yang melapisi ujung bohlam jangan sampai terlepas. Jika ujung bohlam terlepas akan menyebabkan ujungnya menjadi sangat tajam.

Seperti pada gambar(1), bohlam digunakan sebagai tempat elektrolisis. Pada elektrolisis asam sulfat dengan elektroda tembaga akan dihasilkan warna biru tembaga(II) sulfat. Warna biru ini khas untuk ion Cu²⁺ dalam pelarut air. Pewarnaan biru tua akan muncul dengan penambahan zat yang bersifat basa lewis. Contoh zat bertindak sebagai basa lewis adalah amoniak, ion hidroksida dan ion tartrat. Pewarnaan biru tua ini disebabkan ion kompleks Cu²⁺ yang terjadi pada larutan. Kompleks ini merupakan agen pengoksidasi yang biasa digunakan sebagai pengidentifikasi kandungan gula pereduksi.

2. Elektroda

Elektroda merupakan istilah yang umum digunakan dalam semua sistem elektrokimia yang melibatkan listrik. Permukaan Elektroda ini merupakan tempat terjadinya reaksi kimia. Jika pada sel galvani terjadi reaksi kimia untuk menghasilkan energi listrik maka pada sel elektrolsis terjadi hal kebalikannya. Sel elektrolisis memanfaatkan energi listrik untuk menghasilkan reaksi kimia.

Berdasarkan aktivitasnya, elektroda dapat dibagi menjadi  2, yaitu elektroda inert dan elektroda aktif. Elektroda inert adalah elektroda yang tidak ikut bereaksi dalam sistem elektrokimia. Elektroda ini hanya menyediakan tempat untuk terjadinya reaksi kimia. Contoh untuk elektroda jenis ini adalah karbon, platina dan emas. Elektroda karbon lebih sering digunakan karena harganya yang murah dan mudah didapat.

Elektroda jenis kedua adalah elektroda aktif. Elektroda ini dapat mengalami reaksi kimia dalam suatu reaksi elektrokimia. Jenis elektroda ini akan cenderung teroksidasi menjadi ion pada anoda. Contoh untuk elektroda ini adalah tembaga, seng, besi, dan kebanyakan logam transisi. Pada elektrolisis asam sulfat dengan menggunakan elektroda tembaga akan menghasilkan larutan tembaga (II) sulfat. Logam tembaga biasanya didapat dari isi kabel yang berwarna coklat kekuningan.

Gambar 2. Isi Kabel Merupakan Tembaga

3. Elektrolisis Untuk Mendapatkan Larutan Dan Mengubahnya Menjadi Suatu Pereaksi(Regensia)

Elektrolisis merupakan salah satu sistem elektrokimia yang menggunakan energi listrik untuk menghasilkan suatu reaksi kimia. Dalam hal ini elektrolisis bertujuan untuk mendapatkan suatu larutan yang dapat dimanfaatkan sesuai kebutuhan. Penjelasan untuk sistem elektrokimia ini didapatkan pada kelas XII jenjang Sekolah Menengah Atas, karenanya hanya akan sedikit dibahas disini.

Komponen elektrolisis setidaknya membutuhkan 3 bagian utama, yaitu elektroda, elektrolit dan sumber arus listrik searah. Elektroda dibagi menjadi 2 bagian, yaitu katoda dan anoda. Pada katoda selalu terjadi reaksi reduksi dari komponen larutan. Pada anoda selalu terjadi reaksi oksidasi dari komponen larutan atau elektroda itu sendiri yang mengalami oksidasi. Dengan mengkondisikan jenis larutan dan jenis elektroda, kita dapat membuat larutan sesuai dengan yang kita inginkan.

Barangkali metode analisis dengan menggunakan elektrolisis adalah metode yang cukup efesien. Elektrolisis larutan NaCl dengan elektroda karbon akan menghasilkan larutan yang bersifat basa. Sifat basa ini terjadi karena reduksi dari air pada katoda.

2H₂O_(l) + 4e à 2OH^1-_(aq) + H_2(g) ............................................................................................ ...(1)

Ion hidroksida (OH^-) pada larutan dapat bergabung dengan ion Na⁺ dari NaCl dan menjadi NaOH. Ini adalah contoh pembuatan larutan dengan metode elektrolisis. Kenyataannya larutan selalu menjadi agak kehitaman. Hal ini disebabkan elektroda karbon yang larut dalam larutan. Akan tetapi, hal ini tidak mengganggu dalam eksperimen kualitatif.

Pembuatan larutan dengan metode ini penting jika tidak terdapat sama sekali zat-zat kimia. Oleh karenanya, akan dijelaskan satu persatu pembuatan larutan dengan metode ini berikut cara penggunaannya.

Gambar 3. Rangkaian Elektrolisis

3.1. NaOH

Larutan ini dibuat dengan mengelektrolisis larutan garam dapur jenuh dengan elektroda karbon. Pembuatan larutan ini adalah yang paling mudah didapat bahan-bahannya. Larutan elektrolit yang digunakan adalah larutan NaCl jenuh dengan melarutkan sebanyak mungkin garam dapur dalam 100 mL air. Elektroda karbon dapat diambil dari baterai bekas. Baterai terdiri dari elektroda karbon yang terdapat ditengahnya. Cara mengambilnya adalah dengan membuka baterai tersebut.

Elektrolisis larutan garam dapur ini juga menghasilkan gas hidrogen pada katoda (reaksi 1) dan gas klorin pada anoda. Gas klorin ini berbahaya dan jangan sampai terhirup. Setelah elektrolisis dihentikan(+/- 4 jam) biarkan larutan terbuka selama 1 jam untuk menghilangkan gas klorin dari larutan.

Gas hidrogen merupakan gas ringan yang mudah terbakar. Untuk itu, jangan didekatkan dengan api ketika gas ini memenuhi ruang elektrolisis. Terjadinya NaOH dapat diketahui dengan mengambil sampel dan menetesinya dengan air perasan kunyit. Jika larutan bersifat basa(NaOH), larutan kunyit akan berwarna merah. Pada pembuatan larutan ini dimungkinkan larutan berubah menjadi agak kehitaman. Hal ini disebabkan elektroda karbon yang luntur selama proses elektrolisis. Tetapi hal ini tidak mengganggu dalam eksperimen-eksperiman yang akan dilakukan.

3. 2. Tembaga (II) Sulfat (CuSO₄)

Larutan ini dibuat dengan mengelektrolisis larutan asam sulfat encer dengan elektroda tembaga. Asam sulfat encer dapat diambil dari air aki zirr yang biasa dijual dibengkel motor. Elektroda tembaga bisa diambil dari isi kabel. Tembaga adalah logam yang berwarna coklat kekuningan.

Pada pembuatan larutan ini, akan dihasilkan pewarnaan biru yang khas dari ion Cu²⁺ dalam air(gambar 1). Larutan biru ini akan semakin terlihat seiring elektrolisis dilakukan. Anoda(kutub positif) akan semakin berkurang karena oksidasi dari tembaga (Cu).

Anoda             :          Cu_(s) à Cu²⁺_(aq) + 2e

Katoda                        :          2H⁺_(aq) + 2e à H_2(g)

Reaksi sel         :         2H⁺_(aq) + Cu_(s) à H_2(g)  + Cu²⁺_(aq)........................................(2)

Larutan asam sulfat ini lama kelamaan akan menjadi encer dan bahkan dapat hilang sama sekali. Akan tetapi, untuk mendapatkan larutan yang bebas dari asam membutuhkan waktu yang sangat lama. Untuk itu, elektrolisis cukup sampai warna biru tembaga(II) sulfat nampak jelas. Larutan dapat dipekatkan dengan jalan memanaskannya, tetapi panaskan larutan ini pada udara terbuka. Asam sulfat merupakan zat yang berbahaya dalam keadaan gas. Jangan sampai menghirup gas dari asam sulfat.

Hal yang perlu diperhatikan dalam pembuatan larutan ini adalah asam sulfat merupakan air keras. Jangan sampai terkena kulit secara langsung. Pakailah sarung tangan karet pada setiap eksperimen.

3. 3. Larutan Indikator Basa

Dalam kehidupan sehari-hari, larutan yang bersifat basa banyak digunakan. Contohnya adalah sabun, detergen dan obat maag. Dalam eksperimen, larutan yang bersifat basa digunakan sebagai pereaksi. Contoh larutan basa adalah NaOH, KOH, dan senyawa-senyawa yang melepaskan ion hidroksida dalam air. Indikator basa adalah zat yang berubah warnanya jika berinteraksi dengan zat yang bersifat basa. Dalam laboratorium biasanya digunakan indikator kertas lakmus merah.

Indikator alam juga banyak digunakan di laboratorium. Dalam hal ini, kunyit merupakan indikator basa yang khas. Air perasan kunyit dapat digunakan untuk mengetahui kebasaan suatu larutan. Larutan kunyit yang semula kuning akan berubah menjadi merah jika berinteraksi dengan suatu larutan basa.

Untuk memudahkan penggunaan, kunyit digunakan untuk mewarnai kertas. Kertas ini berfungsi seperti kertas indikator. Potongan kecil dari kertas ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi kebasaan suatu larutan. Banyak ekstrak dari air bunga juga dapat digunakan  sebagai indikator basa.

3. 4. Regensia Pengoksidasi

Regensia (pereaksi) adalah larutan yang telah diketahui isi zat-zatnya dan reaksinya terhadap zat lain. Dalam hal ini, regensia pengoksidasi adalah regensia yang dapat mengoksidasi zat lain. Istilah ini umum terdapat dalam kebanyakan Blog kimia. Suatu regensia pengoksidasi dapat mengoksidasi zat lain dan mengalami perubahan kimia. Dalam analisis kimia, regensia ini digunakan untuk mengidentifikasi sifat suatu zat. Suatu zat yang dapat bereaksi dengan pengoksidasi merupakan zat pereduksi. Istilah oksidasi berarti mengalami kenaikan bilangan oksidasi. Sebaliknya, reduksi berarti mengalami penurunan bilangan oksidasi.

Secara umum, semua pereduksi dapat bereaksi dengan zat pengoksidasi. Hal ini penting untuk dipahami karena dalam analisis nanti akan dipelajari bagaimana zat-zat ini dapat berinteraksi dan diketahui  sifatnya. Pembuatan regensia pengoksidasi ini bersifat kualitatif, artinya hanya dapat digunakan untuk menentukan ada tidaknya suatu zat pereduksi. Pembuatan larutan-larutan ini menggunakan bahan-bahan disekitar kita, sebaiknya lakukan prosedur dengan benar agar tidak terjadi kesalahan. Kemungkinan terjadi kesalahan cukup besar jika tidak dilakukan sesuai prosedur.

3. 5. Regensia kompleks Cu²⁺

Regensia ini merupakan contoh dari regensia pengoksidasi. Regensia ini umum digunakan sebagai penguji kandungan gula pereduksi dalam sampel. Dalam beberapa Blog ditulis sebagai regensia fehling atau benedict. Hanya saja pengompleks yang digunakan dalam regensia ini agak berbeda. Untuk lebih sederhananya kita gunakan istilah regensia Cu untuk menamai pereaksi ini.

3. 5. 1. Prosedur pembuatan

1.      Siapkan larutan CuSO₄ seperti pada no. 3.2.

2.      Siapkan larutan NaOH seperti pada No. 3.1, larutan NaOH yang digunakan haruslah pekat. Untuk memekatkan larutan ini adalah dengan cara memanaskannya sampai volumenya menjadi ¼ kali semula.

3.      Tambahkan sedikit demi sedikit NaOH kedalam larutan CuSO_4.

4.      Pewarnaan biru tua akan muncul dan tidak terjadinya endapan merupakan tanda pembuatan larutan berhasil.

5.      Jika terjadi endapan dan larutan tidak berwarna biru tua, pembuatan larutan gagal. Hal ini disebabkan larutan NaOH yang digunakan kurang pekat. Untuk itu, larutan sebaiknya dibuat sedikit demi sedikit(Larutan dibuat beberapa kali dengan membagi larutan CuSO₄ dalam beberapa wadah).

Larutan biru tua ini serba guna dalam eksperimen yang akan dilakukan.

Gambar 4. Warna Biru Tua dari Regensia Cu

3. 6. Sumber asam organik

Asam-asam organik merupakan asam yang berasal dari mahluk hidup. Contoh yang paling mudah adalah cuka. Cuka glasial adalah larutan asam asetat pekat yang biasa digunakan untuk memasak. Contoh lain adalah asam sitrat dari buah jeruk dan asam oksalat dari buah belimbing. Tetapi, asam dari buah ini jarang digunakan dalam praktikum karena konsentrasinya yang sangat rendah.

Asam cuka dan asam tartrat juga bisa digunakan sebagai pengompleks regensia Cu, dengan sebelumnya ditambahi basa kuat untuk menetralkan asamnya. Asam cuka juga dapat dielektrolisis dengan katoda tembaga untuk mendapatkan ion Cu²⁺  dalam ion asetat. Asam organik dipilih karena tidak berbahaya jika terkena kulit secara langsung.

3. 7. Pembakar spiritus

Pembakar ini dibuat dengan menggunakan botol bekas yang tidak terlalu tinggi. Gunakan tutup botol yang terbuat dari logam untuk menahan kain dari sumbunya. Isilah botol dengan menggunakan spiritus atau metanol.

Gambar 5. Pembakar Spiritus dari Botol Bekas

3.8. larutan penyangga

Larutan peyangga adalah larutan yang dapat mempertahankan pH dalam larutannya. Larutan ini dapat mempertahankan pH karena terdapat kesetimbangan asam lemah dan garam konjugasinya. Aplikasi larutan penyangga dalam kehidupan sangat banyak. Terutama pada minuman kemasan yang beredar di pasaran. Biasanya pengatur kesaman(pengatur keasaman dalam minuman adalah larutan penyangga) dalam minuman berupa asam sitrat dan natrium sitrat.

Kita dapat dengan mudah membuat larutan penyangga dengan mencampurkan asam cuka dengan soda kue. Reaksinya akan menghasilkan gelembung gas karbondioksida seperti pada minuman berkarbonasi. Hasilnya berupa asam asetat dan natrium asetat sebagai larutan penyangga.

4. Pengantar Eksperimen

Setelah kita mampu membuat alat-alat dan bahan-bahan dari bahan sekitar maka kita akan mempelajari bagaimana menggunakannya. Eksperimen-eksperimen yang ditulis disini bersifat kualitatif, artinya kita hanya mengetahui sifat dari suatu zat dan tidak terhitung konsentrasinya. Kerja yang dilakukan disini hampir sama dengan kerja di laboratorium dan mungkin akan lebih sulit karena terbatasnya alat. Akan tetapi, inilah tujuan Blog ini ditulis, untuk memudahkan eksperimen jika anda berada dirumah. Pastikan anda optimis untuk berhasil karena prosedur yang sudah disederhanakan.

Dalam Blog ini hanya ditulis alat dan bahan yang mudah ditemukan dalam kehidupan sehari-hari saja. Hal ini dikarenakan Blog ini bersifat edukatif, ditujukan untuk proyek-proyek pendidikan, seperti melaksanakan eksperimen atau membuat karya ilmiah remaja. Digunakannya bahan-bahan sekitar memungkinkan siswa untuk berkreatifitas dalam mengembangkan tingkat pemahamannya. Dan lagi, eksperimen dapat dilakukan dirumah sehingga pembelajaran tetap berlanjut meski siswa telah pulang sekolah. Disini hanya ditulis sebagian kecil dari banyak eksperimen yang dapat dilakukan.

4. 1. Karbohidrat

Sebelum kita menginjak pada cara kerja eksperimen, kita akan membahas satu persatu alur dari eksperimen ini. Karbohidrat banyak ditemui dikehidupan sehari-hari. Karbohidrat juga merupakan sumber energi utama bagi manusia. Karbohidrat terdiri dari unsur C, H, dan O yang membentuk suatu polihidroksi aldehid atau keton atau turunan mereka.

Karbohidrat yang paling sederhana disebut monosakarida. Suatu molekul monosakarida tidak dapat dihidrolisis(dipecah) menjadi satuan yang lebih kecil lagi. Glukosa, monosakarida terpenting, kadang-kadang disebut dengan gula darah(karena dijumpai dalam darah). Mamalia dapat mengubah sukrosa, laktosa(gula susu), maltosa dan pati menjadi glukosa, yang kemudian dapat digunakan sebagai sumber energi oleh organisme itu.

Disakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari 2 satuan monosakarida. Contoh disakarida adalah sukrosa(gula pasir), hidrolisisnya akan menghasilkan 2 satuan monosakarida(fruktosa dan glukosa). Pada umumnya monosakarida dan disakarida berasa manis. Gula paling manis adalah fruktosa(gula buah, madu).

Polisakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari banyak satuan monosakarida. Suatu molekul polisakarida dapat terbentuk dari ratusan satuan monosakarida. Contoh yang paling mudah adalah nasi, jika terhidrolisis akan menjadi glukosa yang berasa manis. Hal ini terjadi ketika kita mengunyah nasi didalam mulut dalam waktu yang lama.

Dalam Blog ini akan dibahas mengenai hidrolisis dari karbohidrat dan perubahan sifatnya. Misalnya saja hidrolisis dari sukrosa menjadi fruktosa dan glukosa. Hidrolisis ini akan menyebabkan gula ini bertambah manis. Hal ini disebabkan fruktosa terbentuk dari reaksi hidrolisis tersebut. Gula hasil hidrolisis ini disebut dengan gula inversi, yang biasa digunakan sebagai bahan pembuatan sirup.

4. 2. Reaksi karbohidrat

Bagaimana pun juga, dalam analisis atau eksperimen selalu melibatkan reaksi-reaksi kimia. Disini sedikit dibahas bagaimana suatu reaksi terjadi. Berikut reaksi-reaksi yang dilibatkan :

4. 2. 1. Hidrolisis

Seperti yang telah dijelaskan, hidrolisis adalah terpecahnya suatu karbohidrat yang terdiri dari lebih dari satu satuan monosakarida. Hidrolisis ini dapat terjadi melalui beberapa cara, disini hanya dibahas melalui pengasaman dan enzim.

Dalam beberapa Blog kimia, sukrosa jika ditambahi HCl dan dipanaskan akan terhidrolisis menjadi glukosa dan fruktosa.

C₁₂H₂₂O_{11 (asam,H2O dan panas)}à C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆............................................................. ...........3

Untuk polisakarida, reaksi yang terjadi lebih rumit, akan tetapi hasil akhirnya tetap sama yaitu satu satuan monosakarida penyusunnya. Untuk pati, hasil hidrolisisnya lengkapnya adalah glukosa. Pati(amilum) dapat bereaksi dengan iodin membentuk kompleks yang berwarna biru gelap. Jika hidrolisis telah dilakukan, hal seperti ini tidak dapat terjadi.

Proses enzimatik sebenarnya memiliki mekanisme yang lebih rumit. Akan tetapi, hasil reaksi akhirnya tetap sama yaitu satuan monosakarida penyusun karbohidrat itu. Contoh paling mudah adalah pada pembuatan tape, dimana glukosa terbentuk pada hidrolisis ini. Hal inilah yang menyebabkan tape berasa manis.

4. 2. 2. Oksidasi karbohidrat

Proses oksidasi ini biasanya terjadi pada monosakarida. Uji kimiawi untuk hal ini adalah dengan menggunakan suatu regensia pengoksidasi(regensia Cu, lihat langkah 3.5). Suatu gula yang dapat bereaksi dengan zat pengoksidasi disebut gula pereduksi(karena regensia pengoksidasi direduksi dalam reaksi itu). Bentuk gugus dalam molekul glukosa yang dapat menjalani reaksi oksidasi ini adalah gugus aldehid. Oleh karenanya, karbohidrat yang tidak memiliki gugus aldehid bebas bukan merupakan gula pereduksi. Terdapat pengecualian pada fruktosa(fruktosa memiliki gugus keton), dia dapat mudah mengalami oksidasi karena dalam larutan basa berada dalam kesetimbangan dengan 2 aldehida  diastereomerik. Oleh karenanya fruktosa adalah gula pereduksi. Hidrolisis dan oksidasi karbohidrat ini memiliki keterkaitan, dimana polisakarida sesudah hidrolisis dapat dioksidasi oleh regensia Cu.

4. 3. Sistem pendesakan logam dalam deret volta

Deret volta disusun berdasarkan potensial elektroda tiap-tiap logam. Hal ini lazim dipahami pada materi kimia SMA. Urutan elektroda standar menggambarkan kereaktifan suatu unsur logam. Biasanya deret volta diawali dengan logam yang paling reaktif. Dalam hal ini unsur K menempati awal penulisan deret volta. Logam kalium sangat reaktif, reaksinya dengan air dapat mengakibatkan ledakan yang hebat. Jika logam ini bersentuhan dengan udara maka akan segera membentuk oksidanya. Semakin kekanan dalam deret volta maka logamnya semakin tidak reaktif. Dalam hal ini emas memiliki kereaktifan yang paling kecil dan karenanya diletakan pada akhir dalam deret volta.

Pendesakan logam dapat terjadi juga karena potensial reduksi standar suatu unsur logam. Ion logam Cu²⁺ dapat mengendap pada permukaan besi. Reaksi ini merupakan reaksi yang spontan.

Cu²⁺ + Fe à Cu + Fe²⁺

Hal yang sama tidak dapat terjadi ketika ion logam Na⁺ direaksikan dengan logam Fe. Hal yang berpengaruh hanyalah potensial reduksi standarnya dalam kasus ini. Hal inilah yang menyebabkan larutan nacl tidak dapat bereaksi dengan logam besi.Teori pendesakan logam sangat bermanfaat pada pelapisan logam dan perlindungan logam agar tidak terjadi karat.

4.4. hidrolisis dan larutan penyangga

Seperti yang telah dibahas bahwa karbohidrat dapat pecah menjadi satuan yang lebih kecil karena pengasaman. Dalam aplikasi kehidupan sehari-hari, makanan yang terlalu asam tidak dapat dimakan. Sebaliknya, makanan yang kurang asam cenderung mudah rusak oleh bakteri. Untuk itu, perlu ditambahkan zat yang bila ditambahkan dalam makanan dapat mempertahankan keasaman. Zat ini telah dibahas sebelumnya yaitu larutan penyangga. Pada pembuatan acar, asam cuka ditambahkan dalam bahan. Reaksi hidrolisis membuat  makanan terasa lebih manis dan berasa sedikit asam. Untuk mengurangi rasa asam, sebaiknya ditambahi soda kue agar larutan tetap pada pH yang tidak terlalu asam.