## Pengaruh voltase terhadap rendemen magnesium hidroksida dari bitterns melalui sistem elektrolisis
(The effect of voltage towards hydroxide magnesium yield through electrolysis system)

## Fitria Fatichatul Hidayah
Universitas Muhammadiyah Semarang Fitriafatichatul@gmail.com
diterima 25 Oktober 2014, disetujui 17 November 2014

## Abstrak
Magnesium  hidroksida  mempunyai  prospek  dan  manfaat  sebagai  bahan  baku  penyimpan  gas  hidrogen, bahan  baku  pembuatan  magnesium  oksida  (MgO),  dan  obat  maag.  Magnesium  dipisahkan  berdasarkan  metode elektrolisis.  Hasilnya  berupa  magnesium  hidroksida.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengendapkan  magnesium hidroksida  melalui  sistem  elektrolisis  dan  menentukan  pengaruh  voltase  terhadap  rendemen  hasil  elektrolisis berupa Mg(OH) 2. Sel elektrolisis terdiri dari 2-kompartemen, satu kompartemen berisi larutan Bittern di katoda dan kompartemen  lain  berisi  larutan  KOH  pada  anoda.  Elektrolisis  menggunakan  tabung  U  yang  disekat  jembatan garam KCl, Elektroda berupa grafit dan potensial terpasang bervariasi mulai 3, 6, 9, dan 12 volt selama 120 menit. Magnesium hidroksida dikarakterisasi menggunakan spektrofotometer IR dan AAS. Penggunaan voltase terpasang 3  sampai  9  volt  meningkatkan  endapan  Mg(OH) 2 hasil  elektrolisis  tetapi  pada  voltase  12  volt  terjadi  penurunan endapan magnesium hidroksida.  Rendemen tertinggi yang dihasilkan pada penggunaan voltase sebesar 99,59%. Hasil  analisis  kadar  Magnesium  diperoleh  51,26%.  Spektra  IR  Mg(OH) 2 hasil  elektrolisis  dengan  spektra  IR Mg(OH) 2 standar  memiliki  kemiripan  bentuk  spektra.  Hal  ini  membuktikan  bahwa  endapan  hasil  elektrolisis merupakan Mg(OH) 2.
Kata kunci: voltase, bittern, elektrolisis, magnesium hidroksida

## Pendahuluan
Bitterns  memiliki kadar magnesium sebesar  15-17,98%  [1-3]  sehingga  dapat dijadikan  sumber  magnesium  dalam  bentuk magnesium  hidroksida.  Magnesium  hidroksida mempunyai  prospek  dan  manfaat  sebagai bahan  baku  penyimpan  gas  hidrogen,  bahan baku pembuatan magnesium oksida (MgO), dan obat  maag  [4,5].  Dalam  produksi  tinta  adanya magnesium    digunakan  sebagai  katalis  dalam tangki  pembuatan  tinta,  dalam  pabrik  karet digunakan  sebagai  bahan  untuk  mempercepat proses  vulkanisasi.  Vulkanisasi  merupakan proses  pembentukan  ikatan  silang  kimia  dari rantai molekul yang berdiri sendiri [6].
Magnesium  hidroksida  digunakan  dalam  pasta baterai  sebagai  anode  untuk  sistem  sel  baterai bahan  bakar.  Berdasarkan  manfaat  magnesium hidroksida dan melimpahnya air bitterns, peneliti
mengendapkan  magnesium  hidroksida  dengan sistem elektrolisis.
Pengambilan magnesium hidroksida dari air  laut  dengan  proses  dow  yaitu  pengendapan ion Mg sebagai Mg(OH) 2 dengan menggunakan NaOH  dari  hasil  kalsinasi  Dolomit  [3,7,8]. Kalsinasi  Dolomit  dalam  tanur  membutuhkan suhu  dan  energi  cukup  besar,  selain  itu  reagen berlebih  pada  metode  pengendapan  dapat menghasilkan endapan Mg(OH) 2 dengan tingkat kemurnian yang rendah karena masih mengandung  beberapa  zat  pencemar  [9] sehingga  metode  tersebut  tidak  efisien.  Cara lain  untuk  mendapatkan  magnesium  dalam bentuk  magnesium  hidroksida  adalah  dengan metode elektrolisis [4,5].
Pemisahan ion magnesium secara selektif  dalam  bentuk  magnesium  hidroksida melalui elektrolisis sistem MgSO 4 -KCl-H 2 O telah diterapkan  dalam  [10].  Sistem  MgSO 4 -KCl-H 2 O kurang  efisien  sehingga  disempurnakan  oleh
sistem C │ KOH ║ Bitterns │ C, sistem ini membentuk  senyawa  KOH,  Cl 2 ,  H 2 dan melepaskan  panas.  Senyawa  KOH  mudah terurai  dalam  bentuk ion-ionnya  sehingga  dapat memperkecil kelarutan Mg(OH) 2 [9,11].
Perubahan  voltase  dalam  sistem  elektrolisis berpegaruh terhadap hasil endapan magnesium hidroksida.
Penelitian ini melaporkan bahwa
Mg(OH) 2 dapat terbentuk  melalui proses elektrolisis  dengan  sistem  C │ KOH ║ Bitterns │ C. Voltase yang digunakan untuk proses elektrolisis sebanding dengan hasil elektrolisis.

## Metodologi Penelitian
Penelitian menggunakan larutan Bitterns, larutan KOH berkonsentrasi 2; 1; 0,75; 0,5; 0,25;
0,1; 0,05; 0,01 M, KCl, fenolftalin, dan aquades. Alat  elektrolisis  yang  digunakan  adalah  tabung U  yang  disekat  jembatan  garam.  Grafit digunakan  sebagai  elektrode  inert.  Pencatat daya  Montana  sebagai  sumber  arus  listrik eksternal.    Multimeter  analog  SANWA  untuk mengkontrol kuat arus listrik selama elektrolisis. Neraca analitik digital untuk menimbang endapan hasil elektrolisis.

## Konstruksi Alat
Alat elektrolisis 2-kompartemen
dikonstruksikan  seperti  Gambar  1.  Bagian kanan adalah kompartemen katodik dan bagian kiri kompartemen anodik.
Gambar 1. Sel 2-Kompartemen

## Elektrolisis Larutan
Larutan  Bitterns  15  mL  dimasukkan dalam kompartemen katodik dan kompartemen anodik diisi dengan 15 mL larutan KOH dengan variasi  konsentrasi  1;  0,8;  0,6  0,4;  0,2;  0,1  M. Kedua  kompartemen  dihubungkan  dengan agar-agar  sebagai  jembatan  garam.  Elektrode yang  digunakan  sebagai  anode  dan  katode adalah  grafit.  Elektrolisis  dilakukan  dengan variasi  potensial  terpasang  3;  4;  6;  7,5;  9;  12; 13,8  volt.  Masing-masing  elektrolisis  dilakukan 2 jam. Setelah proses elektrolisis selesai, pasta putih  dikatode mengendap,  endapan  disaring sambil  dicuci  10  kali  dengan  akuades  dingin 10 o C, kemudian dikeringkan. Proses elektrolisis dilakukan pngulangan 3 kali tiap kosentrasi dan tiap voltase.

## Analisis Hasil Elektrolisis
Endapan  Mg(OH) 2 ditimbang  memakai neraca  analitik  digital.  Massa  endapan  hasil timbangan dibandingkan dengan massa magnesium  hidroksida  hasil  perhitungan  teretik sehingga  diperoleh  nilai  rendemen.  Endapan magnesium  hidroksida  dianalisis  menggunakan AAS  untuk  menentukan  kadar  magnesium dalam  sampel  magnesium  hidroksida.  Sebagai data  penguat,  bahwa  endapan  hasil  elektrolisis berupa magnesium hidroksida digunakan spektrofotometer IR.
KOH Bitterns jembatan garam KCl V

## Hasil dan Pembahasan
Secara kualitatif Mg(OH) 2 hasil elektrolisis  berupa  pasta  putih  terendapkan  di kompartemen  katode  dan  setelah  proses pengeringan  berupa  padatan  putih,  Secara kuantitatif  ditentukan  oleh  perolehan  massa endapan Mg(OH) 2 yang dihasilkan dari elektrolisis tersebut.

## Proses Elektrolisis Sistem |KOH||Bitterns|C
Pada  anode,  anion  melepaskan  elektron menuju  katode  sehingga  di  anode  terjadi  reaksi oksidasi.  Setiap  terjadi  reaksi  oksidasi,  anode kekurangan  elektron  maka  ion  SO 4 2- dan  Cl - berdifusi menuju anode untuk menyeimbangkan muatan  elektron  pada  kedua  kompartemen, sehingga  terjadi  aliran  ion  dari  larutan  ke elektrode anode.
Berdasarkan  potensial  reduksinya,  ion Cl - =  1,36  volt  lebih  tinggi  dibanding  ion  SO 4 2- = 0,16  volt  [11].  Ion  Cl - lebih  mudah  melepas elektron  menjadi  gas  Cl 2 (reaksi  1).  Gas  Cl 2 diindentifikasikan sebagai warna kuning kehijauan dan berbau menyengat khas gas klor, warna kuning kehijauan lama kelamaan menyebar  dan  menjadi  lebih  pekat.  Ion  SO 4 2- bereaksi  dengan  H 2 O  membentuk  H 2 SO 4 dan melepaskan O 2 (reaksi 2). Indikasi terbentuknya H 2 SO 4 ditunjukkan  dengan  adanya  perubahan warna merah muda (pH = 9 - 12) menjadi jernih (pH = 4). Pada menit  terakhir, lapisan elektroda mualai rontok sehingga larutan pada kompartemen  anodik  berwarna  coklat.  Lapisan elektrode  rontok  disebabkan  kuat  arus  semakin tinggi  mengakibatkan  peningkatan  produksi  gas Cl 2 dan larutan H 2 SO 4 . Keberadaan H 2 SO 4 yang semakin  pekat  pada  kompartemen  anodik dinetralkan melalui pembentukan sulfit dan CO 2 . (reaksi 3). Reaksi yang terjadi:
2 ( ) → ( ) + 2 E o sell =  -1,36 ev         (1)
( ) + 2 ( ) → ( ) + ( ) (2)
Pada  saat  yang  sama,  akibat  reaksi  reduksi  H + (reaksi  4)  maka  katode  kelebihan  elektron, sehingga  menarik  kation  K + dan  Mg 2+ disekitar katode untuk menggantikan H + . Ion K + dan Mg 2+ dari  larutan  mengalir ke  elektrode  (katode).  Ion
K + dan Mg 2+ tereduksi menjadi K dan Mg (reaksi 5  dan  6)  yang  reaktif  terhadap  molekul  H 2 O membentuk senyawa KOH, Mg(OH) 2 dan gas H 2 (reaksi 7 dan 8).
2H + + 2 e - H 2 (g) (4)
K + (aq) + e - K (s) E 0 = - 2,925 V (5)
Mg 2+ (aq) + e - Mg (s) E 0 = - 2,356 V (6) K (s)  + H 2 O (l) KOH (aq) + H 2 (g) + Q 1 (7)
Mg (s) + 2H 2 O (l) Mg(OH) 2 (s) + H 2 (g) + Q 2 (8)
Pengaruh  Voltase  terhadap  Massa  Magnesium Hidroksida
Penggunaan  voltase  terpasang  pada proses  elektrolisis  bertujuan  untuk  menentukan jenis endapan yang dihasilkan, karena ion pada
katode  dapat  tereduksi  dan  voltase  untuk reduksi  tiap  ion  berbeda-beda.  Hubungan konsentrasi  KOH  terhadap  massa  endapan magnesium hidroksida ditunjukkan pada Gambar 2.

## Gambar 2. Grafik pengaruh voltase terhadap massa magnesium hidroksida.
Peningkatan massa endapan magnesium hidroksida  karena  voltase  sebanding  dengan kuat arus listrik, Kuat arus meninggi menyebabkan ketersediaan OH - banyak sehingga semakin mudah membentuk Mg(OH) 2 . Penurunan massa endapan magnesium hidroksida,  karena  pada  voltase  tinggi  terjadi persaingan  reaksi,  pembentukan  gelembung gas  pada  voltase  tinggi  lebih  banyak  daripada produksi  logam  Mg  dan  K,  karena  produksi  gas memiliki potensial sel lebih rendah dari potensial reduksi K + maupun
Mg 2+ . Semakin meningkatnya  gelembung  gas  dari  reduksi  H + berupa H 2 (reaksi 4) dapat menutupi semua pori permukaan  elektrode  sehingga  menghalangi jalannya  K + maupun  Mg 2+ ke  elektrode,
berakibat reduksi K + maupun Mg 2+ menjadi sulit. Menurunnya ketersediaan K dan Mg berdampak pada  sedikitnya  endapan  yang  diperoleh  pada elektrolisis.

## Pengamatan  Perubahan  Kuat  Arus  terhadap Waktu Elektrolisis
Pada  setiap  variasi  konsentrasi  KOH menghasilkan  kuat  arus  yang  berbeda,  hal  ini dikarenakan besarnya hantaran listrik bergantung  pada  jumlah  ion  efektif  yang  dapat menghantarkan  arus  listrik.  Hasil  pengamatan perubahan kuat arus selama elektrolisis ditunjukkan oleh Gambar 3.
Gambar 3. Grafik pengamatan waktu terhadap kuat arus.
Data  Gambar  3  dapat  diketahui  bahwa  arus berubah tiap-tiap waktu elektrolisis, hal ini terjadi karena  kation  Mg 2+ dan  K + masih  banyak sehingga  membutuhkan  kuat  arus  yang  lebih tinggi  untuk  membentuk  endapan  Mg(OH) 2 dan larutan KOH, lama kelamaan kuat arus berubah karena kation tersebut membetuk produk berupa endapan  sehingga  reaksi  konstan  dengan
indikasi  warna  pp  pada  kompartemen  katodik memudar.

## Penentuan Gugus Fungsi hasil elektrolisis
Penentuan gugus fungsional pada endapan hasil elektrolisis diperoleh
perbandingan  spektra  IR  standar  Mg(OH) 2 dengan  spektra  IR  Mg(OH) 2 endapan  hasil
elektrolisis ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. (a) Spektra IR Mg(OH) 2 sampel dan (b) Spektra IR Mg(OH) 2 standar.
Berdasarkan perbandingan spektra pada Gambar  4,  terdapat  kemiripan  bentuk  spektra, puncak  spektra  dan  overtone  antara  spektra  IR Mg(OH) 2 hasil  elektrolisis  dengan  Mg(OH) 2 standar.  Adanya  gugus  –OH  bebas  streaching dan  O-H  ikatan  hidrogen  berturut-turut  pada bilangan  gelombang  3695,61  cm -1 dan  3433,29 cm - 1,  serta  adanya  vibrasi  Mg-O  pada  bilangan gelombang  802,39  cm -1 sehingga  memberikan informasi  dan  membuktikan  bahwa  endapan hasil elektrolisis merupakan Mg(OH) 2.

## Kesimpulan
Magnesium  dapat  diendapkan  sebagai magnesium hidroksida melalui elektrolisis sistem C|KOH||Bitterns|C. Perubahan voltase meingkatkan  massa  endapan  Mg(OH) 2 hasil elektrolisis pada konsentrasi tertentu. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh rendemen  Mg(OH )2 tertinggi  yaitu  99,59% dengan kadar magnesium sebesar 51,26% pada penggunaan KOH 0,25 M voltase 9 volt.

## Daftar Pustaka
[1].  B.  S.  Lalkaka,  Manufacturing  of  Magnesium Cloride  and  Other  Allied  Products  at Kharaghoda    by  The  Pioneer  Work Magnesia,  LTD,  Read  at  Simposium, Published 18 th May, Vol. IX-No.1, 1943.
[2].  K.  Bhuntumkomol,  S.  Munkasul,  B. Udomsakdhi,  J.  Natl.  Council  Thailand,11 (1979) 2, p. 979.
[3].  K.  Schwochau,  Extraction  of  Metals  from Water,  Institute  of  Chemistry,  Nuclear Reasearch  Centre  (KFA)  D-5170  Julich, FRG.
[4].  O.  V.  Bonney,  Recovery  of  Magnesium  as Magnesium  Hydroxide  from  Sea  Water, United State Patent 4,314,985, 1982.
[5].  O.  L.  Maddan,  Apparatus  and  Method  for Producing  Magnesium  from  Seawater, United State Patent 6,267,854, 2001.
[6].  Soesilo,  Vulkanisasi  Karet,  wordpres.com, 2008.
[7].  A.  S.  Bhatti,  D.  Dollimore,  and  A.  Dyer, Magnesia  From  Sea  Water:  A  Review, University  of  Toledo,  Departement  of chemistry, Toledo, 1984.
(a)
(b)
[8].  T.  A.  Davis,  Zero  Discharge  Sea  Water Desalination:  Integrating  the  Production  of
Fresh Water Salt, Magnesium, and Bromine,  University  of  South  Carolina, Colombia, 2006.
[9].  G.  Svehla,  ab  H.  Pudjaatmaka,  L.  Setiono, Buku  Teks  Analisis  Anorganik  Kualitatif Makro  dan  Semimikro,  Edisi  ke-1,  Jilid  II, PT.  Kalman  Media  Pusaka,  Jakarta,  hal  98
– 99; 229, 1979.
[10].  W.  H.  Rahmanto,  M.  Asy’ari,  Marihati, Rame,  Sel  Elektrolisis  3-Kompartemen untuk Ekstraksi Magnesium dan Sulfat dari Sistem
Larutan MgSO 4 -KCl-H 2 O, Proceeding  Seminar  Nasional  Kimia  dan Pendidikan Kimia, Semarang, 2006.
[11].   T. Bird, Kimia Fisik Untuk Universitas, P.T. Gramedia, Jakarta, pp. 195 – 225, 1987.