ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 12 (2) (2009) : 57 – 60
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Efek NaCl dan Anode Besi terhadap Rendemen Mg(OH) 2 pada Elektrolisis Sistem Fe|MgSO 4 ,NaCl||H 2 O|C
Harya Fikri Kusmananto a , Rahmad Nuryanto a* , Wasino H. Rahmanto a
a Physical Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang 50275
* Corresponding author: nuryantorahmad@live.undip.ac.id
A r t i c l e   I n f o A b s t r a c t
Keywords:
Anode iron, Electrolysis, Magnesium hydroxide
Mg(OH) 2 electrolytic extraction by electrolysis of Fe|MgSO 4 , NaCl||H 2 O|C system has been conducted.  This  study  aims  were  to  determine  the  effect  of  NaCl  and  iron  anode concentration  on  the  yield  of  Mg(OH) 2 produced.  The  electrolysis  cell  consisted  of  2- compartment which were an anodic compartment containing MgSO 4 -NaCl solution and a cathodic  compartment  containing  H 2 O.  Electrolysis  was  carried  out  by  using  a  U-tube sealed by a gel bridge of gelatin, the electrode used was iron-graphite and 9-volt installed potential  for  240  minutes.  Magnesium  hydroxide  was  characterized  using  IR  and  AAS spectrophotometers. The higher the NaCl concentration used, the more Mg(OH) 2 deposits produced. The highest yield was obtained on NaCl concentration of 0.075 M which was 98.90% with magnesium level of 72.72%. Mg(OH) 2 IR spectra of electrolysis result had shape  similarity  with  standard  Mg(OH) 2 IR  spectra.  This  results  proved  that  the precipitate of electrolysis result was Mg(OH) 2

## A b s t r a k
Kata kunci:
Anode besi, Elektrolisis, Magnesium hidroksida Telah dilakukan ekstraksi elektrolitik Mg(OH) 2 dengan menggunakan elektrolisis sistem
Fe|MgSO 4 ,NaCl||H 2 O|C.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menentukan  pengaruh konsentrasi  NaCl  dan  anode  besi  terhadap  rendemen  Mg(OH) 2 yang  dihasilkan.  Sel elektrolisis terdiri dari 2-kompartemen, kompartemen anodik berisi larutan MgSO 4 -NaCl dan  kompartemen  katodik  berisi  H 2 O.  Elektrolisis  dilakukan  dengan  menggunakan tabung  U  yang  disekat  jembatan  garam  berupa  agar-agar,  elektrode  yang  digunakan adalah  besi-grafit  dan  potensial  terpasang  9  volt  selama  240  menit.  Magnesium hidroksida dikarakterisasi menggunakan spektrofotometer IR dan AAS. Semakin tinggi konsentrasi NaCl yang digunakan maka endapan Mg(OH) 2 yang dihasilkan juga semakin banyak. Rendemen tertinggi yang dihasilkan pada penggunaan NaCl berkonsentrasi 0,075 M sebesar 98,90 % dengan kadar Magnesium sebesar 72,72 %. Spektra IR Mg(OH) 2 hasil elektrolisis memiliki kemiripan bentuk spektra dengan spektra IR Mg(OH) 2 standar. Hal ini membuktikan bahwa endapan hasil elektrolisis merupakan Mg(OH) 2

## 1. Pendahuluan
Bittern merupakan air sisa penguapan air laut yang masih mengandung ion Mg 2+ berkadar tinggi, serta sisa- sisa  K + ,  Na + ,  SO 4 2- dan  Cl - [1].  Menurut  penelitian  [2], kadar magnesium dalam larutan bitterns mencapai 1719 ppm  .  Magnesium  hidroksida  dapat  digunakan  sebagai bahan  baku  pembuatan  obat  maag,  pasta  gigi,
pembuatan  baterai,  bahan  refraktori  (keramik)  dan bahan baku pembuatan MgO [3]. Magnesium juga dapat digunakan sebagai bahan penyimpan gas hydrogen.
Elektrolisis  untuk  mendapatkan  magnesium  dari larutannya, hingga saat ini masih menerapkan sistem 2- kompartemen  [4-7].  Sel  tersebut  tersusun  atas kompartemen katodik berdampingan dengan
kompartemen anodik. Sistem 2-kompartemen memiliki efisiensi  arus  yang  relatif  rendah  karena  masih menggunakan elektrode grafit. Sistem
Fe|MgSO 4 ,NaCl||H 2 O|C  dirancang  untuk  mengatasi kelemahan  yang  dimiliki  oleh  sistem  sel  2- kompartemen.  Sel  tersusun  atas  kompartemen  anodik yang  berisi  larutan bittern  dan  kompartemen  katodik yang  berisi  aquades.  Kedua  kompartemen  dipisahkan oleh membran semipermeabel berupa agar-agar.
Tulisanini  melaporkan  bahwa  Mg(OH) 2 dapat terbentuk  melalui  proses  elektrolisis  dengan  sistem Fe|MgSO 4 ,NaCl||H 2 O|C. Keberadaan NaCl mempertinggi rendemen Mg(OH) 2 . Penelitian ini dapat dijadikan model pengekstraksian  magnesium  dari bitterns  dengan metode elektrolisis.

## 2. Metodologi

## Bahan dan Metode
Penelitian  menggunakan  larutan  model  berupa larutan  MgSO 4 -NaCl,  larutan  NaCl  berkonsentrasi  2;  1; 0,0125; 0,01; 0,075; 0,05; 0,025 M, HCl, fenolftalin, dan akuades. Alat elektrolisis yang digunakan adalah tabung U yang disekat jembatan garam berupa agar-agar. Grafit digunakan  sebagai  katode,  sedangkan  batang  besi sebagai  anode.  Pencatu  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  MgSO 4 -NaCl  15  mL  dimasukkan  dalam kompartemen  anodik  dan  kompartemen  katodik  diisi dengan  15  mL  akuades.  Larutan  NaCl  yang  digunakan berkonsentrasi  dengan  variasi  konsentrasi  2;  1;  0,0125; 0,01;  0,075;  0,05;  0,025  M.  Kedua  kompartemen dihubungkan dengan agar-agar sebagai jembatan garam. Elektrode yang digunakan sebagai anode adalah batang besi  dan  katode  adalah  grafit.  Elektrolisis  dilakukan dengan variasi potensial terpasang 3; 4; 6; 7,5; 9; 12; 13,8 volt.  Masing-masing  elektrolisis  dilakukan  4  jam.
Setelah  proses  elektrolisis  selesai,  pasta  putih  dikatode mengendap,  endapan  disaring  sambil  dicuci  10  kali dengan akuades dingin 10 o C, kemudian dikeringkan.

## Analisis Hasil Elektrolisis
Endapan  Mg(OH) 2 ditimbang  memakai  neraca analitik  digital.  Massa  endapan  hasil  timbangan dibandingkan  dengan  massa  magnesium  hidroksida hasil  perhitungan  teoretik  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.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Secara  kualitatif  Mg(OH) 2 yang  dihasilkan  dilihat dari  segi  fisik  endapan,  yaitu  berupa  padatan  putih terendapkan  di  katode.  Secara  kuantitatif  dapat  diukur dari massa endapan Mg(OH) 2 yang dihasilkan.
P roses Elektrolisis Sistem Fe|MgSO 4 ,NaCl||H 2 O|C
Pada  anode,  anion  melepaskan  elektron  menuju katode  sehingga  di  anode  terjadi  reaksi  oksidasi. Berdasarkan  potensial  reduksinya,  ion  Cl - =  1,36  volt lebih tinggi dibanding ion SO 4 2- = 0,16 volt. Ion Cl - lebih mudah  melepas  elektron  menjadi  gas  Cl 2 (Reaksi  1). Adanya  gas  Cl 2 ditunjukkan  dengan  adanya  gelembung gas disekitar anode dan berbau menyengat khas gas klor. Ion  SO 4 2- bereaksi  dengan  H 2 O  membentuk  H 2 SO 4 dan melepaskan  O 2 (Reaksi  3).  Indikasi  terbentuknya  H 2 SO 4 ditunjukkan adanya perubahan warna merah muda (pH = 6-7) menjadi jernih (pH = 2-3). Pada proses elektrolisis, anode mulai rontok sehingga larutan pada kompartemen anodik  berwarna  kuning  kecoklatan.  Anode  rontok karena bereaksi dengan Cl 2 . Reaksi yang terjadi:
Anode:  2 Cl - (aq) → Cl 2 (g) + 2 e - E 0 sel = -1,36 V  (1)
Katode:  2H 2 O (l) + 2 e - → H 2(g) + OH - E 0 sel = -0,83 V  (2)
SO 4 2- (aq) + 2H 2 O (l) → H 2 SO 4 (aq) + O 2 (g) (3)
Pada  saat  yang  sama,  akibat  reaksi  reduksi  H + (Reaksi  4)  maka  katode  kelebihan  elektron,  sehingga menarik  kation  Na + dan  Mg 2+ disekitar  katode  untuk menggantikan  H + .  Ion  Na + dan  Mg 2+ dari  kompartemen anodik  mengalir ke  kompartemen  katodik.  Ion  Na + dan Mg 2+ tereduksi menjadi Na dan Mg (Reaksi 5 dan 6) yang reaktif  terhadap  molekul  H 2 O  membentuk  senyawa NaOH, Mg(OH) 2 dan gas H 2 (Reaksi 7 dan 8).
2H + + 2 e - → H 2 (g) (4)
Na + (aq) + e - → Na (s) E 0 = -2,714 V  (5) Mg 2+ (aq) + e - → Mg (s) E 0 = -2,356 V  (6) Na (s) + H 2 O (l) → NaOH (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
Variasi  voltase  bertujuan  untuk  menentukan pengaruh  potensial  terpasang  dalam  elektrolisis  dan dapat membandingkan hasil dan perubahan yang terjadi
tiap  voltase  yang  digunakan.  Voltase  yang  digunakan adalah  3  V;  6  V;  7,5  V;  9  V;  12  V;  13,8  V.  Pengamatan dilakukan pada jumlah endapan, keadaan dari segi fisik endapan dan gelembung gas yang dihasilkan. Hubungan antara  voltase  terhadap  banyaknya  endapan  yang diperoleh  pada  proses  elektrolisis  ditunjukkan  oleh Gambar 1.
Gambar 1. Pengaruh voltase terhadap massa magnesium hidroksida.
Peningkatan massa endapan magnesium hidroksida terjadi karena voltase sebanding dengan kuat arus listrik, kuat arus yang meningkat mengakibatkan kation Na + dan Mg 2+ yang  brdifusi  dan  bereaksi  dengan  air  di kompartemen katode semakin banyak, sehingga larutan basa  NaOH  yang  terbentuk  di  kompartemen  katode semakin  pekat.  Penurunan  massa  endapan  magnesium hidroksida disebabkan karena pada voltase tinggi terjadi pembentukan  gelembung  gas  lebih  banyak  daripada produksi logam Mg dan Na, karena produksi gas memiliki potensial  sel  lebih  rendah  dari  potensial  reduksi  Na + maupun  Mg 2+ .  Semakin  meningkatnya  gelembung  gas dari  reduksi  H + berupa  H 2 (Reaksi  4)  dapat  menutupi semua  pori  permukaan  elektrode  sehingga  berakibat reduksi Na + maupun Mg 2+ menjadi sulit.

## 4. Pengamatan  Perubahan  Kuat  Arus  terhadap Waktu Elektrolisis
Pada  setiap  variasi  konsentrasi  NaCl menghasilkan kuat  arus  yang  berbeda,  hal  ini  dikarenakan  besarnya hantaran  listrik  bergantung  pada  konsentrasi  larutan. Hasil  pengamatan  perubahan  kuat  arus  selama elektrolisis ditunjukkan oleh Gambar 2
Gambar  Grafik pengamatan waktu terhadap kuat arus
Berdasarkan data grafik (Gambar 2) dapat diketahui bahwa seiring dengan bertambahnya waktu mengakibatkan  kuat  arus  semakin  bertambah.  Hal  ini dikarenakan  semakin  lama  waktu  elektrolisis  maka konsentrasi  larutan  pada  kompartemen  anodik  dan kompartemen katodik semakin pekat yang berpengaruh terhadap  semakin  meningkatnya  hantaran  spesifiknya (Kappa) dan  menurunnya  jumlah  resistansi  [5].  Jumlah resistansi  yang  menurun  mengakibatkan  kuat  arus meningkat.
 =  .C
Pengaruh Konsentrasi NaCl pada Perolehan Massa Mg(OH) 2
Garam NaCl merupakan elektrolit kuat yang mampu menghantarkan  arus  listrik  dengan  baik.  Elektrolisis garam  NaCl  dapat  menghasilkan  basa  NaOH. Pembentukan  NaOH  tidak  menghambat  pembentukan endapan  Mg(OH) 2 .  Pengaruh  konsentrasi  NaCl  selama elektrolisis ditunjukkan oleh Gambar 3
Gambar 3. Pengaruh [NaCl] terhadap perolehan massa Mg(OH) 2
Peningkatan massa endapan Mg(OH) 2 terjadi karena semakin besar konsentrasi NaCl berarti semakin banyak ketersediaan  ion  Na + yang  berdifusi  menuju  ke  katode dan  berakibat  semakin  banyak  basa  kuat  NaOH  yang terbentuk  di  katode.  Semakin  besar  konsentrasi  NaOH yang  terbentuk  maka  semakin  besar  konsentrasi  dan ketersediaan  OH - yang  menekan  kesetimbangan  reaksi jauh ke kanan, sesuai dengan persamaan reaksi berikut, sehingga Mg(OH) 2 menjadi semakin sukar larut.
NaOH (aq) →  Na + (aq) + OH - (aq) (9)
Mg 2+ (aq) + 2OH - (aq) ↔ Mg(OH) 2 (s) (10)
Penentuan Rendemen dan Karakterisasi Endapan Hasil Elektrolisis Sistem Fe|MgSO 4 ,NaCl||H 2 O|C
Variasi  konsentrasi  menghasilkan  rendemen  yang berbeda-beda.  Rendemen  yang  dihasilkan  pada penggunaan NaCl berkonsentrasi 0,025; 0,05; 0,075; 0,1; 0,125; 1 dan 2 M berturut-turut sebesar 95,47 %; 95,75 %;  98,90  %;  88,67  %;  88,54  %;  64,12  %  dan  72,47  %. Hasil  analisis  menggunakan  AAS  diperoleh  kadar magnesium  dalam  Mg(OH) 2 hasil  elektrolisis pada penggunaan  NaCl  berkonsentrasi  0,05;  0,075;  0,1  M berturut-turut sebesar 72,72; 55,92; 44,82 %.
R 2 = 0.7311 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 1 2 Konsentrasi NaCl (N) M as sa M g(O H ) 2 (g ) 3 Volt 6 Volt 7.5 Volt 9 Volt 12 Volt 13.8 Volt Linear (12 Volt)
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 12 (2) (2009) : 57 – 60
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  3425,58  cm - 1, serta  adanya  vibrasi  Mg-O  pada  bilangan  gelombang 864,11  cm -1 sehingga  memberikan  informasi  dan membuktikan  bahwa  endapan  hasil  elektrolisis merupakan Mg(OH) 2.

## 5. Kesimpulan
Penggunaan  anode  Fe  mampu  meningkatkan efisiensi arus dari sistem elektrolisis sehingga endapan Mg(OH) 2 yang diperoleh juga semakin banyak. Semakin besar  konsentrasi  NaCl  yang  digunakan  maka  endapan Mg(OH) 2 semakin  banyak.  Berdasarkan  hasil  penelitian diperoleh  rendemen  Mg(OH) 2 tertinggi  yaitu  98,90% pada  penggunaan  NaCl  0,075  M  dan  kadar  magnesium tertinggi sebesar 72,72 % pada penggunaan NaCl 0,05 M

## 6. Daftar Pustaka
[1]  Dini  Purbani,  Proses  Pembentukan  Kristalisasi Garam, in, Pusat Riset Wilayah Laut dan Sumberdaya Nonhayati,  Badan  Riset  Kelautan  dan  Perikanan Departemen Kelautan dan Perikanan, 2001.
[2]  B.S  Lalkaka,  Manufacture  of  Magnesium  Chloride and  Other  Allied  Products  at  Kharagoda  by  the Pioneer  Magnesia  Works,  Ltd,  Proceedings  of  the Indian National Science Academy, 9 (1943).
[3]  Alan  G  Sharpe,  Inorganic  Chemistry  3"*  Ed,  in, Longman Group Ltd, Essex, 1992.
[4]  Orville  Lee  Maddan,  Apparatus  and  method  for producing  magnesium  from  seawater,  in,  Google Patents, 2001.
[5]  P. H. Rieger, Electrochemistry, Chapman & Hall, Inc, New York, 1994.
[6]  Oren  V  Bonney,  Recovery  of  magnesium  as magnesium  hydroxide  from  sea  water,  in,  Google Patents, 1982.
[7]  W. H. Rahmanto, Muhammad Asy'ari, Sel Elektrolisis 3 – Kompartemen  untuk  Ekstraksi  Magnesium  dan
Sulfat dari Sistem Larutan MgSO4 – KCl – H2O, Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi, 9 (2006).