ISSN: 1410-8917 Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 13 (2) (2010) : 57 – 60

## Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi
Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Efek Natrium Hidroksida terhadap Rendemen Magnesium Hidroksida pada Elektrolisis Sistem C|NaOH || MgSO 4 ,NaCl |C
Monita Rekasih a , Linda Suyati a , Wasino Hadi Rahmanto a*
a Physical Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang 50275
* Corresponding author: wh.rahmanto@live.undip.ac.id
Art ic le   Info Ab s t rac t Keywords: Electrolysis, sodium hydroxide, magnesium hydroxide.
Research about electrolysis sea water model with C │ NaOH ║ MgSO 4 ,NaCl │ C has been done. The  purpose  of  the  research  was  to  prove  that  Mg(OH) 2 could  be  formed  at C │ NaOH ║ MgSO 4 ,NaCl │ C electrolysis system and to determine the influence of NaOH for Mg(OH) 2 forming. Electrolysis process has been conducted with 2-compartemen system to determine  the  electrolytic  converting  condition  of  ion  Mg 2+ becoming  Mg(OH) 2 .  The method  used  was  the  magnesium  separation  based  on  selective  precipitation  with electrolysis process for 4 hours. The electrolysis result was analysed by FTIR and AAS. The FTIR Spektra proved that sediment of electrolysis result was Mg(OH) 2 which was indicated by wave numbers of 3695.61 cm -1 and 3425.58 cm -1 which provided information that there was -OH and the wave number of 871.82 cm -1 which indicated the Mg-O bond. The highest yield of Mg (OH) 2 as electrolysis result was 99.41% in 0.1 M NaOH usage. The result of AAS analysis showed that Mg content in Mg(OH) 2 deposit was 55.12%.

## Ab s t rak
Kata kunci:
Elektrolisis, natrium hidroksida, magnesium hidroksida
Penelitian  tentang  elektrolisis  model  air  laut  dengan  sistem  C │ NaOH ║ MgSO 4 ,NaCl │ C telah  dilakukan.penelitian  bertujuan  untuk  membuktikan  bahwa  Mg(OH) 2 dapat terbentuk pada elektrolisis system C │ NaOH ║ MgSO 4 ,NaCl │ C  dan menentukan pengaruh NaOH pada  pembentukan  Mg(OH) 2 .  Proses  elektrolisis  dilakukan  dengan  sistem  2- kompartemen  untuk  menentukan  kondisi  konversi  elektrolitik  ion  Mg 2+ menjadi Mg(OH) 2 .  Metode  yang  digunakan  adalah  pemisahan  magnesium  berdasarkan pengendapan  selektif  melalui  proses  elektrolisis  yang  dilakukan  selama  4  jam.  Hasil elektrolisis  kemudian  dianalisis  menggunakan  spektroskopi  FTIR  dan  AAS.  Spektra  IR membuktikan  bahwa  endapan  hasil  elektrolisis  merupakan  Mg(OH) 2 yang  ditunjukkan pada  bilangan  gelombang  3695,61  cm – 1 dan  3425,58  cm – 1 yang  menginformasikan  ada gugus – OH dan bilangan gelombang 871,82 cm – 1 yang mengindikasikan ada ikatan Mg- O. Rendemen Mg(OH)2 hasil elektrolisis tertinggi sebesar 99,41% pada penggunaan NaOH 0,1M.  Hasil  analisis  AAS  menunjukkan  bahwa  kadar  Mg  dalam  endapan  Mg(OH)2 sebanyak 55,12%.

## 1. Pendahuluan
Magnesium  hidroksida  merupakan  bahan  baku pembuatan  magnesium  dalam  bentuk  logam  maupun oksida yang memiliki prospek tinggi untuk kepentingan energi  alternatif,  yaitu  sebagai  bahan  penyimpan hidrogen  [1,  2].  Magnesium  juga  memiliki  kegunaan dalam bidang industri, seperti industri gula, pengolahan
uranium,  obat  maag  (antasida),  pasta  gigi,  susu magnesia  dan  memperkuat  poliester  [3, 4].  Magnesium dapat  diekstraksi  dari  air  laut,  kandungan  magnesium dalam air laut 1350 ppm [5, 6].
Proses Dow merupakan cara yang digunakan untuk mengektraksi  magnesium  dari  air  laut,  Mg 2+ diubah menjadi Mg(OH) 2 dengan cara menambahkan NaOH [7].
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 13 (2) (2010) : 57 – 60 58
Rahmanto dkk. [8]  dan  Maddan  [9]  mempersingkat proses  Dow  melalui  elektrolisis  2-kompartemen.
Magnesium  dipisahkan  dari  matriks  air  laut  (Na + ,  K + sebagai kation dan Cl - , SO 42- sebagai anion) dalam bentuk pasta  putih  Mg(OH) 2 .  Pada  sel  elektrolisis  2- kompartemen, sistem membentuk NaOH yang membantu pembentukan endapan magnesium hidroksida.  NaOH  larut  sempurna  ke  dalam  air membentuk  kation-anion  Na + dan  OH - ,  sedangkan Mg(OH) 2 dengan K sp sebesar 1,8  x  10 -11 mengendap  [10]. Pembentukan  NaOH  selama  elektrolisis  menjadi fasilitator  pengendapan  Mg(OH) 2 [8].  Seberapa  banyak keberadaan NaOH yang menjadi fasilitator pembentukan Mg(OH) 2 menjadi sangat penting untuk diteliti.
Penelitian ini bertujuan untuk membuktikan bahwa Mg(OH) 2 dapat  terbentuk  melalui  proses  elektrolisis dengan sistem C │ NaOH ║ MgSO 4 , NaCl │ C, Mg(OH) 2 yang terbentuk  dianalisis  menggunakan  FTIR  dan  AAS. Penelitian juga diharapkan dapat menentukan pengaruh NaOH dalam pembentukan Mg(OH) 2 .

## 2. Metode Penelitian

## Alat dan bahan
Alat  yang  digunakan  adalah  sel  elektrolisis  2- kompartemen, multimeter digital merk DT 890 B, kabel, pipa U, power supplay, peralatan gelas standar penelitian, stopwatch ,  alat  AAS  dan  alat  spektroskopi  FTIR, sedangkan  bahan  yang  digunakan  adalah  batang  grafit, akuades,  agar-agar  putih,  kristal  NaCl  p.a,  kristal MgSO 4 .7H 2 O p.a, kristal NaOH dan indikator fenolftalein.

## Elektrolisis model pekatan air laut
Sel elektrolisis dengan elektrode grafit pada katode maupun  anode  beserta  tabung  U  yang  sudah  berisi jembatan garam disiapkan. Jembatan garam dibuat dari agar-agar  putih  yang  dilarutkan  ke  dalam  campuran akuades dan KCl. Larutan campuran MgSO 4 dengan NaCl dituangkan  ke  dalam  tabung  U  sebagai  kompatemen katode.  Sedangkan  kompartemen  anode  berisi  larutan NaOH  dengan  konsentrasi  0,25  M.  Sel  elektrolisis dihubungkan dengan power supplay bertegangan sebesar 3V selama 4 jam. Proses elektrolisis dilakukan pada suhu kamar. Setelah proses elektrolisis selesai, endapan yang dihasilkan  disaring,  dicuci,  dikeringkan  dan  ditimbang. Perlakuan  tersebut  diulang  untuk  variasi  tegangan terpasang  6,  7,5,  9,  12  dan  13,8  volt  serta  variasi konsentrasi 0,2; 0,15; 0,1; 0,05 dan 0,01M. Setiap variasi dilakukan sebanyak tiga kali pengulangan. Endapan hasil elektrolisis dianalisis menggunakan AAS dan FTIR.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Proses elektrolisis larutan MgSO 4
Pembentukan endapan Mg(OH) 2 dari larutan MgSO 4 dilakukan  dengan  metode  elektrolisis.  Secara  kualitatif Mg(OH) 2 yang  dihasilkan  berupa  padatan  putih  yang pada saat elektrolisis berupa pasta putih terendapkan di kompartemen  katodik  sedangkan  secara  kuantitatif dapat dilihat dari massa Mg(OH) 2 .
Pada  elektrolisis,  sumber  arus  DC  mengalirkan elektron  ke  katode  yang  mengakibatkan  kation mengalami reduksi. Reaksi reduksi H + di katode:
2H + + 2e - → H 2 (g) (1)
Akibat reduksi tersebut, katode kekurangan muatan positif  sehingga  kation  Na + dan  Mg 2+ yang  terdapat  di sekitar  katode  menggantikan  H + .  Ion  Na + beserta  Mg 2+ dari larutan mengalir menuju elektroda (katode). Na + dan Mg 2+ juga tereduksi, seperti persamaan reaksi (2) dan (3), bereaksi  dengan  H 2 O  membentuk  NaOH  dan  Mg(OH) 2 serta  masing-masing  reaksi  tersebut  menghasilkan  gas berupa  H 2 dan  melepaskan  kalor  (Q)  seperti  pada persamaan reaksi (4) dan (5).
Na + (aq) + e - → Na (s) E 0 = -2,714 V (2)
Mg 2+ (aq) + 2e - → Mg (s) E 0 = -2,356 V (3)
Na (s) + H 2 O (l) → NaOH (aq) + H 2 (aq) + kalor (4)
Mg (s) + 2H 2 O (l) → Mg(OH) 2 (s) + H 2 (g) + kalor   (5)
Terbentuknya  H 2 ditunjukkan  dengan  adanya gelembung gas yang timbul di katode. Pembentukan basa NaOH  dan  Mg(OH) 2 ditandai  dengan  indikator  pp  yaitu dengan  penampakan  warna  merah  muda  di  sekeliling katode  pada  menit  ke  15.  Warna  merah  muda  ini  lama kelamaan  menyebar  dan  konstan.  Perubahan  warna indikator pp di katode menunjukkan waktu pembentukan basa pada kompartemen katode.
Keberadaan NaOH tidak mengganggu pembentukan endapan Mg(OH) 2 karena Mg 2+ dapat dipisahkan dari Na + dalam bentuk padatan hidroksida dan tidak berdasarkan perbedaan  voltase  karena  voltase  keduanya  sangat berdekatan  yaitu  -2,714  V  (Na + │ Na)  dan  -2,363  V (Mg 2+ │ Mg). NaOH mudah larut dalam air dan terdisosiasi membentuk ion Na + dan OH - kembali (persamaan reaksi 6).  Semakin  tinggi  konsentrasi  NaOH  yang  terbentuk pada kompartemen katodik maka ketersediaan OH - pada kompartemen  katodik  semakin  banyak dan  dapat menekan  kesetimbangan  reaksi,  sehingga  reaksi  pada persamaan  (7)  bergeser  ke  arah  Mg(OH) 2 berakibat memperkecil  kelarutan  Mg(OH) 2 dan  membuat  NaOH berfungsi  sebagai  fasilitator.  Mg(OH) 2 mula-mula terbentuk  di  sekeliling  katode  kemudian  membentuk padatan koloidal yang bergabung menjadi padatan sejati dan turun ke permukaan.
NaOH (aq) Na + (aq) + OH - (aq)  (6)
Mg 2+ (aq) + OH - (aq) Mg(OH) 2 (s) (7)
Pada  anode,  anion  melepaskan  elektron  sehingga terjadi  oksidasi  Cl - menjadi  gas  Cl 2 yang  ditunjukkan dengan  gelembung  gas  yang  timbul  disekitar  anode. Setiap  terjadi  oksidasi,  anode  kekurangan  muatan negatif dan digantikan oleh ion Cl - dan SO 42- disekitarnya sehingga  terjadi  aliran  ion-ion  negatif  dari  larutan  ke anode. Pada awal proses elektrolisis gas Cl 2 masih berada di  dasar  elektroda,  pada  menit  ke  15  muncul  warna kuning  kehijauan  yang  menyebar  dan  lama  kelamaan berbau menyengat khas gas klor, menandakan bahwa Cl - mulai teroksidasi menjadi gas Cl 2 . Karbon di anode mulai rontok  dan  secara  perlahan  warna  kuning  kehijauan
semakin  pekat  dan  menjadi  coklat  pada  menit  terakhir. Hal  ini  dikarenakan  kuat  arus  pada  saat  elektrolisis semakin  besar  mengakibatkan  produksi  gas  Cl 2 meningkat dan larutan di kompartemen  anode semakin pekat karena H 2 SO 4 yang terbentuk dari ion SO 42- bereaksi dengan  H + .  H + diperoleh  dari  oksidasi  H 2 O  Keberaadan H 2 SO 4 yang  semakin  pekat  pada  kompartemen  anode dinetralisir melalui pembentukan SO 2 dan CO 2 hasil reaksi anode  karbon  dengan  sulfat, sehingga  warna  larutan  di kompartemen anodik menjadi coklat pekat.
Pengaruh voltase terpasang terhadap massa Mg(OH) 2 yang dihasilkan
Pada  proses  pembentukan  Mg(OH) 2 dari  larutan campuran antara MgSO 4 .7H 2 O dengan NaCl dipengaruhi oleh  voltase  yang  digunakan  pada  proses  elektrolisis. Hubungan voltase dan massa endapan ditunjukkan pada Gambar  1  yang  menunjukan  bahwa  setiap  voltase menghasilkan  massa  endapan  yang  berbeda.  Hal  ini dapat  disimpulkan  bahwa  massa  endapan  merupakan fungsi voltase.
w = f (v)
Gambar 1. Kurva massa endapan Mg(OH) 2 terhadap perubahan voltase terpasang
Berdasarkan  Gambar  1,  penggunan  voltase  3  -  7,5 volt  tampak  ada  peningkatan  endapan  yang  diperoleh, voltase berbanding lurus dengan massa endapan. Voltase tinggi  menyebabkan  kuat  arus  meninggi,  sehingga ketersediaan  OH - banyak  dan  berakibat  Mg(OH) 2 semakin  mudah  terbentuk.  Penggunaan  voltase  diatas 7,5 volt terjadi penurunan endapan, karena pada voltase tinggi terjadi persaingan reaksi. Pembentukan gelembung gas pada voltase tinggi lebih banyak daripada produksi logam Mg dan Na, karena produksi gas memiliki potensial  sel  lebih  rendah  dari  potensial  reduksi  Na + maupun Mg 2+ . Gelembung gas semakin meningkat dapat menutupi semua bagian elektroda, sehingga menghalangi  jalannya  Na + maupun  Mg 2+ ke  elektroda, berakibat  reduksi  Na + maupun  Mg 2+ menjadi  sulit. Penurunan  ketersediaan  Na  dan  Mg  berdampak  pada endapan yang diperoleh pada elektrolisis lebih sedikit.
Pengaruh kuat arus terhadap endapan Mg(OH) 2 yang dihasilkan Berdasarkan pengamatan
pada elektrolisis bervoltase  7,5  volt, pengaruh  konsentrasi  NaOH  anodik pada  banyaknya  endapan  Mg(OH) 2 yang  dihasilkan seperti  tercantum  dalam  Gambar  2.  Pola  Grafik  2 menunjukan  bahwa  pengaruh  konsentrasi  NaOH
terhadap  massa  endapan  tidak  linier,  karena  pada konsentrasi tinggi terjadi reaksi persaingan. Hal ini dapat disimpulkan  bahwa  massa  endapan  merupakan  fungsi konsentrasi.
w = f ( c )
Gambar 2. Kurva massa endapan terhadap variasi konsentrasi
Gambar  2  menunjukkan  bahwa  penggunaan  NaOH berkonsentrasi  0,01  M  -  0,1  M  terdapat  peningkatan massa  endapan  Mg(OH) 2 ,  semakin  besar  konsentrasi NaOH berarti semakin banyak ketersediaan ion Na + yang mengalir menuju  katode  dan  berakibat  semakin  banyak basa  kuat  NaOH  yang  terbentuk  di  katode  (persamaan reaksi  6).  Pada  penggunaan  NaOH  berkonsentrasi  0,15; 0,2  dan  0,25  M  massa  endapan  Mg(OH) 2 ternyata mengalami  penurunan.  Semakin  tinggi  konsentrasi NaOH di anode, ketersediaan Na + di katode pun semakin meningkat  dan  lebih  mudah  tereduksi  membentuk  Na. Ketersediaan Na yang besar, ternyata membuat OH - lebih mudah  bereaksi  dengan  Na  hasil  reduksi  Na + daripada Mg,  mengakibatkan  pembentukan  NaOH  lebih  mudah terbentuk  daripada  pembentukan  Mg(OH) 2 .  Selain  itu, meningkatnya ketersediaan NaOH di anode, menyebabkan peningkatan kuat arus. Arus tinggi banyak digunakan  untuk  pembentukan  gas.  Gas  menutupi permukaan  katode  sehingga  reduksi  Mg 2+ menjadi  sulit dan pembentukan Mg(OH) 2 pun menurun.

## Pengaruh pertambahan waktu terhadap kuat arus yang dihasilkan
Pada  tiap  variasi  konsentrasi  NaOH  menghasilkan arus  yang  berbeda,  karena  besarnya  hantaran  listrik bergantung  pada  jumlah  ion  efektif  yang  dapat menghantarkan  arus.  Gambar  3  menujukan  bahwa  kuat arus mengalami kenaikan dan penurunan. Kenaikan kuat arus  diakibatkan  oleh  konsentrasi  ion  pada  anode  dan katode  semakin  bertambah  besar  (pekat)  yang berpengaruh  terhadap  peningkatan  konduktansi  dan penurunan  resistansi.  Jumlah  resistansi  yang  menurun berakibat  kuat  arus  meningkat.  Penurunan  kuat  arus disebabkan  ada  pengurangan  jumlah  ion  yang  terdapat pada  masing-masing  kompartemen  berkurang.  Selain itu,  seiring  meningkatnya  waktu  gelembung  gas  yang dihasilkan semakin banyak sehingga menutup permukaan  elektroda  dan  menghambat  aliran  ion  ke elektroda.
Gambar 3. Perubahan kuat arus tiap-tiap satuan waktu
Penentuan rendemen dan kadar magnesium pada elektrolisis sistem C|NaOH || MgSO 4 ,KCl |C
Pembentukan  Mg(OH) 2 sangat  dipengaruhi  oleh adanya  NaOH  sehingga  tiap  konsentrasi  NaOH menghasilkan rendemen dan kemurnian yang  berbeda- beda. Rendemen yang dihasilkan pada penggunaan NaOH konsentrasi 0,01; 0,05; 0,1; 0,15;0,2 dan 0,25M berturut- turut sebesar 93,48; 97,71; 99,41; 91,56; 60,11 dan 45,04 %.  Kadar  magnesium  ditunjukan  oleh  hasil  AAS  adalah berturut-turut  sebesar  51,96;  52,17;  55,12;  51,76;  55,06 dan 50,83 %. Sementara hasil analisis spektroskopi FTIR endapan Mg(OH) 2 ditunjukan pada Gambar 4.
Gambar 4. spektra Mg(OH) 2 hasil elektrolisis
Spektra  pada  bilangan  gelombang  3425,58  cm -1 memberikan informasi bahwa sampel mengandung – OH ikatan  hidrogen,  sedangkan  keberadaan – OH  streching Mg(OH) 2 ditunjukan  pada  bilangan  gelombang  3695,61 cm -1 sesuai dengan daerah Mg(OH) 2 standar Aldrich yaitu 3650-3700  cm -1 .  Keberadaan  ikatan  Mg-O  ditunjukkan dengan  bilangan  gelombang  470,63  cm -1 .  Adanya kemiripan  bentuk  spektra, puncak  spektra  dan overtone yang  dihasilkan  dapat  membuktikan  bahwa  endapan yang dihasilkan pada penelitian ini adalah Mg(OH) 2 .

## 4. Kesimpulan
Endapan  Mg(OH) 2 dapat  terbentuk  melalui elektrolisis
sistem C │ NaOH ║ MgSO 4 , NaCl │ C. Pemebentukan  Mg(OH) 2 dipengaruhi  oleh  NaOH, peningkatan  NaOH  sampai  konsentrasi  tertentu  dapat meningkatkan  massa  Mg(OH) 2 .  Bergantung  pada penggunaan  konsentrasi  NaOH  di  kompartemen  anode, rendemen Mg(OH) 2 tertinggi yaitu 99,41% dengan kadar Mg  sebesar  55,12  %  didapatkan  melalui  penggunaan NaOH 0,1M bervoltase 7,5 V.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  Lev Ivanovich Antropov, Theoretical
electrochemistry, Mir, 1972.
[2]  Walt  Pyle,  Jim  Healy,  Reynaldo  Cortez,  Solar hydrogen  production  by  electrolysis, Home  power ,
39, (1994) 32-38
[3]  A.  S.  Bhatti,  D.  Dollimore,  A.  Dyer,  Magnesia  from seawater: a review, Clay Minerals , 19, (1984) 865-875
[4]  Alan  G.  Sharpe,  Inorganic  Chemistry,  in,  Longman Group Ltd, Essex, 1992.
[5]  Günter  Dietrich,  General  oceanography:  an introduction, Wiley, 1980.
[6]  M. Whitfield, Daniel Jagner, Marine Electrochemistry:  A  Practical  Introduction,  John Wiley & Sons, Chichester, 1981.
[7]  Frank  Albert  Cotton,  Geoffrey  Wilkinson,  Advanced Inorganic  Chemistry,  John  Wiley  &  Sons, Incorporated, 1988.
[8]  W.  H.  Rahmanto,  M .  Asy’ari,  Rame,  Marihati,  Sel Elektrolisis  2-Kompartemen  untuk  Ekstraksi Magnesium dan Sulfat dari Sistem Larutan MgSO 4 - KCl-H 2 O,  in:    Seminar  Nasional  Kimia  dan Pendidikan Kimia, Semarang, 2006.
[9]  O. L. Maddan, Apparatus and method for producing magnesium  from  seawater,  in,  Google  Patents, United States, 2001.
[10] G.  Svehla,  Vogel  -  Buku  Teks  Analisis  Anorganik Kualitatif  Makro  dan  Semimikro,  edisi  5  ed.,  PT. Kalman Media Pusaka, Jakarta, 1985.