Laporan Progres Tugas Besar Mata Kuliah Kimia (TR-48-01)

 

LAPORAN PROGRES TUGAS BESAR KIMIA MEMBUAT ALAT WATER IONIZER

 



Disusun Oleh:

Kelompok 5

Fransiscus Grace Felix Malau            101062400027

Naya Novelia Cahyani Putri               101062400029

Muhammad Nazuar Husain                101062400031

 


PROGRAM STUDI S1 TEKNIK SISTEM ENERGI

FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO

2024/2025



Pendahuluan

Air adalah kebutuhan dasar bagi kehidupan di Bumi, dan kualitas air sangat memengaruhi kesehatan manusia. Dalam beberapa dekade terakhir, muncul teknologi yang bertujuan untuk meningkatkan kualitas air minum, salah satunya adalah water ionizer. Water ionizer merupakan perangkat yang digunakan untuk mengubah air biasa menjadi air dengan sifat alkali atau asam melalui proses elektrolisis. Teknologi ini banyak digunakan untuk keperluan kesehatan, rumah tangga, dan industri.

Proses ionisasi air melibatkan pemisahan ion-ion dalam air dengan menggunakan elektroda. Air yang dihasilkan memiliki pH yang berbeda, bergantung pada kebutuhan pengguna. Air alkali sering diklaim memiliki manfaat kesehatan, seperti membantu menetralisasi asam dalam tubuh, meningkatkan hidrasi, dan berfungsi sebagai antioksidan. Di sisi lain, air asam biasanya digunakan untuk keperluan sanitasi dan perawatan kulit.

Dalam ilmu kimia, teknologi water ionizer menghadirkan beberapa aspek penting untuk dipelajari, termasuk reaksi elektrokimia, mekanisme ionisasi, dan perubahan sifat fisikokimia air. Penelitian tentang manfaat dan efektivitas air hasil ionisasi juga menjadi topik yang menarik untuk didalami, mengingat banyaknya klaim yang beredar di masyarakat. Oleh karena itu, makalah ini akan membahas prinsip kerja, mekanisme kimia, serta aplikasi dan potensi manfaat dari water ionizer untuk memahami lebih dalam kontribusi teknologi ini terhadap kehidupan sehari-hari.

 

Rencana Cara Kerja Elektrolisis:

1. Persiapan Bahan dan Alat

- Air mineral/air dengan kandungan TDS (Total Dissolved Solids)

- Elektroda (karbon grafit atau stainless steel)

- Membran semi-permeabel

- Sumber tegangan DC (disarankan dari penyearah AC 220V)

2. Konfigurasi Peralatan

- Siapkan wadah yang terbagi menjadi dua sisi (anoda dan katoda)

- Pasang elektroda dengan jarak sekitar 7 cm

- Gunakan membran pemisah untuk memisahkan kedua sisi

3. Proses Elektrolisis

- Isi wadah dengan air mineral hingga penuh

- Ukur parameter awal: pH, TDS, suhu, dan ORP

- Hubungkan sumber tegangan DC ke elektroda

- Jalankan proses elektrolisis selama waktu tertentu (misalnya 180 menit)

4. Mekanisme Reaksi

- Pada katoda (sisi negatif):

  Ion positif (Ca2+, Mg2+, Na+, K+) tertarik

  Bergabung dengan OH- membentuk air alkali

  Menghasilkan pH > 7 dan ORP negatif

- Pada anoda (sisi positif):

  Ion negatif (SO42-, NO3-, CO32-, Cl-, F-) tertarik

  Bergabung dengan H3O+ membentuk air asam

  Menghasilkan pH < 7 dan ORP positif

5. Pengamatan dan Pengukuran

- Ukur arus elektrolisis setiap 10 menit

- Catat perubahan parameter: pH, TDS, suhu, dan ORP

- Pisahkan air alkali dan air asam

6. Karakteristik Arus Elektrolisis

- Tahap 1: Arus meningkat eksponensial (sifat induktif)

- Tahap 2: Arus menurun eksponensial (sifat kapasitif)

- Tahap 3: Arus relatif konstan (sifat resistif)

 

Catatan penting: Kualitas elektrolisis sangat bergantung pada nilai TDS air, semakin tinggi TDS, semakin besar arus dan efektivitas elektrolisis.

 

Cara Kerja

1. Persiapan Alat dan Bahan

- Menggunakan Portable Water Ionizer (PWI)

- Elektroda: Carbon graphite dan stainless steel (SS306)

- Panjang elektroda 12 cm, diameter 1 mm

- Jarak antar elektroda 7 cm

- Menggunakan membran pemisah

- Sumber tegangan: AC PLN 220V yang diubah menjadi DC 105V

2. Prosedur Elektrolisis

- Isi wadah dengan air mineral/air uji secara penuh

- Ukur parameter awal: TDS, pH, suhu, dan ORP

- Hubungkan elektroda dengan sumber tegangan DC

- Jalankan proses elektrolisis selama 180 menit

- Ukur arus elektrolisis setiap 10 menit

3. Mekanisme Reaksi

- Pada katoda (sisi negatif):

  Ion positif (Ca2+, Mg2+, Na+, K+) tertarik

  Bergabung dengan OH- membentuk air alkali

  Menghasilkan pH > 7 dan ORP negatif

- Pada anoda (sisi positif):

  Ion negatif (SO42-, NO3-, CO32-, Cl-, F-) tertarik

  Bergabung dengan H3O+ membentuk air asam

  Menghasilkan pH < 7 dan ORP positif

4. Karakteristik Arus Elektrolisis

- Tahap 1 (0-30 menit): Arus meningkat eksponensial (sifat induktif)

- Tahap 2 (30-120 menit): Arus menurun eksponensial (sifat kapasitif)

- Tahap 3 (120-180 menit): Arus relatif konstan (sifat resistif)

5. Pengukuran Akhir

- Pisahkan air alkali dan air asam

- Ukur parameter akhir: TDS, pH, suhu, dan ORP

Catatan penting: Kualitas elektrolisis sangat bergantung pada nilai TDS air, semakin tinggi TDS, semakin besar arus dan efektivitas elektrolisis.


Proses Elektrolisis

Elektrolisis melibatkan penerapan arus listrik melalui air untuk memisahkan molekul air menjadi ion-ion penyusunnya. Pada diagram ini, terdapat dua elektroda: anoda (positif) dan katoda (negatif).

  1. Sisi Kiri (Anoda - Positif)
    • Di sisi anoda, terjadi reaksi oksidasi. Ion OH⁻ kehilangan elektron (e⁻) dan membentuk gas oksigen (O₂) serta ion hidrogen (H⁺).
    • Produk utama:
      • Gas Oksigen (O₂)
      • Ion Hidrogen (H⁺) yang meningkatkan keasaman air.
    • Air yang terbentuk di sisi ini disebut air asam, bersifat asidik (pH rendah), dan sering digunakan sebagai desinfektan atau pembersih.

Reaksi Kimia:

    • 4OH−→2H2O+O2+4e−4OH⁻ → 2H₂O + O₂ + 4e⁻
  1. Sisi Kanan (Katoda - Negatif)
    • Di sisi katoda, terjadi reaksi reduksi. Ion H⁺ menerima elektron (e⁻) dan membentuk gas hidrogen (H₂). Ion-ion mineral seperti Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ {Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺} tetap di dalam larutan bersama ion OH⁻, menciptakan air yang bersifat basa.
    • Produk utama:
      • Gas Hidrogen (H₂)
      • Ion hidroksida (OH⁻) yang meningkatkan kebasaan air.
    • Air yang terbentuk di sisi ini disebut air basa (kangen water), bersifat alkalis (pH tinggi), sering digunakan untuk konsumsi karena dianggap memiliki manfaat kesehatan.

Reaksi Kimia:

    • 2H++2e−→H22H⁺ + 2e⁻ →H₂

Ion-ion yang Terlibat

  • Sisi Asam (Anoda):
    • Ion-ion seperti Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻, CO₃²⁻ {Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻, CO₃²⁻} cenderung terkumpul di sisi ini karena sifat elektrokimia mereka.
  • Sisi Basa (Katoda):
    • Ion-ion seperti Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ {Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺} terkonsentrasi di sisi ini.

Unsur-unsur dan senyawa garam apa saja yang mungkin terdapat dalam air mineral.

1. Ion Positif (Kation):

- Na+ (Natrium)

- K+ (Kalium)

- Ca2+ (Kalsium)

- Mg2+ (Magnesium)

2. Ion Negatif (Anion):

- Cl- (Klorida)

- NO3- (Nitrat)

- SO42- (Sulfat)

- F- (Fluorida)

- CO32- (Karbonat)

Total Dissolved Solids (TDS) dapat diperkirakan dengan persamaan:

TDS = Cl- + NO3- + SO42- + F- + Na+ + K+ + Ca2+ + Mg2+ + 0.6 Alkalinitas

Konsentrasi ion-ion ini mempengaruhi:

- Daya hantar listrik air

- Proses elektrolisis

- Pembentukan air alkali dan air asam

- Nilai pH air mineral

Semakin tinggi konsentrasi ion-ion terlarut, semakin tinggi nilai TDS dan semakin besar arus listrik yang dapat mengalir selama proses elektrolisis.

 

Progres Alatnya


Alat yang Diperlukan dalam Membuat Water Ionizer















Bukti pembelian





 

 

 










Hasil

Dari pembahasan mengenai water ionizer, diperoleh beberapa temuan penting:

  1. Proses ionisasi air dilakukan melalui reaksi elektrokimia, yang melibatkan elektroda positif dan negatif untuk menghasilkan air alkali (pH tinggi) dan air asam (pH rendah).
  2. Air alkali yang dihasilkan memiliki potensi sebagai antioksidan karena adanya ion hidroksida (OH⁻), sementara air asam lebih sering digunakan untuk keperluan sanitasi.
  3. Efektivitas water ionizer sangat bergantung pada kualitas air baku, seperti kandungan mineral dan tingkat kebersihan awal air.
  4. Beberapa penelitian mendukung manfaat air alkali untuk kesehatan, seperti meningkatkan hidrasi dan membantu menjaga keseimbangan asam-basa tubuh. Namun, klaim ini masih membutuhkan penelitian lebih lanjut untuk memastikan keakuratan dan relevansinya.

 

Kesimpulan

     Teknologi water ionizer menawarkan solusi inovatif untuk meningkatkan kualitas air dengan cara yang sederhana dan mudah diakses. Dari sisi kimia, proses ionisasi melibatkan prinsip elektrokimia yang menghasilkan perubahan pada sifat fisikokimia air. Air alkali dapat memberikan manfaat tertentu bagi kesehatan, sementara air asam bermanfaat untuk aplikasi higienis dan sanitasi.

     Meskipun teknologi ini memiliki potensi yang menjanjikan, penting untuk tetap kritis terhadap klaim kesehatan yang belum sepenuhnya terverifikasi secara ilmiah. Keberhasilan pemanfaatan water ionizer juga bergantung pada pemahaman yang tepat mengenai mekanismenya dan pemilihan air baku yang sesuai. Dengan demikian, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk memastikan keamanan, efektivitas, dan manfaat jangka panjang dari teknologi ini dalam kehidupan sehari-hari.