voltameter tembaga

Upload: riduan-mulyadi

Post on 18-Oct-2015

103 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

VOLTAMETER TEMBAGA

VOLTAMETER TEMBAGADasar TeoriMerupakan alat/perkakas untuk mengukur besar tegangan listrik dalam suatu rangkaian listrik. Voltmeter disusun secara paralel terhadap letak komponen yang diukur dalam rangkaian. Alat ini terdiri dari tiga buah lempengan tembaga yang terpasang pada sebuah bakelite yang dirangkai dalam sebuah tabung kaca atau plastik. Lempengan luar berperan sebagai anoda sedangkan yang di tengah sebagai katoda. Umumnya tabung tersebut berukuran 15 x 10cm (tinggi x diameter). Dalam sel elektrokimia berlangsung suatu proses elektrokimia, yaitu suatu proses reaksi kimia menghasilkan arus listrik, atau sebaliknya arus listrik menghasilkan proses kimia. Sel elektokimia digunakan secara luas dalam kehidupan sehari-hari misalnya dalam proses ekstrasi dan pemurnian logam emas, perak, dan aluminium, penyepuhan logam dan yang sangat penting adalah pemanfaatan sel elktrokimia pada berbagai alat elektronik.

Contoh sel elektrokimia yang banyak digunakan pada peralatan elektronik yaitu baterai dan accumulator(aki). Kedua jenis sel elektrokimia ini banyak digunakan sebagai sumber energi listrik, antara lain pada radio, lampu senter, kalkulator, mesin mobo\il mesin motor, mainan anak-anak sampai pada peralatan ruang angkasa seperti satelit yang menggunakan baterai nikel kadmium dan sel surya. Dapatkah anda menunjukkan contoh penggunaan baterai dan aki lainnya?

Energi listrik dalam peralatan elektronik tersebut diperoleh dari hasil reaksi kimia berupa reaksi redoks yang spontan. Dalam reaksi redoks terjadi transfer atau perpindahan electron dari suatu unsure ke unsur lain. Aliran electron ini menunjukkan adanya alirean arus listrik.

Pada baterai atau aki yang sedang digunakan, berlangsung suatu reaksi kimia yang menghasilkan arus listrik. Kebalikan proses tersebut adalah penggunaan energi listrik untuk reaksi kimia. Misalnya, pada proses penyepuhan logam dan penyetruman aki. Jadi berdasarkan reaksi selk elektrokimia dibagi menjadi dua yaitu Sel Volta dan Sel Elektrolisis.

1. Sel Volta

: Reaksi kimia yang berlangsung spontan dan menghasilkan arus listrik. Katode merupakan ktub positip dan anode kutub negatif.

2. Sel Elektrolisis: Arus litrik yang menyebabkan terajdinya reaksi kimai. Katode merupakan kutub negatif dana anode merupakan kutub postif. Contoh : penyepuhan, pemurnian logam dalam pertambangan dan penyetruman aki.

Pada kesempatan ini kita akan membahas mengenai Sel Elektrolisis, sekaligus menerapkan proses pemurnian logam.

Ilmuwan Inggris, Michael Faraday mengalirkan arus listrik ke dalam larutan elektrolit dan ternyata larutan elektrolit itu terjadi reaksi kimia. Rangkaian alt kimia yang digunakan untuk menunjukkan reaksi kimia akibat dialiraka arus listrik disebut sebagai sel elektrolisis.

Perhatikan gambar dibawah ini Elektroda pada sel elektrolisis berbeda dengan elektroda pada sel volta. Katode pada sel volta merupakan kutuib positip dan anodenya merupakan kutub negatip. Adapun pada sel elektrolisis, katode mrupakan kutub negatip sedangkan katode merupakan kutub positip. Pada sel volta, pemberian tanda kutub positip dan negatip ini didasarkan pada potensial listrik kedua elektrodanya. Adapun pada sel elektrolisis, penentuan ini didasarkan pada potensial tyang diberkan dari luar.

Konsep Praktikum

Hantaran listrik melalui larutan elektrolit dapat dianggap sebagai aliran electron. Jadi apabila electron telah dapat mengalir dalam larutan elektrolit berarti listrik dapat mengalir dalam larutan tersebut. Elektron berasal dari kutub katode atau kutub negatif. Sedangkan pada anode melepaskan ion positip dan membentuk endpan pada logam katode. Di dalam larutan terurai proses:

CuSO4

Cu2++ SO42-

Ion Cu2+ ini akan berpindah menuju keping katode sedangkan ion SO42- akan menuju keping anode. Lama-lama keping katode ini akan timbul endapan dan terjadi perubahan massa. Massa ini dapat dihitung dengan cara:

G = a . I . t

Dimana:

G = jumlah endapan tembaga Cu (gram)

a = tara kimia listrik (gr/ampere.jam)

I = kuat arus listrik (ampere)

t = lamanya pengaliran arus (jam)

Untuk tembaga nilai a = 1,186 gr/ampere.jam, karena G telah dapat diketahui maka I arus dapat diperoleh dengan:

I = G/at

Kita telah mengetahui berbagai cara untuk membangkitkan arus listrik di dalam alat pembangkit tegangan. Antara dua jepit tegangan (sumber arus) jepit kedua keping tembaga anode pada kutub positip dan satu keping tembaga pada keping katode pada kutub negatif.

Kita telah mempelajari konsep ini pada tingkat SMA, sekarang akan kita buktikan melalui praktiknya. Kali ini kita akan menggunakan sumber tegangan dc (direct current) dalam rangakaian, sebab dalam rangkaian hanya ada satu jalan yaitu dari anode ke katode tetapi tidak sebaliknya.

Kegunaan sel Elektrolisis

1. Pembuatan Gas di Laboratorium

Sel elektrolisis banyak digunakan dalam industri pembuatan gas misalnya pembuatan gas oksigen, gas hydrogen, atau gas klorin. Untuk menghasilkan gas oksigen dan hydrogen, Anda dapat menggunakan larutan elektrrolit dari kation golongan utama (K+,Na+) dan anion yang mengandung oksigen (So42-,, NO3-) dengan electrode Pt atau karbon. Reaksi elektrolisis yang mengahsilkan gas, misalnya elektrolisis larutan Na2SO4 menggunakan electrode karbon.

Reaksi yang terjadi

Na2SO4(aq)

2Na+(aq)+ SO42-

Katode (C) : 2H2O(l) + 2e-

2OH-(aq) + H2(g)

Anode(C): 2H2O(l)

4e- + 4H+ + O2(g)

Karena pada katode dan anode yang bereaksi adalah air, semakin lama air semakin berkurang sehingga perlu ditambahkan. Perlu diingat bahwa walaupun yang bereaksi air, tidak berarti elektrolit Na2SO4 tidak diperlukan. Elektrolit ini berguna sebagai penghantar arus listrik.

2. Proses Penyepuhan Logam

Proses penyepuhan sutu logam emas, perak, atau nikel, bertujuan menutupi logam yang penampilannya kurang baik atau menutupi logam yang mudah berkarat. Logam-logam ini dilapiasi dengan logam lain yang penampilan dan daya tahannya lebih baik agar tidak berkarat. Misalnya mesin kendaraan bermotor yang terbuat dari baja umumya dilapisi kromium agar terhindar dari korosi . Beberapa alat rumah tangga juga disepuh dengan perak sehingga lebih awet dan penampilannya tampak lebih baik.

Badan sepede titanium dilapisi titanium oksida (TiO2) yang bersifat keras dan tidak dapat ditembus oleh oksigen atau uap air sehingga terhindar dari reaksi oksida yang menyebabkan korosi.

Prinsip kerja proses penyepuhan adalah penggunaan sel dengan elektrolit larutan dan electrode reaktif. Contoh jika logam atau cincin dari besi akan dewlaps emas digunakan larutan elektrolit AuCl3(aq). Logam besi (Fe) dijadikan sebagai katode, sedangkan logam emasnya (Au) sebagai anode. Apa yang terjadi jika kedua logam ini ditukar posisinya?Me ngapa?

Reaksi yang berlangsung dalam proses penyepuhan besi dengan emas yaitu

AuCl3(aq)

Au3+(aq)+ 3Cl-(aq)

Katode(cincin Fe): Au3+(aq) + 3e-

Au(s)

Anode(au) : Au(s)

Au3+(aq)

3e-

Proses yang terjadi yaitu oksidasi logam emas (anode) menjadi Au3+(aq) Kation ini akan bergerak ke katode menggantikan kation Au3+ yang direduksidi katode. Kation Au3+ di katode direduksi membentuk endapan logam emas yang melapisi logam atau cincin besi. Proses ini cukup murah karena emas yang melapisi besi hanya berupa lapisan tipis.

3. Proses Pemurnian logam kotor

Proses pemurnian logam kotor banyak dilakukan dalm pertambangan . logam transisi yang kotor dapat dimurnikan dengan cara menempatkannya sebagai anode dan logam murni sebagai katode. Elektrolit yang digunkan adalah elektrolit yang mengandung kation logam yang dimurnikan. Contoh : prose pemurnian nikel menggunakan larutan NiSO4 . niukel murni digunkan sebagai katode, sedangkan nikel kotor (logam yang dimurnikan ) digunakan sebagai anode. Reaksi yang terjadi, yaitu:

NiSO4(aq)

Ni2+(aq)+ SO42-

Katode(Ni murni):Ni2+(aq) + 2e-

Ni(s)

Anode (Ni kotor) :Ni(s)

Ni2++2e-Logam nikel yang kotor pada anode dioksidasi menjdi ion Ni2+. Kemudian, ion Ni2+ pada katode direduksi membentuk logam Ni dan bergabung dengan katode yang merupakan logam murni. Kation Ni2+ di anode bergerak ke daerah katode menggantikan kation yang direduksi. Untuk mendapatkan logam nikel murni(di katode) harus ada penyaringan sehinggga kotoran (tanah, pasir dan lain-lain) hanya berada di anode dan tidak berpindah ke katode sehingga daerah di katode merupakan daerah yang bersih.

pengotor

Pada percobaan Voltameter Tembaga ini, akan memncari ketetapan Faraday dengan konsep elektrolisis. Hal ini erat kaitannya dengan ilmu kimia, dimana akan banyak berhubungan dengan elektrokimia dan reaksi reaksinya. Voltmeter adalah Merupakan alat untuk mengukur besar tegangan listrik dalam suatu rangkaian listrik. Alat ini yang akan berperan penting dalam elektrokimia ini. Elektrokimia adalah kajian mengenai proses perubahan antara Tenaga Kimia dan Tenaga Elektrik. Sesuai dengan namanya, metode elektrokimia adalah metode yang didasarkan pada reaksi redoks, yakni gabungan dari reaksi reduksi dan oksidasi, yang berlangsung pada elektroda yang sama/berbeda dalam suatu sistim elektrokimia. Sistem elektrokimia meliputi sel elektrokimia dan reaksi elektrokimia. Sel elektrokimia yang menghasilkan listrik karena terjadinya reaksi spontan di dalamnya di sebut sel galvani. Sedangkan sel elektrokimia di mana reaksi tak-spontan terjadi di dalamnya di sebut sel elektrolisis. Peralatan dasar dari sel elektrokimia adalah dua elektroda -umumnya konduktor logam- yang dicelupkan ke dalam elektrolit konduktor ion (yang dapat berupa larutan maupun cairan) dan sumber arus. Karena didasarkan pada reaksi redoks, pereaksi utama yang berperan dalam metode ini adalah elektron yang di pasok dari suatu sumber listrik. Sesuai dengan reaksi yang berlangsung, elektroda dalam suatu sistem elektrokimia dapat dibedakan menjadi katoda, yakni elektroda di mana reaksi reduksi (reaksi katodik) berlangsung dan anoda di mana reaksi oksidasi (reaksi anodik) berlangsung.Aplikasi metode elektrokimia untuk lingkungan dan laboratorium pada umumnya didasarkan pada proses elektrolisis, yakni terjadinya reaksi kimia dalam suatu sistem elektrokimia akibat pemberian arus listrik dari suatu sumber luar. Proses ini merupakan kebalikan dari proses Galvani, di mana reaksi kimia yang berlangsung dalam suatu sistem elektrokimia dimanfaatkan untuk menghasilkan arus listrik, misalnya dalam sel bahan bakar (fuel-cell). Aplikasi lainnya dari metode elektrokimia selain pemurnian logam dan elektroplating adalah elektroanalitik, elektrokoagulasi, elektrokatalis, elektrodialisis elektrorefining dan elektrolisis.

SEL ELEKTROKIMIA 1. Sel Volta/Galvani1. terjadi penubahan : energi kimia energi listrik2. anode = elektroda negatif (-)3. katoda = elektroda positif (+)

2. Sel Elektrolisis1. terjadi perubahan : energi listrik energi kimia2. anode = elektroda positif (+)3. katoda = elektroda neeatif (-)

KONSEP-KONSEP SEL VOLTASel Volta1. Deret Volta/Nersta. Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, ZnFe Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au

b. Makin ke kanan, mudah direduksi sukar dioksidasiMakin ke kiri, mudah dioksidasi sukar direduksi

2. Prinsip1. Anoda terjadi reaksi oksidasi ; Katoda terjadi reaksi reduksi2. Arus elektron : anoda katoda ; Arus listrik : katoda anoda3. Jembatan garam: menyetimbangkan ion-ion dalam larutan

MACAM - MACAM SEL VOLTA1. Sel Kering atau Sel Leclance= Katoda : Karbon= Anoda :Zn= Elektrolit : Campuran berupa pasta : MnO2 + NH4Cl + sedikit Air

2. Sel Aki= Katoda: PbO2= Anoda : Pb= Elektrolit: Larutan H2SO4= Sel sekunder

3. Sel Bahan Bakar= Elektroda : Ni= Elektrolit : Larutan KOH= Bahan Bakar : H2 dan O2

4. Baterai Ni - Cd= Katoda : NiO2 dengan sedikit air= Anoda : Cd

1. Katoda [elektroda -] Terjadi reaksi reduksi Jenis logam tidak diperhatikan, kecuali logam Alkali (IA) den Alkali tanah (IIA), Al dan Mn Reaksi:2 H+(aq) + 2e- H2(g)ion golongan IA/IIA tidak direduksi; penggantinya air2 H2O + 2 e- basa + H2(g) direduksi(ion-ion lain

2. Anoda [ektroda +] Terjadi reaksi oksidasi Jenis logam diperhatikan

a. Anoda : Pt atau C (elektroda inert)reaksi : - 4OH-(aq) 2H2O + O2(g) + 4e-- gugus asam beroksigen tidak teroksidasi, diganti oleh 2 H2O asam + O2(g)- golongan VIIA (halogen) g asb. Anoda bukan : Pt atau Creaksi : bereaksi dengan anoda membentuk garam atausenyawa lain.

Elektrolisis ialah proses penguraian elektrolit kepada unsur juzuknya apabila arus elektrik mengalir melaluinya.Arus elektrik boleh dialirkan melalui elektrolit dengan menggunakan dua elektroda. Elektroda yang disambungakan kepada terminal positif yang dinamakan anoda, manakala elektroda yang disambungkan kepada terminal negati dinamakan katoda.Semasa elektrolisis berlaku, ion negatif akan bergerak ke anoda.Oleh itu ion ini dikenali sebagai kation.Ion positif pula akan bergerak ke katoda yang mana ion ini dikenali sebagai kation. Istilah elektrolisis diperkenalkan oleh Michael Faraday [1791 - 1867]. 'Lisis' bermaksud memecah dalam bahasa Yunani. Jadi, elektrolisis bermaksud pemecahan oleh arus elektrik. Proses Elektrolisis adalah keadaan di mana apabila elektrolit mengkonduksikan elektrik, perubahan kimia berlaku dan elektrolit terurai kepada unsurnya di elektroda.

Sel elektrolisis Sel kimia

Elektrolit: CuSO4 Cu2+ + SO42-H2O H+ + OH-Elektrolit: Na2SO4 2Na+ + SO42-H2O H+ + OH-

Tindak balas di anod (Elektrod positif)4OH- 2H2O + O2 + 4ePengoksidaan Tindak balas di anod (Elektrod negatif)Zn Zn2+ + 2ePengoksidaan Tindak balas di katod ( Elektrod negatif)Cu2+ + 2e CuPenurunan Tindak balas di katod ( Elektrod positif)2H+ + 2e H2Penurunan

PRINSIP PERHITUNGAN ELEKTROLISIS

Hukum Faraday I

"Massa zat yang terbentuk pada masing-masing elektroda sebanding dengan kuat arus/arus listrik yang mengalir pada elektrolisis tersebut".

Rumus:m = e . i . t / 96.500q = i . tm = massa zat yang dihasilkan (gram)e = berat ekivalen = Ar/ Valens i= Mr/Valensii = kuat arus listrik (amper)t = waktu (detik)q = muatan listrik (coulomb)

Hukum Faraday II

"Massa dari macam-macam zat yang diendapkan pada masing-masing elektroda (terbentuk pada masing-masing elektroda) oleh sejumlah arus listrik yang sama banyaknya akan sebanding dengan berat ekivalen masing-masing zat tersebut."

Rumus:m1 : m2 = e1 : e2m = massa zat (garam)e = berat ekivalen = Ar/Valensi = Mr/Valensi

Hukum Faraday erat kaitanya dengan muatan lisktrik. Muatan listrik, Q, adalah pengukuran muatan dasar yang dimiliki suatu benda. Satuan Q adalah coulomb, yang merupakan 6.24 x 1018 muatan dasar. Q adalah sifat dasar yang dimiliki oleh materi baik itu berupa proton (muatan positif) maupun elektron (muatan negatif). Muatan listrik total suatu atom atau materi ini bisa positif, jika atomnya kekurangan elektron. Sementara atom yang kelebihan elektron akan bermuatan negatif. Besarnya muatan tergantung dari kelebihan atau kekurangan elektron ini, oleh karena itu muatan materi/atom merupakan kelipatan dari satuan Q dasar. Dalam atom yang netral, jumlah proton akan sama dengan jumlah elektron yang mengelilinginya (membentuk muatan total yang netral atau tak bermuatan). Muatan listrik partikel disimbolkan sebagai e atau kadang-kadang q adalah muatan listrik oleh sebuah partikel proton atau sama dengan angka negatif muatan listrik sebuah partikel elektron. Merupakan konstanta fisika dan satuan muatan listrik.Nilainya adalah 1.602 176 53(14) 10-19 C, menurut daftar konstanta fisika CODATA tahun 2002. Pada sistem Centimetre gram second (CGS), nilainya mendekati 4.803 10-10 statcoulomb.Sejak pertama kali diukur oleh Robert Millikan pada percobaan tetes-minyak pada tahun 1909, muatan dasar partikel diyakini tidak bisa dibagi lagi. Quark, ditemukan tahun 1960s, dipercaya memiliki muatan listrik sebesar e/3, hanya terdapat dalam jumlah partikel lebih dari satu. Quark tidak pernah dideteksi dalam satu partikel.

Tabel konversi untuk satuan muatan listrik1 e (konstanta muatan listrik partikel)adalah sama dengan1 e (konstanta muatan listrik partikel)1,6022 x 10-20 abcoulomb (abC)

4,450555556 x 10-23 ampere-hour (Ah)

2,670333333 x 10-21 ampere-minute (Am)

1,6022 x 10-19 ampere-second (As)

1,6022 x 10-19 coulomb (C)

1,602464363 x 10-19 coulomb (internasional) (C)

1,66048323 x 10-24 faraday (kimia) (Fd)

1,660016989 x 10-24 faraday (fisika) (Fd)

4,803267424 x 10-10 franklin (Fr)

1,6022 x 10-22 kilocoulomb (kC)

1,6022 x 10-25 megacoulomb (MC)

1,6022 x 10-13 microcoulomb (C)

1.6022 x 10-16 milicoulomb (mC)

1,6022 x 10-10 nanocoulomb (nC)

1,6022 x 10-7 pikocoulomb (pC)

4,803267424 x 10-10 statcoulomb (statC)

1. Sel volta (sel galvani yang dikembangkan oleh Alessandro Volta (1745-1827) dan Luigi Galvani (1737- 1798) dari Italia. Dalam sel volta, reaksi redoks akan menghasilkan arus listrik. Dengan perkataan lain, energi kimia diubah menjadi energi listrik.2. Sel elektrolisis yang dikembangkan oleh Sir Humphry Davy (1778- 1829) dan Michael Faraday (1791- 1867) dari Inggris. Dalam sel elektrolisis arus listrik akan menghasilkan reaksi redoks. Jadi, energi listrik diubah menjadi energi kimia.

Pada percobaan Voltameter Tembaga ini tujuan yang ingin dicapai adalah menentukan ketetapan Faraday, teori toeri yang akan dipergunakan meliputi : elektrokimia, elektrolisis, konsep reaksi redoks, hukum Faraday I , Hukum Faraday II, dan muatan listrik. Rangkaian yang digunakan adalah suatu sistem elektrolisis dengan cairan CuSO . Dimana yang menjadi katoda adalah tembaga dan yang menjadi anoda adalah seng. Reaksi yang terjadi adalah :

CuSO4 (aq) Cu2+(aq) + SO42-(aq)Katoda [elektroda - : reduksi] : Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)Anoda [elektroda + : oksidasi]: 2 H2O(l) O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e-

Seng bertindak sebagai anode (mengalami oksidasi), tembaga bertindak sebagai katode (mengalami reduksi). Perpindahan elektrode dari anode ke katode dapat kita manfaatkan sebagai sumber arus listrik dengan merancang suatu sel volta (sel galvani). Pertama-tama kita menyediakan wadah, diberi setengah sel. Dalam wadah kita celupkan sebatang logam tembaga (katode) dan sebatang logam seng (anode). Kemudian logam seng dan logam tembaga dihubungkan oleh suatu rangkaian kawat yang dilengkapi switch dan voltmeter. Setelah kita amati yang terjadi, seng (anode) secara spontan mengalami oksidasi menjadi Zn2+ yang masuk kedalam larutan. Electron yang dilepaskan mengalir melalui rangkaian kawat menuju tembaga (katode). Pada permukaan tembaga terjadi reduksi: electron yang terlepas ditangkap oleh Cu2+ dari larutan sehingga terbentuk endapan tembaga. Perpindahan electron dari anode ke katode menyebabkan larutan di anode bermuatan positif (karena bertambahnya Zn2+) dan larutan di katode bermuatan negative (karena berkurangnya Cu2+). Aliran elektron ini menimbulkan arus listrik yang dapat kita gunakan untuk berbagai keperluan. Dengan memutuskan switch (off) atau menyambungkan kembali (on) setiap saat kita dapat mematikan atau menghidupkan sel volta sesuai dengan kebutuhan.Pada percobaan I yang menggunakan arus tetap 4 A dan tegangan 4 volt diperoleh berat eqivalen sebesar = 1,25 x 10-5 sedangkan pada percobaan II yang menggunakan arus 5,6 A dan tegangan 6 volt diperoleh hasil berat eqivalen sebesar = 7,1 x 10-5 . Rumus yang digunakan adalah :

z = dimana : M = massa endapan tembagaZ = massa ekivalen elektrokimia muatan yang dialirkan

Faraday merumuskan beberapa kaidah perhitungan elektrolisis yang kini dikenal sebagai Hukum Faraday I berikut ini :1. Jumlah zat yang dihasilkan pada electrode sebanding dengan jumlah arus yang dialirkan pada zat tersebut. 2. Jika arus listrik dialirkan kedalam beberapa sel elektrolisis yang dihubungkan seri, jumlah berat zat-zat yang dihasilkan pada tiap-tiap electrode sebanding dengan berat ekuivalen tiap zat-zar tersebut.

Perlu diperhatikan bahwa pada zaman Faraday electron belum dikenal sebab, electron baru ditemukan oleh Joseph John Thomson tahun 1897. Kini berat ekivalen (e) suatu unsur berdasarkan jumlah electron.

=

Untuk mengenang jasa Michael Faraday kini didefinisikan bahwa satu faraday (1 F) adalah jumlah yang terdiri dari satu mol electron atau 6,0221367 x 1023 butir electron. Karena jumlah sebutir electron adalah 1,60217733 x 10 -19 coloumb, maka listrik satu faraday setara dengan muatan sebesar:

6,0221367x 1023 x 1,60217733x 10 -19 coloumb= 9,64853 x 104 coloumb

Bilangan 9,64853x 104 ini sering dibulatkan menjadi 9,65x 104 atau 96500 dan disebut tetapan faraday dengan satuan coloumb mol -1.1 faraday (1F) = 1 mol electron= muatan 96500 coloumb F = = Dengan

F = jumlah arus dalam faraday (jumlah mol electron)

i = kuat arus (ampere)

t = waktu (detik)

Kedua Hukum Faraday yang telah dikemukakan terdahulu dapat dirumuskan secara kuantitatif sebagai berikut :1. Jumlah zat yang terbentuk di katode atau di anode dinyatakan oleh persamaan berikut ini.

W = e F atau w =

Dengan,

w = berat hasil elektrolisis (gram )

e = berat ekivalen

F = jumlah listrik (faraday)2. Jika terdapat dua hasil elektrolisis dengan arus listrik yang sama, maka berlaku hubungan: =

Hukum Faraday II

"Massa dari macam-macam zat yang diendapkan pada masing-masing elektroda (terbentuk pada masing-masing elektroda) oleh sejumlah arus listrik yang sama banyaknya akan sebanding dengan berat ekivalen masing-masing zat tersebut."Rumus:

m1 : m2 = e1 : e2

m = massa zat (garam)

e = beret ekivalen = Ar/Valensi = Mr/Valensi

Voltameter Tembaga merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar tegangan listrik dalam suatu rangkaian listrik. Alat ini terdiri dari tiga buah lempengan tembaga yang terpasang pada sebuah bakelite yang dirangkai dalam sebuah tabung kaca atau plastik. Lempengan luar berperan sebagai anoda sedangkan yang di tengah sebagai katoda. Umumnya tabung tersebut berukuran 15 x 10cm (tinggi x diameter). Tembaga memiliki berat jenis 8,93 gram/cm3, titik cairnya : 1083 0C, mampu tariknya : 200 360 N/mm2, perpanjangan/regangan/ : 35 50 %, penyusutan dingin : 2%. Metal/logam dapat bertindak sebagai konduktor listrik, akibat adanya pergerakan bebas dari elektron-elektron pada strukturnya. Secara sederhana konduksinya disebut konduksi metalik.Pada larutan elektrolit yang ada kecenderungan sebagai konduksi listrik, dalamperistiwa ini dapat digambarkan sebagai berikut :Jika kedua elektrode dihubungkan dengan arus listrik searah (DC), maka ion-ion pada larutan akan bergerak berlawanan arah. Artinya, ion-ion positif akan bergerak ke elektrode negatif, sebaliknya ion-ion negatif akan bergerak kearah elektrode positif. Pergerakan-pergerakan muatan ion dalam larutan akan membawa energi listrik. Kondisi demikian ini disebut elektrolitik. Apabila ion-ion dalam larutan terkontak dengan elektrode maka reaksi kimia akan terjadi. Pada katode akan mengalami reduksi dan pada anoda akan mengalami oksidasi.Sifat hantaran listrik zat cair dapat dibedakan1. Isolator, misal : air murni, minyak, dll.2. Larutan ion, misal :a. mengalami perubahan kimia, misal : asam-basa, garam.b. tidak mengalami perubahan kimia, misal : air raksa, logam cair.Sesuai dengan tujuan percobaan ini, maka untukmenghitung arus, diperlukanendapan logam di katoda. Maka, akan ditinjau aspek kuantitatif pada elektrolisis ini dengan mengggunakan hukum Faraday, yaitu : Dalam elektrolisis, lewatnya 1 Faraday pada rangkaian menyebabakan oksidasisatu bobot ekivalen suatu zat pada satu elektrode dan reduksi satu bobot ekivalenpada elektrode yang lain.Dan dinyatakan dalam rumus :G = a . i . tDimana : G = jumlah endapan logam (gr)a = ekivalen elektrokimia (gr/coloumb)i = arus (Ampere)t = waktu (detik)Dengan i . t adalah jumlah arus yang akan disuplai, secara kuantitatif dinyatakan sebagai 1 Faraday, sehingga sesuai pula dengan kuantitas satuan standar kelistrikan yang menyatakan banyaknya elektron yang melewati elektrolit adalah coloumb maka :1 Faraday = 1 mol elektron = 96500 ColoumbSehingga rumus diatas menjadi :G = a . i . t 96500Karena larutan yang dipakai adalah dalam percobaan adalah CuSO4, maka reaksikimia yang terjadi bila terdapat arus listrik adalah :CuSO4 --- > 2 Cu2+ + SO42-Pada anoda : SO42- > 2 e + SO4Pada katoda: Cu2+ + 2e > CuArtinya Cu2+ dari larutan garam bergerak menuju katoda dan anoda kehilangan Cu2+ yang dipakai untuk menetralkan SO42-. Sesuai dengan reaksi diatas, dan definisi ekivalensi elektrokimia, yaitu bobot zat yang diperlukan untuk memperoleh atau melepaskan 1 mol elektron, maka harga elektrovalensi kimia untuk Cu dapat ditentukan sebagai berikut:Dari hukum Faraday, rumus untuk a adalah :a = G / (i . t) ; dimana i . t adalah 1 Faradaymaka:a = G / 1 Faraday = G / (96500 C)Karena 1 mol Cu (63,5) gr menghasilkan 2 mol elektron, maka hanya diperlukan 0,5 mol Cu (63,5/2) gr untuk menghasilkan 1 mol elektron. Sehingga harga a untuk Cu dapat dicari :a = G gr = 0,3294 mg / C2 . 96500 CSetelah harga a diketahui maka harga i ditentukan berdasar persamaan :i = G / (a . t)= G / (0,3294 . t), dengan : G = dalam miligrama = dalam miligram/Ct = dalam detiki = dalam ampereDengan persamaan tersebut, akan dapat dihitung besarnya i sesungguhnya yang nantinya akan dibandingkan dengan angka i pada amperemeter. Dengan demikian, besarnya keseksamaan dari penunjukkan jarum amperemeter dengan voltameter tembaga dapat diperhitungkan dengan ralat perhitungan.Sifat TembagaTembaga yang dikatakan murni sifatnya, yaitu lunak, liat, dan dapat diregangkan atau mulur. Selain itu juga kemampuannya sebagai penghantar panas dan penghantar listriknya tinggi, juga tahan korosi. Pada udara terbuka, tembaga membentuk lapisan pelindung berwarna hijau dari Cu karbonat yang dikenal dengan nama Platina. Tembaga bila berhubungan langsung dengan asam cuka, akan menjadi terusi yang beracun.Kemampuan untuk dikerjakanTembaga murni jelek untuk dicor, dimana dalam proses pengecoran, hasilnya Porus. Akan tetapi apabila diberikan suatu tambahan yaitu dengan jumlah kurang dari 1% bersama-sama akan memperbaiki sifat untuk mampu dicor. Tambahan-tambahan tersebut antara lain: seng, mangan, timah putih, timah hitam, magnesium, nikel, phospor, dan silisium.Sebagai bahan setengah jadi, bahwa tembaga dapat dicor dalam suhu antara 800 -900 0 C untuk dibuat blok, plat yang nantinya dilanjutkan proses rol atau ditekan untuk dibuat batangan, profil atau pipa, dan lain sebagainya. Dan untuk pengerjaan selanjutnya seperti proses dingin untuk dibuat atau dijadikan lembaran-lembaran tipis (foil) sampai ketebalan 0,01 mm dan dibuat kawat sampai diameter 0,02 mm, akan tetapi dengan cara tersebut, tembaga akan menjadi keras dan rapuh. Karena sifat mampu bentuknya baik sekali, tembaga dibuat bermacam-macam kebutuhan barang-barang tempa maupun tekan (forming). Melalui proses pelunakan ulang (soft anealing) pada temperatur antara 300 - 700 C akan didapatkan sifat seperti semula dan harga/nilai keregangannya kembali meningkat. Dan proses terakhir pada quenching tidak akan kembali keras, melainkan menjadi bahan mampu tempa.Untuk pengerjaan yang berhubungan dengan panas yang berulang-ulang atau untuk bagian yang dilas atau disolder, dapat menggunakan bermacam-macam bahan tembaga, misalnya dari tembaga jenis bebas O2 yaitu SB-Cu atau SD-Cu, bahanbahan tersebut baik dan lunak. Dan untuk penyolderan keras maupun pengelasan tanpa gas lindung pun akan baik kemampuan lasnya. Pada pengerjaan permesinan, misalnya : pembubutan, frais, bor atau shaping, dan sebagainya, bahwa tembaga murni mempunyai tatal atau cip yang terlalu liat dan padat, dan dapat merusak alat potongnya (cutter). Untuk itu pada alat potong untuk pengerjaan tembaga, diberikan sudut pemotongan khusus dan menggunakan minyak tanah atau oli bor emultion (dromus B) sebagai pelicin membantu pemotongan.PenggunaannyaTembaga pada umumnya digunakan sebagai bahan kebutuhan perlistrikan, kawat tambahan solder, pipa-pipa pemanas atau pendingin, penutup atap, dan khususnya digunakan sebagai bahan paduan maupun logam paduan.Proses Elektroplating Tembaga-Nikel-Khrom

Elektroplating merupakan suatu proses yang digunakan untuk memanipulasisifat suatu substrat dengan cara melapisinya dengan logam lain. Proses elektroplatingbanyak dibutuhkan oleh industri penghasil benda logam, diantaranya industrikomponen elektronika, peralatan listrik, peralatan olah-raga, peralatan dapur, dansebagainya. Namun demikian proses elektroplating dalam prakteknya masih sulitdilakukan oleh karena pengendaliannya masih membutuhkan tenaga ahli yangberpengalaman. Terbatasnya tenaga ahli yang berpengalaman di bidangelektroplating, khususnya di Surabaya, mendorong pelaksanaan tugas akhir ini dalamrangka membuat suatu alat pengontrol elektroplating yang mudah digunakan dantidak membutuhkan keahlian khusus.Hasil yang diperoleh dalam proses elektroplating dipengaruhi oleh banyakvariabel, diantaranya larutan yang digunakan, suhu larutan, durasi plating, teganganantara kedua elektroda, keadaan elektroda yang digunakan, dan sebagainya. Dalamrangka pembuatan alat kontrol elektroplating dengan MCS-51, maka ditentukanterlebih dulu bahwa variabel yang dikendalikan adalah suhu larutan, durasi platingdan tegangan yang digunakan. Variabel-variabel lain seperti keadaan elektroda dankeadaan larutan masih belum dapat dikontrol melalui mikrokontroler, sehingga akandikendalikan secara manual. Alat kontrol elektroplating ini dilengkapi dengandisplay, sensor suhu, fan, heater dan sumber tegangan yang semuanya diperlukandalam proses pengendalian elektroplating.Pengujian alat kontrol elektroplating ini digunakan pada proses nikel platingdan krom plating. Bagaimanapun juga, meski alat kontrol elektroplating ini berjalandengan baik namun tidak dapat menggantikan kerja operator secara total. Salah satukesulitan dalam mencapai hasil plating yang memuaskan adalah sifat larutan yangberubah-ubah secara cepat dan random. Metode pengujian yang dilakukan adalahbereksperimen dengan berbagai kombinasi variabel suhu, waktu dan tegangan. Dalampengujian diperoleh kesimpulan bahwa dengan adanya alat kontrol elektroplatingdengan MCS-51 ini proses elektroplating dapat dilakukan dengan mudah dan hasilyang diperoleh pun memuaskan.Proses pelapisan tembaga-nikel-khrom terhadap logam ferro atau kuningan sebagai logam yang dilapis adalah satu cara untuk melindungi logam terhadap serangan korosi dan untuk mendapatkan sifat dekoratif. Cara pelapisan tembaga-nikel-khrom dengan metode elektroplating adalah sebagai berikut:Pelapisan menggunakan arus searah. Cara kerjanya mirip dengan elektrolisa, dimana logam pelapis bertindak sebagai anoda,sedangkan logam dasarnya sebagai katoda. Cara terakhir ini yang disertai dengan perlakuan awal terhadap benda kerja yang baik mempunyai berbagai keuntungan dibandingkan dengan cara-cara yang lain. Keuntungan-keuntungan tersebut antara lain :a. Lapisan relatif tipis.b. Ketebalan dapat dikontrol.c. Permukaan lapisan lebih halus.d. Hemat dilihat dari pemakaian logam khrom.

Pengerjaan elektroplating tembaga-nikel-khrom pada dasarnya terbagi atas tiga proses yaitu perlakuan awal, proses pelapisan dan proses pengolahan akhir hasil elektroplating.Proses elektroplating ini terdapat tiga jenis proses pelapisan yaitu yang pertama adalah pelapisan logam dengan Tembaga, lalu dilanjutkan dengan pelapisan Nikel dan yang terakhir benda dilapis dengan Khrom.

Pelapisan Tembaga

Tembaga atau Cuprum (Cu) merupakan logam yang banyak sekali digunakan, karena mempunyai sifat hantaran arus dan panas yang baik. Tembaga digunakan untuk pelapisan dasar karena dapat menutup permukaan bahan yang dilapis dengan baik. Pelapisan dasar tembaga dipelukan untuk pelapisan lanjut dengan nikel yang kemudian yang kemudian dilakukan pelapisan akhir khrom.

Aplikasi yang paling penting dari pelapisan tembaga adalah sebagai suatu lapisan dasar pada pelapisan baja sebelum dilapisi tembaga dari larutan asam yang biasanya diikuti pelapisan nikel dan khrom. Tembaga digunakan sebagai suatu lapisan awal untuk mendapatkan pelekatan yang bagus dan melindungi baja dari serangan keasaman larutan tembaga sulfat. Alasan pemilihan plating tembaga untuk aplikasi ini karena sifat penutupan lapisan yang bagus dan daya tembus yang tinggi.

Sifat-sifat Fisika Tembaga

1.Logam berwarna kemerah-merahan dan berkilauan2.Dapat ditempa, dibengkokan dan merupakan penghantar panas dan listrik3.Titik leleh : 1.0830C, titik didih : 2.3010C4.Berat jenis tembaga sekitar 8,92 gr/cm3

Sifat-sifat Kimia Tembaga

1.Dalam udara kering sukar teroksidasi, akan tetapi jika dipanaskan akan membentuk oksida tembaga (CuO)2.Dalam udara lembab akan diubah menjadi senyawa karbonat atau karat basa, menurut reaksi : 2Cu + O2 + CO2 + H2O (CuOH)2 CO33.Tidak dapat bereaksi dengan larutan HCl encer maupun H2SO4encer4.Dapat bereaksi dengan H2SO4 pekat maupun HNO3 encer dan pekatCu + H2SO4 CuSO4 +2H2O + SO2 Cu + 4HNO3 pekat Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2 3Cu + 8HNO3 encer 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO5.Pada umumnya lapisan Tembaga adalah lapisan dasar yang harus dilapisi lagi dengan Nikel atau Khrom. Pada prinsipnya ini merupakan proses pengendapan logam secara elektrokimia,digunakan listrik arus searah (DC). Jenis elektrolit yang digunakan adalah tipe alkali dan tipe asam. Untuk tipe alkali komposisi larutan dan kondisi operasi dapat dilihat pada tabel 2.3.

Larutan Strike menghasilkan lapisan yang sangat tipis. Larutan strike dapat pula dipakai sebagai pembersih dengan pencelupan pada larutan sianida yang ditandai dengan keluarnya gas yang banyak pada benda kerja sehingga kotoran-kotoran yang menempel akan mengelupas. Larutan ini terutama digunakan pada komponen-komponen dari baja sebagai lapisan dasar, untuk selanjutnya dilakukan pelapisan tembaga dengan logam lain.

Formula kecepatan tinggi atau efisiensi tinggi digunakan untuk plating tembaga tebal, smentara proses Rochelle digunakan untuk menghasilkan pelapisan yang bersifat antara strike dan kecepatan tinggi. Garam-garam Rochelle tidak terdekomposisi dan hanya berkurang melalui drag-out yaitu terikutnya larutan pada benda kerja pada saat pengambilan dari tanki tinggi disbanding larutan strike sebab kerapatan arus katoda dan efisiensi penting dalam kecepatan plating. Larutan Rochelle dan kecepatan tinggi dapat dioperasikan pada temperatur relatif tinggi.Komposisi larutan dan kondisi operasi untuk pelapisan tembaga asam dapat dilihat pada tabel 2.4.

Proses Pengolahan Awal adalah proses persiapan permukaan dari benda kerja yang akan mengalami proses pelapisan logam.Pada umumnya proses pelapisan logam itu mempunyai dua tujuan pokok adalah sifat dekorasi, sifat ini untuk mendapatkan tampak rupa yang lebih baik dari benda asalnya, dan aplikasi teknologi, sifat ini misalnya untuk mendapatkan ketahanan korosinya, mampu solder, kekerasan, sifat listrik dan lain sebagainya.Keberhasilan proses pengolahan awal ini sangat menentukan kualitas hasil pelapisan logam, baik dengan cara listrik, kimia maupu dengan cara mekanis lainnya.

Proses pengolahan awal yang akan mengalami proses pelapisan logam pada umumnya meliputi proses-proses pembersihan dari segala macam pengotor (cleaning proses) dan juga termasuk proses-proses pada olah permukaan seperti poleshing, buffing,dan proses persiapan permukaan yang lainnya.Untuk mendapatkan daya lekat pelapisan logam (adhesi) dan fisik permukaan benda kerja yang baik dari suatu lapisan logam, maka perlu diperhatikan cara olah permukaan dan proses pembersihan permukaan. Ketidaksempurnaan kedua hal tersebut di atas dapat menyebabkan adanya garisan-garisan pada benda kerja dan pengelupasan hasil pelapisan logam.

sumber