BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Kegiatan pelapisan logam akan menghasilkan limbah yang berbahaya dan dapat menjadi permasalahan yang kompleks bagi lingkungan sekitarnya. Limbah industri pelapisan logam yang tidak dikelola dengan baik dan benar dapat mengakibatkan pencemaran lingkungan. Air limbah industri pelapisan logam umumnya banyak mengandung logam- logam berat, diantaranya adalah logam krom (Cr), tembaga (Cu), nikel (Ni). Limbah cair yang mengandung logam-logam berat di atas dapat membahayakan lingkungan dan kesehatan. Elektrodeposit logam-logam pelapis seperti krom (Cr), tembaga (Cu), nikel (Ni), dan lain-lain banyak digunakan di industri dalam hal perbaikan kinerja. Pelapisan logam-logam di atas adalah biasa dilakukan dalam bak electroplating. Demikian juga dengan proses pengambilan kembali logam-logam di atas dari sisa-sisa buangan larutan dari bak electroplating perlu dilakukan agar mengurangi efek buruk terhadap lingkungan. Limbah industri pelapisan logam yang mengandung ion-ion logam berat tersebut jika langsung dibuang ke lingkungan tanpa pengolahan terlebih dahulu akan menimbulkan dampak negatif terhadap komponen-komponen lingkungan, sehingga akan menurunkan kualitas lingkungan. Menurut Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 18 tahun 1999 tentang Pengelolaan Limbah Berbahaya dan Beracun disebutkan bahwa limbah logam berat yang dibuang ke lingkungan tidak boleh melebihi batas ambang amban g yang ditetapkan. Dalam pengolahan limbah, pengendapan merupakan salah satu metode pengolahan limbah yang banyak ban yak digunakan untuk memisahkan logam berat dari limbah cair tersebut. Namun, banyak kendala dalam pengolahan limbah tersebut bahwa kadang-kadang logam- logam berat tersebut sulit diendapkan. Oleh karena itu, agar pengendapan dapat mencapai efisiensi yang tingg, logam-logam berat tersebut harus direduksi terlebih dahulu. Penelitian mengenai reduksi limbah-limbah logam berat dari industri pelapisan logam dan proses pengendapannya melalui proses elektrolisis perlu dikenalkan kepada mahasiswa Jurusan Teknik Kimia. Terlebih lagi kajian kinetika dari proses reduksi dan pengendapan logam-logam berat tersebut, agar dapat diketahui kinerja reaksinya dan dapat diketahui pula cara-cara meningkatkan kinerja prosesnya. Kecepatan reaksi dari proses reduksi dan pengendapan secara elektrolisis tergantung pada pH larutan elektrolitnya, yaitu
1
makin tinggi pH kecepatan reaksi akan turun. Agar reduksi dan pengendapan berjalan sempurna diperlukan konsentrasi larutan reduktor berlebih.
1.2 Perumusan Masalah
Proses pelapisan logam selain bermanfaat pada industri yang melibatkan peralatan berbahan logam dapat menimbulkan terbentuknya limbah yang menjadi masalah pada lingkungan. Percobaan ini semakin berkembang mengingat metode pengendapan untuk memisahkan logam berat dengan limbah cair terkadang menghasilkan efisiensi yang rendah. Maka dari itu pada percobaan ini kami mengkaji proses elektroplatting antara Zn dan Cu untuk mengetahui waktu, kuat arus dan konsentrasi CuSO4 yang menghasilkan efisiensi tertinggi dengan menggunakan variabel waktu pengukuran setiap 5 menit selama 20 menit, variabel kuat arus 0,07 A ; 0,10A ; dan 0,15A dan variabel konsentrasi CuSO4 2 gr/L, 3 gr/L dan 4 gr/L.
1.3 Tujuan Praktikum
1. Mengkaji proses reduksi dan pengendapan logam-logam berat yang terkandung dalam larutan secara elektrokimia dan elektrolisis 2. Mengkaji mekanisme reaksi reduksi dan pengendapan logam-logam berat dalam larutan secara elektrokimia 3. Mengkaji kinetika reaksi reduksi dan pengendapan logam-logam berat dalam larutan secara elektrokimia
1.4 Manfaat Praktikum
1. Praktikan mampu mengkaji proses reduksi dan pengendapan logam-logam berat yang terkandung dalam larutan secara elektrokimia dan elektrolisis 2. Praktikan mampu mengkaji mekanisme reaksi reduksi dan pengendapan logam-logam berat dalam larutan secara elektrokimia 3. Praktikan mampu mengkaji kinetika reaksi reduksi dan pengendapan logam-logam berat dalam larutan secara elektrokimia
2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Konsep Dasar Reaksi Elektrokimia
Studi
hubungan
antara
reaksi
kimia
dan
aliran
listrik
disebut
elektrokimia. Reaksi elektrolisis, dimana perubahan non-spontan terjadi dengan mengalirkan arus listrik melalui sistem kimia, adalah termasuk elektrokimia. Reaksi spontan reduksi-oksidasi (reaksi redoks) yang dapat man ghasilkan listrik juga termasuk elektrokimia. Perubahan yang terjadi dalam suatu sistem kimia karena reaksi elektrolisis dan reaksi redoks dibahas dalam reaksi elektrokimia. Reaksi elektrokimia sangat penting dalam mempelajari ilmu kimia dan juga aktivitas sehari-hari. Melalui reaksi elektrokimia dapat diperoleh informasi mengenai perubahan energi reaksi kimia sehingga membantu menganalisa sistem-sistem kimia. Pengaruh reaksi elektrokimia pada masyarakat modern hampir ditemukan dimana-mana. Industri kimia Al, Cl2 dan NaOH serta industri elektroplating adalah contoh penerapan reaksi elektrokimia elektrolisis. Dan semua sumber energi listrik kecil (baterai) diperoleh dari reaksi elektrokimia reduksi-oksidasi. Sebelum mengerti sistem elektrokimia perlu mengetahui bagaimana terjadinya hantaran listrik. Proses hantaran listrik berbeda antara logam dan sistem kimia. Logam adalah konduktor yang mampu menggerakkan muatan listriknya (elektron) berpindah dari satu tempat ke tempat lain jika suatu elektron ditambahkan atau dikurangi di salah satu ujungnya. Hantaran listrik karena perpindahan (transport) elektron disebut hantaran logam. Leburan senyawa ion dan larutan yang disebut elektrolit juga dapat menghantarkan listrik, walaupun di dalam sistem ini tidak terdapat elektron bebas yang mudah bergerak. Dengan demikian timbul pertanyaan, bagaimana sistem ini dapat menghasilkan hantaran listrik? Jawabannya dapat diperoleh dengan menguji apa yang terjadi pada larutan dan elektroda dalam susunan alat elektrolisis. Bila ada aliran listrik dari baterai (sumber arus DC) maka akan terjadi: (1) Elektroda (-) mendapat muatan listrik e (-); (2) Karena kelebihan muatan listrik e (-) maka elektroda (-) menarik ion muatan berbeda dalam larutan, ion (+); (3) Pada saat yang sama elektroda (+) kekurangan elektron sehingga menarik ion muatan berbeda dalam larutan yaitu ion (-); (4) Karena adanya hantaran listrik maka terjadi reaksi kimia (reaksi redoks)
3
pada elektroda; (5) Pada elektroda (+), ion (-) disekitarnya melepaskan e- sehingga terjadi oksidasi. Setiap terjadi oksidasi maka ion (-) ini diganti oleh ion (-) lain disekitarnya sehingga terjadi aliran ion-ion (-) dari larutan ke elektroda (+); (6) Elektron-elektron yang dilepaskan dari ion-ion (-)mengalir ke sumber arus DC kemudian diteruskan ke elektroda dimana terdapat ion-ion (+) yang kemudian mengalami reduksi; (7)
Akibat
reduksi
ini,
ion
(+)
lain
yang
terdapat
disekitarnya
menggantikannya sehingga terjadi aliran ion (+) dari larutan ke elektroda (+). Jadi, jika terjadi reaksi redoks maka elektron bergerak melalui kabel circuit (arus DC) dan ion bergerak di dalam cairan. Aliran ion dalam cairan disebut hantaran elektrolit. Pada hantaran elektrolit, terjadinya migrasi ion terutama karena perbedaan jumlah antara ion (+) dan ion (-) dalam kumpulan ion (+) atau (-) sehingga tidak stabil, sehingga dalam cairan ada kecenderungan untuk mempertahankan muatan listrik yang netral dan ini dilakukan dengan aliran ion. Reaksi kimia yang terjadi pada elektroda selama ada hantaran elektrolitik disebut reaksi elektrolisis. Tempat terjadinya reaksi elektrolisis disebut sel elektrolisis atau sel elektrolitik. Sebagai contoh pada elektrolisis larutan CuSO4. Reaksi-reaksi yang mungkin terjadi pada anoda adalah: -
2SO42-(aq) → S2O82 (aq) + 2e2H2O(l) → O2 (g) + 4H+ + 4eReaksi pada katoda : 2+
Cu (aq) + 2e- → Cu(s) 2H2O (1) + 2e- → H2 (g) + 2OH (aq) Dari hasil percobaan diperoleh gelembung gas O2 pada anoda dan pelapisan logam Cu pada katoda. Jadi pada elektrolisis larutan CuSO4 terjadi reaksireaksi: 2H2O (l) → O2 (g) + 4H+ + 4e- (Anoda) 2+
Cu (aq) + 2e- → Cu(s) (Katoda)
4
2+ 2H2O (l) + 2Cu (aq) → O2 (g) + 4H+ + 2Cu(s) (Reaksi sel)
Berdasarkan hasil-hasil reaksi yang diperoleh, maka dapat disimpulkan bahwa pada elektrolisis CuSO4, Cu2+ lebih mudah tereduksi daripada H2O dan H2O lebih mudah teroksidasi daripada SO42-. Salah satu penggunaan elektrolisis adalah refining (memurnikan) atau pemurnian logam Cu. Setelah dipisahkan dari bijihnya, kemurnian logam Cu 99% dengan pengotor utama Fe, Zn, Ag, Au dan Pb. Pada preses refining , Cu yang belum murni digunakan sebagai anoda
pada sel elektrolitik CuSO4.
Katoda terbuat dari Cu kemurnian tinggi. Proses elektrolisis dilakukan dengan pengaturan tegangan dimana hanya Cu dan logam yang lebih aktif, seperti Fe dan Zn yang teroksidasi. Logam Ag, Au dan Pt tidak larut tetapi jatuh dan 2+ mengendap pada dasar sel elektrolisis. Pada katoda hanya Cu yang tereduksi sehingga terbentuk deposit Cu. Hasil keseluruhan dari preses sel elektrolisis ini adalah : 1. Cu dipindahkan dari anoda ke katoda. 2+ 2+ 2. Pengotor Fe dan Zn tetap dalam larutan sebagai Fe dan Zn . 3. Logam lain seperti Ag, Au, dan Pt mengendap di dasar sel. Bila Ag, Au, dan Pt diambil kemudian dijual maka nilainya dapat membayar biaya listrik yang diperlukan selama elektrolisis. Logam Cu yang diperoleh dengan proses ini mempunyai kemurnian 99,96 %. Jika pada pembuatan Cu murni, katoda diganti dangan Fe, maka akan tetap terbentuk endapan Cu pada katoda Fe. Proses pelapisan katoda dangan logam lain dengan elektrolisis disebut elektroplating. Proses ini banyak digunakan secara komersial seperti pada pelapisan bemper mobil dengan Cr dengan tujuan: (a) mencegah korosi, dan (b) agar penampilan lebih menarik. Reaksi redoks adalah gabungan reaksi kimia yang terjadi pada sel elektrokimia. Reaksi oksidasi adalah suatu perubahan kimia dimana suatu zat melepas elektron. Pada sel elektrokimia oksidasi terjadi di anoda. Reaksi reduksi adalah suatu perubahan kimia dimana suatu zat menangkap elektron. Pada sel elektrokimia reduksi terjadi di katoda. Pada reaksi redoks, zat yang mengoksidasi disebut oksidator, sedangkan zat yang mereduksi zat lain disebut reduktor. Suatu reaksi reduksi dapat menimbulkan potensial listrik tertentu, yang disebut potensial elektroda (E) dan semakin mudah suatu unsur mengalami reduksi, maka makin besar potensial elektrodanya. Harga potensial
5
elektroda yang sebenarnya dalam suatu reaksi reduksi tidak dapat dihitung, sebab tidak ada reaksi reduksi yang berlangsung tanpa diikuti rekasi oksidasi. Oleh karena itu harga potensial elektroda yang dipakai adalah harga potensial standar. Itulah sebabnya harga potensial elektroda lebih tepat disebut potensial reduksi standar atau potensial elektroda standar (E0). Elektroda yang dipakai sebagai standar dalam menentukan harga potensial elektroda adalah elektroda hidrogen. Cara memperoleh dengan mengalirkan gas hidrogen murni pada elektroda platina (Pt) yang bersentuhan dengan + asam (ion H ), sehingga terjadi keseimbangan sebagai berikut: + 2H + 2e
H2
Harga potensial elektroda dari reaksi ini ditetapkan 0 volt. Kemudian harga potensial elektroda standar dari semua reaksi reduksi adalah harga yang dibandingkan terhadap potensial elektroda standar hidrogen. Berdasarkan harga E0 maka dapat disusun suatu deret unsur mulai dari unsur dengan harga E0 terkecil sampai terbesar yang disebut “deret volta”, yaitu :
Li – K – Ba – Ca – Na – Mg – Al – Mn – H2O – Zn – Cr – Fe – Cd – Co – Ni – Sn – Pb – H – Cu – Hg – Ag – Pt – Au
Sifat - sifat dari deret volta ini adalah : 1.
Logam yang terletak di sebelah kanan H memiliki harga E0 positif sedangkan di sebelah kiri H mempunyai harga E0 negatif.
2.
Makin ke kanan letak suatu logam pada deret volta, maka harga E0 logam makin besar. Hal ini berarti bahwa logam – logam di sebelah kanan H mudah mengalami reduksi atau sulit teroksidasi. Logam ini disebut logam pasif atau logam mulia.
3.
Makin ke kiri, harga E0 dari logam semakin kecil yang berarti logam tersebut sulit tereduksi dan mudah teroksidasi. Logam ini disebut logam aktif.
2.2 Aspek Kuantitatif Reaksi Elektrokimia atau Elektrolisis
Michael Faraday telah menjelaskan adanya hubungan kuantitatif antara jumlah perubahan kimia yang terjadi pada reaksi elektrokimia dengan jumlah arus. Jumlah perubahan kimia sebanding dengan jumlah mol elektron yang digunakan pada reaksi oksidasi-reduksi. Contoh reaksi pada katoda, Ag+(aq) +
6
e- → Ag(s) , bila katoda mensuplai 1 mol elektron maka dihasilkan 1 mol endapan Ag. Pada sistem SI, 1 mol e setara dengan 96.494 Coulomb (C) dan biasanya digunakan, 1 mol e setara dengan 96.500 C Coloumb adalah jumlah
muatan listrik yang melawati satu titik circuit listrik bila arus 1
Ampere (A) mengalir selama 1 detik (S). Jadi:
1 C = 1 A. 1 S Dengan mengukur kuat arus (I) dan lamanya arus (t) dapat ditentukan
jumlah muatan Coulomb (Q), dan dari jumlah muatan Coulomb dapat ditentukan jumlah mol elektron, sehingga memperoleh jumlah mol zatnya. Dalam Hukum elektrolisis, Michael Faraday menemukan : 1.
Jumlah bahan yang terdekomposisi saat elektrolisa berbanding lurus dengan kuat arus (I) dan waktu (t ) dalam laruran elektrolit.
2.
Jumlah perubahan kimia oleh satuan arus listrik sebanding dengan banyaknya arus yang mengalir (I ).
Pernyataan tersebut dirumuskan sebagai:
= .. / 96500 dengan W: massa endapan pelapis (g); I : kuat arus (A), t : waktu (detik); e: berat
ekivalen kimia (massa atom dibagi dengan valensinya). Dari rumus
tersebut, volume endapan diperoleh dengan perhitungan : Volume (cm3) = massa endapan (g) / densitas (g/cm3) = W/ dengan ρ : kerapatan logam pelapis (g/cm3) dan W: massa endapan (g). Sehingga untuk mendapatkan nilai ketebalan: 3 2 Ketebalan (cm) = Volume (cm ) / luas permukaan (cm ) Hukum Faraday dapat menjelaskan pengaruh penambahan waktu pada proses elektroplating. Semakin lama waktu yang digunakan, maka lapisan logam yang dihasilkan juga semakin besar. Ketebalan lapisan logam juga dipengaruhi oleh berat equivalen kimia sebuah unsur kimia yang digunakan sebagai anoda. Dalam persamaan juga dapat diketahui bahwa semakin besar jumlah deposit lapisan logam (jumlah berat edapan) maka semakin besar pula ketebalan dari lapisan. Sehingga dapat disimpulkan bahwa waktu yang digunakan pada proses pelapisan dan variasi anoda mempengaruhi jumlah deposit lapisan dan juga ketebalan lapisan yang terbentuk.
7
2.3 Kinetika Reaksi Elektrokimia atau Elektrolisis
Kinetika reaksi mempelajari laju reaksi kimia secara kuantitatif dan mempelajari faktor- faktor yang mempengaruhi laju reaksi tersebut. Laju reaksi kimia adalah jumlah mol reaktan per satuan volume yang bereaksi dalam satuan waktu tertentu. Bila dibuat sebuah kurva penurunan konsentrasi reaktan sebagai fungsi waktu, maka akan diperoleh kurva bahwa slope kurvanya pada setiap titik selalu negatif, karena konsentrasi reaktan selalu menurun. Jadi laju reaksi pada setiap titik sepanjang kurva = - dC/dt. Tetapi apabila laju reaksi dituliskan sebagai laju pembentukan produk, maka laju reaksi akan bernilai positif. Jika konsentrasi produk setelah reaksi berlangsung t detik adalah x mol dm-3, maka laju reaksinya + dx/dt. Laju reaksi pada setiap waktu sebanding dengan konsentrasi (C) yang tersisa pada setiap waktu. Secara matematik dapat dituliskan – dC/dt = k.C, dan dC/dt = sering kali disebut sebagai differential rate expression dan k = konstanta laju reaksi Bentuk persamaan laju reaksi yang lebih umum adalah : Laju = k[A]x[B]y[C]z dan seterusnya dan orde reaksi keseluruhan merupakan jumlah semua pangkat yang terdapat dalam persamaan laju reaksi, orde reaksi total : x + y + z + .... dan seterusnya. Laju reaksi = perubahan konsentrasi / waktu yang diperlukan untuk perubahan ∆t atau Laju reaksi = ± ∆X/∆t. Tanda negatif digunakan jika X adalah pereaksi dan tanda positif digunakan jika X adalah produk reaksi. Laju keseluruhan dari suatu reaksi kimia pada umumnya bertambah jika konsentrasi salah satu pereaksi dinaikkan. Hubungan laju reaksi dan konsentrasi dapat diperoleh dari data eksperimen. Untuk reaksi, A + B → produk, dapat diperoleh bahwa laju x reaksi dapat berbanding lurus dengan [A] dan [B] atau ditulis dengan : Laju reaksi = k[A]x [B]y disebut hukum laju reaksi atau persamaan laju reaksi, dengan k adalah tetapan laju reaksi, x dan y merupakan bilangan bulat yang menyatakan orde ke x terhadap A dan orde ke y terhadap B, sedangkan ( x + y) adalah orde reaksi keseluruhan. Hukum laju diperoleh secara eksperimen dan tidak bergantung pada persamaan stoikiometri. Orde reaksi adalah jumlah pangkat konsentrasi dalam bentuk diferensial. Secara teoritis orde reaksi merupakan bilangan bulat kecil, namun dalam beberapa hal pecahan atau nol. Pada umumnya orde reaksi terhadap suatu zat tertentu tidak sama dengan koefisien dalam persamaan stoikiometri reaksi. Reaksi Orde Nol Suatu reaksi disebut orde ke nol terhadap suatu pereaksi jika laju reaksi tidak dipengaruhi
8
oleh konsentrasi pereaksi tersebut. Jika [A] adalah konsentrasi dan [A]0 adalah konsentrasi pada saat t = 0, maka: −
= k, dan hasil integral [A] 0 − [A]= k.t
Suatu reaski orde satu dapat dinyatakan dengan: −
= k[A]
Hasil integral untuk memperoleh hubungan antara konsentrasi pereaksi terhadap waktu: ln
= k.t
Suatu reaksi orde dua dapat dinyatakan dengan: -
2 = k[A]
Hasil integral untuk memperoleh hubungan antara konsentrasi pereaksi terhadap waktu
1 1 = k.t
Suatu reaski orde dua dapat dinyatakan dengan: −
3 = k[A]
Hasil integral untuk memperoleh hubungan antara konsentrasi pereaksi terhadap waktu :
1 1 = k.t 2 [2 ]
9
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Percobaan 3.1.1 Skema Percobaan
Merangkai alat elektroplating
Memepersiapkan reagen yang dibutuhkan
Mencari konsentrasi optimum dengan variabel 1 gr/L, 2gr/L, dan 3gr/L dengan menngunakan waktu optimum dan kuat arus optimum yang telah didapatkan.
Mencari waktu kontak optimum dengan kuat arus tetap 0,1 A setiap 3 menit selama 12 menit. Waktu optimum terjadi saat
Mencari kuat arus optimum dengan variabel 0,08 A dan 0,06 A dengan menngunakan waktu optimum yang telah didapatkan.
Gambar 3.1 Rangkaian percobaan electroplating
3.1.2. Variabel Operasi Waktu: 0, 4, 8, dan 12 menit Kuat arus: 0,06 A ; 0,08 A; dan 0,10 A Konsentrasi CuSO4 : 1 gr/L , 2 gr/L , dan 3 gr/L
3.2 Bahan dan Alat yang Digunakan
3.2.1
Bahan 1. Larutan Elektrolit : CuSO4 2. Bahan Logam Elektroda : Tembaga dan Seng
3.2.2
Alat 1. Bak electroplating 2. Larutan electroplating 3. Amperemeter 4. Voltmeter 5. Thermometer 6. Anoda 7. Katoda 8. Heater
10
9. Sumber Arus AC 10. Termocontroller.
3.3 Rangkaian Alat
Gambar 1 menunjukkan instalasi penelitian elektroplating. Pada anoda dan larutan elektroplating tersebut, dilakukan variasi berupa seng elektroplating, khrom elektroplating dan nikel elektroplating.
Gambar 3.2. Rangkaian alat proses elektroplating atau elektrolisis Keterangan: 11. Bak elektroplating 12. Larutan elektroplating 13. Amperemeter 14. Voltmeter 15. Thermometer 16. Anoda 17. Katoda 18. Heater 19. Sumber Arus AC 20. Termocontroller
11
3.4 Cara Kerja Mencari Waktu Kontak Optimum : Larutan limbah atau larutan sintetis yang
keluar dari saluran output diambil setiap 5 menit selama 20 menit. Disini variabel lain yang dipakai tetap yaitu kuat arus pada 0,07 A konsentrasi 3 g/l. Satu buah sampel yang diperoleh dianalisa dan dihitung efisiensi penurunan kadar tembaga, sampel yang menghasilkan efisiensi yang paling tinggi merupakan waktu kontak yang optimum. Hal yang sama dilakukan untuk masing-masing jenis plat. Untuk proses selanjutnya waktu kontak ini yang digunakan.
Mencari Kuat Arus Optimum : Larutan dimasukkan ke dalam saluran input
dengan konsentrasi CuSO4 3 gr/L dan pada waktu kontak optimum, tetapi kuat arus yang digunakan berbeda yaitu masing-masing 0,07 A; 0,10 A dan 0,15 A. Dari keempat sampel ini dianalisa, sampel yang menghasilkan efesiensi yang paling tinggi merupakan kuat arus yang optimum dan digunakan pada proses selanjutnya. Hal ini dilakukan pada setiap jenis plat.
Mencari Konsentrasi Optimum . Larutan CuSO4 yang dimasukkan dengan
konsentrasi yang berbeda yaitu 2 gr/l, 3 gr/l dan 4 gr/l, tetapi waktu kontak dan kuat arus yang digunakan yang pada kondisi optimum yaitu 20 menit dan 0,15 A. Hasil ketiga sampel dianalisa dan dihitung efisiensi penurunan kadar tembaga, sampel yang menghasilkan efesiensi yang paling tinggi merupakan konsentrasi optimum.
12
BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengaruh waktu proses terhadap kinerja elektroplating 0.35
) m a r 0.3 g ( l e 0.25 p m e 0.2 n e m g 0.15 n a y u 0.1 C a s s 0.05 a M 0 5
10
15
20
Waktu (menit)
Gambar 4.1 Grafik Pengaruh waktu proses terhad ap kinerja elektroplating pada kuat arus 0,07 A dan konsentrasi larutan CuSO4 3 gram/l Dari hasil percobaan yang didapatkan, pada waktu 5 menit berat endapan Zn yaitu 0,053 gram. Kemudian berat endapan Zn meningkat menjadi 0,198 gram setelah 10 menit. Pada waktu 15 menit, berat endapan Zn bertambah menjadi 0,261 gram dan peningkatan paling besar terjadi pada waktu 20 menit, yaitu berat endapan Zn bertambah hingga 0,302 gram. Secara teoritis, semakin lama waktu yang digunakan untuk melakukan proses elektroplating, maka porsi akumulasi pergerakan elektron dan transfer material pada kedua elektroda juga akan semakin besar (Topayung, 2011). Hal ini sesuai dengan Hukum Faraday yang menyatakan bahwa massa zat yang terjadi akibat reaksi kimia pada elektroda berbanding lurus dengan waktu selama elektrolisis, yang dapat dinyatakan dengan:
= . = . . Dimana, m : massa zat (gram) E : berat eqivalen (gram) F : bilangan Faraday I : kuat arus
13
t : waktu (detik) BA : berat atom unsur n : jumlah mol zat Pada percobaan yang telah dilakukan, didapatkan hasil percobaan yang sesuai dengan teoritis. Dimana meningkatnya waktu menyebabkan pergerakan elektron dan transfer material pada kedua elektroda semakin besar sehingga berat endapan Zn yang dihasilkan semakin besar pula (Topayung, 2011). Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin lama waktu yang digunakan dalam proses elektroplating dapat memperbanyak jumlah endapan Zn yang dihasilkan dari proses elektroplating. Efisiensi meningkat hingga elektroplating mencapai waktu optimumnya, setelah waktu optimum efisiensi akan berkurang atau turun sehingga efisiensi terbesar atau tertinggi dicapai saat waktu optimum.
4.2 Pengaruh kuat arus terhadap kinerja elektroplating 0.4
) 0.35 m a r g 0.3 ( l e p m0.25 e n e m 0.2 g n a 0.15 y u C a 0.1 s s a M0.05 0 0.07
0.1
0.15
Kuat Arus (Ampere)
Gambar 4.2 Grafik Pengaruh kuat arus terhadap kinerja elektroplating pada waktu optimum 20 menit dan konsentrasi larutan CuSO4 3 gram/l Pada percobaan ini, dua senyawa berbeda digunakan sebagai elektoroda, yakni Cu sebagai katoda, dan Zn sebagai anoda. Dari hasil percobaan yang didapatkan, dalam waktu 20 menit berat endapan (∆m) Zn pada kuat arus 0,07 A yaitu 0,089 gram. Kemudian berat endapan (∆m) Zn meningkat menjadi 0,117 gram pada kuat arus 0,1 A dan peningkatan paling besar terjadi pada kuat arus 0,15 A, yaitu berat endapan (∆m) Zn meningkat menjadi 0,348 gram. Secara teoritis, semakin besar arus yang mengalir, maka semakin banyak pula elektron-elektron yang mengalir, maka semakin banyak pula elektron-
14
elektron yang berpindah dari katoda menuju anoda (Topayung, 2011). Lalu apabila letak senyawa yang digunakan dalam percobaan berada lebih kanan dari senyawa lainnya pada deret Volta. Dapat dilihat dari deret volta dibawah ini : (senyawa Cu berada berada lebih kanan daripada senyawa Zn), maka senyawa Cu akan lebih mudah untuk mengalami reduksi karena harga potensial reduksi standarnya lebih besar daripada senyawa Zn. Hukum Faraday menyatakan bahwa massa zat yang terjadi akibat reaksi kimia pada elektroda berbanding lurus dengan waktu selama elektrolisis, yang dapat dinyatakan dengan:
= . = . . Dimana, m
: massa zat (gram)
E
: berat eqivalen (gram)
F
: bilangan Faraday
I:
kuat arus
t
: waktu (detik)
BA : berat atom unsur n
: jumlah mol zat
Pada percobaan yang telah dilakukan, didapatkan hasil percobaan yang sesuai dengan teoritis. Cu menjadi senyawa yang mudah mengalami reduksi dibandingkan dengan Zn, sehingga, senyawa Cu mengalami penurunan massa karena elektron bergerak kearah anoda. Lalu besarnya arus listrik menyebabkan pergerakan elektron dan transfer material pada kedua elektroda semakin besar sehingga berat endapan pada anoda Zn semakin besar pula (Topayung, 2011). Akan tetapi pada proses elektroplating kuat arus yang digunakan tidak boleh terlalu tinggi karena akan menyebabkan hasil lapisan akan kasar,bersisik dan terbakar (Sugiyarta, 2012). Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin besar arus yang digunakan dalam proses elektroplating dapat memperbanyak jumlah endapan Zn yang dihasilkan dari proses elektroplating.
15
4.3 Pengaruh konsentrasi elektrolit terhadap kinerja elektroplating
0.35
) 0.3 m a r g ( l 0.25 e p m e 0.2 n e m g 0.15 n a y u C 0.1 a s s a M0.05 0 2
3
4
Konsentrasi CuSO 4 (gram/liter)
Gambar 4.3 Grafik Pengaruh konsentrasi larutan elektrolit terhadap kine rja elektroplating pada kuat arus 0,15 A dan waktu optimum 20 menit Konsentrasi dari larutan elektrolit yang di gunakan pada proses pelapisan memiliki pengaruh, yaitu semakin besar konsentrasi larutan elektrolit tersebut, maka penambahan berat Cu yang menempel pada Zn juga semakin besar. Gambar 4.3 menunjukkan bahwa berat Cu yang menempel pada Zn semakin bertambah seiring dengan meningkatnya konsentrasi. Pada konsentrasi 2 gram berat Cu yang menempel pada Zn adalah 0,022 gram, pada konsentrasi 3 gram berat Cu yang menempel pada Zn yang adalah 0,058 gram dan pada konsentrasi 4 gram berat Cu yang menempel pada Zn yang adalah 0,325 gram. Hal ini disebabkan semakin tinggi konsentrasi CuSO4 maka tembaga yang tersedia dalam elektrolit akan semakin banyak, sehingga kesempatan tembaga tersebut menempel pada seng itu menjadi lebih tinggi (Sugiyarta dkk, 2012). Sehingga tebal lapisan semakin tebal yang menyebabkan efisiensinya semakin tinggi, hal ini sesuai dengan rumus: Tebal lapisan (μm) =
×××100000 x efisiensi ××
Dimana: I : Kuat arus listrik (Ampere) z : Muatan ion logam pelapis A : Massa atom relatif logam pelapis t : Waktu pelapisan F: Bilangan Faraday (96500)
16
4.4 Penentuan konstanta laju reaksi elektroplating
Gambar 4.4.1 Grafik Perbandingan konstanta laju reaksi elektroplating pada 0,07A
Gambar 4.4.2 Grafik Perbandingan konstanta laju reaksi elektroplating pada 0,1 A
17
Gambar 4.4.3 Grafik Perbandingan konstanta laju reaksi elektroplating pada 0,15 A Pada grafik diatas dapat diamati hubungan antara waktu dengan massa endapan yang terbentuk pada plat Zn. Kenaikan waktu reaksi menyebabkan plat Zn mengalami pertambahan massa. Berdasarkan perhitungan yang telah dibuat pada lembar perhitungan, diperoleh persamaan regresi linier : y = mx + c y = 0,016x + 0,000 Persamaan ini identik dengan persamaan laju reak si : -r A =
− k.CA =
CA : Konsentrasi Cu dalam larutan
Yang dapat diintegrasikan menjadi
= ∫ = ∫0 k dt ln Ca0-ln Ca = kt
ln
=
y = mx + c Sehingga ketika kuat arus 0,07A nilai k = m = 0,016 mol-1 L s-1 begitu pula untuk kuat arus 0,1A k= m=0,005 mol-1 L s-1 dan kuat arus 0,15A k= m= 0,017 mol-1 L s-1. Dengan menggunakan metode Least Square didapat data persamaan regresi linear kuat arus 0,07A yaitu y = 0,016x + 0,000 ketika kuat arus 0,1A y = 0,005x dan kuat arus 0,15A y = 0,017. Dari persamaan regresi linear tersebut kita dapat menentukan laju reaksi elektrosis dimana nilainya sama dengan slope pada persamaan tersebut. Sedangkan nilai dari regresi linearnya (R 2) ketika kuat arus 0,07A sebesar 0,958 dan ketika kuat arus 0,1A dan 0,15A sebesar 1. Salah satu yang mempengaruhi laju reaksi adalah nilai konstanta laju reaksi (k ). Nilai k akan semakin besar jika reaksi berlangsung cepat, walaupun dengan konsentrasi reaktan dalam jumlah kecil. Nilai regresi linear yang didapat menunjukan kesamaan antara persamaan kinetika dengan kinerja proses elektrolisis. Semakin besar nilai R 2 atau maksimal mendekati 1 maka proses tersebut dapat dikatakan memiliki kesamaan dengan persamaan kinetika. Nilai regresi menentukan nilai orde reaksi yang nantinya nilai orde reaksi ini menyatakan besarnya pengaruh kosentrasi reaktan (pereaksi) terhadap laju reaksi (Laksmiani dkk, 2009).
18
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Semakin lama waktu proses elektroplating maka semakin banyak Cu yang menempel pada Zn dan diperoleh waktu oprimum yaitu 20 menit. 2. Semakin kuat arus yang digunakan untuk proses elektroplating maka semakin banyak Cu yang menempel pada Zn dan diperoleh kuat arus optimum yaitu 0,15 A. 3. Semakin besar konsentrasi larutan elektrolit yang digunakan untuk proses elektroplating maka semakin banyak Cu yyang menempel pada Zn dan diperoleh konsentrasi optimum yaitu 4 gram/liter. 4. Laju reaksi kimia sangat dipengaruhi oleh nilai konstanta laju reaksi (k). Nilai (k) akan semakin besar jika reaksi berlangsung cepat, walaupun dengan konsentrasi reaktan dalam jumlah kecil. Nilai regresi linear didalam grafik menunjukan kesamaan antara persamaan kinetika dengan kinerja proses elektrolisi. 5.2 Saran
1. Mengatur Cu dan Zn agar memiliki tinggi yang sama saat dicelupkan pada larutan elektrolit. 2. Mengamplas plat Cu dan Zn sebelum digunakan. 3. Menjaga kuat arus agar tetap sama, jika timbul pik merah maka atur kembali kuat arus dan tegangan. 4. Sebaiknya dibuatkan alat untuk mematenkan tinggi dari elektroda yang tercelup, karena jika menggunakan tangan, posisi elektroda tidak steady dan tinggi elektroda tercelup memiliki resiko yang tinggi untuk berubah. 5. Sebaiknya alat diperbaiki karena dalam praktikum ini, kabel yang tersambung dengan voltmeter longgar dan beresiko untuk lepas.
19
DAFTAR PUSTAKA
Alphanoda, Abid Fahreza. (2016). Pengaruh Jarak Anoda-Katoda dan Durasi Pelapisan Terhadap Laju korosi pada Hasil Electroplating Hard Chrome. Program Studi Teknik Mesin, Politeknik Sukabumi. Fogler, H.S. (2006). Elements of Chemical Reaction Engineering . 4th Edition. Prentice Hall PT. Laksmiani, dkk. 2011. Stabilitas Formalin Terhadap Pengaruh Suhu dan Lama Pemanasan. Bali: Jurnal Ilmiah Sains Jurusan Farmasi Universitas Udayana. Martin S. Silberberg. (2006). Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change. 4 th Edition. The McGraw-Hill Companies. Inc. ISBN 0-07-1116583 Mordechay Schlesinger, Milan Paunovic (Editors). (2010). Modern Electroplating , 5th Edition. John Wiley & Sons, Inc. Sugiyarta, dkk. 2012. Pengaruh konsentrasi larutan dan kuat arus terhadap ketebalan pada proses pelapisan nikel untuk baja karbon rendah. Semarang: Jurnal Rotasi - Vol 14, No 4 Okober 2012, hal. 23-27 Topayung, Daud. 2011 . Pengaruh Arus Listrik Dan Waktu Proses Terhadap Ketebalan Dan Massa Lapisan Yang Terbentuk Pada Proses Elektroplating Pelat Baja. Manado: Jurnal Ilmiah Sains Vol 11 No 1, April 2011
20
21
