BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG Untuk mengukur besarnya kuat arus yang mengalir dalam suatu rangkaian, kita dapat menggunakan suatu alat yang disebut amperemeter. Dengan melihat penunjukan jarum amperemeter, kita bisa mengetahui besarnya kuat arus. Namun nilai yang ditunjuk oleh jarum penunjuknya sebenarnya bukan nilai kuat arus yang sebenarnya, karena amperemeter merupakan salah satu contoh dari secondary instrument, yang artinya bahwa harga yang ditunjukkan tidak mutlak tepat sehingga nilai tersebut masih perlu disesuaikan. Untuk mengetahui keseksamaan dari jarum ampermeter, maka dilakukan percobaan dengan menggunakan voltameter. Dengan voltameter kita dapat mengetahui besarnya arus yang mengalir dalam rangkaian melalui suatu perhitungan dari pertambahan massa katodanya, sebagai akibat adanya endapan. Kita sering melihat orang menyepuh logam dengan logam lain. Proses penyepuhan logam yang terjadi dengan perantara suatu larutan (media) tersebut terjadi karena adanya arus listrik (beda potensial listrik). Dari proses penyepuhan itu sendiri kita dapat mengetahui berapa endapan logam dengan menggunakan sebuah alat yaitu voltameter.Voltameter ini diberi nama sesuai dengan nama endapan yang terjadi pada katodanya (sebagai indikator). Karena dalam percobaan terjadi endapan tembaga (Cu), maka disebut voltameter tembaga.
1.2. TUJUAN PERCOBAAN Percobaan ini bertujuan untuk menentukan tingkat keseksamaan dari penunjukan jarum amperemeter dengan menggunakan voltameter tembaga bila dibandingkan dengan perhitungan dari hasil percobaan dengan menggunakan persamaan/rumus yang berlaku.
1.3. PERMASALAHAN Permasalahan yang timbul dalam percobaan ini adalah berapa besar kuat arus sesungguhnya, berdasarkan perhitungan dengan menggunakan rumus yang ada. 1
Hasilnya akan dibandingkan dengan angka yang ditunjukkan oleh jarum amperemeter, sehingga diketahui keseksamaannya. Grafik yang menggambarkan kuat arus yang sesungguhnya dengan kuat arus yang terbaca pada amperemeter, akan digambarkan pula. Selanjutnya, akan dibahas kesimpulan dari percobaan ini dan apakah telah sesuai dengan teori dasar atau tidak.
1.4. SISTEMATIKA LAPORAN Laporan ini terdiri dari lima bab secara garis besar dan, untuk lebih jelasnya maka susunan laporan adalah sebagai berikut. Bab I Pendahuluan yang di dalamnya berisi tentang latar belakang, tujuan percobaan, permasalahan, sistematika laporan praktikum. Bab II Dasar Teori merupakan penjelasan dan ulasan singkat tentang teori dasar yang mendasari kegiatan percobaan yang dilakukan. Bab III Cara Kerja dan Peralatan, dalam bab ini menerangkan tentang tata urutan kerja yang dilakukan dalam melaksanakan kegiatan praktikum serta pengenalan peralatan yang diperlukan dalam melakukan praktikum. Bab IV Analisa Data dan Pembahasan, dalam praktikum tentunya kita akan memperoleh data-data sehingga perlu adanya penganalisaan lebih lanjut karena tidak sempurnanya alat ukur, ketidaktepatan cara mengukur, tidak sempurnanya alat indera dan lain-lain. Dengan memperhitungkan ralat-ralat dari data yang diperoleh dalam melakukan praktikum agar mendapatkan data yang mempunyai ketelitian yang sesuai. Bab V Kesimpulan, memberikan kesimpulan dari kegiatan praktikum yang dilakukan.
2
BAB II
DASAR TEORI
Metal/logam dapat bertindak sebagai konduktor listrik, akibat adanya pergerakan bebas dari elektron-elektron pada strukturnya. Secara sederhana konduksinya disebut konduksi metalik. Di dalam konduktor logam seperti kawat tembaga atau perak, aliran listrik berupa aliran elektron. Aliran listrik berasal dari sumber listrik seperti sel, baterai, adaptor maupun generator. Pada setiap sumber listrik terdapat dua kutub, yaitu kutub positif dan negatif. Antara kedua kutub ini terdapat beda potensial, akibat dari desakan atau aktivitas elektron-elektron. Dan bila kedua kutub dihubungkan, terjadi aliran listrik dari kutub negatif ke kutub positif melalui hubungan luar. Besarnya arus listrik, yaitu jumlah elektron yang mengalir per satuan waktu, kecuali tergantung beda potensial dan juga tahanan penghantarnya. Tahanan ini tergantung pada jenis penghantar, temperatur, penampang penghantar dan panjang penghantar. Untuk larutan elektrolit, yang mempunyai arti penting adalah harga kebalikan dari tahanan, yang disebut daya hantar listrik (konduktans). Besarnya arus listrik yang mengalir tiap satuan waktu sangatlah kecil, hingga dibuat pengertian kuat arus yang lain yang disebut ampere (i). Satu ampere adalah arus listrik, yang tiap detik dapat mengendapkan 0,001118 gram perak (Ag) dari larutan perak nitrat (AgNO3).Larutan elektrolit memiliki kecenderungan sebagai konduksi listrik, dan peristiwanya dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar II.1 Daya hantar larutan elektrolit
Kedua elektroda dihubungkan dengan sumber listrik searah (DC), elektroda yang dihubungkan dengan kutub negatif disebut katoda sedangkan yang dihubungkan dengan kutub positif disebut sebagai anoda. Selanjutnya ion-ion pada larutan akan
3
bergerak berlawanan arah. Artinya, ion-ion positif akan bergerak ke elektrode negatif (katoda), sebaliknya ion-ion negatif akan bergerak ke arah elektrode positif (anoda). Pergerakan-pergerakan muatan ion dalam larutan akan membawa energi listrik, yang disebut sebagai peristiwa elektrolisis. Kemudian bila ion-ion dalam larutan mengalami kontak dengan elektroda maka reaksi kimia akan terjadi. Pada katoda akan mengalami reduksi dan pada anoda akan mengalami oksidasi. Hasil elektrolisis tergantung dari jenis elektrolit dan juga elektroda yang digunakan. Larutan yang dipakai dalam percobaan adalah CuSO4, maka reaksi kimia yang terjadi bila terjadi arus listrik adalah : CuSO4
Cu2+ + SO42-
Anoda :
H2O
2H+ + O2-
Katoda :
Cu2+
Cu
+ 2 e-
Dari reaksi kimia di atas, dapat dilihat bahwa Cu2+ dari larutan garam bergerak menuju katoda.Sehingga anoda kehilangan Cu2+ yang dipakai untuk menetralkan SO42. Sesuai dengan tujuan percobaan ini, maka untuk menghitung besarnya kuat arus diperlukan massa endapan logam di katoda. Sesuai dengan hukum Faraday I yang menyatakan : “Massa zat yang timbul pada elektroda karena proses elektrolisis berbanding lurus dengan jumlah muatan listrik yang mengalir melalui larutan.” Kemudian dari pernyataan tersebut dapat dibuat suatu persamaan rumus seperti di bawah ini : G ~ q
G = a x (i x t) i =
G a.t
G = Massa endapan logam (gr) a = Ekivalen elektrokimia (gr/coloumb) i = Arus (Ampere) t = Waktu (detik) Jumlah arus yang akan dialirkan, secara kuantitatif dinyatakan sebagai 1 Faraday, sehingga sesuai pula dengan satuan standar kelistrikan yang menyatakan banyaknya elektron yang melewati elektrolit adalah Coloumb maka :
4
1 Faraday = 1 mol elektron =
96500 Coloumb
Sesuai dengan reaksi dan definisi ekivalensi elektrokimia, yaitu meruipakan berat 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 mencari ekivalensi elektrokimia (a) adalah : G a =
G
G
= (i . t)
= 1 Faraday
96500
Karena 1 mol Cu (63,5) gr menghasilkan 2 mol e-, maka diperlukan ½ mol Cu untuk menghasilkan 1 mol elektron. Sehingga harga ekivalensi elektrokimia (a) untuk Cu dapat ditentukan sebagai berikut : (½ ) G
a =
gr
=
0,3293 mg / C
96500 C Setelah ekivalensi elektrokimia diketahui maka harga i dapat ditentukan melalui persamaan : i = G / (a . t) i = G / (0,3293 . t) Kemudian kuat arus sesungguhnya (Is) dapat dihitung dengan memasukkan jumlah endapan pada katoda. Dan nantinya akan dibandingkan dengan harga I yang ditunjukkan jarum amperemeter. Dengan demikian, besarnya keseksamaan dari penunjukan jarum amperemeter dengan voltameter tembaga dapat diperhitungkan dengan ralat perhitungan.
5
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1. ALAT DAN BAHAN Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini adalah : 1. Voltameter tembaga dengan perlengkapannya
=
1 set
2. Amperemeter
=
1 buah
3. Timbangan analisa
=
1 buah
4. Tahanan geser (Rg)
=
1 buah
5. Tahanan variabel 10x10 Ω (Rv)
=
1 buah
6. Sumber tegangan DC (adaptor)
=
1 buah
7. Stopwatch
=
1 buah
3.2. CARA KERJA. Cara kerja dalam melakukan percobaan : 1. Menghitung arus maksimum, dengan mengukur luas permukaan katoda bila kepadatan arus 0,01 - 0,02 A/cm2 . 2. Membersihkan elektroda dengan kertas gosok kemudian mengukur massa elektroda dengan neraca analitis. 3. Membuat rangkaian seperti gambar di bawah, kita gunakan nilai i tertentu dengan mengatur Rv (tahanan variabel). Catat harga yang ditunjukkan amperemeter dan mengusahakan harga i tetap dengan mengatur Rg (tahanan geser).
Gambar III.1 Rangkaian Percobaan Voltameter
6
4. Setelah ± 10 menit, aliran listrik diputus lalu elektroda dikeringkan. Kemudian elektroda tersebut ditimbang, dan selisih berat antara berat setelah dikeringkan dengan berat awal merupakan berat endapan. 5. Ulangi langkah 2 - 4 sebanyak 5 kali dengan selang waktu yang sama. 6. Ulangi langkah 2 - 5 untuk nilai kuat arus yang lain.
7
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1. ANALISA DATA Dari data-data hasil percobaan maka dibuatlah analisa data sebagai berikut : Tabel 4.1.a No.
i (amper)
m (gram)
t (detik)
1.
0,6
0,15
600
2.
0,6
0,17
600
3.
0,6
0,12
600
Tabel 4.1.b X
(X–X)
( X – X )2
0,15
0
0
0,17
0,02
0,0004
0,12
- 0,03
0,0009 Σ ( X – X )2 = 0,0013
0,15 + 0,12 + 0,17 X =
0,44 =
3
= 0,15 3
Ralat Mutlak : Dimana : n ( n – 1 ) = 3 . 2 = 6
∆
=
Σ ( X – X )2
1/2
n(n–1)
8
0,0013
=
1/2
=
0,015
6 Ralat Nisbi : I
∆
=
x
0,015
100 % =
X
x 100 %
0,15 =
10 %
Keseksamaan : K = 100 % - I = 100 % - 10 %
= 90 %
Tabel 4.2.a No.
i (amper)
m (gram)
t (detik)
1.
0,9
0,25
600
2.
0,9
0,27
600
3.
0,9
0,24
600
Tabel 4.2.b X
(X–X)
( X – X )2
0,25
0
0
0,27
0,02
0,0004
0,24
- 0,01
0,0001 Σ ( X – X )2 = 0,0005
0,25 + 0,24 + 0,27 X =
0,76 =
3
= 0,25 3
9
Ralat Mutlak : Dimana : n ( n – 1 ) = 3 . 2 = 6
∆
Σ ( X – X )2
=
1/2
n(n–1)
0,0005
=
1/2
=
0,009
6 Ralat Nisbi : I
∆
=
x
100 % =
X
0,009
x 100 %
0,25 =
3,6 %
Keseksamaan : K = 100 % - I = 100 % - 3,6 %
= 96,4 %
Tabel 4.3.a No.
i (amper)
m (gram)
t (detik)
1.
1
0,35
600
2.
1
0,33
600
3.
1
0,35
600
10
Tabel 4.3.b X
(X–X)
( X – X )2
0,35
0,01
0,0001
0,33
0,01
0,0001
0,35
0,01
0,0001 Σ ( X – X )2 = 0,0003
0,35 + 0,33 + 0,35
1,03
X =
=
= 0,34
3
3
Ralat Mutlak : Dimana : n ( n – 1 ) = 3 . 2 = 6
∆
=
=
Σ ( X – X )2
1/2
n(n–1)
1/2
0,0003
=
0,007
6 Ralat Nisbi : I
=
∆
x
100 % =
X
0,34 =
Keseksamaan : K = 100 % - I = 100 % - 2 %
0,007
= 98 %
11
2%
x 100 %
4.2. PEMBAHASAN 1). Menghitung arus yang sebenarnya ( Is ) berdasarkan data pada :
Tabel 4.1 I
=
G
=
a.t
0,329 . 600 =
0,684 + 0,84 A
Tabel 4.2 I
=
G
=
a.t
( 0,25 + 0,0009 ) . 103 0,329 . 600
=
( 0,15 + 0,0015 ) . 103
1,2 + 1,3 A
Tabel 4.3 I
=
G
=
a.t
( 0,15 + 0,0015 ) . 103 0,329 . 600
=
1,69 + 1,76 A
2). Membuat grafik hubungan antara Ia (absis) dengan Is (ordinat) dg regresi linier
12
BAB V
KESIMPULAN
Dengan memperhatikan percobaan dan perhitungan yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan, yaitu : Larutan elektrolit dapat bersifat sebagai konduktor dengan disertai perubahan kimia, yaitu dengan timbulnya endapan pada katodanya. Nilai ekivalensi elektrokimia suatu atom dapat ditentukan dengan melihat reaksi kimia yang terjadi. Dan menyangkut dengan berat atom (Ar) maupun valensinya. Hubungan antara kuat arus (i) dengan tahanan variabel (Rv) adalah berbanding terbalik. Penunjukan besarnya arus listrik oleh jarum amperemeter selalu lebih kecil daripada kuat arus sebenarnya. Melihat analisa diatas, dapat diketahui bahwa besarnya arus yang terbaca pada amperemeter jauh lebih kecil daripada besar arus sesungguhnya. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu : • Kurang bersihnya dalam melakukan penggosokan/pencucian katoda setelah terjadi endapan. • Ketidakstabilan arus listrik, sehingga tahanan geser harus selalu diatur agar besarnya arus tetap konstan. • Keakuratan alat ukur (terutama neraca analitis) dan ketelitian pengukuran oleh praktikan. • Waktu penekanan tombol stopwatch dan pemberian arus tidak bersamaan begitu pula saat pengamatan dihentikan. Larutan elektrolit dan elektroda yang dipakai tidak diperhitungkan sebagai suatu hambatan.
13
DAFTAR PUSTAKA 1. Sears and Zemansky, “Fisika Untuk Universitas 2”, Binacipta, Bandung, 1986. 2. Stevenson – Moore, “Theory of Physics”, McGill Unirversity, Departemen of Physics, W. B. Saunders Company, Philadelphia and London, 1967. 3. Prof.Dr.Sukardjo, “Kimia Anorganik”, Rineka Cipta, Jakarta, 1985. 4. Potter, E.C.,”Electro Chemistry ; Principles and Applications”, St.Martin Press., New York, 1966.
14
TUGAS TAMBAHAN Pertanyaan : 1. Bagaimana hubungan antara i dengan Rv dari persamaan yang ada ? 2. Pada hasil percobaan yang terjadi, perubahan fisika dan kimia seperti apa yang terjadi ? 3. Mengapa pada air raksa tidak terjadi perubahan kimia bila dialiri arus listrik ? 4. Terangkan bagaimana terbentuknya endapan dalam lempengan ? Pembahasan : 1. hjghrsghsdjfghjkfsdghsdfg 2. Pada hasil percobaan terjadi perubahan kimia dan fisika. Perubahan fisika yang terjadi adalah dengan adanya pertambahan massa pada lempengan katoda akibat terjadi endapan tembaga (Cu) yang menempel pada katoda. Sedangkan perubahan kimia yang terjadi adalah adanya perubahan ion-ion Cu dari larutan elektrolit yang digunakan menjadi unsur Cu yang secara fisik ditandai terjadi adanya endapan pada katoda yang digunakan. 3. Pada air raksa tidak akan terjadi perubahan kimia bila dialiri arus listrik. Hal ini dikarenakan air raksa sebenarnya bukan merupakan larutan melainkan merupakan logam yang secara fisik dapat kita lihat dia sebagai zat cair, jadi bisa disebut sebagai logam cair. Maka bila dialiri arus air raksa akan menjadi konduktor seperti halnya logam-logam yang lain. 4. Penjelasan terjadinya endapan pada katoda adalah sebagai berikut. Setelah rangkaian percobaan terpasang semuanya, kedua elektroda dihubungkan dengan sumber listrik searah (DC), elektroda yang dihubungkan dengan kutub negatif disebut katoda sedangkan yang dihubungkan dengan kutub positif disebut sebagai anoda. Selanjutnya ion-ion pada larutan akan bergerak berlawanan arah. Artinya, ion-ion positif akan bergerak ke elektrode negatif (katoda), sebaliknya ion-ion negatif akan bergerak ke arah elektrode positif (anoda). Pergerakan-pergerakan muatan ion dalam larutan akan membawa energi listrik, yang disebut sebagai peristiwa elektrolisis. Kemudian bila ion-ion dalam larutan mengalami kontak dengan elektroda maka reaksi kimia akan terjadi. Pada katoda akan mengalami reduksi dan pada anoda akan mengalami oksidasi. Hasil elektrolisis tergantung dari jenis elektrolit dan juga elektroda yang digunakan.
15
Karena pada percobaan ini larutan yang dipakai dalam percobaan adalah CuSO4, maka reaksi kimia yang terjadi bila terjadi arus listrik adalah : CuSO4
Cu2+ + SO42-
Anoda
:
H2O
2H+ + O2-
Katoda
:
Cu2+
Cu
+ 2 e-
Dari reaksi kimia di atas, dapat dilihat bahwa Cu2+ dari larutan garam bergerak menuju katoda.Sehingga anoda kehilangan Cu2+ yang dipakai untuk menetralkan SO42-. Sehingga dapt kita lihat pada katoda akan terjadi endapan Cu, hal ini pun dikuatkan dengan adanya hukum Faraday yang menyatakan bahwa “ Apabila arus i mengalir dalam t detik maka pada kutub negatif (katoda) terjadi endapan sebesar G gram.
16
