PERCOBAAN 3
LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA II
ANGKA ANGKUT
Disusun Oleh :
Nama
:
Muhammad Irhamul Iqbal (150332602600) Yoga Pratama (150332600362)** Zaharul Azhar (150332607852)
Kelompok
: 10
UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENFETAHUAN ALAM JURUSAN KIMIA 2017-2018
ANGKA ANGKUT
A. TUJUAN PERCOBAAN
Menentukan angka angkut kation dan anion dengan cara Hittorf. B. DASAR TEORI
Bagian arus yang diangkut oleh kation yang bergerak ke katoda dan oleh anion yang bergerak ke anoda disebut angka ngkut. Banyaknya bagian arus yang diangkut oleh kation dan anion tidak sama bergantung pada kecepatan gerak ion itu dalam larutan. Ion yang bergerak lebih cepat akan mengangkut jumlah listrik yang lebih banyak melalui larutan dalam satuan waktu tertentu atau ion tersebut mengangkut bagian arus yang lebih banyak. Untuk suatu elektrolit, jika u a dan uc masing-masing adalah mobilitas anion dan kation, maka angkat kation dan anion dirumuskan sebagai berikut : nc = uc / ( uc + ua ) dan na = ua/ ( uc + ua ) dimana,
nc = angka angkut kation na = angka angkut anion uc = mobilitas kation ua = mobilitas anion
Dengan demikian, diperoleh persamaan : nc + na = 1 Ada beberapa cara untuk menentukan angka angkut anion dan angka angkut kation, antara lain dengan cara batas gerak dan cara Hittorf. Pada percobaan berikut akan dilakukan penentuan angka angkut Hittorf. Pada sel Hittorf digunakan sel elektrolisis yang dibagi menjadi tiga bagian dengan menggunakan penyekat berpori. Tiga bagian tersebut dalah, ruang anoda, ruang katoda, dan ruang penghubung. Metode Hittorf didasarkan pada perubahan konsentrasi elektrolit di sekitar elektroda-elektroda yang disebabkan oleh aliran listrik melalui elektrolit. Pada proses elektrolisis jumlah ekuivalen kation yang terbentuk di anoda sama dengan jumlah ekuivalen atom yang terbentuk di katoda, tetapi konsentrasi kation di elektroda tidaklah tepat sama. Sebagai contoh, elektrolisis CuSO 4, jika x ekuivalen ion Cu 2+ dilepaskan di anoda, akan terjadi peningkatan jumlah ion Cu 2+ x ekuivalen di sekitar anoda, bila
tidak terjadi migrasi ion Cu2+ ke katoda. Karena migrasi Cu2+ dalam ruang anoda, maka hanya terjadi peningkatan jumlah ion Cu 2+ sebesar z ekuivalen yang lebih kecil dari x. Besarnya x dapat diketahui dengan cara menimbang berat anoda sebelum dan sesudah elektrolisis atau menentukan jumlah muatan listrik yang digunakan dalam elektrolisis, sedangkan besarnya z dapat diketahui dengan cara titrasi larutan di sekitar anoda sebelum dan sesudah elektrolisis. Sehingga, besarnya angka angkut ion Cu 2+ dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut : nc = ( x - z ) / x na = 1 – nc dimana,
nc = angka angkut kation na = angka angkut anion x = ekuivalen Cu yang berasal dari oksidasi anoda z = peningkatan jumlah ekuivalen ion Cu 2+ di ruang anoda
Penghantaran arus listrik dalam larutan elektrolit dilakukan oleh ion-ion, baik ion positif maupun ion negatif. Bagian arus total yang dibawa oleh kation disebut bilangan angkut kation t + atau nc, sedangkan yang dibawa oleh anion disebut bilangan angkut anion t- atau na. Banyaknya bagian arus yang diangkut oleh kation dan anion tidak sama bergantung pada kecepatan gerak ion itu dalam larutan. Ion yang bergerak lebih cepat akan mengangkut jumlah listrik yang lebih banyak melalui larutan dalam satuan waktu tertentu atau ion tersebut mengangkut bagian arus yang lebih banyak. Jika penentuan bilangan angkut dengan cara Hittorf dengan didasarkan pada penambahan kosentrasi larutan disekitar elektrodenya, maka cara gerak batas (moving boundary method ) didasarkan pada pergerakan ion-ion ketika beda potensial diterapkan. Pergerakkan ion ini pada perbatasan dua larutan elektrolit dapat langsung diamati. Bilangan transpor dari setiap ion didefinisikan sebagai bagian dari arus total yang dibawa oleh ion utama. Bilangan ini disebut juga “Bilangan Penghantaran” atau angka angkut. Bilangan penghantaran dapat dihitung dengan cara berikut :
a) Metode Hittorf. b) Metode pembatasan yang bergerak. Dalam metode pembatas yang bergerak, bilangan transpor dihitung oleh, =
1000
Dimana, Ci adalah konsentasi ion i dalam equivalen dm-3, I adalah arus listrik dalam ampere, V adalah volume melalui mana pembatas yang bergerak lewat, dinyatakan dalam m3dan t adalah waktu dalam detik.
C. ALAT DAN BAHAN
Alat yang digunakan :
Sumber arus DC
Stopwatch
Buret
Corong
Pipettakar 5 mL
Erlenmeyer 100 mL
Wadah elektrolisis
Bahan yang digunakan :
Elektroda Cu
Larutan CuSO4 0,1 M
Larutan Na2S2O3 0,1 M
Larutan KI 0.1 M (baru)
Indikator amilum (baru)
D. PROSEDUR KERJA
Sepasang Elektroda Tembaga
Dibersihkan dengan kertas gosok
Dicucidengan air kemudian alkohol.
Ditimbanganodadenganketelitian 0,001 gram.
Diisikan larutan CuSO4 0,1 M ke dalam wadah untuk elektrolisis.
Ditentukan volume larutan dalam ruang anoda dengan mengukur tinggi, panjang dan lebar larutan.
Dirangkai alat seperti pada gambar.
Rangkaian Alat Elektrolisis untuk menentukan angka angkut cara Hittorf
Dialirkan listrik selama 30 menit, dicatat kuat arus tiap 1 menit. Kuat arus dalam perhitungan adalah harga rata-rata kuat arus ini.
Diambilah 5 mL larutan disekitar anoda sebanyak tiga kali dan tempatkan masing-masing dalam erlenmeyer.
Ditambahkan dalam masing-masing erlenmeyer, 15 mL larutan KI 0,1 M.
Dititrasi dengan larutan Na2S2O3 0,1 M sampai warna coklat hampir hilang.
Ditambahkan indikator amilum, dan titrasi lagi sampai warna biru hilang.
Ditentukan juga konsentrasi larutan CuSO 4 yang belum dielektrolisis dengan cara titrasi seperti diatas.
Dibersihkan anoda dengan air (jangan digosok) kemudian dengan alkohol.
Ditimbanglah anoda tersebut bila sudah kering benar.
Hasil
E. DATA HASIL PENGAMATAN Data Pengamatan
F.
Hasil Pengamatan
Berat AnodaAwal
10,6740 gram
Berat Anoda Akhir
10,6721 gram
Tinggi larutan ruang anoda
3,8 cm
Panjang larutan ruang anoda
4,0 cm
Lebar larutan ruang anoda
2,7 cm
Lama elektrolisis
30 menit 8 detik
Kuatarus rata-rata
0,0113 A
Volume CuSO4 sebelum elektrolisis
5 mL
Volume Na2S2O3 0,1 M sebelum elektrolisis
6,0 mL
Volume CuSO4 setelah elektrolisis
5 mL
Volume Na2S2O3 0,1 M setelah elektrolisis
6,3 mL
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
Pada percobaan ini, didasarkan pada perubahan konsentrasi elektrolit di sekitar elektroda-elektroda yang disebabkan oleh aliran listrik melalui elektrolit. Pada proses elektrolisis jumlah ekuivalen kation yang terbentuk di anoda sama dengan jumlah ekuivalen atom yang terbentuk di katoda, tetapi konsentrasi kation di elektroda tidaklah tepat sama. Dalam percobaan ini, larutan CuSO4 akan dielektrolisis dengan elektroda Cu yang harus diamplas dan dibersihkan terlebih dahulu agar tidak ada sisa-sisa zat lain yang menempel. Selanjutnya, berat elektroda yang digunakan sebagai anoda harus diketahui sebelum melakukan elektrolisis karena reaksi redoks yang mengakibatkan adanya penambahan dan pengurangan massa dari masing-masing elektroda. Konsentrasi ion Cu2+ dalam larutan CuSO4 sebelum elektrolisis harus diketahui dengan pasti agar perhitungan angka angkut akurat. Karwna itulah, perlu dilakukan standarisasi larutan CuSO4 dengan cara titrasi iodometri dengan larutan Na2S2O3 0,1 M menggunakan indikator amilum sehingga diperoleh konsentrasi awal ion Cu2+ sebelum elektrolisis.
Larutan CuSO4 sebelumnya ditambahkan dengan larutan KI 0,1 M, sehingga warna larutan menjadi coklat. Setelah dititrasi dengan larutan Na 2S2O3 0,1 M warnanya berubah menjadi putih. Begitu pula keadaan larutan ini saat dititrasi setelah dielektrolisis. Warna coklatnya saja yang lebih gelap. Elektrolisis dilakukan selama 30 menit lebih 8 detik dengan mencatat kuat arus tiap menitnya dan kuat arus yang digunakan merupakan kuat arus rata-rata selama 30 menit 8 detik tersebut. Setelah proses elektrolisis selesai dilakukan, anoda dibilas dengan aquades, lalu dikeringkan sebelum ditimbang. Kemudian, larutan di ruang anoda diambil untuk dititrasi dengan larutan Na 2S2O3 sehingga diperoleh konsentrasi ion Cu 2+ setelah elektrolisis. Seperti elektrolisis pada umunya, terjadi reaksi redoks. Pada anoda sebagai kutub positif (+) terjadi reaksi oksidasi sebagai berikut :
Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e
Elektroda Cu teroksidasi menjadi ion Cu 2+, sehingga terjadi penurunan berat pada elektroda Cu serta penambahan jumlah ion Cu2+ dalam larutan di ruang anoda. Penambahan jumlah ion Cu 2+ dalam anoda mengakibatkan konsentrasi larutan dalam anoda akan mengalami kenaikan. Sebaliknya, pada katoda sebagai kutub negatif (-) terjadi reaksi reduksi sebagai berikut :
Cu2+(aq)+ 2e → Cu( s)
Larutan yang mengandung ion Cu 2+ tereduksi ke katoda sehingga terjadi penambahan berat elektroda. Dengan penambahan ion Cu 2+ pada larutan di ruang anoda, maka ion Cu 2+ pada larutan di daerah katoda akan berkurang karena membentuk endapan Cu. Panambahan ion Cu 2+ akibat reaksi oksidasi dan pengurangan ion Cu 2+ akibat reaksi reduksi. Migrasi ion-ion terjadi sedemikian rupa menuju kearah elektroda yag saling berlawanan tanda dengan ion-ion tersebut.
Besarnya angka angkut kation ditentukan dengan cara menghitung jumlah ekuivalen atau mol dari ion Cu 2+ yang diangkut dari ruang anoda ke katoda dengan rumus berikut : nc = ( x - z ) / x dimana,
nc = angka angkut kation x = ekuivalen Cu yang berasal dari oksidasi anoda z = peningkatan jumlah ekuivalen ion Cu 2+ di ruang anoda
Sedangkan, angka angkut anion dihitung dengan cara mengurangkan angka angkut kation terhadap angka satu, sebagai berikut : na = 1 – nc , dimana na = angka angkut anion Besarnya x dapat diketahui dengan cara menimbang berat anoda sebelum dan sesudah elektrolisis atau menentukan jumlah muatan listrik yang digunakan dalam elektrolisis, sedangkan besarnya z dapat diketahui dengan cara titrasi larutan di sekitar anoda sebelum dan sesudah elektrolisis. Volume larutan dalam ruang anoda dapat dihitung dengan cara mengukur panjang, lebar dan tinggi ruang anoda tersebut. Berdasarkan data hasil percobaan yang diperoleh, maka dapat dilakukan analisis sebagai berikut.
1.
Menghitung x
Cara 1:
Selisih berat anoda
= berat anoda awal - berat anoda akhir =10,6740 gram – 10,6721 gram =0,0019 gram
Mol Cu teroksidasi
= 0,0019 gram / (63,54 gram/mol) = 0,0000299 mol
Mol ekuivalen
= 0,0000299 mol × 2 ekuivalen = 0,0000598 mol ekuivalen
Cara 2:
Q
=I×t = 0,0113 A × 1808 detik = 20,43 C
F
= 20,43 C / (96500 C/F) = 0,000212 mol
Ekivalen = 0,000212 × ½ = 0,000106 ekv
Jadi, x dengan cara 1 = 0,0000598 mol ekv atau 0,0000598 ekv Dan, x dengan cara 2 = 0,000106 ekv
2.
Menghitung z
Perhitungan sebelum menghitung z , perlu diperhatikan hal-hal berikut : a. perhitungan konsentrasi CuSO4 sebelum elektrolisis. b. perhitungan konsentrasi CuSO4 sesudah elektrolisis. c. perhitungan volume ruang di anoda. d. perhitungan peningkatan jumlah ekivalen ion Cu2+ di ruang anoda ( z ) . Perhitungannya dijabarkan sebagai berikut. a.
Perhitungan Konsentrasi CuSO4 Sebelum Elektrolisis
Persamaan Reaksi :
2CuSO4(aq)+ 2KI(aq) → 2Cu(s) + I2(g) + 2K +(aq) + 2SO42-(aq)
Reduksi : 2e + Cu 2+(aq)→ Cu( s) Oksidasi : 2I-(aq)→ I2( g )+ 2e
I2 (aq)+ 2Na2S2O3(aq) → 2I-(aq)+ S4O62-(aq) + 4Na+ (aq)
Reduksi : 2e + I2( g )→ 2I-(aq) Oksidasi : 2S2O32- (aq)→ S4O62-(aq)+ 2e
Diketahui : Volume CuSO4
= 5 mL
Volume Na2S2O3 0,1 M
= 6,0 mL
Volume KI 0,1 M
= 15 mL
Normalitas KI
= 0,1 N
Mol KI
= 15 mL × 0,1
Normalitas I2
= 2 ekv × 0,1 N = 0,2 N
Ekuivalen Na2S2O3
= Normalitas I2 × 6,0 mL
mmol mL
= 1,5 mmol
= 0,2 N × 6,0 mL = 1,2 mekv
Ditanya : konsentrasi CuSO 4 sebelum dielektrolisis? Jawab :
Ekuivalen CuSO 4
= ekuivalen Na2S2O3
Normalitas CuSO4 = 1,2 mkev / 5 mL = 0,24 N
b.
Perhitungan Konsentrasi CuSO4 Setelah Elektrolisis
Persamaan Reaksi :
2CuSO4(aq)+ 2KI(aq) → 2Cu(s) + I2(g) + 2K +(aq) + 2SO42-(aq)
Reduksi : 2e + Cu 2+(aq)→ Cu( s) Oksidasi : 2I-(aq)→ I2( g )+ 2e
I2 (aq)+ 2Na2S2O3(aq) → 2I-(aq)+ S4O62-(aq) + 4Na+ (aq)
Reduksi : 2e + I2( g )→ 2I-(aq) Oksidasi : 2S2O32- (aq)→ S4O62-(aq)+ 2e
Diketahui : Volume CuSO4
= 5 mL
Volume Na2S2O3 0,1 M
= 6,3 mL
Volume KI 0,1 M
= 15 mL
Normalitas KI
= 0,1 N
mmol
Mol KI
= 15 mL × 0,1
Normalitas I2
= 2 ekv × 0,1 N = 0,2 N
Ekivalen Na2S2O3
= Normalitas I2 × 6,3 mL
mL
= 1,5 mmol
= 0,2 N × 6,3 mL = 1,26 mekv
Ditanya : konsentrasi CuSO 4 sebelum dielektrolisis? Jawab :
Ekuivalen CuSO 4
= ekuivalen Na2S2O3
Normalitas CuSO4 = 1,26 mkev / 5 mL = 0,252 N
c.
Perhitungan Volume di Ruang Anoda
Tinggi larutan di Ruang Anoda
= 3,8 cm
Panjang larutan di Ruang Anoda
= 4,0 cm
Lebar larutan di Ruang Anoda
= 2,7 cm
Volume ruang anoda
= panjang × lebar × tinggi = 4,0 cm × 2,7 cm × 3,8 cm = 41,04 cm 3 = 0,04104 L
d.
Peningkatan Jumlah Ekuivalen Ion Cu 2+ di Ruang Anoda (z)
Selisih konsentrasi CuSO4
= (0,252 N – 0,24 N) = 0,012 ekv/L
z
= selisih konsentrasi CuSO4 × Volume ruang anoda = 0,012 ekv/L × 0,04104 L = 0,000049 ekv
3.
Perhitungan Angka Angkut Kation dan Angka Angkut Anion
Dengan x dari cara 1 :
Angka angkut kation (n c)
=
0,0000598 −0,000049 0,0000598
= 0,1806
Angka angkut anion (n a)
= 1nc = 10,1806 = 0,8194
Pada perhitungan data yang diperoleh dari percobaan dengan x = ekuivalen selisih berat, angka angkut anion sebesar 0,8194. Sedangkan, angka angkut kation sebesar 0,1806. Berdasarkan data tersebut dapat diketahui bahwa kation mengangkut jumlah listrik yang lebih sedikit atau arus yang lebih kecil melalui larutan CuSO4 dalam waktu 30 menit 8 detik karena angka angkut yang diperoleh kation lebih kecil daripada anion.
Dengan x dari cara 2: 0,000106 −0,000049
Angka angkut kation (n c)
=
Angka angkut anion (n a)
= 1nc
0,000106
= 0,5377
= 10,5377 = 0,4623 Pada perhitungan data yang diperoleh dari percobaan dengan x = ekuivalen dari muatan, angka angkut anion sebesar 0,4623. Sedangkan, angka angkut kation sebesar 0,5377. Berdasarkan data tersebut dapat diketahui bahwa kation mengangkut jumlah listrik yang lebih banyak atau arus yang lebih besar melalui larutan CuSO4 dalam waktu 30 menit 8 detik karena angka angkut yang diperoleh kation lebih besar daripada anion.
G. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil percobaan elektrolisis, larutan CuSO 4 dengan elektroda tembaga menggunakan cara Hittorf, harga angka angkut kation lebih besar daripada angka angkut anion, baik menggunakan perhitungan x sebagai muatan maupun sebagai berat perubahan anion. Harga angka angkut yang diperoleh yakni sebagai berikut : untuk x cara 1:
angka angkut kation = 0,1806
angka angkut anion = 0,8194
untuk x cara 2:
angka angkut kation = 0,5377 angka angkut anion = 0,4623
H. JAWABAN PERTANYAAN
1.
Tuliskan reaksi elektrolisis larutan CuSO4 dengan elektrode Cu.
Reaksi di Anoda
:
Cu( s) → Cu2+(aq) + 2e
Reaksi di Katoda
:
Cu2+(aq) + 2e → Cu( s)
2.
Tuliskan reaksi yang terjadi pada titrasi larutan CuSO4 pada percobaan ini.
2CuSO4(aq)+ 2KI(aq) → 2Cu(s) + I2(g) + 2K +(aq) + 2SO42-(aq) Reduksi : 2e + Cu 2+ → Cu Oksidasi : 2I- → I2 + 2e
I2 (aq)+ 2Na2S2O3(aq) → 2I-(aq)+ S4O62-(aq) + 4Na+ (aq) Reduksi : 2e + I2 → 2IOksidasi : 2S2O32- → S4O62- + 2e
I.
DAFTAR PUSTAKA
Atkins, P.W. 1986. Physical Chemistry. 3rd edition. Oxford: Oxford University Press. Castelan, G.W. 1983. Physical Chemistry. 3rd edition. Amsterdam: Addison Wesley Publishing Company.
Day, R.A. Jr and Underwood,A.L. , 1986, Kimia Analisis Quantitatif , Jakarta: Erlangga.
Laidler, Keith, J., dan Meisler, John H. 1982. Physical Chemistry. California: The Benjamin/Cuming Publishing Company, Inc.
LAMPIRAN PERLAKUAN
Pengampelasan elektroda yang akan digunakan.
Membersihkan elektroda dengan air dan alkohol.
Menimbang massa awal eletroda.
Elektrolisis dengan cara Hittorf.
Titrasi larutan CuSO4 dengan Na2S2O3.
PENGAMATAN
Titrasi CuSO4 setelah ditambah amilum.
Hasil titrasi larutan yang telah ditambah amilum.
Penimbangan akhir elektroda yang telah di elektrolisis cara Hittorf.
