LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA ANORGANIK PERCOBAAN IV ANODASI ALUMINIUM
NAMA NIM KELOMPOK/REGU HARI/TANGGAL PERCOBAAN ASISTEN
: : : : :
RACHMA SURYA M H311 12 267 III (TIGA)/VII (TUJUH) RABU/23 OKTOBER 2013 HASMINISARI JUFRI
LABORATORIUM KIMIA ANORGANIK JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS HASANUDDIN MAKASSAR 2013
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Banyak barang logam yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Banyak cara dilakukan agar barang-barang dari logam misalnya cincin yang terbuat dari perak atau aluminium dapat dilapisi oleh emas. Salah satu proses yang dilakukan untuk melapisi cincin tersebut yaitu dengan teknik anodasi atau teknik penyepuhan logam. Salah satu logam yang sering dianodasi adalah aluminium. Aluminium adalah unsur logam yang biasa dijumpai di kerak bumi dan terdapat dalam batuan seperti mika. Logam ini bersifat sangat reaktif terhadap oksigen. Logam aluminium bereaksi untuk membentuk selaput tipis oksida yaitu Al2O3 di seluruh permukaannya. Lapisan oksida ini memiliki kerapatan molekul yang tinggi atau dapat dikatakan tidak memiliki pori sehingga dapat menghentikan reaksi oksidasi dan melindungi logam bagian bawahnya. Telah diketahui bahwa logam aluminium yang dilapisi dengan oksidanya dapat mencegah pengkaratan. Ketahanan maksimum pada pengkaratan berada pada selang pH 4,5 sampai 8,5. Kebanyakan aluminium yang digunakan secara komersial diberi perlakuan sedemikian rupa agar dapat terlapisi dengan oksidanya. Salah satu metode yang dinamakan anodizing dilaksanakan sebagai berikut : obyek aluminium dibuat sebagai anode dan batang grafit sebagai katode, dan larutan elektrolit berupa H2SO4(aq). Pelarutan Al2O3 dengan bermacam-macam porositas dan ketebalan dapat dilakukan. Penebalan lapisan oksida dari aluminium akan menyebabkan berat logam
bertambah. Struktur oksida hasil anodasi akan lebih tebal dibandingkan struktur oksida biasa dan mempunyai pori-pori yang jaraknya teratur sehingga dapat menyerap partikel warna. Berdasarkan teori diatas, maka dilakukan percobaan anodasi aluminium ini untuk mengetahui peningkatan ketebalan lapisan oksida logam. 1.2 Maksud dan Tujuan Percobaan 1.2.1 Maksud Percobaan Maksud dari percobaan ini adalah untuk mengetahui peningkatan ketebalan lapisan oksida logam aluminium setelah proses anodasi dan pewarnaan. 1.2.2
Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan ini adalah :
1. Menghitung berat logam aluminium sebelum dan setelah anodasi.
2. Menghitung rendemen logam aluminium setelah proses anodasi. 1.3 Prinsip Percobaan Prinsip dari percobaan ini adalah logam aluminium dianodasi melalui proses elektrokimia dengan asam sulfat sebagai larutan elektrolit. Selanjutnya logam aluminium yang telah dianodasi diwarnai dengan mencelupkan logam ke dalam larutan campuran besi (III) klorida dan amonium oksalat. BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Anodisasi adalah proses pembentukan lapisan oksida pada logam dengan cara mereaksikan logam, misalnya aluminium dengan oksigen (O2) dari larutan elektrolit yang digunakan sebagai media, sehingga terbentuk lapisan oksida. Proses ini juga
disebut sebagai anodic oxidation yang prinsipnya hampir sama dengan proses pelapisan dengan cara listrik (elektroplatting). Tetapi, perbedaannya logam yang akan dioksidasi ditempatkan sebagai anoda didalam larutan elektrolit. Perbedaan lain yaitu larutan elektrolit yang digunakan bersifat asam dengan sumber arus bertipe dan ampere tinggi. Proses utama dalam oksidasi anoda alumunium memerlukan larutan asam sulfat, asam kromat atau campuran asam sulfat dan asam oksalat (Santhiarsa, 2010). Selama proses oksidasi, anoda permukaan alumunium diubah menjadi oksida aluminium, dimana reaksi kimia yang terjadi adalah: 2Al + 3 H2SO4
Al2O3 + 3 H2O + 3 SO2
Asam yang digunakan harus asam pekat, serta asam tersebut menjadi oksidator. Ketebalan oksida kurang lebih dua kali aluminium yang hilang (Santhiarsa, 2010). Kekerasan permukaan hasil anodasi ini jauh lebih tinggi bila dibandingkan dengan aluminium tanpa proses anodasi. Hasil ini, diperoleh karena terbentuknya lapisan oksida pada permukaan aluminium selama proses anodasi. Untuk mendapatkan hasil yang terbaik itu, proses ini dilakukan pada waktu tertentu. Pada permukaan lapisan oksida yang terbentuk dalam proses anodasi ini terdapat jutaan sel per cm2, dimana ukurannya merupakan fungsi dari tegangan proses anodasi. Ukuran pori dipengaruhi oleh banyak faktor seperti jenis elektrolit, temperatur serta hubungan antara tegangan dan arus yang digunakan (Sidharta, 2012). Proses anodasi adalah sebuah proses elektrokimia. Proses elektrokimia adalah reaksi redoks (reduksi-oksidasi) dimana dalam reaksi ini energi yang dilepaskan oleh reaksi spontan diubah menjadi energi listrik atau energi listrik digunakan agar reaksi yang nonspontan bisa terjadi. Dalam reaksi redoks, elektron-elektron ditransfer dari satu zat ke zat lain (Chang, 2004).
Reaksi redoks perlu dipisahkan menjadi reaksi setengah-reaksi oksidasi dan setengah reaksi reduksi. Hal ini dapat dijelaskan melalui reaksi berikut (Petrucci, 1999): Oksidasi :
Cu(p)
Reduksi :
Ag+(aq) + e-
Cu2+(aq) + 2e-
Reaksi Keseluruhan Cu(p) + 2 Ag+(aq)
Ag(p) Cu2+(aq) + 2 Ag(p)
Oksidasi merupakan suatu proses dimana bilangan oksidasi unsur bertambah dan elektron di sisi kanan dari setengah-persamaan oksidasi. Reduksi merupakan suatu proses dimana bilangan oksidasi unsur menurun dan elektron di sisi kiri dari setengah-persamaan reduksi. Selanjutnya, jumlah keseluruhan elektron yang menyangkut reaksi oksidasi harus sama dengan jumlah keseluruhan elektron yang menyangkut proses reduksi (Petrucci, 1999). Beberapa istilah yang digunakan dalam proses elektrokimia antara lain (Jeffery dkk, 1989): a. Volta (galvanik) dan elektrolit sel. Sebuah sel yang terdiri dari dua elektroda dan satu atau lebih larutan dalam wadah yang sesuai. Jika sel dapat memberikan energi listrik ke sistem eksternal itu disebut sel volta (galvanik. Energi kimia akan menjadi energi listrik, tetapi beberapa energi dapat hilang sebagai panas. Jika energi listrik disuplai dari sumber luar sel yang dilalui arus disebut sel elektrolit dan menjelaskan Hukum Faraday untuk perubahan material pada elektroda. Sebuah sel yang diberikan dapat berfungsi pada satu waktu sebagai sel galvanik dan di lain waktu sebagai sel elektrolit. b. Katoda. Katoda adalah elektroda tempat reduksi terjadi. Dalam sebuah sel elektrolit itu adalah elektroda terpasang ke sumber terminal negatif sumber, karena elektron
meninggalkan sumber dan masuk ke dalam sel elektrolisis di terminal. Katoda adalah terminal positif dari sel galvanik, karena sel tersebut menerima elektron di terminal. c. Anoda. Anoda adalah elektroda tempat oksidasi terjadi. Ini adalah terminal positif dari sel elektrolisis atau terminal negatif dari sel volta. Tegangan yang diperlukan untuk menjalankan reaksi elektrode tertentu dapat melampaui hitungan secara teori dalam beberapa hal. Interaksi yang disebut polarisasi antara permukaan elektrode di bagian yang terdapat dalam reaksi elektroda. Akibatnya, diperlukan suatu energi potensial yang berlebih agar reaksi elektroda itu terjadi. Suatu potensial berlebih adalah perbedaan potensial yang berlebih yang dihitung secara teoritis untuk menghasilkan elektrolisis. Potensial berlebih ini umumnya terjadi bila reaksinya melibatkan gas. Misalnya, potensial berlebih dalam penggunaan sel dengan H2(g) pada katode raksa kira-kira 1,5 V, sedangkan pada katode platina adalah nol. Faktor kedua yang sulit adalah bila zat yang dielektrolisis mengandung beberapa spesies yang mampu menjalani oksidasi
dan reduksi, maka mungkin terjadi
persaingan reaksi elektroda (Petrucci, 1999). Hubungan antara jumlah energi listrik yang digunakan dan perubahan kimia yang dihasilkan dalam elektrolisis merupakan salah satu persoalan penting yang dicarik jawabannya oleh Michael Faraday (1791 – 1867). Hukum Faraday pertama tentang elektrolisis menyatakan bahwa jumlah perubahan kimia yang dihasilkan sebanding dengan besarnya muatan listrik yang melewati suatu sel elektrolisis. Hukum kedua tentang elektrolisis menyatakan bahwa sejumlah tertentu arus listrik menghasilkan jumlah ekivalen yang sama dari benda apa saja dalam suatu elektrolisis (Petrucci, 1999).
BAB III METODE PERCOBAAN
3.1 Bahan Percobaan Bahan-bahan yang digunakan pada percobaan ini antara lain asam sulfat 6 M, besi(III) klorida, amonium oksalat, lempeng aluminium, akuades, sabun cair, amplas dan tissue roll. 3.2 Alat Alat-alat yang digunakan pada percobaan ini antara lain neraca analitik, gelas kimia 50 mL, gelas kimia 200 mL, I, adaptor, penjepit buaya (alligator clips), hotplate, labu ukur 100 mL, pinset, batang pengaduk, sikat tabung dan gunting. 3.3 Prosedur Percobaan Lempeng aluminium digunting dan dilekukkan menyerupai silinder sesuai ukuran gelas kimia 50 mL diamplas kemudian dicuci. Lempeng aluminium ini bertindak sebagai katoda. Diambil kepingan aluminium lain dengan ukuran 1,5 x 3 cm diamplas dan dibersihkan menggunakan sabun cair kemudian dibilas dengan akuades lalu ditimbang menggunakan neraca analitik. Keping aluminium ini bertindak sebagai anoda Digunakan pinset untuk menjepit keping aluminium. Kemudian, keping aluminium dan silinder aluminium dijepit dengan penjepit aligator yang dihubungkan ke adaptor dengan arus 6 Volt. Keping Aluminium diletakkan persis ditengah silinder aluminium di dalam gelas kimia, sedemikian rupa agar tidak bersentuhan dengan silinder. Dituang Asam sulfat 6 M ke dalam gelas kimia sebanyak 15 mL. Adaptor dinyalakan dan diamati perubahan yang terjadi setelah 5 menit lalu arus dinaikkan menjadi 12 Volt. Anodasi dilakukan pada 2 keping aluminium dengan waktu anodasi masing-masing 5 menit dan 10 menit.
Larutan pewarna disiapkan dengan melarutkan 2 gram besi(III) klorida dan 2 gram amonium oksalat ke dalam 200 mL akuades. Dipanaskan larutan hingga mendidih dan keping aluminium hasil anodasi dicelupkan ke dalam larutan selama 10 menit. Setelah itu dimasukkan lagi ke dalam air panas selama 10 menit. Diamati perubahan yang terjadi. Kemudian kepingan diangkat dari air mendidih lalu ditimbang kembali dengan neraca analitik. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengamatan Dalam percobaan ini kita akan mengamati peningkatan penebalan lapisan oksida logam aluminium dengan yang telah melalui proses anodasi (anodizing). Anodasi dilakukan dengan menggunakan sebuah sel elektrokimia dengan menggunakan asam sulfat sebagai larutan elektrolit. Percobaan anodasi dilakukan dengan dua tahap yaitu teknik anodasi pada keping aluminium dan pewarnaan pada logam yang telah dianodasi. Tabel 1. Hasil anodasi dengan variasi waktu Waktu anodasi 5
Hasil anodasi, +++, ++, +,+
10
++
15
+++
Tabel 2. Hasil penimbangan NO .
Berat sebelum anodasi (g)
Berat setelah anodasi (g)
Berat lapisan oksida (g)
Berat rendemen (%)
1
0,3509
0,3712
0,0203
78,08
2
0,3561
0,3603
0,0042
7,95
4.2 Reaksi Setengah reaksi : Anoda
: Al → Al3+ + 3e-
x2
Katoda
: 2H+ + 2e- → H2
x3
Anoda
: 2Al →
Katoda
: 6H+ + 6e- → 3H2
2Al3+ + 6e-
2Al + 6H+ → 2Al3+ + 3H2 ↑ 2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2 ↑ Ion aluminium sangat tidak larut dalam air, sehingga akan membentuk oksida di permukaan logam: 2Al3+ + 3H2O → Al2O3 + 6H+ Al2(SO4)3 + 3H2O → Al2O3 + 3H2SO4 Sehingga reaksi totalnya : 2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2 ↑ Al2(SO4)3 + 3H2O → Al2O3 + 3H2SO4 2Al + 3H2O → Al2O3 + H2 ↑ 4.3. Pembahasan Percobaan dimulai dengan menggunting lempeng aluminium lalu dilekukkan menyerupai silinder sesuai ukuran gelas kimia 50 mL. Lempeng aluminium tersebut
akan bertindak sebagai katoda dalam proses elektrolisis yang akan terjadi nanti. Selanjutnya, disiapkan kepingan aluminium dengan ukuran 1,5 x 3 cm sebanyak 2 keping. Kedua
keping aluminium tersebut kemudian diamplas dan dibersihkan
dengan sabun cair lalu dibilas dengan akuades. Hal ini dilakukan untuk menghilangkan lemak-lemak dan kotoran yang melekat pada logam tersebut yang dapat menghambat proses anodasi. Setelah dibersihkan, sebaiknya keping logam dijepit dengan pinset agar logam tersebut tetap bersih dan tidak terkontaminasi lagi. Kedua keping yang telah dibersihkan harus ditimbang terlebih dahulu untuk mengetahui berat keping sebelum proses anodasi. Diperoleh berat sebelum anodasi untuk keping I = 0,3509 gram dan keping II = 0,3561 gram. Kepingan aluminium ini akan bertindak sebagai anoda pada proses elektrolisis. Setelah itu, keping aluminium dihubungkan dengan kutub postif dari sumber arus sedangkan silinder aluminium dihubungkan dengan kutub negatif pada adaptor dengan menggunakan penjepit aligator. Keping anoda diletakkan ditengah silinder aluminium di dalam gelas kimia, diatur agar keping tidak mengenai silinder, hal ini dapat menyebabkan terjadinya perpindahan elektron sehingga dapat menghasilkan data yang menyimpang dari yang diharapkan. Keping yang tidak bersentuhan, maka proses elektolisis dapat berjalan dengan baik dan tidak akan menghambat perpindahan elektron. Selanjutnya, dituangkan asam sulfat 6 M secukupnya ke dalam gelas kimia. Asam sulfat ini berfungsi sebagai larutan elektrolit yang merupakan media bergeraknya elektron dimana asam sulfat akan mengalami reaksi reduksi. Diusahakan agar keping aluminium tercelup setengahnya agar dapat juga diamati mana yang mengalami dan yang tidak mengalami proses korosi akibat perendaman dengan asam sulfat dan diusahakan penjepit tidak terkena asam sulfat agar penjepit tidak mengalami korosi. Kemudian adaptor dinyalakan lalu diamati perubahan yang terjadi. Setelah dialiri arus listrik, pada anoda logam Al akan mengalami oksidasi dari
Al menjadi Al3+, sedangkan pada katoda terjadi reduksi ion H + dari asam sulfat yang menyebabkan timbulnya gelembung-gelembung gas H2 pada larutan asam sulfat disekeliling keping aluminium. Awalnya arus adaptor ini 6 volt setelah 5 menit arus adaptor dinaikkan menjadi 12 volt. Apabila terjadi gelembung-gelembung di luar silinder aluminium, maka hal tersebut menunjukkan bahwa proses elektrolisis berjalan dengan baik. Percobaan dilakukan terhadap 2 kepingan logam aluminium dengan lama anodasi masing-masing 5 menit dan 10 menit. Dari hasil pengamatan, dapat dilihat bahwa semakin lama proses anodasi, maka semakin banyak gelembung yang dihasilkan. Setelah proses anodasi, keping aluminium akan memiliki pori-pori yang dapat menyerap zat warna, sehingga keping aluminium tersebut dapat diwarnai. Percobaan dilanjutkan dengan proses pewarnaan. Fungsi dari pewarnaan ini adalah untuk mengetahui tingkat ketebalan lapisan oksida logam, dimana larutan pewarna disiapkan dengan melarutkan 2 gram amonium oksalat dan 2 gram besi(III) klorida ke dalam 200 mL akuades. Larutan tersebut kemudian dipanaskan hingga mendidih. Selanjutnya, kepingan logam hasil anodasi dicelupkan ke dalam larutan warna selama 10 menit. Hal ini dilakukan karena struktur oksida hasil anodasi mempunyai pori-pori yang teratur sehingga masih dapat menyerap partikel warna sehingga kepingan logam tersebut dapat diwarnai dengan berbagai warna. Kemudian kepingan logam dimasukkan ke dalam air mendidih selama 10 menit. Untuk mencegah terjadinya pengotoran setelah pewarnaan, pori-pori tersebut harus ditutup melalui proses pemanasan, sehingga lapisan oksida akan mengembang dan menutup pori-pori tersebut. Semakin lama proses anodasi, semakin baik pula hasil pewarnaan yang ditunjukkan oleh logam aluminium. Dari percobaan ini dapat dihasilkan logam aluminium yang lebih tahan karat karena lapisan oksidanya telah mengalami penebalan melalui proses anodasi. Hal ini dapat dilihat dari perubahan berat aluminium sebelum dan setelah anodasi, dimana berat sesudah anodasi lebih besar
daripada berat sebelum anodasi. Diperoleh berat sesudah anodasi untuk keping I = 0,3712 gram dan keping II = 0,3603 gram. Dari hasil perhitungan diperoleh berat rendemen untuk keping I setelah anodasi sebesar 78,08 % dan keping II adalah 7,95%. Adapun faktor yang dapat menyebabkan terjadinya kesalahan disebabkan karena kesalahan dalam penimbangan atau terkontaminasinya logam dengan kotoran pada saat penimbangan dan juga saat melakukan anodasi yang kurang teliti dan tepat. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan Berdasarkan percobaan anodasi aluminium yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa : 1. Bobot sebelum anodasi keping I adalah 0,3509 gram dan keping II 0,3561 gram. Berat aluminium setelah dianodasi dengan waktu masing-masing 5 menit dan 10 menit adalah 0,3712 gram dan 0,3603 gram. 2. Rendemen dari keping I adalah 78,08 % dan keping II adalah 7,95 %. 5.2 Saran Diharapkan alat-alat dilaboratorium dapat ditambah agar praktikum dapat berjalan lebih cepat dan lancar serta praktikan dapat melaksanakan praktikum perorang agar praktikan keahlian dalam penggunaan alat-alat laboratorium lebih baik.
DAFTAR PUSTAKA
Chang, R., 2005, Kimia Dasar Konsep-Konsep Inti Edisi Ketiga, Erlangga, Jakarta. Jeffery, G.H., Bassett, J., Mendham, J., dan Denney, R. C., 1989, Quantitative Chemical Analysis, John Willey and Sons, New York. Petrucci, R.H., 1999, Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta. Santhiarsa, I. G. N. N., 2010, Pengaruh Kuat Arus Listrik Dan Waktu Proses Anodizing Dekoratif Pada Aluminium Terhadap Kecerahan Dan Ketebalan Lapisan, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM, (Online), 4(1), 75-82 (https://www.ojs.unud.ac.id, diakses pada tanggal 22 Oktober 2013 pukul 19.45 WITA) .
Sidharta, B.W, Soekrisno, R., dan Iswanto, P. T., 2012, Pengaru h Konsentrasi Elektrolit Dan Waktu Anodisasi Terhadap Ketahanan Aus Dan Kekerasan Pada Lapisan Oksida Paduan Aluminium ADC12, Prosiding SNAST, (Online), (4), 1-6 (https://www.repository.akprind.ac.id, diakses pada tanggal 26 Oktober 2013 pukul 07.55 WITA).
LEMBAR PENGESAHAN
Makassar, 23 Oktober 2013 Asisten,
Praktikan,
(HASMINI SARI JUFRI)
(RACHMA SURYA M)
Lampiran 1 BAGAN PROSEDUR KERJA A. Anodasi Aluminium
Lempeng Aluminium
-
-
-
Digunting. diamplas Dilekukkan menyerupai silinder sesuai ukuran gelas kimia 50 mL. dicuci Dihubungkan ke adaptor dengan penjepit aligator. Diatur menjadi katoda.
Keping Aluminium
-
-
-
Gelas kimia
Diamplas Dibersihkan, dibilas dengan akuades Ditimbang. Dihubungkan ke adaptor dengan penjepit aligator. Diletakkan di tengah silinder aluminium ke dalam gelas kimia. Diatur menjadi anoda.
-
Dituangkan Asam sulfat 6 M sampai sebagian keping
-
aluminium tercelup. Diberi arus 6 volt Diamati perubahan yang terjadi. Setelah 5 menit, arus dinaikkan
-
menjadi 12 volt. Anodasi dilakukan pada 2 keping aluminium dengan waktu anodasi selama 5 menit dan 10 menit.
Hasil anodasi B. Pewarnaan Keping Al
Larutan campuran 2 gram amonium oksalat dan 2 gram besi(III) klorida dalm 200 mL akuades -
Didihkan Dicelupkan keping aluminium hasil anodasi ke dalam larutan pewarna
-
selama 10 menit. Diangkat lalu dimasukkan ke dalam
-
air mendidih selama 10 menit. Ditimbang beratnya menggunakan neraca analitik
Data
Lampiran 2 Perhitungan Berat teoritis I BE Al2O3
=
BE x I x T F
= 0,5 ampere =
Mr n
=
102 6
= 17 g/mol ekuivalen a. Keping I, t = 5 menit = 300 detik Berat teoritis =
=
BE x I x T F 17 g /mol ekuivalen x 0,5 ampere x 300 detik 96500 Coloumb
= 0,026 gram Berat praktek
= berat setelah anodasi - berat sebelum anodasi = 0,3712 gram – 0,3509 gram = 0,0203 gram
Berat rendamen =
=
berat praktek berat teori 0,0203 0,026
x 100%
x 100%
= 78,08 % b. Keping II, T = 10 menit = 600 detik
Berat teoritis
=
BE x I x T F
=
17 g /mol ekuivalen x 0,5 ampere x 600 detik 96500 Coloumb
= 0,0528 gram
Berat praktek
= berat setelah anodasi - berat sebelum anodasi = 0,3603 gram – 0,3561 gram = 0,0042 gram
Berat rendamen =
=
berat praktek berat teori 0,0042 0,0528
100%
x 100%
= 7,95% PENGAMATAN
Rangkaian anodasi aluminium
Proses anodasi keping aluminium I. selama 5 menit pada 6 volt
Proses anodasi keping aluminium I. selama 5 menit pada 12 volt
Proses anodasi keping aluminium II. selama 10 menit pada 6 volt
Proses anodasi keping aluminium I. selama 10 menit pada 6 volt
Proses pewarnaan keeping aluminium I. Selama 15 menit
Proses anodasi keping aluminium II. selama 10 menit pada 12 volt
Proses pewarnaan keping Al II selama 20 menit dan proses pemanasan keping Al I dalam air panas
Hasil proses anodasi dan pewarnaan kepingan Al
