Laporan Praktikum Kimia Fisika Pelapisan Logam Zandhika Alfi Pratama

LABORATORIUM

KIMIA FISIKA

Percobaan : PELAPISAN LOGAM Kelompok : X A

Nama : 1. Davi Khoirun Najib NRP. 2313 030 009 2. Zandhika Alfi Pratama NRP. 2313 030 035 3. Rizuana Nadhifatul M. NRP. 2313 030 043 4. Thea Prastiwi Soedarmodjo NRP. 2313 030 095

Tanggal Percobaan : 11 Nopember 2013

Tanggal Penyerahan : 18 Nopember 2013

Dosen Pembimbing : Nurlaili Humaidah, S.T., M.T.

Asisten Laboratorium : Dhaniar Rulandri W

PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2013

i

ABSTRAK

Tujuan dari percobaan pelapisan logam ini adalah untuk mengamati reaksi redoks yang

terjadi pada elektroda besi (Fe) di katoda dan tembaga (Cu) di anoda.

Prosedur percobaan pelapisan logam adalah mempersiapkan perangkat elektroplating

lengkap dan bahan-bahan yang diperlukan untuk elektroplating, yaitu CuSO4, lempeng tembaga dan

lempeng besi. Lempeng besi yang akan digunakan sebagai bahan percobaan digosok lalu dicuci

permukaan lempengnya untuk dihilangkan karatnya. Setelah itu, lempeng besi ditimbang untuk

mendapatkan berat awalnya. Selanjutnya, menempatkan lempeng tembaga dan besi masing-masing di

anoda dan katoda. Mengamati peristiwa yang terjadi selama proses percobaan.

Hasil dari pengamatan reaksi redoks yang terjadi pada elektroda besi (Fe) di katoda dan

tembaga (Cu) di anoda adalah lempeng besi menjadi kasar dan warnanya berubah menjadi seperti

warna tembaga. Ini dikarenakan pada saat arus mengalir, tembaga yang digunakan sebagai anoda akan

mengalami oksidasi sehingga melepaskan elektronnya. Sementara lempeng besi akan mengalami reduksi sehingga akan

menerima electron. Kondisi optimum percobaan terjadi pada variabel arus tetap 300 mA yaitu dengan

rata-rata selisih berat sebesar 0,92 gram, sedangkan kondisi minimum terjadi pada variabel arus

tetap 100 mA yaitu dengan rata-rata selisih berat sebesar 0,28 gram. Selisih berat tertinggi terjadi

pada proses pelapisan logam dengan variabel waktu 20 menit yaitu sebesar 1,4 gram. Sedangkan

pada proses pelapisan logam dengan variabel waktu 5 menit memiliki selisih berat terendah yaitu 0,5

gram.

Kata Kunci : elektroplating, tembaga, besi

ii

DAFTAR ISI

ABSTRAK .......................................................................................................................... i

DAFTAR ISI ....................................................................................................................... ii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................... iii

DAFTAR TABEL .............................................................................................................. iv

BAB I PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang ....................................................................................................... I-1

I.2 Perumusan Masalah ............................................................................................... I-2

I.3 Tujuan Percobaan ................................................................................................... I-2

BAB II TINAJUAN PUSTAKA

II.1 Dasar Teori ............................................................................................................ II-1

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN

III.1 Variabel Percobaan ............................................................................................... III-1

III.2 Bahan yang Digunakan......................................................................................... III-1

III.3 Alat yang Digunakan ............................................................................................ III-1

III.4 Prosedur Percobaan .............................................................................................. III-1

III.5 Diagram Alir Percobaan ....................................................................................... III-2

III.6 Gambar Alat Percobaan ........................................................................................ III-3

BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PERHITUNGAN

IV. Pembahasan ............................................................................................................ IV-1

BAB V KESIMPULAN ...................................................................................................... V-1

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................................... v

DAFTAR NOTASI ............................................................................................................. vi

APPENDIKS ....................................................................................................................... vii

LAMPIRAN :

Laporan Sementara

Lembar Revisi

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1 Proses Electroplating....................................................................................... .II-7

Gambar II.2 Skema Pelapisan Logam...................................................................................II-12

Gambar III.6 Gambar Alat Percobaan ................................................................................. III-3

iv

DAFTAR TABEL

Tabel II.1 Pengertian Reduksi dan oksidasi......................................................................... II-3

Tabel II.2 Perbedaan oksidator dan reduktor....................................................................... II-4

Tabel IV.1 Pengaruh Waktu terhadap Selisih Berat dengan Arus Tetap 100 mA............... IV-1

Tabel IV.2 Pengaruh Waktu terhadap Kuat Arus dengan Arus Tetap 100 mA................... IV-2

Tabel IV.3 Pengaruh Waktu terhadap Selisih Berat dengan Arus Tetap 300 mA............... IV-3

Tabel IV.4 Pengaruh Waktu terhadap Kuat Arus dengan Arus Tetap 300 mA.................... II-4

v

DAFTAR GRAFIK

Grafik IV.1 Pengaruh Waktu terhadap Selisih Berat dengan Arus Tetap 100 mA ......... IV-2

Grafik IV. 2 Pengaruh Waktu terhadap Kuat Arus dengan Arus Tetap 100 mA ............. IV-3

Grafik IV.3 Pengaruh Waktu terhadap Selisih Berat dengan Arus Tetap 300 mA .......... IV-4

Grafik IV.4 Pengaruh Waktu terhadap Kuat Arus dengan Arus Tetap 300 mA .............. IV-5

I-1

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Melakukan praktikum adalah suatu kebutuhan dalam pembelajaran kimia fisika yang

merupakan mata kuliah di D3 Teknik Kimia. Praktikum ini bertujuan untuk

memperdalam pengetahuan dan membuktikan teori-teori yang diberikan saat bangku

kuliah serta untuk mempersiapkan masing-masing individu di dunia kerja.

Banyak Praktikum dalam mata kuliah kimia fisika ini, salah satunya adalah

Pratikum Pelapisan Logam. Praktikum ini dilakukan karena bertujuan untuk mengetahui

reaksi redoks pada proses sel elektrokimia. Tidak hanya itu, praktikum ini juga sangat

bermanfaat khususnya dalam aplikasi kerja yang berhubungan dengan perawatan logam

dalam skala besar. Dari praktikum ini dapat diaplikasikan di kehidupan sehari-hari,

misalnya untuk pelapisan emas, besi untuk struktur bangunan rumah, dan sebagainya agar

tidak mudah mengalami korosi. Karena apabila suatu logam mengalami korosi tentu

menurunkan kualitas dari logam tersebut.

Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks antara suatu

logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa - senyawa

yang tidak dikehendaki, biasa disebut perkaratan. Untuk itu diperlukan suatu cara untuk

mengatasinya, yaitu dengan pelapisan logam.

Pelapisan logam adalah cara yang dilakukan untuk memberikan sifat tertentu pada

permukaan logam yang tujuannya agar logam mengalami perbaikan yang lebih baik dari

hal struktur, mikro maupun tekanannya. Salah satu pelapisan logam tersebut adalah

Electroplating. Electroplating merupakan proses pelapisan logam dengan menggunakan

bantuan arus listrik dan senyawa kimia tertentu yang digunakan untuk memindahkan

partikel logam pelapis ke material yang hendak dilapisi. Pada proses pelapisan ini banyak

faktor yang mempengaruhi pembentukan pelapisan logam, antara lain pengadukan, rapat

arus, temperature, pH larutan elektrolit dan waktu yang digunakan selama proses

berlangsung. Tujuan pelapisan logam tidak luput dari tiga hal, yaitu untuk meningkatkan

sifat teknis atau mekanisme dari suatu logam, melindungi logam, dan memperindah

tampilan.

http://id.wikipedia.org/wiki/Logam

http://id.wikipedia.org/wiki/Redoks

I-2

Bab I Pendahuluan

Laboratorium Kimia Fisika

Program Studi D3 Teknik Kimia

FTI-ITS

I.2 Rumusan Masalah

1. Bagaimana reaksi redoks yang terjadi pada elektroda besi (Fe) di katoda dan

tembaga (Cu) di anoda ?

I.3 Tujuan Percobaan

1. Mengamati reaksi redoks yang terjadi pada elektroda besi (Fe) di katoda dan

tembaga (Cu) di anoda.

II-1

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II..1 Dasar Teori

Pelapisan adalah suatu cara yang dilakukan untuk memberikan sifat tertentu pada

suatu permukaan benda kerja, dimana diharapkan benda tersebut akan mengalami

perbaikan dalam hal struktur mikro maupun ketahanannya, dan tidak menutup

kemungkinan pada perbaikan terhadap sifat fisiknya. Sementara logam adalah sebuah

unsur kimia yang siap dan bisa membentuk ion/kation dan memiliki ikatan logam. Jadi,

dengan demikian pelapisan logam adalah cara yang dilakukan untuk memberikan sifat

tertentu pada permukaan logam yang tujuannya agar logam mengalami perbaikan yang

lebih baik dari hal struktur mikro maupun tekannanya.

Konsep dasar dalam melindungi logam adalah upaya agar tidak terjadi pertukaran

ion antara logam dengan lingkungan.

Lapisan metalik merupakan penghalang yang sinambung antara permukaan logam

dan lingkungan sekelilingnya. Sifat-sifat ideal bahan pelapis dari logam ini dapat

diringkaskan sebagai berikut:

1. Logam pelapis harus jauh lebih tahan terhadap pengaruh lingkungan

dibandingkan logam yang dilindungi.

2. Logam pelapis tidak boleh memicu korosi pada logam yang dilindungi

senandainya mengalami goresan atau pecah dipermukaannya.

3. Sifat-sifat fisik, seperti kekuatan, keuletan dan kekerasannya, harus cukup

memenuhi persyaratan operasional struktur/komponen bersangkutan.

4. Tebal lapisan harus merata dan bebas dari pori-pori (persyaratan ini hampir tidak

mungkin terpenuhi).

Reaksi Redoks adalah reaksi yang didalamnya terjadi perpindahan elektron secara

berurutan dari satu spesies kimia ke spesies kimia lainnya, yang sesungguhnya terdiri

atas dua reaksi yang berbeda, yaitu oksidasi (kehilangan elektron) dan reduksi

(memperoleh elektron). Reaksi ini merupakan pasangan, sebab elektron yang hilang

pada reaksi oksidasi sama dengan elektron yang diperoleh pada reaksi reduksi. Masing-

II-2

Bab II Tinjauan Pustaka



FTI-ITS

masing reaksi (oksidasi dan reduksi) disebut reaksi paruh (setengah reaksi), sebab

diperlukan dua setengah reaksi ini untuk membentuk sebuah reaksi dan reaksi

keseluruhannya disebut reaksi redoks.

Elektrokimia adalah salah satu dari cabang ilmu kimia yang mengkaji tentang

perubahan bentuk energi listrik menjadi energi kimia dan sebaliknya. Proses

elektrokimia melibatkan reaksi redoks. Proses transfer elektron akan menghasilkan

sejumlah energi listrik. Aplikasi elektrokimia dapat diterapkan dalam dua jenis sel, yaitu

sel volta dan sel elektrolisis. Sebelum membahas kedua jenis sel tersebut, kita terlebih

dahulu akan mempelajari metode penyetaraan reaksi redoks.

Persamaan reaksi redoks biasanya sangat kompleks, sehingga metode penyeteraan

reaksi kimia biasa tidak dapat diterapkan dengan baik. Dengan demikian, para

kimiawan mengembangkan dua metode untuk menyetarakan persamaan redoks. Salah

satu metode disebut metode perubahan bilangan oksidasi (PBO), yang berdasarkan pada

perubahan bilangan oksidasi yang terjadi selama reaksi. Metode lain, disebut metode

setengah reaksi (metode ion-elektron). Metode ini melibatkan dua buah reaksi paruh,

yang kemudian digabungkan menjadi reaksi redoks keseluruhan.

II.2 Reaksi Redoks

II.2.1 Pengertian Reaksi Redoks

Reaksi redoks adalah reaksi kimia yang disertai perubahan bilangan oksidasi atau

reaksi yang didalamnya terdapat serah terima elektron antar zat. Reaksi redoks

sederhana dapat sederhana dapat disederhanakan dengan mudah tanpa metode khusus.

Akan tetapi untuk reaksi yang cukup kompleks, ada dua metode yang dapat digunakan

untuk menyetarakannya yaitu :

1. Metode bilangan oksidasi, yang digunakan untuk reaksi yang berlangsung tanpa

atau dalam air, dan memiliki persamaan reaksi lengkap (bukan ionik).

2. Metode setengah reksi (metode ion elektron), yang digunakan untuk reaksi yang

berlangsung dalam air dan memiliki persamaan ionik.

II-3




FTI-ITS

Ada tiga definisi yang dapat digunakan untuk oksidasi, yaitu kehilangan elektron,

memperoleh oksigen, atau kehilangan hidrogen. Oksidasi adalah kehilangan satu atau

lebih elektron yang dialami oleh suatu atom,molekul, atau ion, sementara reduksi adalah

perolehan elektron. Tidak ada elektron bebas dalam sistem kimiawi selalu disertai oleh

perolehan elektron pada bagian yang lainnya . istilah reaksi transfer elektron terkadang

digunakan untuk reaksi-reaksi redoks

Tabel II.1 Tabel pengertian Reduksi dan oksidasi

Oksidasi Reduksi

Pengertian Klasik Reaksi antara suatu zat dengan

oksigen

Reaksi antara suatu zat

dengan hidrogen

Pengertian Modern Reaksi dimana terjadi kenaikan

bilangan oksidasi

Reaksi dimana terjadi

penurunan bilangan oksidasi


pelepasan elektron


penangkapan elektron

II-4




FTI-ITS

Tabel II.2 Tabel perbedaan oksidator dan reduktor

Oksidator Reduktor

Zat yang dalam reaksinya mengalami

reduksi


oksidasi


penurunan bilangan oksidasi


kenaikan bilangan oksidasi

Zat yang mampu mengoksidasi zat lain Zat yang mampu mereduksi zat lain

Zat yang dapat menangkap elektron dari

zat lain

Zat yang dapat memberikan elektron pada

zat lain

(IPIEMS, 1983)

II.2.2 Konsep-konsep dasar Redoks :

1. Oksidasi adalah peristiwa pelepasan elektron atau penambahan (kenaikan)

bilangan oksidasi

2. Reduksi adalah peristiwa penangkapan elektron atau pengurangan (penurunan)

bilangan oksidasi

3. Reduktor (pereduksi) adalah zat yang mengalami oksidasi atau zat yang

melepaskan elektron, atau zat yang bilangan oksidasinya naik

4. Oksidator adalah zat yang mengalami reduksi atau zat yang menangkap elektron

atau zat yang bilangan oksidasinya turun

5. Redoks adalah reaksi yang terdiri dari peristiwa reduksi dan oksidasi atau reaksi

perubahan bilangan oksidasi

6. Reaksi disproporsionasi (autoredoks) adalah reaksi redoks dimana hanya satu

jenis atom yang mengalami reduksi dan oksidasi atau reaksi redoks dimana

hanya satu jenis atom yang bilangan oksidasinya berubah.

II-5




FTI-ITS

7. Mol elektron adalah selisih bilangan oksidasi. (Andriani)

II.3 Pelapisan Logam

II.3.1 Pengertian Pelapisan Logam

Electroplating adalah proses pelapisan logam yang menggunakan prinsip

elektrokomia. Dalam metode ini komponen bersama dengan batangan atau lempengan

logam yang akan dilapisi, direndam dalam suatu larutan elektrolit yang mengandung

garam-garam logam pelapis.

Elektroplating dibuat dengan jalan mengalirkan arus listrik melalui larutan

antara logam atau material lain yang konduktif. Dua buah plat logam merupakan anoda

dan katoda dihubungkan pada kutub positif dan negatif terminal sumber arus searah

(DC). Logam yang terhubung dengan kutub positif disebut anoda dan yang terhubung

dengan kutub negatif disebut katoda. Ketika sumber tegangan digunakan pada elektrolit,

maka kutub positif mengeluarkan ion bergerak dalam larutan menuju katoda dan disebut

sebagai kation. Kutub negatif juga mengeluarkan ion, bergerak menuju anoda

dan disebut sebagai anion. Larutannya disebut elektrolit.

Besarnya listrik yang mengalir yang dinyatakan dengan Coulomb adalah sama

dengan arus listrik dikalikan dengan waktu. Dalam pemakaian secara umum atau dalam

pemakaian elektroplating satuannya adalah ampere-jam (Ampere-hour) yang besarnya

3600 coulomb, yaitu sama dengan listrik yang mengalir ketika arus listrik sebesar 1

ampere mengalir selama 1 jam.

Untuk menentukan tebal pelapisan yang terjadi perlu diketahui berat jenis dari

logam yang terlapis pada katoda. Efisiensi plating pada umumnya dinyatakan sebagai

efisiensi arus anoda maupun katoda. Efisiensi katoda yaitu arus yang digunakan untuk

pengendapan logam pada katoda dibandingkan dengan total arus masuk. Arus yang

tidak dipakai untuk pengendapan digunakan untuk penguraian air membentuk gas

hidrogen, hilang menjadi panas atau pengendapan logam-logam lain sebagai impuritas

yang tak diinginkan. Efisiensi anoda yaitu perbandingan antara jumlah logam yang

terlarut dalam elektrolit dibanding dengan jumlah teoritis yang dapat larut menurut

Hukum Faraday.Kondisi plating yang baik bila diperoleh efisiensi katoda sama dengan

II-6




FTI-ITS

efisiensi anoda, sehingga konsentrasi larutan bila menggunakan anoda aktif akan selalu

tetap.

Efisiensi arus katoda sering dipakai sebagai pedoman menilai apakah semua

arus yang masuk digunakan untuk mengendapkan ion logam pada katoda sehingga

didapat efisiensi plating sebesar 100% ataukah lebih kecil. Adanya kebocoran arus

listrik, larutan yang tidak homogen dan elektrolisis air merupakan beberapa penyebab

rendahnya efisiensi. Elektrolisis air merupakan reaksi samping yang menghasilkan gas

hidrogen pada katoda dan gas oksigen pada anoda. Reaksi elektrolisis air dapat

dituliskan sebagai berikut :

Secara praktis efisiensi plating dinyatakan sebagai perbandingan berat nyata

terhadap berat teoritis endapan pada katoda. Apabila logam dimasukkan pada larutan

yang mengandung ionnya sendiri akan menimbulkan beda potensial antara logam

tersebut dengan larutan. Beda potensial ini disebabkan karena atom dari logam untuk

menjadikan satu atau lebih muatan negatif dan lepas ke larutan dalam bentuk ion.

Pada saat yang bersamaan terjadi reaksi kebalikan dalam larutan. Dua reaksi

yang berlawanan tersebut berlangsung pada kecepatan yang tidak sama, maka potensial

ini akan diatur oleh permukaan logam dan elekrolit yang berhubungan dengan

permukaan logam. Akhirnya kondisi setimbang tercapai dimana ionisasi dan pelepasan

berlangsung tepat pada kecepatan yang sama. Kesetimbangan ini disebut dengan

potensial kesetimbangan atau potensial bolak-balik pada partikel logam pada laruan

yang dipergunakan.

Potensial elektroda standar berdasarkan skala hidrogen, dimana semua logam-

logam sebelum hidrogen pada skala hidrogen mampu menggantikan hidrogen dari

larutan yang mengandung ion hidrogen, dan logam-logam setelah hidrogen pada skala

hidrogen biasanya tidak dapat menggantikan hidrogen secara langsung.

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_sma1/kelas-2/konsentrasi-larutan/

II-7




FTI-ITS

Logam seng, timah hitam dan timah putih dinamakan logam dasar karena mudah

larut di dalam asam dan ditunjukkan oleh tanda potensial negatif, sedangkan kebalikan

dari ketiga logam diatas adalah logam mulia seperi tembaga, perak dan emas

ditunjukkan oleh tanda potensial positif.

Gambar II.1 Proses Electroplating

.Pada electroplating terdapat dua buah elektroda, dimana elekroda yang

dihubungkan dengan kutub positif disebut anoda dan elektroda yang dihubungkan

dengan kutub negatif disebut katoda. Ciri-ciri dari elektroda tersebut adalah:

a. Anoda: 1. Kutub positip

2. Terjadi reaksi oksidasi

3. Terjadi pelepasan elektron keluar sirkuit

b. Katoda: 1. Kutub negatif

2. Terjadi reaksi reduksi

3. Menerima elektron dari sirkuit luar

Ada dua macam Anoda yang sering digunakan dalam proses electroplating, yaitu

anoda larut, yang berarti anoda yang selama proses memberikan ion-ion logamnya

kepada katoda sehingga makin lama makin habis terkikis. Contohnya adalah tembaga

(Cu), seng (Zn), nikel (Ni), timah putih (Sn), perak (Ag), dll.

Dan ada jenis yang kedua adalah anoda yang tidak dapat larut, yang berarti selama

proses berlangsung anoda ini tidak terkikis. Contohnya adalah karbon (C), platina (Pt),

imah hitam (Pb), dll.

Sementara katoda adalah logam yang akan dilapisi. Logam-logam dapat disususun

dalam suatu deret menurut kenaikan potensial elektrodenya yang disebut Deret Volta.

II-8




FTI-ITS

Semakin ke kiri posisi logam maka potensial elektodenya makin kecil, yang

menyebabkan logam mudah mengalami oksidasi. Sebaliknya, semakin kekanan posisi

logam maka potensial elektrodenya makin besar, yang menyebabkan logam sulit

mengalami oksidasi melainkan mengalami reduksi.

Proses pelapisan elekroplating memiliki kelebihan dan kekurangan dalam

penggunannya. Kelebihannya adalah:

a. Temperatur proses rendah sekitar 60°-70°C

b. Ketebalan lapisan mudah dikendalikan

c. Permukaan halus dan mengkilap

d. Laju pengendapan cepat

e. Porositas pada lapisan relatif rendah

Kekurangannya adalah:

a. Terbatas pada logam dan paduannya

b. Perlu perlakuan awal terhadap benda kerja

c. Terbatas pada benda kerja yang bersifat konduktur

II.3.2 Macam-macam Pelapisan Logam

1. PELAPISAN TEMBAGA

Dalam pelapisan tembaga digunakan bermacam-macan larutan elektrolit, yaitu :

1. Larutan asam

2. Larutan sianida

3. Larutan fluoborat

4. Larutan pyrophosphat

Diantara empat macam larutan di atas yang paling banyak digunakan adalah larutan

asam dan larutan sianida (mgmpkimiabms, 2009)

Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_anorganik1/logam_transisi/tembaga-anorganik/

http://www.chem-is-try.org/tabel_periodik/tembaga/

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_dasar/cairan_dan_larutan/larutan/

II-9




FTI-ITS

2. PELAPISAN TIMAH PUTIH

Pelapisan timah putih pada besi dengan cara listrik (elektroplating) sudah sangat

lama dilakukan untuk kaleng-kaleng makanan, minuman dan sebagainya. Pelapisan

secara listrik pada umumnya sudah menggantikan pelapisan secara celup panas, karena

pelapisan secara celup panas menghasilkan lapisan yang tebal dan kurang merata

(kurang halus) sedangkan pelapisan secara listrik dapat menghasilkan lapisan yang tipis

dan lebih merata/halus. Dengan keuntungan tersebut pada saat ini lebih banyak industri

yang melakukan pelapisan timah putih secara listrik dari pada secara celup panas

(mgmpkimiabms, 2009).

3. PELAPISAN SENG

Seng sudah lama dikenal sebagai pelapis besi yang tahan korosi, murah harganya,

dan mempunyai tampak permukaan yang cukup baik. Pelapisan senga pada besi

dilaksanakan dengan beberapa cara seperti galvanizing, sherardizing, atau metal

spraying. Namun pelapisan secara listrik (elektroplating) lebih disukai karena

mempunyai beberapa keuntungan bila dibandingkan dengan cara-cara pelapisan yang

lain, diantaranya :

a. Lapisan lebih merata

b. Daya rekat lapisan lebih baik

c. Tampak permukaan lebih baik.

Karena beberapa keuntungan itulah maka lebih banyak dilaksanakan pelapisan

secara listrik daripada cara-cara lainnya. Pelapisan seng secara listrik kadang juga

disebut elektro-galvanizing. Larutan elektrolit yang sering digunakan ada dua macam

yaitu larutan asam dan larutan sianida. Bila kedua larutan tersebut dibandingkan maka

permukaan lapisan hasil dari penggunaan larutan sianida adalah lebih baik jika

dibandingkan dengan larutan asam. Namun larutan asam digunakan bila dikehendaki

kecepatan pelapisan yang tinggi dan biaya yang lebih murah.Larutan lain yang sering

digunakan pada pelapisan adalah larutan alkali zincat dan larutan pyrophosphate

(mgmpkimiabms, 2009).

II-10




FTI-ITS

4. PELAPISAN NIKEL

Pada saat ini, pelapisan nikel pada besi banyak sekali dilaksanakan baik untuk

tujuan pencegahan karat ataupun untuk menambah keindahan. Dengan hasil lapisannya

yang mengkilap maka dari segi ini nikel adalah yang paling banyak diinginkan untuk

melapis permukaan. Dalam pelapisan nikel selain dikenal lapisan mengkilap, terdapat

juga jenis pelapisan yang buram hasilnya. Akan tetapi tampak permukaan yang buram

inipun dapat juga digosok hingga halus dan mengkilap. Jenis lain dari pelapisan nikel

adalah pelapisan yang berwarna hitam. Warna hitam inipun tampak menarik dan

digunakan biasanya untuk melapis laras senapan dan lainnya (mgmpkimiabms, 2009).

5. PELAPISAN KHROM

Selain nikel, maka pelapisan khrom banyak dilaksanakan untuk mendapatkan

permukaan yang menarik. Karena sifat khas khrom yang sangat tahan karat maka

pelapisan khrom mempunyai kelebihaan tersendiri bila dibandingkan dengan pelapisan

lainnya. Selain sifat dekoratif dan atraktif dari pelapisan khrom, keuntungan lain dari

pelapisan khrom adalah dapat dicapainya hasil pelapisan yang keras. Sumber logam

khrom didapat dari asam khrom, tapi dalam perdagangan yang tersedia adalah khrom

oksida (Cr O3) sehingga terdapatnya asam khrom adalah pada waktu khrom oksida

bercampur dengan air (mgmpkimiabms, 2009).

Pelapisan Logam Ditinjau dan Sifat Elekrokimia Bahan Pelapis

A. Pelapisan Anodik

Pelapisan anodik merupakan pelapisan dimana potensial listrik logam pelapis

lebih anodik terhadap substrat. Keunggulan dari pelapisan ini adalah sifat logam

pelapis yang bersifat melindungi logam yang dilapisi sehingga walaupun terjadi

cacat pada permukaan pelapis karena sebab seperti tergores., reak, dll.

B. Pelapisan Katodik

Pelapisan katodik merupakan pelapisan diamna potensial listrik logam pelapis

lebih katodik terhadap substrat. Contohnya pelapisan tembaga pada potensial listrik

II-11




FTI-ITS

+0,34 Volt yang dilapisi dengan logam emas dengan potensial listrik +1,5 Volt.

Karena logam emas bersifat lebih mulia dibandingkan tembaga, maka apabila logam

pelapis mengalami cacat, logam yang dilapisi akan terekspos keluar lingkungan dan

bersifat anodik sehingga akan terjadi korosi lokal yang intensif terhadap substrat.

II.3.3 Metode-metode Pelapisan dengan Logam

1. Pencelupan Panas (hot dipping)

Dalam metode ini, sruktur dicelupkan ke dalam bak berisi lelehan logam pelapis.

Pengaturan tebal lapisan dalam proses ini cukup sulit karena lapisan dalam proses ini

cukup sulit karena lapisan cenderung tidak merata, yaitu tebal pada permukaan bawah

tetapi tipis pada permukaan atas. Proses ini terbatas untuk logam-logam yang memiliki

titik lebur rendah, misalnya timah, seng, dan aluminium.

2. Penyemprotan

Logam pelapis berbentuk kawat diumpankan pada bagian depan penyembur api,

dan begitu meleleleh segera dihembuskan dengan tekanan tinggi menjadi butir-butir

yang halus. Butir-butir halus yang terlempar itu menjadi pipih ketika membentur

permukaan logam dan melekat disitu.

3. Penempelan (clad coating)

Kulit dari logam yang tahan korosi dapat dilapiskan ke logam lain yang tidak

mempunyai ketahanan terhadap korosi lingkungan kerjanya. Kulit dipasang dengan cara

rooling, dan membuat lapisan pengelasan di atas logam, suatu proses yang disebut

buttering.

4. Pelapisan Difusi

Proses ini hanya untuk benda-benda yang relatif kecil. Komponen yang hendak

diproses mula-mula dibersihkan dari kotoran dan lemak, kemudian dipanaskan dalam

keadaan kontak dengan tepung pelapis di udara lembab (solid route), atau dalam aliran

gas senyawa mudah menguap dari logam pelapis (gaseous route).

II-12




FTI-ITS

5. Pelapisan Listrik (Electroplating)

Electroplating adalah proses pelapisan logam yang menggunakan prinsip

elektrokomia. Dalam metode ini komponen bersama dengan batangan atau lempengan

logam yang akan dilapisi, direndam dalam suatu larutan elektrolit yang mengandung

garam-garam logam pelapis. Dalam metode ini ada istilah throwing power yang

diartikan dengan kemampuan logam penyalut untuk menghasilkan ketebalan merata

sejalan dengan terus berubahnya panjang lintasan antara anoda dan permukaan

komponen selama pelapisan. Pengendapan terjadi pada benda kerja yang berlaku

sebagai katoda.

Gambar II.2 Skema Pelapisan Logam

Reaksi kimia yang terjadi pada proses elektroplating dapat dijelaskan

sebagai berikut:

1) Pembentukan lapisan nikel (Ni)

Ni2+

(aq) + 2e Ni(s)

2) Pembentkan gas hidrogen (H)

2H+

(aq) + 2e H2 (g)

3) Reduksi oksigen terlarut

½O2 (aq) + 2H+

(g) H2O (g)

II-13




FTI-ITS

Mekanisme terjadinya pelapisan adalah dimulai dari dikelilinginya ion-ion

logam oleh molekul-molekul pelarut yang mengalami polarisasi. Didekat permukaan

katoda, terbentuk daerah Electrical Double Layer (EDL) yang bertindak seperti lapisan

dielektrik. Adanya lapisan EDL memberi beban tambahan bagi ion-ion untuk

menembusnya. Dengan gaya dorong beda potensial listrik dan dibantu oleh reaksi-

reaksi kimia, ion-ion logam akan menuju permukaan katoda dan menangkap elektron

dari sambil mendeposisikan diri dipermukaan katoda. Dalam kondisi equilibrium,

setelah ion-ion mengalami discharge menjadi atom-atom kemudian akan menempatkan

diri pada permukaan katoda dengan mula-mula menyesuaikan mengikuti susunan atom

dari material katoda.

Salah satu tujuan plating/pelapisan ialah upaya mencegah korosi. Peristiwa

korosi disebabkan oleh reaksi logam dari lingkungannya.

1. Lingkungan berwujud gas, udara dengan rentang temperatur -10°C hingga +30°C.

Beberapa metode yang digunakan untuk mengurangi laju korosi udara bebas

adalah:

a. Menurunkan kelembaban relatif

b. Menghilangkan komponen mudah menguap yang dihasilkan oleh bahan-bahan

disekitar.

c. Mengubah temperatur

d. Menghilangkan kotoran, endapan yang akan membentuk katoda dan ion-ion

agresif.

2. Bahan terendam di air bebas yang cukup mengandung ion untuk menjadikannya

sebuah elektrolit.

a. Menurunkan konduktivitas ionik

b. Mengubah pH

c. Secara homogen mengurangi kandungan oksigen

d. Mengubah temperatur

II-14




FTI-ITS

II.3.4. Hukum-Hukum yang Mendasari Pelapisan Logam

A. Hukum Faraday

Michael Faraday menemukan hubungan antara produk suatu endapan dengan

jumlah arus dan waktu yang digunakan, yaitu :

1. Berat dari logam yang diendapkan (w) pada saat berlangsung proses elektrolisa

berbanding lurus dengan jumlah kuat arus (I) dan waktu (t).

2. Untuk jumlah arus yang sama, berat dari logam yang diendapkan berbanding lurus

dengan ekivalen kimianya.

Pernyataan diatas dapat dirumuskan sebagai berikut :

Dengan :

W = berat logam yang diendapkan (gr)

I = arus yang digunakan (Ampere)

t = waktu (detik)

A = berat atom (gr/mol)

z = valensi

F = bilangan Faraday = 96500 Coulomb/mol

Dari rumus diatas, ketebalan deposit dapat diperoleh dengan asumsi deposit

sepanjang permukaan seragam (Sanders,1950:7). Untuk mengetahui ketebalan deposit

maka kita harus mengetahui volume dari logam, dan hubungan tersebut sebagai berikut:

Dengan :

Fz

AtIW

Density= Kerapatan

Logam

II-15




FTI-ITS

Ketebalan endapan dapat ditentukan sebagai berikut:

Hukum Faraday dapat menjelaskan pengaruh penambahan waktu pada proses

pelapisan logam dengan listrik. Semakin lama waktu yang digunakan, maka deposit

logam yang dihasilkan juga semakin besar (Anonim, 2011).

Andriani, D. (t.thn.). Reaksi Redoks. Dipetik November 11, 2013, dari Pembelajaran Kimia:

http://dessykimiapasca.wordpress.com/kimia-xii/reaksi-redoks/pengertian/

II-16




FTI-ITS

Anonim. (2011). Dipetik November 11, 2013, dari http://www.repository.usu.ac.id

IPIEMS. (1983). Dalam Edumedia. Surabaya.

mgmpkimiabms. (2009). Pelapisan Logam (Elektroplating). Dipetik November 11, 2013, dari

MGMP KIMIA KABUPATEN BANYUMAS:

http://mgmpkimiabms.wordpress.com/2009/11/05/pelapisan-logam-elektroplating/

III-1

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

III.1 Variabel Percobaan

a) Variabel Bebas :

Waktu : 4 menit, 8 menit, 12 menit, 16 menit, dan 20 menit

Arus : 100 mA dan 300 mA

b) Variabel Kontrol

Volume CuSO4

III.2 Alat

1. Amperemeter

2. Penjepit

3. Voltmeter

4. Lempengan Tembaga

III.3 Bahan

1. Logam Cu

2. Lempengan Besi

3. CuSO4 0,1 N

4. HCl

5. Aquades

III.4 Prosedur percobaan

Tahap persiapan

1. Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan

2. Membersihkan logam besi (Fe) yang akan dilapisi dengan menggosok

menggunakan amplas dan mencelupkan logam besi dalam larutan HCl

3. Menimbang logam besi yang telah kering satu persatu sebagai berat awal (W0)

dengan menggunakan neraca analitik

4. Kemudian mencatatnya dalam tabel

Tahap percobaan

1. Percobaan pertama menggunakan variabel kuat arus 100 mA dan variabel

waktu yaitu 4 menit,8 menit, 12 menit, 16 menit, 20 menit.

2. Tembaga ditempatkan di anoda dan besi ditempatkan katoda.

III-2




FTI-ITS

3. Percobaan kedua menggunakan variabel kuat arus 300 mA dan variabel waktu

yaitu 4 menit, 8 menit, 12 menit, 16 menit, 20 menit.

4. Tembaga ditempatkan di anoda dan besi ditempatkan katoda.

5. Menimbang berat masing- masing logam besi setelah melalui proses

elektroplating (pelapisan logam menggunakan listrik). Kemudian mencatatnya

dalam tabel sebagai berat akhir (Wt).

6. Mengulang percobaan tersebut sesuai variabel percobaan.

III.5 Diagram Alir

Mulai

Menggosok permukaan lembeng besi dengan menggunakan

amplas dan mencelupkannya ke dalam larutan HCl

Menimbang logam besi (Fe) yang telah kering sebagai berat

awal (W0)

Memasang logam besi (Fe) yang dilapisi katoda (-)

Elekktroplating logam Cu sebagai lapisannya

Keringkan logam kemudian timbang sebagai berat akhir (Wt)

Selesai

III-3




FTI-ITS

III.6 Gambar Alat

Neraca analitik

Penjepit

Stopwatch

Piringan (pan)

neraca

Layar LCD

kaca

Tombol power

on/off

Amperemeter

Skala ampere

Terminal positif (+)

Terminal negative (-)

Beaker Glass

IV-1

BAB IV

HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN

IV. Pembahasan

Electroplating adalah proses pelapisan suatu logam dengan logam lain yang lebih tahan

terhadap korosi. Pada praktikum ini, logam yang dilapisi yaitu lempeng besi dengan logam pelapis tembaga.

Yang mana sifat dari besi yang mudah mengalami korosi ketika kontak dengan udara. Oleh karena itu perlu

adanya pelapisan dengan logam lain agar besi tidak mudah mengalami korosi. Sebelum dilakukan praktikum,

lempeng tersebut dibersihkan untuk dihilangkan karatnya agar lapisan yang terbentuk relatif lebih kuat dan

tidak mudah mengelupas.

Proses pembersihan lempeng besi dilakukan dalam dua tahap yaitu pembersihan karat dan

pencucian karat. Proses pembersihan karat dilakukan dengan menggunakan amplas yang bertujuan untuk

menghilangkan sebagian karat dan juga memperhalus permukaan lempeng. Penghilangan karat pada tahap

ini hanya sebagian saja yang bisa dihilangkan. Oleh karena itu pada tahap selanjutnya akan dibersihkan lagi.

Tahap selanjutnya yaitu pencucian karat dengan larutan pencuci 0,3 N HCl. Pada tahap ini peristiwa

yang bisa diamati adalah larutan menjadi warna keruh akibat karat besi yang terlepas dari lempeng besi.

Setelah dilakukan tahap persiapan, didapatkan lempeng besi yang halus kemudian ditimbang sebagai berat

awal (W0) sebelum dilapisi logam. Telah didapatkan berat awal lempeng besi yaitu 12,5 gram dan 8,5 gram,

selanjutnya lempeng besi tersebut telah siap untuk dilapisi dengan tembaga. Pada tahap percobaan, kami

menyiapkan dua wadah yang berisi masing-masing 0,1 N CuSO4. Wadah satu digunakan untuk pelapisan

lempeng besi 12,5 gram yang dialiri arus 100 mA, sedangkan wadah lain digunakan untuk pelapisan lempeng

besi 8,5 gram yang dialiri arus 300 mA. Lempeng besi ditempatkan pada posisi katoda dan tembaga pada

posisi anoda yang menyebabkan terbentuknya lapisan pada bagian katoda.

Tahap percobaan dilakukan dengan variable yang telah ditentukan dan tahap ini dilakukan

bersamaan. Pada saat arus mengalir, tembaga yang digunakan sebagai anoda akan mengalami oksidasi

sehingga melepaskan elektronnya. Sementara lempeng besi akan mengalami reduksi sehingga akan

menerima electron.

Tabel IV.1 Pengaruh waktu terhadap selisih berat dengan arus tetap 100 mA

t(menit) W0(gr) Wt(gr) W (gr)

4 12,5 12,6 0,1

8 12,5 12,6 0,1

12 12,5 12,8 0,3

16 12,5 12,9 0,4

20 12,5 13 0,5

IV-2



FTI-ITS

Hasil Percobaan dan Pembahasan

Grafik IV.1 Pengaruh waktu terhadap selisih berat dengan arus tetap 100 mA

Berdasarkan Grafik dapat dilihat bahwa selisih berat mengalami kenaikan seiring

dengan bertambahnya waktu. Hal ini sesuai dengan teori yang menyebutkan, semakin lama

waktu pelapisan maka semakin berat pula hasil pelapisan logam yang dihasilkan. Kenaikan

selisih berat terjadi pada waktu 12 menit, 16 menit, dan 20 menit. Sedangkan pada waktu 8

menit selisih berat tidak mengalami perubahan. Dalam percobaan ini larutan yang digunakan

tetap CuSO4. Pertambahan berat disebabkan oleh pengendapan Cu pada besi. Hal ini sesuai

dengan Hukum Faraday yang menyebutkan bahwa “Banyaknya zat yang dihasilkan pada

elektroda sebanding dengan jumlah arus yang dialirkan pada zat tersebut”

Tabel IV.2 Pengaruh waktu terhadap Kuat arus dengan arus tetap 100 mA

t(menit) W0(gr) Wt(gr) W (gr) I(mA)

4 12,5 12,6 0,1 74

8 12,5 12,6 0,1 76

12 12,5 12,8 0,3 80

16 12,5 12,9 0,4 82

20 12,5 13 0,5 86

ΔW (gram)

t (menit)

Waktu (menit)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

4 8 12 16 20

IV-3



FTI-ITS


Grafik IV.2 Pengaruh waktu terhadap Kuat arus dengan arus tetap 100 mA

Berdasarkan Grafik diatas kuat arus yang didapat mengalami kenaikan disetiap

variabel waktu yaitu pada 8,12,16, dan 20 menit Semakin lama waktu pelapisan maka nilai

∆W semakin besar. Hal ini dikarenakan proses electroplating berlangsung lebih lama,

sehingga elektroda Cu teroksidasi semakin banyak untuk melapisi logam Fe. Hal ini sesuai

dengan teori yang ada bahwa massa zat (m) yang timbul berbanding lurus dengan jumlah

listrik yang mengalir (I).

Tabel IV.3 Pengaruh waktu terhadap selisih berat dengan arus tetap 300 mA

74

76

78

80

82

84

86

4 8 12 16 20

t(menit) W0(gr) Wt(gr) W (gr)

4 8,5 9,1 0,6

8 8,5 9,3 0,8

12 8,5 9,3 0,8

16 8,5 9,5 1

20 8,5 9,9 1,4

t (menit)

I (mA)

IV-4



FTI-ITS


Grafik IV.3 Pengaruh waktu terhadap selisih berat dengan arus tetap 300 mA

Berdasarkan Grafik dapat dilihat bahwa selisih berat mengalami kenaikan pada

variabel waktu 8,16, dan 20 menit. Hal ini sesuai dengan teori yang menyebutkan, semakin

lama waktu pelapisan maka semakin berat pula hasil pelapisan logam yang dihasilkan. Dalam

percobaan ini larutan yang digunakan tetap CuSO4. Dari hasil percobaan, semakin lama waktu

yang digunakan maka pertambahan berat pada besi semakin besar. Pertambahan berat

disebabkan oleh pengendapan Cu pada besi. Hal ini sesuai dengan Hukum Faraday yang

menyebutkan bahwa “Banyaknya zat yang dihasilkan pada elektroda sebanding dengan

jumlah arus yang dialirkan pada zat tersebut”

Tabel IV.4 Pengaruh waktu terhadap kuat arus dengan arus tetap 300 mA

t(menit) W0(gr) Wt(gr) W (gr) I (mA)

4 8,5 9,1 0,6 267

8 8,5 9,3 0,8 265

12 8,5 9,3 0,8 265

16 8,5 9,5 1 280

20 8,5 9,9 1,4 280

ΔW (gram)

t (menit)

Waktu (menit)

ΔW (gram)

0,6

0,8

1

1,2

1,4

4 8 12 16 20

t (menit)

IV-5



FTI-ITS


Grafik IV.3 Pengaruh waktu terhadap kuat arus dengan arus tetap 300 mA

Berdasarkan Grafik diatas dapat diketahui hubungan waktu dan kuat arus pada proses

elektroplating mengalami kenaikan pada waktu 16 menit dan 20 menit. Sedangkan penurunan

pada waktu 8 menit. Dalam proses pelapisan logam, lapisan menjadi kasar dan mudah

terlepas akibat ketidaksesuaiannya kondisi-kondisi sistem. Semakin lama waktu pelapisan

maka nilai ∆W semakin besar. Hal ini dikarenakan proses electroplating berlangsung lebih

lama, sehingga elektroda Cu teroksidasi semakin banyak untuk melapisi logam Fe. Hal ini

sesuai dengan teori yang ada bahwa massa zat (m) yang timbul berbanding lurus dengan

jumlah listrik yang mengalir (I).

260

265

270

275

280

4 8 12 16 20

I (mA)

t (menit)

V-1

BAB V

KESIMPULAN

1. Kondisi optimum percobaan terjadi pada variabel arus tetap 300 mA yaitu dengan

rata-rata selisih berat sebesar 0,92 gram, sedangkan kondisi minimum terjadi pada

variabel arus tetap 100 mA yaitu dengan rata-rata selisih berat sebesar 0,28 gram.

2. Semakin besar variabel arus tetap (I), maka semakin besar selisih berat (ΔW) yang

dihasilkan.

3. Selisih berat tertinggi terjadi pada proses pelapisan logam dengan variabel waktu

20 menit yaitu sebesar 1,4 gram. Sedangkan pada proses pelapisan logam dengan

variabel waktu 5 menit memiliki selisih berat terendah yaitu 0,5 gram.

4. Semakin lama proses pelapisan logam, maka lapisan yang terbentuk semakin

banyak dan permukaan menjadi semakin kasar.

v

DAFTAR PUSTAKA

Dessykimiapasca. reaksi-redoks. Diakses di (dessykimiapasca.wordpress.com/kimiaxii/

reaksi-redoks/pengertian/) pada tanggal 12 November 2013

Mgmpkimiabms. 2009. Pelapisan logam (elektroplating). Diakses di (mgmpkimiabms.

wordpress.com/2009/11/05/pelapisan-logam-elektroplating/) pada tanggal 12 November

2013

Repository. 2011. Chapter II. Diakses di (repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/

29125/4/Chapter%20Iipdf) pada tanggal 12 November 2013.

IPIEMS. 1983. Edumedia. Surabaya: IPIEMS group

vi

DAFTAR NOTASI

Simbol Keterangan Satuan

W0 Berat Awal Gram

Wt Berat Akhir Gram

W Selisih Berat Gram

APPENDIKS

Selisih berat logam dengan arus 100 mA

t1=4 menit => W1 = Wt - W0

= 12,6 – 12,5

= 0,1 gram

t2=8 menit => W2 = Wt - W0

= 12,6 – 12,5

= 0,1 gram

t3=12 menit => W3 = Wt - W0

= 12,8 – 12,5

= 0,3 gram

t4=16 menit => W4 = Wt - W0

= 12,9 – 12,5

= 0,4 gram

t5=20 menit => W5 = Wt - W0

= 13,0 – 12,5

= 0,5 gram

Selisih berat logam dengan arus 300 mA

t1=4 menit => W1 = Wt - W0

= 9,1– 8,5

= 0,6 gram

vii

t2=8 menit => W2 = Wt - W0

= 9,3 – 8,5

= 0,8 gram

t3=12 menit => W3 = Wt - W0

= 9,3 – 8,5

= 0,8 gram

t4=16 menit => W4 = Wt - W0

= 9,5 – 8,5

= 1,0 gram

t5=20 menit => W5 = Wt - W0

= 9,9 – 8,5

= 1,4 gram

Laporan Praktikum Kimia Fisika Pelapisan Logam Zandhika Alfi Pratama

Documents

Transcript of Laporan Praktikum Kimia Fisika Pelapisan Logam Zandhika Alfi Pratama