LAPORAN RESMI ELEKTROKIMIA PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA II

download LAPORAN RESMI ELEKTROKIMIA PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA II

of 119

description

LAPORAN RESMI PDTK II JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO 2015

Transcript of LAPORAN RESMI ELEKTROKIMIA PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA II

  • LAPORAN RESMI

    PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA II

    Materi :

    ELEKTROKIMIA

    Oleh :

    1. Badar Ilham Anggawijaya NIM : 21030114120032

    2. Christine Indira Rinai Pangesti NIM : 21030114120049

    3. Surya Pandu Putra NIM : 21030114120125

    LABORATORIUM DASAR TEKNIK KIMIA

    TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

    UNIVERSITAS DIPONEGORO

    SEMARANG

    2015

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II

    iii

    HALAMAN PENGESAHAN

    Laporan resmi Praktikum Dasar Teknik Kimia II yang berjudul Elektrokimia yang disusun oleh:

    Kelompok : III / Kamis Pagi

    Anggota : 1. Badar Ilham Anggawijaya NIM : 21030114120032

    2. Christine Indira Rinai Pangesti NIM : 21030114120049

    3. Surya Pandu Putra NIM : 21030114120125

    Telah disahkan pada:

    Hari :

    Tanggal : Juni 2015

    Semarang, Juni 2015

    Asisten Pengampu,

    Angga Muhammad Kurnia

    NIM 21030112130126

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II

    iv

    KATA PENGANTAR

    Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat rahmat dan

    kuasa-Nya, sehingga dapat menyelesaikan laporan resmi Praktikum Dasar Teknik

    Kimia II ini dengan lancar dan sesuai dengan harapan.

    Laporan Resmi Praktikum Dasar Teknik Kimia II ini dibuat untuk

    memenuhi tugas Praktikum Dasar Teknik Kimia II. Kami mengucapan terima

    kasih kepada:

    1. Tuhan Yang Maha Esa, atas karunia-Nya Laporan ini bisa selesai dengan

    baik dan tepat waktu

    2. Ibu Ir. C. Sri Budiyati, M.T. selaku dosen pembimbing Praktikum Dasar

    Teknik Kimia II

    3. Koordinator asisten laboratorium PDTK II Wahyu Arga Utama

    4. Angga M. Kurnia sebagai Asisten Pengampu Laporan Praktikum

    Elektrokimia kami

    5. Orang tua atas dukungan baik moral maupun materil

    Sehingga tugas laporan resmi ini dapat terselesaikan dengan baik dan sesuai

    harapan. Kepada teman-teman yang telah membantu baik dalam segi waktu

    maupun motivasi apapun, kami mengucapkan terima kasih.

    Tidak ada gading yang tak retak. Begitu pula dengan laporan resmi kami.

    Oleh karena itu, kami masih membutuhkan saran yang bersifat membangun untuk

    kesempurnaan laporan resmi kami.

    Semarang, 27 Mei 2015

    Penulis

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II

    v

    INTISARI

    Elektrolisis adalah proses peruraian elektrolit yang disebabkan oleh

    adanya arus listrik searah. Sedangkan elektrokimia mempelajari reaksi-reaksi

    disertai perpindahan elektron. Pada proses ini energi kimia diubah menjadi

    energi listrik atau sebaliknya. Elektrokimia secara umum terbagi dalam dua

    kelompok, yaitu sel galvani dan sel elektrolisis. Tujuan dalam percobaan ini

    adalah menentukan berat Cu yang menempel pada katoda. Setelah proses

    elektrolisis, menentukan kadar Cu2+

    dalam larutan sisa elektrolisis dengan

    menggunakan titrasi iodimetri, menentukan pengaruh arus listrik terhadap

    konversi massa dan volume, serta menentukan pengaruh beda anoda dan katoda

    terhadap konversi massa dan volume.

    Bahan yang digunakan adalah CuSO4.5H2O, KI, Na2SO4, amilum. Alat

    yang digunakan adalah perangkat titrasi iodometri. Metode yang digunakan

    adalah elektrokimia dengan metode iodometri dengan CuSO4.5H2O dan amilum

    sebagai indikator.

    Berdasarkan praktikum yang kami lakukan, hubungan antara konversi

    massa dengan variasi arus berbanding lurus namun berbanding terbalik dengan

    konversi volume dan variasi waktu. Begitu pula hubungan konversi massa dengan

    variasi anoda yang berbanding lurus, dan konversi volume berbanding terbalik

    dengan variasi anoda. Hubungan konversi massa berbanding lurus dengan

    variasi katoda, dan konversi voume berbanding terbalik dengan variasi katoda.

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II

    vi

    SUMMARY

    Electrolysis is the process of electrolyte decomposition caused by

    electric current. While studying electrochemical reactions are accompanied by

    the transfer of electrons. In this process the chemical energy is converted into

    electrical energy or vice versa. Electrochemical are generally divided into two

    groups, namely galvanic cells and electrolysis cells. The goal in this trial is to

    determine the weight attached to the Cu cathode. After electrolysis process,

    determine the levels of residual Cu2+

    in solution using the titration iodimetri

    electrolysis, and determine the effect of the conversion of mass and volume in the

    different electric current, and determine the effect of different anode and cathode

    on the conversion of mass and volume.

    Materials used are CuSO4.5H2O, KI, Na2SO4, starch. The tools are

    used iodometric titration. The method is used electrochemical with iodometric

    method with CuSO4.5H2O and amylum as an indicator.

    Based on practical work, the relation between the mass conversion with

    electrical current is directly proportional but inversely proportiona with volume

    conversion and time variation. Similarly, relations between the mass conversion

    with different anode is directly proportional variation, and inversely proportional

    with volume conversion. Relation between mass conversion with variation of

    cathode is directly proportional and insentive proportional with volume

    conversion.

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II

    vii

    DAFTAR ISI

    HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................................... iii KATA PENGANTAR ................................................................................................. iv INTISARI......................................................................................................................v SUMMARY ................................................................................................................. vi DAFTAR ISI ................................................................................................................ vii DAFTAR TABEL ........................................................................................................ ix DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... x

    BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................ 1

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

    I.2 Tujuan Percobaan ....................................................................................... 1

    I.3 Manfaat Percobaan ..................................................................................... 1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 2

    II.1 Pegertian Elektrokimia .............................................................................. 2

    II.2 Reaksi pada Proses Elektrolisis ................................................................. 2

    II.3 Faktor-faktor yang mempengaruhi proses Elektrokimia ........................... 3

    II.4 Deret Volta ................................................................................................ 4

    II.5Aplikasi Proses Elektrokimia.................................................................... 4

    II.6 Pembuatan Elektrokimia ........................................................................... 5

    II.6 Pembuatan Elektrokimia ........................................................................... 5

    BAB III METODE PRAKTIKUM .............................................................................. 6

    III.1 Bahan dan Alat yang Digunakan.............................................................. 6

    III.2 Gambar Rangkaian Alat ........................................................................... 6

    III.3 Prosedur Percobaan .................................................................................. 7

    III.4 Analisa Hasil ............................................................................................ 8

    III.5 Cara Perhitungan......................................................................................8

    BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN .......................................... 10

    IV.1 Hasil Percobaan ..................................................................................... 10

    IV.1.1. Variabel 1 ( K : Cu A : Cu 60 mA) ........................................... 10

    IV.1.2 Variabel 2 ( K : Cu A : Cu 80 mA) ............................................ 10

    IV.1.3 Variabel 3 ( K : Cu A : Fe 80 mA) ........................................... 10

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II

    viii

    IV.1.4 Variabel 4 ( K : C A : Cu 80 mA) ............................................. 11

    IV.2 Pembahasan............................................................................................ 11 IV.2.1 Pengaruh Arus Listrik Terhadap Konversi Massa .......................................... 11 IV.2.2 Pengaruh Arus Listrik Terhadap Konversi Volume ....................................... 12 IV.2.3 Pengaruh Beda Anoda TerhadapKonversi Massa .......................................... 12 IV.2.4 Pengaruh Beda Anoda Terhadap Konversi Volume ....................................... 12 IV.2.5 Pengaruh Beda Katoda Terhadap Konversi Massa ......................................... 13

    IV.2.6 Pengaruh Beda Katoda Terhadap Konversi Volume ...................................... 14

    IV.2.7 Pengaruh Waktu Elektrolisa Terhadap Konversi Massa dan Konversi

    Volume ........................................................................................................... 15

    BAB V PENUTUP ..................................................................................................... 16

    V.1 Kesimpulan ............................................................................................. 16

    V.2 Saran ........................................................................................................ 16 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 17 LAMPIRAN

    Data Hasil Praktikum ....................................................................................... A-1

    Lembar Perhitungan ......................................................................................... B-1

    Lembar Perhitungan Grafik.............................................................................. C-1

    Lembar Perhitungan Reagen ............................................................................ D-1

    Lembar Kuantitas Reagen ................................................................................ E-1

    Referensi .......................................................................................................... F-1

    LEMBAR ASISTENSI

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II

    ix

    DAFTAR TABEL

    Tabel 4.1 Hasil Percobaan Variabel 1 ........................................................................ 9 Tabel 4.2 Hasil Percobaan Variabel 2 ........................................................................ 9 Tabel 4.3 Hasil Percobaan Variabel 3 ........................................................................ 9 Tabel 4.4 Hasil Percobaan Variabel 4 ........................................................................ 10

    Tabel A.1 Data hasil praktikum variabel 1 ................................................................ A-1

    Tabel A.2 Data hasil praktikum variabel 2 ................................................................ A-1

    Tabel A.3 Data hasil praktikum variabel 3 ................................................................ A-1

    Tabel A.4 Data hasil praktikum variabel 4 ................................................................ A-2

    Tabel C.1 Perhitungan grafik variabel 1 .................................................................... C-1

    Tabel C.2 Perhitungan grafik variabel 2 .................................................................... C-1

    Tabel C.3 Perhitungan grafik variabel 3 .................................................................... C-1

    Tabel C.4 Perhitungan grafik variabel 4 .................................................................... C-2

    Tabel C.5 Perhitungan grafik variabel 5 .................................................................... C-2

    Tabel C.6 Perhitungan grafik variabel 6 .................................................................... C-3

    Tabel C.7 Perhitungan grafik variabel 7 .................................................................... C-3

    Tabel C.8 Perhitungan grafik variabel 8 .................................................................... C-4

    Tabel C.9 Perhitungan grafik variabel 9 .................................................................... C-5

    Tabel C.10 Perhitungan grafik variabel 10 ................................................................ C-5

    Tabel C.11 Perhitungan grafik variabel 11 ................................................................ C-6

    Tabel C.12 Perhitungan grafik variabel 12 ................................................................ C-6

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II

    x

    DAFTAR GAMBAR

    Gambar 2.1 Deret Volta ............................................................................................... ..4 Gambar 3.1 Rangkaian Alat Elektrolisis ...................................................................... ..6 Gambar 3.2 Rangkaian Alat Titrasi ........................................................................... ....7 Gambar 4.1 Hubungan Arus Listrik Terhadap Xm.......................................................11 Gambar 4.2 Hubungan Arus Listrik Terhadap Xv........................................................12 Gambar 4.3 Hubungan Anoda Terhadap Xm................................................................12 Gambar 4.4 Hubungan Beda Anoda Terhadap Xv........................................................13 Gambar 4.5 Hubungan Beda Katoda Terhadap Xm......................................................14 Gambar 4.6 Hubungan Beda Katoda Terhadap Xv ................................................... ...14

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 1

    BAB I

    PENDAHULUAN

    1.1. Latar Belakang

    Elektrokimia memiliki banyak kegunaan yang penting untuk kehidupan

    sehari-hari. Diantaranya membuat senyawa lain, seperti unsur logam, halogen, gas

    hidrogen, dan gas oksigen. Contohnya pada elektrolisa larutan NaCl. Cara itu

    untuk mengetahui konsentrasi ion logam dalam larutan. Kegunaan lainnya yaitu

    melapisi permukaan suatu logam dengan logam yang lain.

    Mahasiswa teknik kimia harus memahami teori yang berkaitan dengan

    proses elektrolisis. Banyak aplikasi elektrolisis seperti elektroplating,

    elektrorefining, dan juga elektrowinning. Oleh karena itu, mahasiswa teknik kimia

    perlu melakukan percobaan elektrolisis, seperti menentukan berat Cu yang

    menempel pada katoda setelah proses elektrolisis.

    1.2. Tujuan Percobaan

    1. Menentukan berat Cu yang menempel pada katoda setelah proses

    elektrolisis dengan pengaruh variabel besar arus listrik, beda anoda, dan

    beda katoda

    2. Menentukan kadar Cu2+

    dalam larutan sisa elektrolisis dengan

    menggunakan metode titrasi iodometri.

    1.3. Manfaat Percobaan

    1. Mahasiswa mampu menentukan berat Cu yang menempel pada katoda

    setelah proses elektrolisis dengan pengaruh beda variabel besar arus listrik,

    beda anoda , dan beda katoda.

    2. Mahasiswa mampu menentukan kadar Cu2+

    dalam larutan sisa elektrolisis

    dengan menggunakan metode titrasi iodometri.

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 2

    BAB II

    TINJAUAN PUSTAKA

    II.1. Pengertian Elektrokimia

    Elektrokimia mempelajari reaksi-reaksi yang disertai perpindahan

    elektron. Pada proses ini energi kimia diubah menjadi energi listrik atau

    sebaliknya. Elektrokimia secara umum terbagi dalam dua kelompok, yaitu sel galvani

    dan sel elektrolisis. Sel Galvani (sel Volta) merupakan sel elektrokimia yang dapat

    menghasilkan energi listrik yang disebabkan oleh terjadinya reaksi redoks yang

    spontan. Sedangkan elektrolisa adalah proses peruraian suatu elektrolit yang

    disebabkan oleh adanya arus listrik searah. Dalam percobaan ini digunakan

    larutan CuSO4.5H2O sebagai elektrolitnya. Pada larutan CuSO4.5H2O tidak

    terbentuk endapan tembaga sulfit sehingga proses ini menunjukan proses

    pengolahan yang bersih, sederhana dan sangat baik untuk mengambil kembali

    tembaga yang mempunyai kemurnian tinggi yaitu sekitar 99%.

    Pada sel elektrolisa terjadi proses pelucutan ion-ion bermuatan. Selama

    proses berlangsung, arus listrik mengalir melalui elektrolit, memberikan energi

    yang cukup untuk menjalankan reaksi oksidasi dan reduksi. Ion-ion yang

    bermuatan bergerak, setelah arus listrik mengalir dalam elektrolit. Ion positif

    bergerak ke elektroda negatif (katoda) dan ion negatif bergerak ke elektroda

    positif (anoda). Saat ion-ion bermuatan saling bersinggungan dengan elektroda

    akan terjadi reaksi elektrokimia. Pada elektroda positif, ion negatif melepaskan

    elektron dan teroksidasi. Pada elektroda negatif, ion positif menangkap elektron

    dan tereduksi.

    II.2. Reaksi pada proses Elektrolisis

    Reaksi reaksi pada proses elektrolisis merupakan reaksi reversibel dan

    merupakan reaksi redoks. Pada katoda berlangsung reaksi reduksi dan pada anoda

    berlangsung reaksi oksidasi. Pada percobaan ini, sebagai katoda digunakan batang

    tembaga dan sebagai anoda digunakan grafit. Elektrolitnya adalah larutan

    CuSO4.5H2O.

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 3

    Reaksi yang terjadi:

    CuSO4 Cu2+

    + SO42-

    (1)

    2H2O 2H+ + 2OH

    - (2)

    Anoda 2OH- H2O + O2 +2e

    - (3)

    Katoda Cu2+

    + 2e- Cu (4)

    CuSO4 +H2O Cu + 2H+

    + SO42-

    + O2 (5)

    Berdasarkan persamaan reaksi diatas, pada larutan akan tinggal asam sulfat,

    pada anoda akan terbentuk gas O2 dan logam Cu akan menempel pada katoda.

    Untuk analisa larutan sisa elektrokimia digunakan metode titrasi iodometri.

    Metode ini dilakukan untuk mengetahui kadar Cu2+

    yang masih tersisa dalam

    larutan.

    Reaksi :

    2 Cu2+

    + 4I- 2 CuI +I2 (6)

    I2 + S2O32-

    2 I- + S4O62-

    (7)

    I2 + I- I3

    - (8)

    Amilum (A) + I3- AI3

    - (Biru) (9)

    II.3. Faktor - faktor yang mempengaruhi proses elektrokimia

    Arus listrik

    Semakin besar arus listrik maka elektrokimia akan berlangsung lebih cepat karena

    proses penghantaran ion-ion dalam larutan ke katoda lebih cepat.

    Konsentrasi larutan

    Konsentrasi larutan akan mempengaruhi jumlah ion-ion yang terdapat dalam

    larutan, sehingga konsentrasi yang semakin tinggi akan mempercepat proses

    elektrokimia.

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 4

    Suhu

    Semakin tinggi suhu menyebabkan konduktivitas larutan semakin besar sehingga

    dapat mempercepat hantaran arus listrik dari anoda menuju katoda sehingga akan

    mempercepat proses elektrokimia.

    Waktu

    Semakin lama waktu untuk melakukan proses elektrokimia maka semakin banyak

    pula kation yang akan tereduksi dan menempel pada katoda.

    II.4. Deret Volta

    Susunan unsur-unsur logam berdasarkan potensial elektroda standarnya disebut

    deret elektrokimia atau deret volta.

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

    Mudah mengalami oksidasi (Reduktor) Mudah mengalami reduksi

    (oksidator)

    Gambar 2.1 Deret Volta

    Semakin ke kiri sifat reduktor semakin kuat artinya logam mampu mereduksi ion-

    ion di sebelah kanannya tetapi tidak mampu mereduksi ion di sebelah kirinya dan

    logam semakin reaktif (semakin mudah melepas elektron).

    II.5. Aplikasi Proses Elektrokimia

    Elektroplating

    Yaitu proses pelapisan suatu logam dengan logam lain dengan cara elektrolisis

    Prinsipnya:

    1. Katoda sebagai logam yang dilapisi

    2. Anoda sebagai logam pelapis

    3. Menggunakan elektrolit garam dari logam anoda

    Contohnya :

    - Pelapisan Tembaga-Nikel-Khrom

    Elektrorefining

    Yaitu cara mendapatkan logam dengan kemurnian yang tinggi dari bijih logam

    dengan kemurnian yang sudah cukup tinggi.

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 5

    Elektrowinning

    Yaitu untuk mendapatkan logam dengan kemurnian yang tinggi dari logam yang

    kadarnya rendah.

    II.6 Pembuatan Elektrokmia

    Elektrokimia digunakan untuk menyalakan generator. Kebanyakan

    senyawa anorganik lebih beracun daripada senyawa organic. Unsur organik

    terkadang bisa berada di beberapa sampel yang berbeda. Contohnya As bisa

    berada di air, udara, senyawa biologi seperti darah dan urin. Untuk memisahkan

    senyawa-senyawa tersebut dilakukan dengan mengklasifikasikan sesuai jenisnya

    dan dipisahkan dengan metode masing-masing. Contohnya untuk As dapat

    dipisahkan dari senyawa lain dengan Vapor Generation (VG) dan berpasangan

    dengan Absorption Spectrometry (AAS). VG dan AAS memiliki ketepatan dan

    ketelitian yang cukup dalam meneliti As. Cara yang paling tepat untuk

    menganalisis pembuatan elektrokimia dari AsH3 adalah dengan Electrochemical

    Hydride Generation (EcHG) (Caiminagua, 2015).

    II.7 Electrochemical Hydride Generation (EcHG)

    Metode EcHG ini digunakan untuk pembuatan hidrida. EcHG telah

    dijadikan sebagai alternatif cara kimia. EcHG terdiri dari reduksi elemen dalam

    permukaan katoda dalam sel elektrolit diikuti dengan reaksi dari elemen logam

    dengan hidrogen yang dihasilkan dalam sel atau masuk dalam media reaksi.

    Berdasarkan katodanya, EcHG dikelompokan menjadi 2, pertama sesuai absorpsi

    hydrogen yang tinggi dan sel volta yang tinggi. Katoda dengan tegangan tinggi

    dapat mengurangi berbagai hidrida yang membentuk elemen. Hidrogen dengan

    tegangan tinggi lebih rentan untuk gangguan tetapi lebih efisien dan lebih

    fleksibel dalam hal pembentukan hidrida. Sayangnya, beberapa dari katoda ini

    menunjukan mekanik rendah oleh karena itu harus diganti secara berkala

    (Caiminagua, 2015).

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 6

    BAB III

    METODE PRAKTIKUM

    III. 1. Bahan dan Alat yang Digunakan

    3.1.1. Bahan

    1. CuSO4.5H2O 0,4 N

    2. KI 12 % w

    3. Na2S2O3 0,15 N

    4. Amilum Secukupnya

    5. Aquadest Secukupnya

    3.1.2. Alat:

    1. Tangki elektrokimia

    2. Batang tembaga

    3. Grafit

    4. Voltmeter/ Amperemeter

    5. Adaptor

    6. Magnetic stirrer

    III. 2. Gambar Rangkaian Alat

    Gambar 3.1. Rangkaian Alat Elektrolisis

    Keterangan: 1. Tangki elektrolisis

    2. Katoda (batang tembaga)

    3. Anoda (grafit)

    4. Adaptor, Amperemeter, Voltmete

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 7

    Gambar Rangkaian Alat Titrasi

    Gambar 3.2. Rangkaian Alat Titrasi

    Data Yang Diperlukan

    1. Konsentrasi larutan CuSO4.5H2O

    2. Volume titran Na2S2O3 sebelum dan sesudah proses elektrolisa

    3. Berat katoda sebelum dan sesudah proses elektrolisa

    III.3. Prosedur Percobaan

    1. Isi tangki elektrolisis dengan 500 ml larutan CuSO4.5H2O

    2. Letakkan katoda dan anoda pada tangki dengan posisi yang permanen.

    Hubungkan anoda dengan kutub positif dan katoda dengan kutub negatif

    penyearah arus

    3. Alirkan arus bertegangan rendah (60mA dan 80 mA) dan jalankan

    pengadukan dengan perlahan-lahan

    4. Ketika mencapai waktu yang telah ditentukan (0,3,9,12 menit) hentikan

    pengadukan dan arus listrik, ambil katoda. Selanjutnya cuci katoda,

    keringkan dan timbang. Analisa cairan sisa elektrolisa dengan metode

    titrasi iodometri untuk mengetahui kandungan Cu2+

    yang masih tersisa

    Keterangan :

    1. Klem

    2. Statif

    3. Buret

    4. Erlenmeyer

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 8

    III.4. Analisa Hasil

    Ambil 5 ml cairan sisa hasil elektrolisis, masukkan dalam erlenmeyer dan

    selanjutnya tambahkan 3 ml larutan KI 10% berat. Tutup mulut labu erlenmeyer

    dengan gelas arloji kecil dan biarkan selama 5 menit di tempat yang gelap agar

    reaksi berlangsung dengan sempurna. Selanjutnya cuci tutup gelas arloji dengan

    aquadest dan masukkan air cucian dalam erlenmeyer, kemudian titrasi larutan

    tersebut dengan larutan Na2S2O3 sampai warna larutan berubah menjadi kuning.

    Selanjutnya tambahkan 3 tetes indikator amilum ke dalam campuran dan dititrasi

    lagi dengan Na2S2O3 sampai warna biru tepat hilang (putih susu) .

    III.5. Cara Perhitungan

    1. X1 = 0

    .................................................................(1)

    Keterangan :

    X1 = konversi massa

    M = berat katoda setelah proses elektrolisa

    M0 = berat katoda sebelum proses elektrolisa

    MCu = berat tembaga dalam cairan mula mula

    2. X2 = V0.NV.N

    0. =

    0

    0...................................................(2)

    Keterangan :

    X2 = konversi volume

    V0 = volume larutan Na2S2O3 sebelum dielektrolisis

    V = volume larutan Na2S2O3 setelah dielektrolisis

    N = normalitas larutan Na2S2O3

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 9

    BAB IV

    HASIL PRAKTIKUM DAN PEMBAHASAN

    IV.1 Hasil Percobaan

    IV.1.1 Variabel 1 ( K : Cu A : Cu 60 mA)

    Tabel 4.1 Hasil Percobaan Variabel 1

    t (menit) W (gr) V1 (mL) V2 (mL) Vtotal (mL)

    0 6,144 11,4 9,2 20,6

    3 6,146 8,3 13,1 21,4

    9 6,147 9,7 17 26,7

    12 6,149 10,8 15,8 25,8

    IV.1.2 Variabel 2 ( K : Cu A : Cu 80 mA)

    Tabel 4.2 Hasil Percobaan Variabel 2

    T (menit) W (gr) V1 (ml) V2 (ml) Vtotal (ml) 0 6,141 10,8 15,8 20,6 3 6,143 9,3 10 19,3 9 6,146 8,1 16,6 24,9

    12 6,148 8,1 16,3 24,4

    IV.1.3 Variabel 3 ( K : Cu A : Fe 80 mA)

    Tabel 4.3 Hasil Percobaan Variabel 3

    T (menit) W (gr) V1 (ml) V2 (ml) Vtotal (ml) 0 6,139 8 16,3 24,3 3 6,141 7,9 19,2 23 9 6,144 10,3 13,6 23,9

    12 6,148 5,5 10,8 16,3

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 10

    IV.1.4 Variabel 4 ( K : C A : Cu 80 mA)

    Tabel 4.4 Hasil Percobaan Variabel 4

    T (menit) W (gr) V1 (ml) V2 (ml) Vtotal (ml)

    0 0,382 5,5 10,8 16,3 3 0,382 7,3 12,2 19,5 9 0,382 8,5 6,7 15,2

    12 0,382 8,7 11,7 20,4 IV.2 Pembahasan

    IV.2.1 Pengaruh Arus Listrik Terhadap Konversi Massa

    Gambar 4.1 Hubungan arus listrik terhadap Xm

    Dapat diamati dari Gambar 4.1 bahwa kuat arus listrik berpengaruh

    pada konversi massa. Pada praktikum didapat masssa Cu pada arus 80 mA lebih

    besar dari arus 60 mA. Semakin besar arus massa semakin besar ion Cu yang

    menempel pada katoda.

    Faktor yang mempengaruhi ialah gerakan ion terlarut akan semakin

    besar (akibat tumbukan) pada arus yang semakin besar. Hal ini sesuai dengan

    praktikum, dimana massa Cu pada arus 80 mA lebih besar daripada 60 mA karena

    ion Cu2+

    lebih cepat bergerak dan lebih cepat menempel pada katoda sesuai

    dengan hukum Faraday (Farid,2012).

    w = Z x I x t....................................(3)

    ket: w : berat endapan

    z: BE / 96500

    I : kuat arus

    t : waktu

    y = 0.4047x R = 0.9198

    y = 0.455x R = 0.9961

    -0.10.40.91.41.92.42.93.43.94.44.95.45.9

    0 3 6 9 12 15 18 21

    60 mA

    80 mA

    Linear (60 mA)

    Linear (60 mA)

    Linear (80 mA)

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 11

    IV.2.2 Pengaruh Arus Listrik Terhadap Konversi Volume

    Gambar 4.2 Hubungan arus listrik terhadap Xv

    Gambar 4.2 menunjukan bahwa kuat arus listrik akan berpengaruh pada

    konversi massa. pada arus yang semakin besar maka konversi volkume

    semakin kecil. pada arus 80 mA dibutuhkan lebih sedikit volume titran

    daripada arus 60 mA.

    Hal ini disebabkan karena semakin besar arus listrik yang digunakan,

    maka pergerakan elektron dalam larutan semakin besar (Wiryawan, 2009).

    Sehingga ion Cu2+

    akan lebih cepat menempel pada katoda dan kadar Cu2+

    pada

    larutan akan berkurang pula, sehingga volume titran unturk menetralkan Cu2+

    akan lebih sedikit.

    IV. 2.3 Pengaruh Beda Anoda TerhadapKonversi Massa

    Gambar 4.3 Hubungan anoda terhadap Xm

    Gambar 4.3 menunjukan pengaruh beda anoda pada konversi massa.

    Dapat dilihat bahwa anoda Fe akan menghasilkan endapan Cu yang lebih besar

    daripada anoda Cu.

    y = 0.2421x R = 0.8278

    y = -0.1027x R = -0.476

    -3.5-3

    -2.5-2

    -1.5-1

    -0.50

    0.51

    1.52

    2.53

    3.54

    0 3 6 9 12 15

    60 mA

    80 mA

    Linear (60 mA)

    Linear (80 mA)

    y = 0.5867x R = 0.9576

    y = 0.455x R = 0.9961

    -0.10.40.91.41.92.42.93.43.94.44.95.45.9

    0 3 6 9 12 15

    A : Fe

    A : Cu

    Linear (A : Fe)

    Linear (A : Cu)

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 12

    Hasil tersebut disebabkan oleh karena harga sel potensial Fe lebih besar

    dari Cu. Pengambilan logam dari campurannya dengan metode elektrokimia

    dapat dilakukan pada optimal meliputi penaruh potensial sel dari anoda-katoda

    terpasang (Havis, 2006). Hal ini menyatakan bahwa semakin besar nilai

    potensial sel maka semakin efektif reaksi elektrolisis yang terjadi. Nilai besar

    potensial sel dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Nerst (Haris,

    2006) :

    = 0,059

    2 log (

    0,5+

    2+).................................(4)

    IV.2.4 Pengaruh Beda Anoda Terhadap Konversi Volume

    Gambar 4.4 Hubungan beda anoda pada Xv

    Gambar 4.4 menunjukan konversi volume pada anoda Fe lebih besar

    daripada anoda Cu. Hal ini menunjukan beda anoda akan berpengaruh pada hasil

    elektrolisis.

    Jumlah volume titran yang dibutuhkan pada anoda Fe lebih besar karena

    elektrolisis dengan menggunakan Fe berjalan lebih efektif karena harga potensial

    sel Fe. Sesuai dengan pembahasan IV.2.3 harga potensial dapat dihitung dengan

    persamaan Nerst.

    y = -0.0089x R = -0.06

    y = -0.1027x R = -0.476

    -3.5-3

    -2.5-2

    -1.5-1

    -0.50

    0.51

    1.52

    2.53

    3.54

    0 3 6 9 12 15

    A : FeA : CuLinear (A : Fe)Linear (A : Cu)

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 13

    IV.2.5 Pengaruh Beda Katoda Terhadap Konversi Massa

    Gambar 4.5 Hubungan beda katoda terhadap Xm

    Pada gambar 4.5 menunjukan pengaruh beda katoda terhadap konversi

    massa. Pada gambar 4.5 dapat dilihat bahwa konversi massa pada katoda Cu

    meningkat seiring dengan bertambahnya dan konversi massa pada katoda C

    bernilai 0 seiring bertambahnya waktu.

    Hal ini disebabkan karena elektroda C ialah elektroda inert yang tidak

    ikut bereaksi. Selain itu sisa anion pada larutan ion SO42-

    , anion tersebut memiliki

    potensial oksidasi lebih negatif dari air dan bilangan oksidasi atom pusatnya

    sudah/hampir maksimum. Maka air yang akan dioksidasi menurut reaksi

    2H2O 4H+ + O2 + 4e

    sehingga tidak ada ion Cu2+

    yang bisa direduksi oleh katoda (Wiharti,2013).

    IV.2.6 Pengaruh Beda Katoda Terhadap Konversi Volume

    Gambar 4.6 Hubungan beda katoda pada Xv

    y = 0 R = #N/A

    y = 0.455x R = 0.9961

    -0.10.40.91.41.92.42.93.43.94.44.95.45.9

    0 3 6 9 12 15

    K : C

    K: Cu

    Linear (K : C)

    Linear (K: Cu)

    y = 0.126x R = 0.052

    y = -0.1027x R = -0.476

    -3.5-3

    -2.5-2

    -1.5-1

    -0.50

    0.51

    1.52

    2.53

    3.54

    0 3 6 9 12 15

    K : C

    K : Cu

    Linear (K : C)

    Linear (K : Cu)

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 14

    Pada gambar 4.6 menunjukan katoda C membutuhkan lebih banyak zatv

    titran daripada katoda Cu. Katoda Cu menunjukan kebutuhan volume titran yang

    lebih sedikit karena ion Cu2+

    telah direduksi sebelumnya pada katoda. Sedangkan

    pada katoda C tidak ada reduksi ion Cu2+

    .

    Hal ini sesuai dengan pembahasan IV.2.5 dimana ion Cu2+

    yang

    tereduksi, sehingga kadar Cu2+

    pada larutan tidak berkurang. Sedangkan pada

    katoda Cu ada reaksi reuksi ion Cu2+

    sehingga volume zat titran lebih sedikit

    dibutuhkan.

    IV.2.7 Pengaruh Waktu Elektrolisa Terhadap Konversi Massa dan

    Konversi Volume

    Waktu elektrolisa berpengaruh pada nilai Xm dan Xv. Semakin lama

    waktu, maka semakin tinggi nilai Xm dan Xv. Pada kondisi arus listri konstan

    besar Cu yang menempel pada katoda akan semakin banyak seiring berjalannya

    waktu. Hal ini sesuai dengan persamaan (Farid, 2012):

    w = Z x I x t....................................(3)

    ket: w : berat endapan

    z: BE / 96500

    I : kuat arus

    t : waktu

    dimana waktu berbanding lurus terhadap konversi massa. Pada waktu yang

    semakin lama maka Cu yang menempel pada katoda akan semakin banyak.

    Sehingga kadar Cu2+

    pada larutan elektrolit akan semakin sedikit sehingga volume

    yang dibutuhkan untuk menetralkan Cu2+

    semakin berkurang. Maka volume titran

    berbanding terbalik dengan konversi volume.

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 15

    BAB V

    PENUTUP

    V.1 Kesimpulan

    1. Hubungan konversi massa dengan variasi arus berbanding lurus dengan

    waktu

    2. Hubungan konversi volume dengan variasi arus berbanding terbalik

    dengan waktu

    3. Hubungan konversi massa terhadap variasi anoda berbanding lurus dengan

    waktu

    4. Hubungan konversi volume terhadap variabel anoda Fe dan Cu berbanding

    terbalik dengan waktu

    5. Hubungan konversi volume terhadap beda katoda C dan Cu berbanding

    lurus terhadap waktu

    6. Hubungan konversi volume terhadap variabel katoda C dan Cu berbanding

    terbalik dengan waktu

    7. Waktu elektrolisis berbanding lurus dengan Xm dan Xv, karena t

    berbanding lurus dengan massa (m)

    V.2 Saran

    1. Menambah metode praktikum dengan variasi konsentrasi larutan untuk

    mengetahui pengaruh Xm dan Xv pada beda konsentrasi

    2. Menambah metode raktium degan variasi pH larutan untuk mene\getahui

    pengaruh Xm dan Xv pada beda pH

  • ELEKTROKIMIA

    Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 16

    DAFTAR PUSTAKA

    Badger, W.Z. dan Bachero, J.F. Introduction to chemical Engineering.

    International student edition, Mc Graw Hill Book Co.

    Farid, Ahmad.2012.Proses Elektrolisis Untuk Pengambilan Seng dari Limbah

    Pada Industri Galvanis.Semarang. tidak diterbitkan.

    Haris,Abdul.2006.Pengaruh Bahan Elektrode pada Pengambilan Cu dan Cd

    Secara Elektrokimia.Semarang, tidak diterbitkan.

    Daniels, F.1961. Experimental Physical Chemistry,6thed., Mc Graw Hill book.

    Kogakusha.Tokyo.

    Wiharti.2013.Aplikasi Metode Elektrolisis Menggunakan Elektroda Platina,

    Tembaga, dan Karbon untuk Penurunan Kadar Cr dalam Limbah Cair

    Industri Penyamakan Kulit di Desa Sitimulyo, Piyungan, Bantul,

    Yogyakarta.Yogyakarta, tidak diterbitkan

    Wiryawan, Dody.2013.Pengaruh Variasi Arus Listrik Terhadap Produksi

    Browns Gas Pada Elektroliser.Malang, tidak diterbitkan.

  • A-1

    DATA HASIL PRAKTIKUM

    LABORATORIUM DASAR TEKNIK KIMIA II

    JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

    UNIVERSITAS DIPONEGORO

    MATERI : ELEKTROKIMIA

    I. BAHAN DAN ALAT

    Bahan

    1. CuSO4.5H2O 0,4 N

    2. KI 12 % w

    3. Na2S2O3 0,15 N

    4. Amilum

    5. Aquadest

    Alat:

    1. Tangki elektrokimia

    2. Batang tembaga

    3. Grafit

    4. Voltmeter/ Amperemeter

    5. Adaptor

    6. Magntic Stirrer

    II. CARA KERJA

    1. Isi tangki elektrolisis dengan 500 ml larutan CuSO4.5H2O

    2. Letakkan katoda dan anoda pada tangki dengan posisi yang permanen.

    Hubungkan anoda dengan kutub positif dan katoda dengan kutub negatif

    penyearah arus

    3. Alirkan arus bertegangan rendah (besar arus bisa divariasi) dan jalankan

    pengadukan dengan perlahan-lahan

    4. Ketika mencapai waktu yang telah ditentukan (waktu elektrolisa bisa

    divariasi) hentikan pengadukan dan arus listrik, ambil katoda.

    Selanjutnya cuci katoda, keringkan dan timbang. Analisa cairan sisa

  • A-2

    elektrolisa dengan metode titrasi iodometri untuk mengetahui kandungan

    Cu2+

    yang masih tersisa

    Keterangan

    Variabel berubah : arus listrik, waktu elektrolisis, konsentrasi.

    Analisa Hasil

    Ambil 5 ml cairan sisa hasil elektrolisis, masukkan dalam erlenmeyer dan

    selanjutnya tambahkan 3 ml larutan KI 10% berat. Tutup mulut labu erlenmeyer

    dengan gelas arloji kecil dan biarkan selama 5 menit di tempat yang gelap agar

    reaksi berlangsung dengan sempurna. Selanjutnya cuci tutup gelas arloji dengan

    aquadest dan masukkan air cucian dalam erlenmeyer, kemudian titrasi larutan

    tersebut dengan larutan Na2S2O3 sampai warna larutan berubah menjadi kuning.

    Selanjutnya tambahkan 3 tetes indikator amilum ke dalam campuran dan dititrasi

    lagi dengan Na2S2O3 sampai warna biru tepat hilang (putih susu) .

    Cara Perhitungan

    1. X1 = 0

    .........................................(1)

    Keterangan :

    X1 = konversi massa

    M = berat katoda setelah proses elektrolisa

    M0 = berat katoda sebelum proses elektrolisa

    MCu = berat tembaga dalam cairan mula mula

    2. X2 = V0.NV.N

    0. =

    0

    0.........................(2)

    Keterangan :

    X2 = konversi volume

    V0 = volume larutan Na2S2O3 sebelum dielektrolisis

  • A-3

    V = volume larutan Na2S2O3 setelah dielektrolisis

    N = normalitas larutan Na2S2O3

    III. HASIL PRAKTIKUM

    a. Variabel 1 ( K : Cu A : Cu 60 mA)

    Tabel A.1 Data hasil praktikum variabel 1

    t (menit) W (gr) V1 (mL) V2 (mL) Vtota (mL)l

    0 6,144 11,4 9,2 20,6

    3 6,146 8,3 13,1 21,4

    9 6,147 9,7 17 26,7

    12 6,149 10,8 15,8 25,8

    b. Variabel 2 ( K : Cu A : Cu 80 mA)

    Tabel A.2 Data hasil praktikum variabel 2

    T (menit) W (gr) V1 (ml) V2 (ml) Vtotal (ml) 0 6,141 10,8 15,8 20,6 3 6,143 9,3 10 19,3 9 6,146 8,1 16,6 24,9

    12 6,148 8,1 16,3 24,4

    c. Variabel 3 ( K : Cu A : Fe 80 mA)

    Tabel A.3 Data hasil praktikum variabel 3

    T (menit) W (gr) V1 (ml) V2 (ml) Vtotal (ml) 0 6,139 8 16,3 24,3 3 6,141 7,9 19,2 23 9 6,144 10,3 13,6 23,9

    12 6,148 5,5 10,8 16,3

  • A-4

    d. Variabel 4 ( K : C A : Cu 80 mA)

    Tabel A.1 Data hasil praktikum variabel 1

    T (menit) W (gr) V1 (ml) V2 (ml) Vtotal (ml)

    0 0,382 5,5 10,8 16,3 3 0,382 7,3 12,2 19,5 9 0,382 8,5 6,7 15,2

    12 0,382 8,7 11,7 20,4

    MENGETAHUI

    PRAKTIKAN ASISTEN

    Badar I.A Christine I. Surya P. ANGGA M. KURNIA

    21030112130126

  • A-5

  • A-6

  • A-7

  • B-1

    LEMBAR PERHITUNGAN PRAKTIKUM

    A. Hubungan kuat arus terhadap Xm dan Xv

    1. Variabel 1 (60 mA)

    (. )4 52 = (. )223

    5 = 20,6 0,15

    = 0,618

    = 4 52 1000

    0,618 = 4 52 1000 2

    249,5 500

    4 52 = 38,54775

    Massa Cu

    =

    4 52

    = 63,5

    249,5 38,54775

    = 9,81075

    Konversi Massa (Xm)

    = 0

    0 menit

    = 6,144 6,144

    9,81075

    = 0

  • B-2

    3 menit

    = 6,146 6,144

    9,81075

    = 2,038 104

    9 menit

    = 6,147 6,144

    9,81075

    = 3,05 104

    12 menit

    = 6,149 6,144

    9,81075

    = 5,096 104

    Konversi Volume

    = 0

    0

    0 menit

    = 20,6 20,6

    20,6

    = 0

    3 menit

    = 21,05 20,6

    20,6

    = 0,021

    9 menit

    = 26,7 20,6

    20,6

    = 0,296

  • B-3

    12 menit

    = 25,8 20,6

    20,6

    = 0,251

    2. Variabel 2 (80 mA)

    (. )4 52 = (. )223

    5 = 26,6 0,15

    = 0,798

    = 4 52 1000

    0,798 = 4 52 1000 2

    249,5 500

    4 52 = 49,775

    Massa Cu

    =

    4 52

    = 63,5

    249,5 49,775

    = 12,668

    Konversi Massa (Xm)

    = 0

  • B-4

    0 menit

    = 6,141 6,141

    12,668

    = 0

    3 menit

    = 6,143 6,141

    12,668

    = 1,57 104

    9 menit

    = 6,146 6,141

    12,668

    = 3,94 104

    12 menit

    = 6,148 6,141

    12,668

    = 5,525 104

    Konversi Volume

    = 0

    0

    0 menit

    = 26,62 26,62

    26,62

    = 0

    3 menit

    = 19,3 26,62

    26,62

    = 0,274

  • B-5

    9 menit

    = 24,9 26,62

    26,62

    = 0,0646

    12 menit

    = 26,62 26,62

    26,62

    = 0,0833

    B. Hubungan beda Anoda terhadap Xm dan Xv

    1. Variabel 1 (Anoda : Cu)

    (. )4 52 = (. )223

    5 = 26,6 0,15

    = 0,798

    = 4 52 1000

    0,798 = 4 52 1000 2

    249,5 500

    4 52 = 49,775

    Massa Cu

    =

    4 52

    = 63,5

    249,5 49,775

    = 12,668

  • B-6

    Konversi Massa (Xm)

    = 0

    0 menit

    = 6,141 6,141

    12,668

    = 0

    3 menit

    = 6,143 6,141

    12,668

    = 1,57 104

    9 menit

    = 6,146 6,141

    12,668

    = 3,94 104

    12 menit

    = 6,148 6,141

    12,668

    = 5,525 104

    Konversi Volume

    = 0

    0

    0 menit

    = 26,62 26,62

    26,62

    = 0

  • B-7

    3 menit

    = 19,3 26,62

    26,62

    = 0,274

    9 menit

    = 24,9 26,62

    26,62

    = 0,0646

    12 menit

    = 26,62 26,62

    26,62

    = 0,0833

    2. Variabel 2 (Anoda : Fe)

    (. )4 52 = (. )223

    5 = 24,3 0,15

    = 0,729

    = 4 52 1000

    0,729 = 4 52 1000 2

    249,5 500

    4 52 = 45,471

    Massa Cu

    =

    4 52

    = 63,5

    249,5 45,471

    = 11,572

  • B-8

    Konversi Massa (Xm)

    = 0

    0 menit

    = 6,139 6,139

    11,572

    = 0

    3 menit

    = 6,141 6,139

    11,572

    = 1,72 104

    9 menit

    = 6,144 6,139

    11,572

    = 4,32 104

    12 menit

    = 6,148 6,139

    11,572

    = 7,77 104

    Konversi Volume

    = 0

    0

    0 menit

    = 24,3 24,3

    24,3

    = 0

  • B-9

    3 menit

    = 27 24,3

    24,3

    = 0,111

    9 menit

    = 23,9 24,3

    24,3

    = 0,016

    12 menit

    = 24,3 24,3

    24,3

    = 0,329

    C. Hubungan beda Katoda terhadap Xm dan Xv

    1. Variabel 1 (Katoda : Cu)

    (. )4 52 = (. )223

    5 = 26,6 0,15

    = 0,798

    = 4 52 1000

    0,798 = 4 52 1000 2

    249,5 500

    4 52 = 49,775

  • B-10

    Massa Cu

    =

    4 52

    = 63,5

    249,5 49,775

    = 12,668

    Konversi Massa (Xm)

    = 0

    0 menit

    = 6,141 6,141

    12,668

    = 0

    3 menit

    = 6,143 6,141

    12,668

    = 1,57 104

    9 menit

    = 6,146 6,141

    12,668

    = 3,94 104

    12 menit

    = 6,148 6,141

    12,668

    = 5,525 104

  • B-11

    Konversi Volume

    = 0

    0

    0 menit

    = 26,62 26,62

    26,62

    = 0

    3 menit

    = 19,3 26,62

    26,62

    = 0,274

    9 menit

    = 24,9 26,62

    26,62

    = 0,0646

    12 menit

    = 26,62 26,62

    26,62

    = 0,0833

    2. Variabel 2 (Katoda : C)

    (. )4 52 = (. )223

    5 = 16,3 0,15

    = 0,489

    = 4 52 1000

    0,489 = 4 52 1000 2

    249,5 500

    4 52 = 30,501

  • B-12

    Massa Cu

    =

    4 52

    = 63,5

    249,5 30,501

    = 7,762

    Konversi Massa (Xm)

    = 0

    0 menit

    = 0,382 0,382

    7,762

    = 0

    3 menit

    = 0,382 0,382

    7,762

    = 0

    9 menit

    = 0,382 0,382

    7,762

    = 0

    12 menit

    = 0,382 0,382

    7,762

    = 0

  • B-13

    Konversi Volume

    = 0

    0

    0 menit

    = 16,3 16,3

    16,3

    = 0

    3 menit

    = 19,15 16,3

    16,3

    = 0,184

    9 menit

    = 15,2 16,3

    16,3

    = 0,067

    12 menit

    = 20,4 16,3

    16,3

    = 0,251

  • B-14

  • C-1

    LEMBAR PERHITUNGAN GRAFIK

    A. Fraksi Massa

    1. Variabel 1 ( K : Cu A : Cu 60 mA 200 rpm )

    Tabel C.1 Perhitungan grafik variabel 1

    t (x) XM (y) x2 x.y

    0 0 0 0

    3 2,038 104 9 6,114 104

    9 3,05 104 81 27,45 104

    12 5,096 104 144 61,152 104

    m =

    = 0,455

    c =

    = 0,00081

    y = 0,455x + 0,00081

    2. Variabel 2 ( K : Cu A : Cu 80 mA 200 rpm )

    Tabel C.2 Perhitungan grafik variabel 2

    t (x) XM (y) x2 x.y

    0 0 0 0

    3 1,57 104 9 4,71 104

    9 3,94 104 81 35,46 104

    12 5,525 104 144 66,3 104

    m =

    = 0,407

    c =

    = 0,00023

    y = 0,407x + 0,00023

  • C-2

    3. Variabel 3 ( K : Cu A : Cu 80 mA 200 rpm )

    Tabel C.3 Perhitungan grafik variabel 3

    t (x) XV (y) x2 x.y

    0 0 0 0

    3 0,021 9 0,063

    9 0,296 81 2.664

    12 0,251 144 3,012

    m =

    = -0,1927

    c =

    = -1,09

    y = 0,1927x - 1,09

    4. Variabel 4 ( K : Cu A : Cu 60 mA 200 rpm )

    Tabel C.4 Perhitungan grafik variabel 4

    t (x) XV (y) x2 x.y

    0 0 0 0

    3 0,274 9 0,822

    9 0,0646 81 0,5814

    12 -0,0833 144 0,279

    m =

    = 0,2421

    c =

    = -0,0034

    y = 0,2421x 0,0034

  • C-3

    5. Variabel 5 ( K : Cu A : Cu 80 mA 200 rpm )

    Tabel C.5 Perhitungan grafik variabel 5

    t (x) XM (y) x2 x.y

    0 0 0 0

    3 1,57 104 9 4,71 104

    9 3,94 104 81 35,46 104

    12 5,525 104 144 66,3 104

    m =

    = 0,407

    c =

    = 0,00023

    y = 0,407x + 0,00023

    6. Variabel 6 ( K : Cu A : Fe 80 mA 200 rpm )

    Tabel C.6 Perhitungan grafik variabel 6

    t (x) XM (y) x2 x.y

    0 0 0 0

    3 1,72 104 9 5,16 104

    9 4,32 104 81 38,88 104

    12 7,77 104 144 93,24 104

    m =

    = 0,5867

    c =

    = 0,00088

    y = 0,5867x + 0,00088

  • C-4

    7. Variabel 7 ( K : Cu A : Cu 80 mA 200 rpm )

    Tabel C.7 Perhitungan grafik variabel 7

    t (x) XV (y) x2 x.y

    0 0 0 0

    3 0,021 9 0,063

    9 0,296 81 2.664

    12 0,251 144 3,012

    m =

    = -0,1927

    c =

    = -1,09

    y = 0,1927x - 1,09

    8. Variabel 8 ( K : Cu A : Fe 80 mA 200 rpm )

    Tabel C.8 Perhitungan grafik variabel 8

    t (x) XV (y) x2 x.y

    0 0 0 0

    3 0,021 9 0,063

    9 0,296 81 2.664

    12 0,251 144 3,012

    m =

    = -0,0089

    c =

    = -0,0023

    y = -0,0089x 0,0023

  • C-5

    9. Variabel 9 ( K : Cu A : Cu 80 mA 200 rpm )

    Tabel C.9 Perhitungan grafik variabel 9

    t (x) XM (y) x2 x.y

    0 0 0 0

    3 1,57 104 9 4,71 104

    9 3,94 104 81 35,46 104

    12 5,525 104 144 66,3 104

    m =

    = 0,407

    c =

    = 0,00023

    y = 0,407x + 0,00023

    10. Variabel 10 ( K : C A : Cu 80 mA 200 rpm )

    Tabel C.10 Perhitungan grafik variabel 10

    t (x) XM (y) x2 x.y

    0 0 0 0

    3 0 9 0

    9 0 81 0

    12 0 144 0

    m =

    = 0

    c =

    = 0

    y = 0

  • C-6

    11. Variabel 11 ( K : Cu A : Cu 80 mA 200 rpm )

    Tabel C.11 Perhitungan grafik variabel 11

    t (x) XM (y) x2 x.y

    0 0 0 0

    3 1,57 104 9 4,71 104

    9 3,94 104 81 35,46 104

    12 5,525 104 144 66,3 104

    m =

    = 0,407

    c =

    = 0,00023

    y = 0,407x + 0,00023

    12. Variabel 12 ( K : C A : Cu 80 mA 200 rpm )

    Tabel C.12 Perhitungan grafik variabel 12

    t (x) XM (y) x2 x.y

    0 0 0 0

    3 0,184 9 0,552

    9 0,067 81 0,603

    12 0,251 144 3,012

    m =

    = 0,126

    c =

    = 0,00046

    y = 0,126x + 0,00046

  • C-7

  • C-8

  • D-1

    LEMBAR PERHITUNGAN REAGEN

    1. CuSO4.5H2O; 0,4 N; 500 mL

    =

    1000

    = 0,4 249,5 500

    2 1000

    = 24,95

    2. Na2S2O3.5H2O; 0,15 N; 250 Ml

    =

    1000

    = 0,15 248 250

    2 1000

    = 4,65

    3. KI; 12% w; pKI = 3,13; H2O = 1 gr/mL

    = +

    =0,12

    3,13+

    0,88

    1

    = 0,918

    = 54,47

    = 12%

    = 12% 54,47

    = 6,536

  • D-2

  • E-1

    LEMBAR KUANTITAS REAGEN

    LABBORATORIUM DASAR TEKNIK KIMIA II

    JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

    UNIVERSITAS DIPONEGORO

    PRAKTIKUM KE : 5

    MATERI : ELEKTROKIMIA

    HARI/TANGGAL : 9 April 2015

    KELOMPOK : 3 KAMIS PAGI

    NAMA : 1. BADAR ILHAM ANGGAWIJAYA

    2. CHRISTINE INDIRA R.P.

    3. SURYA PANDU PUTRA

    ASISTEN : ANGGA MUHAMMAD KURNIA

    KUANTITAS REAGEN

    NO JENIS REAGEN KUANTITAS

    1. CuSO4.5H2O 0,4 N 500 mL

    2. KI 12% W 50 mL

    3. Na2S2O3 0,15 N 250 mL 4. Amilum Secukupnya 5. Aquadest Secukupnya

    TUGAS TAMBAHAN:

    Resume Jurnal Internasional Elsevier dimasukan di BAB II

    CATATAN: SEMARANG, 9 April 2015

    K : Cu A:Cu; 60 mA ; 200 rpm

    ASISTEN

    K : Cu A:Cu; 80 mA; 200 rpm

    K : Cu A:Fe; 80 mA; 200 rpm

    K : C A:Cu; 80 mA; 200 rpm

    Waktu : (0,3,9,12) menit

    Angga Muhammad Kurnia

    NIM.21030112130126

  • E-2

  • F-1

    PENGARUH VARIASI ARUS LISTRIK TERHADAP PRODUKSI BROWNS GAS PADA ELEKTROLISER

    Dody Wiryawan; Denny Widhiyanuriyawan; Nurkholis Hamidi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

    Jalan MT. Haryono 167, Malang 65145, Indonesia E-mail: [email protected]

    ABSTRACT Currently, demand of petroleum in the world is increasingly from day to day.

    Consuming petroleum continuously will gradually dwindling the petroleum availability.

    Therefore, alternative energy is needed to replace the use of petroleum. One of

    alternative energy that can replace petroleum is Brown's Gas (HHO gas) obtained from

    water electrolysis process. The process of water electrolysis using DC power source

    with electrical current variations of 2A, 4A, 6A and 8A using wet cell electrolyzer. The

    solution used is pure distilled water, pure drinking water and pure distilled water mixed

    with Sodium Bicarbonate (NaHCO3) with a mass fraction of 0.99%, 1.15%, 1.31%,

    1.48% and 1.64%. Obtained research data shows that the highest gas production on use

    of electric current 8A using distilled water mixed with a solution of NaHCO3 1,31% is

    0.00171 l / s. Highest efficiency obtained on use of electric current 6A using distilled

    water mixed with a solution of NaHCO3 1,31% is 40.13%.

    Kata kunci: Browns Gas, petroleum, electrolyzer, electrical current, pure distilled water, sodium bicarbonate.

    PENDAHULUAN Kebutuhan akan minyak bumi di

    dunia ini semakin hari semakin

    meningkat. Menurut Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) (2008),

    ketersediaan potensi sumber daya minyak bumi berkisar 56,6 miliar barrel

    sedangkan cadangan yang telah tereksplorasi sekitar 8,4 miliar barrel

    dan sementara yang telah diolah sudah

    mencapai 348 juta barrel. Minyak bumi yang dieksplorasi dan dikonsumsi setiap

    hari lambat laun akan habis, sedangkan proses terbentuknya minyak bumi

    memakan waktu jutaan tahun. Dengan adanya permasalahan tersebut, sudah

    seharusnya pemanfaatan bahan bakar alternatif yang baru dan ramah

    lingkungan dengan memanfaatkan

    ketersediaan sumber daya alam yang ada di bumi ini diterapkan.

    Salah satu sumber daya alam

    yang melimpah dan dapat dimanfaatkan di bumi ini adalah air. Air dapat

    1

    ToshibaHighlight

  • F-2

    dijadikan sebagai bahan bakar alternatif. Air dapat diubah menjadi salah satu bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan dengan mengubahnya menjadi bentuk gas melalui proses elektrolisis.

    Elektrolisis merupakan proses kimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Proses elektrolisa memisahkan molekul air menjadi gas hidrogen dan oksigen salah satunya adalah dengan cara mengalirkan arus listrik ke elektroda ke tempat larutan elektrolit yaitu campuran air yang sudah ditambahankan katalis berada. Reaksi elektrolisis tergolong reaksi redoks tidak spontan, reaksi itu dapat berlangsung karena pengaruh energi listrik. Pada

    elektrolisis yang menghasilkan H2 dan O2,

    mulai timbulnya kedua gas ini setelah penggunaan tegangan lebih besar dari 1,7 Volt.

    ToshibaHighlight

  • F-3

    Elektrolisis air merupakan

    proses untuk menghasilkan gas H2 dan

    O2 murni dengan pemanfaatan energi listrik pada sistem. Molekul air dipecah menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengalirnya arus listrik. Proses ini disebut elektrolisis air. Faktor-Faktor yang memperngaruhi elektrolisis air :

    1. Kualitas Elektrolit 2. Suhu 3. Tekanan 4. Resistansi Elektrolit 5. Material dari elektroda 6. Material pemisah

    Gas yang dihasilkan dari proses elektrolisis air disebut gas HHO atau oxyhydrogen atau disebut juga Browns Gas. Brown (1974), dalam penelitiannya melakukan elektrolisa air murni sehingga menghasilkan gas HHO yang dinamakan dan dipatenkan dengan nama Browns Gas. Untuk memproduksi Browns Gas digunakan elektroliser untuk memecah molekul-molekul air menjadi gas. Elektroliser terdiri atas katoda dan anoda. Reaksi yang terjadi pada elektroda pada proses elektrolisis adalah :

    Katoda :2H2O(l)+2e-2OH

    -(aq)+H2(g)

    Anoda : 2H2O(l)O2(g)+4H+(aq)+4e

    -

    Gambar 1. Proses pembentukan Browns Gas pada elektroliser

    Pada penelitian ini, peneliti

    menggunakan larutan aquades murni, AMDK murni dan campuran antara

    aquades dengan katalisator NaHCO3

    dan memvariasikan arus listrik hingga dicapainya produksi gas yang terbesar dengan penggunaan daya listrik yang relatif rendah agar tercapainya efisiensi

    yang optimal.

    ToshibaHighlight

    ToshibaHighlight

    ToshibaHighlight

  • F-4

    Air Minum Dalam Kemasan (AMDK) merupakan air yang telah diolah dengan perlakuan khusus dan dikemas dalam botol atau kemasan lain dan memenuhi persyaratan air minum. AMDK yang terdapat di pasaran di dalamnya terkandung mineral-mineral tertentu. Mineral-mineral tersebut dapat dijadikan katalisator dalam larutan.

    Katalisator merupakan suatu zat

    yang ditambahkan ke dalam sistem yang

    akan direaksikan untuk mempercepat

    reaksi di dalamnya. Pada proses

    elektrolisis dibutuhkan suatu elektrolit

    yang dijadikan sebagai katalisator untuk

    mempercepat reaksi pertukaran ion-ion

    di dalamnya. Umumnya kenaikan

    konsentrasi katalisator mempengaruhi

    kecepatan reaksi dari proses elektrolisis.

    Semakin besar konsentrasi katalis maka

    akan mempercepat reaksi dan

    katalisator menurunkan tenaga aktivasi

    hingga kecepatan reaksi lebih besar.

    Kemampuan suatu katalis dalam

    mempercepat laju reaksi dipengaruhi oleh berbagai macam faktor. Faktor-faktor yang mempengaruhi kemampuan suatu katalis antara lain adalah sifat fisika dan kimia katalis, kondisi operasi seperti temperatur, tekanan, laju alir, waktu kontak, jenis umpan yang digunakan, dan jenis padatan pendukung yang digunakan.

    Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron yang mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. Semakin besar arus listrik yang digunakan, maka pergerakan elektron-elektron dalam larutan akan semakin cepat sehingga proses pemecahan molekul air akan semakin cepat dan produksi Browns gas meningkat.

    Pada penelitian ini, menggunakan rumus hukum ohm untuk menghitung besarnya tegangan dan hambatan yang terjadi pada proses

    ToshibaHighlight

  • F-5

    elektrolisis. Rumus tersebut ditunjukkan pada persamaan berikut :

    V = I.R Rumus yang digunakan untuk

    menghitung daya listrik yang digunakan adalah sebagai berikut :

    P = V.I Efisiensi dari suatu elektroliser

    dapat dihitung dengan persamaan berikut, yaitu :

    HHO = 100%

    Produksi dari Browns Gas dapat dilihat dari volume alir gas tiap menit yang dihasilkan dari elektroliser. Oleh karena itu, dalam studi eksperimental ini dapat diteliti seberapa besar pengaruh produksi Browns Gas pada elektroliser Wet Cell dengan memvariasikan besaran arus listrik.

    METODE PENELITIAN Penelitian ini menggunakan

    metode penelitian eksperimental. Objek penelitian yang diamati adalah pengaruh variasi arus listrik terhadap produksi Browns Gas. Pengaruh yang diamati adalah debit (Q), temperatur (T), tegangan (V), daya (P) dan efisiensi (). Penelitian dilakukan di Laboratorium Surya Fakultas Teknik Universitas Brawijaya pada bulan Juni. Instalasi utama penelitian yang digunakan seperti yang ditunjukkan pada gambar 2. Gambar 2. Instalasi Penelitian

    Pada awal penelitian, dipersiapkan terlebih dahulu instalasi penelitian utama seperti pada gambar 2 dan stopwatch untuk menghitung waktu

    tiap menitnya pada proses pengambilan data. Selanjutnya mempersiapkan

    NaHCO3

    ToshibaHighlight

  • F-6

    larutan yang akan di elektrolisis yaitu aquades murni, AMDK murni dan

    campuran antara aquades dengan NaHCO3.

    Setelah itu menimbang massa yang digunakan yang

    ditentukan dengan fraksi massa. Fraksi

    massa NaHCO3 yang digunakan adalah sebesar 0.99%, 1.15%, 1.31%, 1.48% dan 1.64%. Lalu, larutan yang telah disiapkan dimasukkan ke dalam elektroliser.

    Elektroliser yang digunakan pada penelitian ini adalah berjenis wet cell dengan jumlah elektroda 6 buah pasang yang terdiri dari anoda dan katoda. Elektroda yang digunakan berbahan stainless Steel 304L. Bentuk elektroliser wet cell yang digunakan ditunjukkan pada gambar 3. Gambar 3. Elektroliser Wet Cell

    Pada penelitian ini menggunakan variasi arus listrik sebesar 2A, 4A, 6A dan 8A. Arus listrik diatur dengan menggunakan regulator DC yang bersumber dari arus listrik AC. Pengambilan data dilakukan pada tiap variasi arus listrik yang digunakan

    disetiap fraksi massa NaHCO3 yang

    digunakan. Gas yang dihasilkan dari elektroliser dialirkan menuju gelas ukur dan diatur dengan menggunakan katup. Pengambilan data dilakukan tiap menit dengan menggunakan stopwatch.

  • F-7

    HASIL DAN PEMBAHASAN

    1,8E-3 50

    Vo

    lum

    e A

    lir G

    as

    (l/s

    ) 1,6E-3 1,4E-3

    Tem

    per

    atu

    r (C

    ) 40

    1,2E-3 30

    1,0E-3

    8,0E-4 20

    6,0E-4

    4,0E-4 10

    2,0E-4

    0,0E+0 0

    0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10

    Arus (A) Arus (A)

    a. d.

    1,8E-3 45

    (l/s

    ) 1,6E-3 40 1,4E-3 35

    Efis

    ien

    si (

    %)

    Vo

    lum

    e A

    lir G

    as 1,2E-3 30

    1,0E-3 25

    8,0E-4 20

    6,0E-4 15

    4,0E-4 10

    2,0E-4

    5

    0,0E+0 0

    0 100 200 300 400 0 2 4 6 8 10

    Daya (Watt) Arus (A)

    b. e.

    50 Aquades +NaHCO3

    40

    0.99%

    (V) 1.15%

    30

    Teg

    an

    ga

    n

    1.31%

    20 1.48%

    10 1.64%

    0 AMDK Murni

    0 2 4 6 8 10 Aquades Murni

    Arus (A)

    c.

    Gambar 4. : a. Hubungan arus terhadap volume alir gas

    b. Hubungan daya terhadap volume alir gas c. Hubungan arus terhadap tegangan d. Hubungan arus terhadap temperatur

  • F-8

    e. Hubungan arus terhadap efisiensi

  • F-9

    Arus listrik memiliki peranan penting dalam peningkatan produktivitas Browns Gas dari suatu proses elektrolisis berupa volume alir gas. Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron yang mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu.

    Pada gambar 4.a hubungan arus terhadap volume alir gas terlihat bahwa semakin besar arus yang digunakan maka volume alir gas akan semakin meningkat. Semakin besar penggunaan

    fraksi massa katalis NaHCO3 yang

    digunakan terlihat bahwa volume alir gas juga semakin besar seiring bertambahya arus. Namun, pada fraksi

    massa NaHCO3 1.48% hingga 1.64%

    mengalami penurunan produktivitas gas dikarenakan larutan mencapai keadaan jenuhnya.

    Pada keadaan jenuh ini, pergerakan ion menjadi sulit sehingga

    daya hantar menjadi lebih rendah. Pada penggunaan larutan aquades murni, volume alir gas yang dihasilkan dengan penambahan besaran arus tidak terlalu besar dibandingkan dengan penggunaan larutan lainnya. Hal tersebut dikarenakan hambatan pada larutan besar sehingga kemampuan larutan untuk dihantarkan arus listrik rendah yang ditunjukkan pada gambar hubungan larutan terhadap hambatan.

    Penggunaan AMDK (Air Minum Dalam Kemasan) sebagai larutan menghasilkan produktivitas gas berupa volume alir gas yang besar. Hal ini dikarenakan AMDK memiliki bermacam-macam kandungan yang dapat menjadi elektrolit di dalamnya untuk mempercepat laju reaksi pemecahan molekul air. Oleh karena itu, AMDK menghasilkan produktivitas Browns Gas yang cukup besar dengan pertambahan arus listrik dikarenakan air mineral memiliki banyak kandungan mineral di dalamnya yang akan bertugas

    untuk menghantarkan arus listrik dengan cepat.

    Secara umum, terlihat pada gambar 4.b hubungan daya terhadap

    volume alir gas bahwa volume alir

    Browns Gas bertambah seiring dengan bertambahnya daya listrik yang

    dikonsumsi. Hal ini terjadi karena semakin besarnya daya yang

    dikonsumsi seiring pertambahan besaran arus listrik yang digunakan juga

    semakin besar seiring pertambahannya besaran tegangan yang terlihat pada

    gambar 4.c hubungan arus terhadap

    tegangan. Daya listrik yang digunakan dalam sembarang bagian dalam

    rangkaian DC sama dengan perkalian antara arus yang mengalir dengan

    voltase rangkaian. Gambar 4.b hubungan daya

    terhadap volume alir gas menunjukkan bahwa penggunaan katalis menurunkan

    konsumsi daya yang digunakan. Hal ini

    ditunjukkan pada penggunaan aquades murni sebagai larutan. Konsumsi daya

    yang digunakan untuk mengelektrolisis lebih besar dibandingkan dengan

    penggunaan larutan lainnya. Hal ini dikarenakan aquades murni tidak

    memiliki ion-ion yang membantu proses untuk memepercepat reaksi pemecahan

    molekul-molekul air sehingga hambatan

    dalam larutan aquades relatif besar. Hambatan yang besar akan

    membutuhkan tegangan yang relatif besar seiring bertambahnya besaran arus

    sehingga konsumsi daya menjadi besar. Penurunan konsumsi daya

    katalis ditunjukkan pada penggunaan

    aquades ditambahkan katalis NaHCO3

    dan larutan AMDK murni. AMDK murni memiliki banyak kandungan mineral di dalamnya yang akan bertugas untuk menghantarkan arus listrik dengan cepat sehingga hambatan dalam larutan relatif lebih rendah dibandingkan dengan aquades murni dan menyebabkan konsumsi daya menjadi lebih rendah.

  • F-10

    Volume alir Browns Gas terbesar dihasilkan pada penggunaan

    aquades ditambahkan katalis NaHCO3

    1.31% sebagai larutan dikarenakan

    aquades ditambahkan katalis NaHCO3

    1.31% memiliki banyak anion dan kation yang terkandung di dalamnya yang akan bertugas untuk menghantarkan arus listrik dengan cepat. Konsumsi daya yang digunakan juga rendah dikarenakan hambatan yang terdapat dalam larutan rendah sehingga dengan tegangan yang relatif kecil menghasilkan arus yang besar.

    Namun, pada penggunaan larutan aquades ditambahkan katalis

    NaHCO3 1.48% pada konsumsi daya

    yang relatif sama menghasilkan volume alir gas yang lebih rendah dikarenakan larutan sudah mencapai keadaan jenuhnya sehingga menyebabkan anion dan kation sulit bergerak dan menyebabkan daya hantar untuk memecah molekul air menjadi rendah.

    Pada gambar 4.d hubungan arus terhadap temperatur menunjukkan

    semakin besar arus yang digunakan,

    maka temperatur larutan didalam elektroliser akan meningkat.

    Temperatur terbesar terjadi pada penggunaan aquades murni sebagai

    larutan. Hal ini dikarenakan aquades murni memiliki hambatan yang besar

    yang ditunjukkan pada gambar 5 hubungan larutan terhadap hambatan

    sehingga konsumsi daya yang digunakan besar seiring bertambahnya

    besaran arus. Konsumsi daya yang besar

    mengakibatkan energi untuk memecah molekul-molekul air menjadi gas

    berubah menjadi panas yang menyebabkan larutan dalam elektroliser

    meningkat temperaturnya.

    Penggunaan AMDK murni juga mengalami peningkatan temperatur pada proses elektrolisis. Namun peningkatan temperatur tidak sebesar dengan penggunaan aquades murni sebagai larutan. Hal ini dikarenakan

    AMDK murni memiliki hambatan

  • F-11

    larutan yang kecil sehingga konsumsi daya yang digunakan lebih rendah dibandingkan dengan konsumsi daya untuk mengelektrolisis larutan aquades murni. Dengan konsumsi daya yang lebih rendah, maka energi untuk memecah molekul air menjadi gas lebih optimal sehingga energi tidak sepenuhnya berubah menjadi panas.

    Pada penggunaan larutan aquades dengan penambahan katalis

    NaHCO3 pada berbagai macam fraksi

    massa menghasilkan temperatur larutan terendah. Temperatur larutan yang dihasilkan relatif sama dan peningkatannya tidak signifikan dibandingkan dengan penggunaan larutan aquades murni dan AMDK murni. Hal ini dikarenakan dengan penambahan katalis akan menurunkan hambatan dalam larutan yang akan dielektrolisis sehingga konsumsi daya yang digunakan rendah seiring pertambahan arus. Konsumsi daya yang rendah akan menyebabkan energi untuk memecah molekul-molekul air tidak sepenuhnya terbuang menjadi panas.

    Arus listrik yang digunakan mempengaruhi efisiensi yang dihasilkan pada elektroliser Wet Cell tersebut. Hal ini ditunjukkan pada gambar hubungan arus terhadap efisiensi. Penggunaan berbagai macam larutan menunjukkan perbedaan efisiensi yang dihasilkan. Semakin besar arus yang digunakan maka konsumsi daya yang digunakan juga semakin besar. Penurunan efisiensi disebabkan oleh kenaikan energi listrik yang digunakan yang perbandingannya

    lebih besar dibandingkan dengan energi Browns Gas yang dihasilkan pada proses elektrolisis.

    Pada gambar 4.e hubungan arus terhadap efisiensi terlihat bahwa efisiensi tertinggi pada penggunaan larutan

    aquades ditambahkan katalis NaHCO3

    1.31% pada arus 6A. Hal ini dikarenakan perbandingan antara energi Browns Gas yang dihasilkan pada proses elektrolisis

    terhadap energi listrik

  • F-12

    yang digunakan lebih besar energi Browns Gas yang dihasilkan.

    Efisiensi terendah terlihat pada

    penggunaan larutan aquades murni. Hal

    tersebut dikarenakan aquades tidak memiliki ion-ion yang membantu untuk

    mempercepat reaksi proses elektrolisis sehingga energi Browns Gas yang dihasilkan relatif lebih kecil dibandingkan larutan lainnya. Karena

    hambatan yang besar dalam proses elektrolisis dengan menggunakan

    larutan aquades murni, maka pada

    penambahan besaran arus, tegangan akan meningkat lebih besar

    dibandingkan dengan menggunakan larutan lainnya sehingga energi listrik

    yang dibutuhkan menjadi besar dan efisiensi menjadi rendah.

    Penggunaan AMDK murni sebagai larutan menghasilkan efisiensi yang lebih besar dibandingkan penggunaan aquades murni. AMDK murni mengalami kecendrungan penurunan efisiensi tiap pertambahan arusnya dikarenakan ion-ion yang terkandung dalam larutan AMDK murni sudah dalam titik optimumnya dalam

    menghantarkan listrik sehingga terjadi peningkatan konsumsi daya secara signifikan yang mengakibatkan penurunan efisiensi. Gambar 5. Hubungan larutan terhadap hambatan

    Pada gambar 5 hubungan larutan terhadap hambatan menunjukkan bahwa penggunaan katalis menurunkan hambatan. Pada penggunaan aquades

    murni terlihat bahwa hambatan yang

  • F-13

    terjadi pada proses elektrolisis besar. Hal ini dikarenakan pada larutan aquades murni tidak terdapat ion-ion yang membantu dalam proses pemecahan molekul-molekul air menjadi gas sehingga reaksi yang terjadi lambat dibandingkan penggunaan larutan lainnya dan menyebabkan produksi Browns Gas relatif kecil yang ditunjukkan pada gambar hubungan arus terhadap volume alir gas.

    Pada penggunaan AMDK murni, hambatan yang terjadi pada larutan relatif lebih kecil dibandingkan dengan aquades murni. Hal tersebut dikarenakan pada larutan AMDK murni terdapat kandungan-kandungan mineral yang dapat membantu dalam mempercepat reaksi elektrlosis dalam memecah molekul-molekul air.

    Pada gambar 5 hubungan larutan terhadap hambatan terlihat bahwa penggunaan larutan aquades

    ditambahkan dengan katalis NaHCO3

    menurunkan hambatan dengan signifikan. Hal ini disebabkan ion-ion katalis membantu dalam mempercepat reaksi dalam pemecahan molekul-molekul air untuk menjadi gas sehingga daya hantar menjadi lebih optimal dan produksi Browns Gas menjadi besar yang ditunjukkan pada gambar arus terhadap volume alir gas.

    KESIMPULAN 1. Pada percobaan yang dilakukan

    pada arus listrik 2A menunjukkan produksi gas tertinggi pada penggunaan larutan AMDK murni sebesar 0,000425 l/s, arus listrik 4A pada penggunaan larutan AMDK murni sebesar 0,000783 l/s, arus listrik 6A pada penggunaan larutan

    campuran aquades dengan NaHCO3 1.31% sebesar 0.00123 l/s dan arus listrik 8A pada penggunaan larutan

    campuran aquades dengan NaHCO3 1.31% sebesar 0.00171 l/s.

  • F-14

    2. Temperatur larutan dalam

    elektroliser mempengaruhi efisiensi

    dari Browns Gas. Peningkatan temperatur yang signifikan terjadi pada penggunaan larutan aquades murni. Hal tersebut dikarenakan hambatan dalam larutan tersebut besar sehingga pada penggunaan variasi arus listrik yang sama tegangan yang digunakan lebih besar dibandingkan larutan lainnya sehingga daya yang digunakan menjadi besar dan efisiensi menjadi rendah.

    3. Hambatan dalam larutan

    mempengaruhi konsumsi daya listrik yang digunakan. Hambatan larutan terbesar dihasilkan oleh penggunaan larutan aquades murni sehingga konsumsi daya listrik terbesar pada penggunaan larutan aquades murni.

    4. Efisiensi tertinggi dihasilkan pada penggunaan larutan campuran

    aquades dengan NaHCO3 1.31% pada arus listrik 6 A sebesar 40,13%.

    DAFTAR PUSTAKA Achmad, H. 1992. Elektro Kimia dan

    Kinetika Kimia. Citra Aditya Bakti: Bandung.

    Ardiansyah, Muhammad. 2011. Analisis Penambahan Gas Hasil Elektrolisis Air Pada Motor Bakar 4 Langkah Dengan Posisi Injeksi Sebelum Karburator Disertai Variasi Derajat Timing Pengapian. Depok: Departemen Teknik Mesin, UI.

    Bird, J. 2010. Electrical Principles and

    technology for engineering. United States of America: Elsevier.

    Lestari, Dewi Yuanita. 2012. Pemilihan Katalis Yang Ideal. Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA. Yogyakarta : UNY

    Marlina, Ena. 2013.

    Prosentase Katalis Terhadap Produksi Browns Gas Hasil Elektrolisis. Malang:

    Universitas Brawijaya.

    Putra, Arbie Marwan. 2010. Analisis

    Produktifitas Gas Hidrogen dan

    Gas Hidrogen pada Elektrolisis

    Larutan KOH. Jurnal Neutrino

    Vol.2, No.2.

    Rieke, R.D.; Thakur D.; Roberts B.;

    White T. 1997. Fatty Methyl

    Ester Hydrogenation to Fatty

    Alcohol Part II: Process Issues,

    JAOCS, vol. 74, No.4.

    Sukardjo. 1985. Kimia

    Fisika. Yogyakarta: Bina

    Aksara.

    Pengaruh

    NaHCO3

  • F-15

    ENERGY CARRIERS AND CONVERSION SYSTEMS Vol. I - Alkaline Water Electrolysis - Isao Abe

    ALKALINE WATER ELECTROLYSIS

    Isao Abe Office Tera, Chiba, Japan Keywords: Water electrolysis, alkaline, hydrogen, electrode, diaphragm, high pressure

    high temperature electrolyser, cell, electrocatalyst Contents

    1. Introduction

    2. Structure of Alkaline Water Electrolyzers

    2.1 Unipolar Electrolyzer

    7.1.1 The Combination of Pressure ControlCH APTER Sand Pressure Difference Control 2.2 Bipolar Water Electrolyzer EOLSS 2.3 High Pressure Water Electrolyzer

    3. Advanced Water Electrolyzers

    4. High Temperature, High Pressure Operation

    5. Structural Materials

    5.1 Diaphragm Materials

    5.2 Electrode Materials

    6. System Design

    6.1 Operating Temperature 6.2 Operating Pressure

    6.3 Current Density

    8.2 IMEUNESC OTechnology Water Electrolyzer 6.4 Total System Flow

    6.5 GasLiquid Separator

    7. Control System

    7.1 Pressure Control System

    SAMPLE

    7.1.2 Bottom Connection of the GasLiquid Separators

    7.2 Other Controls

    7.2.1 Electrolyte Flow Control

    7.2.2 Temperature Control

    7.2.3 Other Safety Measures

    8. Examples of Advanced Electrolyzers

    8.1 Sunshine Electrolyzer

    8.3 GHW Water Electrolyzer

    8.4 EI-250 Water Electrolyzer

    9. Cost of Alkaline Water Electrolysis

    9.1 Plant Cost 9.2 Cost of Electrolytic Hydrogen Production 10. Conclusion

    Glossary

    Bibliography

    Biographical Sketch

  • F-16

    Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS)

  • F-17

    ENERGY CARRIERS AND CONVERSION SYSTEMS Vol. I - Alkaline Water Electrolysis - Isao Abe

    Summary

    Alkaline water electrolysis has a long history in the chemical industry. Its application

    for energy conversion in the hydrogen energy system is attracting attention, and

    advanced electrolyzers have been developed. The direction of development is towards

    higher efficiency by applying high temperature and high pressure operation. Although

    some successful results have been reported so far, whether this system can be actually

    used or not depends on the development of its competitors, solid polymer electrolyte

    (SPE) water electrolysis or high temperature steam electrolysis (HTE) . 1. Introduction

    The principle of water electrolysis is rather simple. Applying direct current to water causes electrolysis, splitting water into hydrogen and oxygen through the reaction shown in shown in Eqs. 13. regenerated. As a result, one molecule of

    waterCHAPTERSisdecomposedandanothermolecule of water moves to the anode. (Cathode) 2H2O +2e

    - 2OH

    - + H 2 (1)

    (Anode) 2OH- H O + 2e

    - + 1 O

    2

    (2)

    2 1

    2

    (Total)

    +H2 O (3) 2H

    2O

    H

    2 +

    2 O

    2

    Through this reaction, two molecules of waterEOLSSare decomposed and hydrogen evolves in

    the cathode. In the anode, oxygen evolves and at the same time one molecule of water is

    In industrial alkaline water electrolysis, 2040% sodium hydroxide or potassium

    hydroxide aqueous solution is used for electrolyte instead of pure water, since pure

    water is highly resistive to electricity.

    Er, the reversible potential (equilibrium potential, namely theoretical voltage of

    electrolysis) is given by following equation.

    ToshibaHighlight

  • F-18

    UNESCO

    2F P

    E = E 0SAMPLE

    (4)

    RT

    ln P

    r 0 0

    where E is standard equilibrium potential, R is gas constant, T is absolute temperature, P0

    and P are vapor pressure of pure water and electrolyte respectively. E0 is given by Go/2F,

    Go is increment of Gibbs free energy and F is Faraday constant (96519.4 coulomb), which is 1.226 V under 298 K and 1 atm. This is slightly higher than the decomposition voltage of

    pure water under the same condition. Electricity required to produce 1 N m3 of hydrogen is,

    from Faraday's law, 2393 Ah (Ampere hours). As this reaction proceeds almost quantitatively, the minimum energy required is 2.94 kWh for 1 cubic meter of hydrogen.

    Since Er is theoretical equilibrium potential, actual cell voltage needed to continue the

    reaction is higher with the addition of ohmic loss of electrolyte and diaphragm and overvoltage (overpotential) by electrode reaction.

    Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS)

    ToshibaHighlight

  • F-19

    ENERGY CARRIERS AND CONVERSION SYSTEMS Vol. I - Alkaline Water Electrolysis - Isao Abe

    Actual cell voltage E is calculated according to the following equation.

    E = Er + Eir + Eohm (5)

    where E is electrolysis voltage (cell voltage), Er is reversible potential (reversible

    voltage, theoretical voltage of electrolysis), Eir is overvoltage (overpotential), and Eohm

    is ohmic loss. Reversible potential is theoretically decided according to the reaction condition, but

    overvoltage and ohmic loss vary with activity of electrodes and cell design. Overvoltage

    is loss due to resistance by the chemical reaction rate. To drive the chemical reaction of electrolysis, extra energy is required in addition to the reversible potential which

    corresponds to a zero reaction rate. In water electrolysis, overvoltage is decided by the reaction rate at the electrodes. Therefore electrodes with highly active electrocatalysts can reduce the

    overvoltage. Ohmic loss CHAPTERSEOLSSismainlycausedbyelectricresistance of electrolyte, which can be reduced by shortening the distance between anode and cathode. Ohmic loss is also caused by electric resistance of circuitry. Both overvoltage

    and ohmic loss increase with the increasing current density (current per unit area of

    electrode), hence increase of cell voltage and, therefore, increase of electric power to

    make hydrogen.

    that means the volume at 0oC and 1atm. pressure.

    The water electrolyzers currently used in industry work at a cell voltage of 1.82.2 volts

    corresponding to 4.35.3 kWh per Nm3hydrogen. N stand for normal condition

    UNESCOSAMPLE

    ToshibaHighlight

  • F-20

    Figure 1. Distribution of cell voltage.

    Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS)

  • F-21

    ENERGY CARRIERS AND CONVERSION SYSTEMS Vol. I - Alkaline Water Electrolysis - Isao Abe

    Figure 1 shows an example of distribution of cell voltage to its component.

    The enthalpy change, H , to electrolyze water is shown as follows:

    H = G + T S (6)

    The decomposition reaction of water by electrolysis is an endothermic reaction, where

    energy corresponding to G must be supplied in the form of electricity and the rest, T S, by heat. Cell voltage corresponding to T

    S , heat absorption potential, about 0.28

    G is reversible voltage, about 1.2 V, and

    V. In actual electrolysis, cell voltage is higher than reversible potential and the difference is converted into heat. Since the

    reaction is endothermic, heat thus caused is absorbed by the reaction until total cell voltage exceeds 1.48 V, the sum of reversible voltage and heat absorption potential. Therefore, this voltage is called thermoneutral voltage where all electric energy used for electrolysis is converted into heat content of evolved hydrogen gas. This voltage is

    used for the standard of 100% efficiency. Since current efficiency is almost 100% in

    water electrolysis, dividing 1.48 by cell voltage gives energy efficiency of electrolysis. No electrolysis is possible at cell voltage under reversible voltage, but it is possible, at steam electrolysis uses this principleand by supplying part of the energy with heat, it reducesUNESCOcellvoltage.Asforalkaline water electrolysis, it is not practical to expect an electrolyzer to work below the thermoneutral voltage. least theoretically, to electrolyze water under thermoneutral voltage. High temperature

    At this cell voltage, all heat generated byCHAPTERSEOLSSovervoltageandohmiclossisused

    by the reaction and there is no heat generation or absorption to and from outside of the system.

    electricity supplied beyond this point is converted into heat, which must be removed to

    maintain the temperature of cells. It is desirable to design the heat balance of

    electrolyzers so that the heat generated at the operating cell voltage is equal to the heat

    loss at the operating temperature. Figure 2 shows the change of these voltages versus

    temperature. The reversible voltage decreases with increased temperature, but thermoneutral voltage

    does not show much change, since this corresponds to the energy of hydrogen

  • F-22

    generated.

    The thermoneutral SAMPLE voltage is very important in designing electrolyzers, since all

    The energy efficiency of a water electrolyzer is defined as the quotient of higher heat

    value of generated hydrogen by electric energy supplied to the system. Since electric

    energy is proportional to voltage under a constant current, the efficiency is calculated

    from cell voltage as mentioned before. In water electrolysis, the current efficiency is usually very high, more than 95%, and

    therefore the energy efficiency is almost equal to the voltage efficiency.

    Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS)

  • F-23

    ENERGY CARRIERS AND CONVERSION SYSTEMS Vol. I - Alkaline Water Electrolysis - Isao Abe

    CHAPTERS Figure 2. Change of cell voltage by temperature.

    2. Structure of Alkaline Water ElectrolyzersEOLSS

    UNESCO There are two kinds of electrolyzer, unipolar and bipolar. These names come from the

    electrochemical function of the electrode in each type, and the two types are different in

    structure.

    -

    SAMPLE

    -

    -

    TO ACCESS ALL THE 21 PAGES OF THIS CHAPTER,

    Visit: http://www.eolss.net/Eolss-sampleAllChapter.aspx

    Bibliography Abe I., Fujimaki T., and Matsubara, M. (1984). Hydrogen production by high temperature, high pressure

    water electrolysis. Results of test plant operation. International Journal of Hydrogen Energy 9, 753758.

    [The result of a test plant operation using 450 mm cell block and PTFE diaphragm at 120 C and 20 atm.] Abe I., Fujimaki T., Matsubara M., and Yokoo Y. (1984). Hydrogen production by high-temperature,

    high-pressure water electrolysis, III; Results of 80 kW pilot plant operation. Hydrogen Energy Progress

    V, 727736. [The test result of a pilot plant operation with 900 mm cell block and PTFE diaphragm at

  • F-24

    120 C and 20 atm is reported; corrosion of stainless steel material also reported.] Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS)

  • F-25

    ENERGY CARRIERS AND CONVERSION SYSTEMS Vol. I - Alkaline Water Electrolysis - Isao Abe

    Cloumann A., dErasmo P., Nielsen M., and Halvorsen B. G. (1996). Analysis and optimization of

    equipment cost to minimize operation and investment for a 300 MW electrolysis plant. Hydrogen Energy

    Progress XI, 143152. [This reports the cost estimation of a large scale water electrolyzer plant and

    hydrogen production cost with it.] Divisek J. and Malinowski P. (1986). Ceramic diaphragms on NiO-basis for advanced alkaline water

    electrolysis. Journal of Electrochemical Society 133, 915920. [This paper reports the development of

    new ceramic diaphragms based on NiO for advanced alkaline water electrolysis] Dutta S. (1990). Technology assessment of advanced electrolytic hydrogen production. Interna