PELapisan logamBAB 2

54
BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 DASAR TEORI Dalam kimia, sebuah logam (bahasa Yunani: Metallon) adalah sebuah unsur kimia yang siap membentuk ion (kation) dan memiliki ikatan logam, dan kadangkala dikatakan bahwa ia mirip dengan kation di awan elektron. Metal adalah salah satu dari tiga kelompok unsur yang dibedakan oleh sifat ionisasi dan ikatan, bersama dengan metaloid dan nonlogam. Dalam tabel periodik, garis diagonal digambar dari boron (B) ke polonium (Po) membedakan logam dari nonlogam. Unsur dalam garis ini adalah metaloid, kadangkala disebut semi-logam; unsur di kiri bawah adalah logam; unsur ke kanan atas adalah nonlogam. Nonlogam lebih banyak terdapat di alam daripada logam, tetapi logam banyak terdapat dalam tabel periodik. Beberapa logam terkenal adalah aluminium, tembaga, emas, besi, timah, perak, titanium, uranium, dan zink. Alotrop logam cenderung mengkilap, lembek, dan konduktor yang baik, sementara nonlogam biasanya rapuh (untuk nonlogam padat), tidak mengkilap, dan insulator. II- 1

Transcript of PELapisan logamBAB 2

Page 1: PELapisan logamBAB 2

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

II.1 DASAR TEORI

Dalam kimia, sebuah logam (bahasa Yunani: Metallon) adalah sebuah unsur kimia yang siap membentuk ion (kation) dan memiliki ikatan logam, dan kadangkala dikatakan bahwa ia mirip dengan kation di awan elektron. Metal adalah salah satu dari tiga kelompok unsur yang dibedakan oleh sifat ionisasi dan ikatan, bersama dengan metaloid dan nonlogam. Dalam tabel periodik, garis diagonal digambar dari boron (B) ke polonium (Po) membedakan logam dari nonlogam. Unsur dalam garis ini adalah metaloid, kadangkala disebut semi-logam; unsur di kiri bawah adalah logam; unsur ke kanan atas adalah nonlogam.

Nonlogam lebih banyak terdapat di alam daripada logam, tetapi logam banyak terdapat dalam tabel periodik. Beberapa logam terkenal adalah aluminium, tembaga, emas, besi, timah, perak, titanium, uranium, dan zink.

Alotrop logam cenderung mengkilap, lembek, dan konduktor yang baik, sementara nonlogam biasanya rapuh (untuk nonlogam padat), tidak mengkilap, dan insulator.

Dalam bidang astronomi, istilah logam seringkali dipakai untuk menyebut semua unsur yang lebih berat daripada helium

Paduan logamPaduan logam merupakan pencampuran dari dua jenis

logam atau lebih untuk mendapatkan sifat fisik, mekanik, listrik dan visual yang lebih baik. Contoh paduan logam yang populer adalah baja tahan karat yang merupakan pencampuran dari baja (Fe) dengan Krom (Cr).

II- 1

Page 2: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Penggunaan Logam

Umumnya, logam bermanfaat bagi manusia, karena penggunaannya di bidang industri, pertanian, dan kedokteran. Contohnya, merkuri yang digunakan dalam proses klor alkali. Proses klor alkali merupakan proses elektrolisis yang berperan penting dalam industri manufaktur dan pemurnian zat kimia. Beberapa zat kimia yang dapat diperoleh dengan proses elektrolisis adalah natrium, kalsium, magnesium, aluminium, tembaga, seng, perak, hidrogen, klor, fluor, natrium hidroksida, kalium dikromat, dan kalium permanganat. Proses elektrolisis larutan natrium klorida tersebut merupakan proses klor-alkali. Elektrolisis larutan NaCl menghasilkan natrium hidroksida di katode (kutub positif) dan gas klor di anode (kutub negatif). Pada industri angkasa luar dan profesi kedokteran dibutuhkan bahan yang kuat, tahan karat, dan bersifat noniritin, seperti aloi titanium. Sebagian jenis logam merupakan unsur penting karena dibutuhkan dalam berbagai fungsi biokimiawi. Pada zaman dahulu, logam tertentu, seperti tembaga, besi, dan timah digunakan untuk membuat peralatan, perlengkapan mesin, dan senjata.

Logam mulia

Secara umum logam mulia berarti logam-logam termasuk paduannya yang biasa dijadikan perhiasan, antara lain emas, perak, perunggu dan platina. Logam-logam tersebut memiliki warna yang bagus, tahan karat, lunak dan terdapat dalam jumlah yang sedikit di alam. Emas dan perak memiliki sifat penghantar listrik yang sangat baik sehingga banyak dipakai untuk melapisi konektor-konektor pada perangkat elektronik.

II - 2

Page 3: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Logam berat

Logam berat (heavy metal) adalah logam dengan massa jenis lima atau lebih, dengan nomor atom 22 sampai dengan 92. Logam berat dianggap berbahaya bagi kesehatan bila terakumulasi secara berlebihan di dalam tubuh. Beberapa di antaranya bersifat membangkitkan kanker (karsinogen). Demikian pula dengan bahan pangan dengan kandungan logam berat tinggi dianggap tidak layak konsumsi.

Kasus-kasus pencemaran lingkungan menyebabkan banyak bahan pangan mengandung logam berat berlebihan. Kasus yang populer adalah sindrom Minamata, sebagai akibat akumulasi raksa (Hg) dalam tubuh ikan konsumsi.

Di Indonesia, pernah dilaporkan bahwa ikan-ikan di Teluk Jakarta juga memiliki kandungan raksa yang tinggi. Udang dari tambak Sidoarjo pernah ditolak importir dari Jepang karena dinilai memiliki kandungan kadmium (Cd) dan timbal (Pb) yang melebihi ambang batas. Diduga logam-logam ini merupakan dampak buangan limbah industri di sekitarnya. Kakao dari Indonesia juga pernah ditolak pada lelang internasional karena dinilai memiliki kandungan Cd di atas ambang batas yang diizinkan. Cd diduga berasal dari pupuk TSP yang diberikan kepada tanaman di perkebunan.

Perlindungan terhadap logam dengan cara menerapkan pelapisan pada hakekatnya adalah melindungi logam dari sekeliling sehingga pertukaran ion antara permukaan logam dengan sekeliling dapat dikendalikan. Berdasarkan hal ini maka karakteristik perlindungan dengan menerapkan bahan pelapis ada tiga kelompok yaitu :

- Menerapkan hambatan (barrier) untuk memisahkan logam dari sekeliling

- Melengkapi permukaan logam dengan ”inhibitor kimia” untuk mengendalikan reaksi anodik

II - 3

Page 4: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

- Melengkapi permukaan dengan pelapis yang memiliki sifat proteksi katodik melalui pengubahan daerah anoda menjadi katodaNamun apabila ditinjau dari jenis material yang

digunakan sebagai bahan pelapis mada proses pelapisan dikelompokkan kedalam tiga kelompok yaitu :

- Proses pelapisan logam (metallic coating)- Proses pelapisan konversi (conversion coating)- Proses pelapisan non-metallic (non-metallic coating)

Menerapkan hambatan pada permukaan logam pada hakekatnya adalah memisahkan secara listrik permukaan logam dengan lingkungan (barrier protection). Mengingat sifatnya yang harus mampu memisahkan secara listrik dan agar umur perlindungannya relative panjang, maka sistem pelapisan yang diterapkan harus memadai ketebalannya, impermeabilitas dan dan bebas dari cacat atau diskontinuitas (holiday) lainnya. Pelapis yang termasuk dalam kategori ini misalnya adalah cat, tar, plastic, bitumen dan sejenis gemuk (grease like).

Sedangkan bahan pelapis yang mampu mengontrol reaksi anodic di permukaan logam yang dilindunginya adalah bahan-bahan yang mengandung pigmen. Beberapa jenis pigmen yang digunakan pada bahan pelapis mengendalikan proses korosi melalui pembentukan corrosion-inhibitive chemicals. Bahan kimia ini berasal dari pigmen yang sedikit larut dalam air. Contoh yang lazim dari pigmen jenis ini adalah red-lead yang sejak lama digunakan sebagai aditif pada bahan pelapis yang berbasis pelumas (oil-based coating). Reaksi antara red-lead dengan pelumas menghasilkan larutan inhibitor yang sangat efektif dalam menanggulangi korosi. Selain red-lead, digunakan sebagai inhibitor dari jenis chromat. Namun dewasa ini; penggunaan zinc-chromat sebagai bahan inhibitor dimodifikasi menjadi zinc-molybdate.

II - 4

Page 5: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Upaya yang lain untuk melindungi permukaan logam adalah dengan menerapkan bahan pelapis yang memiliki sifat proteksi katodik. Bahan pelapis

Percobaan galvanisasi ini pada dasarnya menggunakan prinsip elektrolisa. Peristiwa elektrolisa terjadi bila sepasang elektroda dimasukkan dalam larutan elektrolit dan kemudian diberikan beda potensial listrik. Elektrolisa adalah peristiwa terjadinya pemindahan muatan muatan listrik yang bergerak menuju dan meninggalkan elektroda. Perpindahan partikel/muatan dari dan ke elektroda mengakibatkan terjadinya penebalan/penipisan elektroda. Perubahan tebal ini ternyata bergantung pada besar arus listrik yang dipakai dan lamanya peristiwa elektrolisa tersebut. Secara matematis peristiwa ini dapat ditulis :

W = Z.i.t dimana : W = banyaknya penebalan/penipisan [mg] Z = tara kimia listrik logam [mg/coulomb]

i = arus listik [ampere] t = waktu [detik]

Elektrokimia mempelajari tentang reaksi-reaksi yang disertai perpindahan elektron (reaksi redoks). Contoh: bila dua buah lempeng logam misalnya besi dan tembaga dimasukkan dalam larutan elektrolit (misalnya Cu SO4 ) aka reaksi yang terjadi antara logam besi, tembaga dan larutan elektrolit CuSO4 seperti pada contoh di atas disebut sel atau element elektrokimia.

Penyepuhan (Elektroplating) Penyepuhan (electroplating) dimaksudkan untuk

melindungi logam terhadap korosi atau untuk memperbaiki penampilan. Pada penyepuhan, logam yang akan disepuh dijadikan katode, sedangkan logan penyepuhan dijadikan anoda. Kedua elektroda itu dicelupkan dalam larutan garam dari logam penyepuh.

II - 5

Page 6: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

DalaM proses pelapisan logam, penempatan sebuah zat padat (biasanya terdapat pada logam murni atau campuran) umumnya elektrolit dari sebuah larutan oleh sebuah proses yang disebut elektroda positif. Elektroda positif diperoleh selama elektrolisis di dalamsebuah larutan masih berlangsung. Keluar masuknya sebuah eletrolit berjalan pada alfa sebuah elektroda yang disebut anoda dan katoda.

Hubungan dari anoda dengan massa jenis tembaga adalah memberi pendekatan oleh tembaga (I) dibagi dengan daerah permukaan anoda, juga pada katoda massa jenis tembaga, memberi pendekatan dengan tembaga (I) yang dihubungkan dengan daerah katoda, asam sebuah proses pelapisan logam adalah parameter kritis. Dalam elektrolisis, semua ion-ion dalam sebuah larutan membawa tembaga dan kapasitas tembaga tergantung pada konsentrasi dan pengerjaan pada katoda. Dalam sebuah sel elektrokimia terdapat kutub-kutub listrik yang disebut elektroda. Berdasarkan perbedaan reaksi kimia yang terjadi, elektroda pada sel elektrokimia yang dibedakan atas anoda dan katoda. Anoda adalah tempat terjadinya reaksi oksidasi, sedangkan katoda tempat terjadinya reaksi oksidasi. Sel elektrokimia dapat dibedakan menjadi 2, yaitu :

a. Sel volta - terjadi perubahan energi kimia menjadi energi

listrik. - Katoda adalah kutub positif, sedangkan anoda

adalah kutub negatif. b. Sel elektrolisis

- terjadi perubahan dari energi listrik menjadi energi kimia.

- Katoda adalah kutub negatif dan anoda adalah kutub positif.

II - 6

Page 7: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Skema Proses ElectroplatingPerpindahan ion logam dengan bantuan arus listrik melalui larutan elektrolit sehinnga ion logam mengendap pada benda padat yang akan dilapisi. Ion logam diperoleh dari elektrolit maupun berasal dari pelarutan anoda logam di dalam elektrolit. Pengendapan terjadi pada benda kerja yang berlaku sebagai katoda.

Gambar 2.skema proses elektroplating

Reaksi kimia yang terjadi pada proses electroplating seperti yang terlihat pada Gambar 2 dapat dijelaskan sebagai berikut:

Pada KATODA

Reaksi-reaksi di katoda Reaksi dikatoda tergantung pada jenis kation dalam larutan. Jika kation berasal dari logam-logam aktif (logam golongan IA, IIA, Al atau Mn ) yaitu logam-logam yang potensial elektrodenya lebih kecil (lebih negatif dari pada air) maka air yang tereduksi. Contohnya :

II - 7

Page 8: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Pada elektrolisis larutan NaCl (kation Na+), air yang tereduksi bukannya ion Na+

Pada elekrolisis larutan CuSO4 (kation Cu2+). Ion Cu2+ yang tereduksi.

Efisiensi arus katoda sering dipakai sebagai pedoman menilai apakah semua arus yang masuk digunakan untuk mengendapkan ion logam pada katoda sehingga didapat efisisensi 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.(http://google.co.id/d a sar teorielektroplating)

Katoda merupakan kutub negatif yang terjadi reaksi reduksi yang dapat berupa pengendapan logam atau timbulnya gas H2. Bila untuk reaksi ini diperlukan E lebih rendah dari pada untuk timbulnya H2 maka gas tersebut tidak timbul dan zat yang tadi disebut depolarisator.

Kecuali ion dengan bilangan oksidasi diatas ada depolarisator yang bereaksi dengan H seperti

: NaNO3 + 2 H NaNO3 + H20 C6H5NO2 + 6H C6H5NH2 + 2H2O

Reaksi yang lain di katoda : MnO4

- MnO42-

CrO42- Cr3+

Quinone Hidroquinone Nitrobenzena Anilin, dan sebagainya.

(Soekardjo, Kimia Fisika : 436)Mekanisme terjadinya pelapisan logam adalah dimulai

dari dikelilinginya ion-ion logam oleh molekul-molekul pelarut yang mengalami polarisai. Di dekat permukaan katoda,

II - 8

Page 9: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

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 reaski-reaksi kimia, ion-ion logam akan menuju permukaan katoda dan menangkap electron dari katoda, sambil mendeposisikan diri di permukaan 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 (http://google.com/mengenal cara pelapisan).Kation : - Logam aktif (Golongan IA, IIA, Al, Mn) : Air yang tereduksi

Reaksinya : 2H2O (l) + 2e H2 (g) + 2OH- (aq) - Kation lain : Kation tereduksi yaitu

2H+ (aq) +2e H2 (g) Lx+ (aq) + Xe L (S)

Pembentukan lapisan NikelNi2+ (aq) + 2e- →Ni (s)

Pembentukan gas Hidrogen2H+ (aq) + 2e- →H2 (g)

Reduksi oksigen terlarut½ O2 (g) + 2H

+ →H2O (l)

Pada ANODA

Reaksi-reaksi di anoda Elektroda negatif (katoda) tidak mungkin ikut bereaksi selama elektrolisis karena logam tidak ada kecenderungan menyerap elektron ion negatif. Akan tetapi, elektrode positif (anoda) mungkin saja ikut bereaksi, melepas electron dan mengalami oksidasi kecuali Pt dan Au, pada umumnya logam

II - 9

Page 10: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

mempunyai potensial iksidasi lebih besar daripada air atau anion sisa asam. Oleh karena itu, jika anoda tidak terbuat dari Pt, Au atau grafit, maka anoda itu akan teroksidasi.

L (s) LX+ (aq) + XeElektrode Pt, Au dan grafit (c) digolongkan sebagai

electrode inert (sukar bereaksi). Jika anoda terbuat dari electrode inert, maka reaksi anoda bergantung pada jenis anion dalam larutan. Anion sisa asam oksidasi seperti SO42-, NO3- dan PO43- mempunyai potensial oksidasi lebih negatif daripada air. Anion-anion seperti itu sukar dioksidasi sehingga air yang teroksidasi.

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

Jika anion lebih mudah dioksidasi dari pada air, seperti Br- dan I- maka anion itu yang teroksidasi. Reaksi di anoda bergantung pada jenis anoda dan anion.o Jika anoda Inert (Pt, Au, C ) anion : sisa asam oksidasi air

yang teroksidasi dan sisa asam lain atau OH- anion yang teroksidasi.

o Jika anoda tak inert : Anoda yang teroksidasi L (s) LX+ (aq) +Xe

Di anoda yang merupakan kutub positif terjadi oksidasi yang dapat berupa pelarutan logam tau timbulnya gas O2. Bila untuk reaksi ini diperlukan E lebih rendah dari pada untuk timbulnya O2 maka gas tersebut tidak timbul dan zat tadi di sebut depolarisator .

Kecuali ion dengan bilangan oksidasi diatas, ada depolarisator yang bereaksi dengan O seperti :C2H5OH + 2O CH3COOH + H2O

Oksidasi di anoda Fe 2+ Fe3+

II - 10

Page 11: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Sn2+ Sn4+

MnO4- MnO4

-

Cr3+ CrO42-

[Fe(CN)6]4- [Fe(CN)6]3

-

Pelarutan logam dianoda

Bila sebagai anoda di pakai Pt pada elektrolisis menghasilkan O2, yang timbul selalu gas ini. Tetapi bila logamnya lebih aktif ada dua kemungkinan :

-Terjadinya O2

-Pelarutan logamHal ini tergantung dari E logam dan E O2. Umumnya

reaksi pelarutan logam reversible. Hanya untuk Fe, Ni dan Co terdapat overvoltage 0,3-0,4 volt.

Bila rapat arus naik, E logam juga naik, arus dalam larutan turun dan pelarutan logam berhenti. Pada potensial yang tinggi O2 mulai timbul. Ni lebih mudah menjadi pasif dari pada CO dan CO lebih pasif dari pada Fe. Pasifnya logam-logam disebabkan karena lapisan oksida pada permukaan.(Soekardjo, Kimia Fisika : 435)

Cell elektrokimia dapat mempunyai dua fungsi :a). Mengubah tenaga kimia menjadi tenaga listrik b). Mengubah tenaga listrik menjadi tenaga kimia

Misalnya : a). Cell kering, accumulator b). Pengisian accu, elektrolosis

Cell ialah susunan dua elektroda dengan elektrolit yang menghasilkan tenaga listrik akibat reaksi kimia dalam cell. Batery ialah gabungan dua cell atau lebih dalam susunan parallel atau seri.

Cell dapat bersifat reversible dan irreversible. Cell disebut reversibel bila :

- Reaksi dalam cell bersifat reversible

II - 11

Page 12: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

- Proses dapat dibalik, hanya dengan tenaga luar yang sedikit lebih besar.Cell yang tidak memenuhi hal ini disebut irreversible.

Contohnya :

Zn / ZnCl2 / AgCl / Ag

Reaksi : Zn Zn2+ + 2e 2AgCl (s) + 2e 2Ag- + 2Cl-

Zn + 2AgCl 2Ag + Zn2+ + 2Cl-

Reaksi dapat berjalan sebaliknya dengan tenaga luar sedikit lebih besar :

2Ag + Zn2+ + 2Cl- Zn + 2AgCl

Cell irreversible : Zn / H2SO4 / Ag

Reaksi : Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2

Bila ada tenaga luar :

2Ag (s) + H2SO4 Ag2SO4 + H2

Ini berarti reaksi tidak dapat berjalan reversible meskipun adanya tenaga luar menyebabkan terjadinya reaksi.

PolarisasiJenis Polarisasi

Polarisasi dibagi menjadi dua : Polarisasi konsentrasi yang disebabkan oleh

perubahan konsentrasi di sekitar elektroda Polarisasi over voltage atau tegangan tinggi

lebih disebabkan oleh jenis elektroda dan proses yang terjadi dipermukaan.

II - 12

Page 13: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Perbedaan konsentrasi pada kedua elektroda akibat elektrolisis, menyebabkan timbulnya bedapotensial. Beda potensial ini dapat melawan E luar. Perbedaan ini diperkecil oleh adanya aliran ion dan difusi. Juga dengan jalan pengadukan polarisasi konsentrasi dapat dieleminir.

Over voltage dapat terjadi di katoda atau anoda. Over voltage di katoda untuk logam hanya kecil. Over voltage logam Fe, Co, Ni, Zn, Cu, dan Cd, kecuali pengaruh logamnya, juga dipengaruhi oleh anion, adanya asam-asam, koloid dan sebagainya. Over voltage lebih besar pada larutan kompleks daripada larutan garam.

Untuk hidrogen, bagi elektroda Pb dilapisi Pt hitam dengan rapat arus 0, besarnya voltase = 0. Dengan naiknya rapat arus, over voltage juga naik. Untuk logam lain lebih besar daripada Pt hitam. Pengaruh rapat arus dinyatakan rumus :

I = rapat arusKecuali rapat arus over voltage juga dipengaruhi oleh

temperatur, tekanan, halus kasarnya elektroda, ketidakmurnianelektroda. Over voltage untuk halogen pada anoda sangat kecil. Untuk rapat arus 1000 m amp/cm2 adalah sebagai berikut:

Tabel I.1.1. Over Volatage pada HalogenUnsur Pt-Pt hitam Pt halus GrafitCl2 0.07 0.24 0.50Br2 0.20 0.40 0.33I2 0.20 0.22 0.70

Over voltage untuk oksigen ternyata besar. Dari tabel berikut ternyata over voltage lebih besar pada logam-logam seperti Pt dan Au daripada logam seperti Ag, Ni, hal ini berlawanan dengan hidrogen. Overvoltage juga dipengaruhi:

II - 13

Page 14: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Current density ( 1/cm2 naik maka 0 V naik) Temperatur ( t naik maka 0 V turun) Ion OH- pada larutan basa Dari larutan asam tidak tergantung pelarut

Tabel I.1.2 Tegangan lebih oksigen pada 25oC (volt)1(m amp/cm2)

Pt-Pt hitam Pt halus Ag Ni

1 0.40 0.72 0.58 0.3510 0.85 0.85 0.73 0.5250 1.16 1.16 0.91 0.67100 0.64 1.28 0.98 0.73

(Sukardjo, Kimia Fisika : 430)

Pengendapan Logam dan over voltase hidrogen di katodaBila larutan garam di elektrolisis dapat terjadi:

Pengendapan logam Gas hidrogen

Mana yang terjadi tergantung besarnya potensial yang diperlukan untuk deposisi logam atau timbulnya gas H2.Bila : Potensial pelucutan logam < potensial pelucutan H2, maka

logam mengendap lebih dulu.Bila : Potensial pelucutan logam < potensial pelucutan H2, maka

logam mengendap lebih dulu.Keperluan tenaga untuk mengendapkan Ag lebih kecil

daripada untuk menimbulkan gas H2, maka Ag mengendap lebih dulu. Demikian pula untuk logam-logam lain di bawah H pada seri elektrokimia makin sukar mengendap.

Untuk logam di atas Hdalam elektrokimia, misal untuk ZnCl2 1 M :

EZn = EoZn = - 0,76 V (reduksi)

EH2 = - 0,41 VEZn lebih negatif daripada EH2, maka Zn2+ lebih sukar dilucuti daripada H+.

II - 14

Page 15: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Umumnya reaksi pelarutan logam reversibel, hingga tidak besar beda E yang dipakai dengan E logam. Hanya untuk Fem Ni, dan Co terdapat over voltage 0,3 – 0,4 V.

Bila rapat arus naik, E logam juga naik, arus dalam larutan turun dan pelarutan berhenti. Pada potensial yang tinggi O2 mulai timbul. Ni lebih mudah menjadi pasif daripada Co, dan Co lebih pasif dari Fe. Pasifnya logam karena lapisan oksida pada permukaannya (Sukardjo, Kimia Fisika : 433)

Oksidasi dan Reduksi ElektrolisisPada saat elektrolisis, peristiwa yang terjadi dielektroda

ialah reaksi redoks. Di katode : Reaksi reduksi, ini dapat berupa

pengendapan logam atau timbulnya gas H2

(kutub negatif) Di Anoda : Oksidasi,ini dapat berupa larutan

logam atau timbulnya gas O2 (kutub positif)Peristiwayang terjadi tidak selalu hal di atas, tetapi dapat

setiap reaksi reduksi seperti :Fe2+ Fe3+ + eSn2+ Sn4+ + 2eBila untuk reaksi ini diperlukan E lebih rendah

daripada untuk timbulnya H+ atau O2-, maka gas tersebut tidak timbul dan zat tadi disebut depolarisator. Kecuali ion dengan oksidasi di atas ada depolarisator yang bereaksi dengan H dan O. Seperti :

NaNO3 + 2H NaNO2 + H2O katodaC6H5NO2 + 2H C6H5NH2 + 2H2O katodaC2H5OH + 2O CH3COOH + H2O katoda

Sel-sel Perdagangan

II - 15

Page 16: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Sel primer adalah sel yang setelah mengeluarkan arus tidak dapat dipakai lagi. Sel sekunder adalah sel yang setelah mengeluarkan arus dapat dipakai lagi, setelah diisi dengan arus dari luar.

Sel Kering atau leclanche (primer)Kutub Negatif (Logam Zn)

Zn Zn2+ + 2eKutub Positif (C dilapisi pasta NH4Cl dan ZnCl2 serta MnO2)

2MnO2 + H2O + 2e Mn2O3 + 2OH-

E = 1,5 VTotal : Zn + 2MnO2 + H2O Mn2O3 + Zn2+ + 2OH-

OH- ditarik oleh NH4Cl2OH- + 2NH4Cl 2NH3 + 2Cl- + 2H2ONH3 yang terjadi ditarik ZnCl2

ZnCl2 + 4NH3 [Zn(NH3)4]Cl2

Accumulator (Sekunder)Kutub negatif : Elektroda PbKurub positif : Elektroda Pb dilapisi PbO2

Elektrolit = H2SO4 20 %, BJ = 1,15Reaksi di katoda :

Pb Pb2+ + 2ePb2+ + SO4

2- PbSO4

Total :Pb + PbO2 + SH2SO4 2PbSO4 + 2H2OE = 2,0 V

Reaksi diatas reversibel dan setelah mengeluarkan arus accu dapat diisi kembali.

Sel Edison (Sekunder)Katoda = FeAnoda = Ni dilapisi Ni2O3 (sesqui oksida)Elektrolit = larutan KOH 21% berat ditambah LiOH

II - 16

Page 17: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Reaksi :E = 1,3 VFe + 2OH- FeO + H2O + 2eNi2O3 + H2O + 2e 2NiO +2OH +Fe (s) + Ni2O3 (s) FeO (s) + 2NiO

Sel ElektrokimiaSel elektrokimia dapat mempunyai dua fungsi :

Mengubah tenaga kimia menjadi tenaga listrik Mengubah tenaga listrik menjadi tenaga kimiaMisal :

1. Sel kering, aki2. Pengisian aki, elektrolisis

Sel adalah susunan dua elektroda dengan elektrolit yang menghasilkan tenaga listrik akibat reaksi kimia dalam sel. Baterai ialah gabungan dua sel atau lebih dalam susunan paralel atau seri. Sel dapat bersifat reversibel bila :

Reaksi dalam sel bersifat reversibel Proses dapat dibalik hanya dengan tenaga luar

yang sedikit lebih besarSel tidak memenuhi hal ini disebut irreversibel

Sel ReversibelZn/Zn Cl2/Ag Cl/Ag

Reaksi :Zn Zn2+ + 2e2AgCl (s) + 2e 2Ag + 2Cl- +Zn + 2AgCl 2Ag + Zn2+ + Cl-

Sel IrreversibelZn/H2SO4/Ag

Reaksi :Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2

Bila ada tenaga luar :

II - 17

Page 18: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

2Ag (s) + + H2SO4 Ag2SO4n + H2

ini berarti tidak dapat berjalan reversibel meskipun adanya tenaga luar menyebabkan terjadinya reaksi.

1. Sel kimia Tidak dengan transference Dengan transference

2. Sel konsentrasi Tidak dengan transference Dengan transference

Sel Kimia tidak dengan TransferenceSel kimia tanpa liquid function/transference terdiri atas

dua elektroda elektrolit. Elektrolitnya sedemikian hingga elektroda yang satu seimbang dengan kation yang lain dengan anion. Sel kimia tanpa liquid function dapat digunakan untuk menetapkan potensial elektroda standart dari sel atau elektroda, dan juga dapat untuk menentukan koefisien aktivitas rata-rata.

Sel Kimia dengan TransferenceEmf dalam sel ini juga berasal dari reaksi kimia, tetapi

antara kedua elektrolit terdapat liquid function / cairan penghubung. Secara tidak teliti tidak dapat dikatakan emf sel ialah jumlah potensial elektroda dari kedua elektroda. Hal ini memang tidak tepat, sebab adanya liquid function menyebabkan terjadinya potensial function Ej, akibat difusi ion-ion melalui batas kedua larutan.

Esel = E1 + E2 + E3

Sebagai liquid function biasanya dipakai larutan KCl 1 N atau jenuh. Liquid function ini disebut juga salt bridge. Dipakainya larutan KCl sebagai salt bridge tadi, berdasar kenyataan bahwa kecepatan ion K+ hampir sama Cl-, hingga potensial function dibuat sekecil mungkin.

Sel Konsentrasi Tanpa Transference

II - 18

Page 19: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Emf sel konsentrasi tergantung dari perpindahan zat dari elektroda satu ke elektroda lain, karena perbedaan konsentrasi. Sel ini tanpa transference.

Sel Konsentrasi dengan TransferenceUntuk sel :H2 (g. 1 atm) / HCl (a1) / HCl (a2)/H2 (g. 1 atm)

Reaksi :H2 (g. 1 atm) 2H+ (a1) + 2e2H+ (a2) + 2e H2 (g. 1 atm) +2H+ (a2) 2H+ (a1)

Elektron dihubungkan luar berjalan dari kiri ke kanan, dalam sel dari kanan ke kiri melalui liquid function. Elektron ini dibawah ion Cl- tidak berjalan sendiri. Sebaliknya ion H+ bergerak dari kiri ke kanan jugalewat liquid function. (Dr. Suhardjo, 1997, Kimia Fisika).

Potensial tunggal elektrodeSuatu cell terdiri dari dua elektrode yang dihubungkan.

Emf cell juga merupakan jumlah dari kedua potensial tunggal elektrode. Sebenarnya yang dapat diukur bukan jumlah absolut kedua potensial tunggal elektrode tetapi beda potensial antara keduanya. Untuk dapat menentukan besarnya potensial tunggal elektrode suatu elektrode. Elektrode ini dihubungkan dengan elektrode pembanding dan emf cell diukur. Sebagai elektrode pembanding mula-mula di pakai elektrode hidrogen.

Elektroda hidrogen terdiri dari elektroda Pt yang dilapisi Pt hitam, dimasukkan dalam larutan asam dengan + = 1 dan dialiri gas H2 dengan tekanan 1 atm. Pada semua temperature E2 = 0. Elektrode ini sukar dibuat dan digunakan saat ini.

Elektroda hidrogen telah distandarisasi dengan elektrode hidrogen. Yang banyak dipakai ialah elektroda kalomel yang

II - 19

Page 20: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

terdiri dari air raksa yang diatasnya di tutup dengan kalomel dan larutan KCl yang dipakai ada :

- Elektrode kalomel 0,1 N- Elektrode kalomel 1,0 N- Elektrode kalomel jenuh

Larutan KCl yang dipakai 0,1 N ; 1,0 N ; dan jenuh. Bila KCl jenuh dipakai, diberikan pula Hg2Cl2 dan diatasnya diberi KCl padat. Untuk 0,1 N ; 1,0 N ; dan jenuh yang berlainan yang terbesar terdapat pada 0,1 N. Reaksi elektrodenya :Hg2Cl2 (s) + 2e 2Hg(l) + 2Cl- (c=x)E kal (25C) 0,3338 (0,1N)

0,2800(1,0N) 0,2415(satd)

Tabel I.1.3 POTENSIAL ELEKTRODE KALOMEL Elektroda Simbol E ReaksiKal 0,1 N Hg/Hg2Cl2 (s)

KCl (0,1N)E = 0,3338-7x10-5 (t-25)

Hg2Cl2 + 2e 2Hg + 2Cl- (0,1N)

Kal 1,0N Hg/Hg2Cl2 (s)KCl (1,0N)

E = 0,2800-2,4x10-4 (t-25)

Hg2Cl2 (s) + 2e 2Hg (l) + 2Cl-

Kal satd Hg/Hg2Cl2 (s)KCl (satd)

E = 0,2415-7,6x10-4 (t-25)

Hg2Cl2 (s) + 2e 2Hg (l0 + 2Cl- (satd)

Perhitungan potensial tunggal elektrodeUntuk menentukan besarnya E suatu elektrode,

elektrode ini dihubungkan dengan electrode kalomel dan emf diukur. Kecuali emf juga dapat diketahui aapakah elektrode tersebut negatif atau positif terhadap elektrode kalaomelMisalnya :a). Cd/Cd++ (a=1) // KCl (1N), Hg2Cl2 (s)/Hg

II - 20

Page 21: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

emf = 0,6830 volt

Cd Cd++ + 2e ECd Hg2Cl2 + 2e 2Hg + 2CL- Ekal Cd + Hg2Cl2 2Hg + Cd++ + 2Cl-

Emf = E Cd + EKalECd + Ekal = 0,6830 ECd = 0.6830- Ekal = 0,6830-0,2800 = 0,4030 volt

b). Hg/Hg2Cl2 (s), KCl (1N) // Cu++ (a=1)/Cu emf = 0,00570 volt

2Hg + 2Cl- Hg2Cl2 + 2e E = -0,2800 volt Cu + 2e Cu E = ECu

2Hg + 2Cl- + Cu++ Cu + Hg2Cl2 Emf= 0,0570 volt

ECu-0,2800 = 0,0570 ECu = 0,0570 + 0,2800 ECu = 0,3370 volt

Perhitungan emfBesarnya emf dapat dicari dari potensial tunggal elektrode. Hanya disini harus diingat, bahwa emf dari suatu cell selalu positif. Bila susuna cell sedemikian hingga emf negatif, maka reaksinya harus dibalikMisal : Cd/Cd++ (a=1) // Cu++ (a=1) /Cu

Reaksinya : Cd Cd++ + 2e ECd = 0,4030 Cu++ + 2e Cu ECu = 0.3370

II - 21

Page 22: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Cd + Cu++ Cu + Cd++ Emf = 0,740volt

Emf positif, jadi reaksi diatas sudah benar. Bila reaksi dibalik akan salah sebab Emf negatif.

Pengukuran EMFElektromotive force ialah beda potensial yang

menyebabkan arus mengalir dari elektrode dengan potensial tinggi ke elektrode dengan potensial rendah. Emf dinyatakandalam volt.

Besarnya Emf dapat ditentukan dengan memakai voltmeter, yang diletakkan dalam hubungan listrik. Keberatannya ialah bahwa dengan cara ini ada arus cell hingga emf yang terukur buka emf sesungguhnya.

Dasar potensiometer ialah prinsip kompensasi dari poggendroff . Untuk itu dipakai cell dengan emf yang dipasang berlawanan arah hingga arus saling mengimbangi.

Pembentukan gas oksigenH2O (l) →4H

+ (aq) + O2 (g) + 4e-

Oksidasi gas HidrogenH2 (g) →2H+

(aq) + 2e-

Mekanisme terjadinya pelapisan logam adalah dimulai dari dikelilinginya ion-ion logam oleh molekul-molekul pelarut yang mengalami polarisai. Di dekat 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 reaski-reaksi kimia, ion-ion logam akan menuju permukaan katoda dan menangkap electron dari katoda, sambil mendeposisikan diri di permukaan katoda. Dalam kondisi equilibrium, setelah ion-ion mengalami discharge menjadi atom-atom kemudian akan

II - 22

Page 23: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

menempatkan diri pada permukaan katoda dengan mula-mula menyesuaikan mengikuti susunan atom dari material katoda.

c. Demikianlah secara ringkas mekanisme pelapisan logam, pada artikel berikutnya akan dibahas lebih dalam lagi tentang proses chrome plating dan pelapisan lainnya

Elektrolisis Elektrolisis adalah hantaran listrik melalui larutan yang

disertai oleh suatu reaksi. Reaksi elektrolisis tergolong reaksi redoks tidak spomtan. Reaksi itu dapat berlangsung karena pengaruh energi listrik. Jadi pada elektrolisis terjadi energi listrik menjadi energi kimia. Elektron (listrik) memasuki larutan melalui kutub negatif (katoda). Spesi tertentu dalam larutan menyerap electron dari katoda dan mengalami reduksi. Sementara itu spesi lain melepas elektron di anoda dan mengalami oksidasi. Jadi, sama seperti sel volta reaksi di katoda adalah reduksi, sedangkan reaksi di anoda adalah oksidasi. Akan tetapi, muatan elektrodanya berbeda. Pada sel volta, katoda bermuatan positif, sedangkan pada anoda bermuatan negatif. Pada sel elektrolisis katoda bermuatan negatif sedangkan anoda bermuatan positif.

Reaksi Pada Elektrolisis Pada sel elektrolisis reaksi mulai pada katoda, yaitu tempat arus masuk:

1. Reaksi pada katoda. Pada katoda terjadi reaksi reduksi. Ion-ion positif atau

kation electron-elektron yang bersumber dari sumber arus. Zat yang terbentuk dari reaksi ini akan melekat pada batang katoda kecuali bila pada zat yang dihasilkan berbentuk gas. Apalagi zat hasil reaksi berfase gas. Maka akan keluar sebagai gelomban-gelombang di sekitar batang katoda yang selanjutnya akan

II - 23

Page 24: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

bergerak ke permukan larutanelektrolit. Dalam larutan, ion positif menuju ke katoda dan ion negatif menuju ke anoda. a. Ion Hydrogen (H+ ) Ion hydrogen direduksi menjadi molekul gas hydrogen Reaksi : 2H+ + 2e H2 b. Ion logam Pada elektrolisis larutan garam. Ion-ion dibedakan atas : * Ion logam alkali / alkali tanah

Ion alkali / alkali tanah seperti Li+, Na+, K+, Ba2+, Sr2+, dan Ca2+ tidak dapat mengalami reduksi ( logam-logam ini reaktif terhadap air) sebagai ganti air akan mengalami reaksi reduksi. * Ion logam selain alkali / alkali tanah

Ion logam-logam selain alkali dan alkali tanah seperti Ni2+, Zn2+, Cu2+ akan tereduksi menjadi atom-atom logam yang akan melekat pada katoda. Contoh : Cu2+ + 2e Cu

Ni2+ + 2e Ni Au3+ + 3e Au Jika yang dielektrolisis, maka ion logam menyusun garam

tersebut akan direduksi menjadi logam. Contoh : Ion Na+ pada elektrolisis leburan cairan NaCl akan direduksi menjadi logam Na : Na2+ + 2e Na

2. Reaksi pada anoda Pada anoda terjadi reaksi oksidasi. Ion-ion negatif akan

tertarik oleh anoda (kutub positif), karena itu ion negatif disebut atom. Reaksi yang terjadi pada anoda sangat dipengaruhi oleh anion dan jenis elektroda yang digunakan. Jika anoda terbuat dari elektroda inert (elektroda yang tidak ikut bereaksi) seperti Pt, C, dan Au maka ion negatif dan air akan teroksidasi. Ion-ion yang akan dioksidasi pada anoda antara lain : a. Ion hidroksil (OH) Ion hidroksil akan teroksidasi menjadi H2O dan O2 Reaksinya : 4OH 2H2O + O2 + 4e

II - 24

Page 25: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

b. Ion sisa asam * Ion sisa asam yang tidak beroksigen seperti : Cl, Br, I, akan teroksidasi menjadi gasnya (Cl2, BR2, I2) Contoh : 2Cl Cl2 + 2e * Ion sisa asam yang beroksigen seperti SO4

, NO3, PO43- , dan lain-

lain tidak akan teroksidasi. Sebagai gantinya air yang akan teroksidasi menjadi H+ dan O2

Reaksinya : 2H2O 4H+ +O2 + 4e Jika anodanya dari logam lain (bukan Pt, C, atau Au) maka anoda akan mengalami oksidasi menjadi ionnya. Contoh : jika anoda terbuat dari Ni, maka Ni akan teriksidasi menjadi Ni2+

2H+ (a2) + 2e H2 (g. 1 atm) Atau ; H+ (a2) H+ (a1) a1>a2

Elektron dihubungkan dengan luar bergerak dari kiri ke kanan, dalam cell dari kanan ke kiri melalui liquid junction. Electron ini dibawa oleh ion CL- . Sebaliknya, ion H+ bergerak dari kiri ke kanan juga melalui liquid junction. Hal ini berarti bahwa reaksi tidak dapat berjalan reversible, meskipun ada tenaga luar.

Cell elektrokimia terdiri atas dua buah elektroda yang dimasukkan dalam larutan yang berisi ion-ion yang bersangkutan. Ada dua jenis cell elektrokimia : a. Cell kimia * Tidak dengan transference *Dengan transference

b. Cell konsentrasi *Tidak dengan transference *Dengan transference1. Cell kimia dengan transference

Emf dalam cell ini juga berasal dari reaksi kimia, tetapi antara kedua elektrolit terjadi liquid junction / cairan penghubung.

II - 25

Page 26: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

E cell = E1 + E2 + EJ

Sebagai liquid junction biasanya dipakai KCL 1N atau jenuh liquid junction ini juga disebut salt bridge. Dipakai larutan KCL sebagai larutan salt brige, berdasarkan kenyataan bahwa kecepatan ion K+ hampir sama dengan CL- , hingga potensial junction dapat dibuat sekecil mungkin. 2. Cell konsentrasi tanpa transference

Emf cell konsentrasi tergantung dari perpindahan zat dari elektroda satu ke elektroda lain, karena perbedaan konsentrasi. 3. Cell konsentrasi dengan transference Untuk cell : H2 (g. 1 atm ) / HCL (a1) / HCL (a2) / H2 (g. 1atm) Reaksi : H2 (g.1atm) 2H+ (a1) + 2e

107.880 : 0, 00118 = 96496 Listrik sebesar ini disebut 1 faraday. Jadi satu faraday adalah jumlah listrik yang diperlukan untuk mendapatkan 1 gram ekivalen zat dari larutannya. Hukum Faraday II : “Massa berbagai zat yang terjadi selama elektrolisis berbanding lurus dengan berat ekivalensinya (ME)”. 4. Cell elektrokimia Cell elektrokimia mempunyai dua fungsi : *Mengubah tenaga kimia menjadi tenaga listrik. *mengubah tanaga listrik menjadi tanaga kimia. Misal : 1. cel kering, accumulator

2. pengisian accu, elektrolisis Cell adalah susunan dua elektrode dengan elektrolit,

yang menghasilkan tenaga listrik akibat reaksi kimia dalam cell. Baterray adalah gabungan dua cell atau lebih dalam susunan pararel atau atau seri. Sel dapat bersifat reversible bila: *Reaksi dalam cell cell bersifat reversible

II - 26

Page 27: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

*Proses dapat dibalik hanya dengan tanaga luar yang sedikit lebih cell tidak memenuhi hal ini disebut irreversible. Cell reversible. Zn/Zn Cl2/Ag Cl/Ag Reaksi : ZnZn2+ + 2e

2 AgCL (s) +2e 2 Ag + 2Cl-

------------------------------------- Zn + 2 AgCl 2 Ag + Zn2+ +CL-

Cell irreversible Zn/H2SO4 + H2

Bila ada tenaga luar : 2 Ag (s) + H2SO4 Ag2SO4 + H2

Umumnya, potensial dari sebuah elektroda logam sebelumnya lebih positif ketika konsentrasi dengan ion-ion logam meningkat dan dapat berubah-ubah. Berdasarkan mudah tidaknya melepas electron, dalam suatu larutan maka disusunlah urutan deretan tegangan logam-logam sebagai berikut : Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au Sehingga : (1) Ke kiri makin mudah melepas electron makin elektropositif makin mudah dioksidasi (reduktor makin kuat) makin sukar direduksi. (2) Ke kanan makin mempertahankan electron makin elektronegatif makin mudah direduksi (oksidator makin kuat) makin sukar dioksidasi. Oleh karena itu dalam reaksi penggaraman logam-logam sebelah kiri mampu mengusir logam yang lain yang tertata di sebelah kanannya. (underwood, AI, “ Analisa Kimia Kuantitatif “, 1993, hal 338 – 342) Hukum Faraday

Hukum faraday I :

II - 27

Page 28: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

“Massa zat yang terjadi akibat reaksi kimia elektroda berbanding lurus dengan jumlah listrik yang lewat larutan selama elektrolisis”

Untuk perak telah didapatkan bahwa 1 coulumb menghasilkan 1.118 mgr perak. Untuk mendapatkan 1 grek Ag atau 107.880 gram perak, diperlukan sekitar :

Dalam elektrolisis reaksi yang terjadi tergantung pada pengalihan electron pada elektroda, karena itu sama artinya dengan reaksi reduksi oksidasi. Di anoda, ion negatif dalam larutan dapat kehilangan elektronnya membentuk spesis netral. Atau atom dari elektroda dapat melepas elektronnya dan pindah ke larutan sebagai ion negatif. Kedua hal tadi adalah reaksi oksidasi.

Di katoda, ion positif dalam larutan dapat mengambil electron dalam membentuk sepsis netral. Jadi reaksi katoda, reaksi reduksi. Pada elektrolisis biasa kita menggunakan elektroda yang sama, hal ini dimasukkan dalam larutan yang bersangkutan disinilah letak elektroda yang sama. Pada potensial elektroda bila batang logam dicelupkan dalam pelarut polar, mula-mula akan terjadi ionisasi dalam logam tersebut. Tetapi pada suatu saat akan terjadi suatu kesetimbangan akibatnya terjadi beda potensial akan batang logam dengan larutan.

Tiap-tiap logam mempunyai beda potensial tertentu yang tidak sama dengan logam lainnya. Hal ini tergantung pada kecenderungan logam-logam tersebut melepas atau mempertahankan elektronnya. Berikut dijelaskan besarnya potensial antara logam dan larutan dari ion dalam persamaan Nerst. Persamaan Nerst : E= Eo + (0.059 / n) log Mn+ Dengan : E = potensial elektroda dari suatu elektrokimia

Eo = standard potensial elektroda e = Nomor (koefisien dari electron)

II - 28

Page 29: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Dimana pada persamaan ini terletak pada suhu 250 . persamaan Nerst menunjukkan bagaimana potensial elektroda berubah dengan konsentrasi (lebih/kurang) dari substansi. Oleh karena itu reaksi elektroda logam berubah dengan elektroda. Contoh untuk reaksi dengan elektroda logam Sn2+ + 2e Sn adalah sebagai berikut : E = -0,136 + 0,0259 log Sn2+

Reaksinya : Ni Ni2+ + 2e Penghantaran elektrolit tidak hanya deapat berlangsung

dalam larutan elektrolit, tapi dapat juga berlangsung pada leburan leburan elektrolit. Leburan NaCl , misalnya dapat menghasilkan arus listrik sebab dalam leburan NaCl terdapat Na+

dan Cl- dalam keadaan bebas, tidak terlibat dalam kisi kristal. Itulah sebanya ion-ion dapat menghantarkan arus listrik.

Bila dua keeping lempeng dicelupkan ke dalam leburan NaCl, kemudian lempeng dihubungkan dalam kutu positif dan kutub negatif dari serangkaian bateray, maka terjadilah peristiwa elektrolisis. Lempeng dihubungkan dengan kutub positif disebut elektroda positif atau anoda , sedangkan elektroda yang dihubungkan dengan kutub negatif disebut elektroda negatif atau katoda. Ion-ion Na+ bergerak ke arah anoda, karena ion positif dinamakan kation. Sebaliknya ion-ion Cl- bergerak ke anoda, karena itu ion-ion negatif dinamakan anion.

Katoda mengandung kelebihan electron sehingga setelah ion Na+ mencapai katoda maka mengikat electron dan dinetralkan menjadi logam natrium. Sebaliknya pada anoda kekurangan electron, maka setelah ion Cl- mencapai anoda ia menyerahkan electron dan di ubah menjadi atom Cl kemudian membentuk gas Cl2 .

Bila semua reaksi yang terjadi dalam elektrolis leburan NaCl maka diperoleh persamaan reaksi sebagai berikut : NaCl Na+

(1) + Cl- (1)

Na+ (1) + e Na (1)

Cl-(1) ½ Cl2 (g) + e

----------------------------

II - 29

Page 30: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

NaCl (1) Na(1) + ½ Cl2 (g)

Logam natrium yang dihasilkan pada katoda dan gas klor yang dihasilkan pada anoda dapat bereaksi membentuk kembali natrium klorida. Untuk mencegah terjadinya reaksi maka perlu diberi pemisah antara anoda dengan katoda, pemisah itu harus dapat dilalui oleh ion-ion Na+ dan Cl- dan dapat dinamakan diafragma.

Hukum Faraday II“ Massa berbagai zat yang terjadi selama elektrolisis

berbanding lurus dengan berat ekuivalennya (ME)”.Dengan Rumus:W1 : W2 = e1 : e2 atauW : W = Ar1 ; Ar2 =========== W1 .V1 = W2 . V2

v1 v2

Ar1 Berat Cu : Berat Ag ; Berat Cl2 --- BECU : BEAg : BECl

Menurut Milikan, muatan 1 elektron 1,692 x 10-11 coloumb, jadi jumlah elektron dalam faraday: 96. 494----------------- = 6, 023 x 1023 elektron (bil Avogadro)1, 602 x 10-11

Jadi 1 faraday sesuai dengan 6, 023 x 1023 partikel dengan muatan tunggal atau 1 grek zat. Atas dasar hukum faraday dapat dibuat alat untuk menentukan jumlah listrik, yaitu coulometer. Berat Ag yang terjadi dapat diketahui dengan penimbangan mangkuk sebelum dan sesudah.

Eg = ---------- x i x t

FCoulometer Cu = coulometer Ag

Coulometer Iodin = memakai larutan KI, I2 yang terjadi dapat dititer dengan Na2S2O3

Reduksi dan oksidasi Elektrolit

II - 30

Page 31: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Proses yang terjadi pada elektroda bukan hanya merupakan pengendapan logam atau timbulnya gas hidrogen di sulfit pada katoda dan terjadi pelarutan logam dan timbulnya gas oksigen pada anoda, melainkan juga mungkin terjadi reaksi reduksi pada katoda dan reaksi oksidasi pada anoda. Jika reaksi oksidasi dan reduksi demikian terjadi pada potensial yang lebih rendah daripada yang diperlukan untuk timbulnya gas oksigen dan hidrogen, maka pembentukan as itu akan dihindarkan dan zat tadi dinamakan depolisator.Contoh depolisator yang bereaksi dengan hidrogen pada katoda adalah

NaNO3 + 2H+ --------------- NaNO3 + H2OC6H5NO2 + 2H+ -------------- C6H5NH2 + 2H2O

Sedangkan contoh depolisator yang bereaksi dengan oksigen pada anoda adalah C2H5NO2 + 2O2 ------------- CH3COO + H2OPada elektrolisis biasa potensial elektroda dicelupkan ke dalam pelarut polar. Mula – mula akan terjadi ionisasi dalam logam tersebut. Tetapi suatu saat terjadi kesetimbangan akibat terjadinya beda potensial batang logam dengan larutan.

PolarisasiPolarisasi merupakan teknik analitis berdasarkan

elektrokimia. Missal pada elektroda merkuri sebagai katoda dan anoda yang tak terpolarisasi dan cuplikan yang encer. Ketika setiap bahan tereduksi pada katoda maka diperolah peningkatan arus. Polarisasi berguna untuk mendeteksi logam dalam jumlah kecil dan untuk menyelidiki kompeks yang tersolvasi.

Solvasi ialah interaksi ion dari zat terlarut dengan molekul pelarutnya. Yang hanya terjadi pada pelarut polar. Misalnya NaCl dilarutkan dalam air maka ion na tertarik oleh molekul air dengan atom O yang negative mengarah Na+ positif. Dan dapat juga terjadi pembentukan ikatan koordinat. Solvasi

II - 31

Page 32: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

yang pelarutnya disebut hidrasi. Polarisasi dibagi menjadi 2 macam, yaitu:

1. Polarisasi konsentrasi disebabkan perubahan konsentrasi di elektroda yang menyebabkan timbulnya beda potensial.

2. Polarisasi over – voltage (tegangan lebih) disebabkan oleh jenis elektroda (anoda & katoda) dan proses terjadinya.

Pemisahan logam secara elektrolitJika ada perbedaan potensial yang cukup, maka logam

dapat dipisahkan secara elektrolit dari ion hydrogen didalam larutan dan juga dari logam lainnya. Perbedaan potensial yang memenuhi sekitar 0, 2 volt.

Dengan cara seperti ini, maka Ag dapat dipisahkan dari Cu , Cu dari Cd dan Cd dari Zn. Pertama – pertama diatur potensial elektrolisis untuk paling tinggi kemudian menuju ke potensial paling rendah. Untuk menghindari timbulnya gas seperti gas hidrogen di sulfide pada katoda, perlu mengatur keasaman larutan.

Jika dua logam memiliki potensial elektrolisis yang sama maka kedua logam tersebut akan mengendap bersama – sama. Untuk menghindari hal tersebut maka ion – ion logam ini dibuat kompleks. Misalnya dibuat kompleks dengan ion sianida.

Jika logam inert seperti Pt, C digunakan sebagai anoda dalam elektrolisis. Larutan yang hanya menghasilkan gas oksigen, maka hasil pada anoda adalah selalu gas oksigen. Tetapi jika dipakai gas yang lebih aktif, maka pada anoda dapat menghasikan dua kemungkinan yaitu larutan logam atau gas oksigen. Namun karena over voltage maka oksigen pada kebanyakan logam akan tinggi, jadi hanya platina dan emas yang menhasilkan oksigen. Sedangkan pada logam – logam lain akan larut dalam proses anoda yang menghsilkan ion – ion logam.

II - 32

Page 33: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Pada umumnya reaksi pelarutan logam dalam keadaan seimbang, sehingga potensial yang diperlukan untuk proses hanya sedikit lebih positif daripada potensial logam itu sendiri. Untuk Fe, Ni, Co kelebihan potensial itu hanya sekitar 0, 3 sampai 0, 4 volt.

Potensial logam akan naik apabila rapat arusnya dinaikkan sehingga arus dalam akan turun dan proses akan berhenti. Pada potensial yang tinggi gas oksigen mulai timbul dank arena terbentuknya lapisan oksida pada permukaan logam maka logam – logam akan menjadi pasif. Logam Ni lebih mudah menjadi pasif dairpada Co serta Co lebih mudah pasif daripada Fe.

Dalam reaksi reversible jalan reaksi dapat dibalik hanya dengan menambahkan sedikit energi luar ( Eo). Energi luar (Eo) yang dipakai dalam pelapisan logam harus lebih besar sebab untuk mengatasi reaksi irreversible dari cell. Kelebihan ini disebut juga voltase polarisasi dan prosesnya disebut polarisasi.

Cell reversible: ( - ) ( + )Zn / Zn Cl / Ag Cl / Ag

Reaksi : Zn ----------- Zn + 2e 2 AgCl( s) + 2e ======== 2Ag + 2Cl-

-------------------------------------------------Zn + 2AgCl ========= 2 Ag + Zn2+ + 2Cl

Reaksi dapat berjalan sealiknya, tenaga luar sedikit lebih besar:2Ag + Zn2+ + 2 Cl ========= Zn + 2 AgClCell irreversible:( - ) ( + )Zn / H2SO4 / Ag

Reaksi : Zn + H2SO4 ----------- ZnSO4 + H2

Bila ada reaksi luar:2 Ag(s) + H2SO4 ========= Ag2SO4 + H2

Ini berarti reaksi tidak berjalan reversible, meskipun adanya energi luar yang menyebabkan terjadinya reaksi.

II - 33

Page 34: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Pelapisan logam terbentuk dari sebuah logam. Sebab teori dan prakteknya terletak dari bagaimana cara pembuatan dan memperbaiki kualitas logam dengan baik. Didalam melakukan pelapisan logam, benda kerja yang akan dilapisi dibersihkan dari kotoran – kotoran, kemudian benda dipoles dengan geriga. Tujuan dari polishing adalah agar permukaan benda kerja rat dan menghilangkan karat yang ada di sela – sela.

Pelapisan logam metode penyepuhan / elektroplanting dimaksudkan untuk melindungi logam terhadap korosi. Pada metode ini logam yang akan dilapisi dijadikan katoda sedangkan logam yang melapisi dijadikan anoda. Dimana logam yang dilapisi dan yang melapisi memiliki nilai konduktif, agar dalam pelapisan logam tidak mengalami gangguan atau elektrofoming, maka hasil dari dilakukannya metode tersebut akan mengurangi biaya pemeliharaan dan tahan lama tanpa mengabaikan kualitas dari segi dekoratifnya.

Dalam proses pelapisan logam, parameter elektrolisis sangat dibutuhkan dalam hubungan antara anoda dengan massa jenis tembaga ( Cu2+) yang memberi pendekatan antara tembaga dibagi dengan daerah permukaan anoda, juga pada katoda memberi pendekatan dengan tembaga (Cu2+) yang dihubungkan dengan daerah katoda.

CARA PEMBERSIHANA. Pembersihan secara kimia ada beberapa cara, yaitu : 1.Penguapan. Cara ini dilakukan dengan menggunakan uap senyawa khlor hidrokarbon (chlorinated hydrocarbon) sebagai pembersih atau pengurai minyak. Penggunaan uap tersebut mempunyai keuntungan-keuntungan sbb :

-kestabilan komposisi yang tinggi -penguraian minyak atau paslin yang baik -kepadatan uap yang tinggi

II - 34

Page 35: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

-tidak dapat terbakar atau menyala

2.Pencelupan Pembersihan karat atau oksida logam yang lain biasanya menggunakan larutan kimia seperti asam chlorida, asam sulfat dan asam nitrat dengan konsentrasi larutan, suhu dan lama pencelupan yang berbeda-beda tergantung kepada jenis logam yang akan dibersihkan.

B.PembersihansecaraListrikPembersihan secara listrik dibagi dua yaitu, pembersihan dari kotoran dan penghalusan atau sering disebut secara listrik (elektropolishing).pemolesan -Melindung logam dasar dengan logam yang kurang mulia, misalnya pelapisan seng pada baja.Meningkatkan ketahanan produk terhadap gesekan (abrasi), misalnya pelapisan chromium keras.-Memperbaiki kehalusan atau bentuk permukaan dan toleransi logam dasar, misalnya : pelapisan nikel, cromium.

Dari fungsi diatas bahwa pelapisan melindungi logam dari korosi , yang di maksud dengan korosi disini adalah suatu proses elektrokimia dimana atom-atom akan bereaksi dengan zat asam dan membentuk ion-ion positif (kation). Hal ini akan menyebabkan timbulnya aliran-aliran elektron dari suatu tempat ke tempat yang lain pada permukaan metal.Secara garis besar korosi ada dua jenis yaitu :- Korosi Internalyaitu korosi yang terjadi akibat adanya kandungan CO2 dan H2S pada minyakbumi, sehingga apabila terjadi kontak dengan air akan membentuk asam yangmerupakan penyebab korosi.

II - 35

Page 36: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

- Korosi Eksternalyaitu korosi yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem perpipaan danperalatan, baik yang kontak dengan udara bebas dan permukaan tanah, akibatadanya kandungan zat asam pada udara dari tanah.

Pencegahan KorosiDengan dasar pengetahuan tentang elektrokimia proses korosi yang dapat menjelaskan mekanisme dari korosi, dapat dilakukan usaha-usaha untuk pencegahan terbentuknya korosi. Banyak cara sudah ditemukan untuk pencegahan terjadinya korosi diantaranya adalah dengan cara proteksi katodik, coating, dan pengg chemical inhibitor.

Proteksi KatiodikUntuk mencegah terjadinya proses korosi atau setidak-tidaknya untuk memperlambat proses korosi tersebut, maka dipasanglah suatu anoda buatan di luar logam yang akan diproteksi. Daerah anoda adalah suatu bagian logam yang kehilangan elektron. Ion positifnya meninggalkan logam tersebut dan masuk ke dalam larutan yang ada sehingga logaml tersebut berkarat. Terlihat disini karena perbedaan potensial maka arus elektron akan mengalir dari anoda yang dipasang dan akan menahan melawan arus electron dari logam yang didekatnya, sehingga logam tersebut berubah menjadi daerah katoda. Inilah yang disebut Cathodic Protection.Dalam hal diatas elektron disuplai kepada logam yang diproteksi oleh anoda buatan sehingga elektron yang hilang dari daerah anoda tersebut selaludiganti, sehingga akan mengurangi proses korosi dari logam yang diproteksi. Anoda buatan tersebut ditanam dalam suatu elektrolit yang sama (dalam hal ini tanah lembab) dengan logam (dalam hal ini pipa) yang akan diprotekasi dan antara dan pipa

II - 36

Page 37: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

dihubungkan dengan kabel yang sesuai agar proses listrik diantara anoda dan pipa tersebut dapat mengalir terus menerus.

CoatingCara ini sering dilakukan dengan melapisi logam (coating) dengan suatu bahan agar logam tersebut terhindar dari korosi. Pemakaian Bahan-Bahan Kimia (Chemical Inhibitor) Untuk memperlambat reaksi korosi digunakan bahan kimia yang disebut inhibitor corrosion yang bekerja dengan cara membentuk lapisan pelindung pada permukaan metal. Lapisan molekul pertama yang tebentuk mempunyai ikatan yang sangat kuat yang disebut chemis option. Corrosion inhibitor umumnya berbentuk fluid atau cairan yang diinjeksikan pada production line. Karena inhibitor tersebut merupakan masalah yang penting dalam menangani kororsi maka perlu dilakukan pemilihan inhibitor yang sesuai dengan kondisinya. Material corrosion inhibitor terbagi 2, yaitu :1. Organik InhibitorInhibitor yang diperoleh dari hewan dan tumbuhan yang mengandung unsurkarbon dalam senyawanya. Material dasar dari organik inhibitor antara lain:- Turunan asam lemak alifatik, yaitu: monoamine, diamine, amida, asetat,oleat, senyawa-senyawa amfoter.- Imdazolines dan derivativnya2. Inorganik InhibitorInhibitor yang diperoleh dari mineral-mineral yang tidak mengandung unsurkarbon dalam senyawanya. Material dasar dari inorganik inhibitor antara lainkromat, nitrit, silikat, dan pospat.

Jenis-Jenis Pelapisan Logam

II - 37

Page 38: PELapisan logamBAB 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Macam-macam cara pelapisan logam dapat dikelompokkamn enjadi:1 Pelapisan logam dengan logam lainSecara listrik.2. Pelapisan logam dengan logam lainTanpa listrik.3. Pelapisan logam dengan bahan oksidaSecara listrik.4. Pelapisan logam dengan bahan oksidaTanpa listrik.

II - 38