VOLTAMETER TEMBAGA

Dasar Teori

Merupakan alat/perkakas untuk mengukur besar tegangan listrik dalam suatu rangkaian

listrik. Voltmeter disusun secara paralel terhadap letak komponen yang diukur dalam

rangkaian. Alat ini terdiri dari tiga buah lempengan tembaga yang terpasang pada sebuah

bakelite yang dirangkai dalam sebuah tabung kaca atau plastik. Lempengan luar berperan

sebagai anoda sedangkan yang di tengah sebagai katoda. Umumnya tabung tersebut

berukuran 15 x 10cm (tinggi x diameter). Dalam sel elektrokimia berlangsung suatu

proses elektrokimia, yaitu suatu proses reaksi kimia menghasilkan arus listrik, atau

sebaliknya arus listrik menghasilkan proses kimia. Sel elektokimia digunakan secara luas

dalam kehidupan sehari-hari misalnya dalam proses ekstrasi dan pemurnian logam emas,

perak, dan aluminium, penyepuhan logam dan yang sangat penting adalah pemanfaatan

sel elktrokimia pada berbagai alat elektronik.

Contoh sel elektrokimia yang banyak digunakan pada peralatan elektronik yaitu

baterai dan accumulator(aki). Kedua jenis sel elektrokimia ini banyak digunakan sebagai

sumber energi listrik, antara lain pada radio, lampu senter, kalkulator, mesin mobo\il

mesin motor, mainan anak-anak sampai pada peralatan ruang angkasa seperti satelit yang

menggunakan baterai nikel kadmium dan sel surya. Dapatkah anda menunjukkan contoh

penggunaan baterai dan aki lainnya?

Energi listrik dalam peralatan elektronik tersebut diperoleh dari hasil reaksi kimia

berupa reaksi redoks yang spontan. Dalam reaksi redoks terjadi transfer atau perpindahan

electron dari suatu unsure ke unsur lain. Aliran electron ini menunjukkan adanya alirean

arus listrik.

Pada baterai atau aki yang sedang digunakan, berlangsung suatu reaksi kimia

yang menghasilkan arus listrik. Kebalikan proses tersebut adalah penggunaan energi

listrik untuk reaksi kimia. Misalnya, pada proses penyepuhan logam dan penyetruman

aki. Jadi berdasarkan reaksi selk elektrokimia dibagi menjadi dua yaitu Sel Volta dan Sel

Elektrolisis.

1. Sel Volta : Reaksi kimia yang berlangsung spontan dan menghasilkan arus

listrik. Katode merupakan ktub positip dan anode kutub negatif.

2. Sel Elektrolisis : Arus litrik yang menyebabkan terajdinya reaksi kimai. Katode

merupakan kutub negatif dana anode merupakan kutub postif.

Contoh : penyepuhan, pemurnian logam dalam pertambangan dan

penyetruman aki.

Pada kesempatan ini kita akan membahas mengenai Sel Elektrolisis, sekaligus

menerapkan proses pemurnian logam.

Ilmuwan Inggris, Michael Faraday mengalirkan arus listrik ke dalam larutan

elektrolit dan ternyata larutan elektrolit itu terjadi reaksi kimia. Rangkaian alt kimia yang

digunakan untuk menunjukkan reaksi kimia akibat dialiraka arus listrik disebut sebagai

sel elektrolisis.

Perhatikan gambar dibawah ini Elektroda pada sel elektrolisis berbeda dengan

elektroda pada sel volta. Katode pada sel volta merupakan kutuib positip dan anodenya

merupakan kutub negatip. Adapun pada sel elektrolisis, katode mrupakan kutub negatip

sedangkan katode merupakan kutub positip. Pada sel volta, pemberian tanda kutub

positip dan negatip ini didasarkan pada potensial listrik kedua elektrodanya. Adapun pada

sel elektrolisis, penentuan ini didasarkan pada potensial tyang diberkan dari luar.

Konsep Praktikum

Hantaran listrik melalui larutan elektrolit dapat dianggap sebagai aliran electron. Jadi

apabila electron telah dapat mengalir dalam larutan elektrolit berarti listrik dapat

mengalir dalam larutan tersebut. Elektron berasal dari kutub katode atau kutub negatif.

Sedangkan pada anode melepaskan ion positip dan membentuk endpan pada logam

katode. Di dalam larutan terurai proses:

CuSO4 Cu2+ + SO42-

Ion Cu2+ ini akan berpindah menuju keping katode sedangkan ion SO42- akan

menuju keping anode. Lama-lama keping katode ini akan timbul endapan dan terjadi

perubahan massa. Massa ini dapat dihitung dengan cara:

G = a . I . t

Dimana:

G = jumlah endapan tembaga Cu (gram)

a = tara kimia listrik (gr/ampere.jam)

I = kuat arus listrik (ampere)

t = lamanya pengaliran arus (jam)

Untuk tembaga nilai a = 1,186 gr/ampere.jam, karena G telah dapat diketahui maka I arus

dapat diperoleh dengan:

I = G/at

Kita telah mengetahui berbagai cara untuk membangkitkan arus listrik di dalam

alat pembangkit tegangan. Antara dua jepit tegangan (sumber arus) jepit kedua keping

tembaga anode pada kutub positip dan satu keping tembaga pada keping katode pada

kutub negatif.

Kita telah mempelajari konsep ini pada tingkat SMA, sekarang akan kita buktikan

melalui praktiknya. Kali ini kita akan menggunakan sumber tegangan dc (direct current)

dalam rangakaian, sebab dalam rangkaian hanya ada satu jalan yaitu dari anode ke katode

tetapi tidak sebaliknya.

Kegunaan sel Elektrolisis

1. Pembuatan Gas di Laboratorium

Sel elektrolisis banyak digunakan dalam industri pembuatan gas misalnya

pembuatan gas oksigen, gas hydrogen, atau gas klorin. Untuk menghasilkan gas

oksigen dan hydrogen, Anda dapat menggunakan larutan elektrrolit dari kation

golongan utama (K+,Na+) dan anion yang mengandung oksigen (So42-,, NO3-)

dengan electrode Pt atau karbon. Reaksi elektrolisis yang mengahsilkan gas,

misalnya elektrolisis larutan Na2SO4 menggunakan electrode karbon.

Reaksi yang terjadi

Na2SO4(aq) 2Na+(aq) + SO42-

Katode (C) : 2H2O(l) + 2e- 2OH-(aq) + H2(g)

Anode(C) : 2H2O(l) 4e- + 4H+ + O2(g)

Karena pada katode dan anode yang bereaksi adalah air, semakin lama air

semakin berkurang sehingga perlu ditambahkan. Perlu diingat bahwa walaupun

yang bereaksi air, tidak berarti elektrolit Na2SO4 tidak diperlukan. Elektrolit ini

berguna sebagai penghantar arus listrik.

2. Proses Penyepuhan Logam

Proses penyepuhan sutu logam emas, perak, atau nikel, bertujuan menutupi logam

yang penampilannya kurang baik atau menutupi logam yang mudah berkarat.

Logam-logam ini dilapiasi dengan logam lain yang penampilan dan daya

tahannya lebih baik agar tidak berkarat. Misalnya mesin kendaraan bermotor yang

terbuat dari baja umumya dilapisi kromium agar terhindar dari korosi . Beberapa

alat rumah tangga juga disepuh dengan perak sehingga lebih awet dan

penampilannya tampak lebih baik.

Badan sepede titanium dilapisi titanium oksida (TiO2) yang bersifat keras dan

tidak dapat ditembus oleh oksigen atau uap air sehingga terhindar dari reaksi

oksida yang menyebabkan korosi.

Prinsip kerja proses penyepuhan adalah penggunaan sel dengan elektrolit larutan

dan electrode reaktif. Contoh jika logam atau cincin dari besi akan dewlaps emas

digunakan larutan elektrolit AuCl3(aq). Logam besi (Fe) dijadikan sebagai

katode, sedangkan logam emasnya (Au) sebagai anode. Apa yang terjadi jika

kedua logam ini ditukar posisinya?Me ngapa?

sumber

Reaksi yang berlangsung dalam proses penyepuhan besi dengan emas yaitu

AuCl3(aq) Au3+(aq) + 3Cl-(aq)

Katode(cincin Fe): Au3+(aq) + 3e- Au(s)

Anode(au) : Au(s) Au3+(aq) 3e-

Proses yang terjadi yaitu oksidasi logam emas (anode) menjadi Au3+(aq) Kation

ini akan bergerak ke katode menggantikan kation Au3+ yang direduksidi katode.

Kation Au3+ di katode direduksi membentuk endapan logam emas yang melapisi

logam atau cincin besi. Proses ini cukup murah karena emas yang melapisi besi

hanya berupa lapisan tipis.

3. Proses Pemurnian logam kotor

Proses pemurnian logam kotor banyak dilakukan dalm pertambangan . logam

transisi yang kotor dapat dimurnikan dengan cara menempatkannya sebagai anode

dan logam murni sebagai katode. Elektrolit yang digunkan adalah elektrolit yang

mengandung kation logam yang dimurnikan. Contoh : prose pemurnian nikel

menggunakan larutan NiSO4 . niukel murni digunkan sebagai katode, sedangkan

nikel kotor (logam yang dimurnikan ) digunakan sebagai anode. Reaksi yang

terjadi, yaitu:

NiSO4(aq) Ni2+(aq) + SO42-

Katode(Ni murni) :Ni2+(aq) + 2e- Ni(s)

Anode (Ni kotor) :Ni(s) Ni2+ + 2e-

Logam nikel yang kotor pada anode dioksidasi menjdi ion Ni2+. Kemudian, ion

Ni2+ pada katode direduksi membentuk logam Ni dan bergabung dengan katode

yang merupakan logam murni. Kation Ni2+ di anode bergerak ke daerah katode

menggantikan kation yang direduksi. Untuk mendapatkan logam nikel murni(di

katode) harus ada penyaringan sehinggga kotoran (tanah, pasir dan lain-lain)

hanya berada di anode dan tidak berpindah ke katode sehingga daerah di katode

merupakan daerah yang bersih.

pengotor

Pada percobaan Voltameter Tembaga ini, akan memncari ketetapan Faraday dengan

konsep elektrolisis. Hal ini erat kaitannya dengan ilmu kimia, dimana akan banyak

berhubungan dengan elektrokimia dan reaksi – reaksinya. Voltmeter adalah Merupakan

alat untuk mengukur besar tegangan listrik dalam suatu rangkaian listrik. Alat ini yang

akan berperan penting dalam elektrokimia ini. Elektrokimia adalah kajian mengenai

proses perubahan antara Tenaga Kimia dan Tenaga Elektrik.

Sesuai dengan namanya, metode elektrokimia adalah metode yang didasarkan pada reaksi

redoks, yakni gabungan dari reaksi reduksi dan oksidasi, yang berlangsung pada

elektroda yang sama/berbeda dalam suatu sistim elektrokimia. Sistem elektrokimia

meliputi sel elektrokimia dan reaksi elektrokimia. Sel elektrokimia yang menghasilkan

listrik karena terjadinya reaksi spontan di dalamnya di sebut sel galvani. Sedangkan sel

elektrokimia di mana reaksi tak-spontan terjadi di dalamnya di sebut sel elektrolisis.

Peralatan dasar dari sel elektrokimia adalah dua elektroda -umumnya konduktor logam-

yang dicelupkan ke dalam elektrolit konduktor ion (yang dapat berupa larutan maupun

cairan) dan sumber arus. Karena didasarkan pada reaksi redoks, pereaksi utama yang

berperan dalam metode ini adalah elektron yang di pasok dari suatu sumber listrik. Sesuai

dengan reaksi yang berlangsung, elektroda dalam suatu sistem elektrokimia dapat

dibedakan menjadi katoda, yakni elektroda di mana reaksi reduksi (reaksi katodik)

berlangsung dan anoda di mana reaksi oksidasi (reaksi anodik) berlangsung.

Aplikasi metode elektrokimia untuk lingkungan dan laboratorium pada umumnya

didasarkan pada proses elektrolisis, yakni terjadinya reaksi kimia dalam suatu sistem

elektrokimia akibat pemberian arus listrik dari suatu sumber luar. Proses ini merupakan

kebalikan dari proses Galvani, di mana reaksi kimia yang berlangsung dalam suatu sistem

elektrokimia dimanfaatkan untuk menghasilkan arus listrik, misalnya dalam sel bahan

bakar (fuel-cell). Aplikasi lainnya dari metode elektrokimia selain pemurnian logam dan

elektroplating adalah elektroanalitik, elektrokoagulasi, elektrokatalis, elektrodialisis

elektrorefining dan elektrolisis.

SEL ELEKTROKIMIA

1. Sel Volta/Galvani

1. terjadi penubahan : energi kimia energi listrik

2. anode = elektroda negatif (-)

3. katoda = elektroda positif (+)

2. Sel Elektrolisis

1. terjadi perubahan : energi listrik energi kimia

2. anode = elektroda positif (+)

3. katoda = elektroda neeatif (-)

KONSEP-KONSEP SEL VOLTA

Sel Volta

1. Deret Volta/Nerst

a. Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn

Fe Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au

b. Makin ke kanan, mudah direduksi sukar dioksidasi

Makin ke kiri, mudah dioksidasi sukar direduksi

2. Prinsip

1. Anoda terjadi reaksi oksidasi ; Katoda terjadi reaksi reduksi

2. Arus elektron : anoda katoda ; Arus listrik : katoda anoda

3. Jembatan garam: menyetimbangkan ion-ion dalam larutan

MACAM - MACAM SEL VOLTA

1. Sel Kering atau Sel Leclance

= Katoda : Karbon

= Anoda :Zn

= Elektrolit : Campuran berupa pasta : MnO2 + NH4Cl + sedikit Air

2. Sel Aki

= Katoda: PbO2

= Anoda : Pb

= Elektrolit: Larutan H2SO4

= Sel sekunder

3. Sel Bahan Bakar

= Elektroda : Ni

= Elektrolit : Larutan KOH

= Bahan Bakar : H2 dan O2

4. Baterai Ni - Cd

= Katoda : NiO2 dengan sedikit air

= Anoda : Cd

1. Katoda [elektroda -]

• Terjadi reaksi reduksi

• Jenis logam tidak diperhatikan, kecuali logam Alkali (IA) den Alkali tanah (IIA), Al

dan Mn

• Reaksi:

2 H+(aq) + 2e- H2(g)

ion golongan IA/IIA tidak direduksi; penggantinya air

2 H2O + 2 e- basa + H2(g)

direduksiion-ion lain

2. Anoda [ektroda +]

• Terjadi reaksi oksidasi

• Jenis logam diperhatikan

a. Anoda : Pt atau C (elektroda inert)

reaksi : - 4OH-(aq) 2H2O + O2(g) + 4e-

- gugus asam beroksigen tidak teroksidasi, diganti oleh 2 H2O asam + O2(g)

- golongan VIIA (halogen) g as

b. Anoda bukan : Pt atau C

reaksi : bereaksi dengan anoda membentuk garam atau

senyawa lain.

Elektrolisis ialah proses penguraian elektrolit kepada unsur juzuknya apabila arus elektrik

mengalir melaluinya.Arus elektrik boleh dialirkan melalui elektrolit dengan

menggunakan dua elektroda. Elektroda yang disambungakan kepada terminal positif

yang dinamakan anoda, manakala elektroda yang disambungkan kepada terminal negati

dinamakan katoda.Semasa elektrolisis berlaku, ion negatif akan bergerak ke anoda.Oleh

itu ion ini dikenali sebagai kation.Ion positif pula akan bergerak ke katoda yang mana ion

ini dikenali sebagai kation. Istilah elektrolisis diperkenalkan oleh Michael Faraday [1791

- 1867]. 'Lisis' bermaksud memecah dalam bahasa Yunani. Jadi, elektrolisis bermaksud

pemecahan oleh arus elektrik. Proses Elektrolisis adalah keadaan di mana apabila

elektrolit mengkonduksikan elektrik, perubahan kimia berlaku dan elektrolit terurai

kepada unsurnya di elektroda.

Sel elektrolisis Sel kimia

Elektrolit: CuSO4 Cu2+ + SO42-

H2O H+ + OH-

Elektrolit: Na2SO4 2Na+ + SO42-

H2O H+ + OH-

Tindak balas di anod (Elektrod positif)

4OH- 2H2O + O2 + 4e

Pengoksidaan Tindak balas di anod (Elektrod negatif)

Zn Zn2+ + 2e

Pengoksidaan

Tindak balas di katod ( Elektrod negatif)

Cu2+ + 2e Cu

Penurunan Tindak balas di katod ( Elektrod positif)

2H+ + 2e H2

Penurunan

PRINSIP PERHITUNGAN ELEKTROLISIS

Hukum Faraday I

"Massa zat yang terbentuk pada masing-masing elektroda sebanding dengan kuat

arus/arus listrik yang mengalir pada elektrolisis tersebut".

Rumus:

m = e . i . t / 96.500

q = i . t

m = massa zat yang dihasilkan (gram)

e = berat ekivalen = Ar/ Valens i= Mr/Valensi

i = kuat arus listrik (amper)

t = waktu (detik)

q = muatan listrik (coulomb)

Hukum Faraday II

"Massa dari macam-macam zat yang diendapkan pada masing-masing elektroda

(terbentuk pada masing-masing elektroda) oleh sejumlah arus listrik yang sama

banyaknya akan sebanding dengan berat ekivalen masing-masing zat tersebut."

Rumus:

m1 : m2 = e1 : e2

m = massa zat (garam)

e = berat ekivalen = Ar/Valensi = Mr/Valensi

Hukum Faraday erat kaitanya dengan muatan lisktrik. Muatan listrik, Q, adalah

pengukuran muatan dasar yang dimiliki suatu benda. Satuan Q adalah coulomb, yang

merupakan 6.24 x 1018 muatan dasar. Q adalah sifat dasar yang dimiliki oleh materi baik

itu berupa proton (muatan positif) maupun elektron (muatan negatif). Muatan listrik total

suatu atom atau materi ini bisa positif, jika atomnya kekurangan elektron. Sementara

atom yang kelebihan elektron akan bermuatan negatif. Besarnya muatan tergantung dari

kelebihan atau kekurangan elektron ini, oleh karena itu muatan materi/atom merupakan

kelipatan dari satuan Q dasar. Dalam atom yang netral, jumlah proton akan sama dengan

jumlah elektron yang mengelilinginya (membentuk muatan total yang netral atau tak

bermuatan). Muatan listrik partikel disimbolkan sebagai e atau kadang-kadang q adalah

muatan listrik oleh sebuah partikel proton atau sama dengan angka negatif muatan listrik

sebuah partikel elektron. Merupakan konstanta fisika dan satuan muatan listrik.Nilainya

adalah 1.602 176 53(14) × 10-19 C, menurut daftar konstanta fisika CODATA tahun

2002. Pada sistem Centimetre gram second (CGS), nilainya mendekati 4.803 × 10-10

statcoulomb.Sejak pertama kali diukur oleh Robert Millikan pada percobaan tetes-minyak

pada tahun 1909, muatan dasar partikel diyakini tidak bisa dibagi lagi. Quark, ditemukan

tahun 1960s, dipercaya memiliki muatan listrik sebesar e/3, hanya terdapat dalam jumlah

partikel lebih dari satu. Quark tidak pernah dideteksi dalam satu partikel.

Tabel konversi untuk satuan muatan listrik

1 e (konstanta muatan listrik partikel)

adalah sama dengan

1 e (konstanta muatan listrik partikel)

1,6022 x 10-20 abcoulomb (abC)

4,450555556 x 10-23 ampere-hour (Ah)

2,670333333 x 10-21 ampere-minute (Am)

1,6022 x 10-19 ampere-second (As)

1,6022 x 10-19 coulomb (C)

1,602464363 x 10-19 coulomb (internasional) (C)

1,66048323 x 10-24 faraday (kimia) (Fd)

1,660016989 x 10-24 faraday (fisika) (Fd)

4,803267424 x 10-10 franklin (Fr)

1,6022 x 10-22 kilocoulomb (kC)

1,6022 x 10-25 megacoulomb (MC)

1,6022 x 10-13 microcoulomb (µC)

1.6022 x 10-16 milicoulomb (mC)

1,6022 x 10-10 nanocoulomb (nC)

1,6022 x 10-7 pikocoulomb (pC)

4,803267424 x 10-10 statcoulomb (statC)

1. Sel volta (sel galvani yang dikembangkan oleh Alessandro Volta (1745-1827) dan

Luigi Galvani (1737- 1798) dari Italia. Dalam sel volta, reaksi redoks akan

menghasilkan arus listrik. Dengan perkataan lain, energi kimia diubah menjadi

energi listrik.

2. Sel elektrolisis yang dikembangkan oleh Sir Humphry Davy (1778- 1829) dan

Michael Faraday (1791- 1867) dari Inggris. Dalam sel elektrolisis arus listrik akan

menghasilkan reaksi redoks. Jadi, energi listrik diubah menjadi energi kimia.

Pada percobaan Voltameter Tembaga ini tujuan yang ingin dicapai adalah menentukan

ketetapan Faraday, teori – toeri yang akan dipergunakan meliputi : elektrokimia,

elektrolisis, konsep reaksi redoks, hukum Faraday I , Hukum Faraday II, dan muatan

listrik. Rangkaian yang digunakan adalah suatu sistem elektrolisis dengan cairan CuSO .

Dimana yang menjadi katoda adalah tembaga dan yang menjadi anoda adalah seng.

Reaksi yang terjadi adalah :

CuSO4 (aq) Cu2+(aq) + SO42-(aq)

Katoda [elektroda - : reduksi] : Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)

Anoda [elektroda + : oksidasi]: 2 H2O(l) O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e-

Seng bertindak sebagai anode (mengalami oksidasi), tembaga bertindak sebagai katode

(mengalami reduksi). Perpindahan elektrode dari anode ke katode dapat kita manfaatkan

sebagai sumber arus listrik dengan merancang suatu sel volta (sel galvani). Pertama-tama

kita menyediakan wadah, diberi setengah sel. Dalam wadah kita celupkan sebatang

logam tembaga (katode) dan sebatang logam seng (anode). Kemudian logam seng dan

logam tembaga dihubungkan oleh suatu rangkaian kawat yang dilengkapi switch dan

voltmeter. Setelah kita amati yang terjadi, seng (anode) secara spontan mengalami

oksidasi menjadi Zn2+ yang masuk kedalam larutan. Electron yang dilepaskan mengalir

melalui rangkaian kawat menuju tembaga (katode). Pada permukaan tembaga terjadi

reduksi: electron yang terlepas ditangkap oleh Cu2+ dari larutan sehingga terbentuk

endapan tembaga. Perpindahan electron dari anode ke katode menyebabkan larutan di

anode bermuatan positif (karena bertambahnya Zn2+) dan larutan di katode bermuatan

negative (karena berkurangnya Cu2+). Aliran elektron ini menimbulkan arus listrik yang

dapat kita gunakan untuk berbagai keperluan. Dengan memutuskan switch (off) atau

menyambungkan kembali (on) setiap saat kita dapat mematikan atau menghidupkan sel

volta sesuai dengan kebutuhan.

Pada percobaan I yang menggunakan arus tetap 4 A dan tegangan 4 volt diperoleh berat

eqivalen sebesar = 1,25 x 10-5 sedangkan pada percobaan II yang menggunakan arus 5,6

A dan tegangan 6 volt diperoleh hasil berat eqivalen sebesar = 7,1 x 10-5 . Rumus yang

digunakan adalah :

z =

dimana : M = massa endapan tembaga

Z = massa ekivalen elektrokimia muatan yang dialirkan

Faraday merumuskan beberapa kaidah perhitungan elektrolisis yang kini dikenal sebagai

Hukum Faraday I berikut ini :

1. Jumlah zat yang dihasilkan pada electrode sebanding dengan jumlah arus yang

dialirkan pada zat tersebut.

2. Jika arus listrik dialirkan kedalam beberapa sel elektrolisis yang dihubungkan

seri, jumlah berat zat-zat yang dihasilkan pada tiap-tiap electrode sebanding

dengan berat ekuivalen tiap zat-zar tersebut.

Perlu diperhatikan bahwa pada zaman Faraday electron belum dikenal sebab, electron

baru ditemukan oleh Joseph John Thomson tahun 1897. Kini berat ekivalen (e) suatu

unsur berdasarkan jumlah electron.

℮ =

Untuk mengenang jasa Michael Faraday kini didefinisikan bahwa satu faraday (1 F)

adalah jumlah yang terdiri dari satu mol electron atau 6,0221367 x 1023 butir electron.

Karena jumlah sebutir electron adalah 1,60217733 x 10 -19 coloumb, maka listrik satu

faraday setara dengan muatan sebesar:

6,0221367x 1023 x 1,60217733x 10 -19 coloumb= 9,64853 x 104 coloumb

Bilangan 9,64853x 104 ini sering dibulatkan menjadi 9,65x 104 atau 96500 dan disebut

tetapan faraday dengan satuan coloumb mol -1.

1 faraday (1F) = 1 mol electron

= muatan 96500 coloumb F = = Dengan

F = jumlah arus dalam faraday (jumlah mol electron)

i = kuat arus (ampere)

t = waktu (detik)

Kedua Hukum Faraday yang telah dikemukakan terdahulu dapat dirumuskan secara

kuantitatif sebagai berikut :

1. Jumlah zat yang terbentuk di katode atau di anode dinyatakan oleh persamaan

berikut ini.

W = e F atau w =

Dengan,

w = berat hasil elektrolisis (gram )

e = berat ekivalen

F = jumlah listrik (faraday)

2. Jika terdapat dua hasil elektrolisis dengan arus listrik yang sama, maka berlaku

hubungan: =

Hukum Faraday II

"Massa dari macam-macam zat yang diendapkan pada masing-masing elektroda

(terbentuk pada masing-masing elektroda) oleh sejumlah arus listrik yang sama

banyaknya akan sebanding dengan berat ekivalen masing-masing zat tersebut."

Rumus:

m1 : m2 = e1 : e2

m = massa zat (garam)

e = beret ekivalen = Ar/Valensi = Mr/Valensi

Voltameter Tembaga merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar

tegangan listrik dalam suatu rangkaian listrik. Alat ini terdiri dari tiga buah lempengan

tembaga yang terpasang pada sebuah bakelite yang dirangkai dalam sebuah tabung kaca

atau plastik. Lempengan luar berperan sebagai anoda sedangkan yang di tengah sebagai

katoda. Umumnya tabung tersebut berukuran 15 x 10cm (tinggi x diameter). Tembaga

memiliki berat jenis 8,93 gram/cm3, titik cairnya : 1083 0C, mampu tariknya : 200 – 360

N/mm2, perpanjangan/regangan/ : 35 – 50 %, penyusutan dingin : 2%. Metal/logam dapat

bertindak sebagai konduktor listrik, akibat adanya pergerakan bebas dari elektron-

elektron pada strukturnya. Secara sederhana konduksinya disebut konduksi metalik.

Pada larutan elektrolit yang ada kecenderungan sebagai konduksi listrik,

dalamperistiwa ini dapat digambarkan sebagai berikut :

Jika kedua elektrode dihubungkan dengan arus listrik searah (DC), maka ion-ion

pada larutan akan bergerak berlawanan arah. Artinya, ion-ion positif akan bergerak ke

elektrode negatif, sebaliknya ion-ion negatif akan bergerak kearah elektrode positif.

Pergerakan-pergerakan muatan ion dalam larutan akan membawa energi listrik. Kondisi

demikian ini disebut elektrolitik. Apabila ion-ion dalam larutan terkontak dengan

elektrode maka reaksi kimia akan terjadi. Pada katode akan mengalami reduksi dan pada

anoda akan mengalami oksidasi.

Sifat hantaran listrik zat cair dapat dibedakan

1. Isolator, misal : air murni, minyak, dll.

2. Larutan ion, misal :

a. mengalami perubahan kimia, misal : asam-basa, garam.

b. tidak mengalami perubahan kimia, misal : air raksa, logam cair.

Sesuai dengan tujuan percobaan ini, maka untukmenghitung arus, diperlukan

endapan logam di katoda. Maka, akan ditinjau aspek kuantitatif pada elektrolisis ini

dengan mengggunakan hukum Faraday, yaitu :

“ Dalam elektrolisis, lewatnya 1 Faraday pada rangkaian menyebabakan oksidasi

satu bobot ekivalen suatu zat pada satu elektrode dan reduksi satu bobot ekivalen

pada elektrode yang lain.”

Dan dinyatakan dalam rumus :

G = a . i . t

Dimana : G = jumlah endapan logam (gr)

a = ekivalen elektrokimia (gr/coloumb)

i = arus (Ampere)

t = waktu (detik)

Dengan “i . t” adalah jumlah arus yang akan disuplai, secara kuantitatif dinyatakan

sebagai 1 Faraday, sehingga sesuai pula dengan kuantitas satuan standar kelistrikan yang

menyatakan banyaknya elektron yang melewati elektrolit adalah coloumb maka :

1 Faraday = 1 mol elektron = 96500 Coloumb

Sehingga rumus diatas menjadi :

G = a . i . t 96500

Karena larutan yang dipakai adalah dalam percobaan adalah CuSO4, maka reaksi

kimia yang terjadi bila terdapat arus listrik adalah :

CuSO4 --- > 2 Cu2+ + SO42-

Pada anoda : SO42- > 2 e + SO4

Pada katoda: Cu2+ + 2e > Cu

Artinya Cu2+ dari larutan garam bergerak menuju katoda dan anoda kehilangan Cu2+ yang

dipakai untuk menetralkan SO42-. Sesuai dengan reaksi diatas, dan definisi ekivalensi

elektrokimia, yaitu bobot zat yang diperlukan untuk memperoleh atau melepaskan 1 mol

elektron, maka harga elektrovalensi kimia untuk Cu dapat ditentukan sebagai berikut:

Dari hukum Faraday, rumus untuk “a” adalah :

a = G / (i . t) ; dimana i . t adalah 1 Faraday

maka:

a = G / 1 Faraday = G / (96500 C)

Karena 1 mol Cu (63,5) gr menghasilkan 2 mol elektron, maka hanya diperlukan 0,5 mol

Cu (63,5/2) gr untuk menghasilkan 1 mol elektron. Sehingga harga “a” untuk Cu dapat

dicari :

a = G gr = 0,3294 mg / C

2 . 96500 C

Setelah harga “a” diketahui maka harga i ditentukan berdasar persamaan :

i = G / (a . t)= G / (0,3294 . t), dengan : G = dalam miligram

a = dalam miligram/C

t = dalam detik

i = dalam ampere

Dengan persamaan tersebut, akan dapat dihitung besarnya “i” sesungguhnya yang

nantinya akan dibandingkan dengan angka “i” pada amperemeter. Dengan demikian,

besarnya keseksamaan dari penunjukkan jarum amperemeter dengan voltameter tembaga

dapat diperhitungkan dengan ralat perhitungan.

Sifat Tembaga

Tembaga yang dikatakan murni sifatnya, yaitu lunak, liat, dan dapat diregangkan

atau mulur. Selain itu juga kemampuannya sebagai penghantar panas dan penghantar

listriknya tinggi, juga tahan korosi. Pada udara terbuka, tembaga membentuk lapisan

pelindung berwarna hijau dari Cu karbonat yang dikenal dengan nama Platina. Tembaga

bila berhubungan langsung dengan asam cuka, akan menjadi terusi yang beracun.

Kemampuan untuk dikerjakan

Tembaga murni jelek untuk dicor, dimana dalam proses pengecoran, hasilnya

Porus. Akan tetapi apabila diberikan suatu tambahan yaitu dengan jumlah kurang dari 1%

bersama-sama akan memperbaiki sifat untuk mampu dicor. Tambahan-tambahan tersebut

antara lain: seng, mangan, timah putih, timah hitam, magnesium, nikel, phospor, dan

silisium.

Sebagai bahan setengah jadi, bahwa tembaga dapat dicor dalam suhu antara 800 -

900 0 C untuk dibuat blok, plat yang nantinya dilanjutkan proses rol atau ditekan untuk

dibuat batangan, profil atau pipa, dan lain sebagainya. Dan untuk pengerjaan selanjutnya

seperti proses dingin untuk dibuat atau dijadikan lembaran-lembaran tipis (foil) sampai

ketebalan 0,01 mm dan dibuat kawat sampai diameter 0,02 mm, akan tetapi dengan cara

tersebut, tembaga akan menjadi keras dan rapuh. Karena sifat mampu bentuknya baik

sekali, tembaga dibuat bermacam-macam kebutuhan barang-barang tempa maupun tekan

(forming). Melalui proses pelunakan ulang (soft anealing) pada temperatur antara 300 -

700 °C akan didapatkan sifat seperti semula dan harga/nilai keregangannya kembali

meningkat. Dan proses terakhir pada quenching tidak akan kembali keras, melainkan

menjadi bahan mampu tempa.

Untuk pengerjaan yang berhubungan dengan panas yang berulang-ulang atau

untuk bagian yang dilas atau disolder, dapat menggunakan bermacam-macam bahan

tembaga, misalnya dari tembaga jenis bebas O2 yaitu SB-Cu atau SD-Cu, bahanbahan

tersebut baik dan lunak. Dan untuk penyolderan keras maupun pengelasan tanpa gas

lindung pun akan baik kemampuan lasnya. Pada pengerjaan permesinan, misalnya :

pembubutan, frais, bor atau shaping, dan sebagainya, bahwa tembaga murni mempunyai

tatal atau cip yang terlalu liat dan padat, dan dapat merusak alat potongnya (cutter).

Untuk itu pada alat potong untuk pengerjaan tembaga, diberikan sudut pemotongan

khusus dan menggunakan minyak tanah atau oli bor emultion (dromus B) sebagai pelicin

membantu pemotongan.

Penggunaannya

Tembaga pada umumnya digunakan sebagai bahan kebutuhan perlistrikan, kawat

tambahan solder, pipa-pipa pemanas atau pendingin, penutup atap, dan khususnya

digunakan sebagai bahan paduan maupun logam paduan.

Proses Elektroplating Tembaga-Nikel-Khrom

Elektroplating merupakan suatu proses yang digunakan untuk memanipulasi

sifat suatu substrat dengan cara melapisinya dengan logam lain. Proses elektroplating

banyak dibutuhkan oleh industri penghasil benda logam, diantaranya industri

komponen elektronika, peralatan listrik, peralatan olah-raga, peralatan dapur, dan

sebagainya. Namun demikian proses elektroplating dalam prakteknya masih sulit

dilakukan oleh karena pengendaliannya masih membutuhkan tenaga ahli yang

berpengalaman. Terbatasnya tenaga ahli yang berpengalaman di bidang

elektroplating, khususnya di Surabaya, mendorong pelaksanaan tugas akhir ini dalam

rangka membuat suatu alat pengontrol elektroplating yang mudah digunakan dan

tidak membutuhkan keahlian khusus.

Hasil yang diperoleh dalam proses elektroplating dipengaruhi oleh banyak

variabel, diantaranya larutan yang digunakan, suhu larutan, durasi plating, tegangan

antara kedua elektroda, keadaan elektroda yang digunakan, dan sebagainya. Dalam

rangka pembuatan alat kontrol elektroplating dengan MCS-51, maka ditentukan

terlebih dulu bahwa variabel yang dikendalikan adalah suhu larutan, durasi plating

dan tegangan yang digunakan. Variabel-variabel lain seperti keadaan elektroda dan

keadaan larutan masih belum dapat dikontrol melalui mikrokontroler, sehingga akan

dikendalikan secara manual. Alat kontrol elektroplating ini dilengkapi dengan

display, sensor suhu, fan, heater dan sumber tegangan yang semuanya diperlukan

dalam proses pengendalian elektroplating.

Pengujian alat kontrol elektroplating ini digunakan pada proses nikel plating

dan krom plating. Bagaimanapun juga, meski alat kontrol elektroplating ini berjalan

dengan baik namun tidak dapat menggantikan kerja operator secara total. Salah satu

kesulitan dalam mencapai hasil plating yang memuaskan adalah sifat larutan yang

berubah-ubah secara cepat dan random. Metode pengujian yang dilakukan adalah

bereksperimen dengan berbagai kombinasi variabel suhu, waktu dan tegangan. Dalam

pengujian diperoleh kesimpulan bahwa dengan adanya alat kontrol elektroplating

dengan MCS-51 ini proses elektroplating dapat dilakukan dengan mudah dan hasil

yang diperoleh pun memuaskan.

Proses pelapisan tembaga-nikel-khrom terhadap logam ferro atau kuningan sebagai

logam yang dilapis adalah satu cara untuk melindungi logam terhadap serangan korosi

dan untuk mendapatkan sifat dekoratif. Cara pelapisan tembaga-nikel-khrom dengan

metode elektroplating adalah sebagai berikut:Pelapisan menggunakan arus searah. Cara

kerjanya mirip dengan elektrolisa, dimana logam pelapis bertindak sebagai

anoda,sedangkan logam dasarnya sebagai katoda. Cara terakhir ini yang disertai dengan

perlakuan awal terhadap benda kerja yang baik mempunyai berbagai keuntungan

dibandingkan dengan cara-cara yang lain. Keuntungan-keuntungan tersebut antara lain :

a. Lapisan relatif tipis.

b. Ketebalan dapat dikontrol.

c. Permukaan lapisan lebih halus.

d. Hemat dilihat dari pemakaian logam khrom.

Pengerjaan elektroplating tembaga-nikel-khrom pada dasarnya terbagi atas tiga proses

yaitu perlakuan awal, proses pelapisan dan proses pengolahan akhir hasil

elektroplating.Proses elektroplating ini terdapat tiga jenis proses pelapisan yaitu yang

pertama adalah pelapisan logam dengan Tembaga, lalu dilanjutkan dengan pelapisan

Nikel dan yang terakhir benda dilapis dengan Khrom.

Pelapisan Tembaga

Tembaga atau Cuprum (Cu) merupakan logam yang banyak sekali digunakan, karena

mempunyai sifat hantaran arus dan panas yang baik. Tembaga digunakan untuk pelapisan

dasar karena dapat menutup permukaan bahan yang dilapis dengan baik. Pelapisan dasar

tembaga dipelukan untuk pelapisan lanjut dengan nikel yang kemudian yang kemudian

dilakukan pelapisan akhir khrom.

Aplikasi yang paling penting dari pelapisan tembaga adalah sebagai suatu lapisan dasar

pada pelapisan baja sebelum dilapisi tembaga dari larutan asam yang biasanya diikuti

pelapisan nikel dan khrom. Tembaga digunakan sebagai suatu lapisan awal untuk

mendapatkan pelekatan yang bagus dan melindungi baja dari serangan keasaman larutan

tembaga sulfat. Alasan pemilihan plating tembaga untuk aplikasi ini karena sifat

penutupan lapisan yang bagus dan daya tembus yang tinggi.

Sifat-sifat Fisika Tembaga

1.Logam berwarna kemerah-merahan dan berkilauan

2.Dapat ditempa, dibengkokan dan merupakan penghantar panas dan listrik

3.Titik leleh : 1.0830C, titik didih : 2.3010C

4.Berat jenis tembaga sekitar 8,92 gr/cm3

Sifat-sifat Kimia Tembaga

1.Dalam udara kering sukar teroksidasi, akan tetapi jika dipanaskan akan membentuk

oksida tembaga (CuO)

2.Dalam udara lembab akan diubah menjadi senyawa karbonat atau karat basa, menurut

reaksi : 2Cu + O2 + CO2 + H2O → (CuOH)2 CO3

3.Tidak dapat bereaksi dengan larutan HCl encer maupun H2SO4encer

4.Dapat bereaksi dengan H2SO4 pekat maupun HNO3 encer dan pekat

Cu + H2SO4 → CuSO4 +2H2O + SO2 Cu + 4HNO3 pekat → Cu(NO3)2 + 2H2O +

2NO2 3Cu + 8HNO3 encer → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO

5.Pada umumnya lapisan Tembaga adalah lapisan dasar yang harus dilapisi lagi dengan

Nikel atau Khrom. Pada prinsipnya ini merupakan proses pengendapan logam secara

elektrokimia,digunakan listrik arus searah (DC). Jenis elektrolit yang digunakan adalah

tipe alkali dan tipe asam. Untuk tipe alkali komposisi larutan dan kondisi operasi dapat

dilihat pada tabel 2.3.

Larutan Strike menghasilkan lapisan yang sangat tipis. Larutan strike dapat pula dipakai

sebagai pembersih dengan pencelupan pada larutan sianida yang ditandai dengan

keluarnya gas yang banyak pada benda kerja sehingga kotoran-kotoran yang menempel

akan mengelupas. Larutan ini terutama digunakan pada komponen-komponen dari baja

sebagai lapisan dasar, untuk selanjutnya dilakukan pelapisan tembaga dengan logam lain.

Formula kecepatan tinggi atau efisiensi tinggi digunakan untuk plating tembaga tebal,

smentara proses Rochelle digunakan untuk menghasilkan pelapisan yang bersifat antara

strike dan kecepatan tinggi. Garam-garam Rochelle tidak terdekomposisi dan hanya

berkurang melalui drag-out yaitu terikutnya larutan pada benda kerja pada saat

pengambilan dari tanki tinggi disbanding larutan strike sebab kerapatan arus katoda dan

efisiensi penting dalam kecepatan plating. Larutan Rochelle dan kecepatan tinggi dapat

dioperasikan pada temperatur relatif tinggi.Komposisi larutan dan kondisi operasi untuk

pelapisan tembaga asam dapat dilihat pada tabel 2.4.

Proses “Pengolahan Awal” adalah proses persiapan permukaan dari benda kerja yang

akan mengalami proses pelapisan logam.Pada umumnya proses pelapisan logam itu

mempunyai dua tujuan pokok adalah sifat dekorasi, sifat ini untuk mendapatkan tampak

rupa yang lebih baik dari benda asalnya, dan aplikasi teknologi, sifat ini misalnya untuk

mendapatkan ketahanan korosinya, mampu solder, kekerasan, sifat listrik dan lain

sebagainya.Keberhasilan proses pengolahan awal ini sangat menentukan kualitas hasil

pelapisan logam, baik dengan cara listrik, kimia maupu dengan cara mekanis lainnya.

Proses pengolahan awal yang akan mengalami proses pelapisan logam pada umumnya

meliputi proses-proses pembersihan dari segala macam pengotor (cleaning proses) dan

juga termasuk proses-proses pada olah permukaan seperti poleshing, buffing,dan proses

persiapan permukaan yang lainnya.Untuk mendapatkan daya lekat pelapisan logam

(adhesi) dan fisik permukaan benda kerja yang baik dari suatu lapisan logam, maka perlu

diperhatikan cara olah permukaan dan proses pembersihan permukaan.

Ketidaksempurnaan kedua hal tersebut di atas dapat menyebabkan adanya garisan-

garisan pada benda kerja dan pengelupasan hasil pelapisan logam.