1
HUBUNGAN ANTARA KUANTITAS LISTRIK DENGAN MASSA EKIVALEN DAN MASSA ZAT PADA PROSES ELEKTROLISIS: EKSPERIMEN UNTUK PEMBELAJARAN KIMIA
TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung
Oleh
JAPAR NIM : 20506036 Program Studi Kimia
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
1
Surat Pernyataan Pelimpahan Hak Cipta dan Keaslian Hasil Karya Tulis (Tesis)
Yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : Japar NIM
: 20506036
Menyatakan bahwa penulis tesis dengan judul: Hubungan antara Kuantitas Listrik dengan Massa Ekivalen dan Massa Zat pada Proses Elektrolisis: Eksperimen untuk Pembelajaran Kimia, dengan pembimbing Dr. M. Ali Zulfikar Adalah benar-benar hasil karya tulis berdasarkan data hasil eksperimen penulis selama melakukan Tugas Akhir Magister Pengajaran Kimia di Program Studi Kimia FMIPA-ITB. Dengan ini penulis menyerahkan/melimpahkan Hak Cipta dari karya tulis tersebut kepada Program Studi Kimia F MIPA-ITB.
Bandung, 17 Juni 2008
Japar NIM: 20506036
i
LEMBARPENGESAHAN HUBUNGAN ANTARA KUANTITAS LISTRIK DENGAN MASSA EKIVALEN DAN MASSA ZAT PADA PROSES ELEKTROLISIS: EKSPERIMEN UNTUK PEMBELAJARAN KIMIA
Oleh Japar NIM : 20506036
Program Studi Kimia Institut Teknologi Bandung Menyetujui
Tanggal, 27 Juni 2008
Pembimbing
Dr. Eng. M. Ali Zulfikar NIP. 132 162 444
ii
ABSTRAK HUBUNGAN ANTARA KUANTITAS LISTRIK DENGAN MASSA EKIVALEN DAN MASSA ZAT PADA PROSES ELEKTROLISIS: EKSPERIMEN UNTUK PEMBELAJARAN KIMIA Oleh Japar NIM : 20506036 Pembelajaran kimia akan lebih bermakna jika dilaksanakan dengan metode yang mendekati cara kimiawan menemukan konsep atau teori kimia, yaitu metode eksperimen. Sejauh ini belum banyak dikembangkan modul praktikum untuk konsep hukum Faraday. Eksperimen ini dirancang untuk menyusun modul praktikum tersebut. Masalah dalam penelitian ini adalah: (1) Bagaimana hubungan antara muatan listrik dengan massa ekivalen zat yang diendapkan di katoda pada elektrolisis? (2) Bagaimana hubungan antara muatan listrik dengan massa zat yang diendapkan di katoda pada elektrolisis (3) Bagaimana hubungan antara massa ekivalen dua zat yang diendapkan dalam proses elektrolisis dengan menggunakan kuat arus yang sama? (4) Bagaimana alternatif implementasi percobaan dalam penelitian ini diterapkan pada pembelajaran kimia di SMA/MA, kompetensi dasar redoks dan elektrokimia? Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen dan telaah pustaka. Metode eksperimen dilakukan untuk merancang modul praktikum di SMA/MA, yaitu elektrolisis terhadap larutan tembaga(II) sulfat dan perak nitrat. Metode telaah pustaka digunakan untuk merumuskan pemikiran implementasi dari penelitian ini dalam pembelajaran elektrolisis dan hukum Faraday di sekolah. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa berat deposit tembaga dan perak di katoda sesuai dengan jumlah arus listrik yang digunakan dalam proses elektrolisis. Tetapan Faraday, F, yang diperoleh tidak persis dengan harga dalam teori, disebabkan oleh sukarnya menentukan besar arus yang digunakan dalam eksperimen secara eksak dengan menggunakan alat yang tersedia. Kesimpulannya adalah (1) massa ekivalen zat yang hasil elektrolisis berbanding lurus dengan jumlah arus listrik yang digunakan. (2) Massa zat yang dihasilkan di katoda pada elektrolisis sebanding dengan jumlah arus listrik yang digunakan. (3) Massa ekivalen tembaga dan perak yang dihasilkan di katoda pada elektrolisis seri, yaitu dengan menggunakan jumlah arus listrik yang sama, adalah sama besar. Pada penelitian ini, dengan arus 0,2 ampere dan waktu 3 menit dihasilkan massa ekivalen tembaga dan perak sebesar 0,0004 gram/ekivalen. (4) Hasil eksperimen tentang hukum Faraday ini dapat diimplementasikan di SMA/MA yang memiliki sarana dan prasarana laboratorium cukup memadai. Kata kunci: elektrolisis, massa ekivalen, metode eksperimen, tetapan Faraday.
iii
ABSTRACT RELATION BETWEEN QUANTITY OF ELECTRICITY WITH EQUIVALENT MASS AND MASS OF SUBSTANCE IN ELECTROLYSIS PROCESS: EXPERIMENT FOR CHEMICAL EDUCATION By Japar NIM : 20506036 Learning chemistry would be meaningful if it done by methods that was used by chemists to find chemical concepts or theories which called experiment method. There was not many experiment moduls for Faraday Law yet. This research was designed to get that experiment modul. The objectives of this research are: (1) What is the relation between quantity of electricity transferred and the amount of substance equivalent mass deposited at cathode in electrolysis? (2) What is the relation between quantity of electric current and substance mass deposited at cathode in electrolysis (3) What is the relation between equivalent mass of two substances that deposited in electrolysis with same quantity of electric current? (4) What are the alternatives implementation of this experiment in senior high school (SMA/MA), particularly redox and electrochemistry concepts. There were two methods in this research; experiment and literature study. Experiment method was done to design experiments moduls for Faraday Law in senior high school, electrolysis for copper sulfate dan silver nitrate solution. Literature study was done to formulate the alternative implementations of this research in the SMA/MA. The result indicated that copper and silver mass deposited at cathode were equivalent with quantity of electric current used in electrolysis. Faraday constant, F, obtained wasnot exactly same with theory, because the exact electric current could not be determined with available electrolysis apparatus. The conclutions were : (1) the equivalent mass of substance liberated from electrolysis was equal to the quantity of electric current applied. (2) Substance mass deposited at cathode in electrolysis was equal with the quantity of electric current applied. (3) The equivalent mass of copper and silver deposited in series electrolysis with the same quantity of current was equal. Electric current 0,2 ampere during 3 minutes gives 0,0004 g.eq-1 of copper and silver. (4) This experiment of Faraday Law could be implemented in SMA/MA by complete laboratory equipments. Key words : Faraday Law, Faraday constant, electrolysis, equivalent mass
iv
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S-2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung.
Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi
pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh isi tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
v
PERSEMBAHAN
Tesis ini kupersembahkan kepada almarhum ayah (Sarmat) dan ibuku (Jamiyah) yang mengasihiku, istri tercinta (Diah) dan anakku (Hanan) tersayang serta guru kimia yang senantiasa mencintai profesinya sebagai pendidik.
vi
UCAPAN TERIMA KASIH Syukur alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah Yang Maha Pemurah, yang telah melimpahkan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Penulis mengucapkan terima kasih dengan tulus kepada: 1. Dr. Eng. M. Ali Zulfikar, sebagai pembimbing, atas kesabaran beliau dalam memberi arahan, memeriksa tulisan, memberi saran dan perbaikan-perbaikan, sehingga karya sederhana ini menjadi lebih baik. 2. Dr. Julia Onggo, dosen mata kuliah Proyek Rancangan Pengajaran Kimia, yang hasilnya berupa proposal tesis ini. Bimbingan, arahan dan motivasi yang beliau berikan melecut semangat penulis. 3. Dr. Bunbun Bunjali selaku ketua Program Studi dan Dr. Fida M. Warganegara sebagai sekretaris Program Studi Kimia, yang secara legal formal melancarkan penyusunan proposal dan pada awal penelitian. 4. Dr. Indra Noviandri dan Dr. Dessy Natalia sebagai ketua Program Studi dan sekretaris baru Program Studi Kimia. Pengesahan beliau berdua melancarkan permintaan bahan-bahan untuk penelitian. 5. Dr. Sadijah Ahmad, Dr. Muhamad A.M., Dr. Fida M. Warganegara, dan Dr. M.Bahri Amran, yang membekali penulis dengan materi kimia dasar dalam program matrikulasi. 6. Dr. M. Bahri Amran, dosen mata kuliah Kimia Analitik Lanjut yang mengenalkan dan menguatkan konsep penulis tentang tema penelitian ini 7. Dr. Bambang Priambudi, dosen mata kuliah Kimia Anorganik Deskriptif, Dr. Julia Onggo dan Dr. Ismunandar, dosen mata kuliah Struktur dan Kereaktifan Anorganik, menambah wawasan materi kimia yang banyak terkait dengan materi kimia di SMA. 8. Dr. Sadijah Ahmad, dosen mata kuliah Intra dan Inter Molekul, membangkitkan gairah penulis mempelajari kimia organik, yang selama ini paling lemah bagi penulis.
vii
9. Dr. Eng. M. Ali Zulfikar dan Dr. I. Nyoman Marsih, penanggungjawab Praktikum Kimia Lanjut I. Praktikum ini memberi pengalaman berharga bagi penulis dalam mengenal dan menggunakan alat-alat praktikum modern dan canggih. 10. Dr. Bunbun Bunjali, dosen mata kuliah Kimia Fisik Lanjut I. Materi yang Bapak berikan sangat mendukung pemahaman penulis dalam penelitian. 11. Drs. Achmad Rochliadi, MS sebagai penelaah, Dr. Ing. Barnas Holil, DEA, sebagai penilai pada seminar. Juga Prof. Dr. Ismunandar, Dr. Didin Mujahidin, Dr. Dessy Natalia, Dr. M. Abdulkadir M sebagai penguji sidang tesis, terima kasih atas koreksi dan masukan-masukannya. 12. Teman sekamar dan saudara seiman serta seprofesi, Drs. Hendro Murjoko. Diskusi dan obrolan kita saat di kos sangat bermanfaat bagi penulis dalam penyelesaian karya ini dan juga mengemban tugas-tugas ke depan. 13. Teman-teman “mahasiswa S-2 Depag” di bawah bimbingan Pak Zul, yaitu Pak Hendro M, Bu Rahma, Ani dan Novi. Terima kasih atas kebersamaannya yang menambah semangat dan motivasi penulis. 14. Teman-teman sekerja di laboratorium penelitian analitik: Pak Imam Santosa, Pak Aman, Pak Ibnu, Bu Irdha, Pak Sukir, Pak Pirim. Kebersamaan kita meskipun hanya sekitar 3 bulan saat kerja di lab menambah motivasi dan wawasan penulis. 15. Bapak dan Ibu analis dan petugas di laboratorium Kimia Analitik, Pak Lanang, Pek Dede, Bu Untari, Pak Ajat dan Pak Encuk. Terimakasih atas layanan Bapak dan Ibu yang baik dan memuaskan. 16. Teman-teman senasib dan seprofesi, mahasiswa “S-2 Depag Program Pengajaran Kimia”. Kebersamaan, diskusi dan keakraban kita semoga tetap berlanjut dan tentu juga menambah motivasi dan semangat penulis menyelesaikan studi di ITB ini. 17. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Departemen Agama, Direktorat Jenderal Pendidikan Islam, Direktorat Madrasah, yang memberi kesempatan penulis menambah ilmu kimia di perguruan tinggi ternama ini dengan memberi beasiswa penuh. Semoga kami bisa membalas dengan membaktikan diri lebih baik lagi di madrasah sekembali dari ITB kelak.
viii
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................................... i ABSTRAK .............................................................................................................. ii ABSTRACT ........................................................................................................... iii PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS.................................................................... iv UCAPAN TERIMA KASIH.................................................................................. vi DAFTAR ISI ........................................................................................................ viii DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................x DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI .............................................................. xi DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG....................................................... xiii Bab I
Pendahuluan ................................................................................................1
I.1
Deskripsi Topik Kajian dan Latar Belakang ..............................................1
I.2
Permasalahan ..............................................................................................2
I.3
Tujuan Penelitian ........................................................................................3
I.4
Sistematika Tesis ........................................................................................3
Bab II Tinjauan Pustaka .........................................................................................5 II.1 Elektrolisis dan Hukum Faraday ................................................................5 II.2 Beberapa Istilah Berkaitan dengan Elektrolisis dan Elektro-deposisi........7 II.3 Reaksi-reaksi pada Elektroda .....................................................................8 II.4 Sifat Endapan..............................................................................................9 II.5 Pengendapan Logam di Katoda ................................................................10 II.6 Tembaga dan Tembaga(II)sulfat...............................................................10 II.7 Perak dan Perak Nitrat ..............................................................................13 II.8 Penentuan Jumlah Logam yang Diendapkan............................................15 II.9 Metode Eksperimen pada Pembelajaran Kimia........................................18 Bab III Metodologi................................................................................................21 III.1. Waktu dan Tempat Penelitian...................................................................21 III.2 Rancangan Eksperimen ............................................................................21 III.3 Pengolahan Data .......................................................................................30 III.4 Telaah Pustaka ..........................................................................................31
ix
Bab IV Hasil dan Pembahasan............................................................................32 IV.1 Data Eksperimen dan Perhitungan ..........................................................32 IV.2 Pembahasan.............................................................................................39 IV.3 Implementasi Eksperimen pada Pembelajaran Kimia.............................45 Bab V Kesimpulan dan Saran............................................................................48 V.1
Kesimpulan..............................................................................................48
V.2
Saran........................................................................................................48
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................50
x
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Data Kalibrasi Buret.......................................................................52 Lampiran B Data Eksperimen Elektrolisis Tembaga (Cu).................................54 Lampiran C Titrasi Pengompleksan dengan EDTA...........................................55 Lampiran D Data dan Perhitungan Penentuan Deposit Cu dengan Titrasi EDTA..................................................................................56 Lampiran E
Data Percobaan Elektrolisis Larutan Perak Nitrat (AgNO3)..........62
Lampiran F
Data Penentuan Konsentrasi Larutan AgNO3 dengan Titrasi ........63
Lampiran G Data Eksperimen Elektrolisis Tembaga (Cu) kedua ......................67 Lampiran H Deskripsi Kurikulum Kimia SMA/MA Kelas XII .........................68 Lampiran I
Modul Praktikum Elektrolisis dan Hukum Faraday.......................72
Lampiran J
Soal-soal Ujian Elektrolisis dan Hukum Faraday ..........................81
Lampiran K Material Safety Data Sheet (MSDS) Zat yang Digunakan ............84 Lampiran L
Silabus Pembelajaran Reaksi Redoks dan Elektrokimia................89
xi
DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI Gambar II.1 Logam tembaga ...............................................................................11 Gambar II.2 Diagram elektrolisis larutan CuSO4.................................................13 Gambar II.3 Struktur EDTA dan struktur umum kompleks logam-EDTA .........15 Gambar III.1 Skema proses elektrolisis larutan tembaga(II)sulfat.......................23 Gambar III.2 Skema proses elektrolisis larutan perak nitrat .................................24 Gambar III.3 Skema proses elektrolisis seri larutan logam Cu dan Ag ................25 Gambar IV.1 Diagram perbandingan berat deposit tembaga hasil elektrolisis .....35 Gambar IV.2 Diagram perbandingan berat deposit perak hasil elektrolisis ..........37
xii
DAFTAR TABEL Tabel III.1 Alat yang digunakan dalam penelitian ..............................................21 Tabel III.2 Bahan yang digunakan dalam penelitian...........................................22 Tabel IV.1 Data kalibrasi buret ...........................................................................32 Tabel IV.2 Data hasil elektrolisis larutan CuSO4 ................................................33 Tabel IV.3 Data dan perhitungan elektrolisis kedua ...........................................34 Tabel IV.4 Data dan perhitungan elektrolisis kedua ...........................................34 Tabel IV.5 Data dan perhitungan elektrolisis ketiga ...........................................34 Tabel IV.6 Rekapitulasi deposit Cu hasil elektrolisis: ........................................35 Tabel IV.7 Data hasil elektrolisis larutan AgNO3 ...............................................36 Tabel IV.8 Data dan perhitungan hasil titrasi larutan AgNO3 .............................37 Tabel IV.9 Rekapitulasi deposit Ag hasil elektrolisis: ........................................37 Tabel IV.10 Perbandingan massa ekivalen dan tetapan Faraday hasil perhitungan........................................................................................39 Tabel IV.11 Standar kompetensi dan kompetensi dasar.......................................46 Tabel IV.12 Kegiatan pembelajaran dan indikator...............................................46
xiii
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG Singkatan
Nama
Coul EBT EDTA emf Eq In KTSP MA OHP SMA
Coulomb, satuan muatan listrik eriochrom black T ethilendiamin tetraacetat electromotive force ekivalen indikator kurikulum tingkat satuan pelajaran Madrasah Aliyah Over Head Projector Sekolah Menengah Atas
Lambang C E Ean Eb Eback Ekat Eo Esel I Ohm R t W
Coulomb, satuan muatan listrik Tegangan listrik Potensial pada anoda emf sel, tegangan sel emf balik Potensial pada katoda Potensial elektroda Potensial sel dari elektrokimia Arus listrik Satuan hambatan arus Hambatan listrik waktu, dari time weight, berat
Pemakaian pertama kali pada halaman 6 16 15 7 6 16 45 1 48 1
6 6 9 7 9 9 8 7 6 5 6 6 30
