LABORATORIUM KIMIA FISIKA

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Percobaan

: PELAPISAN LOGAM

Kelompok

: VI A

Nama 1. 2. 3. 4. 5.

: Aristania Nila Wagiswari Revani Nuriawati M. Fikri Dzulkarnain Rimosan Rio Sanjaya Nur Annisa Oktaviana

NRP. NRP. NRP. NRP. NRP.

2313 030 005 2313 030 019 2313 030 037 2313 030 065 2313 030 089

Tanggal Percobaan

: 09 Desember 2013

Tanggal Penyerahan

: 16 Desember 2013

Dosen Pembimbing

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

Asisten Laboratorium

: Dhaniar Rulandri W.

PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2013

ABSTRAK Tujuan melakukan percobaan ini adalah untuk mengetahui pealpisan logam besi (Fe) dengan pealpis berupa logam tembaga (Cu) dan mengetahui reaski redoks yang terjadi dengan menggunakan metode electroplating. Pelapisan logam merupakan salah satu teknik perlindungan terhadap logam dari pengaruh luar yang dapat merusak serta mengurangi ketahanan logam. Prosedur percobaan pelapisan logam yaitu pertama menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan, kemudian membersihkan logam besi dengan cara mencelupkan logam besi dalam larutan HCl peka. Kemudian menimbang logam besi satu per satu dengan menggunakan neraca kemudian mencatatnya sebagai berat awal (Wo). Kemudian dilanjutkan dengan percobaan pertama yaitu dengan menggunakan variabel waktu sebesar 15 menit, 20 menit, 25 menit, 30 menit, 35 menit, dan 40 menit dengan variabel terikatnya adalah kuat arus 100 mA. Dan percobaan kedua menggunakan variabel waktu yaitu15 menit, 20 menit, 25 menit, 30 menit, 35 menit, dan 40 menit, dengan variabel terikatnya adalah kuat arus 500 mA. setelah melalui proses electroplating, lalu menimbang berat masing- masing logam besi. Kemudian mencatatnya dalam sebagai berat akhir (Wt). Setelah itu menetukan berapa pertambahan berat yang dialami oleh besi ( W). Dari hasil percobaan yang telah dilakukan bahwa pada penggunaan arus listrik sebesar 100 mA, setiap variabel waktu 15 menit, 20 menit, 25 menit, 30 menit, 35 menit, dan 40 menit terjadi pertambahan berat logam yang sama yaitu sebesar 0,5 gram. Pada penggunaan arus listrik sebesar 500 mA, pertambahan berat logam terbesar terjadi pada waktu 40 menit dimana diperoleh hasil pertambahan berat logam besi sebesar 1,5 gram. Sementara pertmbahan berat logam terendah terjadi pada waktu t = 15 menit yaitu pertambahan berat (∆W) yang terjadi adalah 0,5 gram, dan pada waktu 20 menit, 25 menit, 30 menit dan 35 menit terjadi perubahan penambahan berat sebesar 1 gram. Pada percobaan yang telah dilakukan diketahui bahwa sesuai dengan teori yang menyebutkan bahwa semakin lama proses electroplating yang dilakukan pada besi maka semakin banyak pula endapan atau pelapisan yang terbentuk Pada percobaan dengan menggunakan arus 100 mA dengan variabel waktu 25 menit dengan mengganti logam besi yang 13 gram karena percobaan pertama gagal dan diperoleh hasil berupa peningkatan berat logam sebesar 0,5 gram. Hal itu dikarenakan oleh beberapa faktor diantaranya adalah larutan CuSO4 yang digunakan tidak pernah diganti selama percobaan berlangsung dan banyaknya serbuk tembaga hasil pelapisan yang terlepas (tidak ikut ditimbang) serta timbangan analit yang digunakan untuk menimbang logam tidak akurat. Kata Kunci : Electroplating, CuSO4, dan Pertambahan berat logam besi

i

DAFTAR ISI ABSTRAKS .........................................................................................................i DAFTAR ISI ........................................................................................................ii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................iii DAFTAR TABEL .................................................................................................iv BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang .......................................................................................I-1 I.2 Rumusan Masalah ...................................................................................I-1 I.3 Tujuan Percobaan ...................................................................................I-2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Dasar Teori ............................................................................................II-1 BAB III METODOLOGI PERCOBAAN III.1 Variabel Percobaan ..............................................................................III-1 III.2 Bahan yang Digunakan ........................................................................III-1 III.3 Alat yang Digunakan ............................................................................III-1 III.4 Prosedur Percobaan ..............................................................................III-1 III.5 Diagram Alir Percobaan........................................................................III-2 III.6 Gambar Alat Percobaan ........................................................................III-3 BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN IV.1 Hasil Percobaan ...................................................................................IV-1 IV.2 Pembahasan ..........................................................................................IV-2 BAB V KESIMPULAN ........................................................................................V-1 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................v DAFTAR NOTASI................................................................................................vi APPENDIKS .........................................................................................................vii LAMPIRAN - Laporan Sementara - Fotocopy Literatur - Lembar Revisi

ii

DAFTAR GAMBAR Gambar II.I.1 Anoda, Katoda, dan Elektrolit............................................................ II-11 Gambar II.1.2 Skema Proses Electroplating..............................................................

II-11

Gambar II.1.3 Elektroda Redoks..................................................................................II-17 Gambar III.6.1 Gambar Alat Percobaan..................................................................... III-3

iii

DAFTAR TABEL Tabel II.1

Pengujian Korosi.......................................................................................II-10

Tabel IV.1.1 Hasil Percobaan Pelapisan Logam Dengan Menggunakan Arus Listrik 300 mA.......................................................IV-I Tabel IV.1.2 Hasil Percobaan Pelapisan Logam Dengan Menggunakan Arus Listrik 500 mA .......................................................IV-I

iv

DAFTAR GRAFIK

Grafik IV.2.1 Pengaruh Arus Listrik (500 mA) dan Variabel Waktu Terhadap Pertambahan Berat Logam ....................................................IV-4 Grafik IV.2.2 Pengaruh Arus Listrik (100 mA) dan Variabel Waktu Terhadap Pertambahan Berat Logam ....................................................IV-5

v

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Setiap tahun, korosi yang terjadi diberbagai lingkungan menyebabkan kerusakan yang memakan biaya cukup besar. Untuk menanggulangi bahaya korosi, yang berarti juga memperkecil kerugian, perlu dicari cara-cara untuk melindungi logam yang mudah terkorosi.Salah satu cara perlindungan yang patut diketengahkan adalah memberikan suatu lapisan logam tertentu sebagai lapis pelindung.Ada bermacam-macam cara untuk memberikan logam pelapis pada logam yang akan dilindungi. Salah satu diantaranya adalah proses lapis listrik (electroplating) ( suparnia, 2009 ). Proses pelapisan logam ini dilakukan dengan sistim elektroplating dimana logam pelapis dalam hal ini nikel bertindak sebagai anoda, sedangkan benda kerja yang dilapisi sebagai katoda, kedua elektroda tersebut dicelupkan dalam suatu elektrolit yang mengandung nikel sulfat. Dalam operasi pelapisan, kondisi operasi perlu diperhatikan karena akan menentukan berhasil tidaknya proses pelapisan serta mutu yang diinginkan, dalam kaitannya dengan tebal lapisan yang terbentuk pada logam dasar, ada beberapa kondisi operasi yang mempengaruhi, diantaranya rapat arus, konsentrasi larutan, temperatur, pH larutan. Pelapisan kali ini dimaksudkan untuk mengetahui sejauh mana pengaruh besar kecilnya arus listrik dan konsentrasi elektrolit

terhadap ketebalan

pelapisan dalam proses pelapisan nikel ( sugiarta ). Dengan melukakan proses penyepuhan logam tersebut, maka dapat mencegah logam agar tidak mengalami korosi. Sehingga penggunaan alat-alat logam di industri akan lebih aman dan tidak cepat mengalami kerusakan. Selain itu, produk yang dihasilkan bisa dibuat lebih menarik agar daya jual lebih tinggi. Oleh karena itu, kami tertarik untuk melukakan percobaan pelapisan atau penyepuhan logam. Dalam percobaan ini, kami melapisi logam besi dengan menggunakan logam tembaga. I.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimana cara melapisi logam besi dengan menggunakan logam pelapis tembaga? 2. Bagaimana reaksi redoks yang terjadi pada elektroda?

I-1

I-2 BAB I Pendahuluan I.3 Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan yang dilakukan yaitu : 1. Untuk mengetahui cara melapisi logam besi dengan menggunakan logam pelapis tembaga. 2. Mengamati reaksi redoks pada elektroda.

Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Dasar Teori II.1.1 Pengertian Pelapisan Logam (Electroplating) Pelapisan logam adalah suatu cara yang dilakukan untuk memberikan sifat tertentu pada suatu permukaan benda kerja, dimana diharapkan benda tersebut akan mengalami perbaikan baik dalam hal struktur mikro maupun ketahanannya, dan tidak menutup kemungkinan pula terjadi perbaikan terhadap sifat fisiknya. Pelapisan logam merupakan bagian akhir dari proses produksi dari suatu produk. Proses tersebut dilakukan setelah benda kerja mencapai bentuk akhir atau setelah proses pengerjaan mesin serta penghalusan terhadap permukaan benda kerja yang dilakukan. Dengan demikian, proses pelapisan termasuk dalam kategori pekerjaan finishing atau sering juga disebut tahap penyelesaian dari suatu produksi benda kerja ( anonim ). Pelapisan secara listrik electroplating adalah elektro deposisi pelapisan (coating) logam melekat ke elektroda untuk menjaga substrat dengan memberikan permukaan dengan sifat dan dimensi berbeda dari pada logam basisnya tersebut (Anton J. H dan Tomijiro K. 1995 : 25), sedangkan pengertian electroplating yang lain adalah suatu proses pengerjaan permukaan material baik logam maupun bukan logam dan upaya meningkatkan sifat-sifat material tersebut (Saleh, A. Arsianto, 1995 : 3). Sifat-sifat yang akan ditingkatkan adalah penggabungan sifat-sifat seperti berikut : a. Daya tahan korosi (corrosion resistence) b. Tampak rupa (appearance) c. Daya tahan gores atau aus (abrasion resistence) d. Harga atau nilai (value) e. Mampu solder (solderability) f. Karet pengikat (bonding of rubber) g. Daya kontak listrik (electrcal contact resistence) h. Mampu pantul atau bias cahaya (reflectivity) i. Penyebaran rintangan (diffusion barrier) j. Mampu sikat kawat (wive bondability) k. Daya tahan temperatur tinggi (high temperature resistence)

II-1

II-2 BAB II Tinjauan Pustaka Dalam teknologi pengerjaan logam, proses electroplating dikategorikan sebagai proses pengerjaan akhir (metal finishing). Secara sederhana, electroplating dapat diartikan sebagai proses pelapisan logam, dengan menggunakan bantuan arus listrik dan senyawa kimia tertentu guna memindahkan partikel logam pelapis ke material yang hendak dilapisi. Pelapisan logam dapat berupa lapis seng (zink), galvanis, perak, emas, brass, tembaga, nikel dan krom. Penggunaan lapisan tersebut disesuaikan dengan kebutuhan dan kegunaan masing-masing material. Perbedaan utama dari pelapisan tersebut selain anoda yang digunakan, adalah larutan elektrolisisnya. Proses electroplating mengubah sifat fisik, mekanik, dan sifat teknologi suatu material. Salah satu contoh perubahan fisik ketika material dilapis dengan nikel adalah bertambahnya daya tahan material tersebut terhadap korosi, serta bertambahnya kapasitas konduktifitasnya. Adapun dalam sifat mekanik, terjadi perubahan kekuatan tarik maupun tekan dari suatu material sesudah mengalami pelapisan dibandingkan sebelumnya (Gautama, 2009). Karena itu, tujuan pelapisan logam tidak luput dari tiga hal, yaitu untuk meningkatkan sifat teknis/mekanis dari suatu logam, melindungi logam dari korosi, dan memperindah tampilan (decorative) (Gautama, 2009). II.1.2 Macam-Macam Pelapisan Logam Berdasarkan Fontana (1987 : 301-312) macam-macam pelapisan logam ada dua yaitu : a) Pelapisan Anorganik dan Logam. Pada umumnya pelapisan tipis dari logam dan materi anorganik dapat menyediakan sebuah kendala yang sering terjadi antara logam dengan lingkungannya. Hal utama dari pelapisan adalah (terlepas dari pengorbanan logam pelapis seperti zinc) untuk menyelesaikan sebuah kendala secara efektif. Pelapisan logam diaplikasikan dalam pengendapan logam menggunakan arus listrik (electro deposition), penyalutan (cladding), penceluban panas (hot dipping), dan pengendapan logam dengan uap (vapor deposition). Material anorganik diaplikasikan atau dibentuk oleh pembakaran, difusi atau pengkonversi reaksi kimia. Penyemprotan (spraying) biasanya dibentuk dari pembakaran pada suhu yang tinggi. Pelapisan logam biasanya menunjukkan beberapa kemampuan pembentukan, padahal material anorganik mempunyai sifat yang rapuh. Dari dua Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-3 BAB II Tinjauan Pustaka kasus di atas harus diatasi. Pengeroposan atau pengerusakan lainnya pada logam bisa disebabkan dari pengerusakan pada bagian dasar logam yang dipercepat karena dampak dari dua atau lebih logam lainnya. beberapa contoh dari pelapisan logam yaitu pelapisan logam pada bumper mobil dan hiasan, alat-alat rumah tangga, pelapisan kaleng dengan timah. Sementara macam-macam dari pelapisan anorganik dan logam ini meliputi : 1.

Pelapisan Logam (Electrodeposition) Electrodeposition disebut juga electroplapting. Electroplating adalah pelapisan logam dengan cara pengendapan logam lainnya ke logam seabagai pelapis logam tersebut dengan menggunakan aliran arus listrik. Proses ini dikenal juga dengan istilah elektrolisis. Beberapa faktor yang mempengaruhi pengendapan logam pada electroplating yaitu suhu, aliran arus listrik, waktu dan kadar dari palarut yang digunakan pada electroplating. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi pelapisan

logam tersebut dapat diatur untuk

mengahsilkan pelapisan logam yang tebal, tipis, lunak atau tajam. Pada pelapisan yang keras digunakan untuk mencegah erosi korosi. Pada pelapisan dapat digunakan logam tunggal, beberapa campuran logam atau beberapa komposisi aloy, misalnya campuran pada pelapisan bemper mobil, mempunyai sebuah lapisan utama berupa tembaga pada permukaannya, kapisan nickel pada bagian tengahnya dan pada bagian atasnya terlapisi logam krom yang tipis. Seng, nikel, timah dan kadmium pada pelapisan logam diatas untuk mendapatkan hasil pelapisan yang kuat. Pelapis berupa emas, perak dan platina adalah sering digunakan. Pada umumnya dari beberapa logam bisa diaplikasikan dengan electroplating atau pelapisan logam dengan menggunaka sumber arus listrik. 2. Pengalasan (Flame Spraying) Proses ini dikenal juga dengan istilah metallizing, dimana bijih logam dipanasi dengan apai atau dijadikan bubuk kemudian diluruhkan dengan api sehingga logam berubah menjadi cairan logam (liquid) dan disemprotkan pada permukaan logam yang akan dilapisi. 3. Penyalutan (Cladding)


II-4 BAB II Tinjauan Pustaka Proses ini melibatkan sebuah sebuah lapisan permukaan dari beberapa lembar logam yang biasanya diletakkan oleh penggelinding pada dua lembar logam yang diletakkan secara bersama-sama pada benda yang akan dilapisi. 4. Pecelupan (Hot Dipping) Pencelupan dengan cairan logam panas diaplikasikan kepada logam yang dicelupkan pada penampungan yang berisi leburan logam yang teridiri dari berbagai campuran leburan logam lainnya, misal seng, timah, timah hitam dan aluminium. Hot Dipping merupakan salah satu metode pelapisan logam yang paling tua dan pelapisan seng adalah salah satu contohnya. 5. Pengendapan dengan metode uap (Vapor Deposition) Proses ini dilakukan pada ruangan hampa dengan uap temperatur tinggi. Pelapis logam diupakan oleh pemanas elektrik dan pelapis logam akan diendapkan pada bagian yang akan dialpisi, metode pelapisan mengahbiskan biaya yang lebuh mahal daripada metode pelapisan logam yang lainnya. contoh dari pelapisan jenis ini biasanya digunakan pada pelapisan bagian dari kerangka roket. 6. Penyebaran (Diffusion) Pelapisan dengan metode penyebaran melibatkan pemanasan pada bentukan alloy yang kemudian dipanasakan dan disebarkan dari satu alloy ke permukaan logam lainnya yang akan dilapisi. 7. Reaksi Kimia (Chemical Conversion) Pelapisan logam melalui reaksi kimia dilakukan untuk menghindari dari perkaratan “corroding” pada sebuah permukaan logam. 8. Modifikasi Permukaan (Surface Modification) Perlakuaan

pada permukaan logam untuk pelapisan logam

membutuhkan energi langsung guna meningkatkan daya tahan logam tersebut. misalnya saja ingin melapisi logam dengan alloy atau chrom sehingga tahan karat. 9. Penanaman Ion (Ion Implantation) Pengaplikasian penanaman ion pada permukaan logam untuk memodifikasi permukaan logam agar tahan karat. Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-5 BAB II Tinjauan Pustaka (Fontana, 1987).

10. Pelapisan Organik Pelapisan jenis ini melibatkan beberapa subtrat alami dan lingkungan. pengecatan (paints), pernis (varnishes), pemberian pernis (lacquers) dan pelapisan yang sejenis untuk melindungi logam dan pencegahan terhadap korosi. Permukaan pada bagian luar yang dilapisi sering kita jumpai, tapi pelapisan pada bagian dalam sering juga kita gunakan. Salah satu jenis pelapisan organik yang sering digunakan yaitu pengecatan. Proses pengecatan dapat mencegah prose korosi (Fontana, 1987). II.1.3 Elektroplating Elektroplating Pelapisan logam adalah suatu cara yang dilakukan untuk memberikan sifat tertentu pada suatu permukaan benda kerja dimana diharapkan benda tersebut akan mengalami perbaikan maupun ketahanannya serta tidak menutup kemungkinan pula terjadi perbaikan terhadap sifat fisiknya. Adapun macam-macam pelapisan logam menurut tujuannya antara lain untuk dekoratif, protektif dan untuk mendapatkan sifat khusus pada permukaan. Adapun pelapisan logam ditinjau dari sifat elektrokimia bahan pelapisnya, dapat di kategorikan sebagai pelapisan anodik dan pelapisan katodik.Pelapisan anodik dimana potensial listrik logam pelapis lebih anodik terhadap logam dasar/subtrat, sedangkan pelapisan katodik merupakan pelapisan dimana potensial listrik logam pelapis lebih katodik terhadap subtratnya.Keunggulan dari pelapisan anodik adalah sifat logam pelapis melindungi logam yang dilapisi, sementara itu pada pelapisan katodik lebih cocok digunakan pada pelapisan untuk tujuan dekoratif.Dalam perlindungan katodik, obyek yang dilindungi adalah katoda, tetapi dalam perlindungan anodik, obyek yang dilindungi adalah anoda. Dalam teknologi pengerjaan logam, proses electroplating dikategorikan sebagai proses pengerjaan akhir (metal finishing). Secara sederhana, electroplating dapat diartikan sebagai proses pelapisan logam, dengan menggunakan bantuan arus listrik dan senyawa kimia tertentu guna memindahkan partikel logam pelapis ke material yang hendak dilapis.Pelapisan logam dapat berupa lapis seng (zink), galvanis, perak, emas, brass, tembaga, nikel dan krom. Penggunaan lapisan tersebut disesuaikan dengan kebutuhan dan kegunaan masing-masing material.


II-6 BAB II Tinjauan Pustaka Perbedaan utama dari pelapisan tersebut selain anoda yang digunakan, adalah larutan elektrolisisnya. Dalam penelitian yang baru belakangan ini (tahun 2004), dilakukan oleh Tadashi Doi dan Kazunari Mizumoto, mereka menemukan larutan baru (elektrolisis) yang dinamakan larutan citrate ( kekerasan deposit mencapai 440 VHN). Proses electroplating mengubah sifat fisik, mekanik, dan sifat teknologi suatu material.Salah satu contoh perubahan fisik ketika material dilapis dengan nikel adalah bertambahnya daya tahan material tersebut terhadap korosi, serta bertambahnya kapasitas konduktifitasnya.Adapun dalam sifat mekanik, terjadi perubahan kekuatan tarik maupun tekan dari suatu material sesudah mengalami pelapisan dibandingkan sebelumnya.Karena itu, tujuan pelapisan logam tidak luput dari tiga hal, yaitu untuk meningkatkan sifat teknis/mekanis dari suatu logam, yang kedua melindungi logam dari korosi, dan ketiga memperindah tampilan (decorative). ( emperor , 2012 )

Dari hukum Faraday bahwa pada elektrolit zat yang diendapkan berbanding lurus dengan waktu dan arus listrik. Berat logam yang diendapkan, dapat ditulis sebagai berikut : (1) dimana : W = Berat logam yang diendapkan (gr) Ma= Massa atom (gr) I = Arus listrik (Amp) ( Sugiyarta dkk.,)

Pengaruh konsentrasi larutan dan kuat arus terhadap ketebalan pada proses pelapisan nikel untuk baja karbon rendah T = Waktu (detik) N= Elektron valensi F= Bilangan Faraday (96.500) Secara matematis ketebalan lapisan yang terbentuk, menurut lowenheim dirumuskan sebagai berikut : (2) dimana : δ = Tebal lapisan terbentuk (cm) W = Berat lapisan yang terbentuk (gr) Ρ =Massa jenis pelapis (gr/cm3) Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-7 BAB II Tinjauan Pustaka A = Luas permukaan setelah dilapis (cm2) Ketebalan teoritis dapat dihitung pula dari substitusi persamaan (1) dan (2) yang dapat dituliskan sebagai berikut : (3) Efisiensi arus, dinyatakan dalam bentuk prosentase, yaitu perbandingan antara berat aktual berbanding terbalik dengan berat ideal / teoritisnya[2], secara matematis dituliskan = 4) dimana : Wakt

= Berat hasil penimbangan

(gr) Wteoritis = Berat teoritis (gr) II.1.4 Fungsi Elektroplating Dalam teknologi pengerjaan logam, proses lapis listrik termasuk ke dalam proses pengerjaan akhir (metal finishing). Adapun fungsi dan tujuan dari pelapisan logam adalah sebagai berikut : 1. Memperbaiki tampak rupa (dekoratif) misalnya ; pelapisan emas, perak, kuningan, dan tembaga. 2. Melindungi logam dan dekorasi, yaitu : -

Melindungi logam dasar dengan logam yang lebih mulia, misalnya ;

pelapisan platina, emas dan baja. -

Melindungi logam dasar dengan yang kurang mulia, misalnya ; pelapisan seng dan baja.

3. Meningkatkan ketahanan produk terhadap gesekan (abrasi), misalnya ; pelapisan krom keras. 4. Memperbaiki kehalusan /bentuk permukaan toleransi logam dasar misalnya ; pelapisan nikel, krom dan lain sebagainya. 5. Elektroforming, yaitu ; membentuk benda kerja dengan cara endapan II.1.5 Korosi Salah satu tujuan plating ialah upaya mencegah korosi. Secara sederhana, peristiwa korosi disebabkan oleh reaksi logam dengan unsur bukan logam dari lingkungannya. Produknya biasanya oksida atau garamnya, yang pada gilirannya turut mempengaruhi jalannya reaksi lanjut. Mengendalikan korosi logam dapat ditempuh dengan berbagai cara. Reaksi korosi dapat dikelompokkan atas berbagai jenis, akan tetapi secara umum ada dua macam (sesuai peristiwanya) yakni : penggabungan langsung logam atau ion logam dengan unsur-unsur bukan logam, serta reaksi Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-8 BAB II Tinjauan Pustaka pelarutan logam (biasanya di lingkungan berair) lalu bergabung dengan bukan logam mambentuk produk korosi (reaksi penggantian). Reaksi langsung disebut juga korosi kering, reaksi penggantian disebut korosi basah. Reaksi langsung (korosi kering) termasuk oksida di udara, reaksi dengan uap belerang, hydrogen sulfide dan kandungan udara kering lainnya, juga reaksi dengan logam cair misalnya natrium. Reaksi demikian nyata dan lazim pada suhu relatif tinggi.

Oksidasi

logam

sekilas

tak

tampak

melibatkan

mekanisme

elektrokimia, akan tetapi sebenarnya bentuk korosi itupun tergantung pada mekanisme pertukaran elektron dengan gejala arus listrik pula. Secara sederhana, oksigen molekul terserap ke permukaan logam. Lalu mengurai menjadi atom dan mengion. Logamnya juga mengion. Ion logam dan oksida bergabung, membentuk lapisan awal oksidanya. Ion logam terus terbentuk dipermukaan, elektron berdifusi lewat lapisan oksida, mengionkan oksigen di permukaan. Ion oksida berdifusi ke lapisan oksida dan bereaksi dengan ion logam. Lapisan oksida makin tebal. Dapat pula logam yang mengion

dan

berdifusi

ke

permukaan,

hasilnya

serupa.

Korosi

demikian

berlangsungnya tergantung pada sifat oksida logam, seberapa permeabel dan kuat ikatannya ke permukaan logam. Korosi adalah reaksi antar logam dan lingkungannya, karena itu upaya pengubahan lingkungan yang menjadikannya kurang agresif akan bermanfaat untuk membatasi serangannya terhadap logam. Dalam hal ini ada tiga situasi :

1. Lingkungan berwujud gas. Biasanya yang dimaksudkan disini adalah udara dengan rentang temperatur -100C hingga +300C. Beberapa metode yang digunakan untuk mengurangi laju korosi di udara bebas adalah : a. Menurunkan kelembaban relatif;

b. Menghilangkan komponen-komponen mudah menguap yang dihasilkan oleh bahanbahan di sekitar; c. Mengubah temperatur; d. Menghilangkan kotoran-kotoran (termasuk partikel-partikel padat yang abrasif), endapan-endapan yang akan membentuk katoda dan ion-ion agresif. 2. Bahan terendam di air bebas yang cukup mengandung ion untuk menjadikannya sebuah elektrolit. Modifikasi terhadap elektrolit meliputi : a. Menurunkan konduktivitas ionik; b. Mengubah pH; Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-9 BAB II Tinjauan Pustaka c. Secara homogen mengurangi kandungan oksigen; d. Mengubah temperatur. 3. Logam terkubur dalam tanah dan mineral-mineral yang terlarut membentuk elektrolit. Pengendalian biasanya melalui proteksi katodik atau pelapisan permukaan, tetapi lingkungan tersebut dapat dibuat kurang agresif dengan mengganti tanah urugan yang tidak menahan air, mengendalikan pH dan mengubah konduktivitasnya. Perhitungan laju korosi adalah sebagai berikut : Salah satu metode untuk menentukan laju korosi adalah dengan menghitung berat per satuan atau kedalaman penetrasi per satuan waktu. Laju korosi ini dapat dinyatakan dalam inches per year (ipy), mils per year(mpy), milimeter per year (mm/y), micrometer per year ( μm/yr). Kehilangan berat = (kehilangan volume spesimen) x (berat jenis spesimen) ΔW = ΔV x ρ ...............(2.5) Dengan : ΔW = Kehilangan berat spesimen (gr) ΔV = Kehilangan volume spesimen (mm3) Ρ

= Berat jenis spesimen (gr/cm3)

Sedangkan kedalaman penetrasi pada permukaan logam yaitu: t = ΔV / A ..................(2.6) A = 2 ( (x.y) + (x.z) + (y.z)) Dengan : t

= Kedalaman penetrasi (mm)

ΔV = Kehilangan volume spesimen (mm3 ) A

= Luas daerah yang terendam (mm2 )

x

= Panjang permukaan yang terendam (mm)

y

= Lebar permukaan yang terendam (mm)

z

= Tebal permukaan yang terendam (mm)

Jadi laju korosi yang terjadi adalah sebagai berikut : r = t / T.......................... (2.7) Dengan : r = Laju korosi (mm/tahun) t = Kedalaman penetrasi (mm) T = Waktu (tahun) Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-10 BAB II Tinjauan Pustaka

Tabel 2.1 Pengujian Korosi Laju korosi

Pengujian

Dapat atau tidak untuk

(mm/tahun)

digunakan

0,05 Cukup tahan korosi

Tahan korosi

Dapat digunakan

0,05 s/d 0,5

Cukup tahan korosi

Dapat digunakan dengan hati-hati

0,5 s/d 1,5

Kurang tahan korosi

Hanya digunakan untuk peralatan yang berukuran besar

1,5

Tidak tahan korosi

Tidak dapat digunakan

II.1.6 Prinsip Dasar Pelapisan Logam Kita mengenal istilah anoda, katoda, larutan elektrolit. Ketiga istilah tersebut digunakan seluruh literatur yang berhubungan dengan pelapisan material khususnya logam, yaitu : 

Anoda adalah terminal positif, dihubungkan dengan kutub positif dari sumber arus listrik. Anoda dalam larutan elektrolit ada yang larut dan ada yang tidak. Anoda yang tidak larut berfungsi sebagai penghantar arus listrik saja, sedangkan anoda yang larut berfungsi selain penghantar arus listrik, juga sebagai bahan baku pelapis.



Katoda dapat diartikan sebagai benda kerja yang akan dilapisi, dihubungkan dengan kutub negatif dari sumber arus listrik.



Elektrolit berupa larutan yang molekulnya dapat larut dalam air dan terurai menjadi partikel-partikel yang bermuatan positf atau negatif.



Gambar II.1.1 Anoda, Katoda, dan Elektrolit Karena electroplating adalah suatu proses yang menghasilkan lapisan tipis logam di atas permukaan logam lainnya dengan cara elektrolisis, maka perlu kita ketahui skema proses electroplating tersebut (Gautama, 2009).

II.1.7 Skema Proses Electroplating Perpindahan 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 II.1.2 Skema Proses Electroplating



Pada Katoda Pembentukan lapisan Nikel Ni2+ (aq) + 2e- →Ni (s) Pembentukan gas Hidrogen 2H+ (aq) + 2e- →H2 (g) Reduksi oksigen terlarut

Pada Anoda Pembentukan gas oksigen H2O (l) →4H + (aq) + O2 (g) + 4eOksidasi gas Hidrogen H2 (g) →2H+(aq) + 2e-

½ O2 (g) + 2H + →H2O (l) Mekanisme terjadinya pelapisan logam adalah dimulai dari dikelilinginya ionion 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 menempatkan diri pada permukaan katoda dengan mula-mula menyesuaikan mengikuti susunan atom dari material katoda (Gautama, 2009). II.1.8 Reaksi Oksidasi Reduksi Terdapat sejumlah reaksi dalam mana keadaan oksidasi berubah yang disertai dengan pertukaran elektron antara pereaksi. Ini disebut reaksi oksidasi-reduksi atau dengan kata pendek yaitu reaksi redoks. Dari sejarahnya istilah oksidasi diterapkan untuk proses-proses dimana oksigen diambil oleh suatu zat. Maka reduksi dianggap sebagai proses dimana oksigen diambil dari dalam suatu zat. Kemudian penangkapan hidrogen juga disebut reduksi, sehingga kehilangan hidrogen harus disebut oksidasi. Sekali lagi reaksi-reaksi lain dimana baik oksigen maupun hidrogen tidak ambil bagian belum dapat dikelompokkan sebagai oksidasi atau reduksi sebelum definisi oksidasi dan reduksi yang paling umum, yang didasarkan pada pelepasan dan pengambilan elektron, disusun orang. Sebelum mencoba mendefinisikan dengan lebih cermat apa arti istilah-istilah itu.


II-13 BAB II Tinjauan Pustaka a) Reaksi antara ion besi(III) dan timah(II) menuju terbentuknyabesi(II) dan timah(IV) : 2Fe3+ + Sn2+

2Fe2+ + Sn4+

Jika reaksi ini dijalankan dengan hadirnya asam klorida, hilangnya warna kuning (ciri khas Fe3+) dapat diamati dengan mudah. Dalam reaksi ini Fe3+ direduksi menjadi Fe2+ dan Sn2+ dioksidasi menjadi Sn4+. Sebenarnya apa yang terjadi adalah bahwa Sn2+ memberikan elektron-elektron kepada Fe3+ jadi terjadilah serah terima (transfer) elektron. b) Sepotong besi (paku misalnya) dibenamkan dalam larutan tembaga sulfat (CuSO4), paku ini akan tersulut logam tembaga yang merah, sementara itu dapatlah dibuktikan adanya besi(II) dalam larutan. Reaksi yang berlangsung adalah Fe + Cu2+

Fe2+ + Cu

Dalam hal ini menyumbangkan elektron-elektron kepada ion tembaga(II). Fe teroksidasi menjadi Fe2+ dan Cu2+ tereduksi menjadi Cu. Melihat contoh-contoh ini dapat ditarik beberapa kesimpulan umum dan dapatlah didefinisikan oksidasi dan reduksi dengan cara berikut : (i)

Oksidasi adalah suatu proses yang mengakibatkan hilangnya satu elektron atau lebih dari dalam zat (atom, ion atau molekul). Bila suatu unsur dioksidasi, keadaan oksidasinya berubah ke harga yang lebih positif. Suatu zat pengoksidasi adalah zat yang memperoleh elektron, dan dalam proses itu zat itu direduksi. Definisi ini sangat umum, karena itu berlaku juga untuk proses dalam zat padat, lelehan maupun gas.

(ii)

Reduksi sebaliknya adalah suatu proses yang mengakibatkan diperolehnya satu elektron atau lebih oleh zat (atom, ion, atau molekul). Bila suatu unsur direduksi, keadaan oksidasi berubah menjadi lebih negatif (kurang positif). Jadi suatu zat pereduksi adalah zat yang kehilangan elektron, dalam proses itu zat ini dioksidasi. Definisi reduksi ini juga sangat umum dan berlaku juga untuk proses dalam zat padat, lelehan maupun gas.

(Vogel, 1985).

II.1.9 Pengertian Elektrokimia Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari aspek elektronik dari reaksi kimia. Elemen yang digunakan dalam reaksi elektrokimia dikarakterisasikan dengan Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-14 BAB II Tinjauan Pustaka banyaknya elektron yang dimiliki. Elektrokimia secara umum terbagi dalam dua kelompok, yaitu sel galvani dan sel elektrolisis (wikipedia.org). Sel Elektrolisis Sel elektrolisis adalah sel elektrokimia yang menimbulkan terjadinya reaksi redoks yang tidak spontan dengan adanya energi listrik dari luar. Contohnya adalah elektrolisis lelehan NaCl dengan electrode platina. Contoh lainnya adalah pada sel Daniell jika diterapkan beda potensial listrik dari luar yang besarnya melebihi notasi sel memberikan informasi yang lengkap dari sel galvani. Informasi tersebut potensial sel Daniell (Dailami, 2010). Notasi Sel dan Reaksi Sel Meliputi jenis elektroda, jenis elektrolit yang kontak dengan elektroda tersebut termasuk konsentrasi ion-ionnya, anoda dan katodanya serta pereaksi dan hasil reaksi setiap setengah-sel. Setengah sel anoda dituliskan terlebih dahulu, diikuti dengan setengah sel katoda. Satu garis vertikal menggambarkan batas fasa. Garis vertikal putus-putus sering digunakan untuk menyatakan batas antara dua cairan yang misibel. Dua spesi yang ada dalam fasa yang sama dipisahkan dengan tanda koma. Garis vertikal rangkap dua digunakan untuk menyatakan adanya jembatan garam. Untuk larutan, konsentrasinya dinyatakan di dalam tanda kurung setelah penulisan rumus kimianya. Sebagai contoh: Zn(s)Zn2+(1,00 m)  Cu2+(1,00 m) Cu(s) Zn(s)Zn2+(1,00 m) Cu2+(1,00 m) Cu(s) PtFe2+, Fe3+ H+H2Pt Karena yang dituliskan terlebih dulu (elektroda sebelah kiri) dalam notasi tersebut adalah anoda, maka reaksi yang terjadi pada elektroda sebelah kiri adalah oksidasi dan elektroda yang ditulis berikutnya (elektroda kanan) adalah katoda maka reaksi yang terjadi pada elektroda kanan adalah reaksi reduksi. Untuk sel dengan notasi : Zn(s)Zn2+(1,00 m)  Cu2+(1,00 m) Cu(s) reaksinya adalah: Zn(s)  Zn2+(aq) + 2eCu2+(aq) + 2e-  Cu(s) Zn(s) + Cu2+(aq)  Zn2+(aq) + Cu(s)

(reaksi oksidasi) +

(reaksi reduksi) (reaksi keseluruhan)

(Dailami, 2010). Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-15 BAB II Tinjauan Pustaka Elektroda Elektroda merupakan kutub atau lempeng pada suatu sel elektrolitik ketika arus listrik memasuki atau meninggalkan sel. Elektroda dimana proses reduksi berlangsung disebut sebagai katoda yang merupakan kutub negatif (penarik elektron), sedangkan elektron dimana proses oksidasi berlandsung disebut anoda yang merupakan kutub positif (pelepas elektron). Anoda biasanya terkorosi dengan melepaskan elektronelektron dari atom-atom logam netral untuk membentuk ion-ion bersangkutan. Berbagai anoda dipergunakan pada electroplating. Ada anoda inert, ada anoda aktif (terkorosi). Anoda dapat merupakan logam murni, dapat pula sebagai alloy. Katoda biasanya tidak mengalami korosi, walaupun mungkin menderita kerusakan dalam kondisi-kondisi tertentu. Dalam larutan, ion-ion positif bergerak ke katoda dan ion-ion negatif bergerak ke anoda. Adapun logam yang biasa digunakan sebagai elektroda adalah logam yang tidak larut dalam larutan elektrolit yang digunakan sebagai pelapis (Dailami, 2010).

Jenis-Jenis Elektroda Reversible Kereversibelan pada elektroda dapat diperoleh jika pada elektroda terdapat semua pereaksi dan hasil reaksi dari setengah-reaksi elektroda. Contoh elektroda reversibel adalah logam Zn yang dicelupkan ke dalam larutan yang mengandung Zn2+ (misalnya dari larutan ZnSO4). Ketika elektron keluar dari elektroda ini, setengah reaksi yang terjadi adalah : Zn(s)  Zn2+(aq) + 2edan sebaliknya jika elektron masuk ke dalam elektroda ini terjadi reaksi yang sebaliknya: Zn2+(aq) + 2e-  Zn(s) Tetapi jika elektroda Zn tersebut dicelupkan ke dalam larutan KCl, tidak dapat terbentuk elektroda yang reversibel karena saat ada elektron keluar dari elektroda ini terjadi setengah-reaksi : Zn(s)  Zn2+(aq) + 2eakan tetapi saat ada elektron yang masuk ke dalam elektroda ini, yang terjadi adalah setengah-reaksi : 2H2O + 2e-  H2 + 2OHLaboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-16 BAB II Tinjauan Pustaka dan bukan reaksi : Zn2+(aq) + 2e-  Zn(s) karena larutan yang digunakan tidak mengandung Zn2+. Jadi dalam hal ini kereversibelan memerlukan adanya Zn2+ yang cukup dalam larutan di sekitar elektroda Zn (Vogel, 1985). Elektroda Logam-Ion Logam Pada elektroda ini logam L ada dalam kesetimbangan dengan larutan yang mengandung ion Lz+. Setengah reaksinya ditulis: Lz+ + ze-  L Contoh dari elektroda ini diantaranya Cu2+Cu;

Zn2+Zn,

Ag+Ag,

Pb2+Pb. Logam-logam yang dapat mengalami reaksi lain dari reaksi setengah-sel yang diharapkan) tidak dapat digunakan. Jadi logam-logam yang dapat bereaksi dengan pelarut tidak dapat digunakan. Logam-logam golongan IA dan IIA seperti Na dan Ca dapat bereaksi dengan air, oleh karena itu tidak dapat digunakan. Seng dapat bereaksi dengan larutan yang bersifat asam. Logam-logam tertentu perlu diaerasi dengan N2 atau He untuk mencegah oksidasi logam dengan oksigen yang larut (kimiaunipa.blogspot.com). Elektroda Amalgam Amalgam adalah larutan dari logam dengan cairan Hg. Pada elektroda ini amalgam dari logam L berkesetimbangan dengan larutan yang mengandung ion Lz+, dengan reaksi : Lz+ + ze-  L (Hg) Dalam hal ini raksanya sama sekali tidak terlibat dalam reaksi elektroda. Logam aktif seperti Na, K, Ca dan sebagainya biasa digunakan dalam elektroda amalgam (kimiaunipa.blogspot.com). Elektroda Logam-Garamnya yang Tak Larut Pada elektrtoda ini logam L kontak dengan garamnya yang sangat sukar larut (L+X-) dan dengan larutannya yang jenuh dengan garam tersebut serta mengandung garam yang larut (atau asam) yang mengandung Xz-. Contoh dari elektroda ini adalah

elektroda perak-perak klorida, elektroda kalomel, dan

elektroda timbal-timbal sulfat (Dailami, 2010). Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-17 BAB II Tinjauan Pustaka Elektroda Gas Pada elektroda gas, gas berkesetimbangan dengan ionnya dalam larutan. Contoh dari elektroda ini adalah elektroda hidrogen dan elektroda klor (Dailami, 2010).

Elektroda Redoks Sebetulnya semua elektroda melibatkan setengah-reaksi oksidasi – reduksi. Tapi istilah untuk elektroda redoks biasanya hanya digunakan untuk elektroda yang setengah-reaksi redoksnya melibatkan dua spesi yang ada dalam larutan yang sama. Contoh dari elektroda ini adalah Pt yang dicelupkan ke dalam larutan yang mengandung ion-ion Fe2+ dan Fe3+ dengan setengah-reaksi : Fe3+ + e-  Fe2+ Notasi setengah-selnya adalah PtFe3+, Fe2+ yang gambarnya tampak seperti di bawah. Contoh lainnya adalah PtMnO4-, Mn2+.

Gambar II.1.3. Elektrode Redoks (Dailami, 2010).

II.1.10 Hukum-Hukum Faraday Tentang Elektrolisis Konsep hukum faraday yang digunakan dalam elektrolisis yaitu : 1. Massa suatu zat yang dibebaskan atau diendapkan pada suatu elektrode sebanding dengan muatan listrik (yaitu banyaknya coulumb) yang melalui eletrolit. 2. Massa berbagai zat yang dibebaskan atau diendapkan oleh kuantitas listrik yang sama (yaitu banyaknya coulumb yang sama) sebanding dengan bobot ekuivalen zat-zat itu. (L. Rosenberg, 1985). Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-18 BAB II Tinjauan Pustaka Kedua hukum ini, yang ditemukan secara empiri oleh faraday lebih dari setengah abad sebelum penemuan elektron, dapat dikatakan merupakan konsekuensi sederhana daripada sifat-sifat listrik zat. Dalam setiap peristiwa elektrolisis terjadi reduksi pada katode untuk mengambil elektron yang mengalir ke elektrode itu dan oksidasi yang terjadi pada anode, yang memberikan elektron yang meninggalkan

sel

elektrolitik

itupada

elektroda

ini.

Berdasarkan

asas

kesinambungan arus, pembuangan elektron pada katode harus persis sama dengan elektron yang ditambahkan pada anode. Berdasarkan definisi daripada bobot ekuivalen dalam reaksi oksidasi-reduksi, banyaknya gram ekuivalen reaksi elektrode harus sebandingdengan banyaknya muatan yang diangkut ke dalam atau ke luar sel elektrolitik itu, dan harus sama dengan banyaknya mol elektron yang diangkut ke dalam rangkaian listrik itu. Tetapan faraday (F) sama dengan muatan satu mol elektron : F = 1,602 x10-19 C/elektron) (6,022x1023 elektron/mol) = 9,65x104 C/mol (L. Rosenberg, 1985).

II.1.11 Voltase, Tahanan dan Hataran Aliran antara kutub positif dan negatif dari sumber arus lansung dilengkapi dengan suatu alat elektrolit, maka sejumlah arus listrik yang akan lewat sangat bergantung pada dua faktor, yaitu :  Gaya gerak listrik (ggl) atau dinamakan electro motif force (e. m. f. ) atau voltase yang digunakan pada baterai atau sumber arus ion sebagai sumber arus yang melalui elektrolit.  Tahanan listrik dari elektrolit yang berbanding terbalik dengan arus yang lewat. Jika tahanan diperbesar maka kuat arus yang ditimbulkan makin kecil, begitulah sebaliknya. Untuk memulai suatu elektrolisa harus melampaui GGL balik galvanik atau potensial penguraian Ed. Harga ini dinyatakan dengan Ed= EAnoda - EKatoda dapat dengan mudah dihitung. Persamaan untuk menentukan potensial yang diperlukan sebagai berikut : Edigunakan = Ed + iR + Ekatoda + Eanoda Dengan Ed = Eanoda - Ekatoda adalah potensial penguraian menurut Nernst.


II-19 BAB II Tinjauan Pustaka Faktor ini berbanding terbalik dengan tahanan, dimana jika daya hantarnya bertambah maka arus yang lewat besar. Berdasarkan Hukum Ohm:

I = V/R Dimana, I = Arus (Ampere) E = e.m.f (volt) R = Tahanan (Ohm) Berdasarkan penemuan dari Michael Faraday pada tahun 1883 yang dikenal sebagai hukum Faraday, menetapkan hubungan listik dan kimia dari elektrolit atau reaksi elektrokimia. Kedua hukum tersebut adalah: a) Berat logam yang diendapkan pada katoda selama elektrolisis adalah sebanding dengan jumlah arus listrik yang melalui larutan. b) Untuk sejumlah arus yang lewat selama elektrolisis, berat logam yang diendapkan sebanding dengan berat ekivalennya. Berdasarkan kedua hukum tersebut diatas diperoleh:

W=

A.i.t Z . 96500

Dimana, W = Berat endapan (gram) I = Kuat Arus (ampere) T = Waktu pelapisan (detik) A = Berat atom (garam/mol) Z = Valensi F = Konstanta Faraday (96500 Coloumb) (Dailami, 2010).

II.1.12 Faktor Yang Mempengaruhi Lapisan Faktor-faktor yang mempengaruhi proses

electroplating antara lain

adalah: (1) potensial dan arus yang diberikan, (2) suhu, (3) kerapatan arus, (4) konsentrasi ion, (5) waktu. Harga potensial mempengaruhi jalannya proses electroplating. Setiap logam mempunyai harga potensial tertentu untuk terjadinya reduksi di katoda. Besarnya potensial yang diberikan berpengaruh pula pada arus yang mengalir ke dalam larutan. Suhu sangat penting untuk menyeleksi tepat tidaknya jalan reaksi dan melindungi pelapisan. Keseimbangan suhu ditentukan oleh beberapa faktor misalnya jarak antara anoda dan katoda serta arus yang Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-20 BAB II Tinjauan Pustaka digunakan. Kerapatan arus yang baik adalah arus yang tinggi pada saat arus yang diperlukan masuk. Berapapun nilai kerapatan arus akan mempengaruhi proses dan waktu untuk ketebalan lapisan tertentu. Konsentrasi merupakan faktor

yang

mempengaruhi struktur deposit. Naiknya konsentrasi logam akan meningkatkan aktivitas anion yang membantu mobilitas ion. Waktu merupakan faktor yang mempengaruhi banyaknya logam yang mengendap di katoda. Secara umum semakin banyak waktu yang digunakan untuk proses electroplating semakin tebal lapisan pada katoda (Dailami, 2010). 11. Logam Dasar Digunakan untuk pembuatan elektroda (katoda) atau benda kerja harus berbentuk batang yang mempunyai penampang melintang bulat atau persegi (berbentuk pelat). Logam dasar harus bebas dari lemak dan kotoran-kotoran oksida yang dapat mempengaruhi pelekatan lapisan dan dapat menimbulkan korosi (Dailami, 2010). 12. Rapat Arus Pada proses ini jumlah logam yang terdeposisi pada katoda atau yang lenyap dari anoda. Rapat arus yang timbul dapat mempercepat terjadinya pengendapan namun hasilnya kasar.di samping itu rapat arus yang tinggi dapat menyebabkan pelarutan kembali pada lapisan yang terbentuk. Rapat arus yang rendah menyebabkan pelepaan ion lambat sehingga membutuhkan waktu yang relatif lama (Dailami, 2010). 13. Konsentrasi Larutan Elektrolit

Pada larutan yang konsentrasinya rendah, proses pelapisan berlangsung lama dan kemungkinan tidak terjadilapisan. Sebaliknya pada larutan yang konsentrasinya tinggi, akan menghasilkan lapisan yang melekat kuat tatapi kemungkinan lapisan yang terjadi kasar (Dailami, 2010). 14. pH Larutan Larutan yang bersifat netral atau mendekati netral mudah menjadi larutan yang bersifat basa dipermukaan katoda, sehingga lapisan yang terbentuk akan tercampur dengan lapisan garam basa atau hidroksida. pH yang terlalu rendah memudahkan terjadinya reaksi pembentukan gas hidrogen dan Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

II-21 BAB II Tinjauan Pustaka melarutnya kembali lapisan yang terjadi. Nilai potensial (E) untuk elektroda hidrogen bergantung pada konsentrasi ion hidrogenny (Dailami, 2010).


BAB III METODOLOGI PERCOBAAN III.1 Variabel Percobaan  Variabel kuat arus antara lain 100 mAdan 500 mA.  Variabel waktu antara lain 15 menit, 20 menit, 25 menit, 30 menit, 35 menit, 40 menit III.2 Alat dan Bahan Percobaan II.2.1 Alat

: 1. Amperemeter 2. Beaker glass 3. Kabel 4. Neraca 5. Penjepit 6. Stopwatch

II.2.2 Bahan : 1. Larutan CuSO4 2. Larutan HCl pekat 3. Logam Besi 10 buah 4. Logam Cu III.3 Prosedur Percobaan 1.

Menyiapkan alat dan bahan

2.

Membersihkan logam pelapis dan yang dilapisi dengan HCl pekat

3.

Menimbang logam yang akan dilapisi sebagai berat sebelum percobaan

4.

Memasang logam yang akan dilapisi dikatoda (-) dan yang akan melapisi di anoda (+)

5.

Mencelupkan kedua logam kedalam larutan elektrolit pelapis selama variable waktu 15 menit, 20 menit, 25 menit, 30 menit, 35 menit, 40 menit

6.

Mengeringkan logam-logam tersebut

7.

Menimbang logam-logam yang dilapisi tersebut sebagai berat setelah percobaan

8.

Mengulangi langkah a sampai f untuk kuat arus listrik yang berbeda (100 mA dan 500 mA)

III-1

III-2 BAB III Metodologi Percobaan

III.4. Diagram Alir Percobaan MULAI

Menyiapkan alat dan bahan

Membersihkan logam pelapis dan yang dilapisi dengan HCL pekat

Menimbang logam yang akan dilapisi sebagai berat sebelum percobaan

Memasang logam yang akan dilapisi dikatoda (-) dan yang akan melapisi di anoda (+)

Mencelupkan kedua logam kedalam larutan elektrolit pelapis selama variable waktu15 menit, 20 menit, 25 menit, 30 menit,35 35 menit, 40 menit Mengeringkan logam-logam tersebut Menimbang logam-logam yang dilapisi tersebut sebagai berat setelah percobaan

Mengulangi langkah a sampai f untuk kuat arus listrik yang berbeda (100 mA dan 500 mA)

SELESAI


III-3 BAB III Metodologi Percobaan

III.5. Gambar Alat Percobaan

` Amperemeter

Beaker Glass

Kabel dan Penjepit

Neraca

Stopwatch Gambar III.6.1. Gambar Alat Percobaan


BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN IV.1 Tabel Hasil Percobaan 1. Percobaan Pertama Tabel IV.1.1 Hasil Percobaan pelapisan logam dengan menggunakan arus listrik 100 mA No

Waktu (menit)

W (gram) W0 (gram)

Kuat arus

W1 (gram)

(I)

1

15

12

12,5

0,5

60

2

20

12

12,5

0,5

60

3

25

13

13,5

0,5

60

4

30

12

12,5

0,5

60

5

35

12

12,5

05

60

6

40

12

12,5

0,5

60

2. Percobaan Kedua Tabel IV.2.1 Hasil Percobaan pelapisan logam dengan menggunakan arus listrik 500 mA No

Waktu (menit)

W (gram) W0 (gram)

Kuat arus

W1 (gram)

(I)

1

15

10,5

11

0,5

300

2

20

10,5

11,5

1

260

3

25

10,5

11,5

1

475

4

30

10,5

11,5

1

400

IV-1

IV-2

BAB IV Hasil dan Pembahasan 5

35

10,5

11,5

1

300

6

40

10,5

12

1,5

340

IV.2 Pembahasan Pada proses percobaan pelapisan logam bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu, arus listrik dan konsentrasi larutan yang digunakan dalam proses pelapisan logam dan mengetahui reaksi redoks yang terjadi pada pelapisan logam dengan elektrolit CuSO4. Pelapisan logam dikenal juga dengan istilah electroplating. Menurut Gautama (2009), electroplating dapat diartikan sebagai proses pelapisan logam, dengan menggunakan bantuan arus listrik dan senyawa kimia tertentu guna memindahkan partikel logam pelapis ke material yang hendak dilapisi. Pada percobaan pelapisan logam dengan katode Cu, anoda Fe dan larutan CuSO4 menggunakan variabel waktu dan arus listrik. Arus listrik yang digunakan yaitu 100 mA dan 500 mA. Sedangkan variabel waktu yang digunakan yaitu 15 menit, 20 menit, 25 menit, 30 menit, 35 menit, 40 menit. Selain itu digunakan pula larutan electroplating berupa CuSO4 dengan konsentrasi pekat dan konsentrasi rendah 0,1 N. Prosedur pada percobaan pelapisan logam, yaitu membersihkan logam yang dilapisi berupa logam besi dengan HCl pekat. Pembersihan logam tersebut bertujuan untuk menghilangkan kotoran pada logam yang dialpisi (logam besi) agar tidak mempengaruhi pada saat menimbang pertambahan berat logam yang terbentuk. Kemudian menimbang logam yang akan dilapisi sebagai berat sebelum percobaan. Kemudian memasang logam besi yang akan dilapisi dikatoda (-) dan logam tembaga yang akan melapisi di anoda (+). Setelah itu, mencelupkan kedua logam kedalam larutan elektrolit pelapis selama variable waktu 15 menit, 20 menit, 25 menit, 30 menit, 35 menit, 40 menit . Selanjutnya mengeringkan logam-logam tersebut dan menimbang logam-logam yang dilapisi tersebut sebagai berat setelah percobaan. Mengulangi langkah a sampai f untuk kuat arus listrik yang berbeda (100 mA dan 500 mA). Pada percobaan pelapisan logam atau electroplating menggunakan prinsip elektrokimia dimana anode pada kutub positif dan katode pada kutub negatif. Berdasarkan Robert A (188:1983), anode adalah elektroda yang mengalami oksidasi Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

IV-3

BAB IV Hasil dan Pembahasan dan dan elektron diberikan kepada elektroda sedangkan katode adalah elektroda yang mengalami reduksi dan elektron diikat oleh pereaksi dalam larutan. Pada pelapisan logam terjadi reaksi kimia dengan bantuan arus listrik. Dari pelapisan logam besi dengan tembaga maka reaksi pelapisan tmebaga pada besi yaitu Cu(s)Cu2+ Cu2+Cu(s). Besi akan dilapisi tembaga , maka sebagai katodenya adalah besi dan anodenya adalah tembaga serta CuSO4 sebagai elektrolitnya. Berikut reaksi redoks yang terjadi pada pelapisan logam dengan menggunakan elektrolit CuSO4 adalah: Cu(s)  Cu2+(aq) + 2eCu2+(aq) + 2e-  Cu(s) Cu(s) + Cu2+(aq) Cu2+(aq) + Cu(s)

(reaksi oksidasi) +

(reaksi reduksi) (reaksi keseluruhan)

Dari reaksi diatas maka dapat terlihat bahwa elektron valensi yang terlibat dalam reaksi tersebut adalah 2e. Ion Cu2+ bergerak ke katode dengan mengambil elektron dan menjadi logam tembaga yang menempel pada besi katode. Reaksi pada katode terjadi reaksi reduksi : Cu2+(aq) + 2e-  Cu(s) Ion SO42- bergerak ke anode memberikan elektrondan bereaksi dengan tembaga anode. Berikut reaksi pada anode yaitu terjadi oksidasi : Cu(s)  Cu2+(aq) + 2eKemudian lama-kelamaan tembaga pada anode akan berkurang dan besi di katode akan dilapisi oleh tembaga. Bila proses ini terus seamkin lama berlangsung, maka pelapisannya seamkin tebal. IV.2.1 Pengaruh Arus Listrik (500 mA) dan Variabel Waktu Terhadap Penambahan Berat Logam Beberapa faktor yang mempengaruhi pengendapan logam pada electroplating yaitu suhu, aliran arus listrik, waktu dan kadar dari palarut yang digunakan pada electroplating. Dalam percobaan ini, arus listik dan waktu palapisan diamati untuk mengetahui seberapa besar pengaruhnya dalam electroplating dan membandingkan dengan teori yang ada berdasarkan hukum faraday. Berdasarkan data yang diperoleh pada tabel IV.2.1 Hasil Percobaan pelapisan logam dengan menggunakan arus listrik 500 mA didapatkan hasil bahwa pada t = 15 menit penambahan berat logam adalah 0,5 g, pada t = 20 menit penambahan berat logam adalah 1 g, pada t Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

IV-4

BAB IV Hasil dan Pembahasan = 25 menit penambahan berat logam adalah 1 g, pada t = 30 menit penambahan berat logam adalah 1 g, pada t = 35 menit penambahan berat logam adalah 1 g, pada t = 40 menit penambahan berat logam adalah 1,5 g Berikut grafik pertambahan berat logam besi : 1,6

1,2

Axis Title

∆W (gram)

1,4

1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 10

15

20

25

30

35

40

Waktu (t) menit

Grafik IV.2.1 Pengaruh Arus Listrik (500 mA) dan Variabel

Waktu Terhadap Pertambahan Berat Logam Pada grafik IV.2.1 terlihat bahwa setiap variabel waktu yang berbeda yaitu pada saat waktu (t) 15 menit, 20 menit, 25 menit, 30 menit, 35 menit, 40 menit pertambahan berat logam besi (∆W) adalah sama sebesar 0,5 gram, artinya berapapun waktu yang digunakan dalam percobaan hanya akan menghasilkan ∆W sebesar 0,5 g. Dari data tersebut terlihat ketidakakuratan dalam hasil penimbangan logam pada semua variabel waktu (t) dimana hasil penimbangan logam yang telah terlapisi Cu menunjukkan hasil yang sama, berarti variabel waktu tidak berpengaruh. Hal ini terjadi karena logam sudah terlapisi secara sempurna, yang berarti semua elektron Fe sudah berhubungan dengan Cu sehingga lapisan tembaga yang hendak melapisi logam sudah tidak bisa melekat lagi, terbukti saat larutan elektrolitnya (CuSO4) dilihat terdapat lapisan tembaga yang ikut larut Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

IV-5

BAB IV Hasil dan Pembahasan dalam larutan sehingga, warna larutan tampak lebih kusam. Selain itu, timbangan analit yang digunakan kurang teliti sehingga mempengaruhi hasil percobaan. Penggunaan arus listrik 500 mA yang mengakibatkan proses pelapisan berlangsung lebih cepat daripada penggunaan arus listrik sebesar 100 mA. IV.2.2 Pengaruh Arus Listrik (100 mA) dan Variabel Waktu Terhadap Penambahan Berat Logam Berdasarkan data yang diperoleh pada Tabel IV.2.1. Hasil Percobaan pelapisan logam dengan menggunakan arus listrik 100 mA didapatkan hasil bahwa pada t = 15 menit penambahan berat logam adalah 0,5 g, pada t = 20 menit penambahan berat logam adalah 0,5 g, pada t = 25 menit penambahan berat logam adalah 0,5 g, pada t = 30 menit penambahan berat logam adalah 0,5 g, pada t = 35 menit penambahan berat logam adalah 0,5 g, pada t = 40 menit penambahan berat logam adalah 0,5 g. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya lapisan Cu pada logam itu kasar dan mudah mengelupas, sehingga pada saat menimbang banyak lapisan yang lengket di alat penimbangnya. Sehingga diperoleh grafik sebagai berikut.

Grafik IV.2.2 Pengaruh Arus Listrik (100 mA) dan Variabel

Waktu Terhadap Pertambahan Berat Logam


IV-6

BAB IV Hasil dan Pembahasan Dari grafik IV.2.2 dapat diketahui bahwa variabel waktu berpengaruh terhadap ∆W yang dihasilkan karena jika waktu bertambah maka ∆W sama pada setiap waktu yang ditentukan. Hal itu terjadi karena kesalahan teknis saat dilakukan percobaan seperti terkelupasnya lapisan tembaga saat disentuh yang akibatnya mengurangi berat semestinya dan alat timbangan analit yang rusak sehingga tidak akurat dalam pengukuran. Berdasarkan hukum faraday yaitu berat (W) sebanding dengan arus listrik yang digunakan pada electroplating, artinya semakin besar arus listrik dan lama waktu yang digunakan pada electroplating, maka berat logam yang dihasilkan semakin besar. Berdasarkan penemuan dari Michael Faraday pada tahun 1883 yang dikenal sebagai hukum Faraday, menetapkan hubungan listik dan kimia dari elektrolit atau reaksi elektrokimia. Kedua hukum tersebut adalah: a)

Berat logam yang diendapkan pada katoda selama elektrolisis adalah sebanding dengan jumlah arus listrik yang melalui larutan.

b) Untuk sejumlah arus yang lewat selama elektrolisis, berat logam yang diendapkan sebanding dengan berat ekuivalennya. Berdasarkan kedua hukum tersebut diatas diperoleh:

W=

A.i.t Z . 96500

(kimiaunipa.blogspot.com). Berdsarakan hukum faraday, maka Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pelapisan logam atau electroplating antara lain adalah: (1) potensial dan arus yang diberikan, (2) suhu, (3) kerapatan arus, (4) konsentrasi ion, (5) waktu. Harga potensial mempengaruhi jalannya proses electroplating. Setiap logam mempunyai harga potensial tertentu untuk terjadinya reduksi di katoda. Besarnya potensial yang diberikan berpengaruh pula pada arus yang mengalir ke dalam larutan. Suhu sangat penting untuk menyeleksi tepat tidaknya jalan

reaksi dan melindungi

pelapisan. Keseimbangan suhu ditentukan oleh beberapa faktor misalnya jarak antara anoda dan katoda serta arus yang digunakan. Kerapatan arus yang baik adalah arus yang tinggi pada saat arus yang diperlukan masuk. Berapapun nilai Laboratorium Kimia Fisika Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

IV-7

BAB IV Hasil dan Pembahasan kerapatan arus akan mempengaruhi proses dan waktu untuk ketebalan lapisan tertentu. Konsentrasi merupakan faktor

yang mempengaruhi struktur deposit.

Naiknya konsentrasi logam akan meningkatkan aktivitas anion yang membantu mobilitas ion. Waktu merupakan faktor yang mempengaruhi banyaknya logam yang mengendap di katoda. Secara umum semakin banyak waktu yang digunakan untuk

proses

electroplating

semakin

tebal

lapisan

pada

katoda

pengendapan

logam

(kimiaunipa.blogspot.com).

Pelapisan

logam

diaplikasikan

dalam

menggunakan arus listrik (electro deposition), penyalutan (cladding), penceluban panas (hot dipping), dan pengendapan logam dengan uap (vapor deposition) (Fontana, 1987).


BAB V KESIMPULAN Dari percobaan pelapisan logam dengan variabel waktu dan arus listrik berbeda, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1.

Pada peristiwa electroplating terjadi reaksi redoks yaitu Cu(s)Cu2+ Cu2+Cu(s).

2.

Pada penggunaan arus listrik sebesar 500 mA, setiap variabel pada t = 15 menit penambahan berat logam adalah 0,5 g, pada t = 20 menit penambahan berat logam adalah 1 g, pada t = 25 menit penambahan berat logam adalah 1 g, pada t = 30 menit penambahan berat logam adalah 1 g, pada t = 35 menit penambahan berat logam adalah 1 g, pada t = 40 menit penambahan berat logam adalah 1,5 g.

3.

Pada penggunaan arus listrik sebesar 100 mA, pertambahan berat logam terbesar terjadi pada pelapisan logam pada t = 15 menit penambahan berat logam adalah 0,5 g, pada t = 20 menit

penambahan berat logam adalah 0,5 g, pada t = 25 menit

penambahan berat logam adalah 0,5 g, pada t = 30 menit penambahan berat logam adalah 0,5 g, pada t = 35 menit penambahan berat logam adalah 0,5 g, pada t = 40 menit penambahan berat logam adalah 0,5 g. 4.

Semakin

pekat

konsentrasi larutan

CuSO4 yang

digunakan

dalam

proses

electroplating, maka semakin cepat proses terlapisnya besi yang oleh tembaga. 5.

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pelapisan logam atau electroplating antara lain adalah: potensial dan arus yang diberikan, suhu, kerapatan arus, konsentrasi ion, waktu dan harga potensial setiap logam.

V-1

DAFTAR PUSTAKA Abrianto Akuan. 2009. Dasar-dasar elektroplating. Diakses dari http://kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kimia%20dasar/elektrokimia/

pada

tanggal 2 November 2013 pukul 10.30 WIB Fontana, M. G. (1987). Corrosion Engineering. Singapura: McGraw Hilll Book Company. Gautama.

(2009).

Elektrolisis.

Diakses

dari

http://www.infometrik.com/2009/08/pelapisan-logam-bagian-1/ pada tanggal 25 November 2013 pukul 20.00 WIB. Ir.L.Setiono. (1985). Vogel. Jakarta: PT. Kalman Media Pusaka. Jerome L. Rosenberg, P. (1985). Kimia Dasar. In Kimia Dasar. Jakarta: Erlangga. Repository USU. 2009. Pelapisan Logam. Diakses dari repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29124/.../Chapter%20II.pdf

pada

tanggal 2 November 2013 Unipa. 2010. Laporan Elektrokimia. Diakses dari http://kimiaunipa.blogspot.com/2010/06/laporan-elektrokimia.html pada tanggal 2 November 2013 pukul 10.00 WIB Wikipedia. 2011. Pengertian Elektrokimia. Diakses dari http://id.wikipedia.org/wiki/Elektrokimia pada tanggal 2 November 2013 pukul 10.20 WIB

v

DAFTAR NOTASI No

Simbol

Satuan

Keterangan

1.

WO

Gram

Berat awal

2.

Wt

Gram

Berat akhir

3.

N

Normalitas

Normalitas

4.

V1

Liter

Volume Awal

5.

V2

Liter

Volume Akhir

6.

M1

Molaritas

Molaritas Awal

7.

M2

Molaritas

Molaritas Akhir

8.

n

Mol

Mol

9.

m

Gram

Massa

10

BM

Gram / mol

Berat Molekul

vi

APPENDIKS Perhitungan selisih berat dengan variabel arus tetap 100 mA 1. W0

= 12 gram

W

= 12,5 gram

∆W

= 12,5 – 12 gram = 0,5 gram

2.

W0

= 12 gram

W

= 12,5 gram

∆W

= 12,5 – 12 gram = 0,5 gram

3. W0

= 13gram

W

= 13,5 gram

∆W

= 13,5 – 13 gram = 0,5 gram

4. W0

= 12gram

W

= 12,5 gram

∆W

= 12,5 – 12 gram = 0,5 gram

5. W0

= 12gram

W

= 12,5 gram

∆W

= 12,5 – 12 gram = 0,5 gram

6. W0

= 12gram

W

= 12,5 gram

∆W

= 12,5 – 12 gram = 0,5 gram

viii

Perhitungan selisih berat dengan variabel arus tetap 500 mA 1. W0

= 10,5 gram

W

= 11 gram

∆W

= 11 – 10,5 gram = 0,5 gram

2. W0

= 10,5 gram

W

= 11,5 gram

∆W

= 11,5 – 10,5 gram = 1 gram

3. W0

= 10,5 gram

W

= 11,5 gram

∆W

= 11,5 – 10,5 gram = 1 gram

4. W0

= 10,5 gram

W

= 11,5 gram

∆W

= 11,5 – 10,5 gram = 1 gram

5. W0

= 10,5 gram

W

= 11,5 gram

∆W

= 11,5 – 10,5 gram = 1 gram

6. W0

= 10,5 gram

W

= 12 gram

∆W

= 12 – 10,5 gram = 1,5 gram

viii

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

Recommend Documents