ANALISIS FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PROSES ELEKTROLISIS LARUTAN CuSO4 SEBAGAI BAHAN KAJIAN DALAM PEMBUATAN MODUL PRAKTIKUM DAN PEMBELAJARAN ELEKTRONIK
TESIS Karya tulis sebagai salah syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung
Oleh
SITI SOPIAH NIM: 20506047 Program Studi Kimia
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
ABSTRAK ANALISIS FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PROSES ELEKTROLISIS LARUTAN CuSO4 SEBAGAI BAHAN KAJIAN DALAM PEMBUATAN MODUL PRAKTIKUM DAN PEMBELAJARAN ELEKTRONIK Oleh
SITI SOPIAH NIM: 20506047 Elektrokimia merupakan konsep yang dianggap sulit, hal ini terlihat dari banyaknya miskonsepsi seperti pada konsep elektroda, elektrolit, sel Volta, elektrolisis dan lain-lain. Elektrolisis adalah proses tidak spontan, arus listrik diperlukan agar reaksi dapat berlangsung. Hubungan kuantitatif antara arus listrik dan zat yang dihasilkan pada reaksi elektrolisis dirumuskan dalam hukum Faraday. Banyaknya endapan di katoda hasil elektrolisis ditentukan oleh beberapa faktor. Dalam penelitian ini, dianalisis faktor-faktor yang mempengaruhi proses elektrolisis larutan tembaga sulfat dengan anoda dan katoda tembaga. Faktor yang diteliti adalah arus listrik, lamanya elektrolisis, suhu elektrolisis, dan konsentrasi elektrolit. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa peningkatan arus listrik, waktu elektrolisis, suhu elektrolisis, dan peningkatan konsentrasi elektrolit akan memperbesar jumlah endapan di katoda. Arus listrik, lamanya elektrolisis, suhu elektrolisis, dan konsentrasi elektrolit yang digunakan pada proses elektrolisis akan menentukan kualitas endapan. Penggunaan arus listrik kecil (0,1-0,2A) menghasilkan efisiensi yang tinggi dan endapan yang permukaannya halus dibanding arus besar (>1A). Suhu 61oC merupakan suhu optimum untuk elektrolisis karena pada suhu ini, endapan yang dihasilkan halus dan jumlahnya banyak. Keluaran dari penelitian ini adalah modul praktikum yang dapat digunakan di laboratorium sekolah dan bentuk elektroniknya disimpan dalam Moodle (Modular Object Oriented Dynamic Learning Environment). Moodle menyediakan banyak fasilitas diantaranya pembuatan materi, tugas, dan kuis. Pembelajaran elektrolisis melalui pembelajaran elektronik menggunakan Moodle diharapkan dapat memperkaya pembelajaran di kelas, sehingga proses pembelajaran menjadi lebih baik dan memotivasi siswa untuk belajar lebih bermakna dan lebih mandiri. Kata kunci: Elektrolisis, hukum Faraday, faktor yang mempengaruhi proses elektrolisis, Moodle, dan pembelajaran elektronik.
ABSTRACT ANALYSIS FACTORS INFLUENCING ELECTROLYSIS CUSO4 SOLUTION PROCESS TO DEVELOP MODULE OF EXPERIMENTS AND E-LEARNING MATERIAL By
SITI SOPIAH NIM: 20506047 Electrochemistry topic contains difficult concepts, that is illustrated in several misconceptions such as the concepts of electrodes, electrolytes, voltaic cells, electrolysis, etc. Electrolysis is a non-spontaneous process, so that electric currents are required to make the reactions occurred. Quantitative relationship between electric current and the amount of substances involved in electrolysis reactions was formulated in Faraday laws. The amount of sediment resulted from electrolysis in the cathode is determined by several factors. In this research, factors influencing sulphate copper condensation in electrolysis process with copper anode and cathode were analyzed. Factors under study include electric current, the duration of electrolysis, electrolysis temperature, and electrolyte concentrations. From the research results, it can be concluded that the increase of electric current, the increase in electrolysis time, the increase of electrolysis temperature up certain temperature, and the increase of electrolyte concentration resulted to the increase of the amount of sediment in the cathode. Electric current, the duration of electrolysis, electrolysis temperature, and electrolyte concentration that were used at electrolysis process determined the quality of sediment. The use of small electric current ( 0,1-0,2A) resulted to high efficiency in the sediment production, and produced smooth surface compared to large current (>1A). The temperature of 61ºC represents optimum temperature for electrolysis because at this temperature, the sediment was produced smoothly and in large amount. The deliverable of this research is a printed version of the module of experiment that can be used in school laboratory and an electronic version that was placed in elearning environment called Moodle (Modular Object Oriented Dynamic Learning Environment). Moodle have facilities for teaching-learning such as course material, assignment and quiz. Learning electroyslis via e-learning environment using Moodle is expected to enrich classroom teaching-learning, so that the process becomes better and motivate student to learn more meaningful and self-supporting. Keyword: Electrolysis, Faraday law, Factors influencing electrolysis process, Moodle, and e-learning.
ii
ANALISIS FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PROSES ELEKTROLISIS LARUTAN CUSO4 SEBAGAI BAHAN KAJIAN DALAM PEMBUATAN MODUL PRAKTIKUM DAN PEMBELAJARAN ELEKTRONIK Oleh
Siti Sopiah NIM: 20506047 Program Studi Sains Komputasi Institut Teknologi Bandung
Menyetujui, Tim Pembimbing Tanggal ……………….
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr. Muhamad A. Martoprawiro.
Drs. Achmad Rochliadi, M.S.
NIP. 131 803 207
NIP. 132 049 630
iii
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 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 tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
iv
“Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, dan silih bergantinya malam dan siang, menjadi bukti adanya kekuasaan Allah bagi orang-orang yang berakal sempurna. Yaitu orang-orang yang mengingat Allah dalam keadaan berdiri, duduk, maupun berbaring dan mereka memikirkan tentang penciptaan langit dan bumi. Ya Tuhan kami, tiadalah engkau ciptakan semua ini dengan sia-sia. Maka lindungilah kami dari siksa neraka.” (Q.S. Ali Imran: 190-191)
Kupersembahkan karya tulis ini kepada: Suamiku Hendi Suhendi dan anak-anakku Ghani Fakkar Ar-Rusyda dan Jasmine Mumtaz
v
UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT karena berkat pertolongan dan rahmatNya penulisan tesis ini dapat diselesaikan. Penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada Dr. Muhamad Abdulkadir Martoprawiro dan Drs. Achmad Rochliadi, M.Si yang senantiasa memberikan bimbingan dan arahan dengan penuh kesabaran dan kesungguhan mulai dari perencanaan hingga penyelesaian penulisan ini. Ucapan terima kasih juga penulis persembahkan kepada: 1.
Dr. Desy Natalia, selaku ketua Progarm Magister Kimia FMIPA ITB yang telah membantu memberikan arahan dan kemudahan administrasi dalam penyelesaian tesis ini.
2.
Staf dosen dan Tata Usaha yang telah memberikan kemudahan dalam penyelesaian belajar di Prodi Kimia ITB.
3.
Staf di Laboratorium Kimia Fisik dan Material yang senantiasa membantu dalam penyelesaian penelitian selama di Laboratorium.
4.
Kepala MAN Tanggeung Cianjur yang telah memberikan ijin untuk tugas belajar di ITB.
5.
Departemen Agama RI yang telah memberikan beasiswa untuk pendidikan Magister di ITB.
6.
Ayahanda dan saudara-saudaraku dengan segala ketulusannya senantiasa memberikan dorongan dan do’a restunya selama penyelesaian pendidikan ini.
7.
Teman-teman di Taman Hewan 12 dan rekan–rekan angkatan 2006 Depag dan semua pihak yang telah membantu untuk menyelesaikan pendidikan ini.
Akhirnya hanya kepada Allahlah segalanya dikembalikan. Semoga amal kebaikan dari semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu dalam menyelesaikan pendidikan ini mendapat balasan kebaikan dari Allah SWT. Semoga tesis ini bermanfaat bagi kemajuan pendidikan dan pengajaran kimia. Mudah-mudahan Allah SWT ridho dengan apa yang telah dilakukan. Amin.
vi
DAFTAR ISI Abstrak ................................................................................................i Abstract .............................................................................................. ii Pedoman Penggunaan Tesis ................................................................iv Ucapan Terima kasih ...........................................................................vi Daftar Isi .............................................................................................vii Daftar Gambar .....................................................................................ix Daftar Lampiran .................................................................................. xi Bab I
Pendahuluan .......................................................................... 1
I.1
Latar Belakang
............................................................................ 1
I.2
Perumusan Masalah ............................................................................ 4
I.3
Tujuan Penelitian
I.4
Pengembangan dan Keluaran ............................................................... 4
I.5
Kegunaan Hasil Penelitian dan Pengembangan ................................... 4
Bab II
Tinjauan Pustaka ................................................................... 5
............................................................................ 4
II.1
Elektrokimia
II.2
Potensial Elektroda ............................................................................ 6
II.3
Kespontanan Reaksi Redoks ................................................................ 9
II.4
Persamaan Nernst
............................................................................ 9
II.5
Elektrolisis
.......................................................................... 10
II.6
Reaksi Pada Elektroda ........................................................................ 12
II.7
Elektrolisis Dengan Elektroda Tidak aktif (Inert) .............................. 12
II.8
Elektrolisis Larutan Elektrolit ............................................................ 13
II.9
Elektrolisis Dengan Elektroda Bereaksi atau Elektroda Aktif ........... 14
II.10 Hukum Faraday
............................................................................ 5
.......................................................................... 14
II.11 Kegunaan Sel Elektrolisis .................................................................. 15 II.12 Elektrolisis Larutan Tembaga Sulfat Dengan Elektroda Tembaga .... 18 II.13 Pembelajaran Kontekstual .................................................................. 19 II.14 Pembelajaran Elektronik (E-Learning) .............................................. 21 II.15 Moodle
.......................................................................... 22
vii
Bab III
Metodologi Penelitian ......................................................... 23
III.1 Alat Yang Digunakan ......................................................................... 23 III.2 Bahan Yang Digunakan ..................................................................... 23 III.3 Cara Kerja
.......................................................................... 23
III.4 Pengembangan Hasil Penelitian ......................................................... 26
Bab IV Hasil Penelitian dan Pembahasan ....................................... 27 IV.1 Pengaruh Arus Listrik Terhadap Hasil Elektrolisis ........................... 27 IV.2 Pengaruh Waktu Terhadap Hasil Elektrolisis .................................... 33 IV.3 Pengaruh Suhu Terhadap Hasil Elektrolisis ....................................... 35 IV.4 Pengaruh Konsentrasi Elektrolit Terhadap Hasil Elektrolisis ............ 38 IV.5 Pengembangan Hasil Penelitian ......................................................... 41
Bab V
Kesimpulan dan Saran ........................................................ 43
V.1
Kesimpulan
.......................................................................... 43
V.2
Saran
.......................................................................... 44
Daftar Pustaka .................................................................................... 45 Lampiran-Lampiran ........................................................................... 47
viii
DAFTAR GAMBAR Gambar II.1
Rangkaian listrik dalam sel elektrokimia. ...................................... 6
Gambar II.2
Oksidasi logam seng dalam air (Lower, 2004)............................... 7
Gambar II.3
Lapisan ganda listrik pada permukaan elektroda. .......................... 9
Gambar II.4
Aliran elektron pada sel elektrolisis. ............................................ 10
Gambar II.5
Skema proses pemurnian tembaga (White,1999). ........................ 16
Gambar III.1 Elektroda tembaga. ....................................................................... 24 Gambar III.2 Alat Elektrolisis dengan rangkaian pengukuran. .......................... 25 Gambar III.3 Halaman depan pembelajaran elektronik FMIPA ITB................. 26 Gambar IV.1 Grafik perubahan arus listrik terhadap endapan tembaga di katoda selama 20 menit. ........................................................................... 27 Gambar IV.2 Grafik perubahan arus listrik terhadap endapan tembaga di katoda secara teoretis selama 20 menit. ................................................... 28 Gambar IV.3 Endapan tembaga pada arus 0,705 A. .......................................... 30 Gambar IV.4 Endapan tembaga pada arus 1,335 A. .......................................... 31 Gambar IV.5 Endapan tembaga di bagian depan katoda pada arus 1,335 amper selama 20 menit............................................................................ 32 Gambar IV.6 Endapan tembaga di bagian belakang katoda pada arus 1,335 amper selama 20 menit. ........................................................................... 32 Gambar IV.7 Pengaruh waktu terhadap banyaknya endapan tembaga di katoda pada arus 0,645 A. ........................................................................ 33 Gambar IV.8 Pengaruh waktu elektrolisis terhadap endapan tembaga di katoda secara teoretis pada arus 0,645A. ................................................. 34 Gambar IV.9 Endapan tembaga di katoda selama 25 menit pada 0,645A. ........ 34 Gambar IV.10 Endapan tembaga di katoda selama 45 menit pada 0,645 A. ....... 35 Gambar IV.11 Pengaruh suhu elektrolisis terhadap endapan tembaga di katoda pada arus 0,645 A. ........................................................................ 36 Gambar IV.12 Endapan tembaga di katoda pada suhu 48oC. .............................. 37 Gambar IV.13 Endapan tembaga di katoda pada suhu 61oC ............................... 38 Gambar IV.14 Pengaruh konsentrasi elektrolit terhadap endapan tembaga di katoda pada arus 0.645 A. ............................................................ 38 Gambar IV.15 Endapan tembaga di katoda dengan konsentrasi elektrolit 0,3M . 40
ix
Gambar IV.16 Endapan tembaga di katoda dengan konsentrasi elektrolit 0,6M. 40 Gambar 1.
Kursus kimia dalam pengembangan. ............................................ 58
Gambar 2.
Kategori kursus yang dikembangkan. .......................................... 59
Gambar 3.
Halaman pendaftaran sebagai pengguna. ..................................... 60
Gambar 4.
Materi pembelajaran dalam format mingguan. ............................ 61
Gambar 5.
Materi pembelajaran yang dapat diperbaharui. ............................ 61
Gambar 6.
Halaman untuk menambah materi secara langsung. .................... 63
Gambar 7.
Kolom untuk judul dan isi materi. ................................................ 63
Gambar 8.
Kolom untuk menyimpan perubahan. .......................................... 64
Gambar 9.
Halaman untuk menambah materi berbentuk file. ....................... 64
Gambar 10.
Tampilan materi yang sudah ditambahkan dan diperbaharui....... 65
x
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Data Pengaruh Besarnya Arus Listrik Terhadap Hasil Elektrolisis.. 48 Lampiran 2. Data Pengaruh Lamanya Elektrolisis Terhadap Hasil Elektrolisis... 49 Lampiran 3. Data Pengaruh Suhu Elektrolisis Terhadap Hasil Elektrolisis… ..... 50 Lampiran 4. Data Pengaruh Konsentrasi Elektrolit Terhadap Hasil Elektrolisis.. 51 Lampiran 5. Modul Praktikum………………………………………………….. 52 Lampiran 6. Penulisan Modul Praktikum Dalam Moodle……………………… 58
xi
