Praktikuma Kimia Fisika IITahun Akademik 2014/2015ELEKTROLISIS
UNTUK MENENTUKANBILANGAN AVOGADROI. TUJUAN1. Menentukan bilangan
Avogadro (No).2. Mempraktekkan konsep bilangan Avogadro (No).
II. TEORIDalam sel elektrolisa yaitu sel elektrokimia dengan
reaksi kimia yang tak spontan dijalankan oleh pemberian listrik
dari luar, pengendapan dan evolusi gas yang cukup besar, hanya
terjadi jika potensial yang cukup besar, hanya terjadi jika
potensial yang diberikan melebihi potensial arus nol, dengan
kuantitas yang disebut potensial lebih. (Atkins, 1990 :
461).Elektrolisis adalah disosiasi suatu elektrolit menjadi ion
pada elektroda dengan adanya arus listrik. Konduksi listrik yang
melewati larutan elektrokut akan menghasilkan perubahan kimia.
Elektrolisis tersusun atas alat-alat yaitu voltameter atau sel
elektrolisis. (ilmukimia.org)Gas brown yang ditemukan oleh Yull
Brown merupakan campuran gas hidrogen hidrogen-oksigen yang
dihasilkan dari sistem elektrolisis. Elektrolisis adalah suatu
peristiwa yang terjadi ketika arus listrik dialirkan melalui
senyawa ionik dan senyawa tersebut mengalami reaksi kimia.
Persamaan kimia elektrolisa air sebagai berikut :Energi (listrik) +
2H2O(l) O2(g) + 2H2(g)Ketika energi listrik diberikan pada dua
molekul air, maka air akan terurai menjadi unsur-unsur penyusun
aslinya yaitu satu molekul oksigen dan dua molekul hidrogen. Pada
proses ini molekul air terbagi menjadi ion hidrogen positif (H+)
dan ion hidroksida (OH-).H2O(l) + e- HH+ merupakan proton yang
bebas menangkap elektron (e- ) dari katoda, kemudian menjadi atom
hidrogen biasa dan netral.H+ + e- HAtom hidrogen ini berkumpul
dengan atom hidrogen lain dan membentuk molekul gas dalam bentuk
gelembung kemudian naik kepermukaan.H + H H2(l)Elektroda positif
menyebabkan ion hidroksida (OH-) bergerak ke anoda. Ketika mencapai
anoda, kelebihan elektron dilepas yang kemudian diambil oleh
hidroksida dari atom hidrogen sebelumnya. Ion hidroksida bergabung
dengan molekul hidroksida yang lain dan membentuk 1 molekul oksigen
dan 2 molekul air :4OH- O2(g) + 2H2O(l) + 4 e-Molekul oksigen yang
dihasilkan dari proses ini sangat stabil, kemudian gelembungnya
naik ke permukaan. Proses tersebut terjadi secaraberulang,
bergantung pada jenis kation dalam larutan. Jika kation berasal
dari logam dengan potensial elektrode lebih kecil atau rendah maka
air yang akan tereduksi.Massa produk yang dihasilkan selama proses
elektrolisis dikembangkan pertama kali oleh Michael Faraday
(1791-1867). Hubungan antara muatan dan arus digambarkan oleh
persamaan sebagai berikut:q = I x tdimana q menyatakan muatan
elektron (Coloumb), I menyatakan arus (Ampere), dan t menyatakan
waktu (sekon).Muatan listrik ditentukan oleh banyaknya mol elektron
yang melewati rangkaian, yang diberikan oleh persamaan sebagai
berikut :Muatan total (q) = nFDimana F menyatakan kontanta Faraday
(96.500 Coloumb ) dan n menyatakan jumlah mol (mol). (Jumiati, dkk,
2013 : 6-7).Elektrokimis merupakan bidang pengetahuan yang besar,
termasuk yang dipandang dari segi paling luas, sel bahan bakar,
pengubahan energi matahari menjadi energi listrik, korosi logam,
baterai, proses-proses perdagangan untuk produksi secara
besar-besaran dari bahan-bahan seperti aluminium, khlor dan natrium
hidroksida dan sintesa elektroganik.Dalam lucutan spontan suatu sel
galvanik, energi listrik diturunkan dari kecendrungan yang tidak
dapat dipisahkan dari suatu reaksi redokssutuk dapat terjadi. Dalam
suatu reaksi elektrolit sebaliknya, suatu sumber energi listrik
luar digunakan untuk memaksa reaksi kimia terjadi dalam arah yang
berlawanan dengan yang spontan.Karena arah yang berlawanan dari
arus elektron dalam sel-sel galvanik dan elektrolik. Dalam tiap
jenis sel, katoda didefinisikan sebagai elektroda yang mengalami
reduksi, dan anoda adalah elektroda yang mengalami
oksidasi.(Underwood, 1980 : 337-340).Elektrolisis terjadi ketika
aliran arus listrik melalui senyawa ionik dan senyawa tersebut
mengalami reaksi kimia. Larutan elektrolit dapat menghantar listrik
karena mengandung ion-ion yang dapat bergerak bebas. Ion-ion itulah
yang menghantarkan arus listrik melalui larutan. Hantaran listrik
melalui larutan elektrolit terjadi sebagai berikut sumber arus
searah memberi muatan yang berbeda pada kedua elektroda. Katoda
(elektroda yang dihubungkan dengan kutub negatif) bermuatan
negatif, sedangkan anoda (elektroda yang dihubungkan dengan kutub
positif) bermuatan positif. Spesi (ion, molekul atau atom) tertentu
dalam larutan akan mengambil elektron dari katoda, sementara spesi
lainnya melepas elektron ke anoda. Selanjutnya elektron akan
dialirkan ke katoda melalui sumber arus searah. Elektrolit kuat
mempunyai daya hantar yang relatif baik meskipun konsentrasinya
relatif kecil, sedangkan elektrolit lemah mempunyai daya hantar
yang relatif buruk meskipun konsentrasinya relativ besar. Pada
proses elektolisis selain jenis larutan, jenis elektroda juga
mempengaruhi hasil elektrolisis. Disini elektroda dipilih
berdasarkan kemampuannya untuk menghantarkan listrik (bersifat
konduktor). Maka elektroda yang dipilih adalah bersifat logam.
Jenis elektroda kita pilih berdasarkan deret volta dan segi
ekonomis.Faktor yang mempengaruhi elektrolisis antara lain adalah:
1. Penggunaan katalisatorKatalisator misalnya H2SO4 dan KOH
berfungsi mempermudah proses penguraian air menjadi hidrogen dan
oksigen karena ion-ion katalisator mampu mempengaruhi kesetabilan
molekul air menjadi menjadi ion H dan OH yang lebih mudah di
elektrolisis karena terjadi penurunan energy pengaktifan. Zat
tersebut tidak mengalami perubahan yang kekal (tidak dikonsumsi
dalam proses elektrolisis). Penggunaan asam sulfat sebagai katalis
dalam proses elektrolisis menjadi pilihan utama dibandingkan KOH.
Karena asam sulfat melepaskan H+ yang memudahkan membentuk gas
hidrogen. Sedangkan KOH melepaskan OH- yang menghambat pembentukan
gas hidrogen. 2. Luas permukaan tercelup Semakin banyak luas yang
semakin banyak menyentuh elektrolit maka semakin mempermudah suatu
elektrolit untuk mentransfer elektronnya. Sehingga terjadi hubungan
sebanding jika luasan yang tercelup sedikit maka semakin
mempersulit elektrolit untuk melepaskan electron dikarenakan
sedikitnya luas penampang penghantar yang menyentuh elektrolit.
Sehingga transfer elektron bekerja lambat dalam mengelektrolisis
elektrolit.3. Sifat logam bahan elektroda Penggunaan medan listrik
pada logam dapat menyebabkan seluruh elektron bebas bergerak dalam
metal, sejajar, dan berlawanan arah dengan arah medan listrik.
Ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik.
Jika suatu beda potensial listrik ditempatkan pada ujung-ujung
sebuah konduktor, muatan-muatan bergeraknya akan berpindah,
menghasilkan arus listrik. Konduktivitas listrik didefinisikan
sebagai rasio rapat arus terhadap kuat volta. Deret Volta Li K Ba
Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pt
Au.Semakin ke kanan maka semakin besar massa jenisnya.4.
Konsentrasi Pereaksi Semakin besar konsentrasi suatu larutan
pereaksi maka akan semakin besar pula laju reaksinya. Ini
dikarenakan dengan prosentase katalis yang semakin tinggi dapat
mereduksi hambatan pada elektrolit. Sehingga transfer elektron
dapat lebih cepat mengelektrolisis elektrolit dan didapat ditarik
garis lurus bahwa terjadi hubungan sebanding terhadap persentase
katalis dengan transfer elektron.(M. Farid R, dkk, 2012: 2-3).
III. PROSEDUR KERJA3.1 Alat dan bahan3.1.1 Alat1. Ampelas:
sebagai pembersih lempengan tembaga.2. Kabel: sebagai penghubung
arus.3. Baterai: sebagai sumber arus.4. Gelas piala 250 mL: sebagai
tempat larutan. 5. Stopwatch: sebagai pengukur waktu.6. Termometer
: sebagai pengukur suhu.
3.1.2 Bahan1. Lempengan tembaga: sebagai elektroda.2. Larutan
NaOH: sebagai larutan elektrolit3. Larutan NaCl: sebagai larutan
elektrolit4. H2O: sebagai pengencer larutan.5.
3.2 Cara Kerja
1. Elektroda tembaga dibersihkan dengan ampelas2. Salah satu
elektroda dipakai sebagai anoda, Elekroda tersebut ditimbang pada
neraca analitik.3. Kedua elektroda tembaga dimasukkan kedalam 80 mL
larutan A dan rangkaian listrik disusun seperti gambar.4. Gelas
piala dipanaskan sampai suhu mencapai 80o C dan suhu dijaga supaya
tetap.5. Ketika suhu sudah tetap 80o C aliran listrik dihubungkan
dan dialirkan melalui larutan A. Pada saat yang sama pencatatan
waktu dimulai dengan menggunakan stopwatch.6. Sesudah 10 menit
aliran listrik dimatikan, anoda dibersihkan dengan air kemudian
dikeringkan dengan tisu.7. Anoda ditimbang sekali lagi.8.
3.3 Skema kerja
Elektroda tembaga
dibersihkan dengan ampelas ditandai sebagai anoda dan katoda
KatodaAnoda
dimasukkan ke dalam 80 mL larutan A yang telah dipanaskan sampai
80oC dihubungkan dengan aliran listrik yang berasal dari baterai
waktu dicatat dengan stopwatch aliran dimatikan setelah 10
menit
Anoda dan Katoda
dibersihkan dengan air dikeringakan dengan kertas tisu
ditimbang
Hasil
3.4 Skema Alat
4321
Keterangan : 1. Anoda2. Katoda3. Baterai (sumber arus)4. Larutan
A (NaCl dan 1 gr NaOH dalam 2 L air suling)
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN4.1 Data
Waktu (menit)Massa Anoda (g)Massa Katoda (g)
011,42012,220
211,41512,235
511,38112,240
1011,34512,266
1511,33812,304
Tabel 1. Perubahan Massa Anoda Setelah Elektrolisist (s)m Awal
(g)m Akhir (g)m
12011,42011,4150,005
30011,42011,3810,039
60011,42011,3450,075
90011,42011,3380,082
Tabel 2. Perubahan Massa Katoda Setelah Elektrolisist (s)m Awal
(g)m Akhir (g)m
12012,22012,2350,015
30012,22012,2400,020
60012,22012,2660,046
90012,22012,3040,084
4.2 Perhitungane Cu= = = 31,75 g/molqe= 1,6 x10-19 cF = 96500
c/mol
Anodaa. t = 120 sI = = = 0,1267 AQ= = = 96545,4 c/molNo= = =
6,0340 x 1023 mol-1
b. t = 300 sI = = = 0,3951 AQ= = = 96495,5 c/molNo= = = 6,0309 x
1023 mol-1
c. t = 600 sI = = = 0,3799 AQ= = = 96494,6 c/molNo= = = 6,0309 x
1023 mol-1
d. t = 900 sI = = = 0,2769 AQ= = = 96492,896 c/molNo= = = 6,0308
x 1023 mol-1
No rata-rata= = = 6,0316 x 1023 mol-1% kesalahan= x 100 %= x 100
%= 0,1926 %
Katodaa. t = 120 sI = = = 0,3799 AQ= = = 96494,6 c/molNo= = =
6,0309 x 1023 mol-1
b. t = 300 sI = = = 0,2026 AQ= = = 96488,25 c/molNo= = = 6,0305
x 1023 mol-1
c. t = 600 sI = = = 0,2330 AQ= = = 96492,39 c/molNo= = = 6,0307
x 1023 mol-1
d. t = 900 sI = = = 0,2836 AQ= = = 96474,6 c/molNo= = = 6,0296 x
1023 mol-1
No rata-rata= = = 6,0304 x 1023 mol-1% kesalahan= x 100 %= x 100
%= 0,17 %
Persamaan Regresi Anodax = t y= m
XyXyx2
1200,0050,614400
3000,03911,790000
6000,07545360000
9000,08273,8810000
= 480 = 0,0502 = 32,775 = 318600
= 1920 = 0,201 = 131,1 = 1274400
B = = = 5,22 x 10-5A = B = 0,0502 5,22 x 10-5 x 480 = 0,0036
Jadi persamaan regresinya adalahy= A + Bx = 0,0036 + 5,22 x 10-5
x
Katodax= ty= m
xYxyx2
1200,0151,814400
3000,020690000
6000,04627,6360000
9000,08475,6810000
= 480= 0,0412 = 27,75 = 318600
= 1920 = 0,165 = 111 = 1274400
B = = = 9,0136 x 10-5A = B = 0,0412 9,0136 x 10-5 x 480 = 2,01 x
10-3
Jadi persamaan regresinya adalahy= A + Bx = 2,01 x 10-3 + 9,0136
x 10-5 x
4.3 GrafikGrafik 1. Perbandingan antara m (perubahan massa)
dengan t (waktu) pada anoda
Grafik 2. Perbandingan antara m (perubahan massa) dengan t
(waktu) pada katoda
4.4 Pembahasan
Praktikum kali ini adalah elektrolisis untuk menentukan bilangan
Avogadro. Percobaan kali ini menggunakan prinsip elektrolisis yaitu
suatu larutan elektrolit yang dapat mengirim dan menghantarkan
listrik dari suatu elektroda. Dan juga terjadi proses elektrolisis
dimana terjadinya penguraian energi listrik menjadi energi
kimia.Elektrolisis merupakan proses yang tidak spontan karena
elektrolisis membutuhkan energi dari luar berupa energi listrik
yang berasal dari baterai. Energi yang berasal baterai digunakan
sebagai sumber arus terjadi reaksi yaitu energi listrik menjadi
energi kimia.Dala1m percobaan ini zat yang digunakan sebagai
larutan elektrolit adalah campuran dari natrium hidroksida dengan
natrium klorida yang diencerkan dengan aqua dest. Ketika zat-zat
ini berada dalam gelas piala maka masing-masing zat akan terion
sempurna menjadi ion-ionnya.Dalam percobaan ini terlihat bahwa
ion-ion yang telah terionisasi menempel pada anoda dan larutan akan
berubah menjadi warna kuning kecoklatan dan terjadi endapan pada
dasar gelas piala. Endapan yang terbentuk adalah endapan tembaga
(II) oksida. Selain itu jumlah ion yang mengendap tergantung pada
waktu atau lamanya elektron tersebut dialiri arus. Dan juga
tergantung pada suhu larutan. Semakin besar suhu dari larutan
elektrolit maka ion yang mengendap akan semakin banyak.Dari
percobaan untuk menentukan bilangan Avogadro ini menggunakan
elektrolisis ini diperoleh nilai Avogadro pada anoda 6,0316 x 1023
mol-1. Sedangkan pada katoda nilai atau bilangan Avogadro yang
diperoleh adalah 6,0304 x 1023 mol-1. Dengan persen kesalahan
masing-masingnya 0,1926 % dan 0,17 %. Hal ini terjadi karena pada
akhir dari perhitungan besar arus daya dari baterai yang digunakan
hampir habis. Kesalahan terjadi karena penyetelan waktu yang kurang
teliti dan dalam penimbangan elektroda yang kurang teliti. Reaksi
yang terjadi dalam proses elektrolisis ini adalah :NaOH Na++
OH-NaCl Na+ + Cl-H2O H++ OH-Pada praktikum ini digunakan dua buah
elektroda. Elektroda yang dipakai adalah lempengan tembaga. Salah
satu elektroda diberi label katoda dan anoda. Pada saat proses
elektrolisis berat dari anoda berkurang karena terjadinya oksidasi,
sedangkan berat katoda bertambah yang terjadi karena katoda
mengalami reduksi yang menyebabkan menempelnya zat di katoda yang
merupakan lempengan tembaga.
V. KESIMPULAN DAN SARANIII. IV. V. 5.1 Kesimpulan Dari praktikum
yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :1.
Elektrolisis merupakan proses perbahan energi listrik menjadi
energi kimia.2. Pada praktikum ini katoda akan mengalami penambahan
massa sedangkan anoda mengalami penurunan massa. 3. Penghitungan
bilangan Avogadro dalam praktikum ini menggunakan perubahan massa
dari anoda maupun katoda dan waktu.4. Nilai Avogadro yang diperoleh
dari praktikum ini mendekati nilai Avogadro (No) pada teori.
5.2 SaranAgar praktikum selanjutnya dapat berjalan dengan baik,
praktikan hendaknya :1. Teliti dalam melakukan penimbangan.2.
Pahami cara dan prinsip kerja.3. Sebaiknya digunakan elektroda
tembaga yang baru.4. Gunakan sumber energi baru karena dapat
mempengaruhi percobaan.
DAFTAR PUSTAKAAtkins, P.W. 1997. Kimia Fisika Jilid 1 Edisi
ke-4. Jakarta : Erlangga.Bird, Tony. 1987. Kimia Fisika Untuk
Universitas. Jakarta : Gramedia.
Farid, R. R. M, Soehartanto, Totok. Ir. DEA, Suprapto, M.Si,
Ph.D. Perancangan dan Pembuatan Alat Pemroduksi Gas Brown Dengan
Metode elektrolisis Berskala Laboratorium. Jurnal Teknik Pomits Vol
1(2012) : 1-4.
Underwood, A.L, A. Day.1983. Analisa Kimia Kuantitatif Edisi
ke-4. Jakarta : Erlangga.
Lampiran 1. Gambar Hasil Percobaan1. Larutan A (yang terbuat
dari 100 gram NaCl, 1 gram NaOH, dan 1 L akuades) dipanaskan pada
hotplate sampai suhu 80. 2. Elektroda Cu yang masing-masingnya
dihubungkan dengan baterai Anoda dihubungkan dengan kutub positif
dan katoda dengan kutub negatif kemudian dimasukkan ke dalam
larutan A selama 5 menit.
3. Anoda dan Katoda yang telah dikeringkan lalu ditimbang.
Lampiran 2. Jawaban Pertanyaan1. Endapan merah jingga yang
terbentuk selama proses elektolisis ini adalah Cu2O.1. Larutan
boleh diganti dengan CuSO4, karena didalam air terionisasi sempurna
menjadi Cu+2.1. Lempengan Cu harus diamplas terlebih dahulu karena
lempeng Cu harus bersih dari pengotor dan tembaga dapat teroksidasi
dengan udara.
Lampiran 3. Struktur Senyawa UtamaNoStruktur SenyawaNama
Struktur
1.
2.
3.
Natrium Hidroksida
Natrium Klorida
Akuades
Lampiran 4. Analisa Artikel IlmiahA. Judul artikel ilmiah :
Efisiensi arus elektrolisis pada sel elektrolisis platina-platina
asam nitrat.
B. Tujuan penelitianUntuk mengetahui pengaruh beberapa parameter
besar arus elektrolisis dan temperatur terhadap efisiensi arus sel
elektrolisis.
C. Skema kerja
Kompartime dimasukkan anolyte 4 M HNO3 , 0,5 M AgNO3 dan
catholyte 13 M HNO3 kedalam kompartime anoda dan kompartime katoda
diatur arus listrik 10 A diatur kecepatan pengaduk 1000 ppm dibuat
variasi arus elektrolisis yaitu 3,5 A dan 10 A dijaga suhu agar
tetap pada suhu 25 C
Sampel Anolite diambil melalui lubang sampel
Terbentuk Ag+ diamati perubahan warna dari jernih ke warna hitam
dianalisis secara titrasi dihitung harga efisiensi arus
elektrolisis Ag+2 dibuat variasi temperatur 25, 15, dan 10 C Hasil
dialiri arus elektrolisis pada 10 A
D. Analisa Metode Metode yang digunakan adalah anolit dan
katolit yang telah dimasukkan ke dalam kompartimen anoda dan
katoda, sel dibangkitkan dengan arus 10 A dan pengadukan diatur
pada kecepatan 1000 rpm. Pada sampel anolit diambil melalui lubang
sampel, sedangkan pada Ag+2 dianalisa dengan cara titrasi. Pada
jurnal ini memiliki kelebihan yaitu menggunakan alat yang cukup
bagus yaitu sel elektrolisis yang terbuat dari gelas teflon
sehingga hasil yang didapatkan lebih akuat, dimana sampel yang akan
dianalisis yaitu anolit, katolit dan Ag+2.
Elektrolisis untuk Menentukan Bilangan Avogadro