Penyepuhan

I.                    PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari kita  tentu pernah mengalami kekecewaan, karena barang yang kita miliki rusak karena berkarat. Sepeda, hiasan, mainan, alat dapur yang awalnya bersih menjadi rusak. Secara ekonomi, sangat besar biaya yang harus dikeluarkan untuk memperbaiki atau bahkan menganti barang-barang yang berkarat. Proses perkaratan pada barang-barang dari logam tersebut merupakan proses elektrokimia, dimana logam-logam tersebut berinteraksi dengan zat-zat kimia yang ada di lingkungannya sehingga terjadi reaksi redoks. Apakah proses elektrokimia selalu merugikan kita? Proses elektrokimia yang tidak terkendalikan akan banyak merugikan kita. Tetapi perkembangan ilmu telah berhasil mengendalikan proses elektrokimia. Anda tentu pernah menggunakan barang-barang hasil proses elektrokimia. Baterai untuk menyalakan radio, kalkulator, atau jam tangan merupakan barang yang menggunakan proses elektrokimia. Contoh lain dari proses elektrokimia adalah pelapisan logam dengan logam lain yang disebut dengan penyepuhan.

Penyepuhan berguna untuk melapisi logam untuk perhiasan, atau juga untuk pencegahan karat/korosi, seperti pada pipa atau besi, yang dilapisi oleh campuran besi (Fe)  dan Seng (Zn), yang disebut proses galvanisasi.

Seringkali kita temukan logam, terutama perhiasan yang terbuat dari emas, perak dan sebagainya yang warnanya sudah memudar sehingga kurang menarik lagi untuk dilihat. Dengan penerapan elektrolisis yaitu penyepuhan, kita bisa melapisi logam yang mengalami perkaratan tersebut, ataupun membuat tampilan logam lebih baik dari sebelumnya. Sebenarnya, proses penyepuhan ini tidak terlalu sulit. Maka dari itu, dalam laporan ini kami membahas alat, bahan, cara kerja dan hasil yang  diperoleh dari proses penyepuhan logam Fe ( Paku). 

1.2  Tujuan Percobaan

Tujuan dari percobaan ini yaitu :

1.      Untuk mengetahui pengertian elektroisis atau penyepuhan

2.      Untuk mengetahui perbedaan sel elektroisis dengan sel galvani

3.      Untuk mengetahui reaksi yang yang terjadi pada  katodda dan anoda pada proses penyepuhan

4.      Untuk mengetahui aliran elektron pada proses penyepuhan

5.      Untuk mengetahui contoh- contoh penyepuhan lain dalam kehidupan sehari-hari

II.                LANDASAN TEORI

Elektrolisis yang pertama dicoba adalah elektrolisis air (1800). Davy segera mengikuti dan dengan sukses mengisolasi logam alkali dan alkali tanah. Bahkan hingga kini elektrolisis digunakan untuk menghasilkan berbagai logam. Elektrolisis khususnya bermanfaat untuk produksi logam dengan ionisasi tinggi (misalnya alumunium). Produksi alumunium diindustri dengan elektrolisis dicapai tahun 1886 secara independen oleh penemu Amerika Charles Martin Hall (1863-1914)  dan penemu Prancis Louis Toussaint Heroult (1963-1914) pada waktu yang sama. Elektrolisis ini terbilang sukses karena berhasil pada uji penggunaan lelehan Na₃AlF₆  sebagai pelarut bijih (alumunium,oksida; Alumina Al₂O₃).

Sebagai syarat berlangsungnya elektrolisis adalah ion harus dapat bermigrasi ke elektroda. Salah satu cara yang paling jelas agar ion mempunyai mobilitas adalah dengan menggunakan larutan dalam air. Namun, dalam kasus elektrolisis Alumina, larutan dalam air jelas tidak tepat sebab air lebih mudah direduksi daripada ion alumunium sabagaimana di tunjukkan:

Al³⁺ + 3e  Al                        potensial elektroda normal = 1,662 V

2H₂O + 2e  H_{2 +} 2OH^-          potensial elektroda normal = 0.828 V

Metoda lain adalah dengan menggunakan lelehan garam. Masalahnya Al₂O₃ meleleh pada suhu sangat tinggi 2050⁰C, dan elektrolisis pada suhu setinggi ini jelas tidak realistik. Namun, titik lelehan campuran Al₂O₃ dan Na₃AlF₆ adalah sekitar 1000⁰C dan suhu ini mudah dicapai. Prosedur detailnya adalah: bijih alumunium, bauksit, mengandung berbagai oksida logam sebagai pengotor. Bijih ini diolah dengan alkali, dan hanya oksida alumunium yang amfoter yang larut. Bahan yang tak larut disaring, dan karbon dioksida dialirkan ke filtratnya untuk menghasilkan hidrolisis garamnya (Chang, 2004).

Reaksi kimia dapat ditimbulkan oleh arus listrik, sebaliknya reaksi kimia dapat dipakai untuk menghasilkan arus listrik. Elektrolisis merupakan proses dimana reaksi redoks tidak berlangsung secara spontan. Untuk lebih memahami apakah sebenarnya elektrolisis itu dapat dilihat pada proses pengisian aki. Dalam proses pengisian aki tersebut dapat disimpulkan bahwa apabila ke dalam suatu larutan elektrolit dialiri arus listrik searah maka akan terjadi reaksi kimia, yakni penguraian atas elektrolit tadi. Peristiwa penguraian (reaksi kimia) oleh arus searah itulah yang disebut elektrolisis. Sel elektrolisis terdiri dari larutan yang dapat mengahantarkan listrik yang disebut elektrolit, dan dua buah elektroda yang berfungsi sebagai katoda dan anoda.

Sel elektrolisis tidak memerlukan jembatan garam. Komponen utamanya adalah sebuah wadah, elektrode, elektrolit, dan sumber arus  searah. Elektron (listrik) memasuki larutan melalui kutub negatif (katode). Spesi tertentu dalam larutan menyerap elektron dari katode dan mengalami reduksi. Sementara itu, spesi ion melepas elektron di anode dan mengalami oksidasi. Jadi, sama seperti pada sel volta, reaksi di katode adalah reduksi, sedangkan reaksi di anode adalah oksidasi. Akan tetapi, muatan elektrodenya berbeda. Pada sel volta, katode bermuatan positif, sedangkan anode bermuatan negatif. Pada sel elektrolisis, katode bermuatan negatif, sedangkan anode bermuatan positif.

Apabila listrik dialirkan melalui lelehan senyawa ion maka senyawa ion itu akan diuraikan. Kation direduksi di katode, sedangkan anion dioksidasi di anode. Reaksi elektrolisis dalam larutan elektrolit berlangsung lebih kompleks. Spesi yang bereaksi belum tentu kation atau anionnya, tetapi mungkin saja air atau elektrodenya. Hal itu bergantung pada potensial spesi-spesi yang terdapat dalam larutan. Untuk menuliskan reaksi elektrolisis larutan elektrolit, beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan adalah:

1.        Reaksi-reaksi yang berkompetisi pada tiap-tiap elektrode.

a.    Spesi yang mengalami reduksi di katode adalah yang mempunyai potensial elektrode lebih positif.

b.    Spesi yang mengalami oksidasi di anode adalah yang mempunyai potensial elektrode lebih negatif.

2.    Jenis elektrode, apakah inert atau aktif

Elektrode inert adalah elektrode yang tidak terlibat dalam reaksi. Elektrode inert yang sering digunakan, yaitu platina dan grafit.

3.   Overpotensial

Overpotensial adalah potensial tambahan yang diperlukan sehingga suatu reaksi
elektrolisis dapat berlangsung.

Contoh :

Elektrolisis larutan CuSO₄ dengan katode dan anode Cu. Pada elektrolisis larutan CuSO₄ dengan elektrode Cu, terbentuk endapan Cu di katode dan anodenya (Cu) larut. Hasil-hasil itu dapat dijelaskan sebagai berikut: Dalam larutan CuSO₄ terdapat ion Cu²⁺, ion SO₄^2-, molekul air serta logam tembaga (elektrode). Berbeda dengan elektrode grafit yang inert (sukar bereaksi), tembaga dapat mengalami oksidasi di anode. Kemungkinan reaksi yang terjadi di katode adalah reduksi ion Cu²⁺ atau reduksi air. Oleh karena potensial reduksi Cu²⁺ lebih besar maka reduksi ion Cu²⁺ lebih mudah berlangsung. Sementara itu, kemungkinan reaksi yang terjadi di anode adalah oksidasi ion SO₄^2-, oksidasi air atau oksidasi Cu.

2SO₄^2- →  S₂O₈^2- +  2e              E° = -2.71 V

2H₂O  →   4H⁺ + O₂ + 4e           E° = -1.23 V

Cu       →  Cu²⁺ + 2e                   E° = -0.34 V

Oleh karena potensial oksidasi Cu paling besar, maka oksidasi tembaga lebih mudah berlangsung. Jadi, elektrolisis larutan CuSO₄ dengan Cu menghasilkan endapan Cu di katode dan melarutkan Cu di anode.

CuSO₄     →  Cu²⁺  +  SO₄^2-

Katode :       Cu²⁺  +  2e  →  Cu

Anode  :       Cu  →  Cu²⁺  +  2e

                                 Cu        →       Cu

   (anode)           (katode)

Berdasarkan daftar potensial elektrode standar dapat dibuat suatu ramalan tentang reaksi katode dan reaksi anode pada suatu elektrolisis. Ramalan mungkin akan meleset jika spesi yang terlibat mempunyai overpotensial yang signifikan (Keenan, 1984).

Dalam elektrolisis, sumber aliran listrik digunakan untuk mendesak elektron agar mengalir dalam arah yang berlawanan dengan aliran spontan. Hubungan antara jumlah energi listrik yang dikonsumsi dan perubahan kimia yang dihasilkan dalam elektrolisis merupakan salah satu persoalan penting yang dicarikan jawabannya oleh Michael Faraday (1791-1867). Hukum faraday pertama tentang tentang elektrolisis menyatakan bahwa “Jumlah perubahan kimia yang dihasilkan sebanding dengan besarnya muatan listrik yang melewati suatu elektrolisis”. Hukum kedua tentang elektrolisis menyatakan bahwa “Sejumlah tertentu arus listrik menghasilkan jumlah ekuivalen yang sama dari benda apa saja dalam suatu elektrolisis” (Petrucci, 1985).

Untuk menginduksi arus agar mengalir melewati sel elektrokimia, dan menghasilkan reaksi sel non-spontan, selisih potensial yang diberikan harus melebihi potensial arus-nol sekurang-kurangnya sebesar potensial lebih sel, yaitu jumlah potensial ubin pada kedua elektroda dan penurunan ohm (I x R) yang disebabkan oleh arus yang melewati elektrolit. Potensial tambahan yang diperlukan untuk mencapai laju reaksi yang dapat terdeteksi, mungkin harus besar, jika rapatan arus pertukaran pada elektrodanya kecil. Dengan alasan yang sama, sel galvani menghasilkan potensial lebih kecil ketimbang pada kondisi arus nol (Atkins, 1990).

Reaksi tembaga dengan larutan ion perak dalam air berlangsung spontan dan tak reversibel. Dengan demikian  DG<0, walaupun pada titik ini magnitudonya tidak diketahui. Karena tidak ada kerja yang dihasilkan, hukum pertama termodinamika menyebutkan bahwa seluruh perubahan energi muncul sebagai perubahan kalor.

Reaksi yang sama ini dapat dilakukan dengan amat berbeda tanpa pernah membawa kedua reaktan kontak langsung satu dengan lainnya jika sebuah sel galvani (sebuah aki) dibuat oleh mereka. Sebuah lembaran tembaga dimasukan sebagian kedalam larutan Cu(NO₃)₂ dan sebuah lembaran perak dalam sebuah larutan AgNO₃, seperti dimasukan sebagian dalam gambar. Kedua larutan dihubungkan oleh sebuah jembatan garam, yang merupakan tabung berbentuk U terbalik yang berisi larutan garam seperti NaNO₃. Ujung jembatan ditutup dengan penyumbat berpori yang menghindarkan kedua larutan bercampur tetapi memungkinkan ion lewat. Kedua lembaran logam dihubungkan ke amperemeter, sebuah alat yang mengukur arah dan magnitude arus listrik yang melaluinya.

Jika tembaga dioksida disisi kiri, ion Cu²⁺ masuk ke larutan. Elektron yang dilepaskan pada reaksi melewati rangkaian luar dari kiri ke kanan, seperti digambarkan oleh perubahan jarum amperemeter. Elektron masuk ke lembaran perak dan pada antar muka logam larutan elektron diikat oleh ion Ag⁺, sebagai atom yang melapisi pada permukaan perak. Proses ini akan menyebabkan kenaikan muatan positif dalam gelas piala sebelah kiri dan menurunkan muatan di gelas piala sebelah kanan, tetapi tidak untuk jembatan garam. Jembatan memungkinkan aliran netto ion positif ke gelas piala sebelah kanan dan ion negatif ke gelas piala sebelah kiri, yang menjaga netralitas muatan disetiap sisi.

Reaksi oksidasi – reduksi ini terdiri dari dua setengah reaksi yang terpisah. Setengah reaksi oksidasi di gelas piala sebelah kiri adalah :

Cu (s)  ® Cu²⁺ (aq) + 2e^-

Dan setengah reaksi reduksi di gelas piala sebelah kanan adalah:

Ag⁺ (aq) + 2e^- ® Ag (s)

(Oxtoby, 2001).

Penggunaan penting dari elektrolisis adalah dalam pemurnian logam. Proses pemurnian logam biasanya menghasilkan logam tembaga yang kurang murni untuk penggunaan secara lazim. Misalnya, adanya arsenik dapat menurunkan konduktivitas listrik dari tembaga, sehingga hasilnya kurang cocok untuk dibuat kawat dan konduktor listrik yang lain. Sebongkah besar tembaga yang tidak murni sebagai anode dan sebuah lempeng dari tembaga murni sebagai katode. Selama elektrolisis, tembaga dipindah secara terus-menerus melalui larutan (sebagai CO²⁺) dari anode ke katode. Emas dan perak biasanya ditemukan sebagai “pengoksidator” dalam tembaga. Logam-logam ini kurang aktf dibandingtembaga, yaitu agak sukar teroksidasi. Logam-logam tersebut tidak masuk ke dalam reaksi anoda, tapi mengendap pada dasar tangki elektrolisis dalam suatu lumpur yang dinamakan lumpur anode. Nilai ekonomis dari lumpur anode kerap cukup untuk menutup biaya pemurnian tembaga secara elektrolisis.

Diantara benda-benda secara umum yang dipakai produksi hampir seluruhnya dengan proses elektrolisis adalah alkali, magnesium, alumunium, klor, flour, hydrogen peroksida dan natrium hidroksida. Tidaklah berlebihan jika dikatakan bahwa industri modern pada umumnya tidak dapat berfungsi tanpa tersedianya reaksi-reaksi elektrolisis (Petrucci, 1985).

Logam tembaga semakin hari makin banyak dibutuhkan untuk berbagai keperluan. Biasanya logam ini dikotori sekitar 1% oleh logam lain seperti besi, zink, perak, emas, dan platina (Syukri, 1999).

III.             METODOLOGI PERCOBAAN

3.1  Alat dan Bahan

Adapun alat yang digunakan pada percobaan ini adalah catu daya, gelas kimia, labu ukur, amplas, kabel katoda anoda, elektroda Cu, Kaca arloji, neraca digital dan penjepit.

Sedangkan bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah paku, dan larutan CuSO₄.5H₂O

3.2  Prosedur Percobaan

Adapun prosedur percobaan pada praktikum ini adalah

1.      Mengamplas paku hingga karatnya menghilang

2.      Menimbang paku menggunakan neraca digital

3.      Menghubungkan paku dengan katoda (-) dan elektroda Cu dengan anoda (+)

4.      Memasukkan larutan CuSO₄.5H₂O 0,1 M kedalam gelas kimia 100 ml

5.      Memasukkan paku dan elektroda Cu kedalam larutan CuSO₄.5H₂O dan menghidupkan catu daya

6.      Mengamati perubahan pada paku dan elektroda Cu tersebut

7.      Menimbang kembali paku hasil elektrolisis dan menimbang selisih beratnya

IV.             HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

4.1    Hasil Pengamatan

Adapun hasil yang didapat setelah percobaan yang dilakukan, yaitu:

No.	Perlakuan	Hasil Pengamatan
1.	Mengampelas paku	Paku menjadi bersih dari karat
2.	Menimbang paku	Berat paku sebesar 9,8972 gram
3.	Memasukkan paku dan elektroda
4.

4.2    Pembahasan

4.2.1        Pengertian Penyepuhan (Elektroplating)

Penyepuhan (elektroplating) adalah pelapisan logam menggunakan sel elektrolisis untuk memperindah penampilan dan mencegah korosi. Benda yang akan disepuh dijadikan katoda, dan logam penyepuh sebagai anoda. Larutan elektrolit yang digunakan adalah larutan elektrolit dari logam penyepuh. Ketebalan lapisan logam sekitar 0,03-0,05 mm.

Elektrolisis adalah peristiwa penguraian elektrolit oleh arus listrik. Komponen utama sel elektrolisis adalah wadah, elektrode, elektrolit, dan sumber arus searah. Reaksi redoks terjadi di elektrode-elektrodenya. Elektrode pada sel elektrolisis terdiri atas anoda dan katoda. Pada anoda berlangsung reaksi oksidasi, sedangkan pada katoda berlangsung reaksi reduksi. Anoda bernuatan positif dan katoda bermuatan negatif.

(http://luluinajjma.blog.com/2012/12/17/6/) tanggal 10 april 2014 pukul 13:03

4.2.2        Perbedaan Sel Elektrolisis dengan Sel Volta (Sel Galvani)

Tabel Perbedaan Sel Volta dan Sel Elektrolisis

No.	Sel Volta / Galvani	Sel Elektrolisis
1.	Reaksi spontan	Reaksi tidak spontan
2.	Anode kutub negatif	Anode kutub positif
3.	Katode adalah kutub positif	Katode adalah kutub negatif
4.	Energi kimia diubah menjadi energi listrik	Energi listrik diubah menjadi energi kimia

http://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/07/pengertian-sel-volta-dan-sel-elektrolisis-galvani.html 10 April 2015 13:42

2.2.3        Pembahasan Hasil Pengamatan

Pada praktikum kali ini, kami melakukan percobaan mengenai proses penyepuhan logam Fe pada paku menggunakan elektoda Cu. Adapun prosedur yang kami lakukan yaitu pertama mengampelas paku hingga karatnya menghilang dan menimbangnya menggunakan neraca digital. Kemudian, memasukkan larutan CuSO₄.5H₂O 0,1 M ke dalam gelas kimia 100ml. Namun, pada percobaan ini seharusnya menggunakan tabung U. Setelah itu, memasukkan elektroda Cu (anoda) ke dalam gelas kimia dan menghidupkan catu daya 12 Volt. Lalu, memasukkan logam Fe (katoda) ke dalam gelas kimia dan menunggu 10 menit. Terakhir, menimbang kembali paku tersebut.

Pada awal penimbangan, berat paku 9,8972 gr dan setelah proses penyepuhan selesai menjadi 9,980 gr. Dari hasil pengamatan, terlihat pada katoda muncul gelembung-gelembung gas dan terbentuk endapan Cu. Sedangkan pada anoda warna elektoda logam Cu menjadi lebih pucat. Konsentrasi ion Cu²⁺ dalam larutan CuSO₄.5H₂O tidak berubah.

2.2.4        Reaksi yang Terjadi di Katoda dan Anoda

Adapun reaksi yang terjadi sebagai berikut.

Anoda    : Cu_(s)               → Cu²⁺_(aq) + 2e^-

Katoda   : Cu²⁺_(aq) + 2e^- → Cu_(s)

2.2.5        Arah Aliran Elektron

Kation pada anoda ini akan bergerak ke katoda menggantikan kation Cu²⁺ yang di reduksi di katode. Kation Cu²⁺ di katode direduksi membentuk endapan logam tembaga yang melapisi logam besi pada paku.

2.2.6        Contoh Penyepuhan dalam Kehidupan

Adapun contoh lain dari proses penyepuhan dalam kehidupan yaitu untuk melapisi sendok garpu yang terbuat dari baja dengan perak, maka garpu dipasang sebagai katoda dan logam perak dipasang sebagai anoda, dengan elektrolit larutan AgNO₃.

Gambar 2. Pelapisan sendok dengan logam perak.

Logam perak pada anoda teroksidasi menjadi Ag⁺ kemudian direduksi menjadi Ag pada katoda atau garpu. Dengan demikian garpu terlapisi. oleh logam perak.

Anoda	:	Fe(s)	→	Fe2+(aq)+2 e-
Katoda	:	Ag+(aq) + e-	→	Ag (s)

Selain itu, pelapisan kromium pada mesin kendaraan bermotor sehingga terlihat mengkilat.

http://tinosiahaan.blogspot.com/2012/09/manfaat-reaksi-redoks-dan-sel.html

V.                KESIMPULAN

Berdasarkan hasil pengamatan dan pembahasan pada percobaan ini, maka dapat diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1.      Pada katoda muncul gelembung-gelembung gas dan terbentuk endapan Cu. Sedangkan pada anoda warna elektoda logam Cu menjadi lebih pucat.

2.      Pada awal penimbangan, berat paku 9,8972 gr dan setelah proses penyepuhan selesai menjadi 9,980 gr.

3.      Penyepuhan (elektroplating) adalah pelapisan logam menggunakan sel elektrolisis untuk memperindah penampilan dan mencegah korosi.

4.      Adapun reaksi yang terjadi sebagai berikut.

Anoda : Cu_(s)               → Cu²⁺_(aq) + 2e^-

Katoda            : Cu²⁺_(aq) + 2e^- → Cu_(s)

5.      Arah aliran electron yaitu dari kation pada anoda akan bergerak ke katoda menggantikan kation Cu²⁺ yang di reduksi di katode.

6.      Contoh lain dari proses penyepuhan dalam kehidupan yaitu untuk melapisi sendok garpu yang terbuat dari baja dengan perak dan pelapisan kromium pada mesin kendaraan bermotor sehingga terlihat mengkilat.

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, P. W. 1990. Kimia Fisika Jilid II. Jakarta : Erlangga

Chang, Raymond. 2004. Kimia Dasar : Konsep-Konsep Inti Jilid  II. Jakarta : Erlangga

Keenan, Charles W. 1984. Kimia Untuk Universitas.  Jakarta : Erlangga

Oxtoby, David W. 2001. Prinsip-Prinsip Kimia Modern. Jakarta : Erlangga

Petrucci, Ralph H. 1985. Kimia Dasar Jilid III : Prinsip dan Terapan Modern. Jakarta :
         Erlangga

Syukri, S. 1999. Kimia Dasar Jilid II. Bandung : ITB