laporan resmi elektrokimia praktikum dasar teknik kimia ii
Post on 14-Jan-2016
454 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
-
LAPORAN RESMI
PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA II
Materi :
ELEKTROKIMIA
Oleh :
1. Badar Ilham Anggawijaya NIM : 21030114120032
2. Christine Indira Rinai Pangesti NIM : 21030114120049
3. Surya Pandu Putra NIM : 21030114120125
LABORATORIUM DASAR TEKNIK KIMIA
TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2015
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Laporan resmi Praktikum Dasar Teknik Kimia II yang berjudul Elektrokimia yang disusun oleh:
Kelompok : III / Kamis Pagi
Anggota : 1. Badar Ilham Anggawijaya NIM : 21030114120032
2. Christine Indira Rinai Pangesti NIM : 21030114120049
3. Surya Pandu Putra NIM : 21030114120125
Telah disahkan pada:
Hari :
Tanggal : Juni 2015
Semarang, Juni 2015
Asisten Pengampu,
Angga Muhammad Kurnia
NIM 21030112130126
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat rahmat dan
kuasa-Nya, sehingga dapat menyelesaikan laporan resmi Praktikum Dasar Teknik
Kimia II ini dengan lancar dan sesuai dengan harapan.
Laporan Resmi Praktikum Dasar Teknik Kimia II ini dibuat untuk
memenuhi tugas Praktikum Dasar Teknik Kimia II. Kami mengucapan terima
kasih kepada:
1. Tuhan Yang Maha Esa, atas karunia-Nya Laporan ini bisa selesai dengan
baik dan tepat waktu
2. Ibu Ir. C. Sri Budiyati, M.T. selaku dosen pembimbing Praktikum Dasar
Teknik Kimia II
3. Koordinator asisten laboratorium PDTK II Wahyu Arga Utama
4. Angga M. Kurnia sebagai Asisten Pengampu Laporan Praktikum
Elektrokimia kami
5. Orang tua atas dukungan baik moral maupun materil
Sehingga tugas laporan resmi ini dapat terselesaikan dengan baik dan sesuai
harapan. Kepada teman-teman yang telah membantu baik dalam segi waktu
maupun motivasi apapun, kami mengucapkan terima kasih.
Tidak ada gading yang tak retak. Begitu pula dengan laporan resmi kami.
Oleh karena itu, kami masih membutuhkan saran yang bersifat membangun untuk
kesempurnaan laporan resmi kami.
Semarang, 27 Mei 2015
Penulis
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II
v
INTISARI
Elektrolisis adalah proses peruraian elektrolit yang disebabkan oleh
adanya arus listrik searah. Sedangkan elektrokimia mempelajari reaksi-reaksi
disertai perpindahan elektron. Pada proses ini energi kimia diubah menjadi
energi listrik atau sebaliknya. Elektrokimia secara umum terbagi dalam dua
kelompok, yaitu sel galvani dan sel elektrolisis. Tujuan dalam percobaan ini
adalah menentukan berat Cu yang menempel pada katoda. Setelah proses
elektrolisis, menentukan kadar Cu2+
dalam larutan sisa elektrolisis dengan
menggunakan titrasi iodimetri, menentukan pengaruh arus listrik terhadap
konversi massa dan volume, serta menentukan pengaruh beda anoda dan katoda
terhadap konversi massa dan volume.
Bahan yang digunakan adalah CuSO4.5H2O, KI, Na2SO4, amilum. Alat
yang digunakan adalah perangkat titrasi iodometri. Metode yang digunakan
adalah elektrokimia dengan metode iodometri dengan CuSO4.5H2O dan amilum
sebagai indikator.
Berdasarkan praktikum yang kami lakukan, hubungan antara konversi
massa dengan variasi arus berbanding lurus namun berbanding terbalik dengan
konversi volume dan variasi waktu. Begitu pula hubungan konversi massa dengan
variasi anoda yang berbanding lurus, dan konversi volume berbanding terbalik
dengan variasi anoda. Hubungan konversi massa berbanding lurus dengan
variasi katoda, dan konversi voume berbanding terbalik dengan variasi katoda.
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II
vi
SUMMARY
Electrolysis is the process of electrolyte decomposition caused by
electric current. While studying electrochemical reactions are accompanied by
the transfer of electrons. In this process the chemical energy is converted into
electrical energy or vice versa. Electrochemical are generally divided into two
groups, namely galvanic cells and electrolysis cells. The goal in this trial is to
determine the weight attached to the Cu cathode. After electrolysis process,
determine the levels of residual Cu2+
in solution using the titration iodimetri
electrolysis, and determine the effect of the conversion of mass and volume in the
different electric current, and determine the effect of different anode and cathode
on the conversion of mass and volume.
Materials used are CuSO4.5H2O, KI, Na2SO4, starch. The tools are
used iodometric titration. The method is used electrochemical with iodometric
method with CuSO4.5H2O and amylum as an indicator.
Based on practical work, the relation between the mass conversion with
electrical current is directly proportional but inversely proportiona with volume
conversion and time variation. Similarly, relations between the mass conversion
with different anode is directly proportional variation, and inversely proportional
with volume conversion. Relation between mass conversion with variation of
cathode is directly proportional and insentive proportional with volume
conversion.
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................................... iii KATA PENGANTAR ................................................................................................. iv INTISARI......................................................................................................................v SUMMARY ................................................................................................................. vi DAFTAR ISI ................................................................................................................ vii DAFTAR TABEL ........................................................................................................ ix DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... x
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................ 1
I.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1
I.2 Tujuan Percobaan ....................................................................................... 1
I.3 Manfaat Percobaan ..................................................................................... 1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 2
II.1 Pegertian Elektrokimia .............................................................................. 2
II.2 Reaksi pada Proses Elektrolisis ................................................................. 2
II.3 Faktor-faktor yang mempengaruhi proses Elektrokimia ........................... 3
II.4 Deret Volta ................................................................................................ 4
II.5Aplikasi Proses Elektrokimia.................................................................... 4
II.6 Pembuatan Elektrokimia ........................................................................... 5
II.6 Pembuatan Elektrokimia ........................................................................... 5
BAB III METODE PRAKTIKUM .............................................................................. 6
III.1 Bahan dan Alat yang Digunakan.............................................................. 6
III.2 Gambar Rangkaian Alat ........................................................................... 6
III.3 Prosedur Percobaan .................................................................................. 7
III.4 Analisa Hasil ............................................................................................ 8
III.5 Cara Perhitungan......................................................................................8
BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN .......................................... 10
IV.1 Hasil Percobaan ..................................................................................... 10
IV.1.1. Variabel 1 ( K : Cu A : Cu 60 mA) ........................................... 10
IV.1.2 Variabel 2 ( K : Cu A : Cu 80 mA) ............................................ 10
IV.1.3 Variabel 3 ( K : Cu A : Fe 80 mA) ........................................... 10
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II
viii
IV.1.4 Variabel 4 ( K : C A : Cu 80 mA) ............................................. 11
IV.2 Pembahasan............................................................................................ 11 IV.2.1 Pengaruh Arus Listrik Terhadap Konversi Massa .......................................... 11 IV.2.2 Pengaruh Arus Listrik Terhadap Konversi Volume ....................................... 12 IV.2.3 Pengaruh Beda Anoda TerhadapKonversi Massa .......................................... 12 IV.2.4 Pengaruh Beda Anoda Terhadap Konversi Volume ....................................... 12 IV.2.5 Pengaruh Beda Katoda Terhadap Konversi Massa ......................................... 13
IV.2.6 Pengaruh Beda Katoda Terhadap Konversi Volume ...................................... 14
IV.2.7 Pengaruh Waktu Elektrolisa Terhadap Konversi Massa dan Konversi
Volume ........................................................................................................... 15
BAB V PENUTUP ..................................................................................................... 16
V.1 Kesimpulan ............................................................................................. 16
V.2 Saran ........................................................................................................ 16 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 17 LAMPIRAN
Data Hasil Praktikum ....................................................................................... A-1
Lembar Perhitungan ......................................................................................... B-1
Lembar Perhitungan Grafik.............................................................................. C-1
Lembar Perhitungan Reagen ............................................................................ D-1
Lembar Kuantitas Reagen ................................................................................ E-1
Referensi .......................................................................................................... F-1
LEMBAR ASISTENSI
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Hasil Percobaan Variabel 1 ........................................................................ 9 Tabel 4.2 Hasil Percobaan Variabel 2 ........................................................................ 9 Tabel 4.3 Hasil Percobaan Variabel 3 ........................................................................ 9 Tabel 4.4 Hasil Percobaan Variabel 4 ........................................................................ 10
Tabel A.1 Data hasil praktikum variabel 1 ................................................................ A-1
Tabel A.2 Data hasil praktikum variabel 2 ................................................................ A-1
Tabel A.3 Data hasil praktikum variabel 3 ................................................................ A-1
Tabel A.4 Data hasil praktikum variabel 4 ................................................................ A-2
Tabel C.1 Perhitungan grafik variabel 1 .................................................................... C-1
Tabel C.2 Perhitungan grafik variabel 2 .................................................................... C-1
Tabel C.3 Perhitungan grafik variabel 3 .................................................................... C-1
Tabel C.4 Perhitungan grafik variabel 4 .................................................................... C-2
Tabel C.5 Perhitungan grafik variabel 5 .................................................................... C-2
Tabel C.6 Perhitungan grafik variabel 6 .................................................................... C-3
Tabel C.7 Perhitungan grafik variabel 7 .................................................................... C-3
Tabel C.8 Perhitungan grafik variabel 8 .................................................................... C-4
Tabel C.9 Perhitungan grafik variabel 9 .................................................................... C-5
Tabel C.10 Perhitungan grafik variabel 10 ................................................................ C-5
Tabel C.11 Perhitungan grafik variabel 11 ................................................................ C-6
Tabel C.12 Perhitungan grafik variabel 12 ................................................................ C-6
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Deret Volta ............................................................................................... ..4 Gambar 3.1 Rangkaian Alat Elektrolisis ...................................................................... ..6 Gambar 3.2 Rangkaian Alat Titrasi ........................................................................... ....7 Gambar 4.1 Hubungan Arus Listrik Terhadap Xm.......................................................11 Gambar 4.2 Hubungan Arus Listrik Terhadap Xv........................................................12 Gambar 4.3 Hubungan Anoda Terhadap Xm................................................................12 Gambar 4.4 Hubungan Beda Anoda Terhadap Xv........................................................13 Gambar 4.5 Hubungan Beda Katoda Terhadap Xm......................................................14 Gambar 4.6 Hubungan Beda Katoda Terhadap Xv ................................................... ...14
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Elektrokimia memiliki banyak kegunaan yang penting untuk kehidupan
sehari-hari. Diantaranya membuat senyawa lain, seperti unsur logam, halogen, gas
hidrogen, dan gas oksigen. Contohnya pada elektrolisa larutan NaCl. Cara itu
untuk mengetahui konsentrasi ion logam dalam larutan. Kegunaan lainnya yaitu
melapisi permukaan suatu logam dengan logam yang lain.
Mahasiswa teknik kimia harus memahami teori yang berkaitan dengan
proses elektrolisis. Banyak aplikasi elektrolisis seperti elektroplating,
elektrorefining, dan juga elektrowinning. Oleh karena itu, mahasiswa teknik kimia
perlu melakukan percobaan elektrolisis, seperti menentukan berat Cu yang
menempel pada katoda setelah proses elektrolisis.
1.2. Tujuan Percobaan
1. Menentukan berat Cu yang menempel pada katoda setelah proses
elektrolisis dengan pengaruh variabel besar arus listrik, beda anoda, dan
beda katoda
2. Menentukan kadar Cu2+
dalam larutan sisa elektrolisis dengan
menggunakan metode titrasi iodometri.
1.3. Manfaat Percobaan
1. Mahasiswa mampu menentukan berat Cu yang menempel pada katoda
setelah proses elektrolisis dengan pengaruh beda variabel besar arus listrik,
beda anoda , dan beda katoda.
2. Mahasiswa mampu menentukan kadar Cu2+
dalam larutan sisa elektrolisis
dengan menggunakan metode titrasi iodometri.
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 2
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Pengertian Elektrokimia
Elektrokimia mempelajari reaksi-reaksi yang disertai perpindahan
elektron. Pada proses ini energi kimia diubah menjadi energi listrik atau
sebaliknya. Elektrokimia secara umum terbagi dalam dua kelompok, yaitu sel galvani
dan sel elektrolisis. Sel Galvani (sel Volta) merupakan sel elektrokimia yang dapat
menghasilkan energi listrik yang disebabkan oleh terjadinya reaksi redoks yang
spontan. Sedangkan elektrolisa adalah proses peruraian suatu elektrolit yang
disebabkan oleh adanya arus listrik searah. Dalam percobaan ini digunakan
larutan CuSO4.5H2O sebagai elektrolitnya. Pada larutan CuSO4.5H2O tidak
terbentuk endapan tembaga sulfit sehingga proses ini menunjukan proses
pengolahan yang bersih, sederhana dan sangat baik untuk mengambil kembali
tembaga yang mempunyai kemurnian tinggi yaitu sekitar 99%.
Pada sel elektrolisa terjadi proses pelucutan ion-ion bermuatan. Selama
proses berlangsung, arus listrik mengalir melalui elektrolit, memberikan energi
yang cukup untuk menjalankan reaksi oksidasi dan reduksi. Ion-ion yang
bermuatan bergerak, setelah arus listrik mengalir dalam elektrolit. Ion positif
bergerak ke elektroda negatif (katoda) dan ion negatif bergerak ke elektroda
positif (anoda). Saat ion-ion bermuatan saling bersinggungan dengan elektroda
akan terjadi reaksi elektrokimia. Pada elektroda positif, ion negatif melepaskan
elektron dan teroksidasi. Pada elektroda negatif, ion positif menangkap elektron
dan tereduksi.
II.2. Reaksi pada proses Elektrolisis
Reaksi reaksi pada proses elektrolisis merupakan reaksi reversibel dan
merupakan reaksi redoks. Pada katoda berlangsung reaksi reduksi dan pada anoda
berlangsung reaksi oksidasi. Pada percobaan ini, sebagai katoda digunakan batang
tembaga dan sebagai anoda digunakan grafit. Elektrolitnya adalah larutan
CuSO4.5H2O.
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 3
Reaksi yang terjadi:
CuSO4 Cu2+
+ SO42-
(1)
2H2O 2H+ + 2OH
- (2)
Anoda 2OH- H2O + O2 +2e
- (3)
Katoda Cu2+
+ 2e- Cu (4)
CuSO4 +H2O Cu + 2H+
+ SO42-
+ O2 (5)
Berdasarkan persamaan reaksi diatas, pada larutan akan tinggal asam sulfat,
pada anoda akan terbentuk gas O2 dan logam Cu akan menempel pada katoda.
Untuk analisa larutan sisa elektrokimia digunakan metode titrasi iodometri.
Metode ini dilakukan untuk mengetahui kadar Cu2+
yang masih tersisa dalam
larutan.
Reaksi :
2 Cu2+
+ 4I- 2 CuI +I2 (6)
I2 + S2O32-
2 I- + S4O62-
(7)
I2 + I- I3
- (8)
Amilum (A) + I3- AI3
- (Biru) (9)
II.3. Faktor - faktor yang mempengaruhi proses elektrokimia
Arus listrik
Semakin besar arus listrik maka elektrokimia akan berlangsung lebih cepat karena
proses penghantaran ion-ion dalam larutan ke katoda lebih cepat.
Konsentrasi larutan
Konsentrasi larutan akan mempengaruhi jumlah ion-ion yang terdapat dalam
larutan, sehingga konsentrasi yang semakin tinggi akan mempercepat proses
elektrokimia.
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 4
Suhu
Semakin tinggi suhu menyebabkan konduktivitas larutan semakin besar sehingga
dapat mempercepat hantaran arus listrik dari anoda menuju katoda sehingga akan
mempercepat proses elektrokimia.
Waktu
Semakin lama waktu untuk melakukan proses elektrokimia maka semakin banyak
pula kation yang akan tereduksi dan menempel pada katoda.
II.4. Deret Volta
Susunan unsur-unsur logam berdasarkan potensial elektroda standarnya disebut
deret elektrokimia atau deret volta.
Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb (H) Cu Ag Hg Pt Au
Mudah mengalami oksidasi (Reduktor) Mudah mengalami reduksi
(oksidator)
Gambar 2.1 Deret Volta
Semakin ke kiri sifat reduktor semakin kuat artinya logam mampu mereduksi ion-
ion di sebelah kanannya tetapi tidak mampu mereduksi ion di sebelah kirinya dan
logam semakin reaktif (semakin mudah melepas elektron).
II.5. Aplikasi Proses Elektrokimia
Elektroplating
Yaitu proses pelapisan suatu logam dengan logam lain dengan cara elektrolisis
Prinsipnya:
1. Katoda sebagai logam yang dilapisi
2. Anoda sebagai logam pelapis
3. Menggunakan elektrolit garam dari logam anoda
Contohnya :
- Pelapisan Tembaga-Nikel-Khrom
Elektrorefining
Yaitu cara mendapatkan logam dengan kemurnian yang tinggi dari bijih logam
dengan kemurnian yang sudah cukup tinggi.
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 5
Elektrowinning
Yaitu untuk mendapatkan logam dengan kemurnian yang tinggi dari logam yang
kadarnya rendah.
II.6 Pembuatan Elektrokmia
Elektrokimia digunakan untuk menyalakan generator. Kebanyakan
senyawa anorganik lebih beracun daripada senyawa organic. Unsur organik
terkadang bisa berada di beberapa sampel yang berbeda. Contohnya As bisa
berada di air, udara, senyawa biologi seperti darah dan urin. Untuk memisahkan
senyawa-senyawa tersebut dilakukan dengan mengklasifikasikan sesuai jenisnya
dan dipisahkan dengan metode masing-masing. Contohnya untuk As dapat
dipisahkan dari senyawa lain dengan Vapor Generation (VG) dan berpasangan
dengan Absorption Spectrometry (AAS). VG dan AAS memiliki ketepatan dan
ketelitian yang cukup dalam meneliti As. Cara yang paling tepat untuk
menganalisis pembuatan elektrokimia dari AsH3 adalah dengan Electrochemical
Hydride Generation (EcHG) (Caiminagua, 2015).
II.7 Electrochemical Hydride Generation (EcHG)
Metode EcHG ini digunakan untuk pembuatan hidrida. EcHG telah
dijadikan sebagai alternatif cara kimia. EcHG terdiri dari reduksi elemen dalam
permukaan katoda dalam sel elektrolit diikuti dengan reaksi dari elemen logam
dengan hidrogen yang dihasilkan dalam sel atau masuk dalam media reaksi.
Berdasarkan katodanya, EcHG dikelompokan menjadi 2, pertama sesuai absorpsi
hydrogen yang tinggi dan sel volta yang tinggi. Katoda dengan tegangan tinggi
dapat mengurangi berbagai hidrida yang membentuk elemen. Hidrogen dengan
tegangan tinggi lebih rentan untuk gangguan tetapi lebih efisien dan lebih
fleksibel dalam hal pembentukan hidrida. Sayangnya, beberapa dari katoda ini
menunjukan mekanik rendah oleh karena itu harus diganti secara berkala
(Caiminagua, 2015).
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 6
BAB III
METODE PRAKTIKUM
III. 1. Bahan dan Alat yang Digunakan
3.1.1. Bahan
1. CuSO4.5H2O 0,4 N
2. KI 12 % w
3. Na2S2O3 0,15 N
4. Amilum Secukupnya
5. Aquadest Secukupnya
3.1.2. Alat:
1. Tangki elektrokimia
2. Batang tembaga
3. Grafit
4. Voltmeter/ Amperemeter
5. Adaptor
6. Magnetic stirrer
III. 2. Gambar Rangkaian Alat
Gambar 3.1. Rangkaian Alat Elektrolisis
Keterangan: 1. Tangki elektrolisis
2. Katoda (batang tembaga)
3. Anoda (grafit)
4. Adaptor, Amperemeter, Voltmete
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 7
Gambar Rangkaian Alat Titrasi
Gambar 3.2. Rangkaian Alat Titrasi
Data Yang Diperlukan
1. Konsentrasi larutan CuSO4.5H2O
2. Volume titran Na2S2O3 sebelum dan sesudah proses elektrolisa
3. Berat katoda sebelum dan sesudah proses elektrolisa
III.3. Prosedur Percobaan
1. Isi tangki elektrolisis dengan 500 ml larutan CuSO4.5H2O
2. Letakkan katoda dan anoda pada tangki dengan posisi yang permanen.
Hubungkan anoda dengan kutub positif dan katoda dengan kutub negatif
penyearah arus
3. Alirkan arus bertegangan rendah (60mA dan 80 mA) dan jalankan
pengadukan dengan perlahan-lahan
4. Ketika mencapai waktu yang telah ditentukan (0,3,9,12 menit) hentikan
pengadukan dan arus listrik, ambil katoda. Selanjutnya cuci katoda,
keringkan dan timbang. Analisa cairan sisa elektrolisa dengan metode
titrasi iodometri untuk mengetahui kandungan Cu2+
yang masih tersisa
Keterangan :
1. Klem
2. Statif
3. Buret
4. Erlenmeyer
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 8
III.4. Analisa Hasil
Ambil 5 ml cairan sisa hasil elektrolisis, masukkan dalam erlenmeyer dan
selanjutnya tambahkan 3 ml larutan KI 10% berat. Tutup mulut labu erlenmeyer
dengan gelas arloji kecil dan biarkan selama 5 menit di tempat yang gelap agar
reaksi berlangsung dengan sempurna. Selanjutnya cuci tutup gelas arloji dengan
aquadest dan masukkan air cucian dalam erlenmeyer, kemudian titrasi larutan
tersebut dengan larutan Na2S2O3 sampai warna larutan berubah menjadi kuning.
Selanjutnya tambahkan 3 tetes indikator amilum ke dalam campuran dan dititrasi
lagi dengan Na2S2O3 sampai warna biru tepat hilang (putih susu) .
III.5. Cara Perhitungan
1. X1 = 0
.................................................................(1)
Keterangan :
X1 = konversi massa
M = berat katoda setelah proses elektrolisa
M0 = berat katoda sebelum proses elektrolisa
MCu = berat tembaga dalam cairan mula mula
2. X2 = V0.NV.N
0. =
0
0...................................................(2)
Keterangan :
X2 = konversi volume
V0 = volume larutan Na2S2O3 sebelum dielektrolisis
V = volume larutan Na2S2O3 setelah dielektrolisis
N = normalitas larutan Na2S2O3
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 9
BAB IV
HASIL PRAKTIKUM DAN PEMBAHASAN
IV.1 Hasil Percobaan
IV.1.1 Variabel 1 ( K : Cu A : Cu 60 mA)
Tabel 4.1 Hasil Percobaan Variabel 1
t (menit) W (gr) V1 (mL) V2 (mL) Vtotal (mL)
0 6,144 11,4 9,2 20,6
3 6,146 8,3 13,1 21,4
9 6,147 9,7 17 26,7
12 6,149 10,8 15,8 25,8
IV.1.2 Variabel 2 ( K : Cu A : Cu 80 mA)
Tabel 4.2 Hasil Percobaan Variabel 2
T (menit) W (gr) V1 (ml) V2 (ml) Vtotal (ml) 0 6,141 10,8 15,8 20,6 3 6,143 9,3 10 19,3 9 6,146 8,1 16,6 24,9
12 6,148 8,1 16,3 24,4
IV.1.3 Variabel 3 ( K : Cu A : Fe 80 mA)
Tabel 4.3 Hasil Percobaan Variabel 3
T (menit) W (gr) V1 (ml) V2 (ml) Vtotal (ml) 0 6,139 8 16,3 24,3 3 6,141 7,9 19,2 23 9 6,144 10,3 13,6 23,9
12 6,148 5,5 10,8 16,3
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 10
IV.1.4 Variabel 4 ( K : C A : Cu 80 mA)
Tabel 4.4 Hasil Percobaan Variabel 4
T (menit) W (gr) V1 (ml) V2 (ml) Vtotal (ml)
0 0,382 5,5 10,8 16,3 3 0,382 7,3 12,2 19,5 9 0,382 8,5 6,7 15,2
12 0,382 8,7 11,7 20,4 IV.2 Pembahasan
IV.2.1 Pengaruh Arus Listrik Terhadap Konversi Massa
Gambar 4.1 Hubungan arus listrik terhadap Xm
Dapat diamati dari Gambar 4.1 bahwa kuat arus listrik berpengaruh
pada konversi massa. Pada praktikum didapat masssa Cu pada arus 80 mA lebih
besar dari arus 60 mA. Semakin besar arus massa semakin besar ion Cu yang
menempel pada katoda.
Faktor yang mempengaruhi ialah gerakan ion terlarut akan semakin
besar (akibat tumbukan) pada arus yang semakin besar. Hal ini sesuai dengan
praktikum, dimana massa Cu pada arus 80 mA lebih besar daripada 60 mA karena
ion Cu2+
lebih cepat bergerak dan lebih cepat menempel pada katoda sesuai
dengan hukum Faraday (Farid,2012).
w = Z x I x t....................................(3)
ket: w : berat endapan
z: BE / 96500
I : kuat arus
t : waktu
y = 0.4047x R = 0.9198
y = 0.455x R = 0.9961
-0.10.40.91.41.92.42.93.43.94.44.95.45.9
0 3 6 9 12 15 18 21
60 mA
80 mA
Linear (60 mA)
Linear (60 mA)
Linear (80 mA)
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 11
IV.2.2 Pengaruh Arus Listrik Terhadap Konversi Volume
Gambar 4.2 Hubungan arus listrik terhadap Xv
Gambar 4.2 menunjukan bahwa kuat arus listrik akan berpengaruh pada
konversi massa. pada arus yang semakin besar maka konversi volkume
semakin kecil. pada arus 80 mA dibutuhkan lebih sedikit volume titran
daripada arus 60 mA.
Hal ini disebabkan karena semakin besar arus listrik yang digunakan,
maka pergerakan elektron dalam larutan semakin besar (Wiryawan, 2009).
Sehingga ion Cu2+
akan lebih cepat menempel pada katoda dan kadar Cu2+
pada
larutan akan berkurang pula, sehingga volume titran unturk menetralkan Cu2+
akan lebih sedikit.
IV. 2.3 Pengaruh Beda Anoda TerhadapKonversi Massa
Gambar 4.3 Hubungan anoda terhadap Xm
Gambar 4.3 menunjukan pengaruh beda anoda pada konversi massa.
Dapat dilihat bahwa anoda Fe akan menghasilkan endapan Cu yang lebih besar
daripada anoda Cu.
y = 0.2421x R = 0.8278
y = -0.1027x R = -0.476
-3.5-3
-2.5-2
-1.5-1
-0.50
0.51
1.52
2.53
3.54
0 3 6 9 12 15
60 mA
80 mA
Linear (60 mA)
Linear (80 mA)
y = 0.5867x R = 0.9576
y = 0.455x R = 0.9961
-0.10.40.91.41.92.42.93.43.94.44.95.45.9
0 3 6 9 12 15
A : Fe
A : Cu
Linear (A : Fe)
Linear (A : Cu)
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 12
Hasil tersebut disebabkan oleh karena harga sel potensial Fe lebih besar
dari Cu. Pengambilan logam dari campurannya dengan metode elektrokimia
dapat dilakukan pada optimal meliputi penaruh potensial sel dari anoda-katoda
terpasang (Havis, 2006). Hal ini menyatakan bahwa semakin besar nilai
potensial sel maka semakin efektif reaksi elektrolisis yang terjadi. Nilai besar
potensial sel dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Nerst (Haris,
2006) :
= 0,059
2 log (
0,5+
2+).................................(4)
IV.2.4 Pengaruh Beda Anoda Terhadap Konversi Volume
Gambar 4.4 Hubungan beda anoda pada Xv
Gambar 4.4 menunjukan konversi volume pada anoda Fe lebih besar
daripada anoda Cu. Hal ini menunjukan beda anoda akan berpengaruh pada hasil
elektrolisis.
Jumlah volume titran yang dibutuhkan pada anoda Fe lebih besar karena
elektrolisis dengan menggunakan Fe berjalan lebih efektif karena harga potensial
sel Fe. Sesuai dengan pembahasan IV.2.3 harga potensial dapat dihitung dengan
persamaan Nerst.
y = -0.0089x R = -0.06
y = -0.1027x R = -0.476
-3.5-3
-2.5-2
-1.5-1
-0.50
0.51
1.52
2.53
3.54
0 3 6 9 12 15
A : FeA : CuLinear (A : Fe)Linear (A : Cu)
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 13
IV.2.5 Pengaruh Beda Katoda Terhadap Konversi Massa
Gambar 4.5 Hubungan beda katoda terhadap Xm
Pada gambar 4.5 menunjukan pengaruh beda katoda terhadap konversi
massa. Pada gambar 4.5 dapat dilihat bahwa konversi massa pada katoda Cu
meningkat seiring dengan bertambahnya dan konversi massa pada katoda C
bernilai 0 seiring bertambahnya waktu.
Hal ini disebabkan karena elektroda C ialah elektroda inert yang tidak
ikut bereaksi. Selain itu sisa anion pada larutan ion SO42-
, anion tersebut memiliki
potensial oksidasi lebih negatif dari air dan bilangan oksidasi atom pusatnya
sudah/hampir maksimum. Maka air yang akan dioksidasi menurut reaksi
2H2O 4H+ + O2 + 4e
sehingga tidak ada ion Cu2+
yang bisa direduksi oleh katoda (Wiharti,2013).
IV.2.6 Pengaruh Beda Katoda Terhadap Konversi Volume
Gambar 4.6 Hubungan beda katoda pada Xv
y = 0 R = #N/A
y = 0.455x R = 0.9961
-0.10.40.91.41.92.42.93.43.94.44.95.45.9
0 3 6 9 12 15
K : C
K: Cu
Linear (K : C)
Linear (K: Cu)
y = 0.126x R = 0.052
y = -0.1027x R = -0.476
-3.5-3
-2.5-2
-1.5-1
-0.50
0.51
1.52
2.53
3.54
0 3 6 9 12 15
K : C
K : Cu
Linear (K : C)
Linear (K : Cu)
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 14
Pada gambar 4.6 menunjukan katoda C membutuhkan lebih banyak zatv
titran daripada katoda Cu. Katoda Cu menunjukan kebutuhan volume titran yang
lebih sedikit karena ion Cu2+
telah direduksi sebelumnya pada katoda. Sedangkan
pada katoda C tidak ada reduksi ion Cu2+
.
Hal ini sesuai dengan pembahasan IV.2.5 dimana ion Cu2+
yang
tereduksi, sehingga kadar Cu2+
pada larutan tidak berkurang. Sedangkan pada
katoda Cu ada reaksi reuksi ion Cu2+
sehingga volume zat titran lebih sedikit
dibutuhkan.
IV.2.7 Pengaruh Waktu Elektrolisa Terhadap Konversi Massa dan
Konversi Volume
Waktu elektrolisa berpengaruh pada nilai Xm dan Xv. Semakin lama
waktu, maka semakin tinggi nilai Xm dan Xv. Pada kondisi arus listri konstan
besar Cu yang menempel pada katoda akan semakin banyak seiring berjalannya
waktu. Hal ini sesuai dengan persamaan (Farid, 2012):
w = Z x I x t....................................(3)
ket: w : berat endapan
z: BE / 96500
I : kuat arus
t : waktu
dimana waktu berbanding lurus terhadap konversi massa. Pada waktu yang
semakin lama maka Cu yang menempel pada katoda akan semakin banyak.
Sehingga kadar Cu2+
pada larutan elektrolit akan semakin sedikit sehingga volume
yang dibutuhkan untuk menetralkan Cu2+
semakin berkurang. Maka volume titran
berbanding terbalik dengan konversi volume.
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 15
BAB V
PENUTUP
V.1 Kesimpulan
1. Hubungan konversi massa dengan variasi arus berbanding lurus dengan
waktu
2. Hubungan konversi volume dengan variasi arus berbanding terbalik
dengan waktu
3. Hubungan konversi massa terhadap variasi anoda berbanding lurus dengan
waktu
4. Hubungan konversi volume terhadap variabel anoda Fe dan Cu berbanding
terbalik dengan waktu
5. Hubungan konversi volume terhadap beda katoda C dan Cu berbanding
lurus terhadap waktu
6. Hubungan konversi volume terhadap variabel katoda C dan Cu berbanding
terbalik dengan waktu
7. Waktu elektrolisis berbanding lurus dengan Xm dan Xv, karena t
berbanding lurus dengan massa (m)
V.2 Saran
1. Menambah metode praktikum dengan variasi konsentrasi larutan untuk
mengetahui pengaruh Xm dan Xv pada beda konsentrasi
2. Menambah metode raktium degan variasi pH larutan untuk mene\getahui
pengaruh Xm dan Xv pada beda pH
-
ELEKTROKIMIA
Laboratorium Dasar Teknik Kimia II 16
DAFTAR PUSTAKA
Badger, W.Z. dan Bachero, J.F. Introduction to chemical Engineering.
International student edition, Mc Graw Hill Book Co.
Farid, Ahmad.2012.Proses Elektrolisis Untuk Pengambilan Seng dari Limbah
Pada Industri Galvanis.Semarang. tidak diterbitkan.
Haris,Abdul.2006.Pengaruh Bahan Elektrode pada Pengambilan Cu dan Cd
Secara Elektrokimia.Semarang, tidak diterbitkan.
Daniels, F.1961. Experimental Physical Chemistry,6thed., Mc Graw Hill book.
Kogakusha.Tokyo.
Wiharti.2013.Aplikasi Metode Elektrolisis Menggunakan Elektroda Platina,
Tembaga, dan Karbon untuk Penurunan Kadar Cr dalam Limbah Cair
Industri Penyamakan Kulit di Desa Sitimulyo, Piyungan, Bantul,
Yogyakarta.Yogyakarta, tidak diterbitkan
Wiryawan, Dody.2013.Pengaruh Variasi Arus Listrik Terhadap Produksi
Browns Gas Pada Elektroliser.Malang, tidak diterbitkan.
-
A-1
DATA HASIL PRAKTIKUM
LABORATORIUM DASAR TEKNIK KIMIA II
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
MATERI : ELEKTROKIMIA
I. BAHAN DAN ALAT
Bahan
1. CuSO4.5H2O 0,4 N
2. KI 12 % w
3. Na2S2O3 0,15 N
4. Amilum
5. Aquadest
Alat:
1. Tangki elektrokimia
2. Batang tembaga
3. Grafit
4. Voltmeter/ Amperemeter
5. Adaptor
6. Magntic Stirrer
II. CARA KERJA
1. Isi tangki elektrolisis dengan 500 ml larutan CuSO4.5H2O
2. Letakkan katoda dan anoda pada tangki dengan posisi yang permanen.
Hubungkan anoda dengan kutub positif dan katoda dengan kutub negatif
penyearah arus
3. Alirkan arus bertegangan rendah (besar arus bisa divariasi) dan jalankan
pengadukan dengan perlahan-lahan
4. Ketika mencapai waktu yang telah ditentukan (waktu elektrolisa bisa
divariasi) hentikan pengadukan dan arus listrik, ambil katoda.
Selanjutnya cuci katoda, keringkan dan timbang. Analisa cairan sisa
-
A-2
elektrolisa dengan metode titrasi iodometri untuk mengetahui kandungan
Cu2+
yang masih tersisa
Keterangan
Variabel berubah : arus listrik, waktu elektrolisis, konsentrasi.
Analisa Hasil
Ambil 5 ml cairan sisa hasil elektrolisis, masukkan dalam erlenmeyer dan
selanjutnya tambahkan 3 ml larutan KI 10% berat. Tutup mulut labu erlenmeyer
dengan gelas arloji kecil dan biarkan selama 5 menit di tempat yang gelap agar
reaksi berlangsung dengan sempurna. Selanjutnya cuci tutup gelas arloji dengan
aquadest dan masukkan air cucian dalam erlenmeyer, kemudian titrasi larutan
tersebut dengan larutan Na2S2O3 sampai warna larutan berubah menjadi kuning.
Selanjutnya tambahkan 3 tetes indikator amilum ke dalam campuran dan dititrasi
lagi dengan Na2S2O3 sampai warna biru tepat hilang (putih susu) .
Cara Perhitungan
1. X1 = 0
.........................................(1)
Keterangan :
X1 = konversi massa
M = berat katoda setelah proses elektrolisa
M0 = berat katoda sebelum proses elektrolisa
MCu = berat tembaga dalam cairan mula mula
2. X2 = V0.NV.N
0. =
0
0.........................(2)
Keterangan :
X2 = konversi volume
V0 = volume larutan Na2S2O3 sebelum dielektrolisis
-
A-3
V = volume larutan Na2S2O3 setelah dielektrolisis
N = normalitas larutan Na2S2O3
III. HASIL PRAKTIKUM
a. Variabel 1 ( K : Cu A : Cu 60 mA)
Tabel A.1 Data hasil praktikum variabel 1
t (menit) W (gr) V1 (mL) V2 (mL) Vtota (mL)l
0 6,144 11,4 9,2 20,6
3 6,146 8,3 13,1 21,4
9 6,147 9,7 17 26,7
12 6,149 10,8 15,8 25,8
b. Variabel 2 ( K : Cu A : Cu 80 mA)
Tabel A.2 Data hasil praktikum variabel 2
T (menit) W (gr) V1 (ml) V2 (ml) Vtotal (ml) 0 6,141 10,8 15,8 20,6 3 6,143 9,3 10 19,3 9 6,146 8,1 16,6 24,9
12 6,148 8,1 16,3 24,4
c. Variabel 3 ( K : Cu A : Fe 80 mA)
Tabel A.3 Data hasil praktikum variabel 3
T (menit) W (gr) V1 (ml) V2 (ml) Vtotal (ml) 0 6,139 8 16,3 24,3 3 6,141 7,9 19,2 23 9 6,144 10,3 13,6 23,9
12 6,148 5,5 10,8 16,3
-
A-4
d. Variabel 4 ( K : C A : Cu 80 mA)
Tabel A.1 Data hasil praktikum variabel 1
T (menit) W (gr) V1 (ml) V2 (ml) Vtotal (ml)
0 0,382 5,5 10,8 16,3 3 0,382 7,3 12,2 19,5 9 0,382 8,5 6,7 15,2
12 0,382 8,7 11,7 20,4
MENGETAHUI
PRAKTIKAN ASISTEN
Badar I.A Christine I. Surya P. ANGGA M. KURNIA
21030112130126
-
A-5
-
A-6
-
A-7
-
B-1
LEMBAR PERHITUNGAN PRAKTIKUM
A. Hubungan kuat arus terhadap Xm dan Xv
1. Variabel 1 (60 mA)
(. )4 52 = (. )223
5 = 20,6 0,15
= 0,618
= 4 52 1000
0,618 = 4 52 1000 2
249,5 500
4 52 = 38,54775
Massa Cu
=
4 52
= 63,5
249,5 38,54775
= 9,81075
Konversi Massa (Xm)
= 0
0 menit
= 6,144 6,144
9,81075
= 0
-
B-2
3 menit
= 6,146 6,144
9,81075
= 2,038 104
9 menit
= 6,147 6,144
9,81075
= 3,05 104
12 menit
= 6,149 6,144
9,81075
= 5,096 104
Konversi Volume
= 0
0
0 menit
= 20,6 20,6
20,6
= 0
3 menit
= 21,05 20,6
20,6
= 0,021
9 menit
= 26,7 20,6
20,6
= 0,296
-
B-3
12 menit
= 25,8 20,6
20,6
= 0,251
2. Variabel 2 (80 mA)
(. )4 52 = (. )223
5 = 26,6 0,15
= 0,798
= 4 52 1000
0,798 = 4 52 1000 2
249,5 500
4 52 = 49,775
Massa Cu
=
4 52
= 63,5
249,5 49,775
= 12,668
Konversi Massa (Xm)
= 0
-
B-4
0 menit
= 6,141 6,141
12,668
= 0
3 menit
= 6,143 6,141
12,668
= 1,57 104
9 menit
= 6,146 6,141
12,668
= 3,94 104
12 menit
= 6,148 6,141
12,668
= 5,525 104
Konversi Volume
= 0
0
0 menit
= 26,62 26,62
26,62
= 0
3 menit
= 19,3 26,62
26,62
= 0,274
-
B-5
9 menit
= 24,9 26,62
26,62
= 0,0646
12 menit
= 26,62 26,62
26,62
= 0,0833
B. Hubungan beda Anoda terhadap Xm dan Xv
1. Variabel 1 (Anoda : Cu)
(. )4 52 = (. )223
5 = 26,6 0,15
= 0,798
= 4 52 1000
0,798 = 4 52 1000 2
249,5 500
4 52 = 49,775
Massa Cu
=
4 52
= 63,5
249,5 49,775
= 12,668
-
B-6
Konversi Massa (Xm)
= 0
0 menit
= 6,141 6,141
12,668
= 0
3 menit
= 6,143 6,141
12,668
= 1,57 104
9 menit
= 6,146 6,141
12,668
= 3,94 104
12 menit
= 6,148 6,141
12,668
= 5,525 104
Konversi Volume
= 0
0
0 menit
= 26,62 26,62
26,62
= 0
-
B-7
3 menit
= 19,3 26,62
26,62
= 0,274
9 menit
= 24,9 26,62
26,62
= 0,0646
12 menit
= 26,62 26,62
26,62
= 0,0833
2. Variabel 2 (Anoda : Fe)
(. )4 52 = (. )223
5 = 24,3 0,15
= 0,729
= 4 52 1000
0,729 = 4 52 1000 2
249,5 500
4 52 = 45,471
Massa Cu
=
4 52
= 63,5
249,5 45,471
= 11,572
-
B-8
Konversi Massa (Xm)
= 0
0 menit
= 6,139 6,139
11,572
= 0
3 menit
= 6,141 6,139
11,572
= 1,72 104
9 menit
= 6,144 6,139
11,572
= 4,32 104
12 menit
= 6,148 6,139
11,572
= 7,77 104
Konversi Volume
= 0
0
0 menit
= 24,3 24,3
24,3
= 0
-
B-9
3 menit
= 27 24,3
24,3
= 0,111
9 menit
= 23,9 24,3
24,3
= 0,016
12 menit
= 24,3 24,3
24,3
= 0,329
C. Hubungan beda Katoda terhadap Xm dan Xv
1. Variabel 1 (Katoda : Cu)
(. )4 52 = (. )223
5 = 26,6 0,15
= 0,798
= 4 52 1000
0,798 = 4 52 1000 2
249,5 500
4 52 = 49,775
-
B-10
Massa Cu
=
4 52
= 63,5
249,5 49,775
= 12,668
Konversi Massa (Xm)
= 0
0 menit
= 6,141 6,141
12,668
= 0
3 menit
= 6,143 6,141
12,668
= 1,57 104
9 menit
= 6,146 6,141
12,668
= 3,94 104
12 menit
= 6,148 6,141
12,668
= 5,525 104
-
B-11
Konversi Volume
= 0
0
0 menit
= 26,62 26,62
26,62
= 0
3 menit
= 19,3 26,62
26,62
= 0,274
9 menit
= 24,9 26,62
26,62
= 0,0646
12 menit
= 26,62 26,62
26,62
= 0,0833
2. Variabel 2 (Katoda : C)
(. )4 52 = (. )223
5 = 16,3 0,15
= 0,489
= 4 52 1000
0,489 = 4 52 1000 2
249,5 500
4 52 = 30,501
-
B-12
Massa Cu
=
4 52
= 63,5
249,5 30,501
= 7,762
Konversi Massa (Xm)
= 0
0 menit
= 0,382 0,382
7,762
= 0
3 menit
= 0,382 0,382
7,762
= 0
9 menit
= 0,382 0,382
7,762
= 0
12 menit
= 0,382 0,382
7,762
= 0
-
B-13
Konversi Volume
= 0
0
0 menit
= 16,3 16,3
16,3
= 0
3 menit
= 19,15 16,3
16,3
= 0,184
9 menit
= 15,2 16,3
16,3
= 0,067
12 menit
= 20,4 16,3
16,3
= 0,251
-
B-14
-
C-1
LEMBAR PERHITUNGAN GRAFIK
A. Fraksi Massa
1. Variabel 1 ( K : Cu A : Cu 60 mA 200 rpm )
Tabel C.1 Perhitungan grafik variabel 1
t (x) XM (y) x2 x.y
0 0 0 0
3 2,038 104 9 6,114 104
9 3,05 104 81 27,45 104
12 5,096 104 144 61,152 104
m =
= 0,455
c =
= 0,00081
y = 0,455x + 0,00081
2. Variabel 2 ( K : Cu A : Cu 80 mA 200 rpm )
Tabel C.2 Perhitungan grafik variabel 2
t (x) XM (y) x2 x.y
0 0 0 0
3 1,57 104 9 4,71 104
9 3,94 104 81 35,46 104
12 5,525 104 144 66,3 104
m =
= 0,407
c =
= 0,00023
y = 0,407x + 0,00023
-
C-2
3. Variabel 3 ( K : Cu A : Cu 80 mA 200 rpm )
Tabel C.3 Perhitungan grafik variabel 3
t (x) XV (y) x2 x.y
0 0 0 0
3 0,021 9 0,063
9 0,296 81 2.664
12 0,251 144 3,012
m =
= -0,1927
c =
= -1,09
y = 0,1927x - 1,09
4. Variabel 4 ( K : Cu A : Cu 60 mA 200 rpm )
Tabel C.4 Perhitungan grafik variabel 4
t (x) XV (y) x2 x.y
0 0 0 0
3 0,274 9 0,822
9 0,0646 81 0,5814
12 -0,0833 144 0,279
m =
= 0,2421
c =
= -0,0034
y = 0,2421x 0,0034
-
C-3
5. Variabel 5 ( K : Cu A : Cu 80 mA 200 rpm )
Tabel C.5 Perhitungan grafik variabel 5
t (x) XM (y) x2 x.y
0 0 0 0
3 1,57 104 9 4,71 104
9 3,94 104 81 35,46 104
12 5,525 104 144 66,3 104
m =
= 0,407
c =
= 0,00023
y = 0,407x + 0,00023
6. Variabel 6 ( K : Cu A : Fe 80 mA 200 rpm )
Tabel C.6 Perhitungan grafik variabel 6
t (x) XM (y) x2 x.y
0 0 0 0
3 1,72 104 9 5,16 104
9 4,32 104 81 38,88 104
12 7,77 104 144 93,24 104
m =
= 0,5867
c =
= 0,00088
y = 0,5867x + 0,00088
-
C-4
7. Variabel 7 ( K : Cu A : Cu 80 mA 200 rpm )
Tabel C.7 Perhitungan grafik variabel 7
t (x) XV (y) x2 x.y
0 0 0 0
3 0,021 9 0,063
9 0,296 81 2.664
12 0,251 144 3,012
m =
= -0,1927
c =
= -1,09
y = 0,1927x - 1,09
8. Variabel 8 ( K : Cu A : Fe 80 mA 200 rpm )
Tabel C.8 Perhitungan grafik variabel 8
t (x) XV (y) x2 x.y
0 0 0 0
3 0,021 9 0,063
9 0,296 81 2.664
12 0,251 144 3,012
m =
= -0,0089
c =
= -0,0023
y = -0,0089x 0,0023
-
C-5
9. Variabel 9 ( K : Cu A : Cu 80 mA 200 rpm )
Tabel C.9 Perhitungan grafik variabel 9
t (x) XM (y) x2 x.y
0 0 0 0
3 1,57 104 9 4,71 104
9 3,94 104 81 35,46 104
12 5,525 104 144 66,3 104
m =
= 0,407
c =
= 0,00023
y = 0,407x + 0,00023
10. Variabel 10 ( K : C A : Cu 80 mA 200 rpm )
Tabel C.10 Perhitungan grafik variabel 10
t (x) XM (y) x2 x.y
0 0 0 0
3 0 9 0
9 0 81 0
12 0 144 0
m =
= 0
c =
= 0
y = 0
-
C-6
11. Variabel 11 ( K : Cu A : Cu 80 mA 200 rpm )
Tabel C.11 Perhitungan grafik variabel 11
t (x) XM (y) x2 x.y
0 0 0 0
3 1,57 104 9 4,71 104
9 3,94 104 81 35,46 104
12 5,525 104 144 66,3 104
m =
= 0,407
c =
= 0,00023
y = 0,407x + 0,00023
12. Variabel 12 ( K : C A : Cu 80 mA 200 rpm )
Tabel C.12 Perhitungan grafik variabel 12
t (x) XM (y) x2 x.y
0 0 0 0
3 0,184 9 0,552
9 0,067 81 0,603
12 0,251 144 3,012
m =
= 0,126
c =
= 0,00046
y = 0,126x + 0,00046
-
C-7
-
C-8
-
D-1
LEMBAR PERHITUNGAN REAGEN
1. CuSO4.5H2O; 0,4 N; 500 mL
=
1000
= 0,4 249,5 500
2 1000
= 24,95
2. Na2S2O3.5H2O; 0,15 N; 250 Ml
=
1000
= 0,15 248 250
2 1000
= 4,65
3. KI; 12% w; pKI = 3,13; H2O = 1 gr/mL
= +
=0,12
3,13+
0,88
1
= 0,918
= 54,47
= 12%
= 12% 54,47
= 6,536
-
D-2
-
E-1
LEMBAR KUANTITAS REAGEN
LABBORATORIUM DASAR TEKNIK KIMIA II
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
PRAKTIKUM KE : 5
MATERI : ELEKTROKIMIA
HARI/TANGGAL : 9 April 2015
KELOMPOK : 3 KAMIS PAGI
NAMA : 1. BADAR ILHAM ANGGAWIJAYA
2. CHRISTINE INDIRA R.P.
3. SURYA PANDU PUTRA
ASISTEN : ANGGA MUHAMMAD KURNIA
KUANTITAS REAGEN
NO JENIS REAGEN KUANTITAS
1. CuSO4.5H2O 0,4 N 500 mL
2. KI 12% W 50 mL
3. Na2S2O3 0,15 N 250 mL 4. Amilum Secukupnya 5. Aquadest Secukupnya
TUGAS TAMBAHAN:
Resume Jurnal Internasional Elsevier dimasukan di BAB II
CATATAN: SEMARANG, 9 April 2015
K : Cu A:Cu; 60 mA ; 200 rpm
ASISTEN
K : Cu A:Cu; 80 mA; 200 rpm
K : Cu A:Fe; 80 mA; 200 rpm
K : C A:Cu; 80 mA; 200 rpm
Waktu : (0,3,9,12) menit
Angga Muhammad Kurnia
NIM.21030112130126
-
E-2
-
F-1
PENGARUH VARIASI ARUS LISTRIK TERHADAP PRODUKSI BROWNS GAS PADA ELEKTROLISER
Dody Wiryawan; Denny Widhiyanuriyawan; Nurkholis Hamidi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
Jalan MT. Haryono 167, Malang 65145, Indonesia E-mail: dody.wiryawan@gmail.com
ABSTRACT Currently, demand of petroleum in the world is increasingly from day to day.
Consuming petroleum continuously will gradually dwindling the petroleum availability.
Therefore, alternative energy is needed to replace the use of petroleum. One of
alternative energy that can replace petroleum is Brown's Gas (HHO gas) obtained from
water electrolysis process. The process of water electrolysis using DC power source
with electrical current variations of 2A, 4A, 6A and 8A using wet cell electrolyzer. The
solution used is pure distilled water, pure drinking water and pure distilled water mixed
with Sodium Bicarbonate (NaHCO3) with a mass fraction of 0.99%, 1.15%, 1.31%,
1.48% and 1.64%. Obtained research data shows that the highest gas production on use
of electric current 8A using distilled water mixed with a solution of NaHCO3 1,31% is
0.00171 l / s. Highest efficiency obtained on use of electric current 6A using distilled
water mixed with a solution of NaHCO3 1,31% is 40.13%.
Kata kunci: Browns Gas, petroleum, electrolyzer, electrical current, pure distilled water, sodium bicarbonate.
PENDAHULUAN Kebutuhan akan minyak bumi di
dunia ini semakin hari semakin
meningkat. Menurut Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) (2008),
ketersediaan potensi sumber daya minyak bumi berkisar 56,6 miliar barrel
sedangkan cadangan yang telah tereksplorasi sekitar 8,4 miliar barrel
dan sementara yang telah diolah sudah
mencapai 348 juta barrel. Minyak bumi yang dieksplorasi dan dikonsumsi setiap
hari lambat laun akan habis, sedangkan proses terbentuknya minyak bumi
memakan waktu jutaan tahun. Dengan adanya permasalahan tersebut, sudah
seharusnya pemanfaatan bahan bakar alternatif yang baru dan ramah
lingkungan dengan memanfaatkan
ketersediaan sumber daya alam yang ada di bumi ini diterapkan.
Salah satu sumber daya alam
yang melimpah dan dapat dimanfaatkan di bumi ini adalah air. Air dapat
1
ToshibaHighlight
-
F-2
dijadikan sebagai bahan bakar alternatif. Air dapat diubah menjadi salah satu bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan dengan mengubahnya menjadi bentuk gas melalui proses elektrolisis.
Elektrolisis merupakan proses kimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Proses elektrolisa memisahkan molekul air menjadi gas hidrogen dan oksigen salah satunya adalah dengan cara mengalirkan arus listrik ke elektroda ke tempat larutan elektrolit yaitu campuran air yang sudah ditambahankan katalis berada. Reaksi elektrolisis tergolong reaksi redoks tidak spontan, reaksi itu dapat berlangsung karena pengaruh energi listrik. Pada
elektrolisis yang menghasilkan H2 dan O2,
mulai timbulnya kedua gas ini setelah penggunaan tegangan lebih besar dari 1,7 Volt.
ToshibaHighlight
-
F-3
Elektrolisis air merupakan
proses untuk menghasilkan gas H2 dan
O2 murni dengan pemanfaatan energi listrik pada sistem. Molekul air dipecah menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengalirnya arus listrik. Proses ini disebut elektrolisis air. Faktor-Faktor yang memperngaruhi elektrolisis air :
1. Kualitas Elektrolit 2. Suhu 3. Tekanan 4. Resistansi Elektrolit 5. Material dari elektroda 6. Material pemisah
Gas yang dihasilkan dari proses elektrolisis air disebut gas HHO atau oxyhydrogen atau disebut juga Browns Gas. Brown (1974), dalam penelitiannya melakukan elektrolisa air murni sehingga menghasilkan gas HHO yang dinamakan dan dipatenkan dengan nama Browns Gas. Untuk memproduksi Browns Gas digunakan elektroliser untuk memecah molekul-molekul air menjadi gas. Elektroliser terdiri atas katoda dan anoda. Reaksi yang terjadi pada elektroda pada proses elektrolisis adalah :
Katoda :2H2O(l)+2e-2OH
-(aq)+H2(g)
Anoda : 2H2O(l)O2(g)+4H+(aq)+4e
-
Gambar 1. Proses pembentukan Browns Gas pada elektroliser
Pada penelitian ini, peneliti
menggunakan larutan aquades murni, AMDK murni dan campuran antara
aquades dengan katalisator NaHCO3
dan memvariasikan arus listrik hingga dicapainya produksi gas yang terbesar dengan penggunaan daya listrik yang relatif rendah agar tercapainya efisiensi
yang optimal.
ToshibaHighlight
ToshibaHighlight
ToshibaHighlight
-
F-4
Air Minum Dalam Kemasan (AMDK) merupakan air yang telah diolah dengan perlakuan khusus dan dikemas dalam botol atau kemasan lain dan memenuhi persyaratan air minum. AMDK yang terdapat di pasaran di dalamnya terkandung mineral-mineral tertentu. Mineral-mineral tersebut dapat dijadikan katalisator dalam larutan.
Katalisator merupakan suatu zat
yang ditambahkan ke dalam sistem yang
akan direaksikan untuk mempercepat
reaksi di dalamnya. Pada proses
elektrolisis dibutuhkan suatu elektrolit
yang dijadikan sebagai katalisator untuk
mempercepat reaksi pertukaran ion-ion
di dalamnya. Umumnya kenaikan
konsentrasi katalisator mempengaruhi
kecepatan reaksi dari proses elektrolisis.
Semakin besar konsentrasi katalis maka
akan mempercepat reaksi dan
katalisator menurunkan tenaga aktivasi
hingga kecepatan reaksi lebih besar.
Kemampuan suatu katalis dalam
mempercepat laju reaksi dipengaruhi oleh berbagai macam faktor. Faktor-faktor yang mempengaruhi kemampuan suatu katalis antara lain adalah sifat fisika dan kimia katalis, kondisi operasi seperti temperatur, tekanan, laju alir, waktu kontak, jenis umpan yang digunakan, dan jenis padatan pendukung yang digunakan.
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron yang mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. Semakin besar arus listrik yang digunakan, maka pergerakan elektron-elektron dalam larutan akan semakin cepat sehingga proses pemecahan molekul air akan semakin cepat dan produksi Browns gas meningkat.
Pada penelitian ini, menggunakan rumus hukum ohm untuk menghitung besarnya tegangan dan hambatan yang terjadi pada proses
ToshibaHighlight
-
F-5
elektrolisis. Rumus tersebut ditunjukkan pada persamaan berikut :
V = I.R Rumus yang digunakan untuk
menghitung daya listrik yang digunakan adalah sebagai berikut :
P = V.I Efisiensi dari suatu elektroliser
dapat dihitung dengan persamaan berikut, yaitu :
HHO = 100%
Produksi dari Browns Gas dapat dilihat dari volume alir gas tiap menit yang dihasilkan dari elektroliser. Oleh karena itu, dalam studi eksperimental ini dapat diteliti seberapa besar pengaruh produksi Browns Gas pada elektroliser Wet Cell dengan memvariasikan besaran arus listrik.
METODE PENELITIAN Penelitian ini menggunakan
metode penelitian eksperimental. Objek penelitian yang diamati adalah pengaruh variasi arus listrik terhadap produksi Browns Gas. Pengaruh yang diamati adalah debit (Q), temperatur (T), tegangan (V), daya (P) dan efisiensi (). Penelitian dilakukan di Laboratorium Surya Fakultas Teknik Universitas Brawijaya pada bulan Juni. Instalasi utama penelitian yang digunakan seperti yang ditunjukkan pada gambar 2. Gambar 2. Instalasi Penelitian
Pada awal penelitian, dipersiapkan terlebih dahulu instalasi penelitian utama seperti pada gambar 2 dan stopwatch untuk menghitung waktu
tiap menitnya pada proses pengambilan data. Selanjutnya mempersiapkan
NaHCO3
ToshibaHighlight
-
F-6
larutan yang akan di elektrolisis yaitu aquades murni, AMDK murni dan
campuran antara aquades dengan NaHCO3.
Setelah itu menimbang massa yang digunakan yang
ditentukan dengan fraksi massa. Fraksi
massa NaHCO3 yang digunakan adalah sebesar 0.99%, 1.15%, 1.31%, 1.48% dan 1.64%. Lalu, larutan yang telah disiapkan dimasukkan ke dalam elektroliser.
Elektroliser yang digunakan pada penelitian ini adalah berjenis wet cell dengan jumlah elektroda 6 buah pasang yang terdiri dari anoda dan katoda. Elektroda yang digunakan berbahan stainless Steel 304L. Bentuk elektroliser wet cell yang digunakan ditunjukkan pada gambar 3. Gambar 3. Elektroliser Wet Cell
Pada penelitian ini menggunakan variasi arus listrik sebesar 2A, 4A, 6A dan 8A. Arus listrik diatur dengan menggunakan regulator DC yang bersumber dari arus listrik AC. Pengambilan data dilakukan pada tiap variasi arus listrik yang digunakan
disetiap fraksi massa NaHCO3 yang
digunakan. Gas yang dihasilkan dari elektroliser dialirkan menuju gelas ukur dan diatur dengan menggunakan katup. Pengambilan data dilakukan tiap menit dengan menggunakan stopwatch.
-
F-7
HASIL DAN PEMBAHASAN
1,8E-3 50
Vo
lum
e A
lir G
as
(l/s
) 1,6E-3 1,4E-3
Tem
per
atu
r (C
) 40
1,2E-3 30
1,0E-3
8,0E-4 20
6,0E-4
4,0E-4 10
2,0E-4
0,0E+0 0
0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10
Arus (A) Arus (A)
a. d.
1,8E-3 45
(l/s
) 1,6E-3 40 1,4E-3 35
Efis
ien
si (
%)
Vo
lum
e A
lir G
as 1,2E-3 30
1,0E-3 25
8,0E-4 20
6,0E-4 15
4,0E-4 10
2,0E-4
5
0,0E+0 0
0 100 200 300 400 0 2 4 6 8 10
Daya (Watt) Arus (A)
b. e.
50 Aquades +NaHCO3
40
0.99%
(V) 1.15%
30
Teg
an
ga
n
1.31%
20 1.48%
10 1.64%
0 AMDK Murni
0 2 4 6 8 10 Aquades Murni
Arus (A)
c.
Gambar 4. : a. Hubungan arus terhadap volume alir gas
b. Hubungan daya terhadap volume alir gas c. Hubungan arus terhadap tegangan d. Hubungan arus terhadap temperatur
-
F-8
e. Hubungan arus terhadap efisiensi
-
F-9
Arus listrik memiliki peranan penting dalam peningkatan produktivitas Browns Gas dari suatu proses elektrolisis berupa volume alir gas. Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron yang mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu.
Pada gambar 4.a hubungan arus terhadap volume alir gas terlihat bahwa semakin besar arus yang digunakan maka volume alir gas akan semakin meningkat. Semakin besar penggunaan
fraksi massa katalis NaHCO3 yang
digunakan terlihat bahwa volume alir gas juga semakin besar seiring bertambahya arus. Namun, pada fraksi
massa NaHCO3 1.48% hingga 1.64%
mengalami penurunan produktivitas gas dikarenakan larutan mencapai keadaan jenuhnya.
Pada keadaan jenuh ini, pergerakan ion menjadi sulit sehingga
daya hantar menjadi lebih rendah. Pada penggunaan larutan aquades murni, volume alir gas yang dihasilkan dengan penambahan besaran arus tidak terlalu besar dibandingkan dengan penggunaan larutan lainnya. Hal tersebut dikarenakan hambatan pada larutan besar sehingga kemampuan larutan untuk dihantarkan arus listrik rendah yang ditunjukkan pada gambar hubungan larutan terhadap hambatan.
Penggunaan AMDK (Air Minum Dalam Kemasan) sebagai larutan menghasilkan produktivitas gas berupa volume alir gas yang besar. Hal ini dikarenakan AMDK memiliki bermacam-macam kandungan yang dapat menjadi elektrolit di dalamnya untuk mempercepat laju reaksi pemecahan molekul air. Oleh karena itu, AMDK menghasilkan produktivitas Browns Gas yang cukup besar dengan pertambahan arus listrik dikarenakan air mineral memiliki banyak kandungan mineral di dalamnya yang akan bertugas
untuk menghantarkan arus listrik dengan cepat.
Secara umum, terlihat pada gambar 4.b hubungan daya terhadap
volume alir gas bahwa volume alir
Browns Gas bertambah seiring dengan bertambahnya daya listrik yang
dikonsumsi. Hal ini terjadi karena semakin besarnya daya yang
dikonsumsi seiring pertambahan besaran arus listrik yang digunakan juga
semakin besar seiring pertambahannya besaran tegangan yang terlihat pada
gambar 4.c hubungan arus terhadap
tegangan. Daya listrik yang digunakan dalam sembarang bagian dalam
rangkaian DC sama dengan perkalian antara arus yang mengalir dengan
voltase rangkaian. Gambar 4.b hubungan daya
terhadap volume alir gas menunjukkan bahwa penggunaan katalis menurunkan
konsumsi daya yang digunakan. Hal ini
ditunjukkan pada penggunaan aquades murni sebagai larutan. Konsumsi daya
yang digunakan untuk mengelektrolisis lebih besar dibandingkan dengan
penggunaan larutan lainnya. Hal ini dikarenakan aquades murni tidak
memiliki ion-ion yang membantu proses untuk memepercepat reaksi pemecahan
molekul-molekul air sehingga hambatan
dalam larutan aquades relatif besar. Hambatan yang besar akan
membutuhkan tegangan yang relatif besar seiring bertambahnya besaran arus
sehingga konsumsi daya menjadi besar. Penurunan konsumsi daya
katalis ditunjukkan pada penggunaan
aquades ditambahkan katalis NaHCO3
dan larutan AMDK murni. AMDK murni memiliki banyak kandungan mineral di dalamnya yang akan bertugas untuk menghantarkan arus listrik dengan cepat sehingga hambatan dalam larutan relatif lebih rendah dibandingkan dengan aquades murni dan menyebabkan konsumsi daya menjadi lebih rendah.
-
F-10
Volume alir Browns Gas terbesar dihasilkan pada penggunaan
aquades ditambahkan katalis NaHCO3
1.31% sebagai larutan dikarenakan
aquades ditambahkan katalis NaHCO3
1.31% memiliki banyak anion dan kation yang terkandung di dalamnya yang akan bertugas untuk menghantarkan arus listrik dengan cepat. Konsumsi daya yang digunakan juga rendah dikarenakan hambatan yang terdapat dalam larutan rendah sehingga dengan tegangan yang relatif kecil menghasilkan arus yang besar.
Namun, pada penggunaan larutan aquades ditambahkan katalis
NaHCO3 1.48% pada konsumsi daya
yang relatif sama menghasilkan volume alir gas yang lebih rendah dikarenakan larutan sudah mencapai keadaan jenuhnya sehingga menyebabkan anion dan kation sulit bergerak dan menyebabkan daya hantar untuk memecah molekul air menjadi rendah.
Pada gambar 4.d hubungan arus terhadap temperatur menunjukkan
semakin besar arus yang digunakan,
maka temperatur larutan didalam elektroliser akan meningkat.
Temperatur terbesar terjadi pada penggunaan aquades murni sebagai
larutan. Hal ini dikarenakan aquades murni memiliki hambatan yang besar
yang ditunjukkan pada gambar 5 hubungan larutan terhadap hambatan
sehingga konsumsi daya yang digunakan besar seiring bertambahnya
besaran arus. Konsumsi daya yang besar
mengakibatkan energi untuk memecah molekul-molekul air menjadi gas
berubah menjadi panas yang menyebabkan larutan dalam elektroliser
meningkat temperaturnya.
Penggunaan AMDK murni juga mengalami peningkatan temperatur pada proses elektrolisis. Namun peningkatan temperatur tidak sebesar dengan penggunaan aquades murni sebagai larutan. Hal ini dikarenakan
AMDK murni memiliki hambatan
-
F-11
larutan yang kecil sehingga konsumsi daya yang digunakan lebih rendah dibandingkan dengan konsumsi daya untuk mengelektrolisis larutan aquades murni. Dengan konsumsi daya yang lebih rendah, maka energi untuk memecah molekul air menjadi gas lebih optimal sehingga energi tidak sepenuhnya berubah menjadi panas.
Pada penggunaan larutan aquades dengan penambahan katalis
NaHCO3 pada berbagai macam fraksi
massa menghasilkan temperatur larutan terendah. Temperatur larutan yang dihasilkan relatif sama dan peningkatannya tidak signifikan dibandingkan dengan penggunaan larutan aquades murni dan AMDK murni. Hal ini dikarenakan dengan penambahan katalis akan menurunkan hambatan dalam larutan yang akan dielektrolisis sehingga konsumsi daya yang digunakan rendah seiring pertambahan arus. Konsumsi daya yang rendah akan menyebabkan energi untuk memecah molekul-molekul air tidak sepenuhnya terbuang menjadi panas.
Arus listrik yang digunakan mempengaruhi efisiensi yang dihasilkan pada elektroliser Wet Cell tersebut. Hal ini ditunjukkan pada gambar hubungan arus terhadap efisiensi. Penggunaan berbagai macam larutan menunjukkan perbedaan efisiensi yang dihasilkan. Semakin besar arus yang digunakan maka konsumsi daya yang digunakan juga semakin besar. Penurunan efisiensi disebabkan oleh kenaikan energi listrik yang digunakan yang perbandingannya
lebih besar dibandingkan dengan energi Browns Gas yang dihasilkan pada proses elektrolisis.
Pada gambar 4.e hubungan arus terhadap efisiensi terlihat bahwa efisiensi tertinggi pada penggunaan larutan
aquades ditambahkan katalis NaHCO3
1.31% pada arus 6A. Hal ini dikarenakan perbandingan antara energi Browns Gas yang dihasilkan pada proses elektrolisis
terhadap energi listrik
-
F-12
yang digunakan lebih besar energi Browns Gas yang dihasilkan.
Efisiensi terendah terlihat pada
penggunaan larutan aquades murni. Hal
tersebut dikarenakan aquades tidak memiliki ion-ion yang membantu untuk
mempercepat reaksi proses elektrolisis sehingga energi Browns Gas yang dihasilkan relatif lebih kecil dibandingkan larutan lainnya. Karena
hambatan yang besar dalam proses elektrolisis dengan menggunakan
larutan aquades murni, maka pada
penambahan besaran arus, tegangan akan meningkat lebih besar
dibandingkan dengan menggunakan larutan lainnya sehingga energi listrik
yang dibutuhkan menjadi besar dan efisiensi menjadi rendah.
Penggunaan AMDK murni sebagai larutan menghasilkan efisiensi yang lebih besar dibandingkan penggunaan aquades murni. AMDK murni mengalami kecendrungan penurunan efisiensi tiap pertambahan arusnya dikarenakan ion-ion yang terkandung dalam larutan AMDK murni sudah dalam titik optimumnya dalam
menghantarkan listrik sehingga terjadi peningkatan konsumsi daya secara signifikan yang mengakibatkan penurunan efisiensi. Gambar 5. Hubungan larutan terhadap hambatan
Pada gambar 5 hubungan larutan terhadap hambatan menunjukkan bahwa penggunaan katalis menurunkan hambatan. Pada penggunaan aquades
murni terlihat bahwa hambatan yang
-
F-13
terjadi pada proses elektrolisis besar. Hal ini dikarenakan pada larutan aquades murni tidak terdapat ion-ion yang membantu dalam proses pemecahan molekul-molekul air menjadi gas sehingga reaksi yang terjadi lambat dibandingkan penggunaan larutan lainnya dan menyebabkan produksi Browns Gas relatif kecil yang ditunjukkan pada gambar hubungan arus terhadap volume alir gas.
Pada penggunaan AMDK murni, hambatan yang terjadi pada larutan relatif lebih kecil dibandingkan dengan aquades murni. Hal tersebut dikarenakan pada larutan AMDK murni terdapat kandungan-kandungan mineral yang dapat membantu dalam mempercepat reaksi elektrlosis dalam memecah molekul-molekul air.
Pada gambar 5 hubungan larutan terhadap hambatan terlihat bahwa penggunaan larutan aquades
ditambahkan dengan katalis NaHCO3
menurunkan hambatan dengan signifikan. Hal ini disebabkan ion-ion katalis membantu dalam mempercepat reaksi dalam pemecahan molekul-molekul air untuk menjadi gas sehingga daya hantar menjadi lebih optimal dan produksi Browns Gas menjadi besar yang ditunjukkan pada gambar arus terhadap volume alir gas.
KESIMPULAN 1. Pada percobaan yang dilakukan
pada arus listrik 2A menunjukkan produksi gas tertinggi pada penggunaan larutan AMDK murni sebesar 0,000425 l/s, arus listrik 4A pada penggunaan larutan AMDK murni sebesar 0,000783 l/s, arus listrik 6A pada penggunaan larutan
campuran aquades dengan NaHCO3 1.31% sebesar 0.00123 l/s dan arus listrik 8A pada penggunaan larutan
campuran aquades dengan NaHCO3 1.31% sebesar 0.00171 l/s.
-
F-14
2. Temperatur larutan dalam
elektroliser mempengaruhi efisiensi
dari Browns Gas. Peningkatan temperatur yang signifikan terjadi pada penggunaan larutan aquades murni. Hal tersebut dikarenakan hambatan dalam larutan tersebut besar sehingga pada penggunaan variasi arus listrik yang sama tegangan yang digunakan lebih besar dibandingkan larutan lainnya sehingga daya yang digunakan menjadi besar dan efisiensi menjadi rendah.
3. Hambatan dalam larutan
mempengaruhi konsumsi daya listrik yang digunakan. Hambatan larutan terbesar dihasilkan oleh penggunaan larutan aquades murni sehingga konsumsi daya listrik terbesar pada penggunaan larutan aquades murni.
4. Efisiensi tertinggi dihasilkan pada penggunaan larutan campuran
aquades dengan NaHCO3 1.31% pada arus listrik 6 A sebesar 40,13%.
DAFTAR PUSTAKA Achmad, H. 1992. Elektro Kimia dan
Kinetika Kimia. Citra Aditya Bakti: Bandung.
Ardiansyah, Muhammad. 2011. Analisis Penambahan Gas Hasil Elektrolisis Air Pada Motor Bakar 4 Langkah Dengan Posisi Injeksi Sebelum Karburator Disertai Variasi Derajat Timing Pengapian. Depok: Departemen Teknik Mesin, UI.
Bird, J. 2010. Electrical Principles and
technology for engineering. United States of America: Elsevier.
Lestari, Dewi Yuanita. 2012. Pemilihan Katalis Yang Ideal. Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA. Yogyakarta : UNY
Marlina, Ena. 2013.
Prosentase Katalis Terhadap Produksi Browns Gas Hasil Elektrolisis. Malang:
Universitas Brawijaya.
Putra, Arbie Marwan. 2010. Analisis
Produktifitas Gas Hidrogen dan
Gas Hidrogen pada Elektrolisis
Larutan KOH. Jurnal Neutrino
Vol.2, No.2.
Rieke, R.D.; Thakur D.; Roberts B.;
White T. 1997. Fatty Methyl
Ester Hydrogenation to Fatty
Alcohol Part II: Process Issues,
JAOCS, vol. 74, No.4.
Sukardjo. 1985. Kimia
Fisika. Yogyakarta: Bina
Aksara.
Pengaruh
NaHCO3
-
F-15
ENERGY CARRIERS AND CONVERSION SYSTEMS Vol. I - Alkaline Water Electrolysis - Isao Abe
ALKALINE WATER ELECTROLYSIS
Isao Abe Office Tera, Chiba, Japan Keywords: Water electrolysis, alkaline, hydrogen, electrode, diaphragm, high pressure
high temperature electrolyser, cell, electrocatalyst Contents
1. Introduction
2. Structure of Alkaline Water Electrolyzers
2.1 Unipolar Electrolyzer
7.1.1 The Combination of Pressure ControlCH APTER Sand Pressure Difference Control 2.2 Bipolar Water Electrolyzer EOLSS 2.3 High Pressure Water Electrolyzer
3. Advanced Water Electrolyzers
4. High Temperature, High Pressure Operation
5. Structural Materials
5.1 Diaphragm Materials
5.2 Electrode Materials
6. System Design
6.1 Operating Temperature 6.2 Operating Pressure
6.3 Current Density
8.2 IMEUNESC OTechnology Water Electrolyzer 6.4 Total System Flow
6.5 GasLiquid Separator
7. Control System
7.1 Pressure Control System
SAMPLE
7.1.2 Bottom Connection of the GasLiquid Separators
7.2 Other Controls
7.2.1 Electrolyte Flow Control
7.2.2 Temperature Control
7.2.3 Other Safety Measures
8. Examples of Advanced Electrolyzers
8.1 Sunshine Electrolyzer
8.3 GHW Water Electrolyzer
8.4 EI-250 Water Electrolyzer
9. Cost of Alkaline Water Electrolysis
9.1 Plant Cost 9.2 Cost of Electrolytic Hydrogen Production 10. Conclusion
Glossary
Bibliography
Biographical Sketch
-
F-16
Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS)
-
F-17
ENERGY CARRIERS AND CONVERSION SYSTEMS Vol. I - Alkaline Water Electrolysis - Isao Abe
Summary
Alkaline water electrolysis has a long history in the chemical industry. Its application
for energy conversion in the hydrogen energy system is attracting attention, and
advanced electrolyzers have been developed. The direction of development is towards
higher efficiency by applying high temperature and high pressure operation. Although
some successful results have been reported so far, whether this system can be actually
used or not depends on the development of its competitors, solid polymer electrolyte
(SPE) water electrolysis or high temperature steam electrolysis (HTE) . 1. Introduction
The principle of water electrolysis is rather simple. Applying direct current to water causes electrolysis, splitting water into hydrogen and oxygen through the reaction shown in shown in Eqs. 13. regenerated. As a result, one molecule of
waterCHAPTERSisdecomposedandanothermolecule of water moves to the anode. (Cathode) 2H2O +2e
- 2OH
- + H 2 (1)
(Anode) 2OH- H O + 2e
- + 1 O
2
(2)
2 1
2
(Total)
+H2 O (3) 2H
2O
H
2 +
2 O
2
Through this reaction, two molecules of waterEOLSSare decomposed and hydrogen evolves in
the cathode. In the anode, oxygen evolves and at the same time one molecule of water is
In industrial alkaline water electrolysis, 2040% sodium hydroxide or potassium
hydroxide aqueous solution is used for electrolyte instead of pure water, since pure
water is highly resistive to electricity.
Er, the reversible potential (equilibrium potential, namely theoretical voltage of
electrolysis) is given by following equation.
ToshibaHighlight
-
F-18
UNESCO
2F P
E = E 0SAMPLE
(4)
RT
ln P
r 0 0
where E is standard equilibrium potential, R is gas constant, T is absolute temperature, P0
and P are vapor pressure of pure water and electrolyte respectively. E0 is given by Go/2F,
Go is increment of Gibbs free energy and F is Faraday constant (96519.4 coulomb), which is 1.226 V under 298 K and 1 atm. This is slightly higher than the decomposition voltage of
pure water under the same condition. Electricity required to produce 1 N m3 of hydrogen is,
from Faraday's law, 2393 Ah (Ampere hours). As this reaction proceeds almost quantitatively, the minimum energy required is 2.94 kWh for 1 cubic meter of hydrogen.
Since Er is theoretical equilibrium potential, actual cell voltage needed to continue the
reaction is higher with the addition of ohmic loss of electrolyte and diaphragm and overvoltage (overpotential) by electrode reaction.
Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS)
ToshibaHighlight
-
F-19
ENERGY CARRIERS AND CONVERSION SYSTEMS Vol. I - Alkaline Water Electrolysis - Isao Abe
Actual cell voltage E is calculated according to the following equation.
E = Er + Eir + Eohm (5)
where E is electrolysis voltage (cell voltage), Er is reversible potential (reversible
voltage, theoretical voltage of electrolysis), Eir is overvoltage (overpotential), and Eohm
is ohmic loss. Reversible potential is theoretically decided according to the reaction condition, but
overvoltage and ohmic loss vary with activity of electrodes and cell design. Overvoltage
is loss due to resistance by the chemical reaction rate. To drive the chemical reaction of electrolysis, extra energy is required in addition to the reversible potential which
corresponds to a zero reaction rate. In water electrolysis, overvoltage is decided by the reaction rate at the electrodes. Therefore electrodes with highly active electrocatalysts can reduce the
overvoltage. Ohmic loss CHAPTERSEOLSSismainlycausedbyelectricresistance of electrolyte, which can be reduced by shortening the distance between anode and cathode. Ohmic loss is also caused by electric resistance of circuitry. Both overvoltage
and ohmic loss increase with the increasing current density (current per unit area of
electrode), hence increase of cell voltage and, therefore, increase of electric power to
make hydrogen.
that means the volume at 0oC and 1atm. pressure.
The water electrolyzers currently used in industry work at a cell voltage of 1.82.2 volts
corresponding to 4.35.3 kWh per Nm3hydrogen. N stand for normal condition
UNESCOSAMPLE
ToshibaHighlight
-
F-20
Figure 1. Distribution of cell voltage.
Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS)
-
F-21
ENERGY CARRIERS AND CONVERSION SYSTEMS Vol. I - Alkaline Water Electrolysis - Isao Abe
Figure 1 shows an example of distribution of cell voltage to its component.
The enthalpy change, H , to electrolyze water is shown as follows:
H = G + T S (6)
The decomposition reaction of water by electrolysis is an endothermic reaction, where
energy corresponding to G must be supplied in the form of electricity and the rest, T S, by heat. Cell voltage corresponding to T
S , heat absorption potential, about 0.28
G is reversible voltage, about 1.2 V, and
V. In actual electrolysis, cell voltage is higher than reversible potential and the difference is converted into heat. Since the
reaction is endothermic, heat thus caused is absorbed by the reaction until total cell voltage exceeds 1.48 V, the sum of reversible voltage and heat absorption potential. Therefore, this voltage is called thermoneutral voltage where all electric energy used for electrolysis is converted into heat content of evolved hydrogen gas. This voltage is
used for the standard of 100% efficiency. Since current efficiency is almost 100% in
water electrolysis, dividing 1.48 by cell voltage gives energy efficiency of electrolysis. No electrolysis is possible at cell voltage under reversible voltage, but it is possible, at steam electrolysis uses this principleand by supplying part of the energy with heat, it reducesUNESCOcellvoltage.Asforalkaline water electrolysis, it is not practical to expect an electrolyzer to work below the thermoneutral voltage. least theoretically, to electrolyze water under thermoneutral voltage. High temperature
At this cell voltage, all heat generated byCHAPTERSEOLSSovervoltageandohmiclossisused
by the reaction and there is no heat generation or absorption to and from outside of the system.
electricity supplied beyond this point is converted into heat, which must be removed to
maintain the temperature of cells. It is desirable to design the heat balance of
electrolyzers so that the heat generated at the operating cell voltage is equal to the heat
loss at the operating temperature. Figure 2 shows the change of these voltages versus
temperature. The reversible voltage decreases with increased temperature, but thermoneutral voltage
does not show much change, since this corresponds to the energy of hydrogen
-
F-22
generated.
The thermoneutral SAMPLE voltage is very important in designing electrolyzers, since all
The energy efficiency of a water electrolyzer is defined as the quotient of higher heat
value of generated hydrogen by electric energy supplied to the system. Since electric
energy is proportional to voltage under a constant current, the efficiency is calculated
from cell voltage as mentioned before. In water electrolysis, the current efficiency is usually very high, more than 95%, and
therefore the energy efficiency is almost equal to the voltage efficiency.
Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS)
-
F-23
ENERGY CARRIERS AND CONVERSION SYSTEMS Vol. I - Alkaline Water Electrolysis - Isao Abe
CHAPTERS Figure 2. Change of cell voltage by temperature.
2. Structure of Alkaline Water ElectrolyzersEOLSS
UNESCO There are two kinds of electrolyzer, unipolar and bipolar. These names come from the
electrochemical function of the electrode in each type, and the two types are different in
structure.
-
SAMPLE
-
-
TO ACCESS ALL THE 21 PAGES OF THIS CHAPTER,
Visit: http://www.eolss.net/Eolss-sampleAllChapter.aspx
Bibliography Abe I., Fujimaki T., and Matsubara, M. (1984). Hydrogen production by high temperature, high pressure
water electrolysis. Results of test plant operation. International Journal of Hydrogen Energy 9, 753758.
[The result of a test plant operation using 450 mm cell block and PTFE diaphragm at 120 C and 20 atm.] Abe I., Fujimaki T., Matsubara M., and Yokoo Y. (1984). Hydrogen production by high-temperature,
high-pressure water electrolysis, III; Results of 80 kW pilot plant operation. Hydrogen Energy Progress
V, 727736. [The test result of a pilot plant operation with 900 mm cell block and PTFE diaphragm at
-
F-24
120 C and 20 atm is reported; corrosion of stainless steel material also reported.] Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS)
-
F-25
ENERGY CARRIERS AND CONVERSION SYSTEMS Vol. I - Alkaline Water Electrolysis - Isao Abe
Cloumann A., dErasmo P., Nielsen M., and Halvorsen B. G. (1996). Analysis and optimization of
equipment cost to minimize operation and investment for a 300 MW electrolysis plant. Hydrogen Energy
Progress XI, 143152. [This reports the cost estimation of a large scale water electrolyzer plant and
hydrogen production cost with it.] Divisek J. and Malinowski P. (1986). Ceramic diaphragms on NiO-basis for advanced alkaline water
electrolysis. Journal of Electrochemical Society 133, 915920. [This paper reports the development of
new ceramic diaphragms based on NiO for advanced alkaline water electrolysis] Dutta S. (1990). Technology assessment of advanced electrolytic hydrogen production. Interna
top related