4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Daun Jambu Biji
Daun jambu biji di penelitian ini berperan sebagai specimen yang akan dilapisi logam. Daun jambu sendiri mengandung beberapa senyawa kimia.
Senyawa kimia yang terkandung dalam daun jambu meliputi alkaloid, saponin, tanin dan flavonoid (Tanri 2013) . Dari ke-empat senyawa yang terkandung di dalam daun jambu biji tidak ada satupun yang memiliki kemampuan konduktor atau dapat menghantarkan listrik dengan baik, oleh karena itu diperlukan pelapisan menggunakan cat grafit sebagai konduktor sebelum dilakukannya pelapisan logam.
Daun jambu biji terbagi menjadi 2 yaitu daun jambu biji yang masih segar dan layu/kering. Dalam penelitian ini menggunakan daun jambu biji yang masih segar untuk menghindari gagalnya pelapisan, karena daun jambu biji yang layu/kering memiliki kelemahan yaitu teksturnya yang mudah hancur. (Harti 2018) 2.2. Elektroforming
Elektroforming merupakan teknik pelapisan logam pada substrata tau model benda non-logam. Substrat non-logam tersebut kemudian dilapisi dengan logam melalui proses listrik hingga mencapai ketebalan tertentu sesuai kehendak. Teknik elektroforming berdasar pada prinsip kerja elektrokimia. (Wiyoko 2010)
Konsep elektrokimia didasari oleh reaksi reduksi-oksidasi (redoks) dan larutan elektrolit. Reaksi redoks merupakan gabungan dari rekasi reduksi dan oksidasi yang berlangsung secara bersamaan. Pada reaksi reduksi terjadi peristiwa penangkapan elektron sedangkan reaksi oksidasi merupakan peristiwa pelepasan elektron yang terjadi pada media pengantar pada sel elektrokimia. (Harahap 2016) Proses elektroforming membutuhkan media pengantar sebagai tempat terjadinya serah terima elektron dalam suatu sistem reaksi yang dinamakan larutan.
Menurut (Harahap 2016) larutan dapat dikategorikan menjadi tiga bagian yaitu:
• Larutan elektrolit kuat
Larutan elektolit kuat merupakan larutan yang mengandung ion-ion terlarut yang dapat mengantarkan arus listrik sangat baik sehingga
proses serah terima elektron berlangsung cepat dan energi yang dihasilkan relatif besar.
• Larutan elektrolit lemah
Larutan elektrolit lemah merupakan larutan yang mengandung ion- ion terlarut cenderung terionisasi sebagian sehingga dalam proses serah terima elektron relatif lambat dan energi yang dihasilkan kecil.
Namun demikian proses elektrokimia tetap terjadi.
• Larutan bukan elektrolit
Larutan bukan elektrolit sendiri merupakan larutan yang dimana proses serah terima elektron tidak terjadi.
Proses elektroforming tidak terlepas dari logam yang dicelupkan pada larutan yang disebut elektroda. Elektroda adalah konduktor yang digunakan untuk bersentuhan dengan bagian atau media non-logam dari sebuah sirkuit. Elektroda merupakan salah satu komponen yang sangat penting pada proses elektrolisis air (Harahap 2016). Elektroda berfungsi sebagai penghantar arus listrik dari sumber tegangan ke air yang akan dielektrolisis. Pada elektrolisis yang menggunakan arus DC, elektroda terbagi menjadi dua kutub yaitu positif sebagai anoda dan negatif sebagai katoda. Material serta luasan katoda yang digunakan sangat berpengaruh terhadap gas HHO (Brown’s Gas) yang dihasilkan dari proses elektrolisis air.
(Marlina Ena, Slamet Wahyudi 2013)
Adapun beberapa hal yang dapat mempengaruhi terjadinya proses elektroforming menurut (Harahap 2016) sebagai berikut:
• Konsentrasi larutan elektrolit
Konsentrasi larutan atau yang biasa disebut takaran dari campuran komposisi larutan yang digunakan sebagai larutan elektrolit memang berpengaruh terhadap hasil pelapisan electroforming, teknik electroforming ini menggunakan larutan elektrolit sebagai penyalur arus listrik terhadap logam dan specimen yang mau dilapisi. Seperti penelitian yang sudah dilakukan oleh (Pratama 2018) yang mengatakan bahwa jika konsentrasi asam sulfat terlalu rendah maka akan mengurangi kemampuan elektrolit dalam
menghantarkan listrik, sehingga kecepatan terbentuknya lapisan oksida akan berkurang. Sedangkan jika penggunaan asam sulfat terlalu tinggi akan mempercepat terbentuknya lapisan oksida namun lapisan oksida yang terbentuk akan segera dilarutkan kembali oleh asam sulfat sehingga lapisan oksida yang terbentuk lebih tipis dan kemampuan bertahannya berkurang.
• Jarak elektroda (anoda-katoda)
Jarak anoda(+) dan katoda(-) tidak kalah penting dengan konsentrasi larutan pada proses electroforming. Semakin dekat jarak anoda dan katoda maka semakin cepat juga durasi pelapisannya, sedangkan semakin jauh jarak elektroda maka semakin lama juga durasi pelapisannya seperti penelitian yang sudah dilakukan oleh (Budiyanto et al. 2017).
• Suhu elektrolit
Suhu elektrolit juga termasuk dalam factor yang berpengaruh pada proses electroforming, semakin tinggi suhu yang digunakan, pergerakan ion juga akan semakin tinggi sehingga gerak ion akan semakin cepat yang menyebabkan lapisan yang dihasilkan semakin tebal dan menyebabkan pelapisan logam tidak merata (Fahmi and Zamrudy 2021) , sedangkan semakin rendah suhu elektrolit maka hasil pelapisan kasar dan kusam (Basmal, Bayuseno, and srinugroho 2012).
• Tegangan
Sesuai dengan penelitian yang sudah dilakukan oleh (Utamaningrat and Eskani 2018) bahwa besar tegangan yang digunakan pada proses pelapisan sangat berpengaruh pada hasil pelapisan, di mana semakin besar tegangan yang digunakan maka akan semakin cepat pula lapisan logam terbentuk
• Kuat arus
Kuat arus merupakan banyak muatan listrik yang mengalir pada setiap detiknya. Kuat arus tak kalah berpengaruh pada proses elektroforming ini. Semakin tinggi arus yang di alirkan mak
semakin cepat juga durasi pelapisan, dan sebaliknya jika semakin rendah kuat arus yang di alirkan maka semakin lama juga durasi pelapisannya sesuai penelitian yang dilakukan oleh (Abdurrahman 2020).
• Waktu / Durasi
Waktu pelapisan atau biasa disebut durasi pelapisan juga sangat berpengaruh terhadap ketebalan lapisan pada electroforming.
Semakin lama waktu pelapisan maka semakin tebal lapisan yang diperoleh walaupun suatu saat akan tercapai juga masa jenuh, yaitu dimana ketebalan tidak lagi bertambah walaupun waktu pelapisan terus diperpanjang.(Aisyah 2015)
Electroforming tidak bisa terlepas dari prinsip kerja elektrokimia, pada ilmu elektrokimia terdapat dua sel elektrokimia yaitu sel volta dan sel elektrolisis. Sel elektrokimia yang menggunakan sumber energi listrik untuk mengubah reaksi kimia yang terjadi di sebut sel elektrolisis. Sedangkan Sel Volta merupakan sel elektrokimia yang menghasilkan energi listrik diperoleh dari reaksi kimia yang berlangsung spontan. (Harahap 2016)
Pada sel elektrolisis katoda memiliki muatan negatif sedangkan anoda memiliki muatan positif. Sesuai dengan prinsip kerja arus listrik. Terdiri dari zat yang dapat mengalami proses ionisasi, elektrode dan sumber listrik (baterai). Listrik dialirkan dari kutub negatif dari baterai ke katoda yang bermuatan negatif. Larutan akan mengalami ionisasi menjadi kation dan anion. Kation di katoda akan mengalami reduksi sedangkan di anoda akan mengalami oksidasi. Salah satu aplikasi dari sel elektrolisis yaitu penyepuhan logam emas dengan menggunakan larutan elektrolit yang mengandung unsur emas (Au). Hal ini dilakukan untuk melapisi kembali perhiasan yang kadar emasnya sudah berkurang.(Harahap 2016).
Proses sederhana Sel Elektrolisis dapat dilihat pada gambar 2.3. sebagai berikut :
Gambar 2. 1 Proses sederhana elektrolisis
Elektrolisis ialah suatu proses penguraian molekul air (H2O) menjadi Hidrogen (H2) dan Oksigen (O2) dengan energi pemicu reaksi berupa energi listrik.
Proses ini dapat berlangsung ketika dua buah elektroda ditempatkan dalam air dan arus searah dilewatkan diantara dua elektroda tersebut. Hidrogen terbentuk pada katoda, sementara Oksigen pada anoda. Selama ini elektrolisis dikenal sebagai proses produksi Hidrogen dari air yang paling efektif dengan tingkat kemurnian tinggi, tapi terbatas untuk skala kecil. Reaksi yang terjadi dapat dilihat pada persamaan 2.1. sebagai berikut:
𝐴𝑛𝑜𝑑𝑎 ∶ 2𝑂𝐻− → 1 2⁄ 𝑂2+ 𝐻2𝑂 + 2𝑒− (2.1) 𝐾𝑎𝑡𝑜𝑑𝑎 ∶ 2𝐻2𝑂 + 2𝑒− → 𝐻2 + 2𝑂𝐻−
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 ∶ 𝐻2𝑂 → 𝐻2+ 1 2⁄ 𝑂2
Pada proses elektrolisis air, katalis yang digunakan adalah larutan elektrolit.
Elektrolit dapat berfungsi sebagai konduktor listrik, dimana arus listrik dibawa oleh pergerakan ion. Elektrolit yang digunakan adalah NaHCO3 (Natrium Bicarbonat) yang dilarutkan didalam air aquades. Natrium Bikarbonat adalah senyawa kimia dengan rumus NaHCO3, dalam penyebutannya kerap disingkat bicnat. Senyawa ini termasuk kelompok garam dan sudah digunakan sejak lama. Senyawa ini disebut juga Sodium Bikarbonat atau Hidrogen Karbonat. Dengan melarutkan elektrolit
didalam air akan meningkatkan konduktifitas listrik karena dengan penambahan elektrolit pada proses elektrolisis akan menurunkan energi yang dibutuhkan, sehingga laju reaksi pemecahan molekul air menjadi lebih cepat. (Marlina Ena, Slamet Wahyudi 2013)
Pada proses elektroforming berlaku Hukum Faraday 1 yang menyatakan bahwa “Massa zat yang terjadi atau melarut selama proses elektrolisis berbanding lurus dengan jumlah muatan listrik yang melalui sel elektrolisis.”(Pangajuanto and Rahmidi 2009). Hukum Faraday I (Walsh 1991) dapat dibuktikan dengan persamaan 2.2. :
𝑤 = 𝑙 ∙ 𝑡 (2.2) Keterangan :
w = massa zat elektrolisis (gram) l = kuat arus listrik (ampere) t = waktu (detik)
Tapi jika larutan elektrolisis bersama-sama dengan arus listrik yang sama, berlaku Hukum Faraday II yang menyatakan bahwa “Jumlah zat-zat yang dihasilkan oleh arus yang sama dalam beberapa sel yang berbeda sebanding dengan massa ekuivalen zat-zat tersebut.” Hukum Faraday II dapat dibuktikan dengan persamaan 2.3. (Munley 2004) :
𝑤 = 𝑀𝐸 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑤 = 𝐴𝑟
𝑏𝑖𝑙𝑜𝑘𝑠 (2.3) Keterangan :
w = massa zat elektrolisis (gram) ME = massa ekivalen ( 𝐴𝑟
𝑏𝑖𝑙𝑜𝑘𝑠) Ar = massa atom relatif biloks = bilangan oksidasi
Secara umum teknik elektrolisis banyak digunakan untuk pembuatan bahan kimia, pemurnian logam, dan pelapisan logam atau penyepuhan.(Pangajuanto and Rahmidi 2009)
1. Pembuatan Bahan Kimia
Pembuatan beberapa bahan kimia seperti logam alkali dan alkali tanah aluminium, gas hidrogen, gas oksigen, gas klorin, dan natrium hidroksida dibuat secara elektrolisis. Contoh: Pembuatan logam natrium dengan mengelektrolisis lelehan NaCl yang dicampur dengan CaCl2.
2. Pemurnian Logam
Pada pengolahan tembaga dari biji kalkopirit diperoleh tembaga yang masih tercampur dengan sedikit perak, emas, dan platina. Untuk beberapa keperluan dibutuhkan tembaga murni, misalnya untuk membuat kabel.
Tembaga yang tidak murni dipisahkan dari zat pengotornya dengan elektrolisis. Tembaga yang tidak murni dipasang sebagai anoda dan tembaga murni dipasang sebagai katoda dalam elektrolit larutan CuSO4
tembaga di anoda akan teroksidasi menjadi Cu2+ selanjutnya Cu2+ direduksi di katoda.
3. Pelapisan Logam atau Penyepuhan
Suatu produk dari logam agar terlindungi dari korosi (perkaratan) dan terlihat lebih menarik seringkali dilapisi dengan lapisan tipis logam lain yang lebih tahan korosi dan mengkilat. Salah satu cara melapisi atau menyepuh adalah dengan elektrolisis. Benda yang akan dilapisi dipasang sebagai katoda dan potongan logam penyepuh dipasang sebagai anoda yang dibenamkan dalam larutan garam dari logam penyepuh dan dihubungkan dengan sumber arus searah. Untuk pelapisan/penyepuhan ini terbagi menjadi 2 yaitu electroplating(pelapisan logam pada benda berbahan logam) dan electroforming(pelapisan logam pada benda berbahan non-logam).
