i
LAPORAN PRAKTIKUM
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA II
ELEKTROLISIS AIR
Disusun Oleh:
Kelompok 27
Siti Fathia (121280124) Putri Tasya Br. Tobing (121280126) Eduard Gabriel Silitonga (121280127)
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNOLOGI PRODUKSI DAN INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SUMATERA
2023
ii
ABSTRAK
Praktikum elektrolisis ini bertujuan untuk memahami fenomena fenomena yang terjadi pada proses elektrolisis. Pada percobaan ini bahan yang digunakan adalah padatan NaCl dengan variasi 13% dan 18% dengan elektroda batang karbon. Pada praktikum ini prosedur yang dilakukan pada percobaan, yaitu pengamatan terhadap reaksi dan gas-gas yang terbentuk dari proses elektrolisis dan terakhir menghitung efisiensi arus dan konsumsi energi dari data-data yang diperoleh selama praktikum dilakukan. Pada tahap pertama dilakukan pengenceran padatan NaCl sehingga didapatkan konsentrasi sebesar 13% dan 18%. Pada percobaan pertama overpotensial minimum didapatkan pada pengukuran ke-6 dengan arus sebesar 60 mA dan overpotensial minimum sebesar 2,21 volt pada konsentrasi 13% dan 2,15 volt pada konsentrasi 18%. Pada percobaan efisiensi arus dan konsumsi energi, didapatkan efisiensi arus sebesar 49,301 % dan 56,602%, serta konsumsi energi sebesar 1,5241 watt.detik/ml dan 1,8327 watt.detik/ml. Kebutuhan energi dalam proses elektrolisis air ditentukan dengan menghitung jumlah energi yang dibutuhkan dalam elektrolisis per jumlah mol gas H2 yang dihasilkan. semakin besar konsentrasi elektrolit, daya hantar akan meningkat, sehingga kebutuhan energi per volume gas H2 yang dihasilkan akan semakin kecil. Semakin besar nilai Q yang diperoleh maka semakin besar juga konsumsi energinya. Volume hydrogen pada konsenterasi larutan larutan elektrolit sebesar 13% sebanyak 3,5 mL dan percobaan konsenterasi larutan elektrolit sebesar 18% sebanyak 2,75 mL. Adapun saran untuk praktikum kali ini antara lain agar lebih dipersiapkan lagi peralatan yang digunakan untuk praktikum, jangan sampai ada alat yang rusak karena akan mempengaruhi analisis dan hasil praktikum. Untuk variasi percobaannya mungkin bisa ditambahkan lagi agar dapat mengetahui lebih kritis dalam menganalisa beberapa pengaruh elektrolisis air. Dan Praktikan lebih teliti dan berhati-hati saat mengamati dan mengolah data.
Kata Kunci : Arus, Elektrolisis, Energi, Overpotensial minimum
iii
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... ii
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR GAMBAR ... iv
DAFTAR TABEL ... v
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan masalah ... 1
1.3 Tujuan dan Sasaran Percobaan ... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 3
2.1 Elektrolisis ... 3
2.2 Elektrolisis Air ... 4
2.3 Elektrolit ... 4
2.4 Elektroda ... 5
2.5 Aplikasi elektrolisis dalam kehidupan sehari - hari ... 5
2.6 Rumus – rumus yang digunakan ... 6
2.7 Elektrokimia ... 7
2.8 Mekanisme Reaksi Elektrolisis Air ... 8
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN ... 10
3.1 Alat dan Bahan ... 10
3.2 Variabel Percobaan ... 10
3.3 Diagram Alir ... 11
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 14
4.1 Penentuan Overpotensial Minimum ... 14
4.2 Penentuan Efisiensi Arus dan konsumsi Energi ... 15
4.3 Penenetuan Gas Hidrogen yang terbentuk ... 16
DAFTAR PUSTAKA ... 19
LAMPIRAN... 20
Lampiran A (Data Mentah) ... 20
Lampiran B (Perhitungan) ... 22
Lampiran C (Dokumentasi) ... 25
Lampiran D (Risk Assessment) ... 27
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2 1 Elektrolisa Air ... 8
Gambar 3. 1 Diagram Alir Preparasi Larutan……….11
Gambar 3. 2 Diagram Alir Penentuan Overpotensial Minimum ... 12
Gambar 3. 3 Diagram Alir Penentuan Efisiensi Arus dan Konsumsi Energi ... 13
Gambar 4. 1 grafik hubungan antara kuat arus dengan tegangan……….14
Gambar 4. 2 Grafik Hubungan Tegangan dan Kuat Arus (A) Konsentrasi 13 % ... 15
Gambar 4. 3 Grafik Hubungan Kuat Arus (A) dan Tegangan ... 16
Gambar C. 1 Rangkaian Alat Operasi……….25
Gambar C. 2 Proses Pembuatan Larutan Elektrolit ... 25
Gambar C. 3 Proses Pengamatan Gas ... 26
v
DAFTAR TABEL
Tabel 1. 1 Perbedaan sel volta dengan elektrolisis ... 8 Tabel A. 1 Data Mentah percobaan 1 dengan konsentrasi NaCl 13 M………..20 Tabel A. 2 Data Mentah percobaan 2 dengan konsentrasi NaCl 18 M………..21
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Ilmu kimia merupakan ilmu yang mempelajari struktur materi dan perubahan- perubahan yang terjadi dalam proses. Peristiwa elektrolisis biasa disebut juga sebagai peristiwa penguraian atas suatu larutan elektrolisis yang telah dialiri oleh arus listrik searah, dalam artian elektrolisis dapat mengubah energi listrik menjadi energi kimia.
Proses elektrolisis memanfaatkan prinsip redoks, dimana elektron dari katoda akan mengalir ke anoda. Akibatnya ion-ion positif akan tertarik ke katoda yang menyerap elektron sehingga terjadi reaksi reduksi akan menghasilkan senyawa netral. Dapat disimpulkan bahwa elektrolisis memanfaatkan perubahan energi listrik yang dapat diubah menjadi energi kimia (reaksi redoks).
Pada proses elektrolisis ini menggunakan bahan baku berupa air murni ataupun larutan garam, dari proses elektrolisis air ini dapat menghasilkan bahan dasar untuk industri-industri kimia seperti gas klor, gas hydrogen, maupun gas oksigen. Gas klor banyak digunakan pada industri petrokimia untuk menghasilkan beragam bahan mulai dari refrigent, disinfektan, dan monomer dari polimer seperti polirinoklorida.
1.2 Rumusan masalah
Adapun yang menjadi rumusan masalah pada percobaan ini adalah sebagai berikut:
1. bagaimana cara memahami fenomena-fenomena yang terjadi pada proses elektrolisis air.
2. Bagaimana pengaruh jenis elektroda terhadap overpotensial minimum proses elektrolisis air
3. Bagaimana jenis dan konsenterasi elektrolit terhadap overpotensial minimum proses elektrolisis air.
4. Bagaimana cara menghitung efisiensi arus dan konsumsi energi proses elektrolisis air.
2 1.3 Tujuan dan Sasaran Percobaan 1.3.1 Tujuan
Adapun tujuan dari percobaan modul elektrolisis air ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk memahamu fenomena-fenomena yang terjadi pada proses elektrolisis air.
1.3.2 Sasaran Percobaan
Adapun sasaran yang hendak dicapai di percobaan ini adalah sebagai berikut : 1. Mengidentifikasi pengaruh jenis elektroda terhadap overpotensial minimum proses
elektrolisis air
2. Mengidentifikasi jenis dan konsentrasi elektrolit terhadap overpotensial minimum proses elektrolisis air.
3. Menghitung efisiensi arus dan konsumsi energi proses elektrolisis air.
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Elektrolisis
Elektrolisis adalah peristiwa penguraian elektrolit oleh arus listrik searah dengan menggunakan dua macam elektroda. Elektroda tersebut adalah katoda (elektroda yang dihubungkan dengan kutub negatif) dan anoda (elektroda yang dihubungkan dengan kutub positif).Pada anoda terjadi reaksi oksidasi, yaitu anion (ion negatif) ditarik oleh anoda dan jumlah elektronnya berkurang sehingga bilangan oksidasinya bertambah. (SETIAWAN, 2014)
Elektrolisis adalah 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 adalah sebagai berikut : (Ena Marlina, 2013)
Anoda : 2OH- → ½ O2 + H2O + 2e- Katoda : 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- Total reaksi : H2O + 2e- → ½ O2
Faktor yang dapat mempengaruhi terjadinya elektrolisis yaitu dengan penggunaan katalisator, luas permukaan yang tercelup, sifat logam bahan elektroda, konsentrasi pereaksi, dan besar tegangan eksternal Pada proses elektrolisis air, katalis yang digunakan adalah latutan elektrolit. Elektrolit dapat berfungsi sebagai konduktor listrik, dimana arus listrik dibawa oleh pergerakan ion (wahyono dkk, 2017). Prinsip dari elektrolisis didasarkan pada rasio tegangan antara zat yang dimiliki kemampuan untuk bereaksi dengan zat lain antara beberapa kation dengan air sebagai pelarut untuk tereduksi. Yang berpotensi tereduksi lebih besar dari anoda adalah yang berpotensial oksidasi besar. (Syukri, 1999).
4 2.2 Elektrolisis Air
Elektrolisis air adalah peristiwa penguraian senyawa air (H2O) menjadi gas hidrogen (H2) dan oksigen (O2) dengan menggunakan arus listrik yang melalui air tersebut. Pada katoda, dua molekul air bereaksi dengan menangkap dua elektron, tereduksi menjadi gas H2 dan ion hidroksida (OH- ). Sementara itu pada anoda, dua molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O2), melepaskan 4 ion H+ serta mengalirkan elektron ke katoda. Ion H+ dan OH- mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. (Achmad H, 1992)
Gas Hidrogen sangat pontensial digunakan sebagai sumber energi karena sifatnya yang ramah lingkungan. Proses elektrolisis dalam mengurai senyawa air berlangsung lambat sehingga dibutuhkan katalis untuk mempercepat reaksi dan dapat menambah jumlah gas hidrogen yang diproduksi. Produksi gas hidrogen dari air laut yang mengandung natrium klorida (NaCl) merupakan cara yang dapat dilakukan untuk mendapatkan gas hidrogen (wahyono dkk, 2017)
2.3 Elektrolit
Elektrolit adalah suatu zat yang larut atau terurai ke dalam bentuk ion-ionnya.
Zat yang jumlahnya lebih sedikit di dalam larutan disebut (zat) terlarut atau solut, sedangkan zat yang jumlahnya lebih banyak daripada zat-zat lain dalam larutan disebut pelarut atau solven. Komposisi zat terlarut dan pelarut dalam larutan dinyatakan dalam konsentrasi larutan, sedangkan proses pencampuran zat terlarut dan pelarut membentuk larutan disebut pelarutan atau solvasi. Larutan terdiri dari larutan non elektrolit dan larutan elektrolit. Larutan non elektrolit adalah larutan yang tidak menghantarkan arus listrik, sedangkan larutan elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan arus listrik dengan mudah. Ion-ion merupakan atom- atom bermuatan elektrik.
Elektrolit dapat berupa senyawa garam, asam, atau amfoter. Beberapa gas tertentu dapat berfungsi sebagai elektrolit, hal ini terjadi pada kondisi tertentu misalnya pada suhu tinggi atau tekanan rendah. Elektrolit kuat identik dengan asam, basa, dan garam. Elektrolit merupakan senyawa yang berikatan ion dan kovalen polar. Sebagian besar senyawa yang berikatan ion merupakan elektrolit sebagai contoh adalah garam dapur atau NaCl. NaCl dapat menjadi elektrolit dalam bentuk
5
larutan dalam sistem aqueous dan lelehan, sedangkan dalam bentuk padatan senyawa ion tidak dapat berfungsi sebagai elektrolit. (Riyanto, 2013)
2.4 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. 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. (Ena Marlina, 2013)
Elektroda ada 2 jenis yaitu : (M Farid R.R., 2012)
a. Elektroda inert, yaitu elektroda yang tidak mudah bereaksi. Unsur yang termasuk di dalam elektroda inert adalah yaitu platina (Pt), emas (Aurum/Au), dan karbon (C).
b. Elektroda tak inert, yaitu elektroda yang mudah bereaksi.Unsur yang termasuk di dalam elektroda tak inert adalahzat lainnya selain Pt, C, dan Au.
Elektroda yang digunakan dalam percobaan ini adalah carbon karena bersifat inert. Konduktivitas elektroda listrik dapat dilihat pada deret volta kemampuan menghantarkan listrik dari suatu logam dapat dilihat pada deret volta dimana semakin ke kanan maka akan semakin mudah menghantarkan listrik.
2.5 Aplikasi elektrolisis dalam kehidupan sehari - hari 1. pembuatan Beberapa Bahan Kimia
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..
NaCl(l) → Na + (l) + Cl-(l)
Katoda : Na+(l) + e- → Na(l) Anoda : 2Cl-(l) → Cl2(g) + 2e- 2 Na+(l) + 2Cl-(l) → 2 Na(l) + Cl2(g)
6
Natrium cair yang terbentuk di katoda mengapung di atas cairan NaCl, kemudian dikumpulkan pada kolektor.
2.6 Rumus – rumus yang digunakan 1. Perhitungan Kebutuhan Asam
Kebutuhan asam (V1) dihitung dengan menggunakan persamaan pengenceran dari konsentrasi asam pekat (M1) menjadi konsentrasi asam (M2) yang diberikan pada penugasan sebanyak kebutuhan elektrolit (V2) yang diperlukan.
𝑉1 = 𝑉2 𝑥 𝑀2 𝑀1
2. Perhitungan Kebutuhan Basa
Kebutuhan basa (m) dihitung dengan persamaan pelarutan untuk memperoleh konsentrasi basa (M) yang diberikan pada penugasan sebanyak 1 L (labu takar yang digunakan 1 L).
𝑀 𝑏𝑎𝑠𝑎 = 𝑚 𝑏𝑎𝑠𝑎 𝑀𝑟 𝑏𝑎𝑠𝑎
3. Perhitungan Muatan Listrik
Muatan listrik (Q) merupakan perkalian antara arus (I) dengan waktu (t).
Perhitungan dilakukan secara grafis dengan menghitung luas area di bawah kurva arus terhadap waktu menggunakan metode trapezium.
𝑄 = ∑ 𝐼𝑖 − 𝐼1 + 𝐼𝑛 2
𝑖 = 𝑛
𝑖=1
4. Perhitungan Efisiensi Arus
7
Efisiensi arus dihitung dengan membandingkan mol gas terbentuk dengan mol gas teoretis :
𝜂 = 𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘
𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑘 𝑥 100%
= 𝑝𝑣 𝑅𝑇 𝑄 𝑛𝐹
𝑥 100%
5. Perhitungan Konsumsi Energi
Konsumsi energi diperoleh dari hasil perkalian muatan (Q) terhadap tegangan kerja rata-rata (V) untuk setiap volume gas yang dihasilkan : (Dosen Mahasiswa, 2021)
𝐸 = 𝑄 𝑥 𝑉 𝑣𝑜𝑙 𝑔𝑎𝑠
2.7 Elektrokimia
Elektrokimia merupakan reaksi yang mengubah reaksi kimia dan menghasilkan energy listrik atau sebaliknya. Pengubahan energi kimia menjadi energi listrik dapat berlangsung dalam sebuah sel volta berlangsung secara proses spontan, sebaliknya dalam sel elektrolisis merupakan proses tak spontan. (Dodi P.S., 2017)
a. Sel volta
Sel volta merupakan sel elektrokimia yang menghasilkan energi listrik diperoleh dari reaksi kimia yang berlangsung spontan. beberapa literatur menyebutkan juga bahwa sel volta sama dengan sel galvani. pada sel volta anoda adalah kutub negatif dan katoda kutub positif. katoda dan anoda akan dicelupkan kedalam elektrolit yang terhubung oleh jembatan garam. jembatan garam memiliki fungsi sebagai sitrasana netral (grounding) dari kedua larutan yang menghasilkan listrik. dikarenakan listrik yang dihasilkan spontan mana pilihan dari larutan elektrolit harus mengikuti kaedah deret volta. deret volta disusunkan berdasarkan daya oksidasi dan reduksi dari masing – masing logam.
Urutan deret tersebut sebagai berikut : (Ridwan, 2016)
8
Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, H2O, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Au.
Cara Kerja sel volta dapat diamati melalui logam zn (seng) dalam larutan ZnSO4 (zink sulfat) dan logam Cu (Tembaga) dalam larutan CuSO4 . antara logam Zn dan Cu dihubungkan oleh rangkaian luar berupa kabel atau konduktor yang dapat menghantarkan listrik. antara larutan ZnSO4 dan CuSO4 dihubungkan oleh jembatan garam (misalnya NaCl) sebagai penyeimbang larutan. rangkain elektrolisis terdiri dari sumber listrik sebagai penyuplai arus searah atau DC, misalnya : baterai). pada sel elektrolisis, sumber listrik luar (Power suply) menyuplai elektron ke katode sehingga katode bermuatan negatif . dengan demikian elektrode lainnya yaitu anoda akan bermuatan positif.
Tabel 1. 1 Perbedaan sel volta dengan elektrolisis
Sel Volta/Galvani Sel Elektrolisis
Energi kimia menjadi energi listrik Energi listrik menjadi energi kimia Katoda (+), anoda (-) Katoda (-), anoda (+) Rx berlangsung spontan Rx tidak spontan
Terdapat jembatan garam Tidak terdapat jembatan garam
2.8 Mekanisme Reaksi Elektrolisis Air
Gambar 2 1 Elektrolisa Air
Persamaan kimia elektrolisa air adalah sebagai berikut : energi (listrik) + 2H2O → O2 + 2H2
9
Terjadi tekanan listrik pada elektroda negatif (katoda) untuk mendorong elektron ke dalam air dan pada anoda (elektroda positif) terjadi penyerapan elektron.
Molekul air dekat katoda terbagi menjadi ion hidrogen positif (H+) dan ion hidroksida (OH-).
(H2O) → H+ + OH-
H+ merupakan proton terbuka, bebas untuk menangkap elektron edari katoda, kemudian menjadi atom hidrogen biasa dan netral.
(H+ + e- → H)
Atom hidrogen ini berkumpul dengan atom hidrogen lain dan membentuk molekul gas dalam bentuk gelembung dan kemudian naik ke permukaan.
H + H → H2
Elektroda positif telah menyebabkan ion hidroksida untuk bergerak ke anoda.
Ketika mencapai anoda. anoda melepas kelebihan elektron yang diambil oleh hidroksida dari atom hidrogen sebelumnya, kemudian ion hidroksida bergabung dengan molekul hidroksida yang lain dan membentuk 1 molekul oksigen dan 2 molekul air:
4OH- → O2 + 2H2O + 4e-
Molekul oksigen ini sangat stabil dan kemudian gelembungnya naik ke permukaan.
Demikian seterusnya dan terjadi pengulangan proses. Reaksi-reaksi di katoda (reduksi) hanya bergantung pada jenis kation dalam larutan. Jika kation berasal dari logam dengan potensial elektrode lebih kecil/rendah maka air yang akan tereduksi.
(Rusminto Tjatur W., 2011)
10
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan 3.1.1 Alat
Adapun alat yang akan digunakan pada praktikum kali ini yaitu : 1. Gelas beaker
2. Neraca Analitik
3. Elektroda Batang Karbon 4. Penjepit Buaya
5. Tabung Reaksi 6. Voltmeter 7. Baterai 9 volt 8. Sendok
9. Bak Elektrolisis 10. Sterofoam 11. Teko 3.1.2 Bahan
Adapun bahan yang akan digunakan dalam praktikum kali ini yaitu:
1. NaCl 2. Aquades
3.2 Variabel Percobaan 3.2.1 Variabel Bebas
Adapun variable bebas yang divariasikan dalam praktikum kali ini yaitu konsentrasi dari NaCl
3.2.2 Variabel Terikat
Adapun variable terikat yang divariasikan yaitu:
1. Kuat arus disetiap waktu 2. Tegangan setiap waktu 3. Volume gas O2 dan H2
11 3.3 Diagram Alir
3.3.1 Preparasi Larutan
Gambar 3. 1 Diagram Alir Preparasi Larutan Mulai
Persiapkan Peralatan
Timbang 130 gram NaCl Timbang 180 gram NaCl
Larutkan dalam 1000 ml Aquades
Larutkan dalam 1000 ml Aquades
Rangkai Alat
Selesai
12 3.3.2 Penentuan Overpotensial Minimum
Gambar 3. 2 Diagram Alir Penentuan Overpotensial Minimum Mulai
Nyalakan Sumber DC
Set Tegangan Minimum
Baca Arus dan Tegangan
Baca Tegangan Variasikan Arus
Selesai Konstan
13
3.3.3 Penentuan Efisiensi dan Konsumsi Energi
Gambar 3. 3 Diagram Alir Penentuan Efisiensi Arus dan Konsumsi Energi Mulai
Nyalakan Sumber DC
Set Tegangan dan Arus
Lakukan Elektrolisi Selama 25 Menit
Matikan Sumber Listrik
Catat Pembacaan Tegangan Arus dan Volume Gas H2
Selesai
14
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Penentuan Overpotensial Minimum
Pada praktikum elektrolisis air, percobaan pertama yang dilakukan adalah menentukan overpotensial minimum. Overpotensial minimum terjadi ketika adanya kenaikan arus listrik yang menyebabkan perpindahan ion-ion negatif ke anoda dan ion-ion negatif ke anoda dan ion-ion positif ke katoda. Nilai dari overpotensial minimum diperoleh ketika nilai tegangan konstan terhadap penambahan kuat arus (Eko, 2019). Untuk menentukan overpotensial minimum pada praktikum kali ini, digunakanlah larutan elektrolit NaCl dengan variasi konsentrasi yang digunakan sebesar 13% dan 18% dengan menggunakan elektroda karbon-karbon. Setelah dilakukannya percobaan menggunakan kedua variasi konsentrasi elektrolit tersebut, diperolehlah grafik hubungan antara tegangan (Volt) yang disajikan pada grafik di bawah ini:
Gambar 4. 1 grafik hubungan antara kuat arus dengan tegangan
Berdasarkan grafik diatas dapat dihubungkan bahwa hubungan antara kuat arus dengan tegangan pada anoda batang karbon dan katoda batang karbon, dengan kedua variasi konsentrasi mengalami kenaikan, penurunan kemudian bernilai tetap (konstan) atau bisa kita sebut tidak teratur. Hal ini terjadi karena multimeter yang kami gunakan tidak berfungsi secara maksimal. Dimana setiap adanya getaran atau
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 0,01 0,02 0,03
Tegangan
Kuat Arus
Hubungan Kuat Arus Vs Tegangan
konsentrasi 13%
konsentrasi 18%
15
tersentuhnya capitan buaya yang menempel pada baterai maka multimeter akan berubah angka atau mati. Adapun faktor lain adalah tegangan baterai yang berkerja tidak maksimal.
Pada percobaan kali ini, nilai konsentrasi elektrolit NaCl berpengaruh terhadap kenaikan tegangan pada setiap percobaannya. Nilai tegangan dari konsentrasi larutan elektrolit 18% lebih besar dibandingkan dengan konsentrasi larutan elektrolit 13% pada pengukuran. Hal tersebut tersebut terjadi akibat faktor yang mempengaruhi elektrolisis, yaitu konsentrasi pereaksi. Dimana semakin besar konsentrasi suatu larutan pereaksi maka akan semakin besar pula laju reaksinya (Agustin, 2018). Persentase katalis yang semakin tinggi, dapat mereduksi hambatan pada elektrolit, sehingga transfer elektron dapat lebih cepat mengelektrolisis elektrolit dan dapat disimpulkan bahwa terjadi hubungan sebanding terhadap persentasi NaCl dengan transfer elektron (Eko, 2019).
4.2 Penentuan Efisiensi Arus dan konsumsi Energi
4.2.1 Penentuan Efisiensi Arus dan konsumsi Energi Konsentrasi 13 %
Gambar 4. 2 Grafik Hubungan Tegangan dan Kuat Arus (A) Konsentrasi 13 % Pada percobaan ini kuat arus mengalami penurunan dari 0,02 ke 0,01 akan tetapi tegangan yang dihasilkan konstan dimana semakin lama percobaan dilakukan maka semakin turun juga tegangan yang di hasilkan. Penurunan kuat arus yang drastis ini dikarenakan awal mula arus dijalankan sehingga energi yang dibutuhkan juga banyak. Selain naik turunnya kuat arus yang tidak stabil disebabkan adanya hambatan listrik pada kawat yang mana hambatan tersebut berbanding terbalik dengan kuat arus
8,2 8,4 8,6 8,8 9 9,2 9,4
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025
Hubungan Kuat arus Vs Tegangan Konsentrasi 13
16
dan tegangan, semakin besar hambatan listrik maka semakin kecil kuat arus (Soraya,2021).
4.2.2 Penentuan Efisiensi Arus dan konsumsi Energi Konsentrasi
Gambar 4. 3 Grafik Hubungan Kuat Arus (A) dan Tegangan
Berdasarkan grafik, pada percobaan 2 nilai tegangan arus juga terlihat naik turun seiring berjalannya waktu. Tegangan arus mengalami kenaikan dan penurunan akan tetapi kuat arus mengalami penurunan yang konstan dari 0,02 ke 0,01. Terjadinya naik turun tegangan arus ini disebabkan karena tegangan berbanding lurus terhadap kuat arus, sehingga ketika kuat arus semakin kecil maka tegangan pun semakin kecil (Chi J, Hongmei Y, 2018).
4.3 Penenetuan Gas Hidrogen yang Terbentuk
Gas Hidrogen (H2) dapat dipisahkan dari molekul air dengan cara memasukkan arus listrik dengan besaran yang sesuai sehingga gas oksigen dan hidrogen dapat dipisahkan (Ridwan, 2016). Banyaknya gas hidrogen yang dihasilkan dapat dilihat secara manual pada saat percobaan dan dapat dibuktikan secara teoritis. Dimana pada saat praktikum, dua buah tabung reaksi di isi dengan larutan elektrolit hingga penuh lalu diletakkan pada kedua elektroda yaitu pada anoda dan katoda. Pada katoda nantinya akan terbentuk gas hidrogen sedangkan pada anoda akan terbentuk gas oksigen (yoyon wawhyono, 2017), sehingga bisa kita lihat larutan elektrolit pada tabung reaksi yang di katoda semakin lama akan berkurang. Ketika gelembung pada tabung reaksi sudah mencapai batas nyaa maka percobaan dihentikan, kita
7,4 7,6 7,8 8 8,2 8,4 8,6
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025
Hubungan Kuat arus Vs Tegangan Konsentrasi 18
17
akan mengukur banyaknya volume larutan elektrolit yang hilang pada tabung reaksi di katoda tersebut dengan mengisi kembali tabung reaksi yang digunakan dengan air mencapai ketinggian larutan elektrolit yang hilang tersebut dengan menggunakan gelas ukur dan didapatkan volume gas tersebut yaitu pada percobaan 1 8,8904 ml dan pada percobaan 2 yaitu 8,4 ml.Dapat diketahui bahwa volume hidrogen terbanyak dihasilkan pada konsentrasi larutan elektrolit 13 %. Maka dapat disimpulkan bahwa semakin kecil konsentrasi larutan elektrolit maka volume hidrogen yang dihasilkan semakin banyak dan sebaliknya.
Secara kimia reaksi pemecahan molekul air menjadi oksigen serta hidrogen mengikuti persamaan berikut ini :
Katoda : 2H2O(l) + 2e → H2(g) + 2OH-(aq) x2 Anoda : 2H2O(l) → O2(g) + 4H+ (aq) + 4e- Sehingga reaksi nya menjadi :
Katoda : 4H2O(l) → 2H2(g) + 4OH-(aq)
Anoda : 2H2O(l) → O2(g) + 4H+ (aq) + 4e
Total : 6H2O(l) → 2H2(g) + O2(g) + 4OH-(aq) + 4H+(aq)
18 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan dari percobaan modul elektrolisis air ini adalah : 1. overpotensial minimum jatuh pada nilai tegangan yang konstan sering
dengan meningkatnya arus listrik. Dalam praktikum ini konsentrasi 13 memiliki kuat arus konstan yang mana dari 1 menit pertama didapatkan kuat arus 0,2 dan pada menit ke 2 kuat arus turun ke 0,01 sampai ke menit.
untuk konsentrasi 18 pada pengukuran menit kedua didapatkan kuat arus 0,02 dan turun pada menit berikutnya sampe ke menit 25 dengan kuat arus 0,01.
2. efisiensi arus dan konsumsi energi untuk konsentrasi 13 dan 18 adalah 2,2861 watt.detik/ml dan 2,7490 watt.detik/ml
3. volume hydrogen yang dihasilkan untuk masing-masing konsentrasi adalah sebesar 3,5 ml dan 2,75 ml
5.2 Saran
Adapun saran pada percobaan modul elektrolisis air ini adalah : 1. Diharapkan praktikan memakai alat dalam kondisi yang baik.
2. Diharapkan sebelum melakukan perccobaan sebaiknya dilakukan pengecekan rangkaian alat yang akan digunakan untuk menghindari eror saat praktikum berlangsung
3. Diharapkan praktikan lebih teliti dalam pengambilan data.
19
DAFTAR PUSTAKA
Achmad H. (1992). Elektrokimia dan dan Kinetika Kimia. Bandung: Citra Aditya Bakti.
Dodi P.S., M. B. (2017). ELEKTROKIMIA. 6.
Dosen Mahasiswa, T. K. (2021). MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL II. 55 - 56.
Ena Marlina, S. W. (2013). PRODUKSI BROWN’S GAS HASIL ELEKTROLISIS H2O DENGAN KATALIS NaHCO3. Jurnal Rekayasa Mesin , 1.
M Farid R.R., D. I. (2012). Perancangan dan pembuatan alat pemroduksi gas brown dengan metode elektrolisis berskala Laboratorium. JURNAL TEKNIK POMITS.
Ridwan, M. (2016). Sel Elektrokimia : Karakteristik dan Aplikasi. . circuit vol 2, 177- 180.
Riyanto. (2013). ELLEKTROKIMIA DAN APLIKASINYA. Yogyakarta: Graha ilmu.
Rusminto Tjatur W., N. S. (2011). PROSES ELEKTROLISA PADA PROTOTIPE
“KOMPOR AIR” DENGAN PENGATURAN ARUS DAN TEMPERATUR. 2.
SETIAWAN, R. H. (2014). LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIK 2 “ Sel Elektrolisis : Pengaruh Suhu Terhadap △H,△G, dan △S”.
20
LAMPIRAN
Lampiran A (Data Mentah)
1. Percobaan ke 1 Volume H2O : 1000 ml Katoda : Batang Karbon Anoda : Batang Karbon
Tabel A. 1 Data Mentah percobaan 1 dengan konsentrasi NaCl 13 M waktu (menit, t) Arus (Ampere, l) Tegangan (Volt, V)
1 0.02 9.15
2 0.01 9.26
3 0.01 9.23
4 0.01 9.21
5 0.01 9.19
6 0.01 9.13
7 0.01 9.1
8 0.01 9.08
9 0.01 9.06
10 0.01 9.02
11 0.01 8.97
12 0.01 8.94
13 0.01 8.92
14 0.01 8.89
15 0.01 8.84
16 0.01 8.79
17 0.01 8.78
18 0.01 8.75
19 0.01 8.71
20 0.01 8.69
21 0.01 8.65
22 0.01 8.63
23 0.01 8.57
24 0.01 8.36
25 0.01 8.34
21 2. Percobaan ke 2
Volume H2O : 1000 ml Katoda : Batang Karbon Anoda : Batang Karbon
Tabel A. 2 Data Mentah percobaan 2 dengan konsentrasi NaCl 18 M waktu (menit, t) Arus (Ampere, I) Tegangan (Volt, V)
1 0.01 7.56
2 0.02 8.36
3 0.01 8.46
4 0.01 8.49
5 0.01 8.48
6 0.01 8.49
7 0.01 8.48
8 0.01 8.49
9 0.01 8.49
10 0.01 8.48
11 0.01 8.49
12 0.01 8.49
13 0.01 8.48
14 0.01 8.39
15 0.01 8.4
16 0.01 8.43
17 0.01 8.43
18 0.01 8.43
19 0.01 8.42
20 0.01 8.41
21 0.01 8.41
22 0.01 8.36
23 0.01 8.36
24 0.01 8.36
25 0.01 8.36
22 Lampiran B (Perhitungan)
a. Efisiensi arus dan konsumsi energi Percobaan ke-1
• Menghitung Q 𝑄 =𝑡2−𝑡1
2 (𝐼1+ 𝐼2)
Contoh perhitungan Q pada pengukuran saat t=4 menit 𝑄 =240−180
2 (0.01 + 0.01) = 0,60 𝐶
• Menghitung Q rata-rata 𝑄𝑎𝑣𝑒 = 𝑄1+𝑄2+𝑄3+𝑄4+𝑄5+⋯+𝑄𝑛
𝑛
𝑄𝑎𝑣𝑒 = 𝑄1+𝑄2+𝑄3+𝑄4+𝑄5+⋯+𝑄25
25
𝑄𝑎𝑣𝑒 =
0.90+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+
0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60 0,60+0,60
25
𝑄𝑎𝑣𝑒 = 0,612 C
• Menghitung kuat arus rata-rata 𝐼𝑎𝑣𝑒 = 𝐼1+𝐼2+𝐼3+𝐼4+𝐼5+⋯+𝐼𝑛
𝑛
𝐼𝑎𝑣𝑒 = 𝐼1+𝐼2+𝐼3+𝐼254+𝐼5+⋯+𝐼25 𝐼𝑎𝑣𝑒
0.02+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01 0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01
25
Iave = 0.0104 A
• Menghitung tegangan rata-rata 𝑉𝑎𝑣𝑒= 𝑉1+𝑉2+𝑉3+𝑉4+𝑉5+⋯+𝑉𝑛
𝑛
𝑉𝑎𝑣𝑒= 𝑉1+𝑉2+𝑉3+𝑉254+𝑉5+⋯+𝑉25 Vave=
09,15+09,26+09,23+09,21+09,19+09,13+09,10+09,08+09,06+09,02+08,97+08,94+08,92+08,89+08,84+08,79 +08,78+08,75+08,71+08,69+08,65+08,63+08,57+08,36+08,34
25
Vave= 8,904 V
• Menghitung Efisiensi Arus μ = 𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘
𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑘 × 100%
23 μ = 𝑃𝑉/𝑅𝑇
𝑄/𝑛𝐹 × 100%
μ = (1×3,5)/(82,057×303,15) 0,612 /(130
58,5)×96500 × 100%
μ = 49,301%
Menghitung konsumsi energi 𝐸 = 𝑄 𝑥 𝑉
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑔𝑎𝑠 𝐸 = 0,60 𝑥 0,0104
3,50 = 1,5241 𝑤𝑎𝑡𝑡. 𝑑𝑒𝑡/𝑚𝐿
b. Efisiensi arus dan konsumsi energi Percobaan ke-2
• Menghitung Q 𝑄 =𝑡2−𝑡2 1(𝐼1+ 𝐼2)
Contoh perhitungan Q pada pengukuran saat t=4 𝑄 =240−180
2 (0.01 + 0.01) = 0.60 𝐶
• Menghitung Q rata-rata 𝑄𝑎𝑣𝑒= 𝑄1+𝑄2+𝑄3+𝑄4+𝑄5+⋯+𝑄𝑛
𝑛
𝑄𝑎𝑣𝑒= 𝑄1+𝑄2+𝑄3+𝑄4+𝑄5+⋯+𝑄25
25
𝑄𝑎𝑣𝑒=
0,90+0,90+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+
0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60+0,60 0,60+0,60
25
𝑄𝑎𝑣𝑒= 0.624 C
• Menghitung kuat arus rata-rata 𝐼𝑎𝑣𝑒 = 𝐼1+𝐼2+𝐼3+𝐼4+𝐼5+⋯+𝐼𝑛
𝑛
𝐼𝑎𝑣𝑒 = 𝐼1+𝐼2+𝐼3+𝐼4+𝐼5+⋯+𝐼25
25
𝐼𝑎𝑣𝑒 =
0.01+0.02+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+
0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+0.01+
0.01+0.01
25
𝐼𝑎𝑣𝑒 = 0.0104 A
• Menghitung tegangan rata-rata
24 𝑉𝑎𝑣𝑒 = 𝑉1+𝑉2+𝑉3+𝑉4+𝑉5+⋯+𝑉𝑛
𝑛
𝑉𝑎𝑣𝑒 = 𝑉1+𝑉2+𝑉3+𝑉4+𝑉5+⋯+𝑉30
30
𝑉𝑎𝑣𝑒 =
7,56+8,36+8,46+8,49+8,48+8,49+9,48+8,49+8,49+8,48+8,49+8,49+8,48+8,39+8,40 8,43+8,43+8,43+8,42+8,41+8,41+8,36+8,36+8,36+8,36
25
𝑉𝑎𝑣𝑒 = 8,40 V
• Menghitung Efisiensi Arus μ = 𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘
𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑘 × 100%
μ = 𝑃𝑉/𝑅𝑇
𝑄/𝑛𝐹 × 100%
μ = (1×2,75)/(82,057×303,15) 0,624 /(180
58,5)×96500 × 100%
μ = 52,602%
• Menghitung konsumsi energi 𝐸 = 𝑄 𝑥 𝑉
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑔𝑎𝑠 𝐸 = 0,60 𝑥 8,4
2,75 = 1,8327 𝑤𝑎𝑡𝑡. 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘/𝑚𝐿
25 Lampiran C (Dokumentasi)
Gambar C. 1 Rangkaian Alat Operasi
Gambar C. 2 Proses Pembuatan Larutan Elektrolit
26
Gambar C. 3 Proses Pengamatan Gas
27 Lampiran D (Risk Assessment)
28
29
30
31
32
33
