Aplikasi elektrokimia sangatlah luas. Pada industri

Laporan Resmi
Fisika Dasar II
+
+
+
+
A
+
Rv
+
E
+
+
Rg
Nama Percobaan : VOLTAMETER
Oleh:
Mardatila Shafira Zhalsabila S
1413100029
Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
i
VOLTAMETER (L2)
MARDATILA SHAFIRA ZHALSABILA SUDRAJAT
1413100029
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2014
ABSTRAK
Elektrokimia mempelajari tentang perubahan energi listrik menjadi energi kimia didalam
sel elektrolisis sebagaimana terjadinya perubahan energi kimia menjadi energi listrik
didalam sel galvani atau sel volta. Dalam percobaan ini dipelajari tentang elektrolisis
yang prosesnya terjadi karena adanya arus yang mengalir dalam larutan, kemudian energi
yang dihasilkan menyebabkan terjadinya reaksi kimia oksidasi-reduksi secara spontan.
Pada proses elektrolisis ini dipakai larutan elektrolit sebagai konduktor/penghantar,
misalnya asam-basa atau garam karena larutan-larutan tersebut mengandung ion-ion
positif dan negatif dalam larutannya. Percobaan ini menggunakan CuSO4 yang bersifat
garam sebagai larutan (mediator), pada katoda dipakai lempeng Cu dan Pb pada anoda.
Dengan mengalirkan sejumlah arus dari sumber tegangan dan ditunggu selama waktu
tertentu maka akan terjadi endapan Cu di katoda yang besarnya dapat kita hitung. Karena
endapan yang terjadi pada katoda adalah Cu maka percobaan ini dinamakan voltameter
tembaga. Dari data-data yang dihasilkan (seperti waktu, besar arus, dan selisih berat),
kemudian diolah, dapat digunakan untuk mengetahui banyaknya endapan pada katoda
dan menghitung keseksamaan arus ampermeter dengan arus sesungguhnya sesuai
perhitungan secara teori.
1
1
Kata Kunci : Elektrokimia, Elektrolisis, Reaksi Oksidaso-Reduksi, Katoda, Anoda, Voltameter
ii
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI .......................................................................................................... iii
DAFTAR TABEL .................................................................................................. iv
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. v
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1
1.2 Tujuan Percobaan .......................................................................................... 1
1.3 Permasalahan................................................................................................. 2
BAB II DASAR TEORI ........................................................................................ 3
2.1 Elektrokimia .................................................................................................. 3
2.2 Elektrolisis .................................................................................................... 3
2.3 Elektrolisis Katoda dan Anoda CuSO4 ......................................................... 4
2.3 Voltameter .................................................................................................... 5
2.4 Hukum Faraday ............................................................................................. 6
2.5 Arus Listrik Dalam Larutan Elektrolit .......................................................... 8
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN .............................................................. 9
3.1 Alat dan Bahan .............................................................................................. 9
3.2 Cara Kerja ..................................................................................................... 9
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ............................................ 10
4.1 Analisa Data ................................................................................................ 10
4.2 Perhitungan ................................................................................................. 11
4.2.1 Perhitungan Mencari Nilai Arus Listrik (i) dengan Katoda
Lempengan Dua ............................................................................................ 11
4.2.2 Perhitungan Mencari Nilai Arus Listrik (i) dengan Katoda
Lempengan satu ............................................................................................ 12
4.3 Pembahasan ................................................................................................. 13
BAB V KESIMPULAN ........................................................................................ 16
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 17
LAMPIRAN .......................................................................................................... 18
RALAT PERHITUNGAN ................................................................................ 18
1.1.1 Ralat Perhitungan Arus Listrik pada Lempengan Dua sebagai Katoda 18
1.1.2 Ralat Perhitungan Arus Listrik pada Lempengan Satu sebagai Katoda
....................................................................................................................... 19
iii
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Data Hasil Percobaan Lempengan Dua Sebagai Katoda ......................... 10
Tabel 2 Data Hasil Percobaan Lempengan Satu Sebagai Katoda ......................... 10
Tabel 3 Data Hasil Perhitungan Arus Listrik (i) Lempengan Dua Sebagai Katoda
............................................................................................................................... 12
Tabel 4 Data Hasil Perhitungan Arus Listrik (i) Lempengan Satu Sebagai Katoda
............................................................................................................................... 13
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Set Up Alat Voltameter .......................................................................... 9
v
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari tentunya sudah mengenal berbagai macam alat
yang menggunakan energi listrik. Contoh yang paling sederhana adalah pada
mobil listrik mainan anak-anak, mobil mainan tersebut dapat berjalan dikarenakan
adanya suatu batterai yang terdapat rangkaian listrik didalamnya,
rangkaian
tersebut memiliki sebuah arus listrik, kekuatan arus listrik dapat diukur dengan
sebuah alat yang disebut amperemeter. Dengan amperemeter kita bisa mengetahui
besarnya kuat arus berdasarkan angka yang ditunjuk oleh jarum penunjuk.
Namun, besarnya kuat arus tersebut bukanlah nilai yang mutlak disebabkan
karena amperemeter hanyalah sebagai indikator kedua dalam pengukuran
amperemeter sehingga nilai dari kuat arus tersebut harus disesuaikan.
Dalam pemurnian logam atau pemisahan logam campuran untuk memperoleh
logam murni juga diperlukan prinsip dari arus listrik (beda potensial). Dalam hal
ini, pemurnian logam dapat dilakukan dengan perantara dari larutan yang mampu
menghantarkan arus listrik (beda potensial). Nilai dari potensial listrik dapat
diukur dengan menggunakan alat yang dinamakan voltmeter. Dalam praktikum
kali ini, diharapkan praktikan lebih memahami kegunaan dari voltmeter serta
mampu menentukan nilai arus listrik berdasarkan amperemeter.
1.2 Tujuan Percobaan
Percobaan ini bertujuan untuk menentukan keseksamaan dari penunjukkan
jarum amperemeter dengan menggunakan voltameter tembaga bila dibandingkan
dengan perhitungan dari hasil percobaan berdasarkan teori.
1
1.3 Permasalahan
Permasalahan yang timbul dalam percobaan ini adalah berapa besar kuat arus
sesungguhnya apabila dihitung berdasarkan teori dan persamaan yang ada.
Hasilnya akan dibandingkan dengan nilai dari kuat arus yang diperoleh
berdasarkan
percobaan
dengan
amperemeter
keseksamaannya.
2
sehingga
akan
didapatkan
BAB II DASAR TEORI
2.1 Elektrokimia
Elektrokimia menghubungkan reaksi kimia oksidasi-reduksi dengan fisika
aliran muatan. Hal ini membuka kesempatan penggunaan energi bebas yang
tersedia dalam reaksi kimia spontan untuk menghasilkan kerja yang berguna serta
pemanfaatan energi untuk menghasilkan reaksi yang tidak mungkin dengan jalan
lain. Ilmu yang mempelajari reaksi oksidasi-reduksi menyebabkan elektron
bergerak pada kawat atau ketika aliran elektron mengakibatkan reaksi oksidasireduksi disebut elektrokimia (Oxtoby, 1999).
Aplikasi elektrokimia sangatlah luas. Pada industri, banyak zat kimia
penting termasuk cairan pemutih, dibuat melalui reaksi elektrokimia. Baterai yang
menghasilkan energi listrik dari reaksi elektrokimia juga digunakan sebagai
penyuplai tenaga pada lampu senter, kalkulator elektronik, laptop, alat pemicu
jantung dan bahkan mobil (Oxtoby, 1999).
Dalam sebuah sel elektrokimia, reaksi oksidasi dan reduksi pada elektroda
diletakkan secara terpisah. Satu elektroda mengumpulkan elektron dari bagian
yang teroksidasi. Elektron melewati kawat dan dikeluarkan ke bagian tereduksi
pada elektroda kedua. Setengah reaksi oksidasi dan reduksi terjadi dalam 2 ruang
sel yang berbeda. Setengah reaksi reduksi terjadi pada elektroda katoda, dan
setengah reaksi sel oksidasi terjadi pada elektroda anoda. Kedua elektroda yang
terpisah dihubungkan oleh sebuah larutan elektrolit. Perpindahan elektron pada sel
elektrokimia akan dengan cepat berhenti, kecuali apabila terdapat suatu larutan
elektrolit yang mampu menjaga kenetralan dalam aliran listrik. Sehingga,
dibuatlah sebuah jembatan garam sebagai tempat perpindahan ion-ion dari satu
elektroda ke elektroda yang lain (Oxtoby, 1999).
2.2 Elektrolisis
Jika listrik dilewatkan lelehan senyawa ionik atau larutan elektrolit, suatu
reaksi kimia yang disebut elektrolisis akan terjadi. Pada sel elektrolisis ini reaksi
tidak terjadi secara spontan. Dimana terjadi perubahan energi listrik menjadi
3
energi kimia misalnya pada penyepuhan logam. Peralatan khusus untuk
melakukan elektrolisis disebut sel elektrolisis atau sel elektrolitik. Pada sel khusus
ini bersisi lelehan senyawa ionik dan elektroda dicelupkan kedalam sel dan
kemudian dihubungkan ke sumbeer listrik searah (DC). Saat listrik mulai
dialirkan, perubahan kimia mulai terjadi. Pada elektroda positif (anoda) terjadi
oksidasi. Sumber arus searah mengalirkan elektron-elektron melalui rangkaian
listrik eksternal menuju elektroda negatif (katoda). Di katoda terjadi reaksi
reduksi. Pada saat sel elektrolisis dihubungkan dengan sumber arus listrik maka
anion yaitu ion negatif dalam elektrolit ditarik ke anoda yang bermuatan positif.
Adapun kation yaitu ion positif ditarik ke katoda yang yang bermuatan negatif.
Ion yang bereaksi di elektroda menjadi tidak bermuatan. Elektron mengalir dari
anoda ke baterai dan dari baterai ke katoda (Sharma, 1994).
Apabila lelehan senyawa ionik yang digunakan adalah CuSO4 maka dalam
sel elektrolisis tersebut, elektron masuk kedalam larutan pada katoda inert, dan
bergabung dengan H+ dalam larutan membentuk H sebagai atom tunggal.
Sedangkan ion Cu2+ memberi 2 elektron pada elektroda. Elektron ini mengalir
melalui rangkaian luar elektroda ke sumber potensial (Cutnell, 1995).
2.3 Elektrolisis Katoda dan Anoda CuSO4
Pada reaksi elektrolisis dari larutan CuSO4 (tembaga sulfat) dengan
elektroda inert, terdapat reaksi:
CuSO4  Cu2+ + SO42Katode : Cu2+ +2e-  Cu
x2
 4H+ + O2 + 4e-
Anode
: 2H2O
x1
Redoks
: 2 Cu2+ +2H2O 2Cu+4H+ + O2
Reaksi elektrolisis CuSO4 pada ruang katode juga terjadi reduksi / pelepasan
elektron dari :
2Cu2+ + 4e-  2Cu
sedangkan pada ruang anode terjadi oksidasi / penambahan elektron dari
4
2H2O  4H+ + O2 + 4ehasil akhir dari reaksi elektrolisis CuSO4 adalah
2 Cu2+ +2H2O  2Cu+4H+ + O2
Dari reaksi ini dapat disimpulkan bahwa zat yang terbentuk di anode adalah
oksigen (O2) dan zat yang terbentuk di ruang katode adalah tembaga (Cu) (Chang,
2005).
2.3 Voltameter
Voltameter adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengukur perbedaan
potensial antara dua titik pada satu komponen. Kedua terminal voltmeter harus
dihubungkan dengan kedua buah titik yang tegangannya akan diukur sehingga
terhubung secara parallel dengan komponen tersebut. Nilai perbedaan potensial
dapat dilihat berdasarkan penunjukan posisi jarum dengan pembacaan digital atau
dengan
defleksi
elektron.
Terdapat
dua
pertimbangan.
Yang
pertama,
bagaimanakah keakuratan dari pengukuran voltmeter? Untuk pembacaan secara
digital, nilai beda potensial telah ditunjukkan berdasarkan angka terakhir yang
dimunculkan oleh voltameter tersebut. Sedangkan untuk pembacaan secara
analog, keakuratan diberikan dalam presentase skala penuh sehingga memiliki
ketelitian yang lebih besar (Wolfson, 1990).
Voltmeter biasanya disusun secara paralel (sejajar) dengan sumber
tegangan atau peralataan listrik. Cara memasang voltmeter adalah dengan
menghubungkan ujung sumber tegangan yang memiliki potensial lebih tinggi
(kutub positif) harus dihubungkan ke terminal positif voltmeter, dan ujung sumber
tegangan yang memiliki potensial lebih rendah (kutub negatif) harus dihubungkan
ke terminal negatif voltmeter. Biasanya voltmeter digunakan untuk mengukur
sumber tegangan seperti baterai, elemen volta, atau aki. Bagian-bagian voltmeter
hanya terdiri dari skala penunjuk besarnya tegangan, setup pengatur fungsi, dan
kutub positif serta negatif (Tipler, 2008).
Untuk mengukur tegangan dari sebuah terminal atau dari suatu rangkaian
dapat digunakan voltmeter yang dipasang paralel terhadap beban / rangkaian yang
5
hendak diketahui tegangannya. Pada rangkaian arus searah pemasangan kutubkutub voltmeter harus sesuai kutub positif dengan potensial tinggi atau kutub
negatif dengan potensial rendah. Biasanya ditandai dengan kabel berwarna hitam
dan merah atau biru. Bila pemasangan terbalik akan terlihat angka negatif pada
voltmeter digital. Sedangkan pemasangan ampermeter pada rangkain harus secara
seri sedangkan pemasangan voltmeter harus dipasng paralel karena agar tegangan
yang terbaca pada voltmeter sama dengan hambatan. Apabila pemasangannya
tertukar maka hasil pengukuran tidak sesuai dengan yang di inginkan. Pada saat kita
ingin mengetahui besar beda potensial atau gaya gerak listrik atau tegangan jepit
suatu rangkaian, voltmeter dipasang secara paralel dengan beban. Setelah voltmeter
terpasang dengan benar maka hasil pengukuran harus memperhatikan bagaimana
menuliskan hasil pengukuran yang benar. Kita dapat menemukan beberapa
perbedaan tegangan AC dan tegangan DC sebagai berikut:
Tegangan AC mudah dinaikkan atau diturunkan daripada DC.
Listrik AC lebih rnudah ditransmisikan dari pembangkit ke pelanggan dari
pada listrik DC.
Pembangkit listrik DC lebih murah dan sederhana.
Tegangan dan arus AC mempunyai nilai maksimurn dan minimum sesuai
dengan grafiknya yang berbentuk sinusoidal, sedangkan untuk listrik DC tidak
terdapat nilai-nilai tersebut. Prinsip kerja voltmeter hampir sama dengan
ampermeter karena desainnya juga terdiri dari galvanometer dan hambatan seri
atau multiplier. Galvanometer menggunakan prinsip hukum lorenzt dimana
interaksi antara medan magnet dan kuat arus akan menimbulkan gaya magnetic.
Gaya magnetik inilah yang menggerakkan jarum penunjuk sehingga menyimpang
pada saat dilewati oleh arus yang melewati kumparan. Makin besar kuat arus
makin besar pula penyimpangannya (Sharma, 1994).
2.4 Hukum Faraday
Aspek ganda sel elektrokimia (galvani dan elektrolisis) segera disadari
setelah penemuan sel tersebut pada tahun 1800 oleh Alessandro Volta. Volta
membuat sebuah “aki” yang terdiri dari sejumlah lembaran perak dan seng yang
dipisahkan satu sama lainnya oleh lembaran kertas berpori yang dibasahi oleh
6
larutan garam. Sekitar tahun 1870, Sir Humphry Davy telah membuat unsur
natrium dan kaliun dengan menggunakan sebuah aki untuk mengelektrolisis
masing-masing hidroksidanya. Akan tetapi, dasar ilmiah sel elektrokimia yang
digunakan tidak jelas. Penelitian Michael Faraday menunjukkan hubungan
kuantitatif langsung antara jumlah zat yang bereaksi di katoda dan anoda serta
muatan listrik total yang melewati sel. Pengamatan ini merupakan inti dari Hukum
Faraday yang dinyatakan sebagai:
“Massa zat tertentu yang dihasilkan atau dipakai pada suatu elektroda
berbanding lurus dengan jumlah muatan listrik yang melalui sel. Massa ekivalen
zat yang berbeda dihasilkan atau dipakai pada elektroda dengan melewatkan
sejumlah tertentu muatan listrik melalui sel ”
Hukum ini ditemukan pada tahun 1833 lebih dari setengah abad sebelum elektron
ditentukan dan dasar atom kelistrikan dipahami (Oxtoby, 1999).
Muatan e untuk sebuah elektron tunggal (dinyatakan dalam coulomb) telah
ditentukan dengan akurt menjadi :
e = 1,6021773 x 10-19 C
sehingga jumlah muatan yang ditunjukkan oleh 1 mol elektron adalah :
Q = 96.485,31 C mol-1
= 96.500 C
Jumlah muatan ini disebut tetapan Faraday. Arus listrik adalah jumlah muatan
yang mengalir melalui sebuah rangkaian per satuan waktu. Jika Q adalah besarnya
muatan dalam Coulomb dan t adalah waktu dalam detik yang diperlukan untuk
melalui sebuah titik dalam rangkaian, maka arus I adalah:
I=
Q
t
.....................................................................(2.1)
Dimana satuan untuk I adalah ampere (A) atau Coulomb/detik. Selain itu
apabila arus I mengalir dalam t detik maka pada kutub negatif (katoda) terdapat
endapan seberat W :
W = a I t ................................................................(2.2)
Dimana :
W
: Massa Endapan (gram)
7
a
: Massa Ekivalen (Ar/valensi atau Mr/valensi)
I
: Kuat arus (Ampere)
T
: Waktu (s)
(Oxtoby, 1999).
2.5 Arus Listrik Dalam Larutan Elektrolit
Arus listrik adalah gerakan sebarang dari muatan yang mengalir dari satu
daerah ke daerah lainnya. Pergerakan muatan biasanya terjadi pada bahan yang
biasa disebut konduktor. Bahan konduktor biasanya terdiri dari logam dan
biasanya dalam logam tersebut terdapat sejumlah elektron yang bergerak bebas
didalam material tersebut. Elektron-elektron bebas tersebut bergerak secara acak
dalam semua arah mirip seperti molekul-molekul sebuah gas tetapi dengan laju
yang jauh lebih besar (Zemansky, 2006).
Dalam material pengangkut arus yang berbeda, muatan partikel yang
bergerak tersebut dapat berupa muatan positif maupun negatif. Dalam logam
muatan yang bergerak selalu elektron (negatif), sedangkan dalam gas yang
terionisasi (plasma) atau larutan ion muatan yang bergerak dapat memasukkan
kedua elektron dan ion bermuatan positif. Sebaliknya dalam konduktor elektrolit
yang termasuk larutan elektrolit kuat dan elektrolit lemah, garam lebur/cair,
berapa garam padat misalnya NaCl dan AgNO3, perpindahan elektron
berlangsung dengan suatu perpindahan ion-ion baik positif maupun negatif ke
arah elektrode. Perpindahan ini tidak hanya melibatkan perpindahan listrik dari
suatu elektrode ke elektrode lainnya tetapi juga suatu perpindahan zat dari suatu
bagian konduktor ke bagian lainnya (Zemansky, 2006).
8
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini adalah voltameter tembaga
dengan perlengkapannya satu set, satu buah amperemeter, satu set timbangan
analis, satu buah tahanan geser, satu buah adaptor, satu buah stopwatch, satu buah
tahanan variable 10x10 (Rv).
3.2 Cara Kerja
+
+
+
+
A
+
Rv
+
E
+
+
Rg
Gambar 1 Set Up Alat Voltameter
Cara melakukan percobaan ini adalah pertama, dihitung arus maksimum,
dengan diukur luas permukaan katoda bila kepadatan arus 0,01-0,02 A/cm2.
Kedua, dibersihkan elektroda dengan kertas gosok, massa elektroda diukur
dengan neraca analitis. Ketiga, dibuat rangkaian seperti gambar 3.2 , digunakan
variasi i ditentukan dengan diatur Rv. Kemudian dicatat harga amperemeter dan
diusahakan harga i tetap dengan Rg diatur. Keempat, setelah ± 10 menit, diputus
aliran listrik lalu katoda dikeringkan dan ditimbang massa endapan yang
menempel pada katoda. Kelima, dilakukan langkah 2-4 sebanyak tiga kali dengan
selang waktu yang sama. Keenam, dilakukan langkah 2-5 untuk lempenagn
katoda yang berbeda.
9
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Data
Berikut ini adalah analisa data hasil percobaan yang telah dilakukan:
Tabel 1 Data Hasil Percobaan Lempengan Dua Sebagai Katoda
Perc.
i
Massa awal
Massa akhir
G
t
a
ke
(A)
(mg)
(mg)
(mg)
(detik)
(mg/C)
1
0,26
83000
83
0
600
0,3294
2
0,26
82800
83,1
0,3
600
0,3294
3
0,26
82900
83,1
0,2
600
0,3294
Harga i maksimum pada lempengan dua sebagai katoda
Diketahui:
Panjang lempengan tercelup = 3,8 cm
Lebar lempengan tercelup
= 8,2 cm
Kepadatan arus
= 0,01-0,02 A/cm2
Maka, i maksimum0,01 = 2 x luas lempengan x kepadatan arus
= 2 x (3,8 x 8,2) x 0,01
= 0,6232 A
i maksimum0,02= 2 x luas lempengan x kepadatan arus
= 2x (3,8 x 8,2) x 0,02
= 1,2464 A
Jadi, i maksimum adalah antara 0,6232 A - 1,2464 A
Tabel 2 Data Hasil Percobaan Lempengan Satu Sebagai Katoda
Perc.
i
Massa awal
Massa akhir
G
t
a
ke
(A)
(mg)
(mg)
(mg)
(detik)
(mg/C)
1
0,26
78200
78300
100
600
0,3294
2
0,26
78150
78200
50
600
0,3294
10
Harga i maksimum pada lempengan satu sebagai katoda
Diketahui:
Panjang lempengan tercelup = 4,2 cm
Lebar lempengan
= 8,2 cm
Kepadatan arus
= 0,01-0,02 A/cm2
Maka, i maksimum0,01 = 2 x luas lempengan x kepadatan arus
= 2 x (4,2 x 8,2) x 0,01
= 0,6888 A
i maksimum0,02 = 2 x luas lempengan x kepadatan arus
= 2x (4,2 x 8,2) x 0,02
= 1,3776 A
Jadi, i maksimum adalah antara 0,6888 A - 1,3776 A
4.2 Perhitungan
4.2.1
Perhitungan Mencari Nilai Arus Listrik (i) dengan Katoda
Lempengan Dua
Nilai arus listrik (i) pada percobaan ini, dapat dicari dengan menggunakan
persamaan berikut:
G=iat
Sehingga, i = G/(a t)
Contoh perhitungan:
Diketahui:
Massa awal lempengan = 82800 mg
Waktu (t) = 600 detik
Massa akhir lempengan = 83100 mg
Ekuivalen Cu (a) = 0,3294 mg/C
Massa endapan (G) = massa akhir – massa awal
= 83100 – 82800 = 300 mg
Ditanya: i =......
Jawab: i =
=
𝐺
𝑎𝑡
300
0,3294 (600)
= 1,52 A
11
Dengan perhitungan yang sama maka didapat data sebagai berikut:
Tabel 3 Data Hasil Perhitungan Arus Listrik (i) Lempengan Dua Sebagai Katoda
Perc.
a
Massa awal
Massa akhir
G
t
i
ke
(mg/C)
(mg)
(mg)
(mg)
(detik)
(A)
1
0,3294
83000
83000
0
600
0,0
2
0,3294
82800
83100
300
600
1,5
3
0,3294
82900
83100
200
600
1,0
4.2.2
Perhitungan Mencari Nilai Arus Listrik (i) dengan Katoda
Lempengan satu
Nilai arus listrik (i) pada percobaan ini, dapat dicari dengan menggunakan
persamaan berikut:
G=iat
Sehingga, i = G/(a t)
Contoh perhitungan:
Diketahui:
Massa awal lempengan = 78150 mg
Waktu (t) = 600 detik
Massa akhir lempengan = 78200 mg
Ekuivalen Cu (a) = 0,3294 mg/C
Massa endapan (G) = massa akhir – massa awal
= 78200 – 78150 = 50 mg
Ditanya: i =......
Jawab: i =
=
𝐺
𝑎𝑡
50
0,3294 (600)
= 0,3 A
Dengan perhitungan yang sama maka didapat data sebagai berikut:
12
Tabel 4 Data Hasil Perhitungan Arus Listrik (i) Lempengan Satu Sebagai Katoda
Perc.
a
Massa awal
Massa akhir
G
t
i
ke
(mg/C)
(mg)
(mg)
(mg)
(detik)
(A)
1
0,3294
78200
78300
100
600
0,5
2
0,3294
78150
78200
50
600
0,3
4.3 Pembahasan
Pada percobaan voltameter ini bertujuan agar mendapatkan keseksamaan
arus listrik dari penunjukkan jarum amperemeter dengan berdasarkan perhitungan
secara teori. Pada percobaan kali ini digunakan voltameter tembaga untuk
mengukur besar tegangan listrik pada larutan, amperemeter berfungsi sebagai
pengukuran
arus listrik yang mengalir pada rangkaian, timbangan analitis
digunakan untuk mengukur besar massa awal lempengan katoda dan massa akhir
katoda yang terdapat endapan Cu, tahanan geser (Rg) berfungsi untuk mengatur
arus listrik yang mengalir pada rangkaian agar tetap stabil, stopwatch digunakan
untuk mengukur lamanya waktu yang diperlukan untuk mengalirkan arus listrik
(dalam percobaan ini selama 10 menit), tahanan variabel (Rv) berguna untuk
mengatur variasi arus listrik yang akan dialirkan ke rangkaian.
Dalam percobaan voltameter ini terjadi perubahan secara fisika dan kimia.
Perubahan secara kimia terjadi apabila suatu zat mampu menghasilkan zat baru
pada percobaan ini perubahan secara kimia terjadi saat reaksi yang disebut reaksi
reduksi dan oksidasi berlangsung. Reaksi reduksi oksidasi ini bisa terjadi karena
pada sel elektrolisis yang berupa CuSO4 dicelupkan elektroda inert. Elektroda
inert ini yaitu elektroda yang tidak mampu bereaksi dengan sel elektrolisis CuSO4.
Ketika dialiri arus listrik pada elektroda terjadi reaksi yaitu pada elektroda positif
(anoda) terjadi reaksi oksidasi atau pelepasan elektron sebesar 2e- . Dalam
percobaan ini yang teroksidasi adalah air, karena pada SO42- bilangan oksidasinya
telah mencapai keadaan maksimum sehingga SO42- tidak dapat teroksidasi.
Karena anoda adalah bermuatan positif maka anoda menarik SO42- . Lalu elektron
13
pada SO42- dialirkan melalui rangkaian listrik menuju elektroda negatif (katoda).
Pada katoda yang bermuatan negatif (katoda) makan ion yang ditarik adalah Cu2+,
pada penarikan ion di katoda ini terjadi reaksi secara reduksi atau penangkapan
elektron sebesar 2e- sehingga ion Cu2+ menjadi tereduksi dan menghasilkan
endapan pada elektroda berupa endapan Cu. Berikut ini adalah reaksi reduksioksidasi uyang terjadi:
CuSO4(aq
Cu2+ + SO42-
Pada anoda: H2O(l)
2H+(aq) + O2(g) + 2e
Pada katoda: Cu2(aq)+ + 2e
Cu(s)
Selain itu, terjadi pula perubahan secara fisika yaitu perubahan yang bersifat
sementara pada percobaan ini terjadi saat pembentukan endapan pada elektroda
yaitu pembentukan endapan Cu yang berasal dari Cu2+ yang tereduksi.
Dalam percobaan ini didapatkan data berupa besar arus listrik (i) yang
diukur berdasarkan penunjukkan amperemeter dan besar massa endapan (G) yang
diukur dengan neraca analitis. Penentuan nilai arus listrik (i) berdasarkan
perhitungan dapa diperoleh berdasarkan data percobaan yaitu endapan
(G), waktu yang telah ditentukan dimana pada percobaan ini waktu yang
ditentukan sebesar 10 menit (600 detik) serta nilai a pada Cu yang sudah diketahui
sebesar 0,3294. Kemudian arus listrik yang dihitung tersebut dapat dibandingkan
dengan besar arus listrik berdsarkan penunjukkan jarum amperemeter. Pada
percobaan katoda lempengan dua pada amperemeter didapatkan rata rata ketiga
percobaan arus listrik sebesar 0,26A sedangkan pada hasil perhitungan arus listrik
sebesar 0,83A (rata-rata dari tiga percobaan). Namun pada percobaan yang
pertama arus listrik pada perhitungan bernilai 0 karena tidak terdapat endapan.
Diasumsikan hal ini dapat terjadi dikarenakan beberapa faktor yaitu praktikan
kurang teliti dalam melakukan percobaan, alat yang digunakan tidak berfungsi
secara maksimal, dan ketidakstabilan arus listrik. Pada percobaan kedua dengan
katoda lempengan satu
pada amperemeter didapatkan rata rata arus listrik
sebesar 0,26A sedangkan pada perhitungan sebesar 0,4A (rata-rata dari dua
percobaan). Berdasarkan analisa data tersebut jika arus listrik yang diperoleh dari
perhitungan dibandingkan dengan hasil percobaan, arus listrik pada perhitungan
14
terlihat lebih besar. Diasumsikan hal ini disebabkan oleh beberapa faktor yaitu,
kurang bersihnya dalam penggosokan katoda, ketidakstabilan arus listrik, alat
yang digunakan tidak berfungsi secara maksimal, dalam menekan stopwatch tidak
bersamaan dengan pemberian dan penghentian arus, keakuratan alat ukur dan
kurang telitinya praktikan dalam melakukan percobaan.
Dalam melakukan percobaan ini banyak sekali kendala yang dialami oleh
praktikan yaitu pada saat awal terjadinya kesalahan dalam merangkai alat, power
supply yang digunakan tidak berfungsi sehingga harus mengganti yang baru
berkali-kali, alat-alat yang lain tidak berfungsi secara maksimal. Sehingga dalam
melakukan percobaan ini kurang maksimal dan data yang dihasilkan kurang
akurat
15
BAB V KESIMPULAN
a. Kurang adanya keseksamaan yang didapat berdasarkan perbandingan arus
listrik amperemeter dan berdasarkan perhitungan secara teori.
b. Besar arus listrik berdasarkan perhitungan secara teori lebih besar daripada
arus listrik penunjukkan amperemeter.
c. Pada percobaan pertama yaitu pada lempengan dua sebagai elektroda
didapatkan rata-rata nilai ketiga arus listrik berdasarkan percobaan sebesar
0,26 A dan rata-rata nilai ketiga arus listrik berdasarkan perhitungan
sebesar 0,83 A.
d. Pada percobaan kedua yaitu pada lempengan satu sebagai elektroda
didapatkan rata-rata nilai kedua arus listrik berdasarkan percobaan sebesar
0,26 Adan rata-rata nilai kedua arus listrik berdasarkan perhitungan
sebesar 0,4 A.
e. Faktor yang mempengaruhi ketidakseksamaan antara lain :
-
Terjadinya kesalahan dalam merangkai alat
-
Power supply yang digunakan tidak berfungsi
-
Alat-alat yang lain tidak berfungsi secara maksimal
16
DAFTAR PUSTAKA
Chang, R. (2005). Kimia Dasar Konsep-Konsep Inti. Jakarta: Erlangga.
Cutnell. (1995). Physics. New York: John Wiley & Sons, Inc.
Oxtoby. (1999). Principles Of Modern Chemistry. San Diego: Harcourt Brace
College.
Sharma. (1994). A Textbook Of Physical Chemistry. New Delhi: Vikas Publishing
House PVT LTD.
Tipler, P. A. (2008). Physics For Scientist and Engineers. New York: W.H
Freeman and Company.
Wolfson, R. (1990). Physics Extended With Modern Physics. United Kingdom:
HarperCollins Publisher.
Zemansky, S. (2006). Fisika Universitas. Jakarta: Erlangga.
17
LAMPIRAN
RALAT PERHITUNGAN
1.1.1 Ralat Perhitungan Arus Listrik pada Lempengan Dua sebagai Katoda
Berikut ini adalah hasil perhitungan ralat arus listrik pada lempengan dua
sebagai katoda:
Tabel 1. Data ralat perhitungan arus listrik pada lempengan dua sebagai
katoda.
i (arus listrik)
i- 𝑖̅
(i- 𝑖̅)2
(A)
(A)
(A)
1
0,000
-0,843
0,711
2
1,518
0,675
0,455
3
1,012
0,169
0,028
Perc. Ke
∑(i − 𝑖̅)2 = 1,184
𝑖̅= 0,843
Ralat mutlak: ∆ = [
=[
∑(i− 𝑖̅)2 1/2
𝑛(𝑛−1)
]
1,184 1/2
6
]
= 0,444
∆
Ralat nisbi: I = x 100%
𝑖̅
=
0,444
0,843
x 100%
= 52,669%
Keseksamaan: K = 100% - I
= 100% - 52,669%
= 47,331%
Hasil = (0,843 ± 0,444)
Jadi, arus listrik yang sebenarnya terletak antara (0,843 - 0,444) A dan (0,843 +
0,444) A
18
1.1.2 Ralat Perhitungan Arus Listrik pada Lempengan Satu sebagai Katoda
Berikut ini adalah hasil perhitungan ralat arus listrik pada lempengan satu
sebagai katoda:
Tabel 1. Data ralat perhitungan arus listrik pada lempengan satu sebagai
katoda.
i (arus listrik)
i- 𝑖̅
(i- 𝑖̅)2
(A)
(A)
(A)
1
0,506
0,126
0,016
2
0,253
O,127
0,016
Perc. Ke
∑(i − 𝑖̅)2 = 0,032
𝑖̅= 0,380
Ralat mutlak: ∆ = [
=[
∑(i− 𝑖̅)2 1/2
𝑛(𝑛−1)
]
0,032 1/2
2
]
= 0,126
∆
Ralat nisbi: I = x 100%
𝑖̅
=
0,126
0,380
x 100%
= 33,158%
Keseksamaan: K = 100% - I
= 100% - 33,158%
= 66,842%
Hasil = (0,380 ± 0,126)
Jadi, arus listrik yang sebenarnya terletak antara (0,380 - 0,126) A dan (0,380 +
0,126) A
19