Elektroplating

BAB I

PENDAHULUAN

1.1       Latar Belakang

Korosi yang terjadi di berbagai lingkungan menyebabkan kerusakan yang memakan biaya cukup besar terjadi setiap tahun. Untuk menanggulangi bahaya korosi, perlu dicari cara-cara untuk melindungi logam yang mudah terkorosi. Salah satu cara perlindungan yang patut di lakukan adalah memberikan suatu lapisan logam tertentu sebagai lapis pelindung. Ada bermacam-macam cara untuk memberikan logam pelapis pada logam yang akan dilindungi. Salah satu diantaranya adalah proses lapis listrik (electroplating).

Elektroplating adalah proses yang menggunakan arus listrik untuk mengurangi kation logam terlarut sehingga membentuk lapisan logam yang koheren pada elektroda. Istilah ini juga digunakan untuk oksidasi listrik anion ke substrat padat, seperti dalam pembentukan perak klorida  pada kawat perak untuk membuat elektroda perak/perak klorida. Elektroplating terutama digunakan untuk mengubah sifat permukaan suatu  benda (misalnya abrasi dan ketahanan aus, perlindungan korosi,  pelumasan, kualitas estetika), tetapi juga dapat digunakan untuk membangun ketebalan pada bagian berukuran atau membentuk objek dengan electroforming. Percobaan ini dilakukan untuk melihat cara elektroplating dan pengaruh konsentrasi larutan terhadap elektroplating yang dilakukan.

1.2       Tujuan Percobaan

            Tujuan percobaan ini adalah untuk melihat laju pelapisan Cu terhadap Fe dan pengaruhnya terhadap perbedaan konsentrasi elektrolit dan arus listrik.

BAB II

TINJAUAN KEPUSTAKAAN

Elektrokimia adalah studi mengenai hubungan yang terjadi antara reaksi kimia dan arus listrik. Reaksi elektrolisis juga masuk ke dalam yang satu ini, dimana perubahan yang ada dipaksa terjadi oleh aliran listrik yang melalui sistem kimia. Prinsip dari metode elektrosintesis didasarkan pada penerapan teori-teori elektrokimia. Baik teknik elektrosintesis maupun metode sintesis secara konvensional, mempunyai variabel-variabel yang sama seperti suhu, pelarut, pH, konsentrasi reaktan, metode pencampuran dan waktu. Akan tetapi perbedaannya, jika dielektrosintesis mempunyai variabel tambahan yakni variabel listrik dan fisik seperti elektroda, jenis elektrolit, lapisan listrik ganda, materi/jenis elektroda, jenis sel elektrolisis yang digunakan, media elektrolisis dan derajat pengadukan (Suminar, 2007).

Elektroplating merupakan teknik pelapisan secara elektrodeposisi, yaitu proses pengendapan pelapis logam secara elektrokimia. Cara pelapisan ini memerlukan arus listrik searah (DC). Bila listrik mengalir antara anoda dan katoda, didalam larutan konduktor/larutan elektrolit, maka akan terjadi reaksi kimia pada permukaan logam tersebut. Pada sistem demikian, bila diberi tegangan atau beda potensial, ion-ion bergerak menuju elektroda. Kation bergerak menuju katoda dan anion menuju anoda. Masing-masing mempunyai laju yang khas (konduktivitas ion spesifik). Konduktivitas total larutan tertentu merupakan penjumlahan dan konduktivitas ion individu segenap ion yang dikandungnya (Sukardjo, 2003).

Teknologi pengerjaan logam, proses electroplating dikategorikan sebagai proses pengerjaan akhir (metal finishing). Secara sederhana, elektroplating dapat diartikan sebagai proses pelapisan logam, dengan menggunakan  bantuan arus listrik dan senyawa kimia tertentu guna memindahkan partikel logam pelapis ke material yang hendak dilapis. Proses elektroplating mengubah sifat fisik, mekanik, dan sifat teknologi suatu material. Salah satu contoh perubahan fisik ketika material dilapis dengan nikel adalah bertambahnya daya tahan material tersebut terhadap korosi, serta bertambahnya kapasitas konduktifitasnya. Adapun dalam sifat mekanik, terjadi perubahan kekuatan tarik maupun tekan dari suatu material sesudah mengalami pelapisan dibandingkan sebelumnya. Karena itu, tujuan pelapisan logam tidak luput dari tiga hal, yaitu untuk meningkatkan sifat teknis/mekanis dari suatu logam, yang kedua melindungi logam dari korosi, dan ketiga memperindah tampilan (Prabowo, 2003).

Efisiensi plating pada umumnya dinyatakan sebagai efisiensi arus anoda maupun katoda. Efisiensi katoda yaitu arus yang digunakan untuk pengendapan logam pada katoda dibandingkan dengan total arus masuk. Arus yang tidak dipakai untuk pengendapan digunakan untuk penguraian air membentuk gas hidrogen, hilang menjadi panas atau pengendapan logam-logam lain sebagai impuritas yang tak diinginkan. Efisiensi anoda yaitu perbandingan antara jumlah logam yang terlarut dalam elektrolit dibanding dengan jumlah teoritis yang dapat larut menurut Hukum Faraday. Kondisi plating yang baik bila diperoleh efisiensi katoda sama dengan efisiensi anoda, sehingga konsentrasi larutan bila menggunakan anoda aktif akan selalu tetap (Suminar, 2008).

Beberapa hal yang mempengaruhi lapisan pada elektroplating yaitu

      a.       Logam Dasar

        Digunakan untuk pembuatan elektroda (katoda) atau benda kerja harus berbentuk batang yang mempunyai penampang melintang bulat atau persegi (berbentuk pelat). Logam dasar harus bebas dari lemak dan kotoran-kotoran oksida yang dapat mempengaruhi pelekatan lapisan dan dapat menimbulkan korosi.

      b.      Rapat Arus

          Pada proses ini jumlah logam yang terdeposisi pada katoda atau yang lenyap dari anoda. Rapat arus yang timbul dapat mempercepat terjadinya pengendapan namun hasilnya kasar.di samping itu rapat arus yang tinggi dapat menyebabkan pelarutan kembali pada lapisan yang terbentuk. Rapat arus yang rendah menyebabkan pelepaan ion lambat sehingga membutuhkan waktu yang relatif lama.

      c.       Konsentrasi Larutan Elektrolit

         Pada larutan yang konsentrasinya rendah, proses pelapisan berlangsung lama dan kemungkinan tidak terjadilapisan. Sebaliknya pada larutan yang konsentrasinya tinggi, akan menghasilkan lapisan yang melekat kuat tetapi kemungkinan lapisan yang terjadi kasar.

      d.      pH Larutan

       Larutan yang bersifat netral atau mendekati netral mudah menjadi larutan yang bersifat basa dipermukaan katoda, sehingga lapisan yang terbentuk akan tercampur dengan lapisan garam basa atau hidroksida. pH yang terlalu rendah memudahkan terjadinya reaksi pembentukan gas hidrogen dan melarutnya kembali lapisan yang terjadi. Nilai potensial (E) untuk elektroda hidrogen bergantung pada konsentrasi ion hidrogennya. Misalnya di buat konsentrasi sel hidrogen yang satu dalam keadaan baku dan sel hidrogen yang lain tidak dalam keadaan baku (Darmaji, 2005).

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1       Alat dan Bahan

            Alat yang digunakan adalah cawan elektroplating, stopwatch, sumber arus variasi AC, ampelas, multimeter, dan timbangan analitis.

Bahan  yang digunakan adalah kristal CuSO_4, logam Cu, logam Fe dan aquades.

3.2       Skema Kerja

            Pertama dibuat larutan CuSO₄ dengan konsentrasi 0,05 M dan 0,1 M. Kemudian dibersihkan logam Cu dan Fe dengan ampelas, ditimbang berat logam Cu dan Fe, dirangkai sel dan dimasukan 50 ml larutan CuSO₄  0,1 M ke dalam cawan elektroplating, dialirkan arus listrik sebanyak 5 A dengan tegangan 10 volt. Kemudian dimatikan arus listrik, dicuci logam Fe dengan air, dikeringkan serta ditimbang. Percobaan diulangi untuk larutan CuSO₄   0,05 M.

BAB IV

DATA HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

4.1       Data Hasil Pengamatan

Tabel 4.1 Data Hasil Pengamatan

No	Logam	Berat Awal (gram)	Waktu (detik)	Arus (Ampere)	Tegangan (Volt)	Konsentrasi Elektrolit (M)	Berat Akhir (gram)
1	Cu	22,252	600	5	10	0,1	22,232
	Fe	21,500					21,571
2	Cu	22,250	600	5	10	0,05	22,230
	Fe	21,465					21,487

4.2       Pembahasan

Sel elektrokimia merupakan suatu sel atau tempat terjadinya aliran elektron yang disebabkan oleh perubahan energi kimia menjadi energi listrik atau sebaliknya. Sel ini dikelompokkan menjadi dua macam yaitu:

1.      Sel Volta melibatkan perubahan energi kimia menjadi energi listrik

2.      Sel Elektrolisis melibatkan perubahan energi listrik menjadi energi kimia.

Elektroplating merupakan salah satu cara yang biasa digunakan dalam proses pelapisan suatu logam dengan logam lain yang lebih tahan terhadap korosi. Selain itu, teknik ini juga dimanfaatkan untuk memperindah suatu logam. Elektroplating dibuat dengan cara mengalirkan arus listrik melalui larutan antara logam atau material lain yang konduktif. Dua buah plat logam merupakan anoda dan katoda dihubungkan pada kutub positif dan negatif terminal sumber arus searah (DC). Logam yang terhubung dengan kutub positif disebut anoda dan yang terhubung dengan kutub negatif disebut katoda. Ketika sumber tegangan digunakan pada elektrolit, maka kutub positif mengeluarkan ion bergerak dalam larutan menuju katoda dan disebut sebagai kation. Kutub negatif juga mengeluarkan ion, bergerak menuju anoda dan disebut sebagai anion. Larutannya disebut elektrolit.

Percobaan ini menggunakan logam besi (Fe) dan tembaga (Cu) pada proses elekroplating. Cawan elektroplating berisi larutan elektrolit berupa CuSO₄. Larutan elektrolit yang digunakan memiliki konsentrasi yang berbeda, yaitu konsentrasi 0,1 M dan 0,05 M sehingga dapat dibandingkan pengaruh konsentrasi terhadap pelapisan logam. Logam yang diletakkan pada katoda dan anoda dibersihkan terlebih dahulu, hal ini untuk menghilangkan pengotor-pengotor yang terdapat pada logam serta menghilangkan karatan pada logam. Setelah pembersihan logam dilakukan penimbangan untuk mengetahui massa logam sebelum proses elektroplating dan setelahnya. Kemudian logam Fe diletakkan pada anoda dan Cu diletakkan pada  katoda.

Menurut teori, logam Cu akan mengalami reduksi dan Fe mengalami oksidasi. Pada sel elektrolisis, katoda akan mengalami reduksi sedangkan anoda mengalami oksidasi. Logam yang telah diletakkan pada  masing-masing elektroda dimasukkan ke dalam cawan elektroplating yang didalamnya berisi larutan CuSO₄ 0,1 M kemudian dialirkan arus listrik. Votase yang digunakan pada percobaan ini adalah 10 volt. Arus yang digunakan adalah 5 Ampere. Setelah 10 menit, logam Fe mengalami korosi dengan pertambahan massa dari 21,500 gram menjadi 21,571 gram sedangkan logam Cu mengalami penurunan massa dari 22,252 gram menjadi 22,232 gram yang artinya mengalami reduksi pada konsentrasi 0,1 M. Pada konsentrasi 0,05 M logam Fe juga mengalami penambahan massa dari 21,465 gram menjadi 21,487  gram dan logam Cu mengalami penurunan massa dari 22,250 gram menjadi 22,230 gram. Massa elektroplating yang diperoleh CuSO₄ yaitu 2,75 x 10^-7 gram.

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses elektroplating adalah:

      1.      Logam Dasar

Logam dasar digunakan untuk pembuatan elektroda (katoda) atau benda kerja harus berbentuk batang yang mempunyai penampang melintang bulat atau persegi (berbentuk pelat). Logam dasar harus bebas dari lemak dan kotoran-kotoran oksida yang dapat mempengaruhi pelekatan lapisan dan dapat menimbulkan korosi. Deret Volta adalah susunan unsur-unsur logam berdasarkan potensial elektroda standarnya (E°). Semakin ke kiri, kedudukan suatu logam akan semakin negatif, semakin reaktif (mudah melepas elektron) dan reduktor kuat (mengalami oksidasi).

Li-K-Ba-Ca-Na-Mg-Al-Mn-Zn-Cr-Fe-Ni-Co-Sn-Pb-(H)-Sb-Bi-Cu-Hg-Ag-Pt-Au

      2.      Rapat Arus

Pada proses ini jumlah logam yang terdeposisi pada katoda atau yang lenyap dari anoda. Rapat arus yang timbul dapat mempercepat terjadinya pengendapan namun hasilnya kasar, di samping itu rapat arus yang tinggi dapat menyebabkan pelarutan kembali pada lapisan yang terbentuk. Rapat arus yang rendah menyebabkan pelepasan ion lambat sehingga membutuhkan waktu yang relatif lama.

      3.      Konsentrasi Larutan Elektrolit

Pada larutan yang konsentrasinya rendah, proses pelapisan berlangsung lama dan kemungkinan tidak terjadi lapisan. Sebaliknya pada larutan yang konsentrasinya tinggi, akan menghasilkan lapisan yang melekat kuat tetapi kemungkinan lapisan yang terjadi kasar.

      4.      Waktu

Semakin lama waktu dialirkan listrik pada logam, maka logam tersebut semakin mudah teroksidasi dan tereduksi.

BAB V

KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:

1.    Logam Fe mengalami oksidasi sedangkan Cu mengalami reduksi.

2.    Semakin meningkatnya konsentrasi larutan elektrolit maka massa pelapisan pada logam akan Fe semakin besar.

3.    Selisih berat logam Cu yang diperoleh pada proses elektroplating dengan konsentrasi 0,1 M 0,02 gram.

4.    Selisih berat logam Fe yang diperoleh pada proses elektroplating dengan konsentrasi 0,1 M 0,071 gram.

5.    Selisih berat logam Fe yang diperoleh pada proses elektroplating dengan konsentrasi 0,05 M 0,022 gram.

6.    Selisih berat logam Cu yang diperoleh pada proses elektroplating dengan konsentrasi 0,05 M 0,02 gram.

DAFTAR PUSTAKA

Achmadi, Suminar. 2007. Kimia Dasar : Prinsip dan Aplikasi Modern. Terjemahan dari General Chemistry: Principle and Modern Application oleh Petrucci. Erlangga, Jakarta.

Achmadi, Suminar. 2008. Kimia Untuk Pemula. Terjemahan dari Chemistry for Beginner oleh David Golberg. Erlangga, Jakarta.

Darmaji. 2005. Kimia Fisika II. Universitas Jambi Press, Jambi.

Prabowo. 2003. Kimia For Dummes. Terjemahan dari Chemistry For Dummies oleh John Moore. Pakar Raya, Jakarta

Sukardjo. 2003. Dasar-dasar Kimia Fisika. UGM Press, Yogyakarta.