sumber : wordblog Gambar 2.4 bak arutanAnoda adalah kutub positif biasanya terbuat dari logam yang akan dilapiskan. Besar atau luas anoda disesuaikan dengan benda yang akan dilapiskan, namun pada prakteknya cukup disesuaikan dengan ukuran bak plating. (Purwanto, 2005)sumber: wordspress Gambar 2.5 elektroda tembaga 4) Katoda Katoda merupakan benda kerja yang akan dilapisi. Jika benda yang akan dilapis berbentuk tidak teratur perlu ditambahkan anoda tambahan untuk meningkatkan daya tembusnya. Benda kerja dapat berupa logam, campuran logam dan plastik. (Purwanto, 2005)5) Elektrolit

Elektrolit adalah medium penghantar yang digunakan dalam proses elektroplating. Umumnya elektrolit diperoleh dengan melarutkan zat kimia yang dilarutkan dalam air yang akan terionisasi menjadi ion positif dan negatif. Elektrolit bisa berupa larutan garam, basa atau asam yang mengandung logam yang akan diendapkan. Contoh pada pelapisan tembaga elektrolit yang digunakan adalah CuSO4. (Poyner, 1991)

\

engan

p

B. Plating Tembaga Asam

1. Kompsisi Operasi dan Kondisi larutan

Tabel 2. Komposisi larutan dan kondisi operasi plating dengan larutan asam

Formula 1Komponen dan Kondisi OperasiTembaga Sulfat200 gr/LtAsam Sulfat50 gr/LtSpecify gravity190Be pada suhu 27oCTemperature30 50oCRapat Arus2 5 A/dm2Efisiensi Arus95 100%Formula 2Komponen dan Kondisi OperasiTembaga Sulfat200 240 gr/LtAsam Sulfat55 65 gr/LtKloridasedikitAditif/organiksedikitSpecify gravity190Be pada suhu 27oCTemperature28 35oCRapat Arus2 5 A/dm2Efisiensi Arus100%sumber : Purwanto, 2005

2. Fungsi Komponen Larutan

a. Tembaga Sulfat

Tembaga Sulfat pada konsentrasi rendah di bawah kondisi operasi, proses pelapisan akan kehilangan leveling dan terjadi penurunan konduktivitas larutan, sehingga laju plating menjadi lambat. Pada konsentrasi tinggi akan menyebabkan lapisan kurang mengkilap dan leveling pelapisan.

b. Asam Sulfat

Pada konsentrasi asam sulfat yang rendah akan menyebabkan polarisasi anoda sehingga konduktivitas larutan menjadi rendah di sekitar katoda. Akibatnya laju pelapisan menjadi rendah dan waktu pelapisan menjadi lama serta tidak merata. Pada konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan pelarutan anoda tembaga sehingga konsentrasi tembaga pada larutan tidak seimbang.

`

Michael Faraday adalah orang Inggris pertama yang menerangkan hubungan kuantitatif antara banyaknya arus listrik yang digunakan pada elektrolisis dengan hasil elektrolisisnya. Hubungan kuantitatif itu disimpulkannya dalam hukum Faraday sebagai berikut: Massa zat yang terjadi akibat reaksi kimia pada elektroda berbanding lurus dengan jumlah muatan listrik yang mengalir pada larutan elektrolit selama elektrolisis.

Arus listrik (Amper) yang mengalir dalam sel elektrolisis dalam waktu tertentu dinyatakan dalam Coulumb.

(Sumber: Chang, 2010)

Hukum Faraday tersebut dapat dituliskan dengan rumus:

(Sumber Suparni, 2010)

Keterangan:

G = Berat yang diendapkan

i = kuat arus listrik yang mengalir (Ampere)

t = waktu yang diperlukan (detik)

e = Ar/elektron

F = konstanta Faraday (96500 Coulomb)

Dari rumus tersebut, Volume endapan diperoleh dengan perhitungan:

Gambar 2.1 Perhitungan Kuantitatif Zat dalam Sel Elektrolisis

(Sumber: Chang, 2010)

Contoh:

Pada elektrolisis larutan AgNO3 di katode akan terjadi reaksi berikut:

AgNO3(aq) Ag+(aq) + NO3-(aq)

Katode : Ag+(aq) + e Ag(s)

Berdasarkan reaksi tersebut untuk mengendapkan 1 mol Ag diperlukan 1 mol elektron.

Setiap 1 Faraday listrik diendapkan 1 mol Ag atau sebanyak 108 gram logam Ag (Ar Ag = 108)

Reaksi elektrolisis larutan CuSO4 dan FeCl3 pada setiap katode terjadi reaksi, yaitu:

Katode: Cu2+(aq) + 2e Cu(s)

Berdasarkan persamaan reaksi :

2 mol e ~ 1 mol Cu

1 mol e = mol Cu = x Ar Cu (gram)

B. Aspek Kuantitatif Elektrolisis

Dari beberapa contoh reaksi elektrolisis di atas, pada setiap elektrode dapat menghasilkan zat padat maupun gas. Perhitungan kimia pada sel elektrolisis dapat dilakukan berdasarkan reaksi yang terjadi pada setiap elektrode dengan menganggap bahwa jumlah aliran listrik yang dialirkan pada sel elektrolisis merupakan aliran elektron. Muatan listrik dari 1 mol elektron adalah 96500 coulomb atau 1 Faraday yang diterapkan dalam persamaan reaksi kimia.

Pada prakteknya, jumlah listrik yang diberikan pada sel elektrolisis hanya dapat diketahui dengan alat instrumen yang berhubungan dengan kuat arus dan waktu. Telah diketahui bahwa arus sebesar i ampere yang dialirkan selama t detik membawa muatan sebesar (i x t) coulomb sehingga jumlah mol elektron dalam elektrolisis dapat ditentukan dengan rumus berikut.

Contoh:

1. Pada elektrolisis larutan CuSO4 dengan menggunakan elektrode grafit selama 30 menit dan arus sebesar 10 ampere, hitunglah :

a. massa tembaga yang terjadi di katode jika Ar Cu = 63,5

b. volume gas yang terjadi pada anode jika diukur pada keadaan standar

(Ar O = 16; H = 1).

Penyelesaian

Reaksi elektrolisis yang terjadi sel adalah:

Katode : Cu2+(aq) + 2e Cu(s) (x 2)

Anode : 2H2O(l) 4H+(aq) + O2(g) + 4e

Reaksi keseluruhan : 2Cu2+(aq) + 2H2O(l) Cu(s) + 4H+(aq) + O2(g)

G Cu = QUOTE = QUOTE x QUOTE = 5,92 gram

G oksigen = QUOTE = QUOTE x QUOTE = 1,49 gram

Mol oksigen = QUOTE mol

Volume gas oksigen pada keadaan standar = QUOTE 1,043 L

2. Pada elektrolisis larutan NiSO4 selama 45 menit menghasilkan endapan Ni sebanyak 9,75 gram. Berapa gram Ag yang dihasilkan jik aarus dalam waktu yang sama dialirkan pada elektrolisis larutan AgNO3? (Ar Ni = 58,5; Ag = 108)

Penyelesaian

Cara I menggambarkan hukum Faraday II

Massa Ni : Massa Ag = ME Ni : ME Ag

9,75 g : Massa Ag = QUOTE : 108

Massa Ag = QUOTE gram = 36 gram

Cara II menggunakan stoikiometri

Reaksi katode: Ni2+(aq) + 2e Ni(s)

2 mol e ~ 1 mol e

9,75 gram Ni = QUOTE mol

QUOTE mol Ni = 2 x QUOTE mol e

Reaksi katode: Ag+(aq) + e Ag(s)

1 mol e ~ 1 mol Ag

Jumlah mol e = 2 x QUOTE mol

Mol Ag = QUOTE mol

Massa Ag = 2 x QUOTE x 108 gram = 36 gram

3. Berapa jumlah listrik dalam coulomb yang diperlukan untuk mengendapkan 15,875 gram tembaga (Ar Cu = 63,5) pada elektrolisis larutan CuSO4?

Penyelesaian

Reaksi di katode: Cu2+(aq) + 2e Cu(s)

Berdasarkan persamaan reaksi, 2 mol e ~ 1 mol Cu

Mol Cu = QUOTE mol == 0,5 mol

1 mol elektron = 1 Faraday

Jumlah listrik yang diperlukan = 0,5 F = 48.250 coulomb

Untuk menentukan tebal pelapisan pada proses elektrolisis perlu diketahui berat jenis dari logam yang terlapis pada katoda. Hubungan berat jenis dengan harga-harga yang lainnya adalah sebagai berikut :

sumber : suparni, 2010

Hukum Faraday sangat erat kaitannya dengan efisiensi arus yang terjadi pada proses pelapisan secara listrik. Effisiensi arus adalah perbandingan berat endapan yang terjadi dengan berat endapan secara teoritis dan dinyatakan dalam persen (%).

= QUOTE x 100%

Keterangan:

= effisiensi arus pada katoda (%)

QUOTE = berat endapan yang diperoleh pada katoda

QUOTE berat teoritis pada katoda yang diperoleh dari hukum Faraday

contoh:

Ketika arus 3A mengalir selama 8 menit melalui sel terdiri dari dua elektroda Pt dalam larutan Cu (NO3)2 dalam HNO3 encer asam, 0,36 g Cu diendapkan pada katoda. Hitung efisiensi plating tembaga yang terendapkan!

Jawab:

m Cu = 0,36 gram

m = e . i . t / 96.500 = QUOTE = QUOTE gram

ditanya : ..............?

= QUOTE x 100% = QUOTE

Sel elektrolisis banyak digunakan dalam industri dapat dibagi dalam tiga bidang, yaitu produksi zat atau bahan, pemurnian logam, dan penyepuhan logam. Elektroplating adalah proses pelapisan logam, dengan menggunakan bantuan arus listrik dan senyawa kimia tertentu untuk memindahkan partikel logam pelapis ke bahan/benda yang hendak dilapis. Pelapisan logam dapat berupa lapis seng (zink), galvanis, perak, emas, brass, tembaga, nikel dan krom.

Prinsip Dasar elektroplating

Prinsip dasar elektroplating adalah melapisi

permukaan benda kerja dengan logam lain

untuk memperbaiki kualitas permukaan

benda tersebut. Proses pelapisan benda

bisa berlangsung dengan bantuan arus lis-

trik DC dengan media larutan elektrolit.

sumber: SAMFA Handbook

Gambar 2.2 Rangkaian proses elektroplating

Faktor-Faktor Yang Berpengaruh pada Elektroplating

Kualitas hasil elektroplating maupun efisiensi arus sangat dipengaruhi oleh variabel-variabel:

Konsentrasi larutan

Larutan elektrolit terdiri dari senyawa logam yang berupa asam, basa atau garam. Konsentrasi elektrolit selama plating akan mengalami perubahan karena adanya penguapan dan perpindahan ion logam dari larutan ke benda kerja.

Sirkulasi elektrolit

Distribusi ion-ion di dalam elektrolit seringkali tidak merata yang disebabkan adanya ion negatif yang berlebih di sekitar katoda dan ion positif yang berlebih di sekitar katoda. Agar distribusi ion positif dan negatif di dalam elektrolit merata maka harus ada sirkulasi dalam elektrolit. Sirkulasi dalam elektrolit dapat dilakukan dengan bantuan pompa atau hembusan udara dari blower melalui pipa yang dipasang di dasar dan tepi tangki.

Rapat arus

Berdasarkan hukum faraday, banyaknya arus yang mengendap sebanding dengan kuat arus. Akan tetapi dalam praktek, besaran yang diperlukan untuk plating adalah rapat arus (arus listrik per satuan luas). Satuan rapat arus dinyatakan dalam Ampere/dm2 atau Amper/ft2. Semakin besar rapat arus maka laju plating makin cepat dan waktu yang diperlukan untuk memperoleh endapan dengan ketebalan tertentu akan makin pendek. Dalam praktek, jika benda yang akan di plating banyak, diperlukan rapat arus yang besar dan kemudian diturunkan jika benda yang akan di plating sedikit. Rapat arus yang terlalu tinggi, menyebabkan terjadinya panas, sehingga benda yang akan diplating dapat terbakar (warna benda menghitam).

Tegangan

Tegangan yang diperlukan pada proses elektroplating tergantung pada jenis, komposisi dan kondisi elektrolit. Tegangan dapat dinaikkan dengan menaikkan rapat arus listrik, akan tetapi dapat menyebabkan terjadinya polarisasi dan tercapainya tegangan batas. Pada tegangan batas tidak terjadi aliran arus listrik melalui elektrolit, dan bila tegangan dinaikkan akan terjadi elektrolisis air yang menghasilkan gas hidrogen dan oksigen.

Jarak Anoda dan Katoda

Jarak anoda dan katoda menentukan daya hantar arus listrik. Besarnya daya hantar arus listrik berbanding lurus dengan jarak anoda dan katoda. Apabila jarak anoda dan katoda kecil, maka hambatan menjadi kecil dan konduktivitas besar sehingga untuk mendapatkan arus yang besar diperlukaan tegangan yang rendah.

Rasio anoda-katoda

Perbandingan permukaan anoda-katoda sangat penting untuk menjaga agar ion-ion di dalam elektroplating selalu seimbang.

12. pH Larutan

pH dipakai untuk menentukan derajat keasaman suatu larutan elektrolit dan dalam proses elektroplating. pH larutan dapat diatur dan diukur dengan alat ukur pH meter atau colorimeter.Tujuan menentukan derajat keasaman ini adalah untuk melihat atau mengecek kemampuan dari larutan dalam menghasilkan lapisan yang lebih baik.

Peralatan dan Bahan

Elektroplating dapat dilakukan dengan peralatan sederhana yang berskala laboratorium sampai peralatan dengan skala industri.

Berikut ini adalah peralatan dan bahan yang harus ada pada proses elekroplating :

Sumber arus listrik searah dapat digunakan adaptor, accumulator atau rectifier kecil yang dapat mengubah arus listrik bolak balik menjadi DC dan dapat diubah-ubah voltasenya.

sumber : wordblog

sumber : laporan TA unnes, 2010

gambar 2.3 rectifier dan accumulator untuk proses elektroplating

2) Bak plating

Bak plating, merupakan peralatan utama

yang berfungsi untuk menampung larutan

elektrolit, larutan pencuci dan air pembilas.

Syarat bak terbuat dari bahan yang tahan

terhadap korosi, suhu dan tahan terhadap si-

fat larutan elektrolit yang ditampungnya.

Bak dapat berbentuk segiempat atau silinder.

Bahan dari bak dapat terbuat dari plastik jenis

polipropilen, polietilen, poli vinil clorida dll.

Anoda

Peralatan tambahan yang diperlukan dalam proses elektroplating, diantaranya:

Rak benda kerja, merupakan salah satu peralatan tambahan yang berfungsi sebagai tempat untuk mengantungkan benda kerja dan sebagai penghantar arus listrik. Rak benda harus kuat untuk menahan berat benda kerja serta tidak menimbulkan panas yang berlebihan baik.

Gambar 2.6 beberapa jenis rak benda kerja

(Sumber: Samfa Handbook)

2. Pemanas listrik

Pemanas ini, diperlukan bila temperatu suhu larutan elektrolit lebih dari suhu kamar. Sistem pemanasan dan pendinginan dapat dilakukan dengan dua cara yaitu dari dalam dan dari luar bak.

sumber : wordblog

Gambar 2.6 pemanas listrik

Agitator

Selama proses pelapisan berlangsung, larutan sekitar katoda menjadi kurang pekat (encer), karena sebagian ion logam mengendap pada benda kerja sehingga arus listrik akan bergerak ke bagian atas larutan. Kejadian ini akan menyebabkan ketebalan lapisan menjadi berkurang dan rapat arus menjadi bertambah. Oleh karena itu untuk mendapatkan hasil lapisan yang tebal dan merata,perlu dilakukan sistim agitasi dengan tujuan sebagai berikut:

a) Pengisian kembali ion-ion logam yang berkurang didekat katoda atau benda kerja.

b) Mencegah terjadinya gelembung udara pada permukaan benda kerja.

c) Menghindari penumpukkan ion-ion logam dalam larutan.

Agitasi dapat dilakukan dengan menggunakan pompa resirkulasi, atau udara dari blower dan kompresor.

Saringan atau filter

Saringan atau filter ini digunakan untuk memisahkan partikel-partikel atau kotoran yang melayang-layang dalam larutan elek-trolit. Teknik penyaringan ini dapat dilakukan dengan cara langsung, menggunakan alat penyaring atau menggunakan bak penyaring.

Gambar 2.7 saringan (filter)

(Sumber: Samfa Handbook)

Barrel sebagai tempat untuk menampung benda kerja yang akan dilapis dan sebagai agitasi larutan. Umumnya barrel digunakan untuk proses pelapisan produk-produk yang berukuran kecil. Misalnya: Baut, mur dan lain-lain.

sumber : wordpress

Gambar 2. 8 Barrel

Hukum Faraday

Mengoperasikan peralatan plating

Setelah benda kerja telah bersih dari semua pengotor, maka benda kerja tersebut siap untuk dilakukan penyepuhan.

sumber :Kanani

Gambar 2.10 rangkaian proses elektrolisis

Dalam proses pelapisan ada beberapa variable yang perlu dikontrol, yaitu :

Rapat arus (current density)

Tegangan arus (voltage)

pH larutan

Temperature

Pengerjaan akhir

Benda kerja yang telah dielektroplating dibilas dan dikeringkan,tetapi kadang-kadang perlu juga dilakukan pengerjaan lanjut seperti dipasipkan atau diberi pelapis pelindung.

Soal :

1. Apa yang akan terjadi jika kita mengubah arah arus DC setelah terjadi pelapisan?

2. Sarankan percobaan untuk mengukur berat molekul Cu dan logam lainnya!

3. Apa keuntungan dan kelemahan dari elektroplating? Apakah Anda pikir itu dapat digunakan dalam nanoteknologi? Sarankan kemungkinan realisasi.

4. Apakah dengan mengurangi atau menambah lebih banyak garam (CuSO4) dalam air akan diperoleh hasil yang lebih baik?

5. Apa yang akan terjadi jika kita meninggalkan saat diaktifkan untuk jangka waktu yang jauh lebih lama (jam dan hari)?

6. Logam apa yang kamu ketahui yang dapat dilapisi dalam skala besar?

PENYEPUHAN TEMBAGA

Tembaga atau cuprum merupakan logam yang banyak digunakan, karena mempunyai sifat yang dapat menghantarkan listrik dan panas dengan baik. Tembaga juga digunakan sebagai pelapis dasar karena dapat menutup permukaan benda yang dilapisi dengan baik.

gambar 2.1 Body kamera yang dilapisi tembaga

Sifat-sifat fisika tembaga;

Logam yang berwarna kemerah-merahan dan berkilauan

Dapat ditempa, dibengkokkan dan merupakan penghantar panas dan listrik.

Titik leleh : 1.083C, titik didih : 2.301C

Berat jenis tembaga sekitar 8,92 gr/cm3

Sifat-sifat kimia tembaga

Dalam udara kering sukar teroksidasi, akan tetapi jika dipanaskan akan membentuk oksida tembaga (CuO)

Dalam udara lembab akan diubah menjadi senyawa karbonat atau karat basa, menurut reaksi : 2Cu + O2 + CO2 + H2O ( (CuOH)2CO3

Tidak dapat bereaksi dengan larutan HCl encer maupun H2SO4 encer.

Dapat bereaksi dengan H2SO4 pekat maupun HNO3 encer dan pekat.

Cu + H2SO4 ( CuSO4 + 2H2O + SO2

Cu + 4HNO3 pekat ( Cu(NO3)2 + 2 H2O + 2 NO2

3 Cu + 8HNO3 encer ( 3 Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO

Dalam pelapisan tembaga digunakan bermacam-macam larutan yaitu: larutan sianida, larutan asam, larutan fluoborat dan larutan pirosulfat. Diantara keempat larutan yang paling banyak digunakan adalah larutan asam dan sianida.

Plating Tembaga Sianida

Pelapisan tembaga sianida digunakan sebagai lapisan dasar (Undercoat) pada pelapisan baja, karena penutupan lapisan bagus, daya tembus yang tinggi dan kemudahan dilakukan buffing pada hasil lapisan.

Komposisi Operasi dan Kondisi Larutan

Tabel 1. Komposisi dan Kondisi Operasi Plating Tembaga Sianida

Tipe : StrikeKomponen dan Kondisi OperasiTembaga Sianida15 gr/LtPotasium Karbonat23 gr/LtpH12 12,6Temperature30 40oCRapat Arus1 2 A/dm2Efisiensi Arus30%Tipe : RochelleKomponen dan Kondisi OperasiTembaga Sianida40 gr/LtPotasium Karbonat50 gr/LtSodium Karbonat30 gr/LtpH12 12,6Temperature40 60oCRapat Arus2 4 A/dm2Efisiensi Arus50%Tipe : Efisiensi TinggiKomponen dan Kondisi OperasiTembaga Sianida75 gr/LtPotasium Karbonat100 gr/LtSodium Karbonat30 gr/LtpH> 13Temperature70 80oCRapat Arus3 6 A/dm2Efisiensi Arus100% sumber: Suparmi, 2010

Permasalahan dan Pemecahannya

Permasalahan

PenyebabSolusiPelepuhan dan pengelupasan larutanPembersihan benda kerja kurang sempurna

Bersihkan dengan sempurnaLapisan KasarKotoran yang melayang-layang di larutan

Konsentrasi nikel rendah

kontaminasi logam lainSaring larutan atau gunakan filter pada peralatan

Tambahkan nikel sulfat

tambahkan purifer untuk mengikat logamLapisan terbakarArus terlalu tinggi

suhu terlalu rendahturunkan arus listrik

tambahkan suhu larutanLapisan gelapAdsorpsi dengan karbon aktifDaya tembus rendahKonsentrasi nikel rendah

Rapat arus rendah

Aditif kurang koreksi kadar konsentrasi

tambahkan arus listrik

Jarak Anoda dan Katoda

Jarak anoda dan katoda menentukan daya hantar arus listrik. Besarnya daya hantar arus listrik berbanding lurus dengan jarak anoda dan katoda. Apabila jarak anoda dan katoda kecil, maka hambatan menjadi kecil dan konduktivitas besar sehingga untuk mendapatkan arus yang besar diperlukaan tegangan yang rendah.

Rasio anoda-katoda

Perbandingan permukaan anoda-katoda sangat penting untuk menjaga agar ion-ion di dalam elektroplating selalu seimbang.

Temperatur

Temperatur berpengaruh terhadap konduktivitas. Temperature yang tinggi menyebabkan konduktivitas meningkat. Temperature yang terlalu tinggi menyebabkan endapan terbakar dan kerusakan terhadap adaitif.

Daya tembus (throwing power)

Daya tembus adalah kemampuan proses elektrolitik untuk menutup katoda dengan lapisan seseragam mungkin. Daya tembus ini perlu diperhatikan untuk memplating benda-benda yang rumit.

Epitaxy dan leveling

Epitaxy adalah lapisan yang terbentuk mengikuti bentuk dan struktur dari benda kerja. leveling adalah lapisan yang terbentuk mempunyai kecenderungan meratakan bagian-bagian benda yang cekung. Expitaxy dapat dicegah dengan memperhalus permukaan benda kerja dan leveling dapat ditingkatkan dengan penambahan aditif.

Aditif

Aditif merupakan zat yang ditambahkan dalam jumlah yang sedikit dalam elektrolit untuk mengatur pertumbuhan kristal sehingga diperoleh hasil plating dengan kualitas yang bagus. Pemberian aditif dapat pula memperbaiki leveling. Aditif dapat berupa senyawa organik, yang bekerja pada rentang temperatur tertentu dan dapat rusak selama proses elektroplating.

11. Kontaminasi

Kontaminan dapat berupa partikel-partikel yang melayang-layang atau tersuspensi dalam larutan. Kontaminan ini dapat berasal dari debu, alat-alat kerja dan benda kerja. Kontaminan dapat dihilangkan dengan filtrasi pada aliran sirkulasi cairan.

Proses elektroplating

Proses elektroplating meliputi:

Pengolahan awal bertujuan untuk menyiapkan benda kerja yang akan dilapisi dari kotoran-kotoran yang melekat dan sekaligus menyiapkan kondisi fisik permukaan, sehingga lebih baik dan lebih aktif. Pengolahan awal ini dapat dilakukan secara mekanik dan menggunakan bahan kimia tergantung pada jenis pengotornya.

Pembersihan secara mekanik, pekerjaan ini betujuan untuk menghaluskan permukaan dengan menggunakan mesin gerinda dan menghilangkan goresan-goresan serta garam-garam yang masih melekat pada benda kerja dengan menggunakan mesin gerinda yang rodanya terbuat dari bahan katun, linen dan lain-lain.

Pembersihan dengan alkali, proses ini bertujuan untuk membersihkan benda kerja dari lemak atau minyak-minyak yang menempel. Pembersihan ini perlu sekali, karena lemak maupun minyak tersebut akan mengganggu pada proses pelapisan. Jika permukaan benda kerja terdapat minyak maka akan mengurangi kontak antara lapisan dengan logam dasar/benda kerja.

Pembersihan dengan asam, pencucian dengan asam bertujuan untuk membersihkan permukaan benda kerja dari oksida atau karat dan sejenisnya secara kimia melalui perendaman. Larutan asam ini terbuat dari pencampuran air bersih dengan asam antara lain: HCl, H2SO4, dan HF. Berikut ini adalah urutan langkah penyiapan benda kerja:

sumber : wordblog

Gambar 2.9 Urutan pengerjaan benda kerja pada pengolahan awal

Soal Latihan:

Berapa gram perak (Ar Ag = 108) yang terbentuk di katoda, jika arus listrik sebesar 10 Ampere dialirkan melalui AgNO3 selama 2 jam?

Ke dalam lelehan CuCl2 dialirkan arus listrik sebesar 0,5 A selama 1 jam. Berapa massa Cu yang akan mengendap di katoda?

Jika larutan CuSO4 dielektrolisis dengan arus listrik 1930 Coulomb, hitunglah berat endapan tembaga (Ar Cu = 63,5) yang terbentuk di katoda!

Hitunglah massa perak yang mengendap di katoda, jika jumlah listrik yang mengalir melalui larutan AgNO3 sebesar 0,25 faraday adalah...... (Ar Ag = 108)

Berapa waktu yang diperlukan untuk mengendapkan 5 gram Cu (Ar=64) di katoda, bila ke dalam sel yang berisi larutan ion Cu dialirkan arus listrik 5 amper?

Pada suatu elektrolisis, sejumlah arus tertentu dalam waktu 2 jam membebaskan gas hidrogen sebanyak 0,504 gram (Ar H = 1). Hitunglah waktu yang diperlukan untuk membebaskan gas oksigen (Ar = 16) dengan arus yang sama!

Arus listrik tertentu mengendapkan 0,54 gram perak (Ar Ag = 108) dari larutan AgNO3. Jika arus tersebut dilewatkan melalui larutan XSO4, maka logam X (Ar X = 40) yang mengendap adalah ...

Arus listrik sebanyak 10 A dialirkan ke dalam larutan asam sulfat selama 1930 detik. Volume gas yang dihasilkan pada anoda jika diukur pada keadaan standar adalah...

Satu liter larutan AgNO3 dielektrolisis menggunakan elektroda platina dengan muatan listrik sebesar 965 C. Maka pH larutan yang terjadi adalah...

Pada elektrolisis larutan PbSO4 dianoda dihasilkan gas oksigen sebanyak 1,12 liter (0oC, 1 atm). Maka banyaknya arus yang dialirkan adalah...

Arus listrik 5790 Coulomb dialirkan ke dalam larutan elektrolit garam logam X dan mengendapkan 1,12 gram X. Diketahui 1 Faraday = 96500 C. Jika Ar X = 56 maka logam X dapat dinyatakan sebagai...

Jika konsentrasi elektrolit berlebih akan menyebabkan menurunnya kekilapan dan kerataan lapisan dan juga pemborosan bahan. Dan jika konsentrasi elektrolit rendah akan terjadi penurunan konduktivitas, sehingga proses elektroplating menjadi lama.

Sirkulasi elektrolit

Distribusi ion-ion di dalam elektrolit seringkali tidak merata yang disebabkan adanya ion negatif yang berlebih di sekitar katoda dan ion positif yang berlebih di sekitar katoda. Agar distribusi ion positif dan negatif di dalam elektrolit merata maka harus ada sirkulasi dalam elektrolit. Sirkulasi dalam elektrolit dapat dilakukan dengan bantuan pompa atau hembusan udara dari blower melalui pipa yang dipasang di dasar dan tepi tangki.

Rapat arus

Berdasarkan hukum faraday, banyaknya arus yang mengendap sebanding dengan kuat arus. Akan tetapi dalam praktek, besaran yang diperlukan untuk plating adalah rapat arus (arus listrik per satuan luas). Satuan rapat arus dinyatakan dalam Ampere/dm2 atau Amper/ft2. Semakin besar rapat arus maka laju plating makin cepat dan waktu yang diperlukan untuk memperoleh endapan dengan ketebalan tertentu akan makin pendek. Dalam praktek, jika benda yang akan di plating banyak, diperlukan rapat arus yang besar dan kemudian diturunkan jika benda yang akan di plating sedikit. Rapat arus yang terlalu tinggi, menyebabkan terjadinya panas, sehingga benda yang akan diplating dapat terbakar (warna benda menghitam).

Tegangan

Tegangan yang diperlukan pada proses elektroplating tergantung pada jenis, komposisi dan kondisi elektrolit. Tegangan dapat dinaikkan dengan menaikkan rapat arus listrik, akan tetapi dapat menyebabkan terjadinya polarisasi dan tercapainya tegangan batas. Pada tegangan batas tidak terjadi aliran arus listrik melalui elektrolit, dan bila tegangan dinaikkan akan terjadi elektrolisis air yang menghasilkan gas hidrogen dan oksigen.

yang akan di plating sedikit. Rapat arus yang terlalu tinggi, menyebabkan terjadinya panas, sehingga benda yang akan diplating dapat terbakar (warna benda menghitam).

Elektroplating (Penyepuhan)

siswa dapat menyiapkan alat dan bahan elektroplating dengan benar.

siswa dapat melakukan pengolahan awal elektroplating dengan benar.

siswa melaksanakan pelapisan logam dengan tembaga.

siswa melakukan pengolahan akhir dengan benar.

Berapa banyaknya muatan listrik yang diperlukan untuk menetralkan larutan yang terbentuk di katoda pada elektrolisis larutan Na2SO4 diperlukan 50 ml larutan HCl 0,2 M?

Berapakah berat lapisan tembaga yang dihasilkan pada besi baja yang dielektrolisis dengan menggunakan arus sebesar 4 Ampere selama 20 menit, dengan efisiensi arus sebesar 90%?

Pada elektrolisis larutan ZnSO4, diperoleh 26 gram endapan logam Zn (Ar = 65) selama 2,5 jam. Jika 1 F = 96500 Coulomb, tentukan berapa ampere arus yang dihasilkan?

Jika arus sebesar 3 Ampere mengalir selama 8 menit melewati sel elektrolisis larutan Cu(NO3)2 dalam HNO3 dengan elektroda Pt. Jika sebanyak 0,36 gram Cu terendapkan di katoda. Hitunglah effisiensi arus yang terdapat dalam sel tersebut!

3. Permasalahan dan Pemecahan

Permasalahan

PenyebabSolusiLapisan kasaradanya bahan-bahan atau partikel yang melayang layang di dalam larutan elektrolitlakukan penyaringan larutan

anoda dibungkus dengan kain tahan asam agar kotoran tertahan dan tidak masuk ke dalam larutanAnoda terlapisi warna hitam/coklat

Kandungan asam rendahAnalisis konsentrasi asam secara teratur

tambahkan kekurangannyaDaya tembus rendahkadar asam rendah sehingga tempat-tempat yang rumit tidak dapat terlapisi dengan baik.Analisis konsentrasi asam secara teratur

tambahkan kekurangannyaLapisan bercoreng dan tampak gelap

Adanya pengotor-pengotor organik menyebabkan lapisan tampak berwarna gelap.saring larutan dengan karbon aktifGaram-garam mengendap dan menempel pada dinding tangkiKonsentrasi asam dan atau tembaga sulfatAnalisis larutan

encerkan dengan air suling sesuai komposisi.Anoda mengkilap dan berkristalSuhu yang rendahNaikkan suhu larutan dengan memanaskannyaUjung benda kerja terbakar dan terjadi penumpukanKerapatan arus dan tegangan terlalu tinggiKurangi arus

Perlebar jarak anoda dan katoda

PELAPISAN NIKEL

Nikel merupakan logam pelapis yang digunakan secara luas dalam industri plating. P elapisan nikel ini bertujuan:

lapis dekoratif seperti lapisan nikel mengkilap, lapisan nikel suram dan lapisan nikel hitam

lapisan yang bertujuan teknik yaitu untuk meningkatkan kekerasan permukaan

komponen misalnya lapis nikel keras (hard nickel).

Sifat-sifat fisika nikel

Nikel murni berwarna putih cemerlang dan sedikit keabu-abuan

Nikel mempunyai berat jenis 8,9 gr/cm3, titik leleh 1.455oC dan titik didih 2.900 oC

Nikel bersifat keras, dapat ditempa dan dibengkokkan

Sifat-sifat kimia nikel:

Dengan HCl dan H2SO4 encer bereaksi sangat lambat dan memnghasilkan gas H2 menurut persamaan reaksi:

Ni(s) + 2 HCl(l) ( NiCL2 (aq) + H2(g)

Ni(s) + 2H2SO4(l) ( NiSO4 (aq) + H2(g)

Dengan HNO3 bereaksi lebih cepat dengan menghasilkan gas NO yang bersifat racun : Ni(s) + 2HNO3(l) (3 NiNO3(aq) + 4H2O(g) + 2NO(g)

Komposisi dan Kondisi Operasi plating Nikel

Tabel 1. Komposisi dan Kondisi Operasi

Formula 1Komponen dan Kondisi OperasiNikel Sulfat, NiSO4. 6H2O240 300 gr/ltNikel Klorida, NiCl2. 6H2O40 60 gr/ltAsam Borat, H3BO325 40 gr/ltSuhu21 65 o (opt 55oC)pH1,4 4,5 9opt 3,5)AgitasiUdara/mekanisKerapatan Arus 3 7 A/dm2

lanjutan tabel 4. 1 Komposisi dan Kondisi Operasi plating Nikel

Formula 2Komponen dan Kondisi OperasiNikel Sulfat, NiSO4. 6H2O240 gr/LtNikel Klorida, NiCl2. 6H2O45 gr/LtAsam Borat, H3BO330 gr/ltSuhu25 65oCpH4 - 5Kerapatan arus1 6 A/dm2Efisiensi Katoda95 100%Formula 3Komponen dan Kondisi OperasiNikel Sulfat, NiSO4. 6H2O150 250 gr/LtNikel Klorida, NiCl2. 6H2O80 110 gr/LtAsam Borat, H3BO340 50 gr/ltSuhu50 70 oCpH4 5 (opt 5)Kerapatan arus2 5 A/dm2Efisiensi Katoda100%

Fungsi Komponen Utama Elektrolit

Nikel Sulfat

Nikel sulfat berfungsi sebagai sumber utama ion Ni2+. Nikel sulfat memiliki harga yang tidak mahal dan ion sulfat yang relatif stabil. Nikel sulfat mudah larut dan kurang berpengaruh terhadap konduktivitas elektrolit bila dibandingkan dengan ion Cl-. Ion nikel akan tereduksi menjadi logam nikel dan mengendap di benda kerja.

Nikel Klorida

Seperti halnya dengan nikel sufat, senyawa nikel klorida juga berfungsi sebagai penyedia ion Ni2+ dan meningkatkan konduktivitas larutan. Konduktivitas yang tinggi dapat menyebabkan peningkatan daya tembus dan rapat arus.

Asam borat

Peran asam borat untuk menjaga pH dari larutan, tetapi tidak terlalu penting dan relatif tidak diperlukan.

PELAPISAN KROM

Selain nikel maka pelapisan khrom banyak dilaksanakan untuk mendapatkan permukaan yang menarik . Kromium merupakan logam yang digunakan untuk berbagai keperluan y ang sangat luas, seperti perabot rumah tangga, kendaraan bermotor atau rol industri. Karena sifat khas krom yang sangat tahan karat maka pelapisan khrom mempunyai kelebihaan tersendiri bila dibandingkan dengan pelapisan lainnya. Pelapisan krom bisa bersifat dekoratif dan atraktif. Keuntungan lainnya adalah dapat dicapainya hasil pelapisan yang keras.

Sifat-sifat fisika krom:

Logam berwarna putih, mengkilap dan kebiru-biruan

dapat ditempa dan tahan korosi

mempunyai titik leleh 2.130oC, titik didih 2.945oC, dan berat jenis 7,19 gram/cm3

Sifat-sifat kimia krom:

Ion krom mempunyai billangan oksidasi lebih dari satu: +2, +3 dan +6

Larut dalam HCl menurut persamaan : Cr(s) + HCl (l) ( CrCl2(aq) + H2(g)

Komposisi dan Kondisi Operasi

Tabel 1. Komposisi dan Kondisi Operasi plating Krom

Larutan Plating Krom StandarKomponen dan Kondisi OperasiAsam Kromat250 280 gr/LtAsam Sulfat2,5 2,8 gr/LtKrom/sulfat100 ml/ltKrom valensi +31 gr/ltSuhu43 55oCKerapatan arus14,3 43,0 A/dm2Efisiensi Katoda23 %Larutan Albright and WilsonKomponen dan Kondisi OperasiAsam Kromat150 gr/LtAsam SulfatO,87 gr/LtKatalis15 ml//ltSuhu50 70 oCKerapatan arus11 - 17 A/dm2Efisiensi Katoda100%

lanjutan tabel Komposisi dan Kondisi Operasi plating Krom

Hard KromKomponen dan Kondisi OperasiAsam Kromat150 gr/LtAsam SulfatO,87 gr/LtKatalis15 ml//ltSuhu46 57 oCKerapatan arus33A/dm2

Fungsi Larutan Utama

Asam kromat

Asam kromat merupakan satu-satunya sumber ion krom, karena anodanya adalah inert.

Asam Sulfat

Asam Sulfat merupakan katalis yang mempercepat reaksi.

Permasalahan dan Pemecahannya

Permasalahan

PenyebabSolusiNoda coklat pada benda Asam sulfat terlalu rendah Naikkan kadar asam sulfat Pelekatan lapisan yang kurang baikkontaminasi minyak

Arus terputus-putusPastikan kebersihan benda kerja

cek sambungan listrikLapisan hangus terbakarArus terlalu tinggi

jarak katoda dan anoda terlalu dekat turunkan arus listrik

perlebar jarak katoda dan anodaLapisan kasarAsam sulfat terlalu rendah

Analisis larutan, koreksi kadar konsentrasi

Adsorpsi dengan karbon aktifTidak terjadi pelapisan, timbul gasAsam sulfat berlebihan

kontaminasi kloridaAnalisis larutan, koreksi kadar konsentrasi dengan menambahkan perak oksida sesuai keperluanTidak terjadi pelapisan, timbul gas, benda kerja larutSalah meletakkan katoda dan anoda

Cek sambungan listrik

Latihan Soal :

Larutan CuSO4 dengan elektroda inert

Larutan CuSO4 dengan elektroda Cu

Perhatikan penentuan jenis reaksi reduksi dan oksidasi pada elektrolisis larutan berikut berikut:

Larutan NaCl dengan elektroda inert

Larutan K2SO4 dengan elektroda inert

Larutan K2SO4 dengan elektroda inert

Reaksi elektrolisis pada sel dengan elektrolit larutan

Reaksi elektrolisis yang terjadi pada jenis sel ini agak kompleks, karena adanya reaksi-reaksi bersaing antara reaksi redoks elektrolit dan pelarut air. Adanya reaksi-reaksi yang bersaing tersebut, maka untuk menentukan reaksi yang terjadi pada katoda dan anoda dengan ketentuan berikut:

Reaksi reduksi di katoda

Reaksi reduksi di katoda dengan menggunakan deret volta.

Ion positif dari logam-logam di sebelah kanan hidrogen pada deret volta akan tereduksi dan membentuk endapan di katoda

Ln+ + ne- ( L

Ion positif dari logam-logam di sebelah kiri hidrogen pada deret volta akan teroksidasi kecuali Fe, Ni, Sn dan Pb. Hal ini disebabkan ion H+ dari H2O lebih mudah tereduksi.

Reaksinya: 2H2O (aq) + 2e ( H2 (g) + 2OH (aq)

Jika larutan elektrolit berupa asam, maka ion H+ dari asam yang akan tereduksi.

Reaksinya: 2H+ (aq)+ 2e H2 (g)

Reaksi oksidasi di anoda

Jika anoda inert, maka:

Ion negatif dari elektrolit yang mengandung oksigen (sisa asam oksi) seperti SO42-, NO32-, dan PO42- yang teroksidasi adalah air.

Reaksinya: 2H2O ( l ) ( 4H+ (aq) + O2 (g) + 4e

Ion negatif dari elektrolit yang mengandung Ion OH dioksidasi menjadi H2O dan O2.

Reaksinya: 4OH (aq) ( 2H2O ( l ) + O2 (g) + 4e

Ion negatif dari elektrolit yang tidak mengandung oksigen (X), seperti F, Cl-, Br dan I akan teroksidasi;

2X + 2e- ( X2 (X= F, Cl, Br dan I)

Jika anoda aktif (tidak inert), maka logam dari anoda yang akan teroksidasi.

Elektrolisis adalah peristiwa penguraian elektrolit oleh arus listrik searah dengan menggunakan dua macam elektroda. Tempat terjadinya reaksi elektrolisis disebut sel elektrolisis. Sel elektrolisis terdiri dari larutan yang dapat menghantarkan listrik yang disebut elektrolit, dan dua buah 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. Pada katoda terjadi reaksi reduksi, yaitu kation (ion positif) bergerak menuju katoda sehingga jumlah elektronnya bertambah sehingga bilangan oksidasinya berkurang.

sumber: Jepersen, 2010

gambar 1. Sel elektrolisis NaCl

Reaksi-reaksi elektrolisis tergantung jenis elektrolit yang terlibat dalam sel.

Reaksi elektrolisis pada sel dengan elektrolit lelehan

Jenis sel ini merupakan sel yang sederhana karena berlangsung tanpa air.

Reaksi elektrolisis lelehan garam LxMy. Di dalam sel elektrolisis ion Ly+ akan mengalami reduksi dan ion Mx- akan mengalami oksidasi.

Melaksanakan Proses Elektrolisis halaman 13