BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Elektrokimia dapat didefinisikan sebagai ilmu sains yang mempelajari hal-hal

yang berhubungan dengan konversi energi secara kimia dan elektris. Dalam hal

ini mungkin saja penggunaan listrik untuk menghasilkan reaksi kimia, atau

penggunaan reaksi kimia untuk menghasilkan listrik.Elektrokimia merupakan

salah satu cabang sains kimia dan teknologi yang sangat penting. Ilmuwan sejak

jaman Faraday (1791-1867) telah tertarik dengan larutan elektrolit, sifat korosif

yang ditimbulkannya, serta proses-proses lain yang berhubungan dengan

perpindahan elektron dari satu substansi ke substansi lain.

Secara garis besar, sel elektrokimia dapat digolongkan menjadi Sel galvani

dan sel elektrolisis. Elektrokimia sendiri memiliki banyak manfaat dalam bidang

analisis kimia diantaranya : Eletrokoagulasi, Elektrodialisi, Elektrowining,

Elektrorefining, Elektroplating dan sebagainya. Salah satu yang akan dibahas

dalam makalah ini adalah elektrowining,elektrorefining dan elektroplating.

Elektrowinning adalah proses elektrokimia yaitu proses pengendapan logam

pada kutub katoda menggunakan arus listrik yang mengalir dalam larutan

elektrolit ( hasil dari pelarutan ), hasil yang diperoleh pada kutub katoda adalah

lumpur logam emas dan perak yang disebut cake yang dapat langsung dilebur

( smelting ). Electrorefining adalah pemurnian logam menggunakan larutan

elektrolit dan arus listrik.Elektroplating merupakan salah satu cabang dari ilmu

kimia (elektrokimia) yang membahas tentang energi atau arus listrik yang

menyebabkan suatu reaksi atau perubahan kimia serta energy listrik yang di

hasilkan melalui suatu reaksi kimia, hasil reaksi – reaksi pada suhu yang amat

tinggi melalui perubahan energi listrik menjadi panas.

BAB II

ISI

II.1 Elektroplating

Tujuan utama dari elektroplating adalah memisahkan logam dasar, yang

dapat mengalami korosi pada lingkungan tempatnya digunakan,dari lingkungan

tersebut dengan menggunakan logam yang tahan terhadap kondisi lingkungan

tersebut.

Elektroplating merupakan salah satu cabang dari ilmu kimia (elektrokimia)

yang membahas tentang energi atau arus listrik yang menyebabkan suatu reaksi

atau perubahan kimia serta energy listrik yang di hasilkan melalui suatu reaksi

kimia, hasil reaksi – reaksi pada suhu yang amat tinggi melalui perubahan energi

listrik menjadi panas.

Dalam elektroplating proses yang terjadi adalah melalui elektroforesis

yaitu gerakan partikel koloid dalam medan listrik dengan menghasilkan dua

elektrode (suatu penghantar yang dapat berbentuk batangan, kepingan, atau kawat

yang digunakan untuk memancarkan atau mengendalikan aliran partikel-partikel

yang bermuatan, baik dalam suatu cairan, gas, atau semi konduktor). Yang dialiri

arus kearah, koloid bermuatan negatif bergerak kearah anode, sedangkan koloid

bermuatan positif ke katode. Proses ini digunakan untuk memisahkan atau

penguraian campuran. Setelah koloid itu terpisah atau melapisi anode tersebut

sehingga terbentuk lapisan tipis yang biasanya disebut plate.

            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.

II.1.1 Konsep Elektroplating

Konsep elektroplating adalah reaksi kimia yang dihasilkan oleh arus

listrik. Tenninal yang memberikan arus dalam larutan disebut dengan elektroda.

Elektroda yang mengalami proses kimia reduksi adalah katoda, sedangkan yang

mengalami proses kimia oksidasi adalah anoda. Pada kedua elektroda terjadi

proses perpindahan ion, dari katoda ke anoda bermuatan

negatif disebut dengan anion, sedangkan dari anoda ke katoda bermuatan positif

disebut dengan kation. Larutan tempat terjadinya proses ini disebut dengan

elektrolit. Konduksi dapat terjadi melalui dua cara, yaitu elektronik dan

elektrolitik. Konduksi yang terjadi secara elektronik, tidak disertai baik dengan

reaksi kimia maupun perpindahan material. Sedangkan pada konduksi secara

elektrolitik disertai dengan perpindahan material dan reaksi kimia pada kedua

elektroda.

Elektroplating meletakkan dasar analitis diatas hukum Faraday yang

dicetuskan oleh Michael Faraday pada tahun 1833. Hukum tersebut menyatakan

bahwa:

1. Jumlah perubahan kimia akibat arus listrik sebanding dengan jumlah

arus yang lewat.

2. Jumlah substansi berbeda yang dibebaskan oleh sejumlah arus listrik

sebanding dengan berat kimia ekuivalennya.

Berat kimia ekuivalen dari suatu meterial adalah berat atom suatu material dibagi

dengan perubahan valensi yang terjadi pada proses elektrolisis. Jadi walaupun

suatu logam hanya memiliki satu berat atom, namun logam tersebut dapat

memiliki berat ekuivalen lebih dari satu. Bila besi sebagai elektroda menggunakan

Fe3+ Fe° maka perubahan valensinya adalah 3, sehingga berat ekuivalennya

adalah 55,85 (berat atom Fe)dibagi 3, yaitu 18,617. Satu Coulomb didefinisikan

dengan arus l ampere yang mengalir selama 1 detik (1 As) atau sama dengan

jumlah arus yang dibutuhkan untuk melapiskan 0,001118 gram perak. Untuk

melapiskan 1 gram perak dibutuhkan 107,868/0.001118 = 96483 C, dibulatkan

menjadi 96500 C. Jadi persamaan yang didapat melalui hukum Faraday adalah :

g = Iet/96500

dimana g menyatakan berat substansi yang bereaksi, I adalah arus dalam ampere,

e menyatakan berat ekuivalen, dan t adalah waktu dalam detik. Bila tegangan sel

diketahui, maka kita bisa menghitung energi yang dibutuhkan, dengan persamaan:

W = VI t

dimana W adalah energi dalam Joule, V menyatakan tegangan dalam volts, I

menyatakan arus dalam ampere, dan t adalah waktu dalam detik.

II.1.2 Dasar Elektroplating

Elektroplating didefinisikan sebagai elektrodeposisi dari sebuah lapisan

logam adheren diatas suatu elektroda dengan tujuan memberikan sifat atau

dimensi tertentu yang berbeda terhadap permukaan logam asalnya. Untuk

melakukan proses elektroplating dibutuhkan empat komponen, yaitu :

1. Rangkaian eksternal, terdiri atas : sebuah sumber arus DC, medium penyalur

arus ke bak plating, instrumentasi lain seperti ammeter, voltmeter, dan regulator

arus atau tegangan.

2. Elektroda negatif atau katoda (yang merupakan bahan yang akan dilapisi), dan

media untuk menempatkan elektroda dalam bakplating.

3. Larutan plating, umumnya berbentuk cairan.

4. Elektroda positif atau anoda (yang merupakan logam yang dilapiskan), dapat

juga berupa logam yang inert dan tidak larut.

Reaksi kimia yang terjadi pada proses electroplating seperti yang terlihat pada

Pada KATODA Pembentukan lapisan Nikel

Ni2+ (aq) + 2e →Ni (s)

Pembentukan gas Hidrogen

2H+ (aq) + 2e →H2 (g)

Reduksi oksigen terlarut

½ O2(g) + 2H + →H2O (l)

Pada ANODA

Pembentukan gas oksigen

H2O (l) →4H + (aq) + O2 (g) + 4e

Oksidasi gas Hidrogen

H2 (g) →2H+(aq) + 2e-

Mekanisme terjadinya pelapisan logam adalah dimulai dari dikelilinginya ion-ion

logam oleh molekul-molekul pelarut yang mengalami polarisai. Di dekat

permukaan katoda, terbentuk daerah Electrical Double Layer (EDL) yang

bertindak seperti lapisan dielektrik. Adanya lapisan EDL memberi beban

tambahan bagi ion-ion untuk menembusnya. Dengan gaya dorong beda potensial

listrik dan dibantu oleh reaksi-reaksi kimia, ion-ion logam akan menuju

permukaan katoda dan menangkap electron dari katoda, sambil mendeposisikan

diri di permukaan katoda. Dalam kondisi equilibrium, setelah ion-ion mengalami

discharge menjadi atom-atom kemudian akan menempatkan diri pada permukaan

katoda dengan mula-mula menyesuaikan mengikuti susunan atom dari material

katoda.

II.1.3 Hubungan E dengan Deret Volta

Pada Deret Volta, unsur logam dengan potensial elektrode lebih negatif

ditempatkan di bagian kiri, sedangkan unsur dengan potensial elektrode yang

lebih positif ditempatkan di bagian kanan.

Semakin ke kiri kedudukan suatu logam dalam deret tersebut, maka:

1. Logam semakin reaktif (semakin mudah melepas elektron)

2. Logam merupakan reduktor yang semakin kuat (semakin mudah

mengalami oksidasi)

Sebaliknya, semakin ke kanan kedudukan suatu logam dalam deret

tersebut, maka:

1. Logam semakin kurang reaktif (semakin sulit melepas elektron)

2. Logam merupakan oksidator yang semakin kuat (semakin mudah

mengalami reduksi)

Umumnya, deret volta yang sering digunakan adalah sebagai berikut:

Lithium-Kalium-Barium-Calsium-Natrium-Magnesium-Aluminium-

Mangan-Zinc-Cerium-Cadmium-Cobalt-Nickel-Stanum-Plumbum-

(Hidrogen)-Cuprum-Hydrargyrum-Argentum-Platina-Aurum

singkatnya

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

II.1.4 Perhitungan massa yang dihasilkan

Pengendapan 1 gr berat ekuivalen, memerlukan 1 Faraday (96.500

Coulomb)

H = T. 1000. F/C

Dimana, H = waktu pelapisan (jam)

T = tebal lapisan (in)

F = Faktor rapat arus

C = rapat arus (A/in^2)

F= Rapat arus (A/in^2) untuk mengendapkan lapisan setebal 1/1000 in ( pada

efisiensi katoda normal)

II.2 Elektrorefining

Electrorefining adalah pemurnian logam menggunakan larutan elektrolit

dan arus listrik. Misalkan, pada proses pemurnian tembaga digunakan logam

tembaga tidak murni sebagai anoda dan kuprisulfat sebagai larutan garamnya.

Saat dialirkan arus dari anoda ke katoda, partikel tembaga pada anoda larut ke

dalam larutan meninggalkan logam tidak murni dan menempel pada katoda

berupa tembaga murni. Proses ini berlangsung lama hingga kandungan tembaga

pada anoda habis dan terbentuk logam tembaga murni pada katoda.

Electrorefining dapa tmemisahkan logam berat seperti plutonium,

cesium,strontium dan dari sebagian yang kurang beracun uranium. Banyak system

electroextraction juga tersedia untuk menghilangkan racun (dan kadang-kadang

berharga) logam dari aliran limbah industri.Kebanyakan logam terjadi di alam

dalam bentuk yang teroksidasi ( bijih ) dan dengandemikian harus dikurangi

menjadi bentuk logam mereka. Bijih dibubarkan mengikutibeberapa

preprocessing pada elektrolit berair atau dalam garam cair dan solusi yang

dihasilkan adalah elektrolisis . Logam diendapkan pada katoda (baik dalam bentuk

padatatau dalam bentuk cair ) , sedangkan reaksi anodik biasanya evolusi oksigen

Beberapa logam secara alami hadir sebagai sulfida logam; ini termasuk tembaga,

timah ,molibdenum , kadmium , nikel , perak , kobalt , dan seng . Selain itu, emas

dan platinum kelompok logam yang terkait dengan bijih sulfida logam dasar .

Kebanyakan sulfide logam atau garamnya , elektrik konduktif dan ini

memungkinkan reaksi redokselektrokimia untuk secara efisien terjadi dalam

keadaan cair atau dalam larutan air .Beberapa logam , seperti nikel

tidak electrolyze keluar namun tetap dalam larutan elektrolit . Ini kemudian

dikurangi dengan reaksi kimia untuk memperbaiki logam.Logam lain ,

yang selama pengolahan logam target telah berkurang tetapi tidak disimpan di

katoda , tenggelam ke dasar dari sel elektrolit , di mana mereka membentuk zat

disebut sebagai anoda lumpur atau anode slime . Logam dalam lumpur ini

dapatdihilangkan dengan metode pyrorefining standar.Karena tingkat deposisi

logam berhubungan dengan luas permukaan yang tersedia ,menjaga katoda benar

bekerja adalah penting. Dua jenis katoda ada, plat datar dan reticulated katoda ,

masing-masing dengan keuntungan sendiri . Katoda plat datar dapatdibersihkan

dan digunakan kembali , dan logam berlapis pulih . Katoda reticulated memiliki

laju deposisi jauh lebih tinggi dibandingkan dengan katoda plat datar .

Namun ,mereka tidak dapat digunakan kembali dan harus dikirim untuk didaur

ulang . Atau ,katoda starter logam pra - halus dapat digunakan , yang menjadi

bagian integral darilogam jadi siap bergulir atau pengolahan lebih lanjut.

Metode electrorefining (pemurnian elektrik) digunakan untuk memurnikannya

lebih lanjut. Misalnya logam tembaga mentah, dicetak menjadi lempeng, yang

digunakan sebagai anoda dalam sel elektrolisis yang mengandung larutan CuSO4

dalam H2SO4. Lembaran tipis tembaga murni digunakan sebagai katoda, dan

tembaga yang larut pada anoda diendapkan dalam bentuk yang lebih murni pada

katoda, sampai mempunyai kemurnian 99,97 % tembaga. Hasil lembaran tembaga

murni pada katoda kemudian diproses lanjut, dan diantaranya digunakan sebagai

serbuk tembaga.

II.3 Elektrowining

Elektrowining adalah Proses pengendapan logam pada kutub katoda

menggunakan arus listrik yang mengalir dalam larutan elektrolit ( hasil dari

pelarutan ), hasil yang diperoleh pada kutub katoda adalah lumpur logam emas

dan perak yang disebut cake yang dapat langsung dilebur. cara terbaru dan paling

efesien digunakan dalam ekstraksi  emas dan perak yang terdapat di air

kaya / PLS ( Pregnant Liquid Solution ) yang melibatkan penggunaan larutan

alkali sianida sebagai larutan elektrolit dengan prinsip elektrolisis ( reaksi redoks )

dalam suatu sel.

Pada proses electrowinning akan melepaskan gas H+ membuat pH

menjadi turun sehingga berisiko mengasilkan gas HCN. Gas ini sangat berbahaya

dan bersifat korosif terhadap anoda, untuk itu larutan alkali sianida harus dijaga

pada pH 12,5. Parameter suatu proses electrowinning dapat dikatakn selesai

apabila telah sesuai dengan waktu yang dibutuhkan untuk mengendapnya logam

berharga yang diinginkan di katoda dengan kadar yang tinggi. Untuk mengetahui

berapa lama suatu proses electrowinning berlangsung hingga mencapai kadar

endapan logam berharga yang diinginkan, maka dapat dihitung berdasarkan

Hukum Faraday.

II.3.1 Hukum Faraday I

Massa zat yang timbul pada elektroda karena elektrolisis berbanding lurus dengan

jumlah listrik yang mengalir melalui larutan,

dengan :

         e.i.t                               e.i.t

W = --------      atau     W = -----------

           F                                96.500

W = massa zat yang dihasilkan 

e = massa ekivalen 

i = arus yang mengalir ( Ampere) 

Hukum Faraday II : Massa dari macam-macam zat yang diendapkan pada

masing-masing elektroda oleh sejumlah arus listrik yang sama banyaknya akan

sebanding dengan berat ekivalen masing-masing zat tersebut. 

Rumus: 

m1 : m2 = e1 : e2 

m = massa zat (gram) 

e = beret ekivalen = Ar/Valensi = Mr/Valensi

II.3.2 Proses elektrowinning seng (Zn)

Proses elektrowinning seng (Zn) merupakan proses untuk mengekstraksi

secara elektrolisis Zn dari larutan sulfat encer hasil leaching yang dilakukan

dengan cara memberikan arus listrik sehingga terjadi dekomposisi seng sulfat

(ZnSO4) Secara termodinamika, potensial reaksi elektroda dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan Nernst, yaitu : 

E = Eo + RT/nF (ln aoksidasi/areduksi)

  Aspek termodinamika reaksi juga dapat diketahui dengan menggunakan

diagram pourbaix Zn untuk memprediksi proses elektrowinning Zn sehingga

dapat diketahui reaksi-reaksi apa saja yang dapat berlangsung selama

elektrowinning Zn. Secara kinetika, reaksi yang terjadi disebabkan oleh faktor

polarisasi aktivasi, polarisasi konsentrasi, polarisasi tahanan dan polarisasi akibat

pengaruh ion-ion pengotor dan zat organik pada permukaan elektroda. 

II.3.3 Berdasarkan termodinamika, potensial reversibel Zn2+/Zn lebih rendah

daripada potensial reversibel H+/H2 yaitu : 

EZn2+/Zn = - 0,763 + 0,0295 log (aZn2+) pada 25oC

EH+/H2 = - 0,0591 pH pada 25oC, 1 atm. 

 

Maka seluruh hidrogen akan tereduksi pada potensial di mana pengendapan Zn

berlangsung kemudian dapat mengakibatkan penurunan efisiensi arus yang

digunakan. Oleh karena itu kecepatan reaksi reduksi hidrogen harus dibatasi, yaitu

dengan menggunakan katoda awal (starting cathode) yang memiliki hidrogen

overpotensial yang tinggi misalnya katoda aluminium sehingga pada potensial

pengendapan Zn, reduksi ion hidrogen belum berlangsung. Endapan Zn sendiri

memiliki hidrogen overpotensial yang cukup besar sehingga proses pengendapan

Zn dapat berlangsung secara kontinyu dengan efisiensi yang tinggi setelah satu

lapisan endapan Zn terbentuk pada permukaan katoda aluminium. Pada umumnya

logam lain memiliki hidrogen overpotensial yang lebih rendah sehingga apabila

digunakan sebagai katoda dapat menurunkan efisiensi arus. Oleh karena itu

digunakan logam aluminium sebagai katoda untuk proses elektrowinning Zn.

II.3.4 Pengaruh Penambahan Konsentrasi Logam Seng (Zn) Pada

Proses Electrowinning Logam Kobal (Co)

Kobal (Co) merupakan logam yang banyak ditemukan bersama logam

Seng (Zn) dalam pertambangan. Pengambilan logam kobal terbukti cukup sulit

dalam proses elektrolisis. Proses electrowinning Co perlu dikaji lebih dalam

karena agar didapatkan kadar logam yang murni pada proses pemisahan

keduanya. Penelitian ini dilakukan dengan metode elektrolisis potensial tetap pada

potensial 2,3 volt dengan elektrolit HCl. Elektroda yang digunakan adalah karbon

grafit. Penelitian ini dilakukan variasi penambahan Zn 2+ 105, 110, 115, dan 120

mgL -1 pada 100 mL Co 2+ 1100 mgL -1 Hasil penelitian menunjukan adanya

pengaruh penambahan Zn 2+ terhadap elektrowinning Co 2+ berupa perubahan

overvoltage (E) dari 0,106 volt menjadi 0,666; 0,646; 0,706; dan 0,546 volt pada

tiap-tiap variasi. Nilai efisiensi arus cenderung meningkat pada tiap-tiap variasi

yaitu 8,39%; 12,51%; 21,40%; dan 121%. Hasil reduksi Co 2+ mengalami

peningkatan berturut-turut 1,8%; 2,5%; 4,36%; dan 24,72%, sedangkan reduksi

Zn 2+ cenderung menurun berturut-turut 62,82%; 56,36%; 19,13%; 10% pada

tiap-tiap variasi. Warna larutan berubah dari merah muda menjadi oranye

kekuningan.

II.3.5 Pengaruh Seng (Zn) Terhadap Reduksi Kobal (Co)

Proses elektrolisis kobal dengan penambahan Seng dilakukan pada (E Co

2+/Co) 2,30 Volt. Larutan kobal 1.1gL-1 di elektrolisis dengan variasi

penambahan Zn 105,110,115, dan 120mgL-1. Hasil kurva potensial dan arus pada

tiap-tiap konsentrasi Zn yang ditambahkan. Penentuan hasil reduksi kobal dengan

penambahan seng pada berbagai konsentrasi dilakukan dengan metode AAS

(Atomic Adsorbsion Spectrofotometry). metode AAS dipilih karena konsentrasi

Co dan Zn pada larutan cukup kecil.

II.3.6 Penambahan konsentrasi Zn 2+ pada proses electrowinning Co 2+

menunjukan pengaruh sebagai berikut:

1. Perubahan overvoltage (E) pada larutan Co 2+ dari 0,106 volt berturut-turut

menjadi 0,666; 0,646; 0,706; dan 0,546 volt pada tiap-tiap variasi penambahan

konsentrasi Zn 2+

2. Efisiensi arus yang diperoleh cenderung meningkat berturut-turut 8,93%;

12,51%; 21,40%; dan 121% pada tiap-tiap variasi penambahan konsentrasi Zn 2+

3. Reduksi Co2+ cenderung meningkat berturut-turut 1,8%; 2,5%; 4,36%; dan

24,72%, sedangkan reduksi Zn 2+//Zn cenderung menurun berturut-turut 62,85%;

56,36%; 19,13%; dan 10% pada tiap-tiap variasi penambahan konsentrasi Zn 2+

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara perubahan

(reaksi) kimia dengan kerja listrik, yang biasanya melibatkan sel elektrokimia

yang menerapkan prinsip reaksi redoks dalam aplikasinya.Ada berbagai aplikasi

elektrokimia dalam bidang analisis kimia diantaranya elektroplating,

elektrorefining dan elektrowining.

Elektroplating merupakan salah satu cabang dari ilmu kimia (elektrokimia)

yang membahas tentang energi atau arus listrik yang menyebabkan suatu reaksi

atau perubahan kimia serta energy listrik yang di hasilkan melalui suatu reaksi

kimia, hasil reaksi – reaksi pada suhu yang amat tinggi melalui perubahan energi

listrik menjadi panas. Electrorefining adalah pemurnian logam menggunakan

larutan elektrolit dan arus listrik.

Elektrowinning adalah proses elektrokimia yaitu proses pengendapan

logam pada kutub katoda menggunakan arus listrik yang mengalir dalam larutan

elektrolit ( hasil dari pelarutan ), hasil yang diperoleh pada kutub katoda adalah

lumpur logam emas dan perak yang disebut cake yang dapat langsung dilebur

( smelting ).

Daftar Pustaka

Derek C.Price and William G.Davenport.(1981), “Physico Chemical Properties of

Copper Electrorefining and Electrowining Electrolytec”, American Society

for Metal and Volume 12B.

Graham,  1987 “ Electroplating Engineering Hand book”, New York

Mohler, J.B., 1969 “ Electroplating and Related Processes”, Chemical Publishing

Co., Inc., New York.

Potter, E.C.,1956 “ Electrochemistry, Principles and Aplication”, Cleaven Hume

Press Ltd., London.

MAKALAH ELEKTROKIMIA

“ELEKTROPLATING, ELEKTROWINING, DAN

ELEKTROREFINING”

Di susun oleh :

KELOMPOK 6

1. Ratna Dewi M (24030111130023)

2. Suyanti (24030113120043)

3. Arofah Nuraini (24030113140091)

4. Desriana Chrisyanti (240301131)

5. Weny Enjelika D (240301131)

6. Atiatul manna (240301131200)

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2015