muehehe

15
 MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA ELEKTROLISIS AIR (ELS) Disusun oleh: Robby Sukma Dharmawan Dr. Isdiriayani Nurdin Dr. Hary Devianto Dr. Ardiyan Harimawan PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014

Upload: imelda-elisabeth

Post on 08-Oct-2015

220 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

gg

TRANSCRIPT

  • MODUL PRAKTIKUM

    LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA

    ELEKTROLISIS AIR

    (ELS)

    Disusun oleh:

    Robby Sukma Dharmawan

    Dr. Isdiriayani Nurdin

    Dr. Hary Devianto

    Dr. Ardiyan Harimawan

    PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

    FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

    INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

    2014

  • Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air

    ELS 2

    DAFTAR ISI

    DAFTAR ISI .............................................................................................................................. 2

    DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................. 3

    BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................................... 4

    BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN................................................................. 5

    2.1. Tujuan Percobaan............................................................................................................ 5

    2.2. Sasaran Percobaan .......................................................................................................... 5

    BAB III RANCANGAN PERCOBAAN .................................................................................. 6

    3.1. Alat .................................................................................................................................. 6

    3.2. Bahan/Zat Kimia ............................................................................................................. 6

    3.3. Kondisi Percobaan .......................................................................................................... 6

    3.3.2. Variabel yang Divariasikan.......................................................................................... 7

    3.3.3. Variabel Terikat ........................................................................................................... 7

    3.4. Rangkaian Alat................................................................................................................ 7

    BAB IV PROSEDUR KERJA ................................................................................................... 8

    4.1. Persiapan ......................................................................................................................... 8

    4.2. Pengukuran Overpotensial Minimum ............................................................................. 8

    4.3. Pengukuran Efsiensi Arus dan Konsumsi Energi ........................................................... 8

    DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................. 11

    LAMPIRAN A TABEL DATA MENTAH ............................................................................. 12

    LAMPIRAN B PROSEDUR PERHITUNGAN ...................................................................... 13

    LAMPIRAN C SPESIFIKASI LITERATUR ......................................................................... 14

  • Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air

    ELS 3

    DAFTAR GAMBAR

    Gambar 1. Rangkaian Alat ....................................................................................................... 7

    Gambar 2. Diagram Alir Percobaan ......................................................................................... 9

  • Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air

    ELS 4

    BAB I

    PENDAHULUAN

    Secara terminologi, elektrolisis merupakan proses pemecahan (lisis) senyawa dengan bantuan

    energi listrik. Proses elektrolisis memegang banyak peranan penting dalam industri, salah

    satunya dalam produksi hidrogen murni yang berguna dalam industri makanan dan obat-

    obatan. Hidrogen murni terutama digunakan pada proses metalurgi khusus dalam jumlah

    kecil (W, Mo, Ge) dan untuk mentransformasi minyak menjadi lemak yang dapat dimakan.

    Hidrogen dapat diperoleh secara ekonomis melalui elektrolisis air dalam elektrolit asam

    maupun basa.

    Sementara itu, pada elektrolisis air juga dihasilkan oksigen sebagai produk samping.

    Konsumsi oksigen dunia hanya sekitar 1/10 dari jumlah oksigen yang merupakan produk

    samping elektrolisis sehingga oksigen elektrolitik dianggap terlalu mahal bila dibandingkan

    dengan oksigen yang dihasilkan dari distilasi udara cair. Jika oksigen elektrolitik tidak

    digunakan di tempat, maka oksigen sering dibuang begitu saja. Namun, karena tingkat

    kemurniannya yang tinggi (99,6 %), kadang-kadang oksigen elektrolitik dimampatkan dan

    diangkut untuk penggunaan khusus.

  • Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air

    ELS 5

    BAB II

    TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN

    2.1. Tujuan Percobaan

    Percobaan ini bertujuan untuk memahami fenomena-fenomena overpotensial evolusi

    hidrogen yang terjadi di permukaan elektroda selama berlangsungnya proses elektrolisis air.

    2.2. Sasaran Percobaan

    Sasaran yang hendak dicapai melalui percobaan ini adalah sebagai berikut.

    1. Mengidentifikasi pengaruh jenis elektroda terhadap overpotensial minimum proses

    elektrolisis air

    2. Mengidentifikasi pengaruh jenis dan konsentrasi elektrolit terhadap overpotensial

    minimum proses elektrolisis air

    3. Menghitung efisiensi arus dan konsumsi energi proses elektrolisis air.

  • Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air

    ELS 6

    BAB III

    RANCANGAN PERCOBAAN

    3.1. Alat

    Peralatan yang digunakan dalam praktikum adalah sebagai berikut.

    a. Gelas kimia 500 mL

    b. Gelas kimia 1000 mL

    c. Buret 25 mL

    d. Corong

    e. Elektroda Pt-Ir (Anoda)

    f. Pipet volume 25 mL

    g. Labu takar 1000 mL

    h. Kabel listrik

    i. Multimeter

    j. Laptop

    k. Batang pengaduk

    l. Filler

    m. Termometer

    n. Sumber listrik DC

    o. Elektroda

    p. Botol semprot

    q. Statif dan klep

    3.2. Bahan/Zat Kimia

    Daftar bahan yang digunakan dalam percobaan adalah sebagai berikut.

    a. Aqua dm

    b. H2SO4 18 M

    c. Padatabn KOH/NaOH

    d. Isolator tape

    e. Kertas abrasif

    3.3. Kondisi Percobaan

    Kondisi percobaan terdiri dari variabel percobaan yang dibuat tetap dan variabel percobaan

    yang diubah.

    3.3.1. Variabel yang Dibuat Tetap

    a. Tekanan udara ruang (660 700 mmHg)

    b. Temperatur ruang (23 28 oC)

    c. Jenis anoda (kawat Pt-Ir)

    d. Volume elektrolit (250 mL)

    e. Jarak antar elektroda (1 cm)

  • Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air

    ELS 7

    f. Luas permukaan elektroda

    3.3.2. Variabel yang Divariasikan

    a. Jenis katoda

    b. Jenis elektrolit (KOH/NaOH atau H2SO4)

    c. Konsentrasi elektrolit (larutan H2SO4 dan larutan NaOH dengan berbagai macam

    variasi konsentrasi)

    3.3.3. Variabel Terikat

    a. Overpotensial minimum

    b. Jumlah gas hidrogen yang dihasilkan

    c. Temperatur larutan

    3.4. Rangkaian Alat

    Rangkaian alat yang digunakan dalam percobaan dapat dilihat pada Gambar 1.

    Gambar 1. Rangkaian Alat

  • Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air

    ELS 8

    BAB IV

    PROSEDUR KERJA

    Percobaan terdiri dari tiga bagian utama, yaitu bagian persiapan, penentuan overpotensial

    minimum dan penentuan efisiensi arus serta konsumsi energi elektrolisis air.

    4.1. Persiapan

    Beberapa persiapan yang harus dilakukan adalah sebagai berikut.

    1. Persiapan elektrolit

    Larutan elektrolit yang digunakan adalah larutan kalium hidroksida atau asam sulfat

    yang diencerkan. Konsentrasi elektrolit yang dipakai disesuaikan dengan variasi pada

    penugasan. Volume larutan elektrolit untuk setiap percobaan sama yaitu 300 mL.

    2. Persiapan elektroda

    Anoda yang dipakai untuk percobaan ini adalah kawat Pt Ir berdiameter 0,5 mm dan

    panjang 22 cm. Sedangkan katoda yang digunakan disesuaikan dengan variasi pada

    penugasan. Elektroda dibersihkan dengan menggunakan kertas abrasif di bawah aliran

    air.

    3. Perangkaian Alat

    Alat dirangkai sedemikian sehingga sesuai dengan rangkaian alat pada Gambar 1.

    4.2. Pengukuran Overpotensial Minimum

    1. Sumber listrik dinyalakan pada tegangan minimum

    2. Variasikan arus dengan memutar potensiometer pada sumber arus DC

    3. Lakukan pembacaan terhadap amperemeter dan voltmeter setiap kenaikan 0,1 mA.

    Overpotensial diperoleh ketika pembacaan tegangan bernilai sama 4 kali berturut-

    turut.

    4.3. Pengukuran Efsiensi Arus dan Konsumsi Energi

    Setelah melakukan percobaan menentukan overpotensial minimum sehingga mendapatkan

    kondisi yang menghasilkan overpotensial minimum paling kecil, elektrolisis air kemudian

  • Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air

    ELS 9

    dilakukan pada kondisi yang bersangkutan dengan variasi potensial sel di atas potensial

    minimum tersebut. Pada percobaan ini, data yang harus dicatat adalah:

    1. Kondisi operasi, disesuaikan dengan kondisi yang menghasilkan overpotensial

    minimum paling kecil.

    2. Potensial sel, divariasikan 300 mV, 600 mV dan 900 mV di atas overpotensial

    minimum.

    3. Rapat arus, dicatat setiap detik dalam satu run elektrolisis menggunakan bantuan

    software.

    4. Elektrolisis dilakukan selama 3600 detik karena dianggap selama waktu tersebut rapat

    arus sudah relatif stabil.

    5. Jumlah gas hidrogen yang dihasilkan.

    Diagram alir percobaan diperlihatkan dalam Gambar 2.

    Gambar 2. Diagram Alir Percobaan

  • Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air

    ELS 10

  • Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air

    ELS 11

    DAFTAR PUSTAKA

    Jean Besson et Jacques Guitton. 1972. Manipulations delectrochimie, introduction a vla

    theorie et a la pratique de la cinetique electrochimique. Paris: MASSON & CIE.

    Pletcher, D. and Walsh, Frank C. 1993. Industrial Electrochemistry. Glasgow: Blackie

    Academic & Professional.

    Prentice, G. 1991. Electrochemical Engineering Principles, Prentice-Hall International, Inc.

  • Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air

    ELS 12

    LAMPIRAN A

    TABEL DATA MENTAH

    A.1. Penentuan Overpotensial Minimum

    Run ke- :

    Katoda :

    Jenis elektrolit :

    Konsentrasi :

    Temperatur :

    Tekanan :

    No I (mA) V (volt)

    1

    2

    3

    A.2. Penentuan Efisiensi Arus dan Konsumsi Energi

    Run ke- :

    Katoda :

    Jenis elektrolit :

    Konsentrasi :

    Temperatur :

    Tekanan :

    H2 yang dihasilkan :

    Waktu (menit) I (mA) V (volt)

    0

    1

    2

    ...

    60

    *gunakan bantuan software untuk mencatat data persatuan detik salama 1 jam (sekali run)

  • Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air

    ELS 13

    LAMPIRAN B

    PROSEDUR PERHITUNGAN

    B.1. Perhitungan Volume H2SO4

    Gunakan persamaan pengenceran untuk menghitung jumlah volume H2SO4 pekat yang

    dibutuhkan untuk mencapai konsentrasi H2SO4 sesuai dengan penugasan.

    V1 = V2 x M2 / M1

    B.2. Perhitungan Muatan Listrik

    Muatan listrik merupakan perkalian antara arus (A) dengan waktu (detik). Nilainya dihitung

    dengan pendekatan grafik, yaitu menghitung luas di bawah kurva arus dan waktu. Metode

    yang digunakan adalah metode trapesium.

    B.3. Perhitungan Efisiensi Arus

    Untuk menghitung efisiesi arus, gunakan persamaan berikut.

    B.4. Perhitungan Konsumsi Energi per Satuan Volume H2

  • Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air

    ELS 14

    LAMPIRAN C

    SPESIFIKASI LITERATUR

    C.1. Tetapan Faraday

    F = 96.485,3 (C/ekivalen)

    Sumber : bird, B. Byron. Transport Phenomena 2nd

    Ed. 2002. New York : John Wiley and

    Sons, Inc.)

    C.2. Tabel Potensial Standar

    Reaksi sel Potensial standar (V)

    Au3+

    + 3e- Au +1,420

    O2 + 4H+ + 4e

    - 2H2O +1,229

    Pt2+

    + 2e- Pt +1,2

    Ag+ + e

    - Ag +0,800

    Fe3+

    + e- Fe2+ +0,771

    O2 + 2H2O + 4e- 4(OH-) +0,401

    Cu2+

    + 2e- Cu +0,340

    2H+ + 2e

    - H2 0,000

    Pb2+

    + 2e- Pb -0,126

    Sn2+

    + 2e- Sn -0,136

    Ni2+

    + 2e- Ni -0,250

    Co2+

    + 2e- Co -0,277

    Cd2+

    + 2e- Cd -0,403

    Fe2+

    + 2e- Fe -0,440

    Cr3+

    + 3e- Cr -0,744

    Zn2+

    + 2e- Zn -0,763

    2H2O + 2e- H2 + 2(OH

    -) -0,828

    Al3+

    + 3e- Al -1,662

    Mg2+

    + 2e- Mg -2,363

    Na+ + e

    - Na -2,714

    K+ + e

    - K -2,924

    Sumber : Callister, William D. Materials Science and Engineering : An Introduction 7th

    Ed.

    2002. New York : John Wiley and Sons, Inc.)

  • Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air

    ELS 15

    C.3. Tetapan Gas Ideal

    R = 82,0578 cm3.atm/mol/K

    Sumber : bird, B. Byron. Transport Phenomena 2nd

    Ed. 2002. New York : John Wiley and

    Sons, Inc.)

    C.4. Konduktivitas Listrik

    Temukan konduktivitas listrik logam yang digunakan sebagai elektroda (sesuai dengan

    penugasan)!