LAPORAN PRAKTIKUM PEMBUATAN GAS HIDROGEN (H2) DENGAN METODE ELEKTROLSISI AIRPembimbing : Ir. Emmanuela Maria Widyanti, MT

OlehKelompok 1Abdul Kholik: 141411001Arif Imanuddin: 141411003Ayu Nurpitriani: 141411005Kelas 1A

Tanggal Praktikum: 23 Maret 2015Tanggal Penyerahan Laporan: 30 Maret 2015

PROGRAM STUDI D3-TEKNIK KIMIADEPARTEMEN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG2015A. TUJUANSetelah melakukan praktikum diharapkan: 1. Membuat gas hidrogen dari bahan dasar air secara elektrolisis dengan menggunakan elektroda stanless steel2. Menentukan laju alir gas hidrogen yang terbentuk dengan variasi waktu dan konsentrasi elektrolit

B. DASAR TEORIHidrogen (bahasa Latin:hyrdogenium, dari bahasa Yunani: hydro: air, genes: membentuk) adalah unsur kimia pada tabel periodik yang memiliki simbol H dan nomor atom 1. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak berwarna, merupakan gas diatomic yang sangat mudah terbakar, tidak berbau, bersifat non logam, dan bervalensi tunggal. Dengan massa atom 1,00794 amu, hidrogen adalah unsur teringan di dunia. Hidrogen juga adalah unsur palingmelimpahdengan persentase kira-kira 75% dari total massa unsur alam semesta. Kebanyakanbintangdibentuk oleh hidrogen dalam keadaanplasma. Sejumlah besar hidrogen diperlukan dalam industri petrokimia dan kimia. Penggunaan terbesar hidrogen adalah untuk memproses bahan bakar fosil dan dalam pembuatanammonia. Konsumen utama dari hidrogen di kilang petrokimia meliputihidrodealkilasi,hidrodesulfurisasi, dan penghidro pecahan(hydrocracking). Hidrogen memiliki beberapa kegunaan yang penting. Hidrogen digunakan sebagai bahan hidrogenasi, terutama dalam peningkatan kejenuhan dalam lemak takjenuh danminyak nabati(ditemukan di margarin), dan dalam produksimetanol. Ia juga merupakan sumber hidrogen pada pembuatanasam klorida. Hidrogen juga digunakan sebagaireduktorpadabijihlogam. Selain digunakan sebagai pereaksi, hidrogen memiliki penerapan yang luas dalam bidang fisika dan teknik. Ia digunakan sebagaigas penameng di metode pengelasansepertipengelasan hidrogen atomik.Hidrogen digunakan sebagai pendingin rotor digenerator pembangkit listrik karena ia mempunyai konduktivitas termal yang paling tinggi di antara semua jenis gas. Hidrogen cair digunakan di riset kriogenik yang meliputi kajian super konduktivitas. Oleh karena hidrogen lebih ringan dari udara, hidrogen pernah digunakan secara luas sebagai gas pengangkat pada kapal udara balon.Baru-baru ini hidrogen digunakan sebagai bahan campuran dengan nitrogen (forming gas) sebagai gas perunut/ pendeteksian kebocoran gas yang kecil. Aplikasi ini dapat ditemukan di bidang otomotif, kimia, pembangkit listrik, kedirgantaraan, dan industri telekomunikasi.Hidrogen adalah zat aditif (E949) yang diperbolehkan penggunaanya dalam ujicoba kebocoran bungkusan makanan dan sebagai antioksidan. Pembuatan hidrogen dapat dilakukan dengan berbagai metode, diantaranya:1. Skala Laboratoriuma. Dalam skala laboratorium hidrogen biasanya dibuat dari hasil samping reaksi tertentu misalnya mereaksikan logam dengan asam seperti mereaksikan antara besi dengan asam sulfa Fe(s) + H2SO4(aq) FeSO4(aq) + H2(g)b. Sejumlah kecil hidrogen dapat juga diperoleh dengan mereaksikan kalsium hidrida dengan air. Reaksi ini sangat efisien dimana 50% gas hidrogen yang dihasilkan diperoleh dari air.CaH2(s) + 2 H2O(l) Ca(OH)2(aq) + 2 H2(g)c. Elektrolisis air juga sering dipakai untuk menghasilkan hidrogen dalam skala laboratorium, arus dengan voltase rendah dialirkan dalam air kemudian gas oksigen akan terbentuk di anoda dan gas hidrogen akan terbentuk di katoda.2 H2O(l) 2 H2(g) + O2(g)2. Skala industria. Pembuatan Hidrogen dari HidrokarbonHidrogen dapat dibuat dari gas alam dengan tingkat efisiensi sekitar 80% tergantung dari jenis hidrokarbon yang dipakai. Pembuatan hidrogen dari hidrokarbon menghasilkan gas CO2, sehingga CO2 ini dalam prosesnya dapat dipisahkan. Produksi komersial hidrogen menggunakan proses steam reforming menggunakan methanol atau gas alam dan menghasilkan apa yang disebut sebagai syngas yaitu campuran gas H2 dan CO.CH4 + H2O 3H2 + CO H = + 191,7 kJ/molPanas yang dibutuhkan oleh reaksi diperoleh dari pembakaran beberapa bagian methane. Penambahan hasil hidrogen dapat diperoleh dengan menambahkan uap air kedalam gas hasil reaksi yang dialirkan dalam reactor bersuhu 130 C.CO + H2O CO2 + H2 H = 40,4 kJ/molReaksi yang terjadi adalah pengabilan oksigen dari molekul air ke CO untuk menjadi CO2. Reaksi ini menghasilkan panas yang dapat dipakai untuk menjaga suhu reactor.b. Pembuatan Hidrogen dari air Melalui elektrolisisHidrogen dapat dibuat dari proses elektrolisis air dengan menggunakan suplai energi yang dapat diperbaharuhi misalnya angina, hydropower, atau turbin. Dengan cara elektrolisis maka produksi yang dijalankan tidak akan menghasilkan polusi. Proses elektrolisis menjadi salah satu proses yang memiliki nilai ekonomi yang urah dibandingkan dengan menggunakan bahan baku hidrokarbon. Salah satu teknik elektrolisis yang mendapatkan perhatian cukup tinggi adalah elektrolisis dengan menggunakan tekanan tinggi dalam teknik ini elektrolisis dijalankan untuk menghasilkan gas hidrogen dan oksigen dengan tekanan sekitar 120-200 Bar. Teknik lain adalah dengan dengan menggunakan elektrolisis temperatur tinggi dengan teknik ini konsumsi energi untuk proses elektrolisis sangat rendah sehingga bisa meningkatkan efisiensi hingga 50%. Proses elektrolisis dengan menggunakan metode ini biasanya digabungkan dengan instalasi reactor nulklir disebabkan karena bila menggunakan sumber panas yang lain maka tidak akan bisa menutup biaya peralatan yang tergolong cukup mahal.c. Pembuatan hidrogen melalui proses biologiBeberapa macam alga dapat menghasilkan gas hidrogen sebagai akibat proses metabolismenya. Produksi secara biologi ini dapat dilakukan dalam bioreactor yang mensuplay kebutuhan alga seperti hidrokarbon dan dari hasil reaksi menghasilkan H2 dan CO2 Dengan menggunakan metode tertentu CO2 dapat dipisahkan sehingga kita hanya mendapatkan gas H2 saja.d. Dekomposisi air dengan gelombang radioDengan menggunakan gelombang radio maka kita dapat menghasilkan hidrogen dari air laut dengan dasar proses dekomposisi. Jika air ini diekspos dengan sinar terpolarisasi dengan frekuensi 13,56 MHz pada suhu kamar maka air laut dengan konsentrasi NaCl antara 1-30% dapat terdekomposisi menjdi hidrogen dan oksigen.e. TermokimiaTerdapat lebih dari 352 proses termokimia yang dapat dipakai untuk proses splitting atau termolisis dengan cara ini kita tidak membutuhkan arus listrik akan tetapi hanya sumber panas. Beberapa proses termokimia ini adalah CeO2/ Ce2O3, Fe3O4/ FeO, S-I, Ce-Cl, Fe,Cl dan lainnya. Reaski yang terjdi pada proses ini adalah:2H2O 2H2 + O2Dan semua bahan yang dipergunakan dapat didaur ulang kembali menuju proses yang baru

C. Kondisi ProsesSuhu : 26 oCTekanan: 0,909 atmMEKANISME PROSESKatoda (-): 2H+(aq) + 2e- H2(g)Anoda (+): 2H2O(l) 4H+(aq) + O2(g) + 4e- Total : 2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)

D. ALAT DAN BAHANAlatBahan

1. Elektrolyzer2. Elektroda stainless steel (2 buah)3. Sumber arus4. Avometer5. Kabel + mulut buaya (2 buah)6. Corong7. Pipet tetes8. Gelas ukur 50 ml (2 buah)9. Gelas kimia 100 ml (2 buah)10. Batang pengaduk1. 60 ml H2SO4 3%2. Aquades

Gambar 1. Rangkaian alat untuk elektrolisis air

E. FLOW CHART

Dimasukkan kedalam elektrolyzer60 ml H2SO4 3%

Kabel + mulut buaya disambungkan dengan sumber arus DC

Dihubungkan dengan avometer

Kabel + mulut buaya yang sudah tersambung dengan sumber arus dan avometer dihubungkan dengan elektroda yang ada pada elektrolyzer

Sumber arus dinyalakan

H2(g) + O2(g)

H2(g)Ditentukan laju alirnya

F. TABEL PENGAMATAN1. Data 1Tegangan = 5 VoltNo.LarutanWaktu PengamatanVolume H2 yang tebentuk (ml)Laju alir(ml/s)

1.H2SO4 3%5 menit1,75,67 x 10-3

2.10 menit3,35,5 x 10-3

3.15 menit4,95,44 x 10-3

4.20 menit6,55,42 x 10-3

5.25 menit8,15,4 x 10-3

6.30 menit9,75,39 x 10-3

2. Data 2Data percobaan ini merupakan data percobaan kelompok 4 kelas A, D3-Teknik Kimia dan hanya digunakan sebagai pembanding (selanjutnya tidak dimasukkan ke dalam perhitungan).Tegangan = 10 VoltNo.LarutanWaktu PengamatanVolume H2 yang tebentuk (ml)Laju alir(ml/s)

1.H2SO4 20%5 menit1,96,33 x 10-3

2.10 menit3,96,5 x 10-3

3.15 menit5,35,89 x 10-3

G. PENGOLAHAN DATA1. Massa hidrogen secara teoretis menggunakan Hukum Faradaya. Arus (I) = I b. Waktu Percobaan (t) = 30 menit = 1800 sekonc. Mr H2 = 2 gr/mold. Valensi H2SO4 = 2Perhitungan: Massa (gr) Massa hidrogen (gr) Massa hidrogen (gr) = 0,01865 I gramKeterangan: I masih dalam bentuk variabel karena pada saat praktikum besarnya kuat arus tidak terukur oleh avometer

2. Masa hidrogen berdasarkan percobaan menggunakan Persamaan Gas Ideala. Tekanan Ruangan = 691 mmhg = = 0,909 atmb. Suhu Ruangan = 260C = 299 Kc. Konstanta Gas = 0,082 atm L / mol Kd. Volume H2 = 9,7 x 10-3 LPerhitungan:PV = nRTPV = RTg (massa H2) = g (massa H2) = g (massa H2) = 7,193 x 10-4 gram

3. H. PEMBAHASAN1. Pembahasan Oleh Abdul Kholik (141411001)Pada praktikum kali ini, kami akan membuat gas hidrogen dengan metode elektrolisis dari larutan H2SO4 3 % sebanyak 60 mL yang dapat menghantarkan listrik dengan baik. Yang petama dilakukan adalah mengencerkan larutan asam sulfat 5 % mejadi 3 %. Setelah itu memasukannya kedalam elektrolyzer, dan catat volume awal di kedua tabung tersebut. Setelah itu, kami menghubungkan elektrolyzer dengan power supply. Kutub positif dihubungkan pada anoda, dan kutub negative dihubungkan pada katoda. Kemudian tutup kedua tabung tersebut, agar ketika reaksi berlangsung, gas hidrogen tidak keluar, karena gas hidrogen mudah terbakar jika pada suhu yang tinggi.Setelah semuanya terpasang dengan baik, kami menyalakan arus dan menyalakan stopwatch untu mengukur dan mengamati kondisi volume pada dua tabung elektrolyzer setiap 5 menit sekali selama 30 menit. Terlihat perubahan volume pada tabung katoda, karena terbentuknya gas hidrogen yang menempel pada dinding tabung, dan tidak adanya jalan keluar bagi gas hidrogen. Reaksi saat elektrolisis berlangsung adalah sebagai berikut:Katoda (-): 2H+(aq) + 2e- H2(g)Anoda (+): 2H2O(l) 4H+ + O2(g) + 4e- Total: 2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)Dari reaksi tersebut dapat diketahui bahwa proses elektrolisis larutan asam sulfat dapat menghasilkan gas hidrogen dan oksigen. Gas-gas ini membentuk gelembung pada saat reaksi berlangsung di kedua bagian tabung. Dari reaksi total tersebut juga dapat diketahui bahwa pembentukan gas H2 lebih cepat jika dibandingkan dengan pembentukan gas O2. Yang selanjutnya adalah membandingkan (untuk mencari efisiensi) massa H2 yang terbentuk ketika percobaan dengan massa H2 secara teoritis. Namun, hal tersebut tidak bisa dilakukan karena arus yang mengalir terlalu kecil, sehingga tidak dapat terbaca oleh AVO meter, meskipun tidak dapat dilakukan perbandingan, tapi masih diketahui massa H2 yang terbentuk pada saat percobaan. Menurut hasil percobaan didapatkan berat hidrogen selama 30 menit sebanyak7,193 x 10-4 gram.Jika dibandingkan dengan percobaan kelompok lain yang konsentrasinya lebih tinggi, dapat disimpulkan bahwa semakin besar konsentrasi larutan maka laju pembentukan gas H2 semakin tinggi karena dengan semakin besar konsentasi maka ion-ion dalam larutan semakin banyak dan mempercepat reaksi.

2. Pembahasan Oleh Arif Imanuddin (141411003)Pada praktkukum ini, praktikan membuat gas hidrogen (H2) dengan metode elektrolisis air. Meskipun nama metodenya elektrolisis air, namun bahan yang digunakan bukanlah air saja tetapi harus ada larutan elektrolit juga. Larutan elektrolit mengandung ion bebas. Ion-ion ini dapat memberikan atau menerima elektron sehingga elektron dapat mengalir melalui larutan. Bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah 60 ml H2SO4 3%. Alat yang digunakan merupakan rangkaian alat untuk elektrolisis air, meliputi elektrolyzer, power supply, kabel + mulut buaya, elektroda stainless steel, dan avometer. Elektroda yang disambungkan dengan arus listrik positif (+) dianggap sebagai anoda dan elektroda yang disambungkan dengan sumber arus listrik negatif (-) dari power supply dianggap sebagai katoda. Saat reaksi berlangsung pada katoda akan terjadi reduksi hidrogen karena kationnya berupa H+. Sedangkan pada anoda terjadi oksidasi air karena elektroda yang digunakan merupakan elektroda inert dan anionnya berupa sisa asam oksi. Adapun reaksi lengkapnya, yaitu:Katoda (-): 2H+(aq) + 2e- H2(g)Anoda (+): 2H2O(l) 4H+ + O2(g) + 4e- Total: 2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)Dari reaksi total tesebut dapat terlihat bahwa gas hidrogen (H2) terbentuk pada katoda dan gas oksigen (O2) terbentuk pada anoda. Gas-gas ini membentuk gelembung pada saat reaksi berlangsung di kedua bagian tabung. Dari reaksi total tersebut juga dapat diketahui bahwa pembentukan gas H2 lebih cepat jika dibandingkan dengan pembentukan gas O2, hal ini terbukti saat reaksi berlangsung pada katoda ukuran gelembung yang tebentuk lebih besar daripada gelembung yang terbentuk pada anoda. Hal ini dapat diamati juga ketika volume H2SO4 di katoda lebih cepat berkurang daripada H2SO4 yang berada di anoda.Selanjutnya dari data percobaan yang telah didapat, dicari perolahan massa H2 yang terbentuk pada saat percobaan dan dibandingkan dengan massa H2 yang terbentuk secara teoretis. Namun, pembandingan ini (untuk mencari efisiensi) tidak dapat dilakukan karena pada saat praktikum arus listrik yang terjadi terlalu kecil sehingga tidak terbaca oleh avometer. Meskipun tidak dapat mencari efisiensi pembentukan H2 masih dapat diketahui gas H2 yang tebentuk pada saat praktikum, yaitu sebesar 7,193 x 10-4 gram dengan laju alir pembentukan selama 30 menit sebesar 5,39 x 10-3 ml/s. Melalui praktikum ini juga dapat diketahui bahwa konsentrasi elektrolit berpengaruh terhadap laju pembentukan gas H2. Semakin tinggi konsentrasi suatu elektrolit semakin tinggi atau besar juga laju pembentukan gas H2. Hal ini dapat diamati dari data 1 dan data 2. Pada waktu pengamatan 15 menit laju pembentukan gas H2 untuk elektrolit H2SO4 3% adalah 5,44 x 10-3 ml/s dan laju pembentukan untuk elektrolit H2SO4 20% adalah 5,89 x 10-3 ml/s.

3. Pembahasan Oleh Ayu Nurpitriani (141411005)Hidrogen dapat dihasilkan dengan berbagai metode seperti elektrolisis, steam forming, proses bilogi dsb. Untuk skala lab dapat digunakan metode elektrolisis air dengan electrode stainless steel. Proses elektrolisa air dikenal juga sebagai elektrolisa alkalis, karena untuk berjalannya proses elektrolisa ini diperlukan larutan katalis berupa larutan elektrolit. Bahan yang digunakan adalah H2SO4 3% sebanyak 60 mL. Asam tersebut dimasukan ke dalam elektrolyser untuk selanjutnya dilakukan proses elektrolisis. Elektroda disambungkan dengan sumber tegangan listrik dari arus listrik positif (+) yang dianggap sebagai anoda dan sumber arus listrik negatif (-) dari rectifier yang dianggap sebagai katoda. Saat reaksi berlangsung yang akan tereduksi di katoda adalah hidrogen dan yang akan teroksidasi di anoda adalah air. Reaksi saat elektrolisis berlangsung adalah sebagai berikut:Katoda (-): 2H+(aq) + 2e- H2(g)Anoda (+): 2H2O(l) 4H+ + O2(g) + 4e- Total: 2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)Dari reaksi di atas dapat diketahui di katoda terbentuk gas H2 dan di anoda terbentuk gas O2. Gas-gas ini membentuk gelembung gas pada saat reaksi berlangsung di kedua bagian tabung. Gas H2 yang terbentuk di anoda adalah gas yang tidak berwarna, berbau dan sangat mudah terbakar. Selain itu dari reaksi tersebut dapat dipahami pula bahwa laju pembentukan gas H2 lebih cepat dari laju pembentukan gas O2. Hal ini dapat diamati ketika reaksi berlangsung, yaitu volume H2SO4 di katoda lebih cepat berkurang daripada H2SO4 yang berada di anoda.Selanjutnya dari data pengamatan dengan menggunakan rumus gas ideal, yaitu PV=nRT massa gas H2 secara teoritis dapat diketahui dan massa real nya dapat diketahui dengan menggunakan rumus . Massa secara teoritis sebesar 0,01865 I gram dan massa secara real sebesar 7,193 x 10-4 gram. Perbedaan ini terjadi disebabkan beberapa faktor, diantaranya adalah kesalahan saaat praktikum dan kuat arus yang tidak terbaca alat dikarenakan kuat arus yang dihasilkan terlalu kecil. Laju alir pembentukan H2 selama 30 menit adalah sebesar 5,89 x 10-3 ml/s.Dari data kelompok 4 1A D3 teknik kimia dapat dipahami bahwa semakin besar konsentrasi larutan maka laju pembentukan gas H2 semakin tinggi karena dengan semakin besar konsentasi maka ion-ion dalam larutan semakin banyak dan mempercepat reaksi.

I. KESIMPULAN1. Laju pembentukan gas H2 selama 30 menit, yaitu 5,39 x 10-3 ml/s2. Massa gas H2 yang terbentuk saat praktikum adalah 7,193 x 10-4 gram3. Semakin tinggi konsentrasi elektrolit yang digunakan untuk elektrolisis air, semakin tinggi juga laju pembentukan gas H2 nya

DAFTAR PUSATAKA

Amanda, Ariella. T.t. . Hidrogen https://www.academia.edu/7206990/Hidrogen [28 Maret 2015].

Wikipedia. 2013. Elektrolisis Air http://id.wikipedia.org/wiki/Elektrolisis_air [28 Maret 2015].

Wikipedia. 2015. Hidrogen. http://id.wikipedia.org/wiki/Hidrogen [ 28 Maret 2015].