Pelapisan Logam (Elektroplating)

Pelapisan Logam (Elektroplating)

Dasar Teori Elektroplating

Elektroplating dibuat dengan jalan 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 anodadan disebut sebagai anion. Larutannya disebut elektrolit.Hubungan antara voltase dalam elektrolit dan kekuatan arus listrik yang mengalir ditunjukkan oleh hukum Ohm yaitu :

Besarnya listrik yang mengalir yang dinyatakan dengan Coulomb adalah sama dengan arus listrik dikalikan dengan waktu. Dalam pemakaian secara umum atau dalam pemakaian elektroplating satuannya adalah ampere-jam (Ampere-hour) yang besarnya 3600 coulomb, yaitu sama dengan listrik yang mengalir ketika arus listrik sebesar 1 ampere mengalir selama 1 jam.

Michael Faraday pada tahun 1833 menetapkan hubungan antara kelistrikan dan ilmu kimia pada semua reaksielektrokimia. Dua hukum Faraday ini adalah :1.Hukum I: Jumlah dari tiap elemen atau grup dari elemen-elemen yang dibebaskan pada kedua anoda dan katoda selama elektrolisa sebanding dengan jumlah listrik yang mengalir dalam larutan.2.Hukum II: Jumlah dari arus listrik bebas sama dengan jumlah ion atau jumlah substansi ion yang dibebaskan dengan memberikan sejumlah arus listrik adalah sebanding dengan berat ekivalennya.Hukum I membuktikan terdapat hubungan antara reaksi kimia dan jumlah total listrik yang melalui elektrolit. Menurut Faraday, arus 1 Ampere mengalir selama 96.496 detik ( 26,8 jam) membebaskan 1,008 gram hidrogen dan 35,437 gram khlor dari larutan asam khlorida encer. Seperti hasil yang ditunjukkan bahwa 96.496 coulomb arus listrik membebaskan satu satuan berat ekivalen ion positif dan negatif. Oleh sebab itu 96.496 coulomb atau kira-kira 96.500 coulomb yang disebut 1 Faraday sebanding dengan berat 1 elektrokimia. Untuk menentukan logam yang terdeposisi dengan arus dan waktu dapat ditentukan :

Langkah selanjutnya adalah mengalikan bilangan Faraday dengan bilangan gram yang diendapkan oleh 1 Faraday (gram ekivalen), maka persamaannya menjadi:

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

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, sehinggakonsentrasi larutanbila menggunakan anoda aktif akan selalu tetap.

Efisiensi arus katoda sering dipakai sebagai pedoman menilai apakah semua arus yang masuk digunakan untuk mengendapkan ion logam pada katoda sehingga didapat efisisensi plating sebesar 100 % ataukah lebih kecil. Adanya kebocoran arus listrik, larutan yang tidak homogen danelektrolisisair merupakan beberapa penyebab rendahnya efisiensi.Elektrolisis air merupakan reaksi samping yang menghasilkan gas hidrogen pada katoda dan gas oksigen pada anoda.Reaksi elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut :

Secara praktis efisiensi plating dinyatakan sebagai perbandingan berat nyata terhadap berat teoritis endapan pada katoda.Apabila logam dimasukkan pada larutan yang mengandung ionnya sendiri akan menimbulkan beda potensial antara logam tersebut dengan larutan. Beda potensial ini disebabkan karena atom dari logam untuk menjadikan satu atau lebih muatan negatif dan lepas ke dalam larutan dalam bentuk ion.Pada saat yang bersamaan terjadi reaksi kebalikan dalam larutan. Dua reaksi yang berlawanan tersebut berlangsung pada kecepatan yang tidak sama, maka potensial ini akan diatur oleh permukaan logam dan elekrolit yang berhubungan dengan permukaan logam. Akhirnya kondisi setimbang tercapai dimana ionisasi dan pelepasan berlangsung tepat pada kecepatan yang sama. Kesetimbangan ini disebut dengan potensial kesetimbangan atau potensial bolak-balik pada partikel logam pada laruan yang dipergunakan.

Potensial elektroda standar berdasarkan skala hidrogen, dimana semua logam-logam sebelum hidrogen pada skala hidrogen mampu menggantikan hidrogen dari larutan yang mengandung ion hidrogen, dan logam-logam setelah hidrogen pada skala hidrogen biasanya tidak dapat menggantikan hidrogen secara langsung. Berikut ini adalah skala hidrogen :

Logam seng, timah hitam dan timah putih dinamakan logam dasar karena mudah larut di dalam asam dan ditunjukkan oleh tanda potensial negatif, sedangkan kebalikan dari ketiga logam diatas adalah logam mulia seperi tembaga, perak dan emas ditunjukkan oleh tanda potensial positif.

PELAPISANTEMBAGADalam pelapisantembagadigunakan bermacam-macanlarutanelektrolit, yaitu :1. Larutan asam2. Larutan sianida3. Larutan fluoborat4. Larutan pyrophosphatDiantara empat macam larutan di atas yang paling banyak digunakan adalah larutan asam dan larutan sianidaPELAPISAN TIMAH PUTIHPelapisan timah putih pada besi dengan cara listrik (elektroplating) sudah sangat lama dilakukan untuk kaleng-kaleng makanan, minuman dan sebagainya. Pelapisan secara listrik pada umumnya sudah menggantikan pelapisan secara celup panas, karena pelapisan secara celup panas menghasilkan lapisan yang tebal dan kurang merata (kurang halus) sedangkan pelapisan secara listrik dapat menghasilkan lapisan yang tipis dan lebih merata/halus. Dengan keuntungan tersebut pada saat ini lebih banyak industri yang melakukan pelapisan timah putih secara listrik dari pada secara celup panas (Hot Dip Galvanizing)..PELAPISAN SENGSeng sudah lama dikenal sebagai pelapis besi yang tahan korosi, murah harganya, dan mempunyai tampak permukaan yang cukup baik. Pelapisan senga pada besi dilaksanakan dengan beberapa cara sepertigalvanizing,sherardizing, ataumetal spraying. Namun pelapisan secara listrik (elektroplating) lebih disukai karena mempunyai beberapa keuntungan bila dibandingkan dengan cara-cara pelapisan yang lain, diantaranya :a. Lapisan lebih meratab. Daya rekat lapisan lebih baikc. Tampak permukaan lebih baikKarena beberapa keuntungan itulah maka lebih banyak dilaksanakan pelapisan secara listrik daripada cara-cara lainnya. Pelapisan seng secara listrik kadang juga disebutelektro-galvanizing. Larutan elektrolit yang sering digunakan ada dua macam yaitu larutan asam dan larutan sianida. Bila kedua larutan tersebut dibandingkan maka permukaan lapisan hasil dari penggunaan larutan sianida adalah lebih baik jika dibandingkan dengan larutan asam. Namun larutan asam digunakan bila dikehendaki kecepatan pelapisan yang tinggi dan biaya yang lebih murah.Larutan lain yang sering digunakan pada pelapisan adalah larutan alkali zincat dan larutanpyrophosphat.PELAPISAN NIKELPada saat ini, pelapisan nikel pada besi banyak sekali dilaksanakan baik untuk tujuan pencegahan karat ataupun untuk menambah keindahan. Dengan hasil lapisannya yang mengkilap maka dari segi ini nikel adalah yang paling banyak diinginkan untuk melapis permukaan. Dalam pelapisan nikel selain dikenal lapisan mengkilap, terdapat juga jenis pelapisan yang buram hasilnya. Akan tetapi tampak permukaan yang buram inipun dapat juga digosok hingga halus dan mengkilap. Jenis lain dari pelapisan nikel adalah pelapisan yang berwarna hitam. Warna hitam inipun tampak menarik dan digunakan biasanya untuk melapis laras senapan dan lainnya.PELAPISAN KHROMSelain nikel, maka pelapisan khrom banyak dilaksanakan untuk mendapatkan permukaan yang menarik. Karena sifat khas khrom yang sangat tahan karat maka pelapisan khrom mempunyai kelebihaan tersendiri bila dibandingkan dengan pelapisan lainnya. Selain sifat dekoratif dan atraktif dari pelapisan khrom, keuntungan lain dari pelapisan khrom adalah dapat dicapainya hasil pelapisan yang keras.Sumber logam khrom didapat dari asam khrom, tapi dalam perdagangan yang tersedia adalah khrom oksida (Cr O3) sehingga terdapatnya asam khrom adalah pada waktu khrom oksida bercampur dengan air

Pengerjaan Lapis Listrik

Pemilihan Jenis PelapisDi dalam proses lapis listrik, logam-logam yang umumnya digunakan untuk pelapis antara lain adalah :kadmium, khrom,tembaga, emas, perak,timbal, nikel dan seng, sedangkan logam paduan yang digunakan antara lain adalah kuningan dan perunggu.

Lapis Logam MuliaLogam-logam pelapis yang termasuk dalam golongan ini adalah logam yang betul-betul melindungi. Logam ini lebih bersifat katodik daripada logam yang dilindungi. Sebagian besar dari logam pelindung termasuk ke dalam golongan ini.

Lapis Logam KorbanLogam-logam pelapis yang termasuk dalam golongan ini adalah logam-logam yang lebih anodik dari logam yang dilindungi, sehingga logam pelindung ini akan rusak lebih dahulu, contoh:seng.

Untuk mendapatkan perlindungan yang baik, pemilihan jenis pelapis perlu dilakukan secara hati-hati. Hal-hal penting yang perlu di jadikan dasar pertimbangam adalah :Tujuan MelapisiTujuan melapisi dapat dibagi menjadi 3 kelompok.Kelompok 1.: Hanya untuk menambah daya tahan terhadap korosi.Contoh : lapis seng pada kawat baja untuk jalur komunikasi.

Kelompok 2.: Untuk mendapatkan permukaan yang tahan korosi dan sifat tertentu yang tidak dimiliki oleh logam yang akan dilapisi.Contoh : lapis nikel & khrom pada relay tilpun, dimana selainuntuk melindungi logam dasarnya dari korosi juga diharapkan akan memperbaiki sifat tahan aus.(wear resistance).

Kelompok 3.: Hanya untuk mendapatkan sifat tertentu.Contoh : lapis khrom pada silinder dan bagian lain dari mesin pembakaran, dimaksudkan untuk 91 memperbaiki sifat tahan aus dan lubrikasi dari permukaannya.

Fungsi dari benda yang dilapisiSebelum menentukan jenis pelapis yang akan digunakan,terlebih dahulu perlu diketahui fungsi dari benda yang akan dilapisi tersebut. Ada beberapa faktor yang perlu mendapat perhatian, antara lain :a.Faktor LingkunganLogam pelapis harus disesuaikan dengan lingkungan dimana benda yang akan dilapisi tersebut beradab.Umur pelayanan(service life).Pemilihan logam pelapis juga harus disesuaikan dengan umur pelayanan dari benda yang akan dilapisi.c.Logam dasaryang akan dilapisi.Suasana pelapisan (kondisi elektrolit) harus sesuai dengan benda yang akan dilapisi.Bentuk dan ukuran dari benda yang akan dilapisi. Disain bak,rak dan anoda yang digunakan untuk pelapisan harus sesuai dengan bentuk ukuran dari benda yang akan dilapisi.

Proses Elektroplating Tembaga-Nikel-KhromProses pelapisantembaga-nikel-khrom terhadap logam ferro atau kuningan sebagai logam yang dilapis adalah satu cara untuk melindungi logam terhadap serangan korosi dan untuk mendapatkan sifat dekoratif. Cara pelapisan tembaga-nikel-khrom dengan metode elektroplating adalah sebagai berikut:Pelapisan menggunakan arus searah. Cara kerjanya mirip dengan elektrolisa, dimana logam pelapis bertindak sebagai anoda,sedangkan logam dasarnya sebagai katoda. Cara terakhir ini yang disertai dengan perlakuan awal terhadap benda kerja yang baik mempunyai berbagai keuntungan dibandingkan dengan cara-cara yang lain. Keuntungan-keuntungan tersebut antara lain :a. Lapisan relatif tipis.b. Ketebalan dapat dikontrol.c. Permukaan lapisan lebih halus.d. Hemat dilihat dari pemakaian logam khrom.Pengerjaan elektroplating tembaga-nikel-khrom pada dasarnya terbagi atas tiga proses yaitu perlakuan awal, proses pelapisan dan proses pengolahan akhir hasil elektroplating.Proses elektroplating ini terdapat tiga jenis proses pelapisan yaitu yang pertama adalahpelapisan logamdengan Tembaga, lalu dilanjutkan dengan pelapisan Nikel dan yang terakhir benda dilapis dengan Khrom.Pelapisan TembagaTembaga atau Cuprum (Cu) merupakan logam yang banyak sekali digunakan, karena mempunyai sifat hantaran arus dan panas yang baik. Tembaga digunakan untuk pelapisan dasar karena dapat menutup permukaan bahan yang dilapis dengan baik. Pelapisan dasar tembaga dipelukan untuk pelapisan lanjut dengan nikel yang kemudian yang kemudian dilakukan pelapisan akhir khrom.

Aplikasi yang paling penting dari pelapisan tembaga adalah sebagai suatu lapisan dasar pada pelapisan baja sebelum dilapisi tembaga dari larutan asam yang biasanya diikuti pelapisan nikel dan khrom. Tembaga digunakan sebagai suatu lapisan awal untuk mendapatkan pelekatan yang bagus dan melindungi baja dari serangan keasaman larutan tembaga sulfat. Alasan pemilihan plating tembaga untuk aplikasi ini karena sifat penutupan lapisan yang bagus dan daya tembus yang tinggi.Sifat-sifat Fisika Tembaga1.Logam berwarna kemerah-merahan dan berkilauan2.Dapat ditempa, dibengkokan dan merupakan penghantar panas dan listrik3.Titik leleh : 1.0830C, titik didih : 2.3010C4.Berat jenis tembaga sekitar 8,92 gr/cm3Sifat-sifat Kimia Tembaga1.Dalam udara kering sukar teroksidasi, akan tetapi jika dipanaskan akan membentuk oksida tembaga (CuO)2.Dalam udara lembab akan diubah menjadi senyawa karbonat atau karat basa, menurut reaksi : 2Cu + O2 + CO2 + H2O (CuOH)2 CO33.Tidak dapat bereaksi dengan larutan HCl encer maupun H2SO4encer4.Dapat bereaksi dengan H2SO4 pekat maupun HNO3 encer dan pekatCu + H2SO4 CuSO4 +2H2O + SO2 Cu + 4HNO3 pekat Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2 3Cu + 8HNO3 encer 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO5.Pada umumnya lapisan Tembaga adalah lapisan dasar yang harus dilapisi lagi dengan Nikel atau Khrom. Pada prinsipnya ini merupakan proses pengendapan logam secaraelektrokimia,digunakan listrik arus searah (DC). Jenis elektrolit yang digunakan adalah tipe alkali dan tipe asam. Untuk tipe alkali komposisi larutan dan kondisi operasi dapat dilihat pada tabel 2.3.

Larutan Strike menghasilkan lapisan yang sangat tipis. Larutan strike dapat pula dipakai sebagai pembersih dengan pencelupan pada larutan sianida yang ditandai dengan keluarnya gas yang banyak pada benda kerja sehingga kotoran-kotoran yang menempel akan mengelupas. Larutan ini terutama digunakan pada komponen-komponen dari baja sebagai lapisan dasar, untuk selanjutnya dilakukan pelapisan tembaga dengan logam lain.

Formula kecepatan tinggi atau efisiensi tinggi digunakan untuk plating tembaga tebal, smentara proses Rochelle digunakan untuk menghasilkan pelapisan yang bersifat antara strike dan kecepatan tinggi. Garam-garam Rochelle tidak terdekomposisi dan hanya berkurang melalui drag-out yaitu terikutnya larutan pada benda kerja pada saat pengambilan dari tanki tinggi disbanding larutan strike sebab kerapatan arus katoda dan efisiensi penting dalam kecepatan plating. Larutan Rochelle dan kecepatan tinggi dapat dioperasikan pada temperatur relatif tinggi.Komposisi larutan dan kondisi operasi untuk pelapisan tembaga asam dapat dilihat pada tabel 2.4.Proses Pengolahan Awal adalah proses persiapan permukaan dari benda kerja yang akan mengalami proses pelapisanlogam.Padaumumnya proses pelapisan logam itu mempunyai dua tujuan pokok adalah sifat dekorasi, sifat ini untuk mendapatkan tampak rupa yang lebih baik dari benda asalnya, dan aplikasi teknologi, sifat ini misalnya untuk mendapatkan ketahanan korosinya, mampu solder, kekerasan, sifat listrik dan lain sebagainya.Keberhasilan proses pengolahan awal ini sangat menentukan kualitas hasil pelapisan logam, baik dengan cara listrik, kimia maupu dengan cara mekanis lainnya.Proses pengolahan awal yang akan mengalami proses pelapisan logam pada umumnya meliputi proses-proses pembersihan dari segala macam pengotor (cleaning proses) dan juga termasuk proses-proses pada olah permukaan seperti poleshing, buffing,dan proses persiapan permukaan yanglainnya.Untukmendapatkan daya lekat pelapisan logam (adhesi) dan fisik permukaan benda kerja yang baik dari suatu lapisan logam, maka perlu diperhatikan cara olah permukaan dan proses pembersihan permukaan. Ketidaksempurnaan kedua hal tersebut di atas dapat menyebabkan adanya garisan-garisan pada benda kerja dan pengelupasan hasil pelapisan logam.

Pelapisan Logam di Industri

Setiap tahun, korosi yang terjadi diberbagai lingkungan menyebabkan kerusakan yang memakan biaya cukup besar. Untuk menanggulangi bahaya korosi, yang berarti juga memperkecil kerugian, perlu dicari cara-cara untuk melindungi logam yang mudahterkorosi.Salahsatu cara perlindungan yang patut diketengahkan adalah memberikan suatu lapisan logam tertentu sebagai lapispelindung.Adabermacam-macam cara untuk memberikan logam pelapis pada logam yang akan dilindungi. Salah satu diantaranya adalah proses lapis listrik (electroplating).

Lapis listrik menawarkan jasanya untuk memberikan suatu perlindungan dengan menggunakan logam-logam tertentu sebagai lapis pelindung, misalnya : nikel, khrom, seng, timah dan lain-lain.Banyak orang yang tidak terjun langsung dalam industri lapis listrik mengira bahwa lapis listrik hanya untuk menbuat benda-benda tampak lebih menarik. Pada kenyataannya peranan lapis listrik jauh lebih luas lagi. Peranan utamanya adalah melindungi logam yang dilapisi dari bahaya korosi. Disamping itu peranan penting lainnya ialah dapat menambah daya tahan terhadap gesekan, memperbaiki sifat konduktivitas, memudahkan penyolderan, menambah kekerasan dan lain-lain. Sehingga memungkinkan para perancang dan ahli teknik untuk mendapatkan kombinasi sifat-sifat dari permukaan benda yang dilapisi dan logam pelapisnya.Konsep DasarLapis listrik adalah suatu proses pengendapan/deposisi suatu logam pelindung yang dikehendaki diatas logam lain dengan cara elektrolisa. Biasanya elektrolisa dilakukan dalam suatu bejana yang disebut sel elektrolisa yang berisi cairan elektrolit/rendaman (bath). Pada rendaman ini tercelup paling tidak dua elektroda.Masing-masing elektroda dihubungkan dengan arus listrik, terbagi menjadi kutub positif (+) dan negatif (-) dikenal sebagai anoda (+) dan katoda (-).

Selama proses lapis listrik berlangsung terjadi reaksi kimia pada daerah elektroda/elektrolit; baik reaksi reduksi maupun oksidasi.Karena pada proses lapis listrik reaksi diharapkan berjalan terus menerus menuju arah tertentu secara tetap, maka hal yang paling penting dalam proses ini adalah mengoperasikan proses ini dengan menggunakan arussearah.Dariuraian terdahulu dapat dikatakan bahwa ada 4 bagian yang utama (penting) dari suatu sistem lapis listrik. Keempat bagian yang harus ada didalam suatu unit lapis listrik adalah :a.Larutanelektrolit (rendaman)b.Anodac.Katoda (benda kerja)d.Sirkuit luarRendaman/Larutan ElektrolitSetiap larutan elektrolit yang dijadakan rendaman tempat proses lapis listrik berlangsung harus mengandung bahan-bahan terlarut yang sekurang-kurangnya memiliki satu dari fungsi berikut ini :a. Menyediakan sumber logam yang akan diendapkanb. Membentuk kompleks dengan ion logam yang akan diendapkanc. Konduktifd. Dapat menstabilkan larutan dari hidrolisae. Bertindak sebagai bufferf. Memodifikasi atau mengatur bentuk fisik dari endapang. Membantu pelarutan anoda.Adapun rendaman yang digunakan dalam proses lapis listrik dapat bersifat asam maupun basa.Rendaman Asam Dengan Garam SederhanaBiasanya rendaman selalu rengandung garam dari logam yang akan diendapkan/dilapiskan. Sebaiknya dipilih garamgaram yang mudah larut namun anion dari garam tersebut tidak mudah tereduksi. Walaupun anion tidak ikut secara langsung dalam proses terjadinya pelapisan, tetapi jika menempel pada permukaan katoda akan merupakan gangguan bagi struktur endapan.Aktivitas dari ion logam ditentukan oleh konsentrasi dari garam logamnya, derajat disosiasi dan konsentrasi komponen lain yang ada di dalam rendaman. Jika konsentrasi logamnya tidak mencukupi untuk diendapkan, akan terbentuk endapan yang terbakar pada rapat arus yang relative rendah.

Adanya ion khlorida di dalam rendaman yang bersifat asam mempunyai dua (2) fungsi utama, pertama akan memudahkan terkorosinya anoda atau mencegah pasivasi anoda dan yang kedua akan menaikkan koefisien difusi dari ion logamnya berarti menaikkan batas rapat arus (limiting current density).Rendaman yang Mengandung Garam KompleksGaram kompleks yang sering digunakan dalam proses lapis listrik adalah Sianida. Karena siano kompleks terdekomposisi oleh asam, maka rendaman harus bersifat alkali (basa).Adanyanatriumataukaliumhidroksida akan memperbaiki konduktivitas dan mencegah liberasi dari asam hidrosianat oleh CO2 yang masuk ke dalam rendaman dari udara.Buffer (penyangga) dan komponen lainnyaDisamping garam logamnya sebagai komponen utama,rendaman juga mengandung komponen lain, misalnya komponen yang berfungsi sebagai penyangga (mengatur pH);misal untuk rendaman nikel digunakan asam borat sebagaibuffer.85Sedangkan penambahan asam sulfat pada rendaman tertentu akan menaikkan konduktivitas dan mencegah hidrolisa.Bahan Imbuh (Addition Agent)Untuk mendapatkan hasil pelapisan yang baik (mengkilap,rata) diperlukan adanya komponen-komponen lain yang ditambahkan kedalam rendaman. Diantaranya adalah Wetting agent,levellers dan bahan pengkilap (brightener).AnodaAnoda yang digunakan dalam proses lapis listrik harus dapat mengalirkan arus listrik dari luar kedalam larutan/rendaman dan juga harus berfungsi sebagai pengisi kekurangan logam didalam larutan karena mengendap pada permukaankatoda.Anodadapat berbentuk lempengan logam yang masif atau dapat juga berbentuk bola atau potongan-potongan kecil.Ada dua jenis anoda, yaitu anoda yang terbuat dari logam yang akan diendapkan,dikenal dengan nama anoda terlarut dan satu lagi adalah anoda yang terbuat dari logam lain yang tidak larut dalam rendaman, dikenal dengan nama anodainert.Adakeuntungan dan kerugiannya masing-masing bila menggunakan jenis anoda tersebut.Keuntungan bila kita menggunakan anoda terlarut antara lain adalah larutan/rendaman dapat dikatakan memiliki kandungan 87 logam yang konstan, penambahan garam logamnya tidak perlu dilakukan. Sedangkan ke rugiannya menggunakan anoda terlarut adalah seringkali ada pengotor yang ikut terlarut dan kadangkadang juga ada bahan-bahan yang tidak larut yang akan mengotori rendaman, disamping itu perlu dilakukan kontrol apakah anoda tetap aktif dan tidak membentuk film tipis yang akan menyebabkan anoda menjadi pasif.Keuntungan menggunakan anoda inert adalah tidak perlu mengganti anoda (karena tidak akan habis) jadi sekali dipasang dapat digunakan selamanya; namun demikian ada juga kerugiannya yaitu, logam didalam rendaman lama kelamaan akan habis mengendap dibawa, sehingga analisa larutan dan penambahan bahan kimia kedalam larutan harus kerapkali dilakukan.KatodaKatoda atau benda kerja dapat memiliki bermacam bentuk dan dapat terbuat dari beraneka logam yang penting katoda harus bersifat konduktor sehingga proses lapis listrik dapat berlangsung dan logamdapat menempel pada katoda (benda kerja).Bila benda kerja tidak bersifat konduktor, dapat dilakukan pengerjaan awal yang membuat benda kerja siap menjadi katoda dalam proses lapis listrik.Sirkuit LuarSirkuit (rangkaian) listrik di luar sistem lapis listrik biasanya terdiri dari sumber arus dan peralatan lain yang dapat menyearahkan arus bila sumber arus memberikan arus bolak-balik.

LAPORAN ELEKTROKIMIA

LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTROKIMIAELEKTROPLATING LEMPENG BESI (Fe) DENGAN PELAPIS TEMBAGA (Cu)I.TUJUANMempelajari proses pelapisan besi dengan menggunakan logam pelapis tembaga.Menghitung berat, volume, dan juga tebal lapisan yang dihasilkan.II.DASAR TEORI1.1.PRINSIP DASAR EKLEKTROPLATINGElektroplating 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.1.2.ELEKTRODAElektroda merupakan kutub atau lempeng pada suatu sel elektrolitik ketika arus listrik memasuki atau meninggalkan sel. Elektroda dimana proses reduksi berlangsung disebut sebagai katoda yang merupakan kutub negatif(penarik elektron), sedangkan elektron dimana proses oksidasi berlandsung disebut anoda yang merupakan kutub positif (pelepas ektron).Anoda biasanya terkorosi dengan melepaskan elektron-elektron dari atom-atom logam netral untuk membentuk ion-ion bersangkutan. Berbagai anoda dipergunakan pada elektroplating. Ada anoda inert, ada anoda aktif (terkorosi). Anoda dapat merupakan logam murni, dapat pula sebagai alloy. Katoda biasanya tidak mengalami korosi, walaupun mungkin menderita kerusakan dalam kondisi-kondisi tertentu. Dalam larutan, ion-ion positif bergerak ke katoda dan ion-ion negatif bergerak ke anoda. Adapun logam yang biasa digunakan sebagai elektroda adalah logam yang tidak larut dalam larutan elektrolit yang digunakan sebagai pelapis.1.3.JENIS LARUTAN ELEKTROLITJenis larutan elektrolit yang dipakai dalam elektroplating ialah elektrolit asam, netral dan basa. Dinamakan larutan elektrolit sebab dapat menghantarkan arus listrik.Bak pelapisan pada umunya mengandung :Garam yang mengandung ion logamGaram yang berfungsi menambah daya hantar larutanLarutan yang bertindak sebagai buffer untuk menjaga pH larutan yang dikehendakiAdition Agent untuk mempengaruhi jenis larutan yang dihasilkan1.4.VOLTASE, TAHANAN DAN HATARANAliran antara kutub positif dan negatif dari sumber arus lansung dilengkapi dengan suatu alat elektrolit, maka sejumlah arus listrik yang akan lewat sangat bergantung pada dua faktor, yaitu :Gaya gerak listrik (ggl) atau dinamakan electro motif force (e. m. f. ) atau voltase yang digunakan pada baterai atau sumber arus ion sebagai sumber arus yang melalui elektrolit.Tahanan listrik dari elektrolit yang berbanding terbalik dengan arus yang lewat. Jika tahanan diperbesar maka kuat arus yang ditimbulkan makin kecil, begitulah sebaliknya.Untuk memulai suatu elektrolisa harus melampaui GGL balik galvanik atau potensial penguraian Ed.Harga ini dinyatakan dengan Ed= EAnoda- EKatodadapat dengan mudah dihitung. Persamaan untuk menentukan potensial yang diperlukan sebagai berikut : Edigunakan= Ed+ iR +katoda+anodaDengan Ed= Eanoda- Ekatodaadalah potensial penguraian menurut Nernst.Faktor ini berbanding terbalik dengan tahanan, dimana jika daya hantarnya bertambah maka arus yang lewat besar.Berdasarkan Hukum Ohm:I =Dimana, I = Arus (Ampere) E= e.m.f (volt) R= Tahanan (Ohm) Berdasarkan penemuan dari Michael Faraday pada tahun 1883 yang dikenal sebagai hukum Faraday, menetapkan hubungan listik dan kimia dari elektrolit atau reaksi elektrokimia. Kedua hukum tersebut adalah:a.Berat logam yang diendapkan pada katoda selama elektrolisis adalah sebanding dengan jumlah arus listrik yang melalui larutan.b.Untuk sejumlah arus yang lewat selama elektrolisis, berat logam yang diendapkan sebanding dengan berat ekivalennya.Berdasarkan kedua hukum tersebut diatas diperoleh:Dimana, W = Berat endapan (gram) I = Kuat Arus (ampere) t = Waktu pelapisan (detik) A= Berat atom (garam/mol) Z = Valensi F = Konstanta Faraday (96500 Coloumb)1.5.TEBAL LAPISAN Tebal lapisan dapat ditentukan dari berat endapan yang diperoleh dengan hukum Faraday, dimana terlebih dahulu mencari volume lapisan. Volume Lapisan =Sehingga: Tebal Lapisan =1.6.FAKTOR YANG MEMPENGARUHI LAPISANLogam 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.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.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 tatapi kemungkinan lapisan yang terjadi kasar.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.Anoda : H2(g) H+ + e- Eo = 0,0 VoltKatoda : H+(baku) + e- H2 Eo = 0,0 VoltReaksi sel : H2(g) + H+(baku) H++ H2(g) Eo = 0,0 VoltBerdasarkan persamaan Nernst :

Jika tekanan gas = 1 atm, [H+]baku = 1 M, maka:Esel= 0,0 0,059/1 log [H+]Esel= 0,059 pHpH = Esel/0,059III.METODE3.1WAKTU DAN TEMPAT3.1.1WAKTUPraktikum ini dialkukan pada hari Kamis, 20 Mei 2010 jam 05.00 WIT dan hari Jumat, 21 Mei 2010 jam 09.00 WIT.3.1.2TEMPATPelaksanaan ini yaitu di Laboratosium jurusan Kimia Universitas Negeri Papua Manokwari.3.2ALAT DAN BAHAN3.2.1ALATAlat yang digunakan yaitu : gelas piala, pipet tetes, gelas ukur, statif, kabel, penjepit mulut buaya, gegep, pemanas, corong, timbangan, amplas, thermometer, tisu, allumunium foil, rectifier (sumber arus DC)3.2.2BAHANBahan yang digunakan pada praktikum ini adalah: Lempengan Besi, H2SO4, NaOH, Na2CO3, CuSO4.3.3CARA KERJA3.3.1TAHAP PENGERJAAN AWAL3.3.1.1Pembersihan Secara MekanikAmplas permukaan lempeng besi hingga halus dan hilang karat yang menempel pada besi.3.3.1.2Pembersihan Lemak dan MinyakPembuatan larutan pencuci lemak dan minyak :campurkan 12,9 gram NaOH dan 25 gram Na2CO3 kemudian larutkan dan tmabhakan air hingga volumenya 1 L.Cara Menghilangkan Lemak dan Minyak: celupkan lempeng besi yang telah diamplas dalam larutan pencuci lemak dan minyak pada suhu 70oC selama 15 menit.3.3.1.3Pembersihan KaratPembuatan larutan penghilang karat :campurkan 20 mL H2SO4 pekat dan larutkan dalam 80 mL aquades.Penghilangan Karat :Celupkan lempeng besi dalam larutan pencuci karat selama lima belas menit pada suhu 40oC-60oC.3.3.1.4Pembilasan dan PenimbanganSetelah dicuci dengan pencuci alkali dan pencuci karat, bilas dalam aquades sehingga lempeng bersih dari karat maupun lemak dan minyak. Selanjutnya keringkan lalu timbang berat awalnya.3.3.2TAHAP PELAPISAN3.3.2.1Pembuatan Larutan ElektrolitCampurkan 200 gram CuSO4 dan 30 gram H2SO4 kemudian larutkan hingga volumenya 1 L. pH larutan terukur 1.3.3.2.2Proses ElektroplatingHubungkan anoda dengan kutub positif pada rectifier, dan katoda pada kutub negative.Anoda yang digunakan adalah logam tembaga dan katodanya adalah lempeng besi (bahan Kerja)Celupkan anoda dan katoda pada larutan elektrolit dan alirkan arus 1Ampere selama 5 menit.Putuskan arus dan angkat logam kerja, keringkan kemudian timbang.Susunan alat electroplating

ANODA

IV.HASIL DAN PEMBAHASAN4.1HASIL PENGAMATANBerat lempeng besi awal = 109,1004 gramBerat lempeng besi setelah pelapisan = 109,6974 gramUkuran lapisan pada lempeng besi : Panjang = 5,9 cm Lebar = 5,1 cm Tinggi = 0,2 cm4.2PERHITUNGAN

Catatan : luas penampang dari logam yang dilapisi membentuk balok tanpa tutup. Karena hanya setengah dari lempeng yang terlapisi. Sementara salah satu sisinya tidak terlapisi.

4.3PEMBAHASANElectroplating 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.Pada praktikum ini, logam yang kita lapisi yaitu lempeng besi dengan logam pelapis tembaga. Yang mana sifat dari besi yang mudah mengalami korosi ketika kontak dengan udara. Oleh karena itu perlu adanya pelapisan dengan logam lain agar besi tidak mudah mengalami korosi. Sifat besi yang pada dasarnya rentan terhadap korosi maka sebelum dilakukan electroplating perlu adanya pembersihan permukaan lempeng tersebut.Proses pembersihan lempeng besi dilakukan dalam tiga tahap yaitu pembersihan secara mekanik, pembersihan lemak dan minyak, serta pembersihan karat. Proses pembersihan karat dilakukan dengan menggunakan amplas, yang mana pada tahap ini pengamplasan bertujuan untuk menghilangkan sebagian karat dan juga memperhalus permukaan lempeng. Penghalusan lempeng bertujuan agar hasil pelapisan bias rata dan juga halus sehingga bias tampak lebih indah. Penghilangan karat pada tahap ini hanya sebagian saja yang bias dihilangkan. Oleh karena itu pada tahap selanjutnya akan dibersihkan lagi.Penghilangan lemak dan minyak dilakukan dengan mencelupkan lempeng yang telah halus kedalam larutan alkali.yang terdiri dari campuran NaOH dan Na2CO3. NaOH pada tahap ini berfungsi untuk menyabunkan lemak dan minyak yang menempel pada lempeng besi. Ketika lipid telah tersabunkan maka secara otomatis akan terlepas dari lempeng dan terlarut dalam larutan pencuci. Pada proses ini terlihat adanya lapisan-lapisan tipis lemak dan minyak yang terapung di permukaan larutan. Lemak dan minyak ini dihilangkan dengan tujuan agar tidak mengurangi daya hantar listrik dan juga permukaan kontak antara logam dasar dengan logam pelapis.Larutan pencuci yang digunakan untuk menghilangkan karat yaitu terdiri dari 20% H2SO4. Asam sulfat merupakan asam yang sangat kuat sehingga mampu meutuskan ikatan antara logam dan oksidanya. Pada tahap ini peristiwa yang bias diamati adalah terjadinya gelembung-gelembung dalam larutan dan juga larutan menajdi warna keruh akibat karat besi yang terlepas dari lempeng besi. Penghilangan karat ini bertujuan agar lapisan yang terbentuk relative lebih kuat dan tidak mudah mengelupas.Setelah dilakukan tahap persiapan, maka kita telah mendapatkan lempeng besi yang telah siap untuk dilapisi dengan tembaga. Pada tahap pelapisan, lempeng besi yang ditempatkan pada posisi katoda dan tembaga pada posisi anoda menyebabkan terbentuknya lapisan pada bagian katoda (bahan kerja). Pada praktikum ini kita menggunakan larutan elektrolit asam yang terdiri dari CuSO4dan H2SO4. pH yang terukur pada larutan ini adalah 0.Pada saat arus mengalir, maka akan terjadi reaksi kimia dalam system, yang mana ion postif dalam larutan akan bergerak mendekati kutub negative (katoda) dan ion negative akan bergerak mendekati kutub positif (anoda). Rekasi reduksi terjadi dikatoda dan reaksi oksidasi terjadi di anoda. Dalam hal ini, tembaga yang kita gunakan sebagai anoda akan mengalami oksidasi sehingga melepaskan elektronnya. Sementara lempeng besi akan mengalami reduksi sehingga akan menerima electron.Hasil pelapisan yang kita lakukan memiliki permukaan yang kasar dan mudah sekali terlepas. Warna yang tebentuk adalah warna tembaga karena pelapisnya yang kita gunakan adalah tembaga. Sementara itu, hasil yang kita peroleh sangatergantung pada beberapa factor yaitu Arus yang mengalir, pH, dan konsentrasi larutan, serta logam dasar itu sendiri.Pada percobaan ini, kita tidak melakukan optimasi factor-faktor electroplating yang penting, yaitu pH, konsentrasi, arus, dan waktu kontak. Dalam percobaan ini arus dibuat dalam 1 Ampere, pH = 0, waktu = 5 menit. Seharusnya kondisi tersebut dibuat dalam kondisi optimum. Kondisi optimum itu sendiri bisa ditentukan dengan eksperimen. Akan tetapi karena jumlah bahan yang sedikit maka kita tidak bisa melakukan penentuan tersebut.Permukaan lapisan yang kasar disebabkan karena kondisi-kondisi tersebut tidak sesuai. Dimana rapat arus yang tinggi akan mempercepat pembentukan lapisan akan tetapi hasilnya kasar, selain itu juga kemungkinan disebabkan karena konsentrasi larutan yang terlalu tinggi sehingga berdampak pada lapisan hasil yang kasar. Akan tetapi jika dikarenakan konsentrasi yang tinggi maka lapisan yang didaptkan sangat kuat. Sementara pada percobaan ini lpisan sangat rapuh dan mudah terkelupas. Hal ini menunjukan bahwa yang lebih utama menyebabkan hasil yang kasar adalah rapat arus yang tinggi. Selain itu juga permukaan logam yang kurang halus menambah resiko munculnya hasil yang kasar.Lapisan logam yang mudah terlepas bisa disebabkan karena penampang logam yang dilapisi masih banyak mengandung kotoran seperti lemak dan minyak, ataupun masih banyak mengandung karat. Karena besi sangat rentan terserang korosi ketika sedikit kontak dengan udara.Selain itu satu hal penting yang perlu kita perhatikan adalah arus yang engalir. Ketika rectifier belum dihubungkan dengan larutan, arus yang terbaca memang 1 A. tetapi ketika logam kerja dicelupkan, ternyata arus yang terbaca menurun tidak mencapai 1 Ampere. Padahal dalam system terdapat larutan dan elektroda yang sebenarnya memiliki nilai hambatan. Sehingga perlu diperhitungkan ketika kita ingin mendapatkan arus yang sesuai dengan keinginan.V.PENUTUP5.1 KESIMPULANSetelah melakukan praktikum ini dan dilakukan analisis dapat disimpulkan beberapa hal:Lapisan yang dihasilkan kasar dan mudah terlepas akibat ketidaksesuainnya kondisi-kondisi system.Lapisan yang diperoleh memiliki ketebalan 1,1 x 10-3cm yang terdistribusi pada permukaan seluas 62,38 cm3dengan berat 0,597 gram.DAFTAR PUSTAKALangsa, markus H. 2010. Penuntun praktikum elektrokimia. Jurusan Kimia. Manokwari.Atkins, PW. 1983. Kimia Fisika jilid II. Erlangga. Jakarta.