(L2) Voltameter [PDF]

Citation preview

ABSTRAK Elektrokimia mempelajari tentang perubahan energi listrik menjadi energi kimia didalam sel elektrolisis sebagaimana terjadinya perubahan energi kimia menjadi energi listrik didalam sel galvani atau sel volta. Dalam percobaan ini akan dipelajari tentang elektrolisis yang prosesnya terjadi karena adanya arus yang mengalir dalam larutan, kemudian energi yang dihasilkan menyebabkan terjadinya reaksi oksidasi-reduksi spontan. Pada proses elektrolisis ini dipakai larutan elektrolit sebagai konduktor/penghantar, misalnya asam-basa atau garam karena larutan-larutan tersebut mengandung ion-ion positif dan negatif dalam larutannya. Percobaan ini menggunakan CuSO4 yang bersifat garam sebagai larutan (mediator), pada katoda dipakai lempeng Cu dan Pb pada anoda. Dengan mengalirkan sejumlah arus dari sumber tegangan dan ditunggu selama waktu tertentu maka akan terjadi endapan Cu di katoda yang besarnya dapat kita hitung. Karena endapan yang terjadi pada katoda adalah Cu maka percobaan ini dinamakan voltameter tembaga. Dari data-data yang dihasilkan (seperti waktu, besar arus, dan selisih berat), kemudian diolah, dapat digunakan untuk mengetahui banyaknya endapan pada katoda dan menghitung perbandingan arus ampermeter dengan arus sesungguhnya.



i



BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Kita sering melihat orang menyepuh logam dengan logam lain. Proses penyepuhan logam yang terjadi dengan perantara suatu larutan (media) tersebut terjadi karena adanya arus listrik (beda potensial listrik). Dari proses penyepuhan itu sendiri kita dapat mengetahui berapa endapan logam dengan menggunakan sebuah alat yaitu voltameter. Voltameter ini diberi nama sesuai dengan nama endapan yang terjadi pada katoda (sebagai indikator) diantaranya adalah voltameter tembaga. Dengan percobaan ini diharapkan praktikan mampu lebih memahami rumus-rumus yang telah ada dan berhubungan dengan voltameter. 1.2 Tujuan Percobaan ini bertujuan untuk menentukan keseksamaan dari penunjukkan jarum amperemeter dengan memakai voltameter tembaga. 1.3 Permasalahan Permasalahan yang timbul dalam percobaan ini adalah berapa besar kuat arus sesungguhnya, berdasarkan perhitungan dengan menggunakan rumus yang ada. Hasilnya akan dibandingkan dengan angka yang ditunjukkan oleh jarum amperemeter, sehingga diketahui keseksamaannya. Grafik yang menggambarkan kuat arus yang sesungguhnya dengan kuat arus yang terbaca pada amperemeter, akan digambarkan pula. Selanjutnya, akan dibahas kesimpulan dari percobaan ini dan apakah telah sesuai dengan teorii dasar atau tidak. 1.4 Sistematika Laporan Laporan ini secara garis besar terdiri atas lima bab. Berikut ini rinciannya : a. cover b. abstrak c. daftar isi d. daftar tabel e. daftar gambar f. daftar grafik g. bab I (Pendahuluan) h. bab II (Dasar Teori)



ii



i. bab III (Peralatan dan Cara Kerja) j. bab IV (Analisa Data dan Pembahasan) k. bab V ( Kesimpulan ) l. daftar pustaka m. laporan sementara



iii



BAB II DASAR TEORI Metal/logam dapat bertindak sebagai konduktor listrik, akibat adanya pergerakan bebas dari elektron-elektron pada strukturnya. Secara sederhana konduksinya disebut konduksi metalik. Pada larutan elektrolit yang ada kecenderungan sebagai konduksi listrik, dalam peristiwa ini dapat digambarkan sebagai berikut :



Gambar 2.1 Larutan elektrolit sebagai konduktor



Jika kedua elektrode dihubungkan dengan arus listrik searah (DC), maka ion-ion pada larutan akan bergerak berlawanan arah. Artinya, ion-ion positif akan bergerak ke elektrode negatif, sebaliknya ion-ion negatif akan bergerak kearah elektrode positif. Pergerakan-pergerakan muatan ion dalam larutan akan membawa energi listrik. Kondisi demikian ini disebut elektrolitik. Apabila ion-ion dalam larutan terkontak dengan elektrode maka reaksi kimia akan terjadi. Pada katode akan mengalami reduksi dan pada anoda akan mengalami oksidasi. Sifat hantaran listrik zat cair dapat dibedakan 1. Isolator, misal : air murni, minyak, dll. 2. Larutan ion, misal : a. mengalami perubahan kimia, misal : asam-basa, garam. b. tidak mengalami perubahan kimia, misal : air raksa, logam cair. Sesuai dengan tujuan percobaan ini, maka untukmenghitung arus, diperlukan endapan logam di katoda. Maka, akan ditinjau aspek kuantitatif pada elektrolisis ini dengan mengggunakan hukum Faraday, yaitu : “ Dalam elektrolisis, lewatnya 1 Faraday pada rangkaian menyebabakan oksidasi satu bobot ekivalen suatu zat pada satu elektrode dan reduksi satu bobot ekivalen pada elektrode yang lain.” Dan dinyatakan dalam rumus : G=a.i.t Dimana : G = jumlah endapan logam (gr) a = ekivalen elektrokimia (gr/coloumb) i = arus (Ampere) t = waktu (detik)



iv



Dengan “i . t” adalah jumlah arus yang akan disuplai, secara kuantitatif dinyatakan sebagai 1 Faraday, sehingga sesuai pula dengan kuantitas satuan standar kelistrikan yang menyatakan banyaknya elektron yang melewati elektrolit adalah coloumb maka : 1 Faraday = 1 mol elektron = 96500 Coloumb Sehingga rumus diatas menjadi : G= a.i.t 96500 Karena larutan yang dipakai adalah dalam percobaan adalah CuSO4, maka reaksi kimia yang terjadi bila terdapat arus listrik adalah : > 2 Cu++ + SO42-



CuSO4



Pada anoda : SO42Pada katoda: Cu2+ + 2e



> 2 e + SO4 > Cu



Artinya Cu2+ dari larutan garam bergerak menuju katoda dan anoda kehilangan Cu2+ yang dipakai untuk menetralkan SO42- . Sesuai dengan reaksi diatas, dan definisi ekivalensi elektrokimia, yaitu bobot zat yang diperlukan untuk memperoleh atau melepaskan 1 mol elektron, maka harga elektrovalensi kimia untuk Cu dapat ditentukan sebagai berikut: Dari hukum Faraday, rumus untuk “a” adalah : a = G / (i . t)



; dimana i . t adalah 1 Faraday



maka: a = G / 1 Faraday = G / (96500 C) Karena 1 mol Cu (63,5) gr menghasilkan 2 mol elektron, maka hanya diperlukan 0,5 mol Cu (63,5/2) gr untuk menghasilkan 1 mol elektron. Sehingga harga “a” untuk Cu dapat dicari : a=



G gr = 0,3294 mg / C 2 . 96500 C



Setelah harga “a” diketahui maka harga i ditentukan berdasar persamaan : i = G / (a . t) = G / (0,3294 . t), dengan :



G = dalam miligram a = dalam miligram/C t = dalam detik i = dalam ampere



Dengan persamaan tersebut, akan dapat dihitung besarnya “i” sesungguhnya yang nantinya akan dibandingkan dengan angka “i” pada amperemeter. Dengan demikian, besarnya keseksamaan dari penunjukkan jarum amperemeter dengan voltameter tembaga dapat diperhitungkan dengan ralat perhitungan. Rangkaian arus listrik yang digunakan pada percobaan voltameter tembaga adalah sebagai berikut : v



Gambar 2.2 Rangkaian percobaan voltameter tembaga



vi



BAB III PERALATAN DAN CARA KERJA 3.1 Peralatan Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini adalah : 1. Voltameter tembaga dengan perlengkapannya 1 set 2. Amperemeter 1 buah 3. Timbangan analisa 1 set 4. Tahanan geser 1 buah 5. Tahanan variabel 10x10 1 buah (Rv) 6. Sumber tegangan DC 1 buah (adaptor) 7. Stopwatch 8. Kompor listrik 3.2 Cara Kerja 1. Menghitung arus maksimum, dengan mengukur luas permukaan katoda bila kepadatan arus 0,01-0,02 A/cm2 . 2. Membersihkan elektroda dengan kertas gosok, mengukur massa elektroda dengan neraca analitis. 3. Membuat rangkaian seperti gambar 2.2, menggunakan i tertentu dengan mengatur Rv. Mencatat harga amperemeter dan mengusahakan harga i tetap dengan mengatur Rg. 4. Setelah 10 menit, aliran listrik diputus lalu elektroda dikeringkan dengan kompor listrik. Elektroda yang telah kering ditimbang, selisih berat antara berat setelah dikeringkan dengan berat awal adalah berat endapan yang dicari. 5. Ulangi langkah 2-4 sebanyak 2 kali dengan selang waktu yang sama 6. Ulangi langkah 2-5 untuk arus yang berbeda-beda.



vii



BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisa Data Dari data - data hasil percobaan maka dibuatlah analisa data sebagai berikut : Tabel 4.1 Ia (amperemeter) = 0,03 A No



M awal (gr)



M akhir (gr)



t (detik)



∆M



∆ M-M’



( ∆M-M’)2



1 2 3



95,00 95,00 95,00



95,00 96,00 97,00



300 300 300



0,00 1,00 2,00



-3,00 -2,00 -1,00



9,00 4,00 1,00



M’= 3,00



Ralat mutlak :



Σ (∆M



Σ (∆M-M’)2=14



-M’)2 = 0,18 = 0,03



Ralat Nisbi : I = 0,03x 100% = 3,75% 0,8 Keseksamaan : 100% - 3,75% = 96,25% Massa yang terendap : (0,8 + 0,03) gram



Tabel 4.2 Ia (amperemeter) = 0,04 No



M awal (gr)



M akhir (gr)



t (detik)



∆M



∆ M-M’



( ∆M-M’)2



1 2



98,4 105,5



105,9 112,2



300 300



7,5 6,7



3,25 2,45



10,6 6,0



M’= 4,25



Ralat mutlak :



Σ (∆M-M’)2= 16,6



= Σ(M-M’) = 16,6 = 8,3 n ( n-1) 2



Ralat Nisbi : 8,3/4,25 x 100% = 1,95% Keseksamaan : 100% - 1,95% = 98,05% Massa yang terendap : (4,25 + 8,3) gram



4.2 Pembahasan 1. Menghitung arus yang sebenarnya ( Is ) berdasar : a. tabel 4.1 G = 0,53 gr = 530 mgr ; a = 0,3294 mgr/C ; t = 300 detik viii



i = G / (a . t) = 530 / (0,3294 . 300) = 2,7 A Maka : Ia berbanding Is = 0,5 : 2,7 = 1: 5,4 b. tabel 4.2 G = 0,325 gr = 325 mgr ; a = 0,3294 mgr/C ; t = 600 detik i = G / (a . t) = 325 / (0,3294 . 600) = 1,6 A Maka : Ia berbanding Is = 0,7 : 1,6 = 1: 2,3 c. tabel 4.3 G = 0,7 gr = 700 mgr ; a = 0,3294 mgr/C ; t = 600 detik i = G / (a . t) = 700 / (0,3294 . 600) = 3,5 A Maka : Ia berbanding Is = 0,9 : 3,5 = 1: 3,9 2. Membuat grafik hubungan antara Ia (absis) dengan Is (ordinat) dg regresi linier tabel 4.4 No 1 2 3



0,5



X2 0,25



0,7



0,49



X



0,9 0,81 ΣX = 2,1 ΣX2 = 1,55



Y



ΣY =



XY 2,7



1,35



1,6



1,12



3,5 7,8



ΣXY =



3,15 5,62



Persamaan : Y = AX + B A = n ΣXY - ΣX . ΣY = 2 . 5,62 - 2,1 . 7,8 = 3,9 n ΣX2 - ( ΣX )2 2 . 1,55 - 4,41 B = ΣY - AΣX = 7,8 - 3,9 . 2,1 = - 0,2 n 2 Jadi : Y = 3,9X - 0,2



Dari regresi linier diatas, dapat dibuat grafik sebagai berikut :



ix



Grafik 4.1 : Hubungan antara Iamperemeter dan Isesungguhnya



Dari analisa diatas, dapat diketahui bahwa besarnya arus yang terbaca pada amperemeter lebih kecil daripada besarnya arus sesungguhnya. Hal ini dapat disebabkan karena penggosokan yang kurang bersih, ketidakstabilan arus listrik yang karenanya tahanan geser harus selalu diatur agar arus tetap konstan. Hal - hal lain yang perlu diperhatikan yang menjadi kendala adalah : 1. Waktu penekanan tombol stopwatch dan pemberian arus tidak bersamaan begitu pula saat pengamatan dihentikan. 2. Katoda dan anoda tidak bersih. 3. Keakuratan alat ukur (terutama neraca analitis) dan ketelitian pengukuran oleh praktikan. 4. Larutan elektrolit dan elektroda yang dipakai tidak diperhitungkan sebagai suatu hambatan.



x



BAB V KESIMPULAN Dari percobaan yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu : 1. Larutan elektrolit / ion dapat menghantarkan listrik dengan disertai perubahan kimia. 2. Besarnya arus yang terbaca oleh amperemeter selalu lebih kecil daripada besar arus sesungguhnya. 3. Diketahui perbandingan Ia terhadap Is tabel 4.1



Ia : Is = 1: 5,4 (maksudnya tiap satu satuan arus yang terbaca pada amperemeter lebih kecil 5,4 kali relatif terhadap arus sebenarnya)



tabel 4.2



Ia : Is = 1: 2,3 (maksudnya tiap satu satuan arus yang terbaca pada amperemeter lebih kecil 2,3 kali relatif terhadap arus sebenarnya)



tabel 4.3



Ia : Is = 1: 3,9 (maksudnya tiap satu satuan arus yang terbaca pada amperemeter lebih kecil 3,9 kali relatif terhadap arus sebenarnya)



4. Persamaan regresi linier yang merupakan nilai pendekatan dari ketiga perbandingan diatas (point 3) adalah Y = 3,9 X - 0,2. Artinya tiap satu-satuan arus yang terbaca pada amperemeter sebanding dengan arus sebenarnya sebesar 3,9 kalinya dikurangi 0,2.



xi



DAFTAR PUSTAKA



1. Sears and Zemansky, Univercity Phyisics, 2nd



edition, Addison - Wesley



Publishing Company, Inc., New York, 1982. 2. Charles W. Keenan, General College Chemistry, 5th edition, Harper and Row, New York, 1976. 3. Dosen-dosen Fisika, Fisika, edisi kedua, Jurusan Fisika FMIPA - ITS, Surabaya, 1989.



xii