ELEKTRO KIMIA : PEPMBUAT BATERAI DARI KOIN LOGAM Oleh Farindya Dwi
NIM 16030234022 16030234022
Firman Adji
NIM 160302340
Ashfiyatul Amaliyah
NIM 16030234049 16030234049
Kimia-A 2016
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA SURABAYA 2018
I. II. III.
JUDUL PERCOBAAN
: Pembuatan baterai dari koin logam
TANGGAL PERCOBAAN : Kamis, 22 Februari 2018, pukul 07.00-selesai DAFTAR PUSTAKA
:
1. Elektrokimia
Reaksi elektrokimia dapat dibagi menjadi dua kelas yang menghasilkan arus listrik (proses yang terjadi dalam baterai) dan yang dihasilkan oleh arus listrik yaitu elektrolisis.Tipe pertama terjadi serta merta, dan energi bebas sistem kimianya berkurang. Sistem itu dapat melakukan kerja, misalnya menjalankan motor. Tipe kedua harus dipaksa agar terjadi (oleh kerja yang dilakukan terhadap sistem kimia), dan energi bebas sistem kimia bertambah (Keenan:1980).Sel galvani adalah penataan bahan kimia dan penghantar listrik yang memberikan aliran elektron lewat rangkaian luar lewat suatu zat kimia yang teroksidasi ke zat kimia yang direduksi (Keenan:1980). Sebuah sel elektrokimia yang beroperasi secara spontan disebut sel galvani atau sel volta. Sel ini mengubah energi kimia menjadi energi listrik yang dapat diguakan untuk melakukan kerja (Oxtoby:1999). Hubungan listrik antara dua setengah-sel harus dilakukan dengan cara tertentu. Kedua elektroda logam dan larutannya harus berhubungan, dengan demikian lingkar arus yang sinambung terbentuk dan merupakan jalan agar partikel bermuatan mengalir. Secara sederhana elektroda saling dihubungkan dengan kawat logam yang memungkinkan aliran elektron (Petruci:1985). Sel terdiri dari dua setengah sel yang elektrodanya dihubungkan dengan kawat dan larutannya dengan jembatan garam (ujung jembatan garam disumbat dengan bahan berpori yang memungkinkan ion bermigrasi, tetapi mencegah aliran cairan dalam jumlah besar). Potensiometer mengukur perbedaan potonsial antara dua elektrode (Petrucci:1985) Bila dua logam dicelupkan dengan kecenderungan ionisasi yang berbeda dalam larutan elektrolit dan menghubungkan kedua elektroda dengan kawat, sebuah sel volta akan tersusun. Pertama, logam dengan kecenderungan ionisasi yang lebih besar akan teroksidasi, menghasilkan kation yang terlarut dalam larutan elektrolit. Kemudian elektron yang dihasilkan akan bermigrasi ke logam dengan kecenderungan ionisasi lebih rendah melalui kawat. Pada logam dengan kecenderungan ionisasi lebih
rendah, kation yang terlarut dalam larutan elektrolitakan direduksi dengan adanya elektron yang mengalir ke logam tersebut. 2. Sel Volta
Sel elektrokimia adalah peranti dengan arus listrik yang dilewatkan melalui rangkaian eksternal yang dikaitkan dengan setengah reaksi oksidasi dan reduksi yang masing-masing terjadi pada anoda dan katoda. Sel elektrokimia adalah alat khusus yang dapat membuat interaksi antara energi kimia (reaksi kimia) dengan energi listrik. Sel elektrokimia terbagi menjadi dua macam, yaitu sel Galvani (sel Volta) dan sel elektrolisis. Perbedaan dari sel Galvani (sel Volta) dengan sel elektrolisis yaitu a. Sel Galvani adalah alat yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik, sedangkan sel elektrolisis adalah sel yang dapat menguraikan senyawa kimia dengan arus listrik. b. Pada sel Galvani (sel Volta) anoda disebut elektroda negatif (-) dan katoda disebut elektroda positif (+), sedangkan pada sel elektrolisis anoda disebut elektroda positif (+) dan katoda disebut elektroda negatif (-).
Tabel 1: deret volta
Sel volta adalah sel elektrokimia yang dapat menghasilkan energi listrik yang
disebabkan oleh terjadinya reaksi redoks yang spontan. Sel Volta sering disebut juga sebagai sel Galvani karena Volta dan Galvani adalah ahli yang menemukan fenomena sel elektrokimia. Luigi Galvani (1737-1798), ahli fisiologi berkebangsaan Italia yang menyatakan adanya sifat listrik pada tulang hewan lewat percobaannya pada tulang katak. Sementara Alessandro Volta (1745-1827), ahli fisika yang juga berkebangsaan Italia, melakukan percobaan yang sama dan menyatakan bahwa aliran listrik yang terjadi adalah karena kontak logam yang tidak sama.
Gambar.rangkaian sel volta Setengah sel yang satu terdiri dari logam seng (zinc) yang dicelupkan ke dalam larutan ZnSO4 dan setengah sel yang lainnya terdiri atas logam tembaga (copper) yang dicelupkan ke dalam larutan CuSO 4. Jika kedua elektrodanya dihubungkan dengan rangkaian luar (misalnya kabel, kawat) maka akan dihasilkan arus listrik, yang dapat dibuktikan dengan bergeraknya jarum galvanometer yang dipasang pada rangkaian luar dari sel tersebut, ataupun dengan lam. Sel yang tampak di gambar sel volta di atas yang disebut juga sel Daniell, sesuai dengan nama orang yang mengembangkan alat tersebut. Ketika sel Daniell digunakan sebagai sumber listrik, terjad perubahan dari Zn menjadi Zn 2+ yang bersifat dapat larut. Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e – (reaksi oksidasi) Hal ini dapat diketahui dari semakin berkurangnya massa logam Zn. Di sisi lain, elektroda Cu semakin bertambah massanya karena terjadi pengendapan Cu dari Cu2+ dalam larutan. Cu2+(aq) + 2e – → Cu(s) (reaksi reduksi) Pada sel tersebut, elektroda Zn bertindak sebagai anoda dan elektroda Cu sebagai katoda. Pada sel elektrokimia, baik sel volta maupun sel elektrolisis, anoda adalah elektroda tempat terjadinya reaksi oksidasi dan katoda adalah tempat terjadinya reaksi reduksi.
Ketika sel Daniell digunakan, terjadi arus elektron dari elektroda seng (Zn) ke elektroda tembaga (Cu) pada rangkaian luar. Kita ketahui bahwa dalam fisika ada konvensi yang menyatakan bahwa pada sumber arus, arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif pada rangkaian luar, atau elektron mengalir mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Oleh karena itu, logam seng bertindak sebagai kutub negatif dan logam tembaga sebagai kitub positif. Bersamaan dengan itu pula, pada larutan dalam sel tersebut terjadi perpindahan sebagian ion Zn 2+ dari kiri ke kanan. Hal ini terjadi karena dalam larutan sebelah kiri terjadi kelebihan ion Zn2+ dibandingkan dengan ion SO 42- yang ada. Sementara itu, ion SO 42- mengalir dari kanan ke kiri karena di sisi kanan kelebihan ion SO 42- dibandingkan dengan ion Cu 2+. Reaksi total yang terjadi pada sel Daniell / sel volta adalah: Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s) Reaksi tersebut merupakan reaksi redoks spontan yang dapat digunakan untuk memproduksi listrik melalui suatu rangkaian sel elektrokimia. Potensial Sel Suatu sel Galvani (sel Volta) menghasilkan listrik karena adanya perbedaan daya tarik dua elektroda terhadap elektron, sehingga elektron mengalir dari yang lemah ke yang kuat daya tariknya. Perbedaan potensial kedua elektroda disebut potensial sel atau daya gerak listrik (DGL) sel dalam satuan volt (V). Potensial sel dapat diukur dengan menggunakan alat potensiometer. Aliran listrik antara dua larutan harus berbentuk migrasi ion. Hal ini hanya dapat dilakukan melalui larutan yang “menjembatani” kedua setengah-sel, tak dapat dihubungkan dengan kawat biasa : hubungan ini disebut jembatan garam (salt bridge) (petrucci:1985)
Gambar 1. Rangkaian Sel Volta Untuk kemudahan logam dalam mengalami reduksi disusun dalam sebuah deret yang disebut deret volta :
Gambar 2. Deret Volta
3. Elektrolit
Elektrolit adalah suatu zat yang larut atau terurai kedalam bentuk ion-ion dan selanjutnya larutan menjadi konduktor elektrik, ion-ion merupakan atom-atom bermuatan elektrik. Elektrolit bisa berupa air, asam, basa atau berupa senyawa kimia lainnya. Elektrolit umumnya berbentuk asam, basa atau garam. Beberapa gas tertentu dapat berfungsi sebagai elektrolit pada kondisi tertentu misalnya pada suhu tinggi atau tekanan rendah. Dalam kimia, larutan adalah campuran homogen yang terdiri dari dua atau lebih zat. Zat yang jumlahnya lebih sedikit di dalam larutan disebut (zat) terlarut atau solut, sedangkan zat yang jumlahnya lebih banyak daripada zat-zat lain dalam larutan disebut pelarut atau solven. Komposisi zat terlarut dan pelarut dalam larutan dinyatakan dalam konsentrasi larutan, sedangkan proses pencampuran zat terlarut dan pelarut membentuk larutan disebut pelarutan atau solvasi. Contoh larutan yang umum dijumpai adalah padatan yang dilarutkan dalam cairan, seperti garam atau gula dilarutkan dalam air. Gas dapat pula dilarutkan dalam cairan, misalnya karbon dioksida atau oksigen dalam air. Selain itu, cairan dapat pula larut dalam cairan lain, sementara gas larut dalam gas lain. Terdapat pula larutan padat, misalnya aloi (campuran logam) dan mineral tertentu. 4. Uang Logam Bahan pembuat uang logam Rp. 500 kuning, adalah perunggu alumunium.
Perunggu merupakan alloy dari tembaga dan timah yang dikenal sejak jaman kuno.Timah bisa juga diganti dengan unsur-unsur lain seperti fosfor, mangan, alumunium, atau silikon, dalam hal ini diganti dengan alumunium. Perunggu bersifat keras, tahan korosi dan mudah dibentuk. Dibanyak negara perunggu dimanfaatkan untuk membuat uang logam yang bernilai rendah.dan digunakan secara luas dalam industri. Logam paduan (metal alloy) sering digunakan sebagai pengganti logam murni karena pada logam paduan memiliki sifat yang dapat memberikan keuntungan dan kemudahan sebagai material pabrikasi seperti kekerasan pada logam paduan dapat ditingkatkan dari kekerasan logam asalnya, kekuatan tarik dapat diperbesar, daya pemuaian dapat dikurangi, titik lebur dapat diturunkan atau dinaikkan dibanding logam-logam asalnya. Sifat-sifat tersebut itulah yang tidak dimiliki logam murni sehingga logam murni dapat ditambahkan unsur logam lainnya untuk mendapatkan kelebihan-kelebihan dari sifat-sifat tersebut. Pada mata uang logam Rp. 100, dan Rp. 200 bahan yang digunakan adalah logam aluminium. Alumunium adalah logam dengan warna putih keperak-perakan yang
memiliki sifat sangat ringan dan tahan terhadap korosi(karat). Logam ini berasal dari bijihnya, bauksit, dengan proses elektrolisis. Alumunium digunakan dalam kabelkabel listrik lintas udara, pesawat terbang, kapal, mobil, kaleng minuman, dan foil dapur (pembungkus makanan). Di dalam kelistrikan Aluminium memiliki kepadatan rendah dan daktilitas tinggi adalah apa yang membuatnya cocok untuk transmisi listrik tegangan tinggi jarak jauh. Saluran listrik dari tembaga yang mahal dan perlu struktur pendukung tambahan untuk mendukung konduktivitas listrik yang tinggi. Sedangkan Aluminium tidak memerlukan semua ini, yang menghemat biaya dan menjadi tahan terhadap korosi, meningkatkan daya tahan. Oleh karena itu, aluminium menggantikan tembaga dalam transformator dan sistem kabel. Hal ini juga dapat digunakan dalam casing, penyangga, kotak sekering, piring satelit, televisi, peralatan rumah tangga, sistem suara, dan komunikasi lainnya dan peralatan elektronik.
IV.
ALAT DAN BAHAN :
Tabel 1. Alat dan bahan Alat/Bahan
Jumlah
Kabel
2 meter
Penjepit buaya
20 buah
Koin Logam Tembaga
7 buah
Koin Logam Alumunium
7 buah
Multimeter
1 buah
Air Cuka
Secukupnya
Air
Secukupnya
Kertas
Secukupnya
Lampu LED
1 buah
V.
CARA KERJA
Langkah pertama yang dilakukan yaitu menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan. Kertas dipotong sesuai dengan bentuk koin setelah itu direndam dalam air cuka dan air biasa. Pada percobaan pertama ,dibuat tumpukan yang urutannya terdiri dari koin logam tembaga, kertas yang sudah di rendam dengan air cuka, koin logam aluminium kemudian disambungkan dengan kabel buaya pada multimeter untuk mengukur teganggan. Setelah hasil tegangan sudah diketahui maka selanjutnya mengukur arus dan juga mengukur hambatan pada tumpukan koin logam dengan rangkaian yang sama. Setelah itu dihubungkan dengan lampu LED untuk membuktikan ada tidaknya arus listrik. Percobaan kedua, yaitu membuat tumpukan koin logam lebih banyak dari sebelumnya, yang terdiri dari koin loga tembaga, kertas yang sudah di rendam dengan air cuka, koin logam aluminium, koin logam tembaga, kertas rendaman air cuka hingga membuat 5 tumpukan dan 7 tumpukan. Kemudian disambungkan dengan kabel buaya pada multimeter untuk menggukur teganggan. Setelah hasil tegangan sudah diketahui maka selanjutnya menggukur arus dan juga mengukur hambatan pada jeruk dengan rangkaian yang sama. Setelah itu dihubungkan dengan lampu LED untuk membuktikan ada tidaknya arus listrik. Percobaan ketiga , dibuat tumpukan yang urutannya terdiri dari koin logam tembaga, kertas yang sudah di rendam dengan air biasa, koin logam aluminium kemudian disambungkan dengan kabel buaya pada multimeter untuk mengukur teganggan. Setelah hasil tegangan sudah diketahui maka selanjutnya mengukur arus dan juga mengukur hambatan pada tumpukan koin logam dengan rangkaian yang sama. Setelah itu dihubungkan dengan lampu LED untuk membuktikan ada tidaknya arus listrik. Percobaan keempat , yaitu membuat tumpukan koin logam lebih banyak dari sebelumnya, yang terdiri dari koin loga tembaga, kertas yang sudah di rendam dengan air biasa, koin logam aluminium, koin logam tembaga, kertas rendaman air cuka hingga membuat 5 tumpukan dan 7 tumpukan. Kemudian disambungkan dengan kabel buaya pada multimeter untuk menggukur teganggan. Setelah hasil tegangan sudah diketahui maka selanjutnya menggukur arus dan juga mengukur hambatan pada jeruk dengan rangkaian yang sama. Setelah itu dihubungkan dengan lampu LED untuk membuktikan ada tidaknya arus listrik.
VI.
HASIL PERCOBAAN
Tabel 1.Tegangan dan kuat arus dari hasil tumpukan koin logam dengan kertas yang di rendam air cuka Jumlah buah Tumpukan Tunggal
Hambatan
Tegangan
Kuat arus
0,74 V
0,5 mA
Tidak menyala
2,23 V
1,21 mA
Menyala
3,68 V
1,04 mA
Menyala
0,03
Tumpukan
Lampu LED
0,04 5 Koin logam Tumpukan
0,02
7 Koin logam
Tabel 2.Tegangan dan kuat arus dari hasil tumpukan koin logam dengan kertas yang di rendam air Jumlah buah Tumpukan Tunggal
Hambatan
Tegangan
Kuat arus
0,51 V
0,9 mA
Tidak menyala
2,16 V
0,18 mA
Tidak menyala
2,53 V
0,12 mA
Menyala
0,03
Tumpukan
Lampu LED
0,02 5 Koin logam Tumpukan
0,04
7 Koin logam
VII.
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Pada percobaan ini, dilakukan percobaan pemanfaatan koin logam untuk membuat baterai sebagai upaya pencarian sumber energi (listrik) alternatif. Koin logam tembaga berperan sebagai katoda karena tembaga memiliki kecenderungan untuk melakukan reduksi dan koin logam aluminium memiliki kecenderungaan untuk melakukan oksidasi sehingga berperan sebagai anoda .
Persamaan reaksi pada percobaan kedua ini adalah: Al + Cu2+ Al3+ + Cu
Potensial reduksi EoCu= +0,34 V lebih besar dari potensial reduksi E o Al= – 1,66 V. Dari data ini kita dapat menghitung secara manual (secara teori) besarnya Daya Gerak Listrik (DGL) yaitu dengan rumus: Eosel = Eoreduksi - Eooksidasi Eosel = +0,34 – (-1,66) = +2,00 V (Nilai teoritis) Nilai potensial reduksi diatas merpakan nilai secara teoritis.Penenntuan DGL bisa dilakukan dengan praktikum menggunakan multimeter. Langkah pengujian dimulai dengan menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan. Pertama akan dilakukan pengujian tumpukan koin logam yang urutannya terdiri dari koin logam tembaga, kertas yang sudah di rendam dengan air cuka, koin logam aluminium kemudian disambungkan dengan kabel buaya pada multimeter. Air cuka disini berperan sebagai larutan elektrolit. Hasil yang didapatkan yaitu tegangan sebesar 0,74 Volt, kuat arus sebesar 0,5 ma dan hambatan sebesar 0,03 ohm. Elektron bergerak dari zat bermuatan positif (katoda) atau ke zat bermuatan negatif (anoda) melalui elektrolit. Ketika
menghubungkan baterai ke sirkuit, elektron bergerak
melalui sirkuit dan menyediakan tenaga listrik di sirkuit itu. Pada percobaan yang kedua, tumpukan koin logam lebih banyak dari sebelumnya, yang terdiri dari koin loga tembaga, kertas yang sudah di rendam dengan air cuka, koin logam aluminium, koin logam tembaga, kertas rendaman air cuka hingga membuat 5 tumpukan dan 7 tumpukan kemudian disambungkan dengan kabel buaya pada multimeter. Didapatkan tegangan secara berturut-turut adalah 2,23V; 3,68 V dan kuat arus sebesar 1,21 mA; 1,04 mA dan hambatan sebesar 0,04 ohm; 0,04 ohm. Dengan harga tegangan tersebut mampu menghidupkan 1 buah lampu LED. Lampu yang menyala ini diakibatkan adanya arus listrik yang terjadi pada sel volta dimana elektron mengalir dari elektroda negatif ke elektroda positif. Hal ini disebabkan karena perbedaan potensial antara kedua elektroda. Al(s) → Al3+ (aq) + 3 e-
-1,66
Cu2+(aq) + e-→ Cu+(aq)
+0,34
Sehingga : Al + Cu2+ → Al3+ + Cu + 2,00 (+ menunjukkan reaksi spontan)
Pada percobaan ketiga, tumpukan yang urutannya terdiri dari koin logam tembaga, kertas yang sudah di rendam dengan air biasa, koin logam aluminium kemudian disambungkan dengan kabel buaya pada multimeter. Air disini berperan sebagai larutan elektrolit. Hasil yang didapatkan yaitu tegangan sebesar 0,51 Volt, kuat arus sebesar 0,9 ma dan hambatan sebesar 0,03 ohm. Elektron bergerak dari zat bermuatan positif (katoda) atau ke zat bermuatan negatif (anoda) melalui elektrolit. Ketika
menghubungkan baterai ke sirkuit, elektron bergerak melalui sirkuit dan
menyediakan tenaga listrik di sirkuit itu. Pada percobaan yang keempat, tumpukan koin logam lebih banyak dari sebelumnya, yang terdiri dari koin loga tembaga, kertas yang sudah di rendam dengan air cuka, koin logam aluminium, koin logam tembaga, kertas rendaman air hingga membuat 5 tumpukan dan 7 tumpukan kemudian disambungkan dengan kabel buaya pada multimeter. Didapatkan tegangan secara berturut-turut adalah 2,16V; 2,53 V; dan kuat arus sebesar 0,18 mA; 0,12 mA dan hambatan sebesar 0,02 ohm; 0,04 ohm. Dengan harga tegangan 7 tumpukan koin logam tersebut mampu menghidupkan 1 buah lampu LED. Lampu yang menyala ini diakibatkan adanya arus listrik yang terjadi pada sel volta dimana elektron mengalir dari elektroda negatif ke elektroda positif
VIII.
KESIMPULAN
Dari hasil analisis dan pembahasan dapat disimpulkan bahwa semakin banyak tumpukan koin logam maka tegangan yang dihasilkan semakin besar dan nyala lampu semakin terang. Larutan elektrolit yang digunakan juga mempengaruhi arus listrik yang dihasilkan. Elektrolit air cuka dapat menghasilkan tegangan lebih besar dari pada air biasa.
IX.
DAFTAR PUSTAKA
Keenan, Charles W.1980. Ilmu Kimia Untuk Universitas Edisi Keenam Jilid 2.Jakarta:Erlangga. Oxtoby, David W. Dkk. 1999. Prisip-Prinsip Kimia Modern Edisi Keempat Jilid 1.Jakarta :Erlangga. Petrucci,Ralph
H.1985. Kimia
Dasar
Prinsip
Dan
Terapan
Modern
EdisiKeempat .Jakarta:Erlangga. Tanpa Nama. 2009. Mata Uang Logam RI. (Online). http://www.rappang.com/2009/10/mata-uang-logam-ri.html. Diakses pada 26 Februari 2016.
Lampiran 1. Gambar Percobaan
Gambar 2. Pengukuran kuat arus pada 1 Gambar 1. Persiapan alat dan bahan
tumpukan koin logam
Gambar 3. Pengukuran voltase pada 7
Gambar 4. Pengukuran voltase pada 7
tumpukan koin logam elektrolit cuka
tumpukan koin logam elektrolit air
Gambar 5. Lampu LED menyala dengan 5 tumpukan koin logam elektrolit cuka
Gambar 6. Lampu LED tidak menyala dengan 5 tumpukan elektrolit ai
