ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 14 (2) (2011) : 54-57
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Pengaruh Ligan NH 3 pada Pengambilan Logam Tembaga dari Serpihan Sisa Produksi Kuningan Kabupaten Pati Secara Elektrolisis
Santi Hermayanti a , Didik Setiyo Widodo a , Rum Hastuti a*
a Analytical Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Matematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang
* Corresponding author: rum.hastuti@live.undip.ac.id
Art ic le   Info Ab s t rac t
Keywords:
Brass metal, copper metal, electrolysis, NH 3 ligand
A research on the effect of NH 3 ligand on the removal of copper metal from the remaining pieces  of  brass  production  of  Pati  Regency  by  electrolysis  has  been  conducted.  The remaining pieces of brass production contain major metals i.e. copper (Cu), zinc (Zn), and minor metals  Lead  (Pb)  and  Tin  (Sn).  The  addition  of  certain  ligands  may  increase  the quantity  and  quality  of  the  sediment.  This  study  consisted  of  3  steps,  which  were  the destruction  of  residual  brass  chip,  electrolysis  and  analysis  with  AAS.  The  electrolyte solution used was a solution of brass destruction diluted 1000 times. The variables of this research were the electrolysis times of 30, 60, 90, and 120 minutes on the sample with and without  addition  of  NH 3 .  The  results  showed  that  the  weight  of  19.54  mg  on  deposit without  NH 3 ligand  and  20.58  mg  with  NH 3 ligand  at  electrolysis  time  of  120  min.  The purity of the copper deposition at the electrolysis time of 30 min in the sample without the addition of NH 3 was 62.80% and with the addition of NH3 was 72.46%.

## Ab s t rak
Kata kunci:
Kuningan, tembaga, elektrolisis,ligan
NH 3
Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh ligan NH 3 pada pengambilan logam tembaga dari  serpihan  sisa  produksi  kuningan  Kabupaten  Pati  secara  elektrolisis.  Serpihan  sisa produksi kuningan mengandung logam mayor yakni tembaga(Cu), seng(Zn), dan logam minor  yakni  Timbal(Pb),  dan  Timah  (Sn).  Penambahan  ligan  tertentu  dapat meningkatkan  kuantitas  dan  kualitas  endapan.  Penelitian  ini  meliputi  3  langkah, yaitu destruksi serpihan sisa produksi kuningan, elektrolisis dan analisis dengan AAS. Larutan elektrolit  yang  digunakan  adalah  larutan  hasil  destruksi  serpihan  kuningan  yang diencerkan 1000 kali. Variabel penelitian ini adalah waktu elektrolisis yaitu 30, 60, 90, dan 120  menit  pada  sampel  tanpa  dan  dengan  penambahan  NH 3 .  Hasil  penelitian menunjukkan bahwa berat endapan 19,54 mg tanpa ligan NH 3 dan 20,58 mg dengan ligan NH 3 pada  waktu  elektrolisis  120  menit.  Kemurnian  endapan  tembaga  pada  waktu elektrolisis  30  menit  pada  sampel  tanpa  penambahan  NH 3 adalah  62,80%  dan  dengan penambahan NH 3 72,46%.

## 1. Pendahuluan
Logam  tembaga  sering  digunakan  untuk  melapisi logam  lain  karena  memiliki  sifat  yang  tahan  terhadap karat, memiliki warna menyerupai emas, sebagai fungsi dekoratif  dan  mudah  menghantarkan  listrik.  Proses pelapisan  tembaga  dengan  menggunakan  metode
elektrolisis  sering  diperoleh  lapisan  tembaga  yang kurang kuat dan kurang murni.
Logam  kuningan  ( brass )  pada  dasarnya  merupakan paduan homogen logam-logam tembaga (Cu), seng (Zn), timah  putih  (Sn)  dan  timah  hitam  (Pb).  Tembaga  dan seng  merupakan  unsur  terbesar  penyusun  kuningan
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 14 (2) (2011) : 54 – 57
sedangkan  timah  putih  dan  timah  hitam  merupakan unsur  terkecil.  Variasi  jenis  dan  kualitas  kuningan terutama sangat ditentukan oleh variasi komposisi unsur mayor ini [1-3].
Untuk memperoleh logam tembaga dalam serpihan sisa  produksi  kuningan,  perlu  dilakukan  pelarutan serpihan  kuningan  dalam  larutan  HNO 3 ,  kemudian dilakukan pengendapan logam tembaga melalui metode elektrolisis,  dengan  penetapan  potensial  dekomposisi, karena  tiap  logam  memiliki  potensial  dekomposisi masing-masing. Larutan HNO 3 efektif untuk melarutkan bahan  yang  sukar  dioksidasi.  Elektrolisis  merupakan metode  yang  paling  tepat  untuk  pengambilan  logam tembaga dalam serpihan kuningan. Kelebihan elektrolisis  adalah  proses  cepat,  peralatan  lebih sederhana dan kemurnian endapan yang diperoleh pada katoda cukup besar, dapat mencapai 99,9% [4].
Elektroda  yang  dipakai  saat  proses  elektrolisis adalah karbon. karbon dipakai sebagai elektroda karena karbon  memiliki  sifat  seperti  elektroda  platina,  yaitu inert.
Penambahan  ligan  tertentu  dapat  meningkatkan kuantitas  dan  kualitas  endapan  serta  logam-logam tertentu  mengendap  dengan  membentuk  lapisan  yang lebih kuat pada katoda dengan penambahan pengompleks.  Pemilihan  ligan  amonia  pada  proses tersebut didasarkan sifat amonia yang dapat membentuk kompleks  cukup  stabil  dengan  logam  yang  akan diendapkan.  Berdasar  data  konstanta  ketidakstabilan kompleksnya yang cukup kecil, amonia merupakan ligan pengompleks yang cukup stabil dengan logam tembaga.

## 2. Metode Penelitian

## 3. Hasil Dan Pembahasan

## Destruksi Serpihan Kuningan
Destruksi  merupakan  tahap  awal  yang  dilakukan untuk memutuskan ikatan tembaga dengan unsur-unsur lain  serpihan  sisa  produksi  kuningan.  Destruksi dilakukan  dengan  menggunakan  larutan  asam  nitrat pekat  65%.  Asam  nitrat  pekat  merupakan  pengoksidasi yang  cukup  kuat  dan  mampu  menaikkan  kekuatan
oksidasi  sehingga  mampu  melarutkan  serpihan  sisa kuningan dengan sempurna tanpa proses pemanasan.
3 Cu + 2 HNO 3 + 6 H + → 3 Cu 2+ + 2 NO + 4 H 2 O 3 Zn + 2 HNO 3 + 6 H + → 3 Zn 2+ + 2 NO + 4 H 2 O 3 Pb + 2 HNO 3 + 6 H + → 3 Pb 3+ + 2 NO + 4 H 2 O

## Penentuan Potensial Dekomposisi Tembaga dan Tembaga amonia
Dari gambar 1 (a) menunjukkan bahwa mulai 0,0 volt hingga 1,4 volt arus yang terjadi relatif tetap, sedangkan pada  potensial  1,6  volt-2,2  volt  terlihat  bahwa  arus mengalami  kenaikan  yang  disebabkan  oleh  dominasi reaksi transfer muatan maka potensial 1,7 volt digunakan sebagai potensial dekomposisi tembaga (Cu), sedangkan potensial  dekomposisi  timbal  (Pb)  terdapat  pada potensial 2,4 volt dan untuk potensial seng (Zn) terdapat pada  potensial  3,9  volt  hal  ini  disebabkan  karena  letak logam Zn dan Pb pada deret volta berada disebelah kiri Cu sehingga Cu akan lebih mudah tereduksi daripada Pb dan Zn yang lebih mudah teroksidasi. Pada gambar 1 (b) pada potensial  0,0  volt-0,8  volt  arus  mengalir  sangat  kecil. Arus  mulai  mengalami  peningkatan  ketika  potensial mencapai 1,0 volt. Pada potensial 1,0-2,2 volt di dominasi reaksi  transfer  massa  maka  potensial  dekomposisi [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ digunakan 1,4 volt sedangkan potensial 2,3 volt  kemungkinan  potensial  dekomposisi  Pb,  Pb  akan tereduksi  setelah  Cu  karena  Cu  lebih  mudah  tereduksi daripada Pb. Pb mempunyai afinitas elektron yang lebih rendah  dari  Cu  sehingga  pada  katoda  substansi  yang paling mudah menerima elektron adalah substansi yang akan  direduksi.  Sedangkan  pada  anoda  substansi  yang paling  mudah  melepaskan  elektron  adalah  substansi yang akan dioksidasi [5].
Gambar 1. Grafik hubungan arus vs potensial elektrolisis pada sampel tanpa penambahan NH 3 (a). Grafik hubungan arus vs potensial elektrolisis pada sampel dengan penambahan NH 3 (b).
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 14 (2) (2011) : 54 – 57 56 Elektrolisis pada Potensial Tetap (a) Katoda(C) Cu 2+ (aq) + 2e → Cu (s) E 0 +0,34 V 2H + (aq) + 2e → H 2(g) E 0 = 0 V Anoda(C) 2H 2 O (l) →O 2(g) +4H + + 4e E 0 = -1,23V Cu 2+ (aq) + 4H 2 O (l) → Cu (s) +H 2(g) +O 2 (g) + 2H + + 2OH E 0 = -0,89 V
(b) Katoda(C)  [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ (aq) + 2e → Cu (s) +4 NH 3(aq) E 0 = +0,77 V Anoda (C)  2H 2 O (l) →O 2(g) +4H + + 4e - E 0 =-1,23 V [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ (aq) +2H 2 O (l) → C u (s) +4NH 3(aq) +O 2(g) +2H + E 0 =-0,46V
Gambar 2. (a) reaksi yang terjadi pada elektrolisis tembaga tanpa pengompleks NH 3 . (b) Reaksi yang terjadi pada elektrolisis tembaga dengan pengompleks NH 3
Terbentuk  gas  H 2 dan  O 2 yang  akan  menghambat proses pengendapan logam pada katoda karena arus dari sumber  akan  digunakan  untuk  mengendapkan  logam pada katoda juga untuk membentuk gas H 2 dan O 2 sebagai hasil samping dari proses pengendapan logam sehingga proses  elektrolisis  berjalan  lambat.  Gas  H 2 dan  O 2 yang terbentuk  mempengaruhi  struktur  dan  kekuatan endapan  tembaga.  Gas  H 2 dan  O 2 merupakan  hasil samping  yang  mengganggu  proses  elektrolisis  karena untuk  melangsungkan  proses  tersebut  juga  diperlukan sejumlah arus, sehingga arus yang mengalir dari sumber listrik  tidak  hanya  digunakan  untuk  mengendapkan logam  pada  katoda  tetapi  juga  untuk  menghasilkan gelembung-gelembung  gas  H 2 dan  O 2 .  Adanya  gas  H 2 di katoda  menghalangi  menempelnya  logam  pada  katoda sehingga endapan yang terbentuk tidak rata dan rapuh.
Keberadaan  senyawa  pengompleks  NH 3 dapat menekan  (menurunkan) overpotensial selama  proses electroplating berlangsung  sehingga  pembentukkan  gas H 2 dan  O 2 pada  katoda  dan  anoda  dapat  diperkecil sehingga  lapisan  yang  terbentuk  semakin  bagus  dan kuat.  Hasil  elektrolisis  akan  dibandingkan  dengan  hasil elektrolisis  tanpa  penambahan  NH 3 .  Pengaruh  ion pengompleks  dalam  proses  pelapisan  logam  secara elektrolisis  menurunkan  potensial  elektroda  dan potensial  dekomposisi.  Akibat  pengaruh  ini  diharapkan dengan  potensial  terpasang  lebih  kecil  dan  yang  sama besar  akan  diperoleh  endapan  tembaga  yang  lebih optimal secara kualitatif maupun kuantitatif dibandingkan  proses  yang  sama  bila  tanpa  ligan pengompleks.

## Analisis Hasil
Tabel 1. Kandungan logam tembaga hasil elekrolisis (a) tanpa penambahan 25 mL larutan NH 3 1 M (b) dengan penambahan 25 mL larutan NH 3 1 M Waktu (menit) Berat Endapan (mg) Cu Terendapkan (%) Kemurnian Cu (%) 30 5,35 1,91 62,80 60 10,56 3,67 61,17 90 14,18 4,65 54,97 120 19,54 5,48 49,28
Waktu (menit) Berat Endapan (mg) Cu Terendapkan (%) Kemurnian Cu (%) 30 5,92 2,44 72,46 60 11,55 4,47 68,05 90 15,64 5,54 62,28 120 20,58 6,19 52,87
Dari  tabel  1.  Menunjukkan  bahwa  berat  logam tembaga 19,54 mg pada 120 menit sedangkan persentase Cu yang terendapkan 5,48%. Berat endapan pada katoda mengalami  kenaikan  dengan  bertambahnya  waktu  saat elektrolisis, hal  ini  sesuai  dengan  Hukum  Faraday  yang menyatakan bahwa massa zat yang terjadi akibat reaksi kimia  pada  elektroda  berbanding  lurus  dengan  jumlah listrik  yang  melalui  larutan  selama  elektrolisis [6](Sukardjo, 1992). Kandungan endapan logam tembaga yang  dihasilkan  semakin  besar  seiring  dengan meningkatnya  waktu.  Hasil  elektrolisis  dengan penambahan  NH 3 1  M  pada  tabel  1  diperoleh  bahwa dengan  bertambahnya  waktu  maka  berat  endapan  dan persentase  Cu  yang  terendapkan  meningkat,  walaupun peningkatannya  tidak  terlalu  besar  tetapi  dengan penambahan  NH 3 1  M  menunjukkan  hasil  yang  lebih besar.  Kemurnian  tembaga  tanpa  dan  dengan penambahan  larutan  NH 3 terlihat  semakin  menurun, kemungkinan  logam  lain  selain  tembaga  teroksidasi  di anoda.  Kandungan  dalam  serpihan  sisa  produksi kuningan  terdapat  logam-logam  lain  seperti  seng  dan timbal.  Dilihat  dari  deret  volta  logam-logam  tersebut berada disebelah kiri dari hidrogen, hal ini berarti bahwa logam-logam  tersebut  sukar  mengalami  reduksi  tetapi mudah mengalami oksidasi. Logam-logam disebelah kiri merupakan  logam  yang  mudah  melepaskan  elektron, sedangkan  logam  yang  disebelah  kanan  merupakan logam  yang  sukar  melepaskan  elektron,  untuk mengoksidasi  logam  seng  dan  timbal  dibutuhkan  arus yang  seharusnya  dipakai  untuk  mereduksi  tembaga, sehingga pengendapan tembaga tidak optimal.

## Randemen Faradik
Tabel 2. Rendemen faradik hasil elektrolisis (a) tanpa penambahan larutan NH 3 1M (b) dengan penambahan larutan NH 3 1M
Waktu (menit) Cu Terendapkan (%) Kemurnian Cu(%) Qapp (C) Qeff (C) Rf (%) 30 1,91 62,80 18,00  8,12  45,11 60 3,67 61,17 36,00  16,04  44,55 90 4,65 54,97 54,00  22,61  41,87 120 5,48 49,28 72,00  29,67  41,21 Waktu (menit) Cu Terendapka n (%) Kemurnian Cu(%) Qapp (C) Qeff (C) Rf (%) 30 2,44 72,46 18,00 8,99 49,94 60 4,47 68,05 36,00  17,54  48,72 90 5,54 62,28 54,00  23,75  43,98 120 6,19 52,87 72,00  31,25  43,40
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 14 (2) (2011) : 54 – 57
Tabel  2  menunjukkan  kecenderungan  menurunnya harga R f , disebabkan  karena  larutan  pada  sampel serpihan  kuningan  sebagai  larutan  elektrolit  yang mengandung selain tembaga dapat mengurangi migrasi selama  proses  elektrolisis  yang  berpengaruh  pada kuantitas tembaga yang terendapkan. Dari data tersebut diperoleh harga rendemen faradik yang terbaik tanpa dan dengan penambahan larutan NH 3 yaitu untuk elektrolisis selama  waktu  30  menit  yang  memiliki  harga R f 45,11% dan 49,94%.

## 4. Kesimpulan
Telah didapatkan logam tembaga dengan kemurnian endapan tembaga selama elektrolisis 30 menit tanpa NH 3 dan dengan penambahan larutan NH 3 yaitu 62,80% dan 72,46%.  Berat  endapan  tembaga  dengan  penambahan NH 3 1M  lebih  banyak yaitu  2,44;  4,47;  5,54;  dan 6,19%1daripada tanpa penambahan NH 3 yaitu 1,91; 3,67; 4,65;  dan  5,48%.  Kekuatan  lapisan  endapan  terbaik tanpa  dan  dengan  penambahan  NH 3 diperoleh  selama elektrolisis 30 menit yaitu waktu pelarutan 99,25 menit dan 103,02 menit.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  William  Herbert  Dennis,  Metallurgy  of  the  Non- ferrous Metals, Pitman, 1961.
[2]  RF  Schmidt, DG  Schmidt, Selection  and  application of  copper  alloy  castings, ASM  International,  Metals Handbook, Tenth Edition. , 2, (1990) 346-355
[3]  Mervin  T  Rowley,  Casting  copper-base  alloys, American Foundrymen's Society, 1984.
[4]  Alan  Cottrell,  An  introduction  to  metallurgy, Universities Press, 1990.
[5]  Reuben  Alexander  Day,  Arthur  Louis  Underwood, Analisa Kimia Kuantitatif, Erlangga, 1994.
[6]  Sukardjo, Kimia koordinasi, PT Bina Aksara, 1985.