## PENGARUH BAHAN ELEKTRODE PADA PENGAMBILAN Cu DAN Cd SECARA ELEKTROKIMIA

## Abdul Haris, Melani Suberta, Didik Setiyo Widodo

## Laboratorium Kimia Analitik Jurusan Kimia FMIPA Universitas Diponegoro

## ABSTRAK
Pengolahan biji tembaga menjadi tembaga banyak dilakukan menggunakan proses pemekatan melelui pencucian dan pemisahan secara fisik dengan hasil yang tidak maksimal karena sebagian logam ikut terbuang bersama pengotor logam yang lain, diantaranya kadmium ke dalam ekosistem darat dan perairan.
Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh bahan elektroda pada pengambilan tembaga dan kadmium  dari  campuran  dengan  komposisi  elektrolit  CuSO 4 dan  CdSO 4 secara  elektrolisis.  Sel elektrolisis menggunakan variasi bahan elektroda tembaga- karbon (Cu-C), seng - karbon (Zn-C) dan karbon-karbon (C-C). Elektrolisis dijalankan dengan potensial terpasang tetap pada temperatur kamar selama 2 jam.
Hasil penelitian diperoleh bahwa kuantitas pengendapan tembaga terbaik pada elektrode (Zn-C) dapat  menurunkan  kadar  Cu 2+ dari  63,5  ppm  menjadi  41,5  ppm  dengan  efisiensi  arus  32,0  %,  dan elektrode (Cu-C) dapat menurunkan kadar Cd dari 112,4 ppm menjadi 94,4 ppm dengan efisiensi arus 3,8 %
Kata kunci: tembaga, kadmium, elektrolisis, bahan elektroda

## THE EFFECT OF ELECTROD MATERIALS ON Cu AND Cd UPTAKE BY ELECTROCHEMICAL METHOD

## ABSTRACK
Copper  ore  treatment  to  become  copper  has  astonishingly  been  done  via  preconcentration followed by washing and separating process physically resulted in less quantity product. That procedure liberates waste containing the metal and other impurity such as cadmium to environment.
Research on effect of the electrode material has been performed in uptaking Cu and Cd in solution of CuSO 4 and CdSO 4 with electrolysis method. Electrolysis cell was constructed with varying electrode material  of  Cu-C,  Zn-C  and  C-C.  Process  was  completed  at  constant  applied  potential  and  room temperature within 2 hours.
Data show that best process with the use of Zn-C electrode decreased Cu 2+ concentration from 63.5 to 41.5 ppm with current efficiency of 32.0%, while in the sistem with Cu-C electrode decreased Cd +2 concentration from 112.4 to 94.4 ppm with current efficiency of 3.8%.
Keywords: copper, cadmium, electrolysis, electrode material

## PENDAHULUAN
Pencemaran  lingkungan  dapat  disebabkan  oleh logam-logam  berat  diantaranya  adalah  logam berat tembaga dan kadmium yang terdapat pada limbah  cair.  Jumlah  logam  tembaga  dan kadmium  yang  diperbolehkan  terakumulasi dalam air berturut-turut adalah 1,3 dan 0,8 ppm dan  bila  lebih  akan  bersifat  toksik  dan  dapat menyebabkan  gangguan  tertentu  pada  mahluk
hidup,  sehingga  diperlukan  langkah-langkah pencegahan berupa pengambilan atau pemisahan logam berat tersebut.
Pengambilan logam dalam campurannya dengan metode  elektrokimia  dapat  dilakukan  pada kondisi  optimal  meliputi  pengaruh  kuat  arus, potensial terpasang, pH larutan elektrolit, adanya ligan  tertentu,  elektrolit  pendukung,  dan  bahan elektroda. Pengaruh potensial terpasang
terhadap pengendapan tembaga dan perak dalam campuran  perak  nitrat  dan tembaga  sulfat  telah dilakukan Wida (2003) menggunakan elektrode platina  dan  karbon  diperoleh  hasil  maksimum pada potensial terpasang 0,8 dan 1,80 volt. Pada penelitian  ini  akan  dilakukan  pemisahan  dan penentuan  tembaga  dan  kadmium  dengan  cara elektrolisis dari suatu larutan yang mengandung campuran kedua ion logam tersebut. Kedua ion logam  diendapkan  dengan  variasi  bahan elektroda  pada  potensial  dekomposisi  masing- masing.  Pada  keadaan  standar  besarnya potensial  sel  pada  pengendapan  Cu  secara teoritis dapat dihitung:
Kat : Cu 2+ (aq) + 2 e - → Cu (s) E°  =  0,34V
An  : H 2 O (l) → ½ O 2(g) + 2 H + (aq) + 2 e - E°  = -1,23V Cu 2+ (aq) +H 2 O (l) → Cu (s) +½O 2(g) +2H + (aq) E° sel = -0,89V
Besarnya  potensial  sel  pada  keadaan  standar pada pengendapan Cd:
Kat : Cd 2+ (aq) + 2 e - → Cu (s)
E°  =  -0,40V
An  : H 2 O (l) → ½ O 2(g) + 2 H + (aq) + 2 e - E°  = -1,23V
Cd 2+ (aq) +H 2 O (l) → Cd (s) +½O 2(g) +2H + (aq) E° sel = -1,63V
Secara teoritis besarnya potensial terpasang pada pengendapan  tembaga  dapat  dihitung  dengan persamaan Nernst.
            2 2 . log 2 059 , 0 2 / 1 0 Cu H O sel sel a a P E E
Pengaruh dari potensial Ohmik akan menaikkan potensial  yang  dibutuhkan  pada  sel  elektrolisis sehingga  diperlukan  potensial  luar  yang  lebih besar  dari  persamaan  Nernst.  Bahan  elektroda yang  dipergunakan  dalam  proses  elektrolisis adalah katoda tembaga, seng dan karbon dengan anoda karbon. Dari variasi bahan elektroda yang digunakan  diharapkan  akan  dapat  diperoleh perbandingan  jumlah  tembaga  dan  kadmium
yang terendapkan pada masing-masing elektroda.
Efisiensi  arus  merupakan  besaran  yang  dapat digunakan  sebagai  salah  satu  parameter keberhasilan  proses  elektrolisis.  Efisiensi  arus adalah perbandingan antara jumlah materi yang terendapkan secara aktual dengan jumlah materi yang  didapatkan  melalui  perhitungan  teoritis (Khosla,  1988).  Efisiensi  arus  dapat  dituliskan dengan persamaan:
 = % 100 W W calc obs x
 = efisiensi arus
W obs = berat endapan hasil percobaan (gram) W calc = berat endapan hasil perhitungan (gram) Dengan variasi bahan elektroda yang digunakan diharapkan  akan  dapat  dipilih  elektroda  yang mampu  mengendapkan  tembaga  dan  kadmium dengan efisiensi arus yang besar.

## METODE PENELITIAN
Alat: Elektronaliser,  neraca  analitik  Mettler  A 200 dan pengaduk magnet, elektrode Cu, Zn dan C  serta  seperangkat  alat  gelas. Bahan: CuSO 4 .5H 2 O  p.a,  CdSO 4 p.a,  H 2 SO 4 pekat, aseton dan akuades

## Preparasi larutan elektrolit
Dibuat  larutan  CuSO 4 2x10 -3 M  dengan  cara menimbang  serbuk  CuSO 4 .5H 2 O  sebanyak 0,6242 gram dilarutkan dengan akuades hingga 100  mL  larutan  dan  diencerkan  sebanyak  12,5 kali. Untuk larutan CdSO 4 2x10 -3 M dengan cara menimbang  serbuk  CdSO 4 .5H 2 O  sebanyak 0,641  gram  dilarutkan  dengan  akuades  hingga 100  mL  larutan  dan  diencerkan  sebanyak  12,5 kali. Dibuat larutan dari campuran 25 mL CuSO 4
2x10 -3 M dan 25 mL CdSO 4 2x10 -3 M, sehingga diperoleh konsentrasi ion Cu 2+ dan Cd 2+ masing- masing 1.10 -3 M.

## Penentuan potensial dekomposisi
Sebanyak  50  mL  larutan  dielektrolisis  dengan elektrode  Cu-C  pada  potensial  dari  0,0  volt sampai 4,0 volt dalam selang kenaikan 0,2 volt selama  2  menit.  Dengan  cara  yang  sama dilakukan dengan menggunakan material elektrode Zn-C dan C-C.

## Pengendapan Cu dan Cd secara elektrolisis
Sebanyak  50  mL  larutan  dielektrolisis  dengan elektrode  Cu-C  pada potensial  dekomposisi  Cu dan Cd pada suhu kamar selama 2 jam. Dengan cara  yang  sama  dilakukan  dengan  meng- gunakan material elektrode Zn-C dan C-C.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Saat elektrolisis berlangsung, pada anoda karbon terjadi  proses  oksidasi  air  (H 2 O)  menghasilkan gas  oksigen  (O 2 )  sedangkan  pada  katoda diharapkan hanya terjadi reduksi kation Cu 2+ dan Cd 2+ menghasilkan lapisan padat Cu dan Cd.
Reaksi dapat berlangsung, jika nilai energi bebas gibbs  negatif.  Oleh  sebab  itu  diperlukan potensial  luar  untuk  menghasilkan  E° sel positif.
Pengaruh dari potensial Ohmik akan menaikkan potensial yang dibutuhkan karenanya dilakukan penentuan potensial dekomposisi dengan variasi elektrode  sel  elektrolisis  pada  pengendapan  Cu dan Cd.
Tabel 1. Potensial dekomposisi pada pengendapan Cu dan Cd terhadap variasi elektrode.
Bahan Elektrode Potensial Luar ( Volt) Cu Cd Cu-C 2,02 2,60 Zn-C 1,77 2,71 C-C 1,74 2,44
Dalam sebuah sel elektrolisis, jumlah perubahan kimia  yang  terjadi  sebanding  dengan  jumlah listrik  yang  mengalir.  Namun  demikian  sering kali  dari  sekian  banyak  perubahan  kimia  yang terjadi hanya satu yang diperlukan, yaitu jumlah endapan logam pada permukaan katoda sehingga arus  yang  digunakan  untuk  perubahan  kimia yang lain, misalnya pembentukan gas, dianggap sebagai pemborosan (pengurangan efisiensi).
Tabel 2. Berat endapan Cu dan efisiensi arus pada variasi elektrode selama 2 jam Bahan Elektrode Arus (µA) Berat (mg) Efisiensi (%) Cu-C 557 1,2 18,1 Zn-C 223 1,1 32,0 C-C 257 0,8 17,7
Elektrolisis  untuk  pengendapan  Cu  dengan katode  tembaga  memberikan  penampakan  fisik warna  kuning  mengkilat,  permukaan  agak berpori dan kurang kuat menempel pada katode. Pada katode seng memberikan hasil endapan Cu yang  tidak  merata  serta  dan  rapuh.  Kualitas terbaik  pengendapan  Cu  terjadi  pada  katode karbon dengan permukaan halus dan menempel dengan  kuat.  Efisiensi  arus  pada  pengendapan Cu  dari  ketiga  jenis  elektrode  sangat  rendah berkisar 17–32 % hal ini dapat dijelaskan karena arus yang digunakan tidak hanya untuk reduksi ion logam menjadi logam padat, melainkan lebih banyak  digunakan  untuk  reduksi  ion  hidrogen. menjadi gas hidrogen.
Tabel 3. Berat endapan Cd dan efisiensi arus pada variasi elektrode selama 2 jam Bahan Elektrode Arus (µA) Berat (mg) Efisiensi (%) Cu-C 109 0,9 3,8 Zn-C 95 0,7 3,2 C-C 106 0,4 1,5
Efisiensi arus pada pengendapan Cd dari ketiga jenis elektrode sangat rendah berkisar 1,5–3,8%
dapat  dijelaskan  karena  arus  yang  digunakan tidak  hanya  untuk  reduksi  ion  logam  menjadi logam padat, melainkan lebih banyak digunakan untuk  reduksi  ion  hidrogen.  menjadi  gas hidrogen.
Elektrolisis untuk pengendapan Cd menggunakan  elektrode  (Cu-C)  menghasilkan permukaan agak berpori dan menempel dengan kuat, menggunakan elektrode (Zn-C) memberikan  hasil  endapan  yang  tidak  merata serta  kekuatan  menempel  pada  katode  rapuh. Kualitas terbaik pengendapan Cd terjadi dengan menggunakan  elektrode  (C-C)  dengan  hasil permukaan endapan halus dan menempel dengan kuat.  Hasil  dari  penelitian  didapatkan  bahwa konsentrasi Cu dan Cd yang diperoleh menurun seiring  dengan  jenis  bahan  elektrode  yang digunakan  yaitu  (Cu-C),  (Zn-C)  dan  (C-C). Penurunan  berat  endapan  kadmium  terhadap jenis  elektrode  yang  digunakan  karena  setiap materi  memiliki  karakteristik  sendiri-sendiri seperti sifat kelistrikan, rapat materi bahan, sifat unsur  penyusunnya,  porositas  dan  ikatan  kimia yang ada.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  penelitian  dapat  disimpulkan bahwa pengendapan Cu dan Cd dapat dilakukan dengan  metode  elektrolisis  pada  potensial terpasang  tetap  dengan  berbagai  variasi  bahan elektrode  (Cu-C),  (Zn-C)  dan  (C-C).  Efisiensi arus  pada  pengendapan  Cu  dan  Cd  dengan menggunakan  ketiga  jenis  elektrode  sangat rendah  berkisar  kurang  dari  32 %  hal  ini  dapat dijelaskan  karena  arus  yang  digunakan  tidak hanya  untuk  reduksi  ion  logam  menjadi  logam padat, melainkan lebih banyak digunakan untuk reduksi  ion  hidrogen.  menjadi  gas  hidrogen.
Kualitas  pengendapan  tembaga  terbaik  pada elektrode  (C-C),  dapat  menurunkan  kadar  Cu dari 63,5 ppm menjadi 41,5 ppm, dan kadar Cd dari  112,4  ppm  menjadi  94,4  ppm,  sedangkan kadar  logam  Cu  dan  Cd  yang  diperbolehkan terakumulasi dalam air berturut-turut adalah 1,3 dan  0,8  ppm,  sehingga  dengan  optimasi  dari variasi elektrode belum dapat mengurangi kadar Cu  dan  Cd  dibawah  batas  ambang  yang diijinkan.

## SARAN
Perlu  dilakukan  penelitian  untuk  menentukan kondisi  optimal  dengan  penambahan  ligan pengompleks  tertentu  untuk  ion  Cu 2+ dan  Cd 2+ dalam larutan.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan  terimakasih  penulis  haturkan  kepada Kepala Laboratorium Kimia Analitik yang telah memberikan  sarana  dalam  penelitian  ini  dan kepada  Bapak  Ismiyarta,  M.Si  atas  saran  dan koreksi demi kesempurnaan tulisan ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Bard,  J.A.,  Faulkner,  R.L.,  1980, Electro- chemical  Method:  Fundamentals  and Applications, John  Wiley  and  Sons  Inc, New York, p. 16.
Couper, A.M., Pletcher, D., Walsh, F.C., 1990, Electrode  Material  for  Electrosynthesis, Chem.Rev., 90, p. 837-865.
Crow, D.R., 1988, Principles and Application of Electrochemistry ; Chapman and Hall Inc, London, p. 200-201.
Potter,  E.C.,  1971, Electrochemistry  Principles and Application , Cleaver Hume Press Ltd, London, p. 355-356.
Sanders, A.H., 1984, Elecroplating,
International Text Book Comp, Seranton, p. 32-34;53-54.