## PENGENDAPAN LOGAM TEMBAGA DENGAN METODA ELEKTROLISIS INTERNAL

## Abdul Haris, Ani Dwi Riyanti, Gunawan
Laboratorium Kimia Analitik Jurusan Kimia F MIPA Universitas Diponegoro, Semarang 50275

## ABSTRAK
Telah  dilakukan  penelitian  tentang  pengaruh  waktu  elektrolisis,  jarak  antar  elektroda  dan penggunaan  membran  terhadap  pengendapan  tembaga  dengan  metoda  elektrolisis  internal  dan aplikasinya  pada  limbah  PCB  (Printed  Circuit  Board).  Dari  penelitian  diketahui  bahwa  waktu elektrolisis jarak antar elektroda dan penggunaan membran berpengaruh terhadap pengendapan logam tembaga dengan metoda elektrolisis internal. Pengaruh faktor-faktor tersebut adalah waktu berbanding lurus dengan massa tembaga yang mengedap, jarak antar elektroda berbanding terbalik dengan massa tembaga yang mengendap. Metoda elektrolisis internal mampu menurunkan kadar limbah PCB sampai 96,88 %.
Kata kunci: elektrolisis internal, tembaga

## ABSTRACT
The  research  has  been  done  to  evaluate  the  effect  of  electrolysis  time,  electrode  distance, membrane application on copper deposition by internal electrolysis and its application in PCB (Printed Circuit  Board).  The  experimental  results  showed  that  electrolysis  time,  electrode  distance  and membrane  had  effect  on  copper  deposition  by  internal  electrolysis  method.  The  electrolysis  time  is directly proportional to the mass of copper deposited, while electrode distance is indirectly proportional to the mass of copper deposited. The method was to decrease the copper concentration in PCB waste by 96,88 %.
Key words: internal electrolysis, copper

## PENDAHULUAN
Salah  satu  jenis  pencemaran  lingkungan  yang dihadapi sat ini adalah disebabkan oleh logam- logam  berat  di  antaranya  adalah  logam  berat tembaga  yang  terdapat  pada  limbah  cair. Sumber-sumber penyumbang pencemaran logam berat tembaga dapat berasal dari industri elektronika, penggunaan fungisida dan insektisida  yang  berlebihan.  Jumlah  logam tembaga  yang  diperbolehkan  terakumulasi dalam  air  adalah  1,3  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 tembaga tersebut.
Salah  satu  cara  pengambilan  logam  tembaga pada  limbah  cair  dengan  metode  elektrolisis telah dilakukan oleh Nurindah (2004) meberikan hasil  yang  kurang  memuaskan  dan  memiliki keterbatasan tentang tingginya beaya
operasional.  Metode  elektrolisis  internal  dapat diterapkan  untuk  memisahkan  dan  mengambil tembaga  dari  larutannya  dengan  arus  yang dihasilkannya  sendiri,  sehingga  perlu  upaya untuk  memperoleh  kondisi  optimal  dalam peningkatan efisiensi pengendapan.
Elektrolisis  internal  adalah  metode  elektrolisis yang memungkinkan untuk melakukan elektrolisis  tanpa  menggunakan  potensial  dari luar,  dengan  katoda  dan  anoda  tercelup  dalam larutan elektrolit yang sama atau nasing-masing elektroda  tercelup  pada  larutan  elektrolit  yang terpisah  dengan  dihubungkan  oleh  jembatan garam. Sistem yang diperoleh adalah sel galvani dengan logam Zn sebagai anoda akan mentrasfer elektron  dan  masuk  ke  dalam  larutan  dalam bentuk  ion-ion  Zn 2+ .  Elektron  yang  dihasilkan bergerak  melalui  kawat  tembaga  menuju elektroda platina dan ditransfer ke ion-ion Cu 2+ dan mengendap dikatoda. Reaksi spontan dapat terjadi apabila perubahan energi bebas reaksinya
adalah  lebih  kecil  dari  nol  ( ∆ G reaksi <  0),  reaksi yang  terjadi  dalam  elektrolisis  internal  adalah Cu 2+ + Zn → Cu + Zn 2+
Menurut Nernst besarnya potensial sel adalah
            Zn Cu Zn Cu sel sel a a a a E E . . log 2 059 , 0 2 2 . 0
Besarnya sel E dipengaruhi oleh aktivitas dari ion
Zn 2+ dan  ion  Cu 2+ .  Pada  keadaan  standar
1 , 1 0 / 0 / 0 2 2       Zn Zn Cu Cu sel sel E E E E volt  yang
berarti  dapat  berlangsung  secara  spontan  tanpa mensuplai  potensial  dari  luar.  Pada  elektrolisis internal pengendapan secara sempurna diperlukan  waktu  yang  lama  tetapi  tidak memerlukan perhatian yang serius selama proses berlangsung.  Terjadinya  polarisasi  pada  sel galvani  akan  memberikan  potensial  yang  lebih rendah  terhadap  potensial  yang  diramalkan sebelumnya.Faktor lain yang sangat mempengaruhi  metoda  elektrolisis  internal adalah adanya contact precipitation pada anoda, hal  ini  dapat  diatasi  dengan  melapisis  anoda yang  digunakan  dengan  membran.  Dalam penelitian  ini  dipelajari  pengaruh  waktu elektrolisis, jarak antar elektroda dan penggunaan  membran  pada  elektrolisis  internal terhadap peningkatan efisiensi pengendapan Cu pada  katoda  dari  limbah  cair.  Kelanjutan  hasil penelitian ini dapat difungsikan pada perancangan  metoda  elektrolisis  internal  pada industri  yang  banyak  membuang  limbah  logam berat  yang  tidak  jarang  terdapat  dengan  kadar yang cukup tinggi dapat menyebabkan pencemaran lingkungan, padahal sangat potensial untuk ditambang kembali.

## METODA PENELITIAN
Bahan yang digunakan: CuSO 4 .5H 2 O p.a, HNO 3 p.a, aseton, membran agar, HCl p.a
Alat yang gunakan: set elektrolisis, plat platina, plat seng, hot plate multimeter, neraca analitik, AAS dan alat gelas.

## Preparasi reagen
Pembuatan larutan CuSO 4 0,05 M: kristal CuSO 4 5H 2 O ditimbang seberat 12,475 gram dilarutkan dalam 100 mL, kemudian ditambahkan akuades sampai batas.
Pembuatan  limbah  tiruan:  lembar  PCB  ukuran 5x 5 cm dilarutkan dalam 100 mL FeCl 3 dalam labu ukur 500 mL, ditambahkan akuades sampai batas.

## Desain alat
Katoda  plat  platina  ukuran  3,5x  2  cm dihubungkan dengan anoda plat seng 3,5 x 1 cm dengan  kabel  tembaga.  Katoda  dan  anoda dicelupkan dalam larutan kemudian dihubungkan dengan multimeter.

## Percobaan
Larutan  CuSO 4 sebanyak  50  ml  dipanaskan sampai  suhu  60-65 o C  permukaan  katoda  dan anoda  dibersihkan,  keduanya  disambungkan, kemudian  dimasukan  dalam  larutan.  Suhu larutan dijaga tetap, dan di biarkan elektroda di dalam  larutan.Elektrolisis  di  lakukan  dengan variasi waktu 30; 60; 90; 120; 200; 270 dan 300 menit dan variasi jarak antara elektroda 1; 2; 2,5; 3 dan 3,5 cm. Elektrolisis internal menggunakan membran  agar  pada  limbah  tiruan  dilakukan selama 300 menit dan jarak antara elektroda 1cm Kuantitas tembaga yang mengendap pada katoda dianalisis dengan AAS.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada proses elektrolisis dengan elektrolit CuSO 4 anoda seng akan teroksidasi dan kation Cu 2+ dari elektrolit  akan  tereduksi  dan  mengendap  pada katoda.  Pemanasan  pada  temperatur  60-65 o C dimaksudkan  untuk  mempercepat  migrasi elektron  dari  anoda  menuju  katoda.  Harga potensial sel awal yang timbul adalah +1,0 volt dan mengalami penurunan arus selama elektrolisis berlangsung sejalan dengan menurunnya konsentrasi elektrolit dalam larutan.
Gambar 1.  Pertautan waktu elektrolisis terhadap penurunan arus
Terjadinya  polarisasi  pada  sel  elektrolisis internal  ini  memberikan  potensial  yang  lebih rendah bila dibandingkan dengan potensial yang diramalkan sebelumnya yang disebabkan komposisi elektrolit dan temperatur larutan.
Pengaruh waktu elektrolisis terhadap massa hasil endapan dan perhitungan efisiensi pengendapan disajikan pada tabel berikut ini
Tabel 1.  Efisiensi  pengendapan  elektrolisis pada variasi waktu
Waktu (menit) M 1 (mg) M 2 (mg) Efisiensi (%) 30 7,73 16,14 47,88 60 8,58 27,41 31,30 90 15,08 35,27 42,76 120 16,03 40,75 39,34 200 18,02 47,76 37,85 270 18,69 51,31 36,42 300 19,24 51,94 37,04 Keterangan M 1 : massa tembaga yang mengendap secara praktek
M 2 : massa tembaga yang mengendap secara teori
Dari hasil tersebut terlihat bahwa semakin lama waktu  elektrolisis  maka  semakin  menurun efisiensi pengendapan karena hambatan elektrolit  semakin  meningkat,  dan  arus  yang digunakan semakin kecil.
Elektrolisis  dilakukan  pada  variasi  jarak  antar elektroda 1 cm sampai 3,5 cm. Grafik pertautan arus  yang  terjadi  dengan  jarak  antar  elektroda ditunjukkan pada gambar 2.
Gambar 2.  Pengaruh  jarak  antar  elektroda terhadap arus elektrolisis
Dari gambar 2 dapat dijelaskan bahwa semakin panjang jarak elektroda maka semakin kecil arus yang digunakan, mengakibatkan mobilitas ion di dalam larutan kecil sehingga tidak cukup untuk mengangkut reaktan menuju atau dari permukaan elektroda pada laju yang dibutuhkan oleh  arus  secara  kontinyu,  akibatnya  endapan yang terbentuk semakin sedikit.
Kelemahan  utama  dari  metoda  elektrolisis internal  dikenal  dengan contact  precipitation yaitu  penempelan  logam  pada  anoda  karena adanya  oksidasi  yang  semakin  lama  akan terbentuk  endapan  yang  menutupi  plat  seng sehingga  menghambat  proses  transfer  elektron, maka  untuk  mencegah  hal  tersebut  anoda dilapisi  dengan  membran.  Membran  yang digunakan adalah membran agar. Dari penelitian diperoleh  hasil  bahwa  massa  tembaga  yang mngendap  tanpa  menggunakan  membran  lebih besar  yaitu  18,69  mg  dari  pada  dengan menggunakan membran sebesar 14,67 mg. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan menggunakan  membran,  jumlah  tenbaga  yang mengendap  lebih  sedikit  disebabkan  oleh  dua kemungkinan, yang pertama yaitu membran agar ikut larut dalam larutan elektrolit sehingga anoda tidak  cukup  terlindungi  dari  proses  oksidasi lebih  lanjut.  Kedua  adanya  potensial  membran yang  menghalangi  potensial  sel  yang  disebut liquid junction membrane . Kelemahan lain dari metoda  elektrolisis  internal  adalah  waktu  yang digunakan  relatif  lebih  lama  dibandingkan dengan metoda elektrolisis.
0 5 10 15 20 25 30 0 100 200 300 400 waktu (menit) a ru s ( m A ) 0 10 20 30 40 50 60 0 1 2 3 4 jarak antar elektroda (cm) a r u s ( m A ) Arus awal Arus akhir

## KESIMPULAN
Metoda  elektrolisis  internal  dapat  digunakan untuk  mengedapkan  tembaga  dalam  larutan, dengan  meningkatnya  waktu  maka  endapan tembaga yang terbentuk semakin banyak dengan efisiensi  pengendapan  semakin  kecil.  Semakin panjang  jarak  antar  elektroda  mengakibatkan massa  endapan  yang  terendapkan  semakin sedikit. Membran agar tidak mampu meningkatkan tembaga yang mengendap, sehingga perlu dilakukan nasing-masing elektroda  tercelup  pada  larutan  elektrolit  yang terpisah  dengan  dihubungkan  oleh  jembatan garam  yang  terdispersi  dalam  agar-agar. Aplikasi elektrolisis internal pada limbah tiruan hanya  mampu  menurunkan  kadar  tembaga  dari konsentrasi  179,7  ppm  menjadi  5,6  ppm sedangkan  logam  tembaga  yang  diperbolehkan terakumulasi dalam air adalah 1,3 ppm.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan  terimakasih  kami  sampaikan  kepada kepala Laboratorium Kimia Analitik Universitas Diponegoro  yang  telah  memberikan  sarana dalam  penelitian  ini,  juga  kami  sampaikna kepada  Bp.  Didik  S  Widodo  atas  saran  dan koreksi yang telah diberikan.

## DAFTAR PUSTAKA
Crow, D.R., 1998, Principles and Application of Electrochemistry ,  Chapman  and  Hall  Inc.: London, pp: 200-202
Douglas, M., Considine,
P.E., 1984,
Encyclopedia  of  Chemistry ,  4 th ed.  New York:  Van  Nonstrand  Reinhold  Company, pp.: 287-292
Imam Khasani, S., dkk. 1995., Cara Memperoleh Kembali Tembaga dan Amonia
dari Limbah Industri Pembuat PCB, Buletin IPT, pp.: 25-28.
Kirk, R.E., Othmer, D.F., 1983, Encyclopedia of Chemical Technology , vol.8; The Interscience  Encyclopedia Inc.:  New  York; p.p: 147-176 Reger, Weiner, Gilkerson, 1993, Experimentation and Analysis in Chemistry Laboratory , Sounder College, pp.: 371-378
Skoog,  D.A.,  West,  D.M.,  1971, Principles  of Instrumental Analysis , Philadelphia:
Stanford  University  Sounders  College Publishing, pp.:532-534.