Contoh Soal dan Pembahasan Aplikasi Elektrokimia: Pelapisan Logam
Elektrokimia adalah cabang kimia yang mengkaji hubungan antara reaksi kimia dan arus listrik. Salah satu aplikasi elektrokimia yang paling umum dan berguna adalah pelapisan logam atau elektrodeposisi. Pelapisan logam digunakan dalam berbagai industri, mulai dari dekoratif hingga fungsional, seperti pelapisan tahan korosi atau peningkatan konduktivitas listrik.
Artikel ini akan membahas beberapa contoh soal terkait dengan aplikasi elektrokimia dalam pelapisan logam beserta langkah-langkah penyelesaiannya. Memahami konsep dasar dan aplikasi praktis dari elektrodeposisi akan membantu Anda mengatasi berbagai jenis masalah dalam bidang ini. Berikut adalah beberapa contoh soal:
Contoh Soal 1: Pelapisan Perak pada Tembaga
Soal:
Anda ingin melapisi sebuah lembaran tembaga dengan perak menggunakan larutan perak nitrat (AgNO3). Berat lembaran tembaga adalah 500 gram dan daya listrik yang digunakan adalah 2 Amper dengan waktu pelapisan selama 1 jam. Berapa gram perak yang akan terlapis di lembaran tembaga tersebut?
Pembahasan:
1. Menentukan Muatan Listrik yang Digunakan:
Muatan listrik yang digunakan (Q) dapat dihitung menggunakan formula:
\[
Q = I \times t
\]
Di mana:
– I = arus listrik (ampere)
– t = waktu (detik)
Konversi waktu dari jam ke detik:
\[
t = 1 \text{ jam} \times 3600 \text{ detik/jam} = 3600 \text{ detik}
\]
Menghitung muatan listrik:
\[
Q = 2 \text{ A} \times 3600 \text{ s} = 7200 \text{ Coulomb}
\]
2. Menghitung Arus Faraday (nF):
Reaksi pelapisan perak dari Ag+ ke Ag(s) adalah:
\[
\text{Ag}^+ + e^- \rightarrow \text{Ag}
\]
Artinya, 1 mol elektron diperlukan untuk mengendapkan 1 mol perak.
Nilai konstanta Faraday (F) adalah 96485 Coulomb/mol elektron.
Menghitung mol elektron yang digunakan:
\[
\text{n} = \frac{Q}{F} = \frac{7200 \text{ C}}{96485 \text{ C/mol}} = 0.0746 \text{ mol}
\]
3. Menghitung Massa Perak yang Dilapisi:
Menggunakan massa molar Ag (107.87 g/mol), massa perak dapat dihitung sebagai:
\[
\text{Massa Ag} = 0.0746 \text{ mol} \times 107.87 \text{ g/mol} = 8.05 \text{ g}
\]
Jadi, 8.05 gram perak akan terlapis pada lembaran tembaga tersebut.
Contoh Soal 2: Efisiensi Pelapisan
Soal:
Jika dalam proses pelapisan perak sebelumnya, efisiensi pelapisan hanya 85%, berapa gram perak yang sebenarnya terlapis di lembaran tembaga tersebut?
Pembahasan:
1. Menghitung Massa Perak dengan Efisiensi:
Massa perak terlapis tanpa memperhitungkan efisiensi adalah 8.05 gram (dari contoh soal 1).
Dengan efisiensi 85%, massa perak yang sebenarnya terlapis:
\[
\text{Massa Ag yang sebenarnya} = 8.05 \text{ g} \times 0.85 = 6.84 \text{ g}
\]
Jadi, 6.84 gram perak sebenarnya terlapis pada lembaran tembaga.
Contoh Soal 3: Pelapisan Logam Lain
Soal:
Seandainya Anda ingin melapisi suatu benda dengan logam nikel menggunakan larutan NiSO4, berapakah waktu yang diperlukan untuk melapisi 10 gram nikel jika arus yang digunakan adalah 3 Amper?
Pembahasan:
1. Menentukan Kebutuhan Mol Elektron:
Reaksi pelapisan nikel dari Ni^2+ ke Ni(s) adalah:
\[
\text{Ni}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Ni}
\]
Artinya, 2 mol elektron diperlukan untuk mengendapkan 1 mol nikel.
2. Menghitung Mol Nikel:
Menggunakan massa molar nikel (58.69 g/mol), mol nikel yang diperlukan adalah:
\[
\text{n (Ni)} = \frac{10 \text{ g}}{58.69 \text{ g/mol}} = 0.1704 \text{ mol Ni}
\]
3. Menghitung Mol Elektron:
Karena setiap mol nikel membutuhkan 2 mol elektron:
\[
\text{n (elektron)} = 0.1704 \text{ mol Ni} \times 2 \text{ mol e^-}/\text{mol Ni} = 0.3408 \text{ mol elektron}
\]
4. Menghitung Muatan Listrik:
Menggunakan konstanta Faraday (F = 96485 C/mol), muatan listrik yang diperlukan:
\[
Q = \text{n (elektron)} \times F = 0.3408 \text{ mol} \times 96485 \text{ C/mol} = 32872 \text{ C}
\]
5. Menghitung Waktu yang Diperlukan:
Dengan arus (I) sebesar 3 Amper, waktu (t) yang diperlukan adalah:
\[
t = \frac{Q}{I} = \frac{32872 \text{ C}}{3 \text{ A}} = 10957.33 \text{ detik}
\]
Mengkonversi detik ke jam:
\[
t = \frac{10957.33 \text{ s}}{3600 \text{ s/jam}} = 3.04 \text{ jam}
\]
Jadi, waktu yang diperlukan untuk melapisi 10 gram nikel adalah sekitar 3.04 jam.
Kesimpulan
Dalam artikel ini, kita telah membahas beberapa contoh soal mengenai aplikasi elektrokimia dalam pelapisan logam. Dengan memahami langkah-langkah penyelesaian dari proses pelapisan perak dan nikel, Anda dapat memperoleh gambaran yang lebih jelas tentang penerapan praktis dari elektrokimia. Proses seperti penentuan muatan listrik yang digunakan, perhitungan mol elektron dan massa logam yang dilapisi, serta penentuan waktu yang diperlukan untuk proses pelapisan, semuanya merupakan keterampilan kunci yang diperlukan dalam bidang ini.
Semoga artikel ini bermanfaat dalam membantu Anda menguasai konsep dan aplikasi elektrokimia dalam pelapisan logam.
