PENGARUH UKURAN ION ELEKTROLIT TERHADAP

PRODUKSI GAS HIDROGEN PADA ELEKTROLISIS

LARUTAN GARAM KLORIDA

TESIS

Karya tulis sebagai salah satu syarat

untuk memproleh gelar Magister dari

Institut Teknologi Bandung

Oleh

KASTONO

NIM : 20507038

Program Studi Kimia

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2009

Surat Pernyataan Pelimpahan Hak Cipta dan Keaslian

Hasil Karya Tulis (Tesis)

Yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama : Kastono

NIM : 20507038

Menyatakan bahwa penulis tesis dengan judul: Pengaruh Ukuran Ion Elektrolit

Terhadap Produksi Gas Hidrogen pada Elektrolisis Larutan Garam Klorida,

dengan pembimbing Dr. Eng. M. Ali Zulfikar adalah benar-benar hasil karya tulis

berdasarkan data hasil eksperimen penulis selama melakukan Tugas Akhir

Magister Pengajaran Kimia di Program Studi Kimia FMIPA-ITB.

Dengan ini penulis menyerahkan/melimpahkan Hak Cipta dari karya tulis tersebut

kepada Program Studi Kimia FMIPA-ITB.

Bandung, 24 Juni 2009

Kastono

NIM: 20507038

PENGARUH UKURAN ION ELEKTROLIT TERHADAP

PRODUKSI GAS HIDROGEN PADA ELEKTROLISIS

LARUTAN GARAM KLORIDA

Oleh

Kastono

NIM : 20507038

Program Studi Kimia

Institut Teknologi Bandung

Menyetujui

Tanggal, 24 Juni 2009

Pembimbing

Dr. Eng. M. Ali Zulfikar

NIP. 132 162 444

Tesis ini kupersembahkan kepada almarhum ayahanda

(Sikun) dan ibunda (Marsinah) yang mendidik, mengasihi

dan menyangiku, istri tercinta (Reni Triani) yang selalu

setia, baik dikala suka maupun duka, serta anakku (Alya)

tersayang yang memberiku semangat untuk terus berjuang.

i

ABSTRAK

PENGARUH UKURAN ION ELEKTROLIT TERHADAP

PRODUKSI GAS HIDROGEN PADA ELEKTROLISIS

LARUTAN GARAM KLORIDA

Oleh

Kastono

NIM : 20507038

Elektrolisis air sangat penting untuk menggambarkan reaksi yang terjadi pada

anoda dan katoda, tetapi elektrolisis air murni sangat sukar atau tidak terjadi

karena tidak cukup ion untuk menghantarkan arus listrik (konsentrasi H+ dan OH

-

hanya 1 x 10-7

M). Agar elektrolisis dapat berlangsung dengan mudah biasanya

ditambahkan zat elektrolit, seperti asam (H2SO4), basa (NaOH) dan garam

(Na2SO4). Pada penelitian ini, dilakukan ektrolisis terhadap air dengan

menggunakan sumber elektrolit garam alkali klorida (LiCl, NaCl, KCl) dan garam

alkali tanah klorida (MgCl2.6H2O, CaCl2.2H2O, BaCl2.2H2O). Pada elektrolisis

air yang menggunakan garam klorida sebagai sumber elektrolit (yang selanjutnya

disebut larutan garam klorida) akan menghasilkan gas hidrogen pada katoda dan

gas oksigen atau klor pada anoda. Perbedaan ion elektrolit yang ditambahkan

dalam air pada peristiwa elektrolisis akan memberikan hasil yang berbeda pula.

Penelitian ini dilakukan untuk menjawab permasalahan, seperti: bagaimana

pengaruh voltase, konsentrasi larutan garam klorida dan ukuran ion elektrolit

terhadap produksi gas hidrogen pada elektrolisis larutan garam klorida.

Elektrolisis dilakukan dengan menggunakan sel elektrolisis Hoffman. Identifikasi

gas yang dihasilkan pada anoda dilakukan dengan mengalirkan gas dan larutan

sisa elektrolisis ke dalam larutan KI 10%. Dari hasil penelitian diperoleh:

semakin besar voltase yang digunakan atau diterapkan semakin banyak pula gas

hidrogen yang dihasilkan, semakin besar konsentrasi garam klorida yang

digunakan semakin banyak pula gas hidrogen yang dihasilkan dan semakin besar

ukuran ion (menurunya jari-jari hidrat ion) elektrolit semakin besar pula gas

hidrogen yang dihasilkan (kecuali untuk kation Ca2+

).

Kata kunci: elektrolisis, elektrokimia, elektrolisis air, elektrolisis larutan garam

klorida.

ii

ABSTRACT

THE INFLUENCE OF ELECTROLYTE ION SIZE TO THE

HYDROGEN GAS PRODUCTION ON THE ELECTROLYSIS

OF SALT CHLORIDE SOLUTION

By

Kastono

NIM: 20507038

Electrolysis of water is so important in describing the reactions that occurs on the

cathode and anode, but the electrolysis of pure water will so difficult or will not

occur, if there is not ion enough to bring on electric current (the concentration of

H+ and OH

- is just 1 x 10

-7 M). To make the electrolysis occur so easy, it is

usually added the electrolyte substance, such as acid (H2SO4), base (NaOH) and

salt (Na2SO4). In this research, it is conducted ectrolysis to the water, by using of

electrolyte salt chloride alkali sources (LiCl, NaCl, KCl) and chloride alkali earth

sources (MgCl2.6H2O, CaCl2.2H2O, BaCl2.2H2O). The electrolysis of water that

used salt chloride as the electrolyte source (than called as salt chloride solution)

will produce hydrogen gas at the cathode and oxygen or chlorine gas on anode.

The differences ion electrolyte that added to water in the electrolysis process will

also give the differencess results. This research are aimed to answer the problems,

such as: how the influence of voltage, the concentration of salt chloride solution

and the electrolyte ion size to the hydrogen gas production on the electrolysis salt

chloride solution. Electrolysis done by using Hoffman electrolysis cell. Gas

identification that obtained in anode are conducted by flow of gas and the

remaining electrolysis to KI 10% solution. From this research, it is obtained that:

the greater the voltage that used or applied so it is more hydrogen gas that

produced, the greater the concentration of chloride salt that used so it is more

hydrogen gas that produced, and the greater ion (cation) electrolyte size, so the

hydrogen gas that produced greater (except for kation Ca2+

).

Keywords: electrolysis, electrochemistry, electrolysis of water, electrolysis of salt

chloride solution.

iii

PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS

Tesis S-2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut

Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta

ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut

Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi

pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus

disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.

Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh isi tesis haruslah seizin

Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.

iv

UCAPAN TERIMA KASIH

Syukur alhamdulillah penulis ucapkan kehadirat Allah SWT Yang Maha Pengasih

dan Maha Pemurah yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga

penulis dapat menyelesaikan tesis ini.

Penulis mengucapkan terima kasih dengan tulus kepada:

1. Dr. Eng. M. Ali Zulfikar sebagai pembimbing, atas kesabaran beliau dalam

memberi arahan, memeriksa tulisan, memberi saran dan perbaikan-perbaikan,

sehingga tesis ini menjadi lebih baik.

2. Prof. Dr. Djulia Onggo, sebagai ketua Program Studi Magister Pengajaran

Kimia dan sekaligus sebagai dosen mata kuliah Proyek Rancangan

Pengajaran Kimia, atas bimbingan, arahan dan motivasinya sehingga tesis ini

dapat diselesaikan.

3. Dr. Dessy Natalia sebagai ketua Program Studi Magister Kimia, atas

pengesahan beliau, sehingga permintaan bahan-bahan untuk penelitian dapat

berjalan dengan lancar.

4. Bapak/ ibu analis dan petugas di laboratorium Kimia Analitik, Pak Dede, Pak

Lanang, Pak Ajat, Pak Encu dan Bu Untari, atas layanannya yang baik

sehingga membantu kelancaran penulis dalam melaksanakan penelitian.

5. Departemen Agama Republik Indonesia, Direktorat Jenderal Pendidikan

Islam, Direktorat Madrasah, yang yang memberikan kesempatan dan

beasiswa penuh, sehingga penulis dapat menimba ilmu kimia di Institut

Teknologi Bandung. Semoga ilmu yang didapat penulis dari ITB dapat

penulis kembangkan dan penulis sampaikan kepada peserta anak didik

sehingga dapat meningkatkan kualitas anak didik dan memajukan madrasah.

6. Drs, Sukron, M.Pd selaku kepala sekolah Madrasah Aliyah Negeri

Kedondong Kabupaten Pesawaran, Lampung, yang memberikan izin kepada

penulis untuk menimba ilmu di Institut Teknologi Bandung.

7. Teman-teman mahasiswa S-2 beasiswa Departemen Agama Republik

Indonesia, atas motivasi dan sumbangan pikirannya.

v

DAFTAR ISI

ABSTRAK ............................................................................................................... i

ABSTRACT ............................................................................................................ ii

PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS.................................................................... iii

UCAPAN TERIMA KASIH .................................................................................. iv

DAFTAR ISI ........................................................................................................... v

DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI ............................................................ viii

DAFTAR TABEL .................................................................................................. ix

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG ......................................................... x

Bab I Pendahuluan ............................................................................................ 1

I.1 Latar Belakang Masalah ......................................................................... 1

I.2 Rumusan Masalah................................................................................... 3

I.3 Tujuan Penelitian .................................................................................... 3

I.4 Sistematika Tesis .................................................................................... 3

Bab II Tinjauan Pustaka ..................................................................................... 5

II.1. Elektrolisis .............................................................................................. 5

II.2. Elektroda ................................................................................................. 7

II.3. Elektrolit ................................................................................................. 8

II.4. Gerakan Ion ............................................................................................ 9

II.5. Elektrolisis Air ...................................................................................... 12

II.6. Elektrolisis Larutan Garam Klorida ..................................................... 14

Bab III Metodologi ............................................................................................ 20

III.1 Waktu dan Tempat Penelitian............................................................... 20

III.2 Rancangan Eksperimen ........................................................................ 20

III.3 Cara Kerja ............................................................................................. 21

vi

III.4 Prosedur Kerja ...................................................................................... 24

Bab IV Hasil dan Pembahasan .......................................................................... 30

IV.1 Produksi Gas Hidrogen ......................................................................... 30

IV.1.1 Pengaruh Voltase .................................................................................. 30

IV.1.2 Pengaruh Konsentrasi ........................................................................... 35

IV.2 Produksi Gas Klor ................................................................................ 39

IV.2.1 Pengaruh Voltase ................................................................................. 40

IV.2.2 Pengaruh Konsentrasi............................................................................ 44

IV.3 Pengaruh pH larutan terhadap produksi gas hidrogen .......................... 47

Bab V Kesimpulan dan Saran .......................................................................... 49

V.1 Kesimpulan ........................................................................................... 49

V.2 Saran ..................................................................................................... 49

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 50

vii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Data Eksperimen Pengaruh Voltase Terhadap Produksi Gas

Hidrogen pada Elektrolisis Larutan Garam Alkali Klorida ............. 52

Lampiran B Data Eksperimen Pengaruh Voltase Terhadap Produksi Gas

Hidrogen pada Elektrolisis Larutan Garam Alkali Tanah Klorida .. 57

Lampiran C Data Eksperimen Pengaruh Konsentrasi Terhadap Produksi Gas

Hidrogen pada Elektrolisis Larutan Garam Alkali Klorida ............. 62

Lampiran D Data Eksperimen Pengaruh Konsentrasi Terhadap Produksi Gas

Hidrogen pada Elektrolisis Larutan Garam Alkali Tanah Klorida .. 67

Lampiran E Data Ekperimen Pengaruh pH LarutanTerhadap Produksi Gas

Hidrogen .......................................................................................... 71

Lampiran F Perhitungan Potensial Elektroda ...................................................... 76

Lampiran G Modul Praktikum Elektrolisis ........................................................... 79

viii

DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI

Gambar II.1 Pergerakan (a) H+ dan (b) OH

- melalui mekanisme transfer proton

....................................................................................................... 12

Gambar II.2 Sel elektrolisis Hoffman ..................................................................13

Gambar II.3 Rancangan alat yang digunakan dalam penelitian ...........................16

Gambar III.1 Susunan alat eksperimen .................................................................21

Gambar III.2 Diagram alir proses elektrolisis larutan garam klorida ...................22

Gambar III.3 Diagram alir proses elektrolisis aquadest pada berbagai pH ..........23

Gambar IV.1 Produksi gas hidrogen vs. voltase pada larutan garam alkali klorida

....................................................................................................... 31

Gambar IV.2 Produksi gas hidrogen vs. voltase pada larutan garam alkali tanah

klorida ............................................................................................ 34

Gambar IV.3 Produksi gas hidrogen vs. konsentrasi pada larutan garam alkali

klorida ............................................................................................ 36

Gambar IV.4 Produksi gas hidrogen vs. konsentrasi pada larutan garam alkali

tanah klorida .................................................................................. 37

Gambar IV.5 Produksi gas klor vs. voltase pada larutan garam alkali klorida .....41

Gambar IV.6 Produksi gas klor vs. voltase pada larutan garam alkali tanah

klorida ............................................................................................ 43

Gambar IV.7 Produksi gas klor vs. konsentrasi pada larutan garam alkali klorida

....................................................................................................... 44

Gambar IV.8 Produksi gas klor vs. konsentrasi pada larutan garam alkali tanah

klorida ............................................................................................ 46

Gambar IV.9 Produksi gas hidrogen vs. pH .........................................................47

ix

DAFTAR TABEL

Tabel I.1 Beberapa ion yang terkandung dalam air laut (Hussein, 1992) ............2

Tabel II.1 Potensial lebih beberapa gas pada 25oC ................................................6

Tabel II.2 Konduktivitas ion pembatas dalam air pada 25oC (Atkins, 1999) ........9

Tabel II.3 Jari-jari ion golongan alkali dan alkali tanah (Worrall, 1986) ........... 11

Tabel II.4 Daftar potensial reduksi standar (Chang, 2005) ..................................17

Tabel III.1 Komposisi garam klorida yang digunakan pada penentuan pengaruh

voltase................................................................................................. 24

Tabel III.2 Komposisi garam klorida yang digunakan pada penentuan pengaruh

konsentrasi .......................................................................................... 26

Tabel III.3 Komposisi larutan pada penentuan pengaruh pH ...............................28

Tabel IV.1 Hubungan produksi gas hidrogen dengan konsentrasi ...................... 39

x

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG

Singkatan Nama Pemakaian

pertama kali

pada halaman

BTB Bromtimol Biru 22

FMIPA ITB Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam Insttitut Teknologi Bandung 3

KTSP Kurikulum Tingkat Satuan Pembelajaran 1

MA Madrasah Aliyah 1

SMA Sekolah Menengah Atas 1

Lambang

∆G Perubahan energi bebas 11

∆Φ Beda potensial 9

c Konsentrasi 8

Ê Medan listrik 9

E Potensial elektroda 6

Ean Potensial pada anoda dalam kesetimbangan 6

Ekat Potensial pada katoda dalam kesetimbangan 6

Eo Potensial elektroda standar 6

Epa Potensial lebih (overvoltase) pada anoda 6

Epk Potensial lebih (overvoltase) pada katoda 6

Eterp Potensial yang harus diberikan 6

F Tetapan Faraday 6

I Arus 6

n Perubahan valensi (banyaknya elektron) 6

R Hambatan larutan 6

R Kontanta gas 6

T Temperatur mutlak 6

λ- Konduktivitas molar pembatas anion 8

λ+ Konduktivitas molar pembatas kation 8

Λm Hantaran molar 8

Λom Hantaran molar pembatas 8

μ Koefisien reaksi 8

ν- Jumlah anion 8

ν+ Jumlah kation 8

Jarak elektroda 9