i

Skripsi Fisika

Studi Karakteristik Daya Listrik Air Laut Dengan Prinsip Sel

Volta dan Efek Korosi Elektroda

SURAHMAN AFIAH

H21111007

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2017

ii

HALAMAN JUDUL

STUDI KARAKTERISTIK DAYA LISTRIK AIR LAUT

DENGAN PRINSIP SEL VOLTA DAN EFEK KOROSI

ELEKTRODA

SKRIPSI

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains

Pada Program Studi Fisika Departemen Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Hasanuddin

SURAHMAN AFIAH

H21111007

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2017

iii

iv

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini merupakan karya orisinil saya dan

sepanjang pengetahuan saya tidak memuat bahan yang pernah dipublikasi atau

telah ditulis oleh orang lain dalam rangka tugas akhir untuk suatu gelar akademik

di Universitas Hasanuddin atau dilembaga pendidikan tinggi lainnya di manapun;

kecuali bagian yang telah dikutip sesuai kaidah ilmiah yang berlaku. Saya juga

menyatakan bahwa skripsi ini merupakan hasil kerja saya sendiri dan dalam batas

tertentu dibantu oleh pihak pembimbing.

Penulis

Surahman Afiah

v

SARI BACAAN

Kemampuan energi listrik air laut menggunakan prinsip sel volta dan efek

korosi elektroda sel telah diamati melalui rangkaian sederhana dengan

memvariasikan luas penampang dan jarak antar elektroda. Potensial sel ditentukan

oleh jumlah sel elektroda Cu-Zn dalam konfigurasi seri, yang menghasilkan

tegangan sebesar 0,83 volt setiap selnya. Arus keluaran dengan luas penampang

150 cm2 dan jarak antar elektroda 3 cm sebesar 1,42 mA. Korosi elektroda sebesar

0,083 mm/tahun untuk arus rata-rata 0,6 mA dengan luas penampang elektroda

150 cm2. Berdasarkan perhitungan diperoleh umur pakai elektroda sel adalah 1,2

tahun dengan kapasitas listrik sel untuk volume air laut 450 ml sebesar 6,425 Ah.

Kata Kunci : Listrik, Sel Volta, Air Laut, Elektroda, Cu-Zn, Potensial Sel, Arus

Keluaran, Korosi, Kapasitas Listrik.

vi

ABSTRACT

The electrical energy of seawater using the voltaic cell principle and the

corrosion effect of the cell electrode has been observed use simple circuit by

varying the surface area and the distance between electrodes. The cell potential is

determined by the number of Cu-Zn electrode cells in the series configuration,

which produces a voltage of 0.83 volts per cell. Output current with surface area

of 150 cm2 and distance between electrode 3 cm at 1,42 mA. Electrode corrosion

is 0,083 mm/year for average current of 0.6 mA with electrode surface area of 150

cm2. Based on the calculation, the life of the cell electrode about 1,2 years with

the electricity capacity of cell for sea water volume 450 ml equal to 6,425 Ah.

Keywords: Electricity, Voltaic Cells, Sea Water, electrode, Cu-Zn, Cell Potential,

Output Flow, Corrosion, Electrical Capacity.

vii

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi dan syukur senantiasa tercurah untuk Allah Subhanahu Wa

Ta’ala, sang penguasa alam semesta, berkat limpahan rahmat dan pertolongan-

Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul : “Studi Karakteristik

Daya Listrik Air Laut dengan Prinsip Sel Volta dan Efek Korosi Elektroda”.

Shalawat dan salam senantiasa penulis kirimkan kepada baginda Rasulullah

Muhammad Shallallahu Alaihi Wasallam, keluarga, para sahabat, dan para

pengikutnya.

Karya tulis ini adalah buah penelitian tugas akhir sebagai syarat mencapai gelar

Sarjana di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas

Hasanuddin. Karya ini saya dedikasikan untuk yang tercinta kedua orang tua saya,

ayahanda Fasman dan ibunda (Alm) Suryati. Titipan harapan yang besar dari

mereka berdua selalu menjadi pegangan dan motivasi bagi saya untuk

menyelesaikan pendidikan dan sampai pada tahap ini.

Penyelesaian skripsi ini tak terlepas dari hambatan serta keterbatasan, namun

berkat bantuan dan dorongan dari berbagai pihak sehingga dapat diselesaikan

dengan baik. Untuk itu tak ada kata yang pantas penulis ucapkan selain terimah

kasih yang sebesar-besarnya dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada

semua pihak yang telah berperan dalam membantu dalam penyelsaian skripsi ini,

antara lain:

1. Bapak Dr. Eng. Amiruddin sebagai Dekan Fakultas MIPA Unhas dan

jajaranya atas segala didikkan dan bimbingan dibidang akademik maupun

kemasiswaan selama saya menjalankan studi.

viii

2. Bapak Dr. Arifin, MT selaku Ketua Jurusan Fisika Fakultas MIPA Unhas

sekaligus salah satu penguji penelitian TA saya dan seluruh jajaran dosen

pengajar di Jurusan Fisika FMIPA unhas, terkhusus kepada :

Ibu Dr. Nurlaela Rauf, M.Sc selaku dosen pembimbing utama dalam

penelitian TA saya.

Bapak Prof. Dr. Dahlang Tahir, S.Si, M.Si selakau pembimbing

pertama dalam penelitian TA saya.

Bapak Dr. Bualkar Abdullah, M.Eng.Sc sebagai dosen pembimbing

akademik selama saya menjalankan studi sekaligus salah satu penguji

pada pelaksanaan TA saya.

Bapak Dr. Paulus Lobo Gareso, M.Sc sebagai salah satu penguji

penelitian TA saya.

3. Kawan-kawan sejawat mahasiswa atas pembelajaran, dukungan dan

kebersamaanya.

Kawan-kawan 2011 Fisika dan MIPA, terkhusus Kanda Ilham, S.Si

sebagai Ketua Angkatan sekaligus Ketua BEM MIPA 2014/2015,

Kanda Muh. Khaidir Alim, (menuju) S.Si sebagai Ketua Umum

HIMAFI FMIPA Unhas 2013/2014 sekaligus Kood. DPMF

2015/2016, Kanda Heriyanto, (menuju) S.Si sebagai Ketua KPA

Omega 2015/2017.

Kanda-kanda warga KPA OMEGA, HIMAFI, dan KM FMIPA

Unhas.

ix

Dinda-dinda Fisika 2012, 2013, 2014, dan 2015.

Kawan-kawan KKN Gel. 93 Kab. Wajo.

4. Jajaran staf dan pegawai di lingkup Jurusan Fisika maupun dekanat MIPA.

5. Anggota yang di rumah, May Arifan Afia, Miarni Fauzyia, dan Ade

Risma Fauzyia.

6. Bapak Irman Jaya, S.Sos sebagai Kepala Desa Bulu Siwa dan jajarannya.

7. Suarni, S.Si untuk semua cerita yang tidak (akan) pernah selesai.

8. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu persatu, yang telah

banyak memberi bantuan dan kemudahan baik secara langsung maupun

tak langsung dalam proses penyelesaian tugas akhir ini.

Semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca maupun penulis sendiri. Upaya

maksimal telah penulis lakukan untuk menyelesaikan skripsi ini, namun penulis

menyadari bahwa tulisan ini masih memiliki banyak kekurangan. Oleh karena itu,

penulis masih sangat terbuka menerima kritik dan saran yang bersifat membangun

dari berbagaii pihak demi penyempurnaan tulisan kedepannya. Wabillahi Taufik

Wal Hidayah, Wassalamu Alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.

Makassar, Agustus 2017

Penulis

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL.............................................................................................. i

LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................................ii

PERNYATAAN KEASLIAN ..............................................................................iii

SARI BACAAN ....................................................................................................iv

ABSTRACT ..........................................................................................................v

KATA PENGANTAR...........................................................................................vi

DAFTAR ISI..........................................................................................................ix

DAFTAR GAMBAR............................................................................................xii

DAFTAR TABEL...............................................................................................xiii

BAB I PENDAHULUAN......................................................................................1

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

I.2 Ruang Lingkup .........................................................................................3

I.3 Tujuan Penelitian.......................................................................................4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA...........................................................................5

II.1 Penelitian Terkait.....................................................................................5

II.2 Listrik.......................................................................................................6

II.2.1 Arus Listrik .........................................................................................7

xi

II.2.2 Potensial Listrik....................................................................................7

II.2.3 Daya Listrik..........................................................................................8

II.2.4 Pengukuran Besaran Listrik.................................................................8

II.3 Air Laut...................................................................................................9

II.3 Salinitas...................................................................................................9

II.4 Elektrokimia...........................................................................................11

II.5 Reaksi Reduksi-Oksidasi.......................................................................12

II.6 Sel Galvani.............................................................................................12

II.6.1 Elektroda........................................................................................14

II.6.2 Potensial Elektroda Standar dan Deret Volta.................................14

II.6.3 Potensial Sel Volta.........................................................................16

II.6.4 Elektrolit.........................................................................................17

II.7 Logam Tembaga (Cu)............................................................................17

II.8 Logam Seng (Zn)...................................................................................17

II.9 Korosi.....................................................................................................18

II.9.1 Laju Korosi.....................................................................................20

II.9.2 Pengukuran Laju Korosi.................................................................21

xii

BAB III METODOLOGI PENELITIAN..........................................................23

III.1 Tempat dan Waktu Penelitian...............................................................23

III.2 Alat dan Bahan.....................................................................................23

III.2.1 Alat...............................................................................................23

III.2.2 Bahan............................................................................................23

III.3 Metode Penelitian.................................................................................24

III.3.1 Preparasi Bahan............................................................................24

III.3.2 Merancang, Membuat prototipe Sel dan Rangkaian Beban.........25

III.3.3 Mengukur Karakteristik Kelistrikan Sel.......................................26

III.3.4 Mengukur Laju Korosi Elektroda................................................28

III.3.5 Analisis Data dan Kesimpulan ...................................................29

III.4 Bagan Alir Penelitian............................................................................30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN.............................................................31

IV.1 Hasil Preparasi Bahan...........................................................................31

IV.1.1 Parameter Fisika Air Laut.............................................................31

IV.1.2 Parameter Fisika Elektroda...........................................................31

IV.2 Pengaruh Jarak dan Luas Penampang Elektroda .................................34

IV.3 Laju Korosi Elektroda dan Umur Penggunaan Sel...............................39

IV.4 Kapasitas Listrik Air Laut....................................................................42

xiii

BAB V PENUTUP...............................................................................................45

V.1 Kesimpulan............................................................................................45

V.2 Saran......................................................................................................46

DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................47

LAMPIRAN.........................................................................................................51

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema Galvani.................................................................................13

Gambar 3.1 Skema Rangkaian Sel Volta dan Air Laut.......................................25

Gambar 3.2 Skema Rangkaian Baban Sel...........................................................27

Gambar 4.1 Pengaruh waktu terhadap arus keluaran pada jarak elektroda 1 cm,

2 cm, dan 3 cm.................................................................................37

Gambar 4.2 Pengaruh waktu terhadap arus keluaran pada luas penampan 50 cm2,

100 cm2, dan 150 cm

2......................................................................38

Gambar 4.3 Perubahan pada permukaan elektroda Zn karena uji korosi............40

Gambar 4.4 Grafik arus keluaran untuk pengukuran laju korosi.........................44

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Komposisi Kimia Dominan Air Laut Dengan Salinitas 3,5% ............10

Tabel 2.2 Ion-Ion Yang Membentuk 99,99% Ion Dalam Air Laut ....................10

Tabel 2.3 Nilai Deret Volta ................................................................................15

Tabel 4.1 Data sampel pengukuran massa jenis air laut .....................................31

Tabel 4.2 Hasil perhitungan massa jenis elektroda Cu dan Zn ..........................32

Tabel 4.3 Hasil analisis XRF tembaga (Cu) .........................................................33

Tabel 4.4 Hasil analisis XRF seng (Zn) ...............................................................34

Tabel 4.5 Pengaruh luas penampang dan jarak antar elektroda terhadap arus dan

tegangan sel.........................................................................................35

Tabel 4.6 Arus keluaran sel dengan variasi luas penampang dan jarak antar

elektroda..............................................................................................36

Tabel 4.7 Perubahan massa elektroda sebelum dan setelah kerja sel .................40

Tabel 4.8 Hasil perhitungan jumlah valensi ion dalam 450 ml air laut ..............44

1

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Listrik merupakan energi yang sangat penting bagi kehidupan manusia. Mulai dari

penerangan, komunikasi, industri, dan berbagai bidang kehidupan lainya,

membutuhkan kehadiran listrik sebagai sumber energi penggerak. Kebutuhan

akan listrik semakin hari semakin meningkat. Hal ini dapat dilihat dari

penggunaan listrik yang terus meningkat setiap tahunnya. Menurut data statistik

ketenagalistrikan 2015 yang dikeluarkan Kementrian ESDM, konsumsi listrik

nasional pada tahun 2015 mencapai 232.520 GWh, sedang pada tahun 2014 hanya

221.296 GWh[1]

. Dari data tersebut nampak peningkatan konsumsi listrik yang

sangat signifikan, dan diproyeksikan akan terus meningkat ditahun-tahun yang

akan datang. Persoalan lain adalah akses listrik bagi masyarakat, utamanya bagi

masyarakat di pedesaan. Kementrian Desa, Pembangunan Daerah Tertinggal dan

Transmigrasi, dalam data rilis Indeks Desa Membangun tahun 2015, diketahui

masih ada 24.989 desa (34% dari jumlah desa yang ada) yang belum tersentuh

sarana dan prasarana listrik[2]

.

Dewasa ini, bahan bakar fosil, yang merupakan sumber energi yang tak

terbaharukan, masih menjadi sumber utama penyediaan listrik untuk memenuhi

kebutuhan listrik nasional. British Pethroleum Global, sebuah perusahaan minyak

bumi multinasional, dalam anual report 2013 mengestimasikan bahwa cadangan

2

minyak bumi dunia akan habis dalam kurun waktu 53,3 tahun, sedang di asia-

pasific akan habis dalam 14 tahun[3]

.

Meningkatnya kebutuhan manusia terhadap energi serta terbatasnya ketersediaan

sumber energi yang ada, mendorong manusia untuk dapat mencari sumber-sumber

lain yang potensial untuk dijadikan sumber energi alternatif. Salah satu sumber

energi yang dapat dikembangkan adalah air laut. Utamanya di negara kepulauan

seperti Indonesia, yang 2/3 wilayahnya berupa lautan, pemanfaatan air laut

sebagai sumber energi akan dapat menjadi solusi persoalan energi.

Laut menyimpan potensi begitu besar yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber

energi, khususnya energi listrik. Pada umumnya, untuk menghasilkan listrik dari

laut, energi yang dimanfaatkan adalah energi mekanik, yaitu berupa gelombang

dan arus laut, energi termal serta energi potensial kimia air laut. Salah satu cara

untuk membangkitkan energi listrik dari air laut adalah melalui proses

elektrokimia dengan perinsip sel volta. Proses ini melibatkan reaksi reduksi-

oksidasi (redoks). Kita hanya membutuhkan dua buah logam yang berbeda jenis

sebagai elektroda tempat terjadinya reaksi redoks dan air laut digunakan sebagai

larutan elektrolit.

Penelitian mengenai konversi energi air laut dengan metode elektrokimia telah

dilakukan oleh Fariya (2015) serta Utama (2016). Kedua penelitian telah sampai

pada tahap perancangan prototipe sel volta air laut untuk aplikasi penerangan pada

kapal nelayan dan sampan. Penelitian Fariya berfokus pada variasi volume air laut

serta jenis rangkaian (seri/paraler) pasangan elektroda untuk memaksimalkan nilai

3

variabel yang diukur[4]

. Utama memfokuskan penelitiannya pada variasi elektroda

dari pasangan berbagai jenis logam yang kemudian membandingkan variabel

terukur dari berbagai pasangan elektroda tersebut[5]

. Kesamaan kedua penelitian

tersebut adalah parameter yang digunakan sebatas nilai beda potensial (V) sel

serta arus (I) yang dihasilkan dalam sebuah rangkaian.

Reaksi kimia reduksi-oksidasi selalu disertai proses korosi. Korosi adalah

kerusakan atau degradasi logam karena bersenyawa dengan ion lingkungan. Pada

sel volta, korosi terjadi pada elektroda yang mengalami oksidasi. Karena reaksi

terus berlangsung, korosi elektroda terus pula berlangsung. Hal demikianlah yang

akan menentukan usia penggunaan sel volta air laut. Korosifitas elektroda sel

volta dengan elektrolit air laut berpengaruh terhadap model rancangan dan cara

pemeliharaan sel agar dapat digunakan dalam jangka waktu lama. Variabel inilah

yang akan menjadi parameter utama dalam penelitian tentang sel volta dengan

elektrolit air laut.

I.2 Ruang Lingkup

Dalam penelitian ini ditetapkan ruang lingkup sebagai berikut:

1. Dalam penelitian ini elektroda sel terbuat dari tembaga (Cu) dan seng (Zn).

2. Dalam pengukuran daya listrik yang dihasilkan sel, digunakan pembebanan

dengan lampu LED.

3. Sampel air laut sebagai elektrolit diambil di pesisir wilayah Makassar.

4. Pengambilan data dilakukan di Laboratorium Material dan Energi

Departemen Fisika FMIPA Unhas. Hal ini untuk menjaga agar pada saat

4

pengambilan data tidak terjadi perubahan temperatur yang dapat

memberikan pengaruh pada laju reaksi dalam sel sehingga berdampak pada

kualitas data hasil pengukuran. Pengambilan data dilakukan pada suhu

kamar yang dijaga pada 25 oC.

5. Perhitungan laju korosi elektroda dilakukan dengan metode mass loss atau

kehilangan massa.

I.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini yaitu:

1. Menentukan karakteristik sifat listrik, berupa nilai tegangan sel, arus per

luas penampang elektroda ketika sel dihubungkan dengan LED.

2. Analisis kapasitas listrik air laut.

3. Analisis laju korosi elektroda.

4. Analisis estimasi umur penggunaan sel berdasarkan faktor korosi elektroda.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Penelitian Terkait

Penelitian sebelumnya pernah dilakukan oleh Fariya (2015) dan Utama (2016)

untuk membangkitkan arus listrik dari air laut dengan prinsip sel volta. Fariya

(2015) melakukan penelitian menggunakan elektroda timbal (Pb) dengan vasiasi

rangkaian (seri-paralel) untuk mengamati karakter kelistrikan yang dihasilkan.

Tegangan yang dihasilkan setiap sel bervariasi dari 0,7-0,8 volt, sementara arus

yang dihasilkan dengan dimensi elektroda 5 cm x 30 cm sebesar 50 mA. Untuk

meningkatkan tegangan, maka rangkaian dibuat seri, dan untuk meningkatkan

arus, rangkaian disusun paralel. Fariya (2015) menyimpulkan hubungan antara

arus dan luas penampang elektroda, bahwa semakin luas penampang elektroda,

maka semakin besar nilai arus yang dihasilkan[5]

.

Utama (2016) melakukan variasi jenis pasangan elektroda logam dan mengukur

karakter kelistrikan yang dihasilkan sel. Pasangan elektroda yang divariasi adalah

Mg-Cu, Mg-Pb, dan Mg-Carbon. Dengan menyusun rangkaian seri dan paralel,

tegangan dengan efisiensi maksimum ditunjukan oleh pasangan elektroda Mg-

Carbon, dengan nilai tegangan 1,9 volt[5]

.

Penelitian terkait sel volta dilakukan pula oleh Jauharah (2013) dan Irsan (2016)

dengan konsep bio-baterai. Prinsip kerjanya sama-sama mengunakan sel volta,

namun berbeda dengan Utama dan Fariya yang mengunakan air laut sebagai

elektrolit, Jauharah dan Irsan menggunakan hasil fermentasi buah sebagai

6

elektrolit. Elektroda yang digunakan adalah pasangan logam Cu-Zn. Fermentasi

buah menghasilkan asam yang meningkatkan kekuatan elektrolit buah dan sayur,

contohnya asam asetat, CH3COOH. Jauharah (2013) mendapatkan nilai tegangan

tertinggi dihasilkan oleh buah jeruk dengan tegangan sebesar 0,95 volt dan arus

0,45 mA[6]

. Irsan (2016) menggunakan fermentasi singkong sebagai elektrolit,

dengan rangkaian seri 20 sel dengan volume masing-masing 200 ml per sel, ia

mendapatkan nilai terangan 12,38-18,97 volt dari variasi beberapa jenis singkong.

Sel volta seri-paralel digunakan untuk memenuhi kebutuhan ganda, yaitu

rangkaian seri meningkatkan tegangan dan rangkaian paralel meningkatkan

arus[7]

.

Penelitian-penelitian tersebut mengunakan prinsip sel volta yang melibatkan

reaksi reduksi-oksidasi (redoks). Terjadinya reaksi redoks tentunya melibatkan

proses korosi galvanik yang terjadi pada elektroda yang bereaksi. Korosi yang

terjadi adalah faktor yang memberikan pengaruh yang cukup penting pada

performa sel, baik kelistrikan maupun usia pemakaian sel. Hal inilah yang kurang

menjadi perhatian dalam penelitian-penelitian tersebut.

II.2 Listrik

Listrik didefenisikan sebagai serangkaian fenomena fisika yang mengacu pada

kehadiran atau adanya aliran muatan listrik. Listrik dalam sejarahnya mulai

dipelajari dari fenomena elektrostatis sejak kira-kira 2600 tahun yang lalu[8]

.

7

II.2.1 Arus Listrik

Ketika muatan listrik dalam keadaan bergerak, inilah yang dinamakan arus listrik.

Kuat arus didefinisikan sebagai kuantitas muatan melalui penampang penghantar

setiap detik.

(2.1)

Dalam satuan SI, kuat arus I diukur dalam satuan ampere (A). George Simon

Ohm (1789-1854) mengemukakan adanya hubungan antara kuat arus yang

mengalir dalam penghantar dengan selisih potensial kedua ujung penghantar itu,

yang dinyatakan sebagai :

(2.2)

Dengan R merupakan hambatan penghantar, dalam SI, satuannya diukur dalam

ohm, dilambangkan dengan Ω. Satu ohm sama dengan satu volt per satu

ampere[9]

.

II.2.2 Potensial Listrik

Beda potensial membuat muatan bergerak[9]

. Muatan bergerak dari satu titik ke

titik lain melakukan suatu usaha (Wab). Jika Wab adalah usaha yang dikerjakan

oleh sebuah partikel bermuatan Q dari titik a ke titik b, maka perbedaan potensial

listrik antara titik a dan b, Vab , didefinisikan sebagai:

(2.3)

8

dengan Vab adalah beda potensial listrik antara titik a dan titik b[10]

. Karena

potensial listrik adalah energi potensial elektrostatik per-satuan muatan, satuan SI

untuk potensial dan beda potensial adalah joule per coulomb.

(2.4)

Karena diukur dalam volt, beda potensial disebut voltage atau tegangan[11]

.

II.2.3 Daya Listrik

Daya merupakan energi yang diperlukan tiap satuan waktu. Apabila suatu muatan

lewat melalui hambatan, maka terjadi proses penurunan potensial. Jika selisih

potensial kedua ujung resistor adalah V, maka jumlah energi yang hilang adalah :

( ) (2.5)

P dinyatakan dalam satuan watt. Hilangnya energi dalam resistor adalah sebagai

akibat tumbukan yang beulang kali antara muatan yang mengalir dan atom-atom

dari resistor. Akibatnya, atom bergetar disekitar posisi kesetimbangannya.

Peristiwa ini menyebabkan hilangnya energi dalam resistor dan berganti wujud

panas[9]

.

III.2.4 Pengukuran Besaran Listrik

Pengukuran besaran listrik menggunakan alat yang dinamakan multimeter. Pada

multimeter umumnya telah disematkan fungsi ohmmeter, voltmeter dan

amperemeter.

a. Ohmmeter adalah alat untuk mengukur tahanan. Nilai tahanan yang diukur

sama dengan angka yang ditunjuk oleh jarum dikalikan batas capai.

9

b. Voltmeter adalah alat untuk mengukur beda potensial pada dua titik dalam

sirkuit listrik. Voltmeter dipasang secara pararel dengan elemen yang

hendak di ukur.

c. Amperemeter adalah alat untuk mengukur kuat arus listrik suatu rangkaian

listrik dan dipasang secara seri dalam sirkuit yang diukur[12]

.

II.3 Air Laut

Laut terbentuk 4,4 milyar tahun yang lalu, dimana awalnya bersifat sangat asam

dengan air yang mendidih (dengan suhu sekitar 100°C) karena panasnya bumi

pada saat itu. Asamnya air laut terjadi karena saat itu atmosfer bumi dipenuhi oleh

karbon dioksida. Keasaman air inilah yang menyebabkan tingginya pelapukan

yang terjadi yang menghasilkan garam-garaman yang menyebabkan air laut

menjadi asin seperti sekarang ini [13]

.

Air laut merupakan 97,2% dari sekitar 1,36 x 1018

m3 air yang ada di planet

bumi[14]

. Air di laut merupakan campuran dari 96,5% air murni dan 3,5% material

lainnya seperti garam-garaman, gas-gas terlarut, bahan-bahan organik dan

partikel-partikel tak terlarut. Pada dasarnya, air laut mengandung senyawa NaCl

yang tinggi oleh H2O diuraikan menjadi Na+

dan Cl- [13]

.

II.3.1 Salinitas

Salinitas menyatakan banyaknya zat-zat terlarut (garam) dalam satu kilogram air

laut[15]

. Komposisi garam terlarut dalam air laut dapat dilihat pada tabel 2.1

berikut:[16]

Tabel 2.1 Komposisi kimia dominan air laut dengan salinitas 3,5 %

10

Elemen At.

Weight Ppm Elemen

At.

Weight ppm

Chlorine (Cl) 35,453 19345 Bromine (Br) 79,909 66

Sodium (Na) 22,8989 10752 Carbon (C) 12,011 28,0

Magnesium (Mg) 24.312 1295 Nitrogen (N) 14,007 15,5

Sulfur (S) 32,064 904 Fluorine (F) 18,998 13,0

Potassium (K) 39,102 390 Boron (B) 10,811 4,45

Calcium (Ca) 40,08 416 Silicon (Si) 28,086 2,9

Lainnya <1.672

Garam-garam tersebut, dalam air laut, membentuk ion dalam bentuk ion tunggal

maupun senyawa ion. Ion-ion yang terdapat dalam air laut dapat dilihat pada tabel

2.2 berikut: [16]

Tabel 2.2 Ion-ion yang membentuk 99,99 % ion dalam air laut

Ion Valensi ppm % dari

Salinitas

Berat

Molekul

mmol/

kg

Cl -1 19345 55,03 35,453 546

Na +1 10752 30,95 22,990 468

SO4 -2 2701 7,68 96,062 28,1

Mg +2 1295 3,68 24,305 53,3

Ca +2 416 1,18 40,078 10,4

K +1 390 1,11 39,098 9,97

HCO3 -1 145 0,41 61,016 2,34

Br -1 66 0,19 79,904 0,83

BO3 -3 27 0,08 58,808 9,46

F -1 13 0,04 87,620 0,091

Sr +2 1 0,003 18,998 0,068

11

Salinitas air laut dapat berbeda-beda, bisa disebabkan faktor curah hujan dan

penguapan, namun perbandingan/rasio unsur-unsur utamanya tetap (konstan)[15]

.

Untuk menentukan jumlah kandungan unsur dari salinitas terukur digunakan

persamaan: [17]

(2.6)

adalah kadar referensi unsur X (ppm), Sp salinitas terukur, dan Sr salinitas

referensi.

II.4 Elektrokimia

Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari aspek elektronik dari reaksi kimia.

Dalam elektrokimia, reaksi kimia yang terjadi adalah reaksi reduksi dan oksidasi

atau yang dikenal dengan reaksi redoks. Sel elektrokimia terdiri dari dua

komponen utama, yaitu elektroda dan larutan elektrolit. Proses dasarnya adalah

adanya transfer elektron antara permukaan elektroda dengan molekul di dalam

larutan[18]

.

Reaksi redoks dalam sel elektrokimia terjadi pada kedua elektroda yang

menyebabkan adanya transfer elektron (aliran listrik) antara kedua elektroda,

ataupun sebaliknya, aliran listrik eksternal pada kedua elektroda menyebabkan

terjadinya reaksi kimia dalam sel[19]

.

Sel elektrokimia terbagi atas dua jenis, yaitu sel galvani dan sel elektrolisis.

a. Sel galvani adalah sel yang dapat menghasilkan listrik dari reaksi kimia yang

terjadi dalam sel.

12

b. Sel elektrolisis adalah sel yang membutuhkan aliran listrik eksternal untuk

memicu terjadianya reaksi kimia di dalam sel[19]

.

II.5 Reaksi Reduksi-Oksidasi

Pada mulanya, pembahasan reaksi redoks hanya meliputi zat – zat yang

mengandung oksigen saja. Reaksi oksidasi adalah reaksi penambahan oksigen,

dan reaksi reduksi adalah reaksi pengurangan oksigen. Tetapi saat ini pengertian

reaksi reduksi-oksidasi lebih luas menjadi reaksi perpindahan elektron. Reaksi

oksidasi adalah peristiwa pelepasan elektron, yaitu suatu zat memberikan elektron

kepada lainnya.

Contoh : Cu → Cu2+

+ 2e-

Sedangkan reaksi reduksi adalah peristiwa penangkapan elektron, yaitu suatu zat

menerima elektron dari zat lain.

Contoh : Cu2+

+ 2e- → Cu

Senyawa yang mengalami oksidasi disebut sebagai reduktor, dan senyawa yang

mengalami reduksi disebut sebagai oksidator[20]

.

II.6 Sel Galvani

Sel Galvani atau disebut juga sel volta adalah alat untuk membangkitkan arus

listrik dengan bantuan reaksi kimia. Sebuah sel galvani disusun dengan

mencelupkan dua buah elektroda, yaitu sepasang logam yang memiliki

kecenderungan ionisasi berbeda, ke dalam larutan elektrolit dan menghubungkan

kedua elektroda tersebut dengan kawat penghantar. Karena perbedaan

13

kecenderungan ionisasi, pada salah satu elektroda akan terjadi reaksi reduksi

sedang pada elektroda yang lain terjadi reaksi oksidasi. Elektroda tempat terjadi

reduksi disebut katoda dan elektroda tempat terjadi reaksi oksidasi disebut

anoda[21]

.

Gambar 2.1 Skema Sel Galvani. Elektron mengalir dari lagam dengan

kecenderungan ionisasi tinggi (anoda) ke logam dengan

kecenderungan ionisasi lebih rendah (katoda) melalui konduktor

penghubung[22]

Pada sel galvani, arus listrik mengalir dari katoda menuju anoda sebagaimana

ditunjukan pada gambar 2.1. Sirkuit listrik pada sel terdiri atas dua bagian, yaitu

sirkuit luar (dimana elektron mengalir melalui penghantar logam) dan sirkuit

dalam (dimana ion mengangkut muatan listrik melalui elektrolit). Proses yang

berlangsung dalam sel galvanik sebagai berikut :[23]

a. Pada anoda terjadi oksidasi dan menghasilkan elektron.

b. Elektron mengalir melalui sirkuit luar menuju ke katoda.

Elektroda Negatif (-)

elektron Arah arus Elektroda positif (+)

Logam Teroksidasi Kecenderungan ionisasi lebih besar

Logam Terreduksi kecenderungan ionisasi

lebih kecil

14

c. Elektron berpindah dari katoda ke zat dalam elektrolit, zat yang menerima

elektron mengalami reduksi.

d. Pada sirkuit dalam, muatan diangkut oleh kation ke katoda dan oleh anion ke

anoda.

II.6.1 Elektroda

Elektroda merupakan kutub-kutub listrik dalam sel elektrokimia, yaitu terdiri dari

anoda dan katoda. Anoda adalah kutub negatif (-) sel tempat terjadi oksidasi dan

menghasilkan elektron. Katoda adalah kutub positif (+) sel tempat terjadi reaksi

reduksi karena diterimanya elektron.

Elektroda yang digunakan dalam sel elektrokimia terdapat dari dua jenis yaitu:[19]

a. Elektroda inert, yaitu elektroda yang tidak ikut bereaksi, sehingga dalam sel

elektrolisis yang mengalami reaksi redoks adalah elektrolit sebagai zat terlarut

dan atau air sebagai pelarut. Elektroda inert dapat berupa anoda ataupun

katoda.

b. Elektroda tidak inert atau elektroda aktif, yaitu elektroda yang bereaksi,

mengalami reduksi atau oksidasi.

II.6.2 Potensial Elektroda Standar dan Deret Volta

Potensial elektroda standar suatu elektroda adalah gaya gerak listrik yang timbul

karena pelepasan elektron dari reaksi redoks. Nilai potensial elektroda standar

dinyatakan dalam satuan Volt (V). Untuk elektroda hidrogen, E0nya adalah 0,00

Volt[23]

.

a) Bila E0 > 0 → cenderung mengalami reduksi (bersifat oksidator)

15

b) Bila E0 < 0 → cenderung mengalami oksidasi (bersifat reduktor)

[23]

Deret elektrokimia atau deret volta merupakan urutan logam-logam berdasarkan

kenaikan potensial elektroda standarnya. Umumnya deret volta yang sering

dipakai adalah Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Ni, Sn, Pb, H, Sb,

Bi, Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Nilai deret volta dapat dilihat pada tabel berikut :[24]

Tabel 2.3 Nilai deret volta

Reaksi Reduksi Logam E0

(Volt)

Li+ + e

- → Li -3,04

K+ + e

- → K -2,92

Ba2+

+ 2e- → Ba -2,90

Ca2+

+ 2e- → Ca --2,87

Na+ + e

- → Na -2,71

Mg2+

+ 2e- → Mg -2,37

Al3+

+ 3e- → Al -1,66

Mn2+

+ 2e- → Mn -1,18

2H2O + 2e- → H2+2OH

- -0,83

Zn2+

+ 2e- → Zn -0,76

Cr3+

+ 3e- → Cr -0,71

Fe2+

+ 2e- → Fe -0,44

Cd2+

+ 2e- → Cd -0,40

Co2+

+ 2e- → Co -0,28

Ni2+

+ 2e- → Ni -0,25

Sn4+

+ 2e- → Sn

2+ -0,14

Pb2+

+ 2e- → Pb -0,13

2H+

+ 2e- → H2 0,00

Sn2+

+ 2e- → Sn +0,13

Bi3+

+ 3e- → Bi +0,30

Cu2+

+ 2e- → Cu +0,34

Ag+

+ e- → Ag +0,80

Pt2+

+ 2e- → Pt +1,20

Au3+

+ 3e- → Au +1,50

16

Pada deret volta, logam dengan potensial elektroda lebih negatif ditempatkan

dibagian kiri, sedang kan unsur dengan potensial elektroda yang lebih positif

ditempatkan di bagian kanan. Semakin ke kiri kedudukan logam dalam deret

volta, maka logam semakin reaktif, semakin mudah melepaskan elektron dan

merupakan reduktor kuat karena semakin mudah mengalami oksidasi. Sebaliknya,

semakin ke kanan kedudukan suatu logam dalam deret volta, maka seakin kurang

reaktif, sulit melepas elektron dan logam merupakan oksidator kuat karena

semakin mudah mengalami reduksi[24]

.

II.6.3 Potensial Sel Volta

Potensial sel volta dapat ditentukan melalui percobaan dengan menggunakan

voltmeter. Potensial sel volta dapat juga dihitung menggunakan Persamaan Nerns

berikut:

E0

sel = E0

katoda – E0

anoda (2.7)

[ ]

[ ] ( )

Dimana R, konstanta gas (8,31 J/mol), T adalah temperatur absolut (oK), n jumlah

elektron yang ditransfer, F konstanta Faraday (96500 C). Pada keadaan standar,

persamaan 2.8 menjadi:[25]

(

)

[ ]

[ ] ( )

17

II.6.4 Elektrolit

Elektrolit adalah percampuran dua atau lebih zat dimana suatu zat larut atau

terurai ke dalam bentuk ion-ionnya. Zat yang jumlahnya lebih sedikit di dalam

larutan disebut zat terlarut, sedangkan zat yang jumlahnya lebih banyak daripada

zat-zat lain dalam larutan disebut pelarut. Komposisi zat terlarut dan pelarut

dalam larutan dinyatakan konsentrasi larutan. Larutan terdiri dari larutan elektrolit

dan larutan non elektrolit. Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat

menghantarkan arus listrik, sedangkan larutan non elektrolit adalah larutan yang

tidak menghantarkan arus listrik. Sebagian besar senyawa yang berikatan ion

merupakan elektrolit, contohnya larutan garam dapur atau NaCl[26]

.

II.7 Logam Tembaga (Cu)

Tembaga atau cuprum dalam tabel periodik memiliki lambang Cu dan nomor

atom 29. Tembaga mempunyai massa jenis tembaga 8,9 g/cm3

dan daya hantar

listrik yang tinggi yaitu 59,6 x 106

S/m. Selain mempunyai daya hantar listrik

yang tinggi, daya hantar panasnya juga tinggi. Titik cair tembaga adalah 1083 °C

dan titik didihnya 2593 °C. Tembaga digunakan sebagai bahan untuk baut

penyolder, untuk kawat-kawat jalan traksi listrik (kereta listrik, trem, dan

sebagainya), unsur hantaran listrik di atas tanah, hantaran penangkal petir, untuk

lapis tipis dari kolektor, dan lain-lain[27]

.

II.8 Logam Seng (Zn)

Seng (Zn) diperoleh secara elektrolitis dari pemurnian bahan oksida seng (ZnO).

Warnanya abu-abu muda dengan titik cair 419 °C dan titik didih 906 °C. Seng

memiliki massa jenis 7,14 gr/cm3. Seng dipakai sebagai pelindung dari karat,

18

karena lebih tahan terhadap karat daripada besi. Pelapisan dengan seng dilakukan

dengan cara galvanis. Seng banyak dipakai untuk bahan selongsong elemen

kering (kutub negatifnya), batang-batang (elektroda) elemen galvani. Tahanan

jenis seng yaitu 0,12 ohm mm2/m

[27].

Logam seperti Tembaga (Cuprum) dan Seng (zinc) adalah kutub-kutub listrik

pada rangkaian sel elektrokimia. Tembaga (Cu) sebagai katoda merupakan

elektroda tempat terjadinya reaksi reduksi, dimana terjadi penangkapan elektron.

Reaksi : Cu2+

(aq) + 2e- → Cu(s)

Sedangkan seng (Zn) sebagai anoda merupakan elektroda tempat terjadinya reaksi

oksidasi sehingga akan terjadi pelepasan elektron.

Reaksi : Zn(s) → Zn2+

(aq) + 2e-

[24]

Ketika dua buah konduktor seperti Cu-Zn, terhubung melalui larutan lektrolit,

maka satu jenis pembawa muatan akan terkumpul pada salah satu konduktor dan

lainnya akan terkumpul pada konduktor yang lain. Pada kedua ujung konduktor

terjadi reaksi redoks terus menerus, maka terjadi pertukaran pembawa muatan dari

elektroda ke larutan elektrolit maupun sebaliknya yaitu dari larutan elektrolit ke

elektroda. Hal ini menyebabkan adanya aliran pembawa muatan (arus listrik)[28]

.

II.9 Korosi

Korosi didefenisikan sebagai suatu proses degradasi atau perusakan material

(biasanya berupa logam atau paduan logam) yang berlangsung secara berangsur-

angsur akibat interaksi kimiawi antara material tersebut dengan lingkungannya[29]

.

19

Korosi tidak dapat dilepaskan dari logam, karena sebagian besar korosi terjadi

pada logam. Pada dasarnya, korosi adalah kebalikan dari proses ekstraksi logam

dari bijihnya. Contohnya: logam Fe di alam bebas berada dalam bentuk senyawa

besi oksida atau besi sulfida, setelah diekstraksi dan diolah akan dihasilkan besi

yang digunakan untuk membuat baja dan baja paduan. Selama pemakaian, baja

tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi dan akan

kembali menjadi senyawa besi oksida. Dalam kehidupan sehari-hari, korosi dapat

dijumpai pada bangunan dan peralatan yang menggunakan komponen logam

seperti seng, tembaga, besi baja dan sebagainya[21]

.

Berdasarkan bentuk dan penyebabnya, korosi dapat dibedakan menjadi beberapa

jenis, yaitu:[30]

a. Korosi seragam, yaitu korosi yang menyerang seluruh permukaan logam.

b. Korosi pitting atau sumuran, yaitu korosi lokal yang selektif menyerang

bagian permukaan logam.

c. Korosi akibat mikroorganisme, yaitu korosi yang diakibatkan aktivitas

bakteri.

d. Korosi batas butir, yaitu korosi pada logam yang mengandung logam

antara atau senyawa pada batas-batas butirnya karena perlakuan panas.

e. Korosi galvanik, yaitu korosi yang terbentuk dari penggandengan dua

logam yang bebeda jenis dengan logam yang lebih aktif akan menjadi

anoda sedangkan logam yang lebih mulia akan menjadi katoda.

20

f. Korosi erosi, yaitu korosi yang timbul karena gerakan relatif antara

elektrolit dan permukaan logam dan efek mekanik seperti pengausan,

abrasi, dan gesekan.

II.9.1 Laju Korosi

Reaksi elektrokmia melibatkan pelepasan dan penangkapan elektron, maka laju

aliran elektron dari atau ke suatu antar muka pereaksi merupakan ukuran dari laju

reaksi[29]

.

Aliran elektron pada umumnya diukur sebagai arus I, dinyatakan dalam satuan

Ampere, yang sama dengan 1 Coulumb (muatan 6,2 x 1018

elektron) perdetik.

Kesebandingan antara I dan massa yang bereaksi m, dalam suatu reaksi

elektrokimia diungkapkan oleh Hukum Faraday,

(2.10)

Dengan F adalah tetapan Faraday (96500C), n jumlah ekivalen perubahan

pereaksi, Ar berat atom, dan t dalam satuan detik. Laju korosi r diperoleh sebagai

hasil bagi rumus Faraday oleh t dan luas permukaan A sehingga diperoleh,

( )

(2.11)

Degan i didefinisikan sebagai rapat arus (I/A). Rapat arus sebanding dengan laju

korosi, karenanya, arus yang sama bila terkonsentrasi pada luas permukaan yang

lebih kecil akan menghasilkan laju korosi yang lebih besar. Dengan anggapan

bahwa laju korosi berlangsung secara seragam, laju penertasi korosi persatuan

21

waktu dapat dicari dengan memasukkan tetapan Faraday, sehingga persamaanya

menjadi,

( )

(2.12)

Untuk i dinyatakan dalam satuan µA.cm-2

, dan ρ dalam satuan gram.cm-3

, dengan

3,27x10-3

sebagai tetapan kesebandingan[21]

.

II.9.2 Pengukuran Laju Korosi

Laju korosi dinyatakan dalam satuan mm/tahun, yaitu menunjukan kecepatan

penetrasi korosi material. Menghitung laju korosi umumya dapat digunakan dua

cara, yaitu metode kehilangan berat dan metode elektrokimia.

a. Metode mass loss

Korosi pada material menyebabkan pengurangan massa material tersebut.

untuk menghitung laju korosi berdasarkan pengurangan massa digunakan

persamaan:[31]

(2.13)

Dimana mo adalah massa awal spesimen (g), m adalah masa akhir (g), S luas

permukaan spesimen (mm2), ρ masa jenis (g.mm

-3), t waktu reaksi (jam), h

(jam), d (hari), dan y (tahun).

Atau: [32]

(2.14)

22

Dimana k adalah konstanta kesebandingan (8,76 x 104), Δm adalah

kehilangan berat (g), ρ adalah densitas atau massa jenis (g/cm3), A adalah luas

permukaan (cm2), dan t adalah waktu ekspos (jam).

b. Metode Elektrokimia

Perhitugan laju korosi dengan metode elektrokimia menggunakan persamaan

(2.12). Umumnya metode ini digunakan untuk menghitung laju korosi

material murni, bukan paduan[32]

.