Sintesis Paduan Logam Tin-Bismuth dengan Metode Elektrodeposisi
Alur sampel: Elektrodeposisi M3 → bukti permukaan/massa → XRD
Tujuan Pembelajaran
- 1Sintesis paduan Sn–Bi via elektrodeposisi dengan reagen pengkompleks.
- 2Preparasi katoda dan anoda.
- 3Preparasi elektrolit.
- 4Perakitan sel elektrokimia.
- 5Proses elektrodeposisi.
- 6Handoff karakterisasi XRD.
Teori Singkat
Kenapa Paduan Sn-Bi? Mencampur Timah (Sn) dan Bismut (Bi) menghasilkan logam paduan (alloy) yang punya titik leleh lebih rendah dan kuat, cocok banget sebagai alternatif solder ramah lingkungan tanpa timbal.
Cara Kerja Elektrodeposisi: Kita alirkan arus listrik searah (DC) ke dalam larutan elektrolit. Ion-ion Sn²⁺ dan Bi³⁺ yang melayang di larutan akan ditarik menuju katoda (kutub negatif), menangkap elektron, lalu menempel membentuk lapisan logam tipis yang berkilau.
Peran Agen Pengkompleks: Karena ion Sn dan Bi punya kecenderungan mengendap dengan kecepatan yang beda jauh (potensial reduksinya berbeda), kita tambahkan zat pengkompleks supaya kedua ion bisa mengendap barengan dengan komposisi yang seragam.
Hukum Faraday & Efisiensi: Banyaknya endapan paduan bisa kita hitung dari kuat arus listrik (I) dan waktu pelapisan (t). Rasio antara pertambahan massa asli di timbangan dengan hasil hitungan teoretis disebut efisiensi arus.
Interaktif Modul 3
Peta Interaktif Sel Elektrokimia
Pilih komponen untuk melihat penjelasan, setengah-reaksi, dan potensial reduksinya.
Elektron mengalir dari anoda → sumber DC → katoda. Arus konvensional berlawanan arah dengan aliran elektron. Gunakan Tab lalu Enter untuk memilih komponen tanpa mouse.
Pilih komponen pada diagram untuk melihat penjelasan dan setengah-reaksinya.
Mengapa Kodeposisi Sn-Bi Sulit
Bandingkan potensial reduksi standar ketiga reaksi katoda pada satu sumbu yang sama.
Paling mudah tereduksi — mengendap lebih dulu
Reaksi samping yang menggerus efisiensi arus
Perlu potensial lebih negatif
Selisih ≈ 0,45 V antara Bi³⁺/Bi dan Sn²⁺/Sn berarti bismut tereduksi jauh lebih dulu. Tanpa intervensi, hasilnya lapisan kaya bismut yang tidak seragam — bukan paduan.
Karena itu elektrolit memakai agen pengompleks: EDTA dan asam sitrat mengikat ion logam sehingga potensial deposisi efektifnya bergeser dan kedua logam dapat mengendap bersamaan (kodeposisi). PEG400 bekerja pada morfologi permukaan deposit.
Nilai di atas adalah potensial standar (1 M, 25 °C, vs SHE). Potensial deposisi sebenarnya di elektrolit ini bergeser karena kompleksasi dan konsentrasi — justru itulah mekanisme yang dimanfaatkan.
Pertanyaan Prediksi
Berdasarkan potensial reduksi standar, logam mana yang akan mengendap lebih dulu di katoda, dan mengapa hal itu menjadi masalah untuk membuat paduan Sn-Bi?
Kalkulator Efisiensi Arus
Berdasarkan Hukum Faraday: massa teoretis = (I × t × M) / (n × F)
Persamaan Faraday
I = arus (A), t = waktu (s), M = massa molar (g/mol), n = valensi, F = konstanta Faraday (96485 C/mol)
Titik kerja protokol
14,5 mA/cm² selama 15 menit (900 s) — Modul 3, prosedur elektrodeposisi.
Mode paduan Sn-Bi
Deposit modul ini adalah paduan, bukan logam tunggal. Aktifkan untuk menghitung n dan M ekuivalen dari komposisi yang Anda asumsikan.
Hasil Perhitungan:
52.20 C
5.4102e-4 mol
2.7051e-4 mol
0.0321 g
0.0280 g
14.50 mA/cm²(0.0145 A/cm²)
Efisiensi Arus
η = 87.19%
Untuk paduan Sn-Bi, asumsi valensi/stokiometri harus ditentukan instruktur karena deposit campuran menyulitkan perhitungan tunggal.
Prosedur Ringkas
- 1.Preparasi katoda Hold Point
Polishing cermin katoda, ukur luas area, bersihkan (sonikasi/keringkan), timbang massa sebelum.
Alasan: Permukaan katoda mempengaruhi kualitas deposit.
- 2.Preparasi anoda
Siapkan anoda sesuai prosedur (bisa logam Sn/Bi atau inert).
- 3.Preparasi elektrolit (Larutan A/B/C)
Siapkan komposisi elektrolit sesuai formula praktikum. Catat massa/volume aktual dan pH.
Alasan: Komposisi elektrolit menentukan kualitas deposit paduan.
- 4.Perakitan sel Hold Point
Pasang katoda, anoda, dan elektrolit. Hubungkan ke sumber DC. Verifikasi polaritas.
Alasan: Polaritas salah dapat merusak eksperimen.
- 5.Elektrodeposisi Sesuai protokol
Set arus/rapat arus yang ditetapkan. Jalankan selama waktu yang ditentukan. Catat arus, voltase, pH, suhu.
- 6.Pasca-deposisi Hold Point
Keluarkan katoda, bilas, keringkan, timbang massa sesudah. Dokumentasikan permukaan (foto jika diizinkan).
- 7.Hitung efisiensi arus
Gunakan kalkulator di atas. Catat asumsi valensi/stokiometri.
- 8.XRD handoff
Karakterisasi struktur deposit dengan XRD (lihat Modul 5).
Log Elektrodeposisi M3
Perhatian: Grafit Elektroda
Gunakan elektroda grafit standar laboratorium yang telah disetujui. Jangan membongkar sel baterai bekas secara mandiri tanpa protokol penanganan limbah B3 dan persetujuan instruktur.
Pemeriksaan keselamatan online tidak menggantikan persetujuan asisten secara langsung.