Amali 6Pemalar AvogadroPRAKTIKAL 6Tujuan: Untuk menentukan nilai pemalar Avogadro melalui proses elektrolisis.Teori:Elektrokimia - kajian mengenai sifat-sifat larutan elektrolit dan proses-proses yang berlaku pada elektrod.Elektrolit - bahan yang mengalirkan elektrik dan bertindak balas (mengalami elektrolisis). Berbeza dengan konduktor yang mengalirkan elektrik, tetapi tidak bertindak balas.Hukum Elektrolisis Faraday - jisim bahan yang termendak pada elektrod berkorelasi dengan kuantiti elektrik Q (arus masa) yang lalu menerusi larutan, dan dengan jisim molar bahan berkenaan.Ciri-ciri elektrik yang penting bagi larutan electrolit ialah: rintangan, konduktan, dan kekonduksian. Varian perbandingan sifat larutan elektrolit ialah kekonduksian molar, L iaitu kekonduksian bagi larutan 1M yang terletak di antara dua elektrod yang berjarak standard.Tindak balas yang disebabkan oleh interaksi bahan kimia dengan elektrik. Bahan yang berinteraksi adalah bahan berion, dengan ion bebas bergerak serta menjadi konduktor. Dengan demikian bahan berion ini biasanya berkeadaan lebur atau dalam larutan akueus. Bahan berion berhablur tidak mengalami elektrolisis. Logam (sejenis bahan berion), berupaya menjadi konduktor sahaja, tetapi tidak berupaya mengalami elektrolisis, kerana ion positif logam tidak boleh bergerak ke mana-mana dalam struktur kekisi logam. Dalam bahan berhablur pepejal, ion-ion, baik positif, mahupun negatif, tidak bergerak langsung. Jadi bahan ini tidak mampu menjadi konduktor, apa lagi mengalami elektrolisis.Contoh: elektrolisis garam NaCl lebur, dengan menggunakan elektrod lengai - elektrod yang tidak mengadakan tindak balas dengan hasil elektrolisis. Tindak balas kimia berlaku dalam sel elektrolisis.Dalam sel elektrolisis, sumber DC berupa "pam elektron". Di anod berlaku pengoksidaan, dan di katod berlaku penurunan. Anod yang bersambung dengan terminal positif sumber DC dikatakan bercas positif dan menarik elektron yang terhasil semasa pengoksidaan di anod. Ini berlawanan dengan anod dalam sel elektrokimia yang bercas negatif kerana "penompokan" elektron akibat pengoksidaan. Katod dalam sel elektrolisis bercas negatif kerana ia menerima elektron dari "pam elektron".Pengoksidaan yang berlaku di anod adalah pengoksidaan ion klorin Cluntuk menghasilkan gas klorin. Ion negatif yang bergerak ke arah anod dinamakananion. Di katod, elektron diterima olehkation, iaitu ion positif dan berlakulah penurunan. Ion natrium Na+terturun kepada atom Na.Anod: 2Cl(c)Cl2(g) + 2eKatod: Na+(c) + eNa(p)Tindak balas sel: 2Cl(c) + 2Na+(c)Cl2(g) + 2Na(p)

ASPEK KUANTITATIFTerdapat perkaitan kuantitatif semasa berlaku elektrolisis; secara spesifik, korelasi antara kuantum elektrik yang digunakan dengan stoikiometri perubahan kimia.Kuantiti elektrik, Q (coulomb) = I (ampere) t (saat)Kuantum cas yang terkecil adalah cas satu elektron (cas negatif), e = 1.60210 1019C. Dengan demikian bilangan elektron, n, yang terlibat dalam tempoh elektrolisis tertentu adalah,

NA= nombor Avogadro, 6.0231023.Sebutan NAe adalah pemalar dan disebutpemalar Faraday, F = 6.0231023 1.60210 1019= 9.65104CBilangan elektron ini adalah yang terlibat dalam proses redoks semasa elektrolisis berkenaan. Misalkan proses elektrolisis melibatkan elektrolit kuprum sulfat CuSO4(ak) [Cu = 63.5 g mol1].Katod: Cu2+(ak) + 2eCu(p)Misalkan lagi elektrolisis berjalan selama 20 minit dengan arus sebesar 2.0 A. Bilangan elektron yang terlibat adalah,

Daripada stoikiometri, 2 mol elektron terlibat bagi setiap penurunan 1 mol logam kuprum. Dengan demikian,Bil mol Cu yang terturun = 0.0249/2 = 0.01245 mol = 0.01245 63.5 = 0.791 g Cu termendap di katod.

Bahan: Larutan kuprum (II) sulfat 1 mol dm-3 ,propanon,dua kepingan kuprum Radas: bekalan kuasa arus terus 8v, bikar 250 cm3 , wayar penyambung dengan klip buaya, ammeter, jam randik, rheostat, neraca elektronik.Prosedur:1. Dua kepingan kuprum dibersihkan dengan menggunakan kertas pasir dan kemudian ditimbang dengan menggunakan neraca elektronik.2. Larutan kuprum (II ) sulfat 1 mol dm-3 dimasukkan kedalam bikar sehingga separuh penuh.3. Satu hujung wayar penyambung dengan klip buaya disambungkan ke elektrod kuprum manakala satu hujung yang lain disambungkan ke anod (kutub positif) bekalan kuasa arus terus. Satu hujung wayar penyambung dengan klip buaya yang lain disambungkan ke elektrod kuprum yang kedua manakala satu hujung wayar lagi disambung ke katod (kutub negetif) bekalan kuasa arus terus.4. Ammeter (A) disambungkan ke wayar penyambung di sebelah anod bekalan kuasa arus terus.5. Elektrod-elektrod kuprum dicelup 2/3 tenggelam ke dalam bikar, suis dihidupkan dan jam randik dimulakan.6. Rheostat dilaraskan untuk membenarkan arusl mengalir dengan terkawal.7. Bacaan ammeter direkodkan.8. Bekalan kuasa elektrik dimatikan selepas 30 minit.9. Sebarang perubahan pada anod dan katod diperhatikan dan direkodkan.10. Kepingan kuprum dibersihkan dan dikeringkan dengan menggunakan propanon dan kepingan kuprum ditimbang sekali lagi.

Rajah 1: Sel elektrolisis untuk menentukan nilai pemalar Avogadro

Keputusan:Jadual bacaan jisim elekrod kuprum di anod dan katod, di awal dan akhir eksprimen.Awal eksperimenAkhir eksperimen

Jisim elektrod kuprum di anod (g)1.371.06

Jisim elektrod kuprum di katod (g)1.401.73

Perubahan berlaku di anod-Elektrod kuprum di anod sama saiz seperti elektrod kuprum di katod-Proses pengoksidaan berlaku.-Logam kuprum membebaskan 2 elektron untuk membentuk Cu2+-Kepingan kuprum semakin nipis-Jisim berkurang-Kuprum terkakis dan membebaskan elektron membentuk ion-ion kuprum- bendasing kelihatan d dasar bikar hasil daripada kakisan pada kepingan kuprum anod.

Perubahan berlaku di katod-Elektrod kuprum di katod sama saiz seperti elektrod kuprum di anod-Ion-ion Cu2+ dan H+ditarik untuk didiscaskan-Kepingan kuprum menebal dan jisim bertambah-Terdapat lapisan kuprum tulen terenap pada kepingan kuprum-Ion kuprum didiscas dengan menerima elektron menjadi logam kuprum

ElektrolitWarna biru-Warna biru -Kepekatakn warna larutan tidak berubah kerana kepekatan ion dalam elektrolit tidak berubah

Arus (A)0.50

Voltan (V)8.0

Masa tindak balas (minit)30

Pengiraan nilai pemalar Avagadro berdasarkan eksperimen:

Langkah 1Persamaan setengah di elektrod kuprum anod dan katod.

Dianod : Cu Cu2+ + 2e-Di katod: Cu2+ + 2e-Cu

Langkah 2Jumlah bahan yang dihasilkan (M) berkadar terus dengan kuantiti daya elektron (Q) yang mengalir melalui elektrolit Hukum Faraday PertamaQ = It I = 0.50 A T= 30 min = 30 X 60 saat = 1800 saat

Q = It = (0.50) (1800)=900 C

Langkah 3Bilangan mol bagi kuprum

Bil. Mol =

Jisim = 1.37g 1.06 g = 0.31gJAR Cu = 63.5

= 4.9 X 10-3mol

Langkah 4Jumlah bahan-bahan berbeza yang dihasilkan oleh jumlah daya elektrik yang sama adalah berkadar sonsang dengan cas pada ion Hukum Faraday KeduaCas pada 1 mol elektron = pemalar Faraday

F =NA x e-NA = pemalar Avogadro =6.02 X 1023 mol-1e-= cas pada satu elektron = 1.60 X 10-19 CPenghasilan 1 mol Cu = == 36734.6939Langkah 5Pemalar Avagadro, n F = Le F = 36734.6939 e = 1.60 X 10-19 C36734.6939= L (1.60 X 10-19) L = = 2.296 x 1023

1mol Cu2+ = (2.296 x 1023)= 1.148 X 1023 mol-1

Perbincangan :Dalam eksperimen ini, elektrod kuprum digunakan sebagai elektrod anod dan katod. Elektrod kuprum adalah contoh elektrod tidak lengai yang juga dikenali sebagai elektrod aktif. Hal ini bermakna elektrod kuprum di anod akan bertindak balas, (Lee, 1993). Dalam elektrolisis ini, ion-ion yang terlibat ialah Cu2+ dan SO42- dari larutan kuprum (II) sulfat 1.0 mol dm-3 dan ion-ion H+ dan OH- dari air. Ion-ion Cu2+ dan H+ akan bergerak ke elektrod katod untuk didiscaskan. Manakala ion-ionSO42- dan OH- ditarik ke elektrod anod.

Tindak balas yang berlaku adalah tindak balas redoks kerana melibatkan pengoksidaan logam kuprum, Cu kepada ion kuprum, Cu2+ di anod dan penurunan ion kuprum, Cu2+ kepada logam kuprum, Cu. Tindak balas redoks ini berlaku secara tidak serentak. Persamaan keseluruhan tindak balas :Setengah persamaan di anod : Cu Cu2+ + 2e-Setengah persemaan di katod : Cu2+ + 2e- CuPersamaan keseluruhan tindak balas : Cu + Cu 2+Cu 2+ + Cu

Di elektrod anod, proses pengoksidaan berlaku di mana logam kuprum membebaskan dua elektron untuk membentuk ion Cu2+. nombor pengoksidaan kuprum bertambah dari 0 kepada 2, (Tan, Kathirasan dan Loh, 2008). Logam kuprum merupakan agen penurunan yang menurunkan ion Cu2+ daripada larutan akues kuprum (II) sulfat serta ion Cu2+ yang dibebaskan oleh elektrod kuprum. Hal ini terbukti apabila jisim elektrod kuprum di anod berkurang sebanyak 0.31g di akhir eksperimen. Logam kurpum di anod terkakis dan menghasilkan ion Cu2+. Sementara itu, ion-ionSO42- dan OH- tidak dipilih untuk didiscas kerana elektrod anod adalah logam kuprum, maka elektrod anod akan bertindak balas. Anod kuprum akan mengkakis dan menghasilkan ion-ion Cu2+ yang akan masuk ke dalam larutan akueus.Setengah persamaan di anod : Cu Cu2+ + 2e-

Di katod pula, ion-ion Cu2+ dan H+ ditarik untuk didiscaskan. Berdasarkan siri elektrokimia, ion Cu2+berada di bawah ion H+. Ini bermakna ion Cu2+ mempunyai kecenderungan untuk membentuk ion yang kurang daripada ion H+ tetapi mempunyai kecenderungan dipilih untuk didiscaskan lebih tinggi daripada ion H+ di katod semasa elektrolisis. Oleh itu, ion Cu2+ akan dipilih untuk didiscas bagi membentuk logam kuprum.Setengah persemaan di katod : Cu2+ + 2e- Cu

Proses penurunan jelas berlaku di katod apabila ion-ion Cu2+menerima dua elektron untuk membentuk logam kuprum, Cu. Nombor pengoksidaan ion Cu2+ berkurang daripada +2 kepada 0. Atom logam kuprum adakah unsur neutral yang tidak bercas, maka casnya adalah 0, (Eng, Lim dan Lim, 2004). Ion-ion Cu2+ adalah agen pengoksidaan yang mengoksidakan logam kuprum, Cu kepada ion Cu2+. Hal ini terbukti apabila jisim kuprum di katod bertambah sebanyak 0.33g pada akhir eksperimen. Pertambahan jisim adalah disebabkan hasil enapan logam kuprum yang terbentuk daripada proses penurunan ion-ion Cu2+.

Elektrod katod menarik ion-ion Cu2+ daripada larutan akues kuprum (II) sulfat untuk didiscaskan. Hal ini menyebabkan kepekatan dan kuantiti ion Cu2+ dalam larutan akues berkurang dan secara logik, warna biru larutan akan pudar. Tetapi, kepekatan larutan akues ini tidak berubah dan kekak kerana ion-ion Cu2+ yang terhasil di elektrod anod melarut ke dalam larutan akues tersebut dan menggantikan kehilangan ion Cu2+ yang telah diturunkan di katod. Maka warna biru larutan kuprum (II) sulfat tidak berubah.

Pemalar Avagadro (L) ditakrifkan sebagai bilangan zarah dalam 1 mol dalam satu bahan.Nilai universal bagi pemalar Avogadro adalah NA= 6.02 X 1023 mol-1. Dalam sel elektrolisis,elektron bergerak dari anod (terminal positif) ke katod (terminal negatif). Manakala arus mengalir dari terminal negatif ke terminal positif.Arah aliran elektron dan arus elektrik adalah bertentangan.Propanon berfungsi untuk melekatkan serbuk atau lapisan yang berwarna keperangan dielektrod katod.Nilai pemalar Avogadro yang diperolehi dalam eksperimen ini adalah 1.148 X 1023 mol-1, kurang daripada nilai sebenar iaitu 6.02 X 1023 mol-1 . Hal ini disebabkan ion-ion Cu2+ yang ditarik ke elektrod katod berkurangan untuk dinyahcas. Ini kerana masa yang diberikan untuk tindak balas berlaku iaitu 30minit adalah mungkin agak singkat, maka kurang ion Cu2+ dapat diturunkan kepada Cu. Selain itu, elektrod kuprum di anod sempat mengkakis dengan lengkap dan menyebabkan elektrod anod menjadi nipis.

Langkah berjaga-jaga1. Propanon hendaklah dijauhkan dari muka atau hidung kerana propanon mudah mengewap dan menyebabkan kerengsaan.2. Berhati-hati ketika membersihkan kepingan zink dan kuprum kerana bucu kepingan tersebut tajam dan boleh mencederakan jari.3. Propanon perlu dikendalikan dengan berhati-hati kerana ia mudah terbakar dan ia harus dielakkan berhampiran dengan api.4. Semasa mematikan dan menghidupkan suis elektrik pastikan tangn tidak basah untuk mengelak terkena renjatan elektrik.KesimpulanNilai pemalar Avogadro melalui proses elektrolisis elektrod kuprum dengan larutan akues kuprum (II) sulfat 1.0 mol dm-3 adalah 1.148 X 1023 mol-1.

Soalan1. Secara teori, penambahan berat kuprum dalam satu elektrod adalah sama dengan jumlah kehilangan berat pada elektrod lain.Terangkan mengapa terdapat sedikit perbezaan antara kedua-dua nilai semasa menjalankan eksperimen ini.

Perbezaan adalah disebabkan oleh kuantiti ion Cu2+ yang ditarik untuk didiscaskan dielektrod katod adalah lebih daripada kuantiti ion Cu 2+ yang dibebaskan untuk dibentuk oleh elektrod anod. Selain itu, hal ini mungkin disebabkan kehadiran bendasing pada permukaan kuprum yang jatuh ke dasar bikar. jarak yang tidak konsisten diatara dua elektrod ketika eksperimen dijalankan juga menyebabkan terdapat sedikit perbezaan antara kedua-dua nilai semasa menjalankan eksperimen ini.

2. Tuliskan persamaan seimbang bagi tindak balas yang berlaku pada anod dan katod.Dianod : Cu Cu 2+ + 2e-Di katod: Cu 2+ + 2e-CuPersamaan tindak balas : Cu + Cu 2+Cu 2+ + Cu

3. Nyatakan dan terangkan dua cara bagaimana untuk meningkatkan ketepatan keputusan yang diperolehi. i. Membersihkan lapisan oksida pada permukaan kepingan kuprum menggunakan kertas las hingga bersih . Hal ini bagi memastikan jisim sebenar elektrod kuprum dapat ditimbang dan diperolehi. Lapisan oksida yang dibersihkan akan meningkatkan nilai timbangan jisim elektrod itu. Proses ini dilakukan sebelum menimbang kepingan kuprum tersebut.ii. Nilai rintangan harus dikawal dengan melaraskan rheostat sepanjang eksperimen dijalankan. Hal ini bagi memastikan beza keupayaan dalam sel elektrolisis itu adalah tetap iaitu tidak menurun dan berkurang daripada 0.5A sepanjang eksperimen dijalankan.

4. Selain menentukan nilai pemalar Avagadro, nyatakan dan terangkan 2 kegunaan lain proses elektrolisis industri.

Kegunaan 1: Penyaduran logam/bahanKaedah :- logam/bahan yang hendak disadurkan bertindak sebagai elektrod katod-kepingan logam penyadur (eg:Ni,Cr atau Ag) bertindak sebagai elektrod anod- elektrolit adalah larutan akues yang mengandungi garam logam penyadur (eg: NiSO4, CrSO4 dan AgNO3)

Mekanisme tindak balas:Di anod: Logam penyadur akan mengkakis untuk emnghasilkan ion-ion bercas positif(kation) kedalam lauratan elektrolit.Setengah persamaan: Ni Ni+ + e-

Di katod : Kation akan tertarik ke elektrod ini dan didiscas menjadi logam yang terenap sebagai satu lapisan nipis atas permukaan logam/bahan yang hendak disadur tersebut.Setengah persamaan Ni+ + e-Ni

Kebaikan: -Dapat melindungi logam/bahan daripada kakisan atau pengaratan- Mencantikkan rupa logam dan meningkatkan penampilan fizikal logam.

Kegunaan 2: Penulenan logamKaedah :- logam tidak tulen bertindak sebagai elektrod anod (eg: kuprum) -kepingan nipis logam tulen bertindak sebagai elektrod katod.- elektrolit adalah larutan akues yang mengandungi sebatian ion logam berkenaan (eg: CuSO4)Mekanisme tindak balas:Di anod: Atom kuprum,Cu daripada logam kuprum yang tidak tulen larut dalam elektrolit.Setengah persamaan: Cu Cu2+ + 2e-

Di katod : Ion kuprum, Cu2+ (daripada elektrolit) akan ditarik ke elektrod ini dan didiscas menjadi ion kuprum yang terenap pada elektrod ini.Setengah persamaan Cu2+ + 2e-Cu

Perubahan keseluruhan adalah pemindahan kuprum yang tulen dari anod ke katod.Bendasing yang kurang reaktif daripada kuprum akan termendap didasar bikar manakala bendasing ynag lebih reaktif akan larut dalam larutan sebagai ion akues.

Kebaikan: -Dapat menulenkan logam dari bendasing (tekstur logam lebih baik).

Rujukan:Andrzej Baranski. (2009). The Atomic Mass Unit,The Avogardo Constant and thethe Mole : A Way To Understanding : Journal of Chemical Education, 3,pp 98-120.Eng, N.H.,Lim, E.W. dan Lim, Y.C. (2004). Fokus e-Masteri SPM Kimia. Bandar Baru Bangi, Selangor: Penerbitan Pelangi Sdn. Bhd.Lim Y. S. & Yip K. H. (2008). Longman Pre-U text STPM Physical Chemistry. Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan:Pearson Malaysia Sdn. Bhd..Tan Y. T., Loh W. L., & Tan O. T. (2007). Success Chemistry SPM. Shah Alam, Selangor Darul Ehsan: Oxford Fajar Bakti Sdn. Bhd..Oxidation and Reduction. Diakses pada 29 Februari 2012daripadahttp://preparatorychemistry.com/Bishop_Book_6_eBook.pdfPenulenan dan penyaduran logam. Diakses pada 5 Mac 2012 daripada http://mindakimia.blogspot.com/2009/09/penulenan-dan-penyaduran-logam.htmlPenulenan logam. Diakses pada 5 Mac 2012daripada http://cikguzainida.blogspot.com/2011/07/penulenan-logam.htmlPeter Chong dan Soh May Ling (1997). Chemistry for Matriculation College. Kuala Lumpur : Penerbit Fajar Bakti Sdn. Bhd..Tan, Y.T., Kathirasan, M. dan Loh, W.L. (2008). Ace Ahead STPM Chemistry. ShahAlam,Selangor: Oxford Fajar BaktiSdn. Bhd.http://en.wikipedia.org/wiki/Avogadro_constanthttp://www.answers.com/Q/What_is_Avogadro_constant13