Chemistry Elektrolisis

Elektrolisis



Ada satu jenis lain dari sel elektrokimia, yaitu sel elektrolisis. Dalam sel elektrolisis, listrik digunakan untuk malangsungkan reaksi redoks tak spontan. Jadi, sel elektrolisis merupakan kebalikan dari sel volta.
Tambahan potensial agar reaksi tak spontan dapat berlangsung disebut overpotensial.

1. Susunan Elektrolisis
Sel elektrolisis tidak memerlukan jembatan garam, sehingga susunan sel lebih sederhana. Komponen utamanya adalah sebuah wadah, elektrode, elektrolit, dan sumber arus searah. Elektrolit dapat berupa lelehan senyawa ion atau larutan elektrolit biasa.
Elektron (listrik) memasuki elektrolit melalui kutb negatif (katode). Spesi tertentu dalam elektrolit menyerap elektron dari katode dan mengalami reduksi. Sementara itu, spesi lain melepas elektron di anode dan mengalami oksidasi.
Sel elektrolisis :
Katode
Þ Tempat terjadi reduksi
Þ Bermuatan (-)

Anode
Þ Tempat terjadi oksidasi
Þ Bermuatan (+)

2. Reaksi-Reaksi Elektrolisis
Reaksi yang terjadi ketika listrik dialirkan melalui elektrolit disebut reaksi elektrolisis.
Reaksi elektrolisis dalam larutan elektrolit berlangsung lebih kompleks. Spesi yang bereaksi belum tentu kation atau anionnya., tetpi mungkin saja air atau elektrodenya. Hal itu bergantung pada spesi-spesi yang terdapat dalam larutan. Untuk menuliskan reaksi elektrolisis larutan elektrolit, faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan adalah :
Reaksi-reaksi yang berkompetisi pada tiap-tiap elektrode.
Þ Spesi yang mengalami reduksi di katode adalah yang mempunyai potensial reduksi yang lebih positif.
Þ Spesi yang mengalami oksidasi di anode adalah yang mempunyai potensial reduksi lebih negatif, atau potensial oksidasi lebih positif.
II. Jenis elektrode, apakah inert atau aktif.
Elektrode inert adalah elektrode yang tidak terlibat dalam reaksi. Elektrode inert yang sering digunakan yaitu platina dan grafit.
III. Potensial tambahan yang diperlukan, sehingga suatu elektrolisis dapat dapat berlangsung (overpotensial).

a. Reaksi-reaksi di katode (reduksi)
Reaksi di katode bargantung pada jenis kation dalam larutan. Jika kation berasal dari logam-logam aktif (logam golongan ia, iia, al atau mn), yaitu logam-logam yang potensial standar reduksinya lebih keil (lebih negatif daripada air), maka air yang tereduksi. Sebaliknya, kation selain yang disebutkan di atas akan tereduksi.
Contoh :
Pada elektrolisis larutan nacl (kation na+), air yang tereduksi, bukannya ion na+.
Pada elektrolisis larutan cuso4 (kation cu2+), ion cu2+ tereduksi.

b. Reaksi-reaksi di anode (oksidasi)
Elektrode negatif (katode) tidak mungkin ikut bereaksi selama elektrolisis, karena logam tidak ada kecenderungan menyerap elektron membentuk ion negatif. Akan tetapi, elektrode positif (anode) bisa saja ikut bereaksi, melepas elektron dan mengalami oksidasi. Kecuali pt dan au, pada umumnya logam mempunyai potensial oksidasi lbih besar daripada air atau anion sia asam. Oleh karena itu, jika anode tidak terbuat dari pt, au atau grafit, maka anode itu akan teroksidasi.

Elektrode pt, au, dan grafit (c) digolongkan sebagai elektrode inert (sukar bereaksi). Jika anode terbuat dari elektrode inert, maka reaksi anode bergantung pada jenis anion dalam larutan. Anion sisa asam oksi seperti SO , NO , dan PO , mempunyai potensial oksidasi lebih negatif daripada air. Anion-anion seperti itu sukar teroksidasi, sehingga air yang teroksidasi.

Jika anion lebih mudah dioksidasi ripada ir, seperti br-, dan i-, maka anion itu teroksidasi.
Contoh :
Pada elektrolisis larutan ki dengan elektrode grafit terjadi oksidasi ion i-.
Pada elektrolisis larutan Na2SO4 dengan elektrode inert, maka air yang mengalami oksidasi.

Contoh soal menuliskan reaksi elektrolisis.
1. Tulislah reaksi elektrolisis larutan AgNO3 dengan elektrode grafit.
Jawab :
Elekrtolisis AgNO3 dengan elektrode grafit
Ag+ bukanlah dari logam aktif, jadi kation itu akan direduksi. Oleh karena pada anode digunakan elektrode grafit yang bersifat inert, sedangkan anion berasal dari sisa asam oksi, maka air yang teroksidasi di anode.

Katode : (x 4)
Anode : (x 1)


3. Hukum-Hukum Faraday
Hukum Faraday 1 : “massa zat yang dibebaskan pada elektrolisis (g) berbanding lurus dengan jumlah listrik yang digunakan (q)”

G ≈ q
Q = i x t

Hukum faraday 2 : “massa zat yang dibebaskan pada elektrolisis (g) berbanding lurus dengan massa zat ekivalen(me)”
Farady menemukan harga k =
G =

Dengan : G = massa zat yang dibebaskan (dalam gram)
i = kuat arus (dalam ampere)
t = waktu (dalam detik)
ME = massa ekivalen

Massa ekivalen dari unsur-unsur logam sama dengan massa relatif (ar) dibagi dengan bilangan oksidasinya (biloks)

ME =

Sesuai dengan hukum faraday ii, jika listrik yang sama dialirkan ke dalam dua atau lebih sel elektrolisis yag berbeda, maka perbandingan massa zat-zat yang dibebaskan sama dengan perbandingan massa ekivalennya.
GCu : GAg = MECu : MEAg

4. Stoikiometri Reaksi Elektrolisis
Stoikiometri reaksi elektrolisis didasarkan pada anggapan bahwa arus listrik adalah aliran elektron. Muatan listrik dari 1mol elektron adalah 96.500 coulomb (tepatnya 96.847 coulomb). Jumlah muatan dari 1mol elektron ini sama dengan tetapan faraday (1 f).
1 f 1mol elektron 96.500 coulomb

molelektron =

5. Penggunaan Elektrolisis Dalam Industri
a. Produksi zat
Banyak zat kimia yang dibuat melalui elektrolisis, misalnya logam-logam alkali, magnesium, alumunium, flourin, klorin, natrium, hipoklorit, dan hidrogen peroksida.
Klorin dan natrium hidroksida dibuat melalui elektrolisis larutan natrium klorida. Proses ini disebut proses klor-alkali dan merupakan proses industri “yang sangat penting”. Ruang katode dan anode dipisahkan dengan berbagai cara, dua diantaranya adalah :
1. Sel diafragma
Pada sel diafragma, ruang katode dipisahkan dengan suatu selaput berpori yang dapat dilalui ion-ion, tetapi menahan percampuran larutan. Sebagai lektode dapat digunakan grafit atau suatu elektrode khusus yang terbuat dari titanium. Anode ditempatkan pada bagian atas, sedangkan katode di bagian bawah.
2. Sel merkuri
Suatu proses elektrolisis yang dapat menghasilkan naoh dengan kemurniaan yang lebih tinggi adalah sel merkuri. Dalam sel merkuri digunakan merkuri (raksa) sebagai katode, sedangkan pada anode digunakan grafit.

b. Pemurnian logam
Contoh terpentig dalam bidang ini adalah pemurnian tembaga. Penggunaan utama tembaga adalah untuk membuat kabel listrik. Untuk tujuan tersebut diperlukan tembaga murni, sebab adanya pengotor(seperti perak, emas, platina, besi, dan zink) dapat mengurangi konduktivitas tembaga. Akibatnya, akan timbul banyak panas dan akan membahayakan penggunanya. Pada pemurnian tembaga secara elektrolisis, maka tembaga kotor dijadikan anode, sedangkan katode digunakan tembaga murni.

c. Penyepuhan
Penyepuhan (electroplating) dimaksudkan untuk melindungi logam terhadap korosi atau untuk memperbaiki penampilan. Pada penyepuhan, logam yang akan disepuh dijadikan katode, sedangkan logam penyepuhnya dijadikan anode. Kedua elektrode itu dicelupkan dalam larutan garam dari logam penyepuh.
Reaksi katode bergantung pada jenis kation :


logam aktif (golongan ia, iia, al, mn):air yang tereduksi.


kation

kation lain: kation yang tereduksi





Reaksi di anode bergantung pada jenis anode dan anion:


sisa asam oksi: air teroksidasi

inert anion
(pt, au, c)

sisa asam lain atau oh-: anion teroksidasi
anode contoh :


anode tak inert: anode teroksidasi