SEL ELEKTROLISISPresented by kelompok II

PENGERTIAN

Elektrolisis merupakan suatu proses yang menggunakan energi listrik agar reaksi kimia nonspontan dapat terjadi.

Elektrolisis adalah peristiwa penguraian zat elektrolit oleh arus listrik searah.Elektroda positif (+) yang disebut juga anoda sedangkan elektroda negative (-) disebut katoda.

Sel elektrolisis terdiri atas sepasang elektroda yang dicelupkan dalam elektrolit (larutan atau leburan).

Reaksi reduksi berlangsung di katoda, sedangkan reaksi oksidasi berlangsung di anoda. 

Kutub negatif sumber arus mengarah pada katoda (sebab memerlukan elektron) dan kutub positif sumber arus mengarah pada anoda.

Hal ini menyebabkan, katoda bermuatan negatif dan menarik kation-kation yang akan tereduksi menjadi endapan logam.

Sebaliknya,anoda bermuatan positif dan menarik anion-anion yang akan teroksidasi menjadi gas.

Terlihat jelas bahwa tujuan elektrolisis adalah untuk mendapatkan endapan logam di katoda dan gas di anoda.

Gambar sel elektrolisis

Terdapat tiga kelompok Sel Elektrolisis

Sel dengan Elektrolit Lelehan Sel dengan Elektrolit Larutan dan

Elektrode Tidak Reaktif (Elektrode Pt/C) Sel dengan Elektrolit Larutan dan

Elektrode Reaktif (elektrode selain Pt dan C)

Sel dengan Elektrolit Lelehan

Pada proses elektrolisis lelehan, kation pasti tereduksi di katoda dan anion pasti teroksidasi di anoda.

Sebagai contoh, berikut ini adalah reaksi elektrolisis lelehan garam NaCl (yang dikenal dengan istilah sel Downs) :Katoda (-) : 2 Na+

(l) + 2 e-  2 Na(s) ................... (1)

Anoda (+) : 2 Cl-(l) Cl2(g) + 2 e- .................... (2)

Reaksi sel : 2 Na+(l) + 2 Cl-(l)  2 Na(s) +Cl2(g) ...[(1) + (2)]

Reaksi elektrolisis lelehan garam NaCl menghasilkan endapan logam natrium di katoda dan gelembung gas Cl2 di anoda.

Contoh elektrolisis NaCl

Sel dengan Elektrolit Larutan dan Elektrode Tidak Reaktif (Elektrode

Pt/C) Pada Katode, terjadi Reaksi reduksi sehingga

berlaku ketentuan untuk kation adalah logam dan terbagi atas kation logam golongan utama dan kation logam golongan transisi

Pada anode, terjadi reaksi oksidasi anion. Anion merupakan sisa asam yang dibagi menjadi dua jenis, yaitu anion yang tidak mengandung oksigen (C1-, Br-, dan F-) dan anion yang mengandung oksigen (SO4

2-, NO3-, dan CO3

2-). Anion yang tidak mengandung oksigen

cenderung lebih mudah mengalami oksidasi dibandingkan air sehingga anion ini akan dioksidasi lebih dahulu. Adapun anion yang mengandung oksigen, kecenderungannya untuk melakukan reaksi oksidasi lebih kecil sehingga yang akan dioksidasi adalah H2O

Dengan demikian, reaksi yang terjadi pada elektrolisis larutan garam NaCl adalah sebagai berikut :

Katoda (-) : 2 H2O(l) + 2 e-  H2(g) + 2 OH-

(aq) ............ (1) Anoda (+) :

2 Cl-(aq)  Cl2(g) + 2 e- .......................... (2) Reaksi sel : 2 H2O(l) + 2 Cl-(aq)  H2(g) + Cl2(g) + 2OH-

(aq)....[(1) + (2)]

Reaksi elektrolisis larutan garam NaCl menghasilkan gelembung gas H2 dan ion OH‑ (basa) di katoda serta gelembung gas Cl2 di anoda. Terbentuknya ion OH- pada katoda dapat dibuktikan dengan perubahan warna larutan dari bening menjadi merah muda setelah diberi sejumlah indikator fenolftalein (pp). Dengan demikian, terlihat bahwa produk elektrolisis lelehan umumnya berbeda dengan produk elektrolisis larutan.

Contoh anion yang mengandung Oksigen

Untuk elektrolisis larutan Na2SO4, pada katoda, terjadi persaingan antara air dan ion Na+.

Berdasarakan nilai E°red, maka air yang akan tereduksi di katoda.

Di lain sisi, terjadi persaingan antara ion SO4

2- dengan air di anoda. Oleh karena bilangan oksidasi S pada SO4

-2 telah

mencapai keadaan maksimumnya, yaitu +6, maka spesi SO4

2- tidak dapat mengalami oksidasi.

Akibatnya, spesi air yang akan teroksidasi di anoda.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

Katoda (-) : 4 H2O(l) + 4 e-  2 H2(g) + 4 OH-(aq) ..........

(1)

Anoda (+) : 2 H2O(l)  O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e- ................

(2)

Reaksi sel :

6 H2O(l)  2 H2(g) + O2(g) + 4 H+(aq) + 4 OH-

(aq)…. [(1) + (2)]

6 H2O(l)  2 H2(g) + O2(g) + 4 H2O(l) ..................[(1) + (2)]

2 H2O(l)  2 H2(g) + O2(g) .......................... [(1) + (2)]

Dengan demikian, baik ion Na+ maupun SO42-,

tidak bereaksi. Yang terjadi justru adalah peristiwa elektrolisis air menjadi unsur-unsur pembentuknya.

Sel dengan Elektrolit Larutan dan Elektrode Reaktif

Elektrode yang bereaksi (elektrode reaktif) adalah elektrode yang turut bereaksi dan hanya terjadi pada anode (reaksi oksidasi). Contoh elektrode jenis ini, yaitu Cu, Ni, Zn, Ag, Fe, dan Pb (elektrode selain Pt dan C).

Reaksi pada Katode Ketentuan kation untuk sel ini sama dengan ketentuan

untuk kation pada sel larutan dan elektrode tidak bereaksi. Untuk kation golongan transisi, yang direduksi adalah kation tersebut, sedangkan untuk kation golongan utama yang direduksi adalah H2O

Reaksi pada Anode Pada sel ini, anode dioksidasi langsung menjadi

larutannya. Anion tidak perlu diperhatikan, baik yang tidak mengandung oksigen maupun yang mengandung oksigen.

jika elektrolisis lelehan maupun larutan menggunakan elektroda yang tidak inert, seperti Ni, Fe, dan Zn, elektroda yang tidak inert hanya dapat bereaksi di anoda, sehingga produk yang dihasilkan di anoda adalah ion elektroda yang larut (sebab logam yang tidak inert mudah teroksidasi). Sementara, jenis elektroda tidak mempengaruhi produk yang dihasilkan dikatoda. Sebagai contoh, berikut adalah proses elektrolisis larutan garam NaCl dengan menggunakan elektroda Cu :

Katoda (-) : 2 H2O(l) + 2 e-  H2(g) + 2 OH-(aq)........................

(1)

Anoda (+) : Cu(s)  Cu2+(aq) + 2

e- ............................................. (2)

Reaksi sel :

Cu(s) + 2 H2O(l)  Cu2+(aq) + H2(g) + 2 OH-

(aq)........... [(1) + (2)]

Penggunaan Sel Elektrolisis

Pemurnian Logam (electrorefining)Prinsip pemurnian logam dengan

menggunakan reaksi elektrolisis larutan dengan elektrode yang bereaksi. Logam yang kotor ditempatkan di anode sedangkan logam murni ditempatkan di katode. Larutan yang digunakan adalah yang mempunyai kation logam tersebut.

Contohnya yaitu pemurnian logam tembaga. Pada pemurnian logam tembaga:

Tembaga kotor dijadikan anode, dengan reaksi:Cu2+

(aq) Cu(s) + 2e Tembaga murni dijadikan katode, dengan reaksi:

Cu2+(aq) + 2e Cu(s)

Larutan elektrolit yang digunakan adalah tembaga sulfat, sehingga reaksi selnya yaitu :

Cu(s) Cu(s)

anode katode (Cu kotor) (Cu murni)

Penyepuhan atau pelapisan logam

Penyepuhan bertujuan melindungi logam terhadap korosi atau memperindah penampilan. Prinsip penyepuhan secara elektrolisis yaitu logam yang akan disepuh dijadikan katode, logam penyepuh sebagai anode dan kedua elektrode itu dicelupkan dalam larutan garam dari logam penyepuh.

Contoh: penyepuhan sendok besi dengan perak yang menggunakan larutan perak nitrat, dimana pada katode terjadi endapan perak sedangkan anode perak terus menerus larut.

Konsentrasi ion Ag positif tidak berubah dengan reaksi dibawah ini.

Larutan elektrolit yang akan digunakan adalah larutan perak nitrat.

Sendok digunakan sebagai katode, dengan reaksi:

Perak murni sebagai anode, dengan reaksi:

Perhitungan Eosel

Potensial standar sel adalah nilai daya gerak listrik sel yang besarnya sama dengan selisih potensial reduksi standar elektroda yang mengalami reduksi dengan potensial reduksi standar elektroda yang mengalami oksidasi.

Eosel  =  Eo

reduksi  -  Eooksidasi

Contoh :      Hitung Eo

sel untuk reaksi berikut :

1.       Zn  +  Cu2+    Zn2+  + CuJawab :Zn2+  +  2e‑  =  Zn                                   Eo = -0,76 VCu2+  +  2e‑  = Cu                                   Eo = 0,34 VKarena Eo Cu > Eo Zn, makaCu à mengalami reduksiZn à mengalami oksidasiEo

sel  =  Eoreduksi  -  Eo

oksidasi

       =  {0,34  -  (-0,76)} VEo

sel  =  1,1 V

Satuan yang sering ditemukan dalam aspek kuantitatif sel elektrolisis adalah Faraday(F).

Faraday didefinisikan sebagai muatan (dalam Coulomb) mol elektron. Satu Faraday equivalen dengan satu mol elektron.

1 Faraday = 96320 C (sering dibulatkan menjadi 96500 C untuk mempermudah perhitungan)

Hubungan antara Faraday dan Coulomb dapat dinyatakan dalam persamaan berikut:

Faraday = Coulomb / 96500 Coulomb = Faraday x 96500

Coulomb adalah satuan muatan listrik. Coulomb dapat diperoleh melalui perkalian arus listrik (Ampere) dengan waktu (detik).

Coulomb = Ampere x Detik

Q = I x t

Dengan demikian, hubungan antara Faraday, Ampere, dan detik adalah sebagai berikut:

Faraday = (Ampere x Detik) / 96500 Faraday = (I x t) / 96500

Dengan mengetahui besarnya Faraday pada reaksi elektrolisis, maka mol elektron yang dibutuhkan pada reaksi elektrolisis dapat ditentukan.

Selanjutnya, dengan memanfaatkan koefisien reaksi pada masing-masing setengah reaksi di katoda dan anoda, kuantitas produk elektrolisis dapat ditemukan.

Hukum Faraday I :

Hukum Faraday II :

Contoh Soal

1. Pada elektrolisis larutan AgNO3 dengan elektroda inert dihasilkan gas oksigen sebanyak 5,6 L pada STP. Berapakah jumlah listrik dalam Coulomb yang dialirkan pada proses tersebut?

Penyelesaian :Reaksi elektrolisis larutan AgNO3 dengan elektroda inert adalah

sebagai berikut :Katoda (-) : Ag+ + e- ------> AgAnoda (+) : 2 H2O(l) ------> O2(g) + 4 H+

(aq) + 4 e-

Gas O2 terbentuk di anoda. Mol gas O2 yang terbentuk sama dengan 5,6 L / 22,4 L = ¼ mol O2

Berdasarkan persamaan reaksi di anoda, untuk menghasilkan ¼ mol gas O2, maka jumlah mol elektron yang terlibat adalah sebesar 4 x ¼ = 1 mol elektron.

1 mol elektron = 1 Faraday = 96500 CJadi, jumlah listrik yang terlibat adalah sebesar 96500 C

2. Dalam sebuah percobaan elektrolisis, digunakan dua sel yang dirangkaikan secara seri. Masing-masing sel menerima arus listrik yang sama. Sel pertama berisi larutan AgNO3, sedangkan sel kedua berisi larutan XCl3. Jika setelah elektrolisis selesai, diperoleh 1,44 gram logam Ag pada sel pertama dan 0,12 gram logam X pada sel kedua, tentukanlah massa molar (Ar) logam X tersebut!

Penyelesaian :Reaksi elektrolisis larutan AgNO3 :K (-) : Ag+

(aq) + e- ------> Ag(s)

A (+) : 2 H2O(l) ------> O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e-

Logam Ag yang dihasilkan sebanyak 1,44 gram; maka , mol logam Ag yang dihasilkan sebesar 1,44 / 108 mol Ag

Berdasarkan persamaan reaksi di katoda, mol elektron yang dibutuhkan untuk menghasilkan logam Ag sama dengan mol logam Ag (koefisien reaksinya sama) Sehingga, mol elektron yang digunakan dalam proses elektrolisis ini adalah sebesar 1,44 / 108 mol elektron

Reaksi elektrolisis larutan XCl3 :

K (-) : X3+(aq) + 3 e- ------> X(s)

A (+) : 2 Cl-(l) ------> Cl2(g) + 2 e-

Arus yang sama dialirkan pada sel kedua, sehingga, mol elektron yang digunakan dalam proses elektrolisis ini sama seperti sebelumya, yaitu sebesar 1,44 / 108 mol elektron

Berdasarkan persamaan reaksi di katoda, mol logam X yang dihasilkan sama dengan 1 / 3 kali mol elektron, yaitu sebesar 1 / 3 x 1,44 / 108 mol X

Massa logam X = 0,12 gram; dengan demikian, massa molar (Ar) logam X adalah sebagai berikut:

mol = massa / Ar Ar = massa / molAr = 0,12 / (1 / 3 x 1,44 / 108) = 27Jadi, Ar dari logam X adalah 27

Kesimpulan

Baik elektrolisis lelehan maupun larutan, elektroda inert tidak akan bereaksi; elektroda tidak inert hanya dapat bereaksi di anoda

Pada elektrolisis lelehan, kation pasti bereaksi di katoda dan anion pasti bereaksi di anoda

Pada elektrolisis larutan, bila larutan mengandung ion alkali, alkali tanah, ion aluminium, maupun ion mangan (II), maka air yang mengalami reduksi di katoda

Pada elektrolisis larutan, bila larutan mengandung ion sulfat, nitrat, dan ion sisa asam oksi, maka air yang mengalami oksidasi di anoda

Sekian dan Terima Kasih^_^