Apakah kamu pernah mendengar perhiasan imitasi atau perhiasan palsu? Atau pernah kah kamu mendengar penyepuhan logam? Proses penyepuhan logam tersebut merupakan proses kimiawi atau reaksi kimia yang tidak dapat berlangsung secara spontan, reaksi tersebut bisa terjadi hanya jika ada aliran listrik. Lalu kenapa bisa seperti itu? Show Pendahuluan (Perbedaan Sel Volta dan Elektrolisis)Pada artikel ini akan dibahas mengenai proses elektrokimia yang selanjutnya selain sel volta, yaitu sel elektrolisis. Untuk mengawali pembahasannya, mari kita lihat perbedaan mendasar antara sel volta dan elektrolisis. Perbedaan keduanya adalah:
Baca juga: Mengenal Senyawa Karbon Secara Lengkap Pengertian ElektrolisisSel elektrolisis merupakan proses penggunaan arus listrik untuk menghasilkan reaksi kimia. Secara tidak langsung sel elektrolisis ini menjadikan reaksi kimia yang tidak dapat berlangsung menjadi dapat berlangsung pada keadaan standar. Proses ini pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwan kimia asal inggris bernama Michael Faraday. Pada percobaannya, Michael Faraday mengalirkan arus listrik ke dalam larutan elektrolit dan ternyata dalam percobaannya tersebut menghasilkan reaksi kimia. Untuk mengetahui dan memahami reaksi kimia yang terjadi dalam sel elektrolisis, terdapat beberapa aturan dan ketentuan yang menjadi acuan reaksi kimia pada sel elektrolisis. Prinisp ElektrolisisSecara definisi kata, elektrolisis berasal dari elektro (arus listrik), lisis (penguraian atau pemecahan). Elektrolisis berarti proses penguraian suatu zat akibat adanya arus listrik. Zat yang dapat terurai bisa berupa padatan, cairan, dan larutan. Reaksi oksidasi dan reduksi pada elektrolisis sama seperti reaksi pada sel volta yaitu reaksi oksidasi terjadi di anoda dan reaksi reduksi terjadi di katoda. Pada elektrolisis, reaksi oksidasi dihubungkan dengan kutub positif dan reaksi reduksi dihubungkan dengan kutub negatif. Berikut gambar rangkaian sel elektrolisis: sumber: Buku Kimia Untuk Kelas XII SMA/MA Program Ilmu AlamPada gambar tersebut terdapat sumber arus listrik (biasanya batu baterai) yang dihubungkan dengan elektroda. Elektroda yang digunakan bisa berupa logam inert (tidak dapat bereaksi) dan logam non inert (logam yang dapat bereaksi). Logam yang memiliki sifat intert yaitu Pt, C, dan Au. Sementara logam yang bersifat non inert, yaitu logam selain Pt, C, dan Au. Reaksi ElektrolisisReaksi elektrolisis terdiri dari reaksi oksidasi di anoda dan reaksi reduksi di katoda. Untuk menentukan reaksi yang terjadi di anoda dan katoda terdapat aturan dan ketentuan yang harus menjadi acuan. Berikut aturan dan ketentuannya: Reaksi di KatodaPada elektrolisis katoda bermuatan negatif, maka yang akan menuju ke kutub tersebut adalah ion bermuatan positif (kation). Adapun ketentuannya adalah sebagai berikut:
Reaksi di AnodaPada elektrolisis, anoda bermuatan positif, maka yang akan menuju anoda adalah ion-ion yang bermuatan negatif (anion). Adapun ketentuannya sebagai berikut:
2F– → F2 + 2e 2Cl– → Cl2 + 2e 2Br– → Br2 + 2e 2I– → I2 + 2e
Contoh Soal elektrolisisTuliskan reaksi elektrolisis pada:
Jawaban:
Untuk menuliskan reaksi elektrolisis, langkah pertama yang harus dilakukan adalah menuliskan ionisasi untuk untuk zat yang dielektrolisis. NaCl (aq) → Na+ (aq) + Cl– (aq) (elektroda C) Cl– akan menuju Anoda (+) : 2Cl– (aq) → Cl2 (aq) + 2e Na+ akan menuju Katoda (-) : 2H2O (l) + 2e → 2OH- (aq) + H2 (g) Reaksi total : 2Cl– (aq) + 2H2O (l) → Cl2 (aq) + 2OH- (aq) + H2 (g)
NaCl (s) → Na+ + Cl– (elektroda C) Cl– akan menuju Anoda (+) : 2Cl– → Cl2 + 2e Na+ akan menuju Katoda (-) : 2Na+ + 2e → 2Na Reaksi total : 2Cl– (aq) + 2Na+ → Cl2 + 2Na Perbedaan mendasar antara reaksi larutan NaCl dan lelehan NaCl terdapat pada reaksi yang terjadi di katoda, pada larutan NaCl yang direduksi adalah molekul air (karena dalam larutan, molekul air lebih mudah untuk direduksi dibanding ion Na+). Sementara itu pada lelehan NaCl tidak terdapat molekul air sehingga yang direduksi adalah ion Na+.
K2SO4 → 2K+ + SO42- SO42- akan menuju Anoda (+) : 2H2O(l) → 4H+ (aq) + O2 (g) + 4e 2K+ akan meuju Katoda (-) : 2H2O (l) + 2e → 2OH- (aq) + H2 (g) (x2 supaya elektronya sama) SO42- akan menuju Anoda (+) : 2H2O(l) → 4H+ (aq) + O2 (g) + 4e 2K+ akan meuju Katoda (-) : 4H2O (l) + 4e → 4OH– (aq) + 2H2 Reaksi total : 6H2O(l) → 4H+ (aq) + O2 (g) + 4OH– (aq)
K2SO4 → 2K+ + SO42- SO42- akan menuju Anoda (+) : Zn (s) → Zn2+ (aq) + 2e 2K+ akan meuju Katoda (-) : 2H2O (l) + 2e → 2OH- (aq) + H2 (g) Reaksi total : 2H2O (l) + Zn (s) → 2OH- (aq) + H2 (g) + Zn2+ (aq) Perbedaan mendasar antara reaksi elektrolisis larutan K2SO4 pada nomor 3 dan 4 terdapat pada elektroda yang digunakan, pada nomor 3 menggunakan elektroda Pt (tidak aktif) dan pada nomor 4 menggunakan elektroda Zn (aktif). Karena pada nomor 4 menggunakan elektroda aktif (logam Zn), maka reaksi oksidasi yang terjadi di anoda adalah oksidasi Zn. Hukum FaradayHukum faraday merupakan bentuk stoikiometri yang terdapat pada bab elektrolisis ini. Hukum faraday yang dipelajari pada bab ini terdiri dari 2 hukum faraday, yaitu hukum faraday I dan hukum faraday II. Apa perbedaan di antara keduanya? Mari kita pelajari! Hukum Faraday IHukum faraday I berbunyi: Banyaknya zat yang dihasilkan dari reaksi elektrolisis sebanding dengan banyaknya arus listrik yang dialirkan ke dalam proses elektrolis. Secara persamaan matematis, hukum faraday I ini dituliskan sebagai berikut: W = e. F W = (e x i x t) / 965000 Keterangan untuk persamaan tersebut: W = massa zat yang dihasilkan (gram) i = kuat arus (ampere) t = waktu (detik) e = massa ekuivalen (massa atom relatif : biloks) 1 F = 96.500 C Contoh Soal 1: Larutan CuSO4 dielektrolisis dengan menggunakan kuat arus sebesar 5 Ampere selama 965 detik. Jika elektrolisis menggunakan elektroda C, hitunglah massa Cu yang dihasilkan di Anoda! (Ar Cu = 64) Jawaban: Pada soal diketahui: i = 5 Ampere t = 965 detik e = Ar Cu/biloks Cu e = 64/2 = 32 (CuSO4 → Cu2+ + SO42-, dari reaksi ionisasi tersebut diperoleh biloks Cu = +2) W = (e x i x t) / 96500 W = (32 x 5 x 965) / 96500 W = 1,6 gram Cu Berdasarkan hasil perhitungan, maka dapat disimpulkan bahwa massa Cu yang dihasilkan dari proses elektrolisis tersebut sebanyak 1,6 gram Cu. Contoh Soal 2: Elektrolisis larutan NiCl2 (Ar Ni = 59) yang menggunakan elektroda Pt berlangsung selama 5 menit dengan kuat arus yang dialirkan sebesar 2 ampere. Berdasarkan informasi tersebut, tentukan:
Jawaban: Untuk menjawab soal ini, langkah pertama yang harus dilakukan adalah menuliskan reaksi elektrolisis di anoda dan katoda. NiCl2 → Ni2+ + 2Cl– Anoda (+) : 2Cl– (aq) → Cl2 (g) + 2e Katoda (-) : Ni2+ +2e → Ni Berdasarkan reaksi tersebut, maka pada anoda dihasilkan gas Cl2 dan pada katoda dihasilkan endapan Ni. Kuat arus (i) = 2 ampere Waktu (t) = 5 menit = 5 x 60 = 300 detik e = Ar/biloks = 59/2 = 29,5 W = (e x i x t) / 96500 W = (29,5 x 2 x 300) / 96500 W = 0,18 gram Ni Berdasarkan perhitungan tersebut, maka massa Ni yang dihasilkan pada katoda sebanyak 0,18 gram.
Untuk menentukan volume gas, berikut langkahnya: Menghitung mol Ni dengan rumus: massa Ni : Ar Ni, maka mol Ni = 0,18 : 59 = 0,003 mol Menentukan mol Cl2 dengan cara perbandingan koefisien pada reaksi yang terjadi, yaitu: Anoda (+) : 2Cl– (aq) → Cl2 (g) + 2e Katoda (-) : Ni2+ + 2e → Ni Mol Cl2 = x mol Ni Mol Cl2 = x 0,18 mol Mol Cl2 = 0,18 mol Volume gas Cl2 = n x 22,4 Volume gas Cl2 = 0,18 x 22,4 Volume gas Cl2 = 4,032 Liter Berdasarkan perhitungan tersebut, maka gas yang dihasilkan di anoda sebanyak 4,032 Liter. Hukum Faraday IIPada percobaannya, Faraday mencoba mengalirkan arus listrik yang sama pada dua rangkaian elektrolisis yang dipasang secara seri menghasilkan massa zat yang sebanding dengan massa ekuivalen. Jadi hukum faraday 2 ini berbunyi : Jika jumlah muatan Listrik yang sama dialirkan pada dua sel elektrolisis atau lebih yang dirangkai secara seri maka Massa Zat yang dihasilkan pada elektroda berbanding lurus dengan massa Ekivalen (e) Unsur. Adapun rumus atau persamaan matematisnya adalah sebagai berikut: W1 / W2 = e1 / e2 Keterangan untuk persamaan tersebut: W1 = massa zat 1 (gram) W2 = massa zat 2 (gram) e1 = massa ekuivalen zat 1 e2 = massa ekuivalen zat 2 Contoh Soal : Ke dalam 2 sel larutan AgNO3 dan larutan CuSO4 yang disusun secara seri dialirkan arus listrik dan ternyata diendapkan 5,4 gram logam Ag. Jika Ar Ag = 108 dan Ar Cu = 64, tentukan banyaknya logam Cu yang mengendap! Jawaban: Diketahui: WAg = 5,4 gram eAg = 108/1 = 108 eCu = 64/2 = 32 Ditanyakan : WCu sumber: dokumentasi pribadiWcu = 1,6 gram Cu Berdasarkan perhitungan tersebut, maka massa Cu yang dihasilkan sebanyak 1,6 gram. Aplikasi ElektrolisisProses pelapisan logam atau penyepuhan logam merupakan salah satu aplikasi dari elektrolisis. Penyepuhan atau dikenal dengan nama Electroplating merupakan salah satu teknik untuk melapisi satu logam dengan logam lainnya dengan prinsip proses elektrolisis. Tujuan dari penyepuhan logam ini adalah untuk menghasilkan logam yang memiliki kualitas lebih baik dari segi kemilaunya atau pun tampilannya. Contoh yang banyak djumpai di antaranya logam tembaga yang sering dilapisi dengan emas atau perak agar tampak lebih menarik dan memiliki harga yang tinggi. Contoh lainnya penyepuhan sendok yang terbuat dari besi oleh logam perak agar bisa menjadi hiasan. Berikut gambar dari proses penyepuhan sendok dengan logam perak: sumber: jempolkimia.comPada proses yang terdapat pada gambar tersebut, logam Ag akan mengalami oksidasi menghasilkan ion Ag+ yang akan mengendap di permukaan sendok. Ion-ion Ag+ yang meluruh dan menyepuh sendok akan menutupi permukaan sendok sehingga sendok tersebut terlapisi oleh perak. Baca juga: Reaksi Redoks: Konsep, Bilangan Oksidasi dan Persamaan Secara umum pada proses elektroplating ini, di Anoda ditempatkan logam yang akan menyepuh (logam penyepuh) dan pada katoda ditempatkan logam yang akan disepuh. Tambahan lain pada proses ini adalah larutan elektrolit yang mengandung ion logam penyepuh. Referensi: Utami, Budi., dkk. (2009). Kimia Untuk Kelas XII SMA/MA Program IPA. Jakarta: Pusat Perbukuan Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan. |