Elektrolisis

Elektrolisis adalah penguraian suatu elektrolit oleh arus listrik pada sel elektrolisis. Reaksi kimia akan terjadi jika arus listrik dialirkan melalui larutan elektrolit, yaitu energi listrik (arus listrik) diubah menjadi energi kimia (reaksi redoks). Tiga ciri utama, yaitu:

Ada larutan elektrolit yang mengandung ion bebas. Ion-ion ini dapat memberikan atau menerima elektron sehingga elektron dapat mengalir melalui larutan.

Ada sumber arus listrik dari luar, seperti baterai yang mengalirkan arus listrik searah (DC).

Ada 2 elektrode dalam sel elektrolisis.

Elektrode yang menerima elektron dari sumber arus listrik luar disebut katode, sedangkan elektrode yang mengalirkan elektron kembali ke sumber arus listrik luar disebut anode. Katode adalah tempat terjadinya reaksi reduksi yang elektrodanya negatif (-) dan anode adalah tempat terjadinya reaksi oksidasi yang elektrodanya positif (+).

Hukum elektrolisis Faraday

Di awal abad ke-19, Michael Faraday menyelidiki hubungan antara jumlah listrik yang mengalir dalam sel dan kuantitas kimia yang berubah di elektroda saat elektrolisis. Ia merangkumkan hasil pengamatannya dalam dua hukum pada tahun 1833.

C (Coulomb) adalah satuan muatan listrik, dan 1 C adalah muatan yang dihasilkan bila arus 1 A (Ampere) mengalir selama 1 detik. Tetapan fundamental listrik adalah konstanta Faraday, F = 9,65 x10⁴ C, yang didefinisikan sebagai kuantitas listrik yang dibawa oleh 1 mol elektron. Dimungkinkan untuk menghitung kuantitas mol perubahan kimia yang disebabkan oleh aliran arus listrik yang tetap mengalir untuk rentang waktu tertentu.

Hantaran listrik melalui larutan elektrolit dapat dianggap sebagai aliran elektron. Jadi, apabila elektron telah dapat mengalir dalam larutan elektrolit berarti listrik dapat mengalir dalam larutan tersebut. Elektron berasal dari kutub katode atau kutub negatif. Sedangkan pada anode melepaskan ion positif dan membentuk endapan pada logam katode. Di dalam larutan terurai proses:

CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄^2-

Ion Cu²⁺ ini akan berpindah menuju keping katode sedangkan ion SO₄^2- akan menuju keping anode. Lama-lama keping katode ini akan timbul endapan dan terjadi perubahan massa. Massa ini dapat dihitung dengan cara:

G = a . I . t

Di mana:

G = jumlah endapan tembaga Cu (gram)

a = tara kimia listrik (gr/ampere.jam)

I = kuat arus listrik (ampere)

t = lamanya pengaliran arus (jam)

Untuk tembaga nilai a = 1,186 gr/ampere.jam, karena G telah dapat diketahui maka I arus dapat diperoleh dengan:

I = G/at

Kegunaan sel elektrolisis

Pembuatan gas di laboratorium

Sel elektrolisis banyak digunakan dalam industri pembuatan gas misalnya pembuatan gas oksigen, gas hidrogen, atau gas klorin. Untuk menghasilkan gas oksigen dan hidrogen, Anda dapat menggunakan larutan elektrolit dari kation golongan I A, (K⁺, Na⁺), golongan II A, (Ca²⁺, Mg²⁺), Al³⁺, Mn²⁺, dan anion yang mengandung oksigen (SO₄^2-, CO₃^2-, NO₃^-, PO₄^3-, ClO₄^-) dengan elektrode Pt atau karbon. Reaksi elektrolisis yang menghasilkan gas, misalnya elektrolisis larutan Na₂SO₄ menggunakan elektrode karbon.

Reaksi yang terjadi:

Na₂SO_4(aq) → 2 Na⁺_(aq) + SO₄^2-_(aq)

Katode (C): 2 H₂O_(l) + 2e^- → 2 OH^-_(aq) + H_2(g)

Anode (C): 2 H₂O_(l) → 4 H⁺_(aq) + O_2(g) + 4e^-

Karena pada katode dan anode yang bereaksi adalah air, semakin lama air semakin berkurang sehingga perlu ditambahkan. Perlu diingat bahwa walaupun yang bereaksi adalah air, tidak berarti elektrolit Na₂SO₄ tidak diperlukan. Elektrolit ini berguna sebagai penghantar arus listrik.

Proses penyepuhan

Penyepuhan suatu logam emas, perak, atau nikel, bertujuan menutupi logam yang penampilannya kurang baik atau menutupi logam yang mudah berkarat. Logam-logam ini dilapisi dengan logam lain yang penampilan dan daya tahannya lebih baik agar tidak berkarat. Misalnya mesin kendaraan bermotor yang terbuat dari baja umumnya dilapisi kromium agar terhindar dari korosi. Beberapa alat rumah tangga juga disepuh dengan perak sehingga lebih awet dan penampilannya tampak lebih baik. Badan sepede titanium dilapisi titanium oksida (TiO₂)yang bersifat keras dan tidak dapat ditembus oleh oksigen atau uap air sehingga terhindar dari reaksi oksida yang menyebabkan korosi. Prinsip kerja proses penyepuhan adalah penggunaan sel dengan elektrolit larutan dan elektrode reaktif. Contoh jika logam atau cincin dari besi akan dilapisi emas digunakan larutan elektrolit AuCl₃_(aq). Logam besi (Fe) dijadikan sebagai katode, sedangkan logam emasnya (Au) sebagai anode. Reaksi yang berlangsung dalam proses penyepuhan besi dengan emas yaitu:

AuCl₃_(aq) = Au³⁺_(aq) + 3 Cl^-_(aq)

Katode (cincin Fe): Au³⁺_(aq) + 3e^- = Au_(s)

Anode (Au): Au_(s) = Au³⁺_(aq) + 3e^-

Proses yang terjadi yaitu oksidasi logam emas (anode) menjadi Au³⁺_(aq). Kation ini akan bergerak ke katode menggantikan kation Au³⁺ yang di reduksi di katode. Kation Au³⁺ di katode direduksi membentuk endapan logam emas yang melapisi logam atau cincin besi. Proses ini cukup murah karena emas yang melapisi besi hanya berupa lapisan tipis.

Proses pemurnian logam kotor

Proses pemurnian logam kotor banyak dilakukan dalam pertambangan. Logam transisi yang kotor dapat dimurnikan dengan cara menempatkannya sebagai anode dan logam murni sebagai katode. Elektrolit yang digunakan adalah elektrolit yang mengandung kation logam yang dimurnikan. Contoh: proses pemurnian nikel menggunakan larutan NiSO_4(aq). Nikel murni digunakan sebagai katode, sedangkan nikel kotor (logam yang dimurnikan) digunakan sebagai anode. Reaksi yang terjadi, yaitu:

NiSO_4(aq) → Ni²⁺_(aq) + SO₄^2-_(aq)

Katode (Ni murni): Ni²⁺_(aq) + 2e^- → Ni _(s)

Anode (Ni kotor): Ni _(s) → Ni²⁺_(aq) + 2e^-

Logam nikel yang kotor pada anode dioksidasi menjadi ion Ni²⁺. Kemudian, ion Ni²⁺ pada katode direduksi membentuk logam Ni dan bergabung dengan katode yang merupakan logam murni. Kation Ni²⁺ di anode bergerak ke daerah katode menggantikan kation yang direduksi. Untuk mendapatkan logam nikel murni (di katode), diharuskan ada penyaringan sehingga kotoran (tanah, pasir, dan lain-lain) hanya berada di anode dan tidak berpindah ke katode sehingga daerah di katode merupakan daerah yang bersih.