SEL ELEKTROLISIS

BAB VI

SEL ELEKTROLISIS

6.1.      Tujuan Percobaan

-        Mengetahui perbedaan sel elektrolisis dan sel galvani

-        Mengetahui reaksi yang terjadi pada katoda dan anoda

-        Mengamati perubahan yang terjadi selama proses elektrolisis.

6.2.      Tinjauan Pustaka

Elektrolisis adalah suatu proses energi listrik yang digunakan untuk mendorong supaya 

reaksi redoks yang nonspontan dapat terjadi. Faraday merumuskan hubungan kualitatif 

antara arus dipasok dan produk yang terbentuk. Elektrolisis juga merupakan cara utama 

untuk membentuk atau memproduksi logam aktif dan nonlogam aktif serta masih banyak 

bahan kimia yang berguna dalam bidang industri (Chang, 2004). Elektrolisis juga 

merupakan cara baru dalam memproduksi hidrogen dari biomassa (Ruslan, 2017). 

Suatu electroyizer memiliki suatu prinsip dasar adalah anoda (+) dan katoda (-) yang 

dipisahkan oleh cation exchange membran yang berfungsi menghambat suatu migrasi ion 

negatif (OH-) dari katoda ke anoda (Tomi, 2011).

Berdasarka reaksinya sel elektrokimia dibagi menjadi dua, yaitu sel volta dan sel 
elektrolisis, dengan perbedaan sebagai berikut:

1.    Sel Volta

Reaksi kimia berlangsung bersifat spontan dan menghasilkan arus listrik, dimana katode merupakan kutub positif dan anode merupakan kutub negatif, contoh: penggunaan baterai dan aki.

2.    Sel elektrolisis

Arus listrik menyebabkan berlangsungnya reaksi kimia. Katode merupakan kutub negatif, sedangkan anode merupakan kutub positif, contoh; penyepuhan, pemurnian logam dalam pertambangan dan penyetruman aki (Nana, 2007)

Elektrokimia adalah bagian dari ilmu kimia yang mempelajari hubungan energi listrik denngan energi kima atau hubungan listrik dengan reaksi redoks. Elektrokimia berlangsung dalam suatu sel elektrokimia, sel elektrokimia mempunyai  dua jenis, yaitu sel yang menghasilkan listrik dari reaksi redoks yang dinamakan sel volta dan sel yang menghasilkan reaksi re doks dari listrik yang dinamakan sel elektrolisis (Parning, 2010).

Terdapat tiga kelompok sel elektrolisis yaitu :

a.         Sel dengan elektrolit lelehan

Umumnya sel dengan elektrolit lelehan menggunakan elektrode yang tidak bereaksi atau elektrode inert (tidak aktif), yaitu platina dan karbon. Sel dengan elektrolit berbentuk lelehan tidak mengandung pelarut (air), hanya mengandung kation dan anion. Kation langsung direduksi dan anion langsung dioksidasi. Hal ini berlaku untuk kation logam golongan utama dan logam golongan transisi. Begitu pula untuk anion, berlaku untuk anion yang tidak mengandung oksigen ataupun anion yang mengandung oksigen.

b.        Sel dengan elektrolit larutan dan elektrode tidak reaktif (elektrode Pt/C)

Dalam sel ini tidak ada pengaruh elektrode, tetapi karena dalam larutan terdapat air, harus tetap diperhatikan kemungkinan pelarut (air) mengalami reaksi redoks.

Dalam sel dengan elektrolit larutan dan elektrode tidak relatif terjadi beberapa reaksi, diantaranya adalah.

-            Reaksi pada katode

Reaksi reduksi terjadi pada katode, sehingga berlaku ketentuan bagi kation. Logam merupakan bagian besar dalam kation dan terbagi menjadi 2 yaitu kation golongan pertama dan kation golongan transisi, kation gologan utama itu terdiri dari K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Ba²⁺. Sedangkan kation golongan transisi adalah Zn²⁺, Ni²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺, Ag²⁺, dan Sn²⁺. Nilai potensial reduksi pada kation golongan utama relatif kecil dibanding potensial reduksi H₂O sehingga yang akan direduksi adalah H₂O bukan kationnya.

Ion Hidrogen

Pereduksian ion hidrogen menjadi gas hidrogen

Reaksinya : 2H⁺ + 2e^-             H₂

Ion-ion Logam

 Ion logam alkali

 2H­­₂O + 2e^-              H₂ + 2 OH^-

 Ion Logam selain alkali atau alkali tanah

 Cu²⁺+ 2e^-             Cu

-            Reaksi pada anode

Reaksi oksidasi anion terjadi padamanode.Anion merupakan sisa asam yang terbagi dalam dua jenis, yaitu anion yang tak mengandung oksigen (Cl^-, Br^-, dan F^-) dan anion yang mengandung oksigen (SO₄^2-, NO₃^-, dan CO₃^2-). Proses oksidasi lebih mudah dialami aniun yang tidak mengandung oksigen.

Oksidasi ion OH^- menjadi H₂O

Reaksinya : 4 OH^-              2H₂O + 0₂ + 4 e^-

Ion sisa asam

Oksidasi Cl^-, Br^-, I^- menjadi gas Cl_{2, ­}Br_2, I_2.

Reaksinya : 2 Cl              Cl₂ + 2e^-

                    2 X^-                 X₂ + 2e^-

Ion sisa asam beroksigen , ,

Reaksinya : 2 H₂O           4 H⁺ + O₂ + 4e^-

c.         Sel dangan elektrolit larutan dan elektrode reaktif

Elektrolit 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, 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 ialah 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 (Nana, 2008).

Tabel 6.1. Perbedaan sel volta dan sel elektrolisis

No	Sel volta/galvani	Sel elektrolisis
1.	Energi kimia menjadi energi listrik	Energi listrik mejadi energi kimia
2.	Reaksi pada elektroda: Katoda: Reduksi (kutub +) Anoda: Oksidasi (kutub -) Katoda positif dan negatif	Reaksi pada elektroda: Katoda: Reduksi (kutub -) Anoda: Oksidasi (kutub +) Katoda negatif anoda positif
3.	Contoh: sel bahan bakar, sel aki, sel baterai.	Contoh: penyepuhan, pembuatan dan pemurnian logam.

                                                                                                               (Imam, 2012).

Macam-macam elektroda :

1.    Elektroda Membran

Elektroda membran merupakan suatu elektroda yang memiliki perbedaan dari elektroda logam. Karena elektroda ini memiliki fungsi melalui jenis dari penetrasi suatu diferensial ion-ion.

2.    Elektroda Inert

Elektroda ini ialah suatu logam inert bekerja dengan baik sebagai elektroda indikator untuk beberapa pasangan redoks. Fung si logamnya hanya untuk membangkitkan kecenderungan sistem tersebut dalam mengambil atau melepaskan elektron (Underwood, 2001).

Menurut Alessandro Volta, deret keaktifan logam atau deret potensial logam (Deret Volta) adalah sebagai berikut:

Li K Ba Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au

Anoda (-):

-          Reduktor

-          Mengalami reaksi oksidasi terhadap E_red yang lebih negatif

Katoda (+):

-          Oksidator

-          Mengalami reaksi reduksi terhadap E_red yang lebih positif

Semakin kekiri letak suatu unsur deret volta, sifat reduktornya semakin kuat. Artinya, unsur tersebut dapat mereduksi ion-ion unsur disebelah kanannya (Nana, 2008).

Aturan-aturan dalam penulisan reaksi kimia terdiri atas dualangkah, yaitu:

۔           Tambahkan huruf (g) untuk zat berupa gas

۔           Tambahkan huruf (l) untuk zat berupa cairan

۔           Tambahkan huruf (s) untuk zat berupa padatan

۔           Tambahkan huruf (aq) untuk zat berupa larutan (Yayan, 2007).

Aplikasi elektrolisis seperti pemurnian tmbaga, perak maupun emas. Penyepuhan atau yang melapisi nikel, emas, dan lain-laine pada logam koin.

A.      Pemurnian logam Alumunium

Alumunium biasanya dibuat dari bijih bauksit (Al₂O₃.2H₂O). pertama-tama bijihnya diolah untuk menyaringkan berbagai pengotordan kemudian untuk memperoleh Al₂O₃ tanpa air. Oksida ini dilarutkan dalam lelehan kalorit Na₃AlF₆ dalam suatu sel elektrolitik. Sel ini berisi serangkaian anoda karbon; katodanya juga terbuat dari karbon dan menjadi pelapis di dalam sel. Larutan elektrolisis untuk untuk menghasilkan alumunium dan gas oksigen:

Anoda:                        3[2O^2-             O₂(g) + 4e^-]

Katoda:           4[Al³⁺ + 3e^-                 Al(l)]

Keseluruhan:               2Al₂O₃             4Al(l) + 3O₂(g)

Gas oksigen bereksi dengan anoda karbon pada 1000 ^oC (titik leleh kliorit) memebentuk karbon monoksida yang keluar sebagai gas.

B.       Pemurnian logam tembaga

Logam tembaga yang diperoleh dari bijihnya biasanya mengandung sejumlah pengotor berupa seng, besi, perak, dan emas. Logam yang elektro positif diambil dengan proses elektrolisis  dimana pada proses ini tembaga takmurni betindak sebagai anoda dan tembaga murni bertindak sebagai katoda dalam larutan asam sulfat yang berisi ion Cu²⁺

Anoda:                        Cu(s)               Cu²⁺(aq) + 2e^-

Katoda:           Cu²⁺(aq) + 2e^-             Cu(s)

Logam reaktif dalam anoda tembaga, seperti besi dan seng, juga teroksidasi pada anoda dan memesuki larutan sebagai ion Fe²⁺ dan Zn²⁺. Namun keduanya tidak tereduksi pada katoda. Logam yang kurang elektropositif, seperrti emas dan perak, tidak tereduksi pada  anoda (Chang, 2004).

Reaksi redoks memiliki aplikasi yang luas dalam bidang industri misalnya prinsip reaksi redoks mendasari pembuatan baterai dan aki, ekstraksi dan pemisahan logam dari mineralnya, serta pelapisan suatu logam dengan logam lain seperti emas, perak, kromium. Dalam penyepuhan logam larutan elektrolit yang digunakan harus mengandung ion logam yang sama dengan logam penyepuh (dalam hal ini, ion perak). Pada proses elektrolisis, lempeng perak di anoda akan teroksidasi dan larut menjadi ion perak. Ion perak tersebut kemudian akan diendapkan sebagai lapisan tipis pada permukaan katoda. Metode ini relatif mudah dan tanpa biaya yang mahal, sehingga banyak digunakan pada industri perabot rumah tangga dan peralatan dapur. Selain itu reaksi redoks digunakan untuk membuat senyawa kimia NaOH yang merupakan bahan baku dalam kegiatan industri (Nana,2007).