Materi BAB VI ini adalah Sel Elektrolisis
Adapun Kompetensi Dasar BAB ini adalah
3. 1 Menerapkan stoikiometri reaksi redoks dan hukum Faraday untuk menghitung besaran-besaran yang terkait sel elektrolisis
4.1 Menyajikan rancangan prosedur penyepuhan benda dari logam dengan ketebalan lapisan dan luas tertentu
Deskripsi Singkat Materi
Modul yang berjudul elektrolisis ini akan memberikan pengetahuan pada kalian tentang reaksi-reaksi yang terjadi pada katoda dan anoda pada sel elektrolisis, serta penerapan konsep stoikiometri reaksi redoks dan hukum Faraday.
Reaksi-reaksi pada sel elektrolisis memenuhi ketentuan tertentu baik untuk reaksi reduksi di katoda dan reaksi oksidasi di katoda, dengan memperhatikan potensial reduksi standar zat yang terlibat dalam reaksi, juga memperhatikan jenis elektroda yang digunakan, baik elektroda inert dan elektroda aktif yang cenderung mengalami oksidasi di anoda.
Konsep stoikiometri atau perhitungan kimia lebih terfokus untuk menghitung besaranbesaran yang terkait sel elektrolisis. Besaran-besaran yang dimaksud adalah besaran yang terkait zat hasil sel elektrolisis (massa endapan atau volume gas), kuat arus dan waktu yang diperlukan untuk elektrolisis.
KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 SEL ELEKTROLISIS
A. Tujuan Pembelajaran
Setelah kegiatan pembelajaran 1 ini kalian diharapkan dapat menuliskan reaksi pada katoda dan anoda pada sel elektrolisis.
B. Uraian Materi
Tahukah kalian bahwa air dapat diubah menjadi gas hidrogen? kemudian bisa dijadikan sebagai bahan bakar? BBH atau bahan bakar hidrogen adalah sumber energi masa depan yang bersifat ecoenergy dengan proses pembakaran yang hanya menghasilkan air dan energi berupa listrik dan panas. Teknologi BBH ini masih jarang yang menggunakan karena sangat sulit mengontrol besarnya energi yang dihasilkan karena menyebabkan ledakan. Sementara kalian bisa kesampingkan efek ledakannya.
Tidak salah jika kalian mau mempelajari hal ini, karena sebenarnya ada kemungkinan menyulap air menjadi komoditas mahal bukan? Kebetulan negara kita 2/3 wilayahnya terdiri dari air. Ini juga bisa menjadi bagian akhir dari solusi krisis energi BBM.
Lalu bagaimana cara mengubah air menjadi gas hidrogen? Dalam laboratorium cara ini disebut elektrolisis .
Selain teknologi super canggih yang dipaparkan diatas, kalian pasti juga masih ingat tentang cara cara untuk mencegah perkaratan pada besi bukan ? Salah satu caranya adalah dengan pelapisan logam menggunakan logam lain yang tidak mudah berkarat.
Pada teknik ini logam dilapisi logam lain menggunakan proses elektrolisis.
Teknik pelapisan logam yang paling sederhana terjadi pada proses penyepuhan logam emas di pasar. Nyaris tanpa sentuhan teknologi mutakhir, hanya sekedar menggunakan alat-alat manual yang didukung keterampilan pengrajin, perhiasan imitasi tampak cemerlang berbalut emas. Ibu-ibu akan dengan mudah mendapatkan perhiasan secantik emas dengan harga relatif murah sekitar Rp 50.000,- Rp 80.000,- per gram.
Aplikasi sel elektrolisis juga bisa kalian lihat pada jasa pengisian ulang akki atau yang biasa disebut “setrum akki” oleh masyarakat. Teknik ini dilakukan untuk memberikan muatan ulang pada akki agar bisa digunakan kembali.
Pengisian aki dilakukan dengan cara memberikan arus listrik sehingga terjadi reaksi kimia dalam akki yang mengembalikan kadar elektrolit dalam akki.
1. Prinsip Kerja Sel Elektrolisis
Sel elektrolisis merupakan sel elektrokimia yang mana energi listrik digunakan untuk menjalankan reaksi redoks itu tidak spontan. Elektrolisis dapat didefinisikan sebagai reaksi peruraian zat menggunakan arus listrik. Prinsip kerja dari sebuah sel elektrolisis adalah menghubungkan kutub negatif dari sumber arus searah dengan katoda dan kutub positif ke anoda, sehingga terjadi overpotensial yang menyebabkan suatu reaksi reduksi serta oksidasi yang tidak spontan bisa berlangsung. Elektron akan mengalir dari katode ke anode. Ion-ion positif akan cenderung tertarik ke katode dan juga tereduksi, sedangkan untuk ion-ion negatif akan cenderung tertarik ke anode dan teroksidasi.
2. Susunan Sel Elektrolisis
Secara umum, sel elektrolisis ini tersusun dari:
a. Sumber listrik.
Sumber arus yang digunakan adalah sumber arus searah atau DC, bisa
menggunakan baterai atau akki.
b. Elektroda.
Elektroda terdiri dari anoda dan katoda. Anoda, yaitu elektroda tempat terjadinya reaksi oksidasi. Katoda, yaitu elektroda tempat terjadinya reaksi reduksi.
Elektroda ada dua macam, yaitu
- inert (sangat sukar bereaksi) Elektroda inert tidak akan ikut teroksidasi di anode. Elektroda inert meliputi Karbon (C), Emas (Au), dan Platina (Pt).
- non inert (bereaksi). Contoh elektrode non inert seperti : tembaga (Cu), seng (Zn), besi (Fe) dan lain.lain.
c. Elektrolit
Elektrolit adalah zat yang dapat menghantarkan listrik, dapat berupa lelehan atau larutan. Elektrolit yang dimaksud bisa berupa asam, basa garam.
3. Ketentuan Reaksi dalam Sel Elektrolisis
Ada beberapa hal yang harus diperhatikan pada reaksi elektrolisis. Reaksi oksidasi atau reduksi yang terjadi tergantung pada nilai potensial reduksi standar masingmasing zat yang terlibat dalam elektrolisis. Pada katoda selalu terjadi reaksi reduksi. Reaksi yang terjadi tidak dipengaruhi oleh jenis bahan elektroda itu dibuat. Reaksi yang terjadi adalah reduksi kation-kation atau molekul air dalam elektrolisis. Sedangkan reaksi oksidasi di anoda dipengaruhi oleh jenis bahan elektroda tersebut. Jika anoda dari bahan logam aktif maka yang terjadi adalah oksidasi logam aktif tersebut. Jika anoda terbuat dari bahan yang inert maka yang terjadi adalah oksidasi anion atau molekul air dalam sel elektrolisis tersebut. Untuk lebih jelasnya kalian bisa mempelajari ketentuan reaksi dalam sel elektrolisis sebagai berikut:
a. Reaksi Reduksi di Katoda
Tidak bergantung dari jenis elektrodanya.
b. Reaksi Oksidasi di Anoda
Reaksi yang terjadi tergantung dari jenis elektroda.
Perhatikan contoh beberapa sel elektrolisis berikut:
1. Elektrolisis lelehan NaCl dengan elektroda C.
Elektrolit NaCl berupa lelehan, maka reduksi kation yang ada, dan karena elektroda inert maka oksidasi anion yang tidak beroksigen (Cl-).
Dari reaksi di katoda didapatkan hasil berupa logam Na dan dari anoda didapatkan hasil gas klorin.
Dalam industri teknik ini digunakan untuk memproduksi logam natrium dengan alat yang disebut sel Downs. Alat ini dielektrolisis campuran lelehan NaCl dan CaCl₂. Logam natrium dan calcium terjadi di katoda dan mengambang, dan gas klorin terbentuk di anoda. Gas klorin segera dipisahan agar tidak kembali bereaksi dengan natrium atau calcium, untuk selanjutnya dimurnikan dan dijual sebagai produk yang bernilai tinggi.
 |
| Sel Down |
2. Elektrolisis larutan NaCl dengan elektroda C.
Dari reaksi di katoda didapatkan hasil berupa gas hidrogen dan bersifat basa, sedangkan dari anoda didapatkan hasil gas klorin.
3. Elektrolisis larutan CuCl2 dengan elektroda C.
Karena kation terlarut dalam air bukan dari golongan IA, IIA, IIIA maka terjadi reduksi ion tersebut karena Cu mempunyai potensial reduksi yang lebih besar dari pada air.
didapatkan hasil gas klorin.
4. Elektrolisis larutan CuSO₄ dengan elektroda C.
Karena kation terlarut dalam air bukan dari golongan IA, IIA, IIIA maka terjadi reduksi ion tersebut karena Cu mempunyai potensial reduksi yang lebih besar dari pada air. Kemudian di anoda akan terjadi oksidasi air, karena anion beroksigen.
Dari reaksi di katoda didapatkan hasil berupa logam Cu dan dari anoda
didapatkan hasil gas oksigen dan ion H⁺ (asam)
5. Elektrolisis larutan CuCl₂ dengan elektroda Besi (Fe).
Perhatikan bahwa elektroda dari besi yang merupakan bahan aktif, maka di anoda akan terjadi oksidasi elektroda tersebut sehingga elektroda Fe semakin keropos atau menipis.
Dari reaksi di katoda didapatkan hasil berupa logam Cu dan dari anoda
didapatkan hasil ion Fe²⁺ yang kemudian larut.
C. Rangkuman
Elektrolisis adalah sel elektrokimia yang mengubah listrik menjadi energi kimia. Sel elektrolisis tersusun atas sumber arus, elektroda dan elektrolit. Elektroda terdiri dari anoda dan katoda. Anoda tempat terjadi reaksi oksidasi, katoda tempat reaksi reduksi.
Ketentuan reaksi di elektroda tergantung pada potensial reduksi kation anion atau elektroda itu sendiri.
1. Susunan sel elektrolisis
a. Sumber arus.
b. Elektroda.
c. Elektrolit.
2. Ketentuan reaksi di elektroda
a. Reaksi Reduksi di Katoda
Tidak bergantung dari jenis bahan elektroda.
1) H+ dari asam
Reduksi kation H+
2) Kation dari larutan yang mengandung ion golongan IA, IIA, Al³⁺ dan Mn²⁺.
Terjadi reaksi reduksi air.
3) Kation LË£⁺ dari lelehan garam IA, IIA, Al³⁺ dan Mn²⁺ Terjadi reduksi kation garam tersebut.
4) Kation dari garam selain dari golongan IA, IIA, Al³⁺ dan Mn²⁺ Terjadi reduksi kation tersebut.
b. Reaksi Oksidasi di Anoda
Reaksi yang terjadi tergantung dari jenis elektroda.
1) Anoda dari logam aktif (M)
Terjadi oksidasi elektroda tersebut.
2) Anoda dari bahan inert (C, Au atau Pt)
Terjadi oksidasi anion atau molekul air dengan ketentuan, yang berada dalam larutan.
- Jika anion dari larutan garam halida(X-),
Terjadi oksidasi anion tersebut.
- Jika anion beroksigen (SO₄²¯, NO3-, CO3²¯, PO₄³㆒)
- Jika anion dari basa (OH-) maka oksidasi ion (OH-) tersebut menghasilkan oksigen
D. Penugasan Mandiri
E. Latihan Soal
1. Tuliskan reaksi pada katoda, anoda dan reaksi redoks yang terjadi untuk elektrolisis larutan NaOH dengan elektroda platina.
2. Tuliskan reaksi pada katoda, anoda dan reaksi redoks yang terjadi untuk elektrolisis larutan HCl dengan elektroda emas.
3. Tuliskan reaksi pada katoda, anoda dan reaksi redoks yang terjadi untuk elektrolisis larutan Cu(NO3)2 dengan elektroda karbon.
4. Tuliskan reaksi pada katoda, anoda dan reaksi redoks yang terjadi untuk elektrolisis larutan.
