Sel Elektrolisis

Sel elektrolisis yakni sel elektrokimia di mana energi listrik digunakan untuk menjalankan reaksi redoks tak spontan. Reaksi elektrolisis dapat didefinisikan selaku reaksi peruraian zat dgn menggunakan arus listrik. Prinsip kerja sel elektrolisis yakni menghubungkan kutub negatif dr sumber arus searah ke katode & kutub kasatmata ke anode sehingga terjadi overpotensial yg menyebabkan reaksi reduksi & oksidasi tak spontan mampu berjalan. Elektron akan mengalir dr katode ke anode. Ion-ion faktual akan condong kesengsem ke katode & tereduksi, sedangkan ion-ion negatif akan condong terpesona ke anode & teroksidasi.

Susunan Sel Elektrolisis

Secara biasa , sel elektrolisis tersusun dari:

• Sumber listrik yg memasok arus searah (dc), contohnya baterai.
• Anode, yakni elektrode kawasan terjadinya reaksi oksidasi.
• Katode, yakni elektrode kawasan terjadinya reaksi reduksi.
• Elektrolit, yakni zat yg dapat menghantarkan listrik.

Pada gambar di atas, terlihat rangkaian sel elektrolisis lelehan NaCl. Sel elektrolisis tak membutuhkan jembatan garam seperti halnya sel Volta. Elektrode yg digunakan dapat berbentukelektrode inert seperti platina atau grafit yg tak teroksidasi ataupun tereduksi dlm sel.

Proses elektrolisis dimulai dgn dialirkan arus listrik searah dr sumber tegangan listrik. Elektron dr kutub negatif akan mengalir menuju ke katode. Akibatnya, ion-ion positif Na⁺ dlm lelehan NaCl akan kepincut ke katode & menyerap elektron untuk tereduksi menjadi Na yg netral. Sementara itu, ion-ion negatif Cl⁻ dlm lelehan akan kesengsem ke anode di kutub positif. Ion-ion Cl⁻ akan teroksidasi menjadi gas Cl₂ yg netral dgn melepas elektron. Elektron tesebut kemudian dialirkan anode & diteruskan ke kutub kasatmata sumber tegangan listrik. Kaprikornus, reaksi redoks yg terjadi pada sel elektrolisis lelehan NaCl mampu ditulis sebagai berikut.

• Katode (reduksi)     : Na⁺(l) + e⁻ → Na(l)
• Anode (oksidasi)    : 2Cl⁻(l) → Cl₂(g) + 2e⁻
• Reaksi sel (redoks) : 2Na⁺(l) + 2Cl⁻(l) → 2Na(l) + Cl₂(g)

Reaksi Elektrolisis

Secara lazim, elektrolisis lelehan senyawa ionik melibatkan reaksi redoks yg lebih sederhana. Hal ini dikarenakan tanpa adanya air, kation akan direduksi di katode & anion akan dioksidasi di anoda. Sebagai pola, pada elektrolisis lelehan MgBr₂, ion Mg²⁺ akan tereduksi di katode membentuk logam Mg & ion Br⁻ akan teroksidasi di anode membentuk gas Br₂.

Namun, jikalau reaksi elektrolisis berjalan dlm sistem larutan, ada beberapa reaksi redoks yg berkompetisi sehingga reaksi cenderung agak kompleks. Beberapa aspek yg memilih reaksi elektrolisis larutan elektrolit antara lain sebagai berikut.

1. Sesi-spesi yg berada di dlm larutan elektrolit

• spesi yg tereduksi ialah spesi dgn memiliki peluang reduksi lebih kasatmata
• spesi yg teroksidasi yaitu spesi dgn memiliki potensi reduksi lebih negatif (berpotensi oksidasi lebih konkret)

2. Sifat bahan elektrode, inert atau aktif

• elektrode inert ialah elektrode yg tak terlibat dlm reaksi redoks elektrolisis. Contoh: platina (Pt), emas (Au), & grafit (C)
• elektrode aktif adalah elektrode yg mampu terlibat dlm reaksi redoks elektrolisis. Contoh: tembaga (Cu), krom (Cr), & nikel (Ni)

3. Potensial perhiasan (overpotensial) yg diberikan

• Overpotensial diharapkan untuk melebihi interaksi pada permukaan elektrode yg lazimnya sering terjadi tatkala elektrolisis menghasilkan gas.

Berdasarkan data berpotensi elektrode standar, reaksi elektrolisis larutan elektrolit pada keadaan tolok ukur dapat diprediksikan mengikuti ketentuan berikut.

Sebagai acuan, amati perbedaan elektrolisis larutan AgNO₃ dgn elektrode grafit & elektrode perak (Ag) berikut.

a. Elektrolisis larutan AgNO₃ dgn elektrode grafit

Pada katode, spesi yg mengalami reduksi adalah Ag⁺. Hal ini dikarenakan Ag tak tergolong logam aktif yg potensial reduksinya lebih negatif dr potensial reduksi air.

Katode: Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s)

Pada anode, elektrode grafit termasuk elektrode inert sehingga tak teroksidasi. Spesi NO₃⁻ merupakan sisa asam oksi yg sulit teroksidasi, risikonya air yg akan teroksidasi.

Anode: 2H₂O(l) → 4H⁺(aq) + O₂(g) + 4e⁻

b. Elektrolisis larutan AgNO₃ dgn elektrode perak

Pada katode, spesi yg mengalami reduksi adalah Ag⁺. Spesi yg tereduksi di katode tak bergantung pada elektrode yg dipakai, tetapi cuma bergantung pada jenis kation larutan elektrolit.

Katode: Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s)

Pada anode, elektrode Ag tak termasuk elektrode inert sehingga akan teroksidasi.

Anode: Ag(s) → Ag⁺(aq) + e⁻

Contoh Soal Sel Elektrolisis & Pembahasan

Tulislah reaksi elektrolisis berikut.

a. elektrolisis larutan CuSO₄ dgn elektrode tembaga

b. elektrolisis larutan KI dgn elektrode grafit

c. elektrolisis lelehan CaCl₂ dgn elektrode platina

Jawab:

a. CuSO₄(aq) → Cu²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq)

Cu tak termasuk logam aktif, sehingga kation Cu²⁺ akan tereduksi di katode. Oleh karena elektrode tembaga (Cu) tak tergolong elektrode inert, maka anode Cu akan teroksidasi.

Katode     : Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)

Anode       : Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻

Reaksi sel : Cu(s)_anode → Cu(s)_katode

b. KI(aq) → K⁺(aq) + I⁻(aq)

K tergolong logam aktif, sehingga air akan tereduksi di katode. Oleh alasannya adalah elektrode grafit termasuk elektrode inert & anion I⁻ tak tergolong sisa asam oksi, maka anion I⁻ akan teroksidasi di anode.

Katode     : 2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)

Anode       : 2I⁻(aq) → I₂(g) + 2e⁻

Reaksi sel : 2H₂O(l) + 2I⁻(aq) → H₂(g) + 2OH⁻(aq) + I₂(g)

c. CaCl₂(l) → Ca²⁺(l) + 2Cl⁻(l)

Pada elektrolisis lelehan senyawa ionik CaCl₂ dgn elektrode platina (tergolong elektrode inert), kation Ca²⁺ akan tereduksi di katode & anion Cl⁻ akan teroksidasi di anode.

Katode     : Ca²⁺(l) + 2e⁻ → Ca(s)

Anode       : 2Cl⁻(l) → Cl₂(g) + 2e⁻

Reaksi sel : Ca²⁺(l) + 2Cl⁻(l) → Ca(s) + Cl₂(g)

Referensi

Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13^th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.

Johari, J.M.C. & Rachmawati, M. 2008. Kimia SMA & MA untuk Kelas XII Jilid 3. Jakarta: Esis

Petrucci, Ralph H. et al. 2017. General Chemistry: Principles and Modern Applications (11^th edition). Toronto: Pearson Canada Inc.

Purba, Michael. 2007. Kimia 3A untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga

Silberberg, Martin S. & Amateis, Patricia. 2015. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (7^th edition). New York: McGraw-Hill Education

Kontributor: Nirwan Susianto, S.Si.

Alumni Kimia FMIPA UI

Materi Wargamasyarakat.org yang lain:

1. Struktur Atom
2. Termokimia
3. Model Atom