Sel elektrolisis yakni sel elektrokimia di mana energi listrik digunakan untuk melaksanakan reaksi redoks tak spontan. Reaksi elektrolisis dapat didefinisikan sebagai reaksi peruraian zat dgn menggunakan arus listrik. Prinsip kerja sel elektrolisis ialah menghubungkan kutub negatif dr sumber arus searah ke katode & kutub kasatmata ke anode sehingga terjadi overpotensial yg menjadikan reaksi reduksi & oksidasi tak spontan mampu berjalan. Elektron akan mengalir dr katode ke anode. Ion-ion konkret akan cenderung tertarik ke katode & tereduksi, sedangkan ion-ion negatif akan condong kepincut ke anode & teroksidasi.
Susunan Sel Elektrolisis
Secara lazim, sel elektrolisis tersusun dari:
- Sumber listrik yg menyuplai arus searah (dc), misalnya baterai.
- Anode, yaitu elektrode kawasan terjadinya reaksi oksidasi.
- Katode, yakni elektrode tempat terjadinya reaksi reduksi.
- Elektrolit, yaitu zat yg dapat menghantarkan listrik.
Susunan sel elektrolisis (Sumber: Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.)
Pada gambar di atas, tampakrangkaian sel elektrolisis lelehan NaCl. Sel elektrolisis tak membutuhkan jembatan garam seperti halnya sel Volta. Elektrode yg digunakan dapat berbentukelektrode inert mirip 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 kasatmata Na+ dlm lelehan NaCl akan terpesona ke katode & menyerap elektron untuk tereduksi menjadi Na yg netral. Sementara itu, ion-ion negatif Cl− dlm lelehan akan terpesona ke anode di kutub kasatmata. Ion-ion Cl− akan teroksidasi menjadi gas Cl2 yg netral dgn melepas elektron. Elektron tesebut lalu dialirkan anode & diteruskan ke kutub konkret sumber tegangan listrik. Jadi, reaksi redoks yg terjadi pada sel elektrolisis lelehan NaCl dapat ditulis selaku 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, jika reaksi elektrolisis berjalan dlm sistem larutan, ada beberapa reaksi redoks yg bersaing sehingga reaksi cenderung agak kompleks. Beberapa faktor yg menentukan reaksi elektrolisis larutan elektrolit antara lain sebagai berikut.
1. Sesi-spesi yg berada di dlm larutan elektrolit
- spesi yg tereduksi yakni spesi dgn memiliki potensi reduksi lebih kasatmata
- spesi yg teroksidasi yakni spesi dgn memiliki peluang reduksi lebih negatif (berpotensi oksidasi lebih faktual)
2. Sifat materi 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 dapat terlibat dlm reaksi redoks elektrolisis. Contoh: tembaga (Cu), krom (Cr), & nikel (Ni)
3. Potensial aksesori (overpotensial) yg diberikan
- Overpotensial diperlukan untuk melebihi interaksi pada permukaan elektrode yg biasanya sering terjadi tatkala elektrolisis menciptakan gas.
Berdasarkan data berpeluang elektrode patokan, reaksi elektrolisis larutan elektrolit pada keadaan tolok ukur mampu 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 yakni Ag+. Hal ini dikarenakan Ag tak tergolong logam aktif yg berpotensi reduksinya lebih negatif dr memiliki potensi 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 sukar teroksidasi, kesudahannya 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 yakni 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 tergolong 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 sebab elektrode tembaga (Cu) tak termasuk 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 sebab elektrode grafit tergolong elektrode inert & anion I− tak termasuk 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 (termasuk 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 (13th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.
Johari, J.M.C. & Rachmawati, M. 2008. Kimia Sekolah Menengan Atas & MA untuk Kelas XII Jilid 3. Jakarta: Esis
Petrucci, Ralph H. et al. 2017. General Chemistry: Principles and Modern Applications (11th edition). Toronto: Pearson Canada Inc.
Purba, Michael. 2007. Kimia 3A untuk Sekolah Menengan Atas Kelas XII. Jakarta: Erlangga
Silberberg, Martin S. & Amateis, Patricia. 2015. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (7th edition). New York: McGraw-Hill Education
Kontributor: Nirwan Susianto, S.Si.
Alumni Kimia FMIPA UI
Materi Sosiologiku.com lainnya: