SEL ELEKTROLISIS

Sel volta menghasilkan arus listrik searah ketika reaksi redoks di dalam sel terjadi secara spontan. Adapun sel elektrolisis merupakan kebalikan dari sel volta, yakni menerapkan arus listrik searah untuk mendorong agar terjadi reaksi elektrokimia di dalam sel.

Perlu Diingat lagi

Di Katode -----> Reaksi Reduksi

Di Anode ------> Reaksi Oksidasi

Prinsip Elektrolisis 

   Elektrolisis artinya penguraian suatu zat akibat arus listrik. Zat yang terurai dapat berupa padatan, cairan, atau larutan. Arus listrik yang digunakan adalah arus searah (direct current =  DC). Tempat berlangsungnya reaksi reduksi dan oksidasi dalam sel elektrolisis sama seperti pada sel volta, yaitu anode (reaksi oksidasi) dan katode (reaksi reduksi). Perbedaan sel elektrolisis dan sel volta terletak pada kutub elektrode. Pada sel volta, anode (–) dan katode (+), sedangkan pada sel elektrolisis sebaliknya, anode (+) dan katode (–). Pada sel elektrolisis anode dihubungkan dengan kutub positif  sumber energi listrik, sedangkan katode dihubungkan dengan kutub negatif. Oleh karena itu pada sel elektrolisis di anode akan terjadi reaksi oksidasi dan dikatode akan terjadi reaksi reduksi.

    Arus listrik dari sumber arus searah mengalir ke dalam larutan melalui katoda atau elektroda negatif. Pada katoda ini terjadi reaksi reduksi dari spesi tertentu yang ada dalam larutan. Spesi tertentu yang lain mengalami oksidasi di anoda/elektroda positif. Dalam hal tempat reaksi berlangsung sama seperti sel volta yaitu katoda tempat terjadi reaksi reduksi sedangkan anoda tempat terjadi oksidasi, tetapi muatan elektroda dalam sel elektrolisis berlawanan dengan muatan elektroda dalam sel volta. Pada sel elektrolisis katoda merupakan elektroda negatif, sedangkan anoda merupakan elektroda positif. Spesi yang mengalami reduksi di katoda dan spesi yang mengalami oksidasi di anoda, tergantung pada potensialnya masing-masing. Spesi yang mengalami reduksi adalah yang mempunyai potensial elektroda lebih positif. Sedangkan spesi yang mengalami oksidasi adalah yang mempunyai potensial elektroda lebih negatif. Dengan demikian, tidak selalu kation yang mengalami reduksi dan tidak selalu anion yang mengalami oksidasi, mungkin saja pelarutnya (air) yang mengalami reduksi dan atau oksidasi. Bila elektroda bukan elektroda inert (sukar bereaksi) maka elektroda akan mengalami oksidasi.

Berbeda dengan reaksi yang terjadi pada sel Volta, pada sel elektrolisis reaksi mulai terjadi pada katode, yaitu tempat arus masuk (pada sel Volta reaksi dimulai pada anode, yaitu tempat arus keluar). 

ATURANNYA:

a. Reaksi pada Katode 

  Pada katode terjadi reaksi ion-ion positif (kation) mengikat elektronelektron yang berasal dari sumber arus. Zat yang terbentuk dari hasil reaksi ini akan melekat pada batang katode, kecuali jika zat yang dihasilkan berbentuk gas. Apabila zat hasil reaksi berfase gas maka akan keluar sebagai gelembung-gelembung gas di sekitar batang katode yang selanjutnya akan bergerak ke permukaan sel elektrolisis. Dalam larutan, ion positif menuju ke katode dan ion negatif ke anode. 

1. Ion hidrogen (H+)

Ion hidrogen direduksi menjadi molekul gas hidrogen.

Reaksi: 2 H⁺(aq) + 2 e^– → H₂(g)

2. Ion-ion logam

a. Elektrolisis larutan yang berasal dari Ion-ion logam alkali/alkali tanah, seperti Li⁺, K⁺, Na⁺, Ba²⁺, Sr²⁺, dan Ca²⁺ tidak mengalami reduksi karena E° logam < E° air maka air sebagai penggantinya yang akan mengalami reduksi.

Reaksi: H₂O(l) + 2 e^– → H₂(g) + 2 OH^–(aq)

b. Ion-ion logam selain alkali/alkali tanah, seperti Ni²⁺, Cu²⁺, dan Zn²⁺ akan mengalami reduksi menjadi logam.

Mⁿ⁺ + n e^– → M

Contoh: Cu²⁺(aq) + 2 e^– → Cu(s)

Ni²⁺(aq) + 2 e– → Ni(s)

Akan tetapi, apabila leburan garam yang dielektrolisis maka ion logam penyusun garam tersebut akan direduksi menjadi logam. Contohnya, NaCl(l), Na+ akan menjadi Na. 

Reaksi: Na⁺(aq) + e^– → Na(s)

b. Reaksi pada Anode

Pada anode terjadi reaksi oksidasi, ion-ion negatif akan ditarik oleh anode. Reaksi yang terjadi pada anode sangat dipengaruhi oleh jenis anion dan jenis elektrode yang digunakan. Jika anode terbuat dari elektrode inert (elektrode yang tidak ikut bereaksi), seperti Pt, C, dan Au maka ion negatif atau air akan teroksidasi.

1. Ion hidroksida (OH^–) akan teroksidasi menjadi H₂O dan O₂.

Reaksinya: 4 OH^–(aq) → 2 H₂O(l) + O₂(g) + 4 e^–

2. Ion sisa asam

a. Ion sisa asam yang tidak beroksigen, seperti Cl^–, Br^–, I^– akan teroksidasi menjadi gasnya Cl₂, Br₂, I₂.

2 X^–  → X₂ + 2 e^–

Contoh: 2 Cl^–(aq) → Cl₂(g) + 2 e^–

b. Ion sisa asam yang beroksigen, seperti SO₄^2–, NO₃^–, PO₄^3– tidak teroksidasi. Sebagai gantinya air yang teroksidasi.

Reaksi: 2 H₂O(l) → 4 H⁺(aq) + O₂(g) + 4 e^–

Jika anodenya terbuat dari logam lain (bukan Pt, C, atau Au) maka anode akan mengalami oksidasi menjadi ionnya. Contohnya, jika anode terbuat dari Ni, Ni akan teroksidasi menjadi Ni²⁺.

Reaksi: Ni(s) → Ni²⁺(aq) + 2 e^–

Aturan di atas secara ringkas disajikan dalam Bagan berikut.

Contoh:

1. Elektrolisis larutan NaBr dengan elektrode C. 

NaBr (aq) → Na⁺(aq) + Br^– (aq)

karena larutan merupakan yang berasal dari garam dari golongan IA dan logam alkali, maka di katode yang mengalami reaksi reduksi bukan Na⁺ tetapi air, sedangkan yang dioksidasi adalah Br^–

2. Elektrolisis lelehan NaBr dengan elektrode Pt.

NaBr (aq) → Na⁺(aq) + Br^– (aq)

karena yang dielektrolisis adalah lelehan yang berasal dari garam dari golongan IA dan logam alkali, maka di katode yang mengalami reaksi reduksi adalah Na⁺, sedangkan yang dioksidasi adalah Br^–

Katode (−)	:	Na+(aq) +  e– → Na(s)
Anode (+)	:	2 Br–(aq) → Br2(g) + 2 e–

3. Reaksi elektrolisis larutan encer dengan elektrode grafit

karena larutan merupakan yang berasal dari garam dari golongan IA dan logam alkali, maka di katode yang mengalami reaksi reduksi bukan Na⁺ tetapi air. Dan karena ion sisa asam yang beroksigen seperti SO₄^2–maka yang dioksidasi adalah air. sesuai dengan persamaan berikut.

4. Reaksi elektrolisis larutan dengan elektrode tembaga (elektroda aktif).

Karena menggunakan elektoda tembaga (Cu) yang merupakan elektroda aktif maka di anode tersebut mengalami oksidasi adalah logam Cu-nya dan hasilnya adalah ion Cu²⁺di anode dan yang direduksi adalah air bukan Na⁺. 

5. Elektrolisis larutan HCl dengan elektrode Pt 

6. Elektrolisis larutan CuSO4 dengan elektrode C 

    karena berasal dari ion logam transisi, maka di katode yang direduksi adalah ion logam transisi (Cu²⁺) sedangkan yang dioksidasi adalah air (ion sisa asam)

7. Elektrolisis larutan KNO3 dengan elektrode Pt 

Tugas:

Tuliskanlah reaksi di katode dan anode dari reaksi elektrolisis berikut.

1. Elektrolisis larutan CaCl2 dengan elektroda Pt

2. Elektrolisis lelehan KCl dengan elektroda C

3. Elektrolisis larutan NiSO₄ dengan elektroda C

4. Elektrolisis larutan NiSO₄ dengan elektroda Zn

Catatan :

Perhatikan jenis elektrolisis dan logamnya. Jika merupakan logam yang berasal dari golongan IA (Na, K, Li) dan IIA (Ca, Mg, Ba) dan merupakan elektrolisis larutan maka reaksi di katode (yang mengalami reaksi reduksi)  adalah Air (H₂O) bukan ion logamnya. Tapi jika yang dielektrolisis merupakan lelehan logam yang berasal dari golongan IA (Na, K, Li) dan IIA (Ca, Mg, Ba) dan merupakan elektrolisis larutan maka reaksi di katode (yang mengalami reaksi reduksi) ion logamnya.

Jika yang digunakan elektroda aktif (Cu, Zn, Ni, dll) maka yang mengalami reaksi reduksi (di katodanya) adalah elektrodanya bukan berasal dari logamnya (khusus untuk soal nomor 4). Perhatikan juga untuk ion sisa asamnya, untuk menentukan reaksi yang terjadi di anoda

Tugas dikumpulkan hanya sekali saja dengan mengumpulkannya ke link berikut,

https://forms.gle/25Xp2YhQ4BEUbEpXA