Elektrolisa

KATA PENGANTAR

            Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan kasih-Nya, atas anugerah hidup dan kesehatan yang telah kami terima, serta petunjuk-Nya sehingga memberikan kemampuan dan kemudahan bagi kami dalam penyusunan makalah ini.

            Didalam makalah ini kami selaku penyusun hanya memiliki sebatas ilmu yang bisa kami sajikan yaitu dengan topik “ Elektrolisa “. Dimana didalam topik tersebut ada beberapa hal yang bisa kita pelajari khususnya pengetahuan tentang sel elektrolisa dan bagaimana reaksi – reaksi yang terdapat didalamnya.

            Kami menyadari bahwa keterbatasan pengetahuan dan pemahaman kami tentang penyajian makalah ini, menjadikan keterbatasan kami pula untuk memberikan penjabaran yang lebih dalam tentang masalah ini, kiranya mohon dimaklumi apabila masih terdapat banyak kekurangan dan kesalahan dalam penyusunan makalah ini. Untuk itu kami sangat mengharapkan kritikan dan saran guna perbaikan untuk pembuatan makalah di hari yang akan datang.

            Harapan kami, semoga makalah ini membawa manfaat bagi kita, setidaknya untuk sekedar membuka cakrawala berfikir kita tentang sel – sel elektrolisa itu sendiri.

Tidak lupa kami ucapkan terimakasih kepada ( nama dosen ) selaku dosen  pembimbing mata kuliah ( nama mata kuliah ) yang telah mendorong kami  untuk menyelesaikan susunan makalah ini dengan baik dan benar.

Makassar, .... Juni 2013

Penyusun

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR.. ii

DAFTAR ISI. iii

BAB I. 1

PENDAHULUAN.. 1

A. Latar Belakang. 1

B. Rumusan Masalah. 1

C. Tujuan Penulisan. 1

BAB II. 3

PEMBAHASAN.. 3

A. Pengertian Elektrolisa. 3

B. Sel – Sel Yang Terdapat Dalam Elektrolisa. 4

C. Cara Kerja Elektrolisa. 7

D. Penggunaan Sel – Sel Elektrolisa Dalam Kehidupan Sehari – Hari 10

BAB III. 14

KESIMPULAN.. 14

DAFTAR PUSTAKA.. 15

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Elektrolisa  adalah reaksi non-spontan yang berjalan akibat adanya arus (aliran elektron) eksternal yang dihasilkan oleh suatu pembangkit listrik. Dalam sel elektrolisa terjadinya reaksi kimia karena adanya energi dari luar dalam bentuk potensial atau arus listrik. Reaksi yang berlangsung pada sel elektrolisa adalah reaksi yang tergolong dalam reaksi redoks. Dalam sel elektrolisa katoda merupakan kutub negatif dan anoda merupakan kutub positif. Arus listrik dalam larutan dihantarkan oleh ion-ion, ion positif (kation) bergerak ke katoda (negatif) dimana terjadi reaksi reduksi. Ion negatif (anion) bergerak ke anoda (positif) dimana terjadi reaksi oksidasi. Adapun sel – sel yang terdapat dalam elektrolisa adalah Sel Volta atau Galvani, Sel Daniel, Sel Elektrolisis. Dengan menggunakan daftar potensial elektroda standart dapat diketahui apakah suatu reaksi redoks dapat berlangsung atau tidak. Elektrolisa juga digunakan dalam kehidupan sehari – hari seperti dalam industri dan di dalam berbagai pemanfaatan seperti penyepuhan atau pelapisan atau elektroplating, sintesa atau pembuatan zat tertentu dan pemurnian logam. Pembahasan tentang sel – sel elektrolisa, cara kerja elektrolisa dan penggunaan elektrolisa ini akan dibahas dengan rinci pada sub bab berikutnya.

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, maka berikut ini rumusan masalah yang akan dikaji dalam makalah ini, yaitu:

1.    Pengertian Elektrolisa

2.    Sel – Sel Yang Terdapat Dalam Elektrolisa

3.    Cara Kerja Elektrolisa

4.    Penggunaan Sel – Sel Elektrolisa Dalam Kehidupan Sehari – Hari

C. Tujuan Penulisan

Tujuan dari dibahasnya makalah ini yaitu :

1.    Mampu Menjelaskan Pengertian Elektrolisa

2.    Mampu Menjelaskan Sel – Sel Dalam Elektrolisa

3.    Mampu Menjelaskan Cara Kerja Elektrolisa

4.    Mampu Menjelaskan Penggunaan Elektrolisa Dalam Kehidupan Sehari – Hari

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pengertian Elektrolisa

Elektrolisa  adalah reaksi non-spontan yang berjalan akibat adanya arus (aliran elektron) eksternal yang dihasilkan oleh suatu pembangkit listrik.

Pada sel elektrolitik :

·       Katoda bermuatan negatif  atau disebut elektroda (–)

·       Terjadi reaksi reduksi

·       Jenis logam tidak diperhatikan, kecuali logam Alkali (IA) dengan Alkali tanah(IIA), Al dan Mn.

·       Reaksi : 2 H⁺(aq) + 2e^- →H₂(g) ion golongan IA/IIA  tidak direduksi; dan penggantinya air 2 H₂O(l) + 2 e^- → basa + H₂(g) ion-ion lain  direduksi.

·       Anoda bermuatan positif (+) atau disebut elektroda +

·       Terjadi reaksi oksidasi

·       Jenis logam diperhatikan

Anoda : Pt atau C ( elektroda inert )

Reaksi:

Ø  4OH^- (aq) → 2H₂O(l) + O₂(g) + 4e^- 

Ø  Gugus asam beroksigen tidak teroksidasi, diganti oleh 2 H₂O(l) → asam + O₂(g) 

Ø  Golongan VIIA (halogen) → gas 

Anoda bukan : Pt atau C 

Reaksi : bereaksi dengan anoda membentuk garam atau senyawa lain.

B. Sel – Sel Yang Terdapat Dalam Elektrolisa

Dalam Elektrolisa terdapat tiga sel, yaitu :

1.      Sel Volta atau Galvani

2.      Sel Daniel

3.      Sel Elektrolisis

Ketiga sel elektrolisa diatas, sebelah kiri sel (anoda) terjadi oksidasi dan sebelah kanan ( katoda ) terjadi reduksi.

Sel Volta, Daniel, dan Galvani : Anoda negatif (-) dan katoda positif (+)
Sel Elektrolisis : Anoda positif (+) dan katoda negatif (-)

Dalam elektrolisa :

DGL standard = E^o = E^o_katoda - E^o_anoda (harus positif untuk R spontan)
T = 25^oC, P = 1 atm

Jika DGL < 0 bernilai negatif (-), maka R nonspontan.

Syaratnya :

-        Suatu reaksi berlangsung spontan jika DGL>0

-        Energi bebas ∆G^o yang diharapkan agar reaksi berjalan maka ∆G^o< 0 atau (-).

∆G^o pada kesetimbangan yaitu : -RT ln K atau

∆G^o = -nFE (larutan elektrolit atau mengandung listrik)

Persamaan Nerts :

∆G^o = -RT ln K

∆G^o = -nFE

 ∆G^o = ∆G^o 

-nFE = -RT ln K

1.     Sel Volta atau Galvani

iSel Volta atau Galvani  adalah sel elektrokimia yang melibatkan raksi redoks dan menghasilkan arus listrik. Kegunaannya adalah untuk mengukur pH kelarutan. Sel volta terdiri atas elektroda tempat berlangsungnya reaksi oksidasi disebut anoda(electrode negative), dan tempat berlangsungnya reaksi reduksi disebut katoda(electrode positif).

Susunan sel Volta adalah :

Notasi sel : Y / ion Y // ion X / X

Logam X mempunyai potensial reduksi yang lebih positip dibanding logam Y , sehingga logam Y bertindak sebagai anoda dan logam X bertindak sebagai katoda.

Jembatan garam mengandung ion-ion positif dan ion-ion negative yang berfungsi menetralkan muatan positif dan negative dalam larutan elektrolit.

2.      Sel Daniel

Pada Sel Daniel, elektroda Cu dibenamkan dalam larutan tembaga(II) sulfat atau CuSO4 dan elektroda seng sulfat atau ZnSO4.Pada anoda, Zn mengalami oksidasi:

Zn(s)→ Zn²⁺(aq) + 2e^-

Pada katoda, Cu mengalami reduksi:

Cu²⁺_(aq) + 2e^- → Cu_(s)

Pada sel Daniell, kawat dan lampu dihubungkan dengan kedua elektroda. Elektron-elektron yang "ditarik" dari seng berjalan sepanjang kawat, yang harus merupakan kawat non-reaktif, menghasilkan arus listrik yang membuat lampu menyala. Pada sel seperti ini, ion-ion sulfat memainkan peranan penting. Setelah bermuatan negatif, anion-anion ini terkumpul di anoda untuk mempertahankan keseimbangan muatan. Sebaliknya, pada katoda ion-ion Cu²⁺ terakumulasi untuk mempertahankan keseimbangan muatan ini. Kedua proses ini menyebabkan sebagian tembaga terakumulasi di katoda dan elektroda seng menjadi "terlarut" atau "meluruh" ke dalam larutan. Karena kedua reaksi tidak terjadi sendiri-sendiri (independently), kedua sel harus dihubungkan (dengan konduktor misalnya) agar ion-ion bergerak bebas. Digunakan dua wadah keramik yang berbeda untuk masing-masing larutan. Biasanya suatu "salt bridge" atau jembatan garam digunakan untuk menghubungkan kedua sel. Pada sel basah seperti ini, ion-ion sulfat bergerak dari katoda menuju anoda melalui jembatan garam dan kation-kation Zn²⁺ bergerak dalam arah sebaliknya.

3.      Sel Elektrolisis

Sel Elektrolisi merupakan proses kimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Komponen yang terpenting dari proses elektrolisis ini adalah elektroda dan elektrolit.

Elektroda yang digunakan dalam proses elektolisis dapat digolongkan menjadi dua, yaitu:

·       Elektroda inert, seperti kalsium (Ca), potasium, grafit (C), Platina (Pt), dan emas (Au).

·       Elektroda aktif, seperti seng (Zn), tembaga (Cu), dan perak (Ag).

Elektrolitnya dapat berupa larutan berupa asam, basa, atau garam, dapat pula leburan garam halida atau leburan oksida. Kombinasi antara elektrolit dan elektroda menghasilkan tiga kategori penting elektrolisis, yaitu:

1.    Elektrolisis larutan dengan elektroda inert

2.    Elektrolisis larutan dengan elektroda aktif

3.    Elektrolisis leburan dengan elektroda inert

Pada elektrolisis, katoda merupakan kutub negatif dan anoda merupakan kutub positif. Pada katoda akan terjadi reaksi reduksi dan pada anoda terjadi reaksi oksidasi.

C. Cara Kerja Elektrolisa

Dengan menggunakan daftar potensial elektroda standart dapat diketahui apakah suatu reaksi redoks dapat berlangsung atau tidak, yaitu bila potensial reaksi redoksnya positif, maka reaksi redoks tersebut dapat berlangsung. Sebaliknya jika potensial reaksi redoksnya negatif, reaksi redoks tidak dapat berlangsung. Perhatikan contoh pada Bagan 1.

Bagan 1. Potensial reaksi redoks sebagai penentu berlangsung atau tidak berlangsungnya suatu reaksi

Reaksi yang terjadi pada proses eletrolisa dibagi menjadi dua bagian yaitu reaksi yang terjadi pada katoda dan pada anoda.

Reaksi pada katoda; ion-ion yang brgerak menuju katoda adalah ion-on positif dan pada katoda terjadi reaksi reduksi. Perhatikan Gambar 2.

Gambar 2. Sel Elektrolisis, Katoda terjadi reaksi reduksi dan pada anoda terjadi oksidasi

Reduksi untuk ion H+2H+ + 2e-→ H2

Reduksi untuk ion logam, mengikuti beberapa syarat yang terkait dengan kemudahan ion logam tereduksi dibandingkan dengan ion H+. Jika kation lebih mudah dioksidasi (atau melepaskan elektron), maka air yang akan direduksi.

Ion-ion trsebut meliputi Gol IA dan IIA seperti ion-ion logam alkali dan alkali tanah, terutama ion Na+, K+, Ca2+, Sr2+, dan Ba2+. Jika ion-ion trsebut lebih mudah tereduksi dibanding ion H+, maka ion tersebut akan langsung tereduksi seperti ion-ion Cu2+, Ni2+, Ag+.

Reaksi pada Anoda merupakan reaksi oksidasi. Ion-ion yang bergerak ke anoda adalah ion-ion negatif (anion). Reaksi yang terjadi dipengaruhi oleh jenis elektroda yang dipakai dan jenis anion.

Anion: ion OH-dan ion sisa asam.

Jika anoda terdiri dari platina, maka anoda ini tidak mengalami perubahan melainkan ion negatif yang dioksidasi

Ion OH- akan dioksidasi menjadi H2O dan O2.

4 OH- → 2 H2O + O2 + 4e-

Ion sisa asam akan dioksidasi menjadi molekulnya. misalnya: Cl- dan Br-2 Cl- → Cl2 + 2e
2 Br- → Br2 + 2e

Ion sisa asam yang mengandung oksigen. Misalnya: SO42-, PO43-, NO3-, tidak mengalami oksidasi maka yang mengalami oksidasi adalah air.

2 H2O → 4 H+ + O2 + 4e

Bila elektroda reaktif logam ini akan melepas elektron dan memasuki larutan sebagai ion positif.

Prinsip ini digunakan dalam proses penyepuhan dan pemurnian suatu logam.

Perhatikan proses elektrolisa larutan garam Natrium Sulfat dibawah ini,

Na2SO4 → 2Na+ + SO42-

Dari tabel tampak bahwa Hidrogen lebih mudah tereduksi dibandingkan logam Natrium.

Demikian pula jika kita bandingkan antara anion SO42- dengan air, sehingga air akan teroksidasi. Na lebih aktif dari H sehingga sukar tereduksi, dan SO42- sukar teroksidasi.

Hasil elektrolisis dari larutan Na2SO4 adalah:

-        Pada katoda terjadi gas Hidrogen (H2) dari hasil reduksi H+ dalam bentuk H2O.

-        Pada Anoda terjadi gas O2 hasil oksidasi dari O2- dalam bentuk H2O.

Karena terjadi perubahan air menjadi gas hidrogen dan oksigen, semakin lama air semakin berkurang, sehingga larutan garam Na2SO4 semakin pekat.

D. Penggunaan Sel – Sel Elektrolisa Dalam Kehidupan Sehari – Hari

1.    Sel Elektrolisa Dalam Industri

Elektrolisa digunakan di dalam industri dan di dalam berbagai pemanfaatan seperti penyepuhan atau pelapisan atau elektroplating, sintesa atau pembuatan zat tertentu dan pemurnian logam.

Elektroplating atau penyepuhan merupakan proses pelapisan permukaan logam dengan logam lain. Misalnya tembaga dilapisi dengan emas dengan menggunakan elektrolit larutan emas (AuCl3).

Emas (anoda) : Au(s) → Au3+(aq) + 3e (oksidasi)

Tembaga (katoda) : Au3+(aq) + 3e → Au(s) (reduksi)

Dari persamaan reaksi tampak pada permukaan tembaga akan terjadi reaksi reduksi Au3+(aq) + 3e → Au(s). Dengan kata lain emas Au terbentuk pada permukaan tembaga dalam bentuk lapisan tipis. Ketebalan lapisan juga dapat diatur sesuai dangan lama proses reduksi. Semakin lama maka lapisan yang terbentuk semakin tebal.

Sintesa atau pembuatan senyawa basa, cara elektrolisa merupakan teknik yang handal. Misalnya pada pembuatan logam dari garam yaitu K, Na dan Ba dari senyawa KOH, NaOH, Ba(OH)2, hasil samping dari proses ini adalah terbentuknya serta pada pembuatan gas H2, O2, dan Cl2. Seperti reaksi yang telah kita bahas. Dalam skala industri, pembuatan Cl2 dan NaOH dilakukan dengan elektrolisis larutan NaCl dengan reaksi sebagai berikut:

Proses pemurnian logam juga mengandalkan proses elektrolisa. Proses pemurnian tembaga merupakan contoh yang menarik dan mudah dilaksanakan. Pemurnian ini menggunakan elektrolit yaitu CuSO4. Pada proses ini tembaga yang kotor dipergunakan sebagai anoda, dimana zat tersebut akan mengalami oksidasi, Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e

Reaksi oksidasi ini akan melarutkan tembaga menjadi Cu2+. Dilain pihak pada katoda terjadi reaksi reduksi Cu2+ menjadi tembaga murni. Mula-mula Cu2+berasal dari CuSO4, dan secara terus menerus digantikan oleh Cu2+ yang berasal dari pelarutan tembaga kotor. Proses reaksi redoks dalam elektrolisis larutan CuSO4 adalah :

CuSO4(aq) → Cu2+(aq) + SO42Ͳ(aq)

Katoda: Cu2+(aq) + 2e → Cu(s)

Anoda : Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e

Pengotor tembaga umumnya terdiri dari perak, emas, dan platina. Oleh karena E0 unsur Ag, Pt dan Au > dari E0 Cu, maka ketiga logam tidak larut dan tetap berada di anoda biasanya berupa lumpur. Demikian juga jika pengotor berupa Fe atau Zn, unsur ini dapat larut namun cukup sulit tereduksi dibandingkan Cu, sehingga tidak mengganggu proses reduksi Cu.

2.    Penerapan Sel Volta pada aki

Aki atau accumulator merupakan sel volta yang tersusun atas elektroda Pb dan PbO, dalam larutan asam sulfat yang berfungsi sebagai elektrolit. Pada aki, sel disusun dalam beberapa pasang dan setiap pasang menghasilkan 2 Volt.
Aki umumnya kita temui memiliki potensial sebesar 6 Volt (kecil) sebagai sumber arus sepeda motor dan 12 V (besar) untuk mobil. Aki merupakan sel yang dapat diisi kembali, sehingga aki dapat dipergunakan secara terus menerus. Sehingga ada dua mekanisme reaksi yang terjadi. Reaksi penggunaan aki merupakan sel volta, dan reaksi pengisian menggunakan arus listrik dari luar seperti peristiwa elektrolisa. Mekanisme reaksi ditampilkan pada Bagan reaksi.

3.    Penerapan Sel Volta Pada Baterai

Baterai atau sel kering merupakan salah satu sel volta, yaitu sel yang menghasilkan arus listrik, berbeda dengan aki, batere tidak dapat diisi kembali.
Sehingga batere juga disebut dengan sel primer dan aki dikenal dengan sel sekunder.
Batere disusun oleh Seng sebagai anoda, dan grafit dalam elektrolit MnO2, NH4Cl dan air bertindak sebagai katoda. Reaksi yang terjadi pada sel kering adalah : Sel bahan bakar merupakan bagian dari sel volta yang mirip dengan aki atau batere, dimana bahan bakarnya diisi secara terus menerus, sehingga dapat dipergunakan secara terus menerus juga.Bahan baku dari sel bahan bakar adalah gas hidrogen dan oksigen, sel ini digunakan dalam pesawat ruang angkasa, reaksi yang terjadi pada sel bahan bakar adalah :

a.      Baterai Nikel-Kadmium

Baterai Nikel-Kadmium merupakan baterai kering yang dapat di isi ulang.Reaksi sel yang terjadi sebagai berikut:

Anode : Cd + 2OH-Cd(OH)₂ + 2E

Katode            : NiO2 + 2H₂O Cd(OH)_{2 +} Ni(OH)₂Cd + NiO₂ + 2H₂O Cd(OH)_{2 +} Ni(OH)₂

Hasil-hasil reaksi pada baterai nikel-kadmium merupakan zat padat yang melekat pada kedua elektrodenya.pengisian dilakukan dengan membalik arah aliran electron pada kedua electrode.

b.      Baterai Perak Oksida

Susunan baterai perak oksida yaitu Zn (sebagai anode), Ag2O (sebagai katode), dan pasta KOH sebagai elektrolit.reaksinya sebagai berikut:
Anode             : Zn + 2OH- Zn(OH)2 + 2e
Katode                        : Ag2O + H2O + 2e 2Ag + 2OH-
Baterai perak oksida memiliki potensial sel sebesar 1,5 volt dan bertahan dalam waktu yang lama.Kegunaan baterai jenis ini adalah untuk arloji,kalkulator dan berbagai jenis peralatan elektrolit lainnya.

4.      Proses dalam penyepuhan

Elektroplating atau penyepuhan merupakan proses pelapisan permukaan logam dengan logam lain. Misalnya tembaga dilapisi dengan emas dengan menggunakan elektrolit larutan emas (AuCl3).

Emas (anoda)              : Au(s) → Au3+(aq) + 3e (oksidasi)
Tembaga (katoda)       : Au3+(aq) + 3e → Au(s) (reduksi)
Dari persamaan reaksi tampak pada permukaan tembaga akan terjadi reaksi reduksi Au3+(aq) + 3e → Au(s). Dengan kata lain emas Au terbentuk pada permukaan tembaga dalam bentuk lapisan tipis. Ketebalan lapisan juga dapat diatur sesuai dangan lama proses reduksi. Semakin lama maka lapisan yang terbentuk semakin tebal.

5.      Proses Sintesa

Sintesa atau pembuatan senyawa basa, cara elektrolisa merupakan teknik yang handal. Misalnya pada pembuatan logam dari garam yaitu K, Na dan Ba dari senyawa KOH, NaOH, Ba(OH)2, hasil samping dari proses ini adalah terbentuknya serta pada pembuatan gas H2, O2, dan Cl2. Seperti reaksi yang telah kita bahas.

BAB III

KESIMPULAN

1.    Elektrolisa  adalah reaksi non-spontan yang berjalan akibat adanya arus (aliran elektron) eksternal yang dihasilkan oleh suatu pembangkit listrik.

2.    Dalam Elektrolisa terdapat tiga sel, yaitu : Sel Volta atau Galvani, Sel Daniel, Sel Elektrolisis.  Ketiga sel elektrolisa tersebut, sebelah kiri sel (anoda) terjadi oksidasi dan sebelah kanan ( katoda ) terjadi reduksi.  

Sel Volta, Daniel, dan Galvani : Anoda negatif (-) dan katoda positif (+)
Sel Elektrolisis : Anoda positif (+) dan katoda negatif (-)

3.    Dengan menggunakan daftar potensial elektroda standart dapat diketahui apakah suatu reaksi redoks dapat berlangsung atau tidak, yaitu bila potensial reaksi redoksnya positif, maka reaksi redoks tersebut dapat berlangsung. Sebaliknya jika potensial reaksi redoksnya negatif, reaksi redoks tidak dapat berlangsung.

4.    Elektrolisa digunakan di dalam industri dan di dalam berbagai pemanfaatan seperti penyepuhan atau pelapisan atau elektroplating, sintesa atau pembuatan zat tertentu dan pemurnian logam.

DAFTAR PUSTAKA

Purba,mechael.2006.kimia SMA Kelas XII.Jakarta: Erlangga

Justiana, sandri.2009. Kimia 3. Jakarta : Yudistira

http://phiin.wordpress.com/2010/10/11/percobaan-elektrolisis/