Sel Elektrolisis, Pengertian, Tipe Elektrolisis Lelehan dan Elektrolisis Larutan

Sel Elektrolisis - Elektrolisis merupakan proses kimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Komponen yang terpenting dari proses elektrolisis ini adalah elektrode dan larutan elektrolit. Dalam sel volta atau galvani, reaksi oksidasi reduksi berlangsung dengan spontan, dan energi kimia yang menyertai reaksi kimia diubah menjadi energi listrik.

Sedangkan elektrolisis merupakan reaksi kebalikan dari sel volta atau galvani yang potensial selnya negatif atau dengan kata lain, dalam keadaan normal tidak akan terjadi reaksi dan reaksi dapat terjadi bila diinduksi dengan energi listrik dari luar.

Sel Elektrolisis

Pengertian Sel Elektrolisis

Sel Elektrolisis adalah sel yang menggunakan arus listrik untuk menghasilkan reaksi redoks yang diinginkan dan digunakan secara luas di dalam masyarakat kita.

Baterai aki yang dapat diisi ulang merupakan salah satu contoh aplikasi sel elektrolisis dalam kehidupan sehari-hari.

Baterai aki yang sedang diisi kembali (recharge) mengubah energi listrik yang diberikan menjadi produk berupa bahan kimia yang diinginkan. Air, H₂O, dapat diuraikan dengan menggunakan listrik dalam sel elektrolisis. Proses ini akan mengurai air menjadi unsur-unsur pembentuknya. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

2 H₂O_(l) → 2 H_2(g) + O_2(g)

Rangkaian sel elektrolisis hampir menyerupai sel volta. Yang membedakan sel elektrolisis dari sel volta adalah, pada sel elektrolisis, komponen voltmeter diganti dengan sumber arus (umumnya baterai). Larutan atau lelehan yang ingin dielektrolisis, ditempatkan dalam suatu wadah. Selanjutnya, elektroda dicelupkan ke dalam larutan maupun lelehan elektrolit yang ingin dielektrolisis. Elektroda yang digunakan umumnya merupakan elektroda inert, seperti Grafit (C), Platina (Pt), dan Emas (Au).

Elektroda berperan sebagai tempat berlangsungnya reaksi. Reaksi reduksi berlangsung di katoda, sedangkan reaksi oksidasi berlangsung di anoda. Kutub negatif sumber arus mengarah pada katoda (sebab memerlukan elektron) dan kutub positif sumber arus tentunya mengarah pada anoda.

Akibatnya, katoda bermuatan negatif dan menarik kation-kation yang akan tereduksi menjadi endapan logam. Sebaliknya, anoda bermuatan positif dan menarik anion-anion yang akan teroksidasi menjadi gas. Terlihat jelas bahwa tujuan elektrolisis adalah untuk mendapatkan endapan logam di katoda dan gas di anoda.

Tipe-tipa Elektrolisis

Ada dua tipe elektrolisis, yaitu elektrolisis lelehan (leburan) dan elektrolisis larutan. Pada proses elektrolisis lelehan, kation pasti tereduksi di katoda dan anion pasti teroksidasi di anoda.

a. Elekrolisis Lelehan (Leburan)

Sebagai contoh, berikut ini adalah reaksi elektrolisis lelehan garam NaCl (yang dikenal dengan istilah sel Downs) :

Katoda (-): 2 Na⁺_(l) + 2 e^– → 2 Na_(s) (Reaksi 1)

Anoda (+): 2 Cl^–_(aq) → Cl_2(g) + 2 e^– (Reaksi 2)

Reaksi sel:

2 Na⁺_(l) + 2 Cl^–_(aq) → 2 Na_(s) + Cl_2(g)

[Gabungan Reaksi (1) + (2)]

Contoh Sel Elektrolisis Lelehan (Leburan)

Reaksi elektrolisis lelehan garam NaCl menghasilkan endapan logam natrium di katoda dan gelembung gas Cl₂ di anoda. Bagaimana halnya jika lelehan garam NaCl diganti dengan larutan garam NaCl? Apakah proses yang terjadi masih sama? Untuk mempelajari reaksi elektrolisis larutan garam NaCl, kita mengingat kembali Deret Volta.

Pada katoda, terjadi persaingan antara air dengan ion Na⁺. Berdasarkan Tabel Potensial Standar Reduksi, air memiliki E°red yang lebih besar dibandingkan ion Na⁺. Ini berarti, air lebih mudah tereduksi dibandingkan ion Na⁺. Oleh sebab itu, spesi yang bereaksi di katoda adalah air. Sementara, berdasarkan Tabel Potensial Standar Reduksi, nilai E°red ion Cl^– dan air hampir sama.

Oleh karena oksidasi air memerlukan potensial tambahan (overvoltage), maka oksidasi ion Cl^– lebih mudah dibandingkan oksidasi air. Oleh sebab itu, spesi yang bereaksi di anoda adalah ion Cl^–. Dengan demikian, reaksi yang terjadi pada elektrolisis larutan garam NaCl adalah sebagai berikut :

Katoda (-): 2 H₂O_(l) + 2 e^– → H_2(g) + 2 OH^–_(aq) (Reaksi 1)

Anoda (+): 2 Cl^–_(aq) → Cl_2(g) + 2 e^– (Reaksi 2)

Reaksi sel:

2 H₂O_(l) + 2 Cl^–_(aq) → H_2(g) + Cl_2(g) + 2 OH^–_(aq)

[Gabungan Reaksi (1) + (2)]

Reaksi elektrolisis larutan garam NaCl menghasilkan gelembung gas H₂ dan ion OH^– (basa) di katoda serta gelembung gas Cl₂ di anoda. Terbentuknya ion OH^– pada katoda dapat dibuktikan dengan perubahan warna larutan dari bening menjadi merah muda setelah diberi sejumlah indikator fenolftalein (pp). Dengan demikian, terlihat bahwa produk elektrolisis lelehan umumnya berbeda dengan produk elektrolisis larutan.

Lihat Juga:

Rumus dan Contoh Soal Penurunan Tekanan Uap Jenuh, Kenaikan Titik Didih, dan Penurunan Titik Beku Larutan Elektrolit.

Reaksi Benzena Berupa Reaksi Subtitusi Beserta Contohnya.

b. Elektrolisis Larutan

Selanjutnya kita mencoba mempelajari sel elektrolisis larutan Na₂SO₄. Pada katoda, terjadi persaingan antara air dan ion Na⁺. Berdasarakan nilai E°red, maka air yang akan tereduksi di katoda. Di lain sisi, terjadi persaingan antara ion SO₄^2- dengan air di anoda. Oleh karena bilangan oksidasi S pada SO₄^2- telah mencapai keadaan maksimumnya, yaitu +6, maka spesi SO₄^2- tidak dapat mengalami oksidasi. Akibatnya, spesi air yang akan teroksidasi di anoda. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

Gambaran Contoh Sel Elektrolisis Larutan

Katoda (-): 4 H₂O_(l) + 4 e^– → 2 H_2(g) + 4 OH^–_(aq) (Reaksi 1)

Anoda (+): 2 H₂O_(l) → O₂_(g) + 4 H⁺_(aq) + 4 e^– (Reaksi 2)

Reaksi sel:

H₂O_(l) → 2 H_2(g) + O₂_(g) + 4 H⁺_(aq) + 4 OH^–_(aq)

[Gabungan Reaksi (1) + (2)]

6 H₂O_(l) → 2 H_2(g) + O₂_(g) + 4 H₂O_(l) [Gabungan Reaksi (1) + (2)]

2 H₂O_(l) → 2 H_2(g) + O₂_(g) [Gabungan Reaksi (1) + (2)]

Dengan demikian, baik ion Na⁺ maupun SO₄^2-, tidak bereaksi. Yang terjadi justru adalah peristiwa elektrolisis air menjadi unsur-unsur pembentuknya. Hal yang serupa juga ditemukan pada proses elektrolisis larutan Mg(NO₃)₂ dan K₂SO₄.

Bagaimana halnya jika elektrolisis lelehan maupun larutan menggunakan elektroda yang tidak inert, seperti Ni, Fe, dan Zn? Ternyata, elektroda yang tidak inert hanya dapat bereaksi di anoda, sehingga produk yang dihasilkan di anoda adalah ion elektroda yang larut (sebab logam yang tidak inert mudah teroksidasi). Sementara, jenis elektroda tidak mempengaruhi produk yang dihasilkan di katoda. Sebagai contoh, berikut adalah proses elektrolisis larutan garam NaCl dengan menggunakan elektroda Cu :

Katoda (-): 2 H₂O_(l) + 2 e^– → H_2(g) + 2 OH^–_(aq) (Reaksi 1)

Anoda (+): Cu_(s) → Cu²⁺_(aq) + 2 e^– (Reaksi 2)

Reaksi sel:

Cu_(s) + 2 H₂O_(l) → Cu²⁺_(aq) + H_2(g) + 2 OH^–_(aq)

[Gabungan Reaksi (1) + (2)]

Kesimpulan Sel Elektrolisis Lelehan dengan Sel Elektrolisis Larutan

Dari ulasan di atas, kita dapat menarik beberapa kesimpulan yang berkaitan dengan reaksi elektrolisis baik elektrolisis lelehan maupun elektrolisis larutan.

Baik elektrolisis lelehan maupun larutan, elektroda inert tidak akan bereaksi, elektroda tidak inert hanya dapat bereaksi di anoda
Pada elektrolisis lelehan, kation pasti bereaksi di katoda dan anion pasti bereaksi di anoda
Pada elektrolisis larutan, bila larutan mengandung ion alkali, alkali tanah, ion aluminium, maupun ion mangan (II), maka air yang mengalami reduksi di katoda
Pada elektrolisis larutan, bila larutan mengandung ion sulfat, nitrat, dan ion sisa asam oksi, maka air yang mengalami oksidasi di anoda.

Nach demikian ulasan kali ini dari rumuskimia.net yang dapat kami bagikan. Semoga ulasan di atas dapat dengan mudah sahabat pahami dan dapat menjadi salah satu referensi yang baik bagi kita semua. Untuk rumus dan cara menyelesaiakn soal-soal untuk materi sel elektrolisis ini, sahabat dapat menyimaknya di postingan berikutnya. Yap semoga bermanfaat :)

Referensi: [www.rumuskimia.net ; Bapak Esdi Pangganti]