Unsur-unsur di alam sedikti sekali yang ditemukan dalam keadaan bebas, melainkan sebagai senyawa. Unsur-unsur bebas diperoleh dengan cara elektrolisis. Dalam kehidupan sehari-hari elektrolisis banyak digunakan pada industri logam.
1. Pembuatan Aluminium
Bijih aluminium di alam terdapat sebagai bijih bauksit (Al2O3), yang memiliki titik lebur sangat tinggi (±2000oC). Dalam mereduksi bijih ini tentu memerlukan energi yang sangat besar, dan tentu juga membutuhkan biaya yang tidak sedikit.
Pada tahun 1886 Charles Hall mulai meneliti proses pembuatan aluminium dengan cara elektrolisis. Bagaimanakah untuk menurunkan titik lebur bijih bauksit tersebut agar bisa dielektrolisis? Ia mencoba mencampurkan bijih bauksit dengan kriolit cair (Na3AlF6), ternyata hasilnya mengejutkan. Bijih bauksit bisa melebur pada suhu ±900oC. Dalam penemuan ini, akhirnya aluminium dapat diproduksi secara besar- besaran dengan cara elektrolisis. Reaksi yang terjadi sebagai berikut. Mula-mula bijih bauksit Al2O3dilarutkan dalam kriolit cair, terionisasi menjadi ion aluminium dan ion oksida.
Al2O3 → 2Al3+ + 3O
2-Kemudian larutan Al2O3 dalam kriolit cair di elektrolisis dengan menggunakan elektroda grafit (elektroda inert) sebagai berikut.
Reaksi di katoda : 2Al3+ + 6e → 2Al(l)
Reaksi di anoda : 3O
2-(l) → 3 ⁄ 2O2(g) + 6e Reaksi sel elektrolisisnya : 2Al3+
(l) + 3O
2-(l) →3 ⁄ 2O2(g) + 2Al(l)
Aluminium yang dihasilkan pada suhu 900oC – 1000oC ini wujudnya cair, sehingga bisa langsung dimasukkan ke dalam cetakan untuk didinginkan. Pabrik menghasilkan aluminium dalam bentuk cetakan
2. Proses Permurnian Tembaga
Leburan tembaga yang diperoleh dari tanur leburan tembaga masih mengandung kotoran, walaupun hanya = 1%. Untuk mendapatkan tembaga murni dapat dilakukan dengan cara elektrolisis. Pada elekrolisis ini sebagai elektrolit digunakan larutan CuSO4 , sedangkan katoda digunakan tembaga yang sudah murni dan anodanya digunakan tembaga kasar (tembaga kotor).
setengah reaksi sel elektrokimia sel volta sel galvani elektroda katoda anoda jembatan garam
• Reaksi redoks dapat disetarakan dengan dua cara, yaitu dengan cara setengah reaksi dan cara bilangan oksidasi.
Sel elektrokimia ada dua macam yaitu sel volta dan sel elektrolisis.
• Sel elektrokimia mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda. Pada katoda terjadi reaksi reduksi, sedang pada anoda terjadi reaksi oksidasi.
3. Pelapisan Logam (Elektroplating)
Pelapisan logam dengan logam lain biasa disebut "penyepuhan". Penyepuhan umumnya dilakukan untuk mencegah korosi, untuk melapisi asesoris dan sebagainya, yang dilakukan dengan cara elektrolisis. Misalnya gelang tembaga dilapisi dengan emas, untuk mencegah korosi, besi dilapisi dengan seng atau timah, dan sebagainya.
Prinsip kerja penyepuhan ini adalah sebagai berikut.
• Logam yang akan dilindungi ditempatkan sebagai katoda
• Logam yang melindungi ditempatkan sebagai anoda
Katoda dialiri listrik negatif dan anoda dialiri listrik positif dari arus listrik searah (DC)
Sebagai elektrolitnya digunakan larutan garam dari logam yang melindungi (anoda)
Keterangan:
A: logam yang dilindungi B : logam pelindung Gambar 2.10 Penyepuhan - + - + A B
RANGKUMAN
K
• Ciri-ciri sel volta adalah sebagai berikut. a. Tersusun dari setengah sel katoda dan
setengah sel anoda dalam larutannya b. Anoda ada kutub negatif dan katoda
adalah kutub positif (KapAn)
c. Terdiri atas dua setengah reaksi yang dihubungkan dengan jembatan garam d. Notasi sel: A(s)|A+x
(aq)||B+y
(aq)|B(s). Ciri-ciri elektroda potensial standar (Eo) adalah sebagai berikut.
a. Eo
sel = Eo
reduksi + Eo
oksidasi
b. Jika Eo
sel positif, maka reaksi redoks dapat berlangsung. Jika Eo
sel negatif, maka reaksi redoks tidak berlangsung spontan.
c. Dalam persamaan reaksi harga Eotidak ikut dikalikan, walaupun koefisien reaksi setengah sel dikalikan.
d. Makin besar harga Eo makin mudah mengalami reduksi (makin kuat sifat oksdatornya). Makin kecil harga Eo , makin mudah mengalami oksidasi (makin kuat sifat reduktornya).
• Sel volta ada dua macam, yaitu:
a. Sel volta primer adalah sel volta yang tidak dapat diisi lagi bila arusnya sudah habis, misalnya batu baterai biasa.
b. Sel volta sekunder adalah sel yang dapat diisi lagi bila arusnya sudah habis, misalnya aki.
Reaksi yang terjadi pada sel Leclanche adalah sebagai berikut.
Katoda : 2MnO2(s)+2NH4+(aq)+2e
→Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)
Anoda : Zn(s) → Zn2+
(aq) + 2e +
Reaksi sel: Zn(s)+2MnO2(s)+2NH4+ (aq) → Mn2O3(s)+Zn2+ (aq)+2NH3(aq)+H2O(l) potensial elektroda potensial sel sel primer baterai kering sel lechlance baterai alkali sel sekunder deret volta proteksi katodik korosi elektrolisis elektroda inert faraday coulomb elektroplating
Pada aki terjadi reaksi sebagai berikut. a. Reaksi pengosongan penggunaan aki Katoda : PbO2(s) + 4H+ (aq) + SO4 2-(aq) + 2e → PbSO4(s) + 2H2O(l) Anoda : Pb(s)+ SO4 2-(aq) →PbSO4(s) + 2e + Reaksi sel: Pb(s) + PbO2(s) + 4H+ (aq) + 2SO4 2-(aq) → PbSO4(s) + 2H2O(l)
b. Reaksi pengisian aki
Katoda: PbSO4(s) + 2e →Pb(s) + SO4 2-(aq)
Anoda: PbSO4(s) + 2H2O(l) →PbO2(s) + 4H+ + SO4
2-(aq) + 2e +
Reaksi sel : 2PbSO4(s) + 2H2O(l) →Pb(s)+ PbO2(s) + 4H+ (aq) + 2SO4 2-(aq) • Deret volta Li – K – Ba – Ca – Na – Mg – Al – Mn – Zn – Fe – Ni – Sn – Pb – H – Cu – Hg – Ag – Pt – Au • Korosi
a. Korosi adalah reaksi redoks yang
terjadi pada logam, sehingga
membentuk senyawa logam tersebut. Peristiwa korosi ini dipengaruhi oleh lingkungan.
b. Faktor-faktor yang mempengaruhi korosi adalah udara (oksigen), uap air, larutan elektrolit, dan beberapa gas yang bersifat korosif.
c. Korosi pada besi dapat dihindari dengan mengecat, melapisi besi dengan logam yang memiliki Eo lebih kecil dari besi, dan menghubungkan besi dengan kutub negatif dari sumber listrik.
• Elektrolisis:
a. Elektrolisis adalah peristiwa penguraian larutan/leburan elektrolit oleh arus listrik searah.
b. Pada katoda berlangsung reaksi reduksi, pada anoda berlangsung reaksi oksidasi.
c. Katoda adalah kutub negatif dan anoda adalah kutub atau elektroda positif.
• Jika larutan mengandung ion logam golongan IA, IIA, Al3+ dan Mn2+ , maka ion-ion ini tidak direduksi, yang direduksi adalah pelarutnya (air)
2H2O + 2e → H2 + 2OH
-• Reaksi pada anoda:
- Anoda berupa logam inert, anion OH, I- , Br , dan Cl- - akan dioksidasi.
- jika ada anion SO42- , NO3- , dan PO4
3-anion ini tidak akan dioksidasi tetapi yang dioksidasi H2O.
2H2O → O2 + 4H+ + 4e
c. Untuk menentukan hasil elektrolisis digunakan hukum Faraday.
Satu Faraday = 96.500 coulomb. d. Hukum I Faraday
atau Hukum II Faraday
e. Kegunaan elektrolisis adalah untuk:
- pembuatan logam, - pemurnian logam, - penyepuhan, dan - pembuatan gas. m1 : m2 = e1 : e2 m= e . i . t 96.500 m = eF
1. Cr2O72- + aH+ + bNO2- →
cCr3+ + dNO3- + eH2O
Harga koefisien reaksi a, b, c, d dan e di atas berturut-turut adalah .... a. 3, 6, 2, 6, dan 3 b. 1, 5, 2, 5, dan 1 c. 8, 3, 2, 3, dan 4 d. 3, 4, 2, 4, dan 3 e. 8, 3, 2, 3, dan 4
2. Berikut ini merupakan persama-an reaksi redoks, kecuali.... a. 2Al(s) + Fe2O3(s) →Al2O3(s) + 2Fe(s) b. PbO2(s) + SO2(g) →PbSO4(s) c. 2Ag+ (aq) + Cu(s) → 2Ags) + Cu2+ d. 2CrO42-+ 2H+ (aq)→Cr2O7 2-(aq) + H2O(l) e. MnO2(s) + 4HCl(aq) → MnCl2(aq) + 2H2O(l) + Cl2(g) 3. Perhatikan gambar elektrolisis
larutan natrium klorida dengan elektroda karbon berikut ini! Zat yang terbentuk pada elektroda A adalah ....
a. gas O2
b. gas H2 dan NaOH(aq) c. logam Na
d. gas Cl2 e. NaCl(s)
4. Mn2+ + H2O2 + OH- → MnO2 + H2O
Agar reaksi redoks tersebut setara, maka koefisisen H2O2 dan MnO2 adalah ....
a. 1 dan 1 d. 2 dan 1
b. 1 dan 2 e. 3 dan 1
c. 2 dan 2
5. Diketahui potensial elektroda standar berikut. Al3+ (aq)+ 3e →Al(s)Eo= -1,76 V Sn2+ (aq)+ 2e →Sn(s)Eo= -0,14 V Potensial sel Al(s)| Al3+ (aq)|| Sn2+ (s)| Sn(s)adalah ... volt. a. -1,62 d. +1,90 b. +1,62 e. +3,10 c. -1,90
6. Bila dilakukan elektrolisis larutan CuSO4 selama 30 menit dengan kuat arus 10 ampere, maka di katoda diendapkan tembaga sebanyak ... gram. (Ar Cu = 63,5)
a. 0,187 d. 11,845
b. 0,373 e. 5,922
c. 23,689
7. Pada elektrolisis larutan AgNO3 selama 1 jam dengan kuat arus 2 ampere, akan dihasilkan endapan perak sebanyak ... gram. (Ar Ag = 108, 1 Faraday = 96.500 C) a. 7,6 d. 108 b. 8,06 e. 819 c. 81,9 _ + Na Cl A B _ +