BAB VII ELEKTROKIMIA
5) Sel Volta dalam kehidupan
Sel volta banyak digunakan dalam kehidupan sehari- hariantara lain baterai dan aki. Ada baterai yang dapat diisi ulang dan ada yang tidak. Sel volta yang tidak dapat diisi ulang disebut sel primer, sedangkan yang dapat diisi ulang disebut sel sekunder.
a) Sel Primer
(1) Baterai kering (Sel Leclanche)
Baterai kering sering disebut sel Leclanche karena ditemukan oleh Leclanche pada tahun 1866. Sel ini menggunakan batang karbon sebagai katoda dan pelat seng sebagai anoda. Elektrolitnya digunakan pasta, yang merupakan campuran batu kawi (MnO2), amonium klorida (NH4Cl), karbon (C), dan sedikit air.
Gambar 4. 24 Batrai kering
Reaksi yang terjadi adalah:
Anoda: Zn (s) Zn2+ + 2e
Katoda: 2MnO2(s)+2NH4+(aq)+2e Mn2O3(s) +Zn2+(aq) +2NH3(aq) +H2O
Reaksi sel: Zn(s)+2MnO2(s)+2NH4+(aq) Mn2O3(s)+Zn2+(aq) +NH3(aq) +H2O
Notasi selnya ditulis Zn|Zn2+||NH4+|NH3 Eo = 1,5 Volt (2) Baterai Alkali
Akhir-akhir ini baterai alkali banyak digunakan orang.
Karena baterai alkali mempunyai kekuatan arus listrik yang lebih besar bila dibanding baterai biasa (sel Leclanche).
Elektroda batu baterai alkali sama seperti pada batu baterai biasa, tetapi elektrolit yang digunakan adalah larutan KOH.
Anoda: Zn(s) + OH– (aq) Zn(OH) 2(s) + 2e
Katoda: MnO2(s) + 2H2O(l) + 2e Mn(OH) 2(s) +2OH– +
Reaksi sel: Zn(s) + MnO2(s) + 2H2O(l) Mn(OH) 2(s) + Zn(OH) 2(s)
Baterai ini juga menghasilkan potensial 1,5 volt dan dapat bertahan secara konstan selama pemakaian. Biasanya baterai ini digunakan untuk mainan dan tape recorder.
(3) Baterai perak oksida
Baterai perak oksida terdiri dari anoda Zn dan katoda Ag2O dengan elektrolit KOH. Reaksi yang terjadi sebagai berikut.
Beda potesial dari bateri ini adalah 1,5 volt dan selama pemakaian dapat bertahan secara konstan. Baterai ini digunakan untuk mainan, jam tangan, kalkulator, dan lain- lain
b) Sel Sekunder (1) Aki (Accumulator)
Aki adalah jenis baterai yang banyak digunakan untuk kendaraan bermotor. Aki menjadi pilihan yang praktis karena dapat menghasilkan listrik yang cukup besar dan dapat diisi kembali. Sel aki terdiri atas anode Pb (timbel = timah hitam) dan katode PbO2 (timbel (IV) oksida). Keduanya merupakan zat padat, yang dicelupkan dalam larutan asam sulfat. Kedua elektrode tersebut, juga hasil reaksinya, tidak larut dalam larutan asam sulfat sehingga tidak diperlukan jembatan garam. Aki tidak memerlukan jembatan garam karena hasil reaksinya tidak larut dalam larutan elektrolit (asam sulfat).
Kedua elektroda disekat dengan bahan fiberglass, agar tidak saling bersentuhan.
Gambar 4.25 Aki (batrai basah)
Tiap sel aki mempunyai beda potensial 2 volt. Aki 12 volt terdiri atas 6 sel yang dihubungkan seri. Aki dapat diisi kembali karena hasil-hasil reaksi pengosongan aki tetap melekat pada kedua elektrode. Pengisian aki dilakukan dengan membalik arah aliran elektron pada kedua elektrode.
Pada pengosongan aki, anode (Pb) mengirim elektron pada katode. Sebaliknya pada pengisian aki, elektrode Pb dihubungkan dengan kutub negatif sumber arus sehingga PbSO4 yang terdapat pada elektrode Pb itu direduksi.
Sementara itu, PbSO4 yang terdapat pada elektrode PbO2 mengalami oksidasi membentuk PbO2
Reaksi pengosongan aki:
Anode : Pb (s) + HSO4– (aq) PbSO4 (s) + H+ (aq) + 2e– Katode : PbO2 (s) + HSO4– (aq) +3H+ (aq) +2e– PbSO4 (s) + 2H2O +
Pb (s) + PbO2(s) + 2HSO4– (aq) + 2H+ (aq) 2PbSO4
(s) +2H2O (l)
Reaksi pengisian aki:
b) Baterai Ni-Cd
Sel terdiri dari anoda Cd dan katoda NiO2 dengan elektrolit KOH. Reaksi yang terjadi adalah:
Beda potensial sel ini adalah 1,4 V dan selama pemakaian dapat bertahan secara konstan. Selama reaksi tidak terjadi perubahan konsentrasi ion karena pereaksi dan zat hasil berupa zat padat. Penggunaan baterai Ni–Cd untuk kalkulator, kamera digital, laptop, dan lain-lain.
b. Sel Elektrolisis
Elektrolisis merupakan elektrokimia yang menggunakan energi listrik agar dapat terjadi reaksi kimia. Pada elektrolisis, katoda bermuatan negatif, sedangkan anoda bermuatan positif. Elektrolisis terdiri atas zat yang dapat mengalami ionisasi (larutan atau lelehan), elektorde, dan sumber listrik (baterai). Mula-mula aliran listrik dialirkan dari kutub positif baterai ke katoda yang bermuatan negatif. Larutan atau lelehan akan terionisasi menjadi kation dan anion.
Selanjutnya, kation di katoda akan mengalami reduksi. Di anode, anion akan mengalami oksidasi.
Gambar 4.26 Elektrolisis
1) Cara Menuliskan Reaksi Kimia dalam Elektrolisis
Berdasarkan jenis elektrolitnya, reaksi pada elektrolisis dapat di kelompokan menjadi dua, yaitu elektrolisis dengan elektrolit larutan dan elektrolisis dengan elektrolit lelehan.
a) Elektrolisis Dengan Elektrolit Larutan
Larutan elektrolit diperoleh dengan cara melarutkan padatan elektrolit di dalam air. Zat yang dapat mengalami reaksi redoks bukan hanya kation dan anionnya, tetapi juga pelarutnya (H2O). dengan demikian, terjadi kompetisi antaraion-ion dan molekul H2O.
Pemenang kompetisi bergantung pada harga potensial standar sel (E°), jenis elektrode, dan jenis anion. Semakin besar nilai E°, semakin mudah reaksi induksi terjadi. Untuk memudahkan penulisan reaksi kimia pada elektrolisis dengan elektrolit larutan, gunakan diagram alir berikut.
b) Elektrolisis Dengan Elektrolit Lelehan
Lelehan elektrolit diperoleh dengan cara memanaskan padatan elektrolit tanpa melibatkan air. Kation di katode akan direduksi, sedangkan anion di anode akan dioksidasi.
Electrode yang digunakan merupakan electrode inert (tidak akan bereaksi) seoerti platina atau grafit.
Contoh:
elektrolisis larutan AgNO3 dengan elektroda Pt
AgNO3 → Ag+ + NO3- x4 Katoda: Ag++ e- → Ag x4 Anoda: 2H2O → 4H+ + O2 + 4e- x1 4AgNO3 → 4Ag+ + 4NO3-
Katoda: 4Ag+ + 4e- →
4Ag
Anoda : 2H2O → 4H+ + O2 + 4e- + Reaksi : 4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4H+ + 4NO3-+ O2
4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4HNO3 + O2
elektrolisi leburan NaCl dengan elektroda Cu ( ingat Cu tidak inert)
NaCl → Na+ + Cl- x2 Katoda : Na+ + e- → Na x2 Anoda : Cu → Cu2+ + 2e- x1 2NaCl → 2Na+ + 2Cl-
Katoda : 2Na+ + 2e- →
2Na
Anoda : Cu → Cu2+ + 2e- +
Reaksi : 2NaCl + Cu → 2Na + Cu2+ + 2Cl- 2NaCl + Cu → 2Na + CuCl2 2) Penggunaan Elektrolisis
Sangat banyak manfaat yang dapat diperoleh dari reaksi elektrolisis, baik dalam bidang industri maupun dalam kehidupan sehari-hari. Namun, yang akan dibahas hanya beberapa saja, di antaranya adalah dalam produksi zat, pemurnian Logam, dan penyepuhan.
a) Produksi zat
Banyak zat kimia yang diproduksi melalui elektrolisis seperti logam-logam alkali, magnesium, aluminium, fluorin, klorin, natrium, dan lainnya. Contoh: produksi klorin dan NaOH dalam industri. Secara industri klorin dan NaOH dapat dibuat melalui elektrolisis larutan natrium klorida.Proses ini disebut proses klor-alkali. Elektrolisis larutan NaCl ini dapat menghasilkan NaOH dan Cl2.Reaksinya:
NaCl → Na+ + Cl- Katoda: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH-
Anoda : 2Cl- → Cl2 + 2e- Reaksi : 2H2O + 2Cl- → H2 + 2OH-+ Cl2
2H2O + 2 NaCl → 2NaOH + H2 + Cl2
Pada proses elektrolisis keadaan harus dijaga agar Cl2yang terbebtuk tidak bereaksi dengan NaOH. Oleh karena itu ruang anoda dan katoda dipisahkan dengan berbagai cara, yaitu dengan sel diafragma atau sel merkuri.
b) Pemurnian Logam
Salah satu contoh pemurnian logam yang akan dibahas kali ini adalah pemurnian logam tembaga. Tembaga di murnikan secara elektrolisis. Tembaga kotor dijadikan anoda, sedangkan pada katoda digunakan tembaga murni. Larutan elektrolit yang digunakan adalah larutan CuSO4. Selama elektrolisis, tembaga dari anoda terus menerus dilarutkan kemudian diendapkan pada katode. Reaksinya:
CuSO4 → Cu2+ + SO42- Katoda: Cu2+ + 2e- → Cu
Anoda : Cu → Cu2+ + 2e- Cu → Cu
c) Penyepuhan
Penyepuhan digunakan untuk melindungi logam terhadap korosi, atau untuk memperbaiki penampilan.
Misalnya gelang tembaga dilapisi dengan emas, untuk mencegah korosi, besi dilapisi dengan seng atau timah, dan sebagainya.Pada penyepuhan, logam yang akan disepuh dijadikan katoda, sedangkan logam penyepuh sebagai katoda.
Kedua elektroda harus dicelup kedalam larutan garam dari logam penyepuh.
Gambar 4. 27 Penyepuhan sendok c. Korosi
Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak dikehendaki. Korosi dapat juga diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logam bereaksi secara kimia atau elektrokimia dengan lingkungan. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan. Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi. Ada definisi lain yang mengatakan bahwa korosi adalah kebalikan dari proses ekstraksi logam dari bijih mineralnya. Contohnya, bijih mineral logam besi di alam bebas ada dalam bentuk senyawa besi oksida atau besi sulfida, setelah diekstraksi dan diolah, akan dihasilkan besi yang digunakan untuk pembuatan baja atau baja paduan. Selama pemakaian, baja tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi (kembali menjadi senyawa besi oksida).
Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi. Proses berkarat dapat dipercepat dengan adanya asam. Karat logam umumnya adalah berupa oksida atau karbonat. Rumus kimia
karat besi adalah Fe2O3.nH2O suatu zat padat yang berwarna coklat-merah.
Korosi merupakan proses elektrokimia. Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi itu berlaku sebagai anode, di mana besi mengalami oksidasi.
Oksidasi: Fe (s) Fe2+ (aq) + 2e
Elektron yang dibebaskan di anode mengalir ke bagian lain dari besi itu yang bertindak sebagai katode, di mana oksigen tereduksi.
Reduksi: O2 (aq) + 4H+ (aq) + 4e 2 H2O Atau
O2 (g) + 2H2O (l) + 4 e 4 OH– (aq)
Ion besi (II) yang terbentuk pada anode selanjutnya teroksidasi membentuk ion besi (III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi, yaitu karat besi.
Mengenai bagian mana dari besi itu yang bertindak sebagai anode dan bagian mana yang bertindak sebagai katode, bergantung pada berbagai faktor, misalnya zat pengotor, atau perbedaan rapatan logam itu.
Gambar 4.28 Korosi pada logam Besi dapat dilindungi dari proses korosi dengan cara:
1) Melapisi logam besi dengan Ni atau Cr 2) Melapisi besi dengan minyak atau oli
3) Pengecatan
4) Menggalvanisir yaitu melapisi besi dengan Zn
Menggalvanisir yaitu cara mencegah korosi dengan cara melindungi permukaan logam dengan dilapisi logam yang sukar teroksidasi. Logam yang digunakan adalah logam yang terletak di sebelah kanan besi dalam deret volta (potensial reduksi lebih negatif dari besi) misalnya Zn. Lapisan Zn bertindak sebagai anoda, sedang Fe sebagai katoda. Di sini akan terjadi aliran elektron dari Zn ke Fe, sehingga yang mengalami korosi adalah logam Zn sedangkan Fe tidak terkorosi. Akibatnya lapisan Zn akan habis dalam waktu tertentu.
Selain dengan Zn, besi dapat juga dilapisi dengan Sn
(timah). Pelapisan besi dengan
timah banyak digunakan dalam pembuatan kaleng makanan.
5) Proteksi katodik
Pencegahan korosi pada pipa dalam tanah, dapat dilakukan dengan cara menanam logam yang lebih reaktif (misalnya Mg), didekat pipa, yang kemudian dihubungkan dengan kawat. Batang magnesium akan mengalami oksidasi, dan pipanya terlindung dari korosi. Magnesium makin lama makin terkikis, dan secara periodik harus diganti yang baru.
BAB VIII