Pengertian 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 H2(g) + O2(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.
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. 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) ……………….. (1)
Anoda (+)            :   2 Cl-(l)  Cl2(g)  +  2 e- ……………….. (2)
Reaksi sel            :   2 Na+(l) +  2 Cl-(l)  ——>  2 Na(s) +  Cl2(g) ……………….. [(1) + (2)]
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 (lihat Elektrokimia I : Penyetaraan Reaksi Redoks dan Sel Volta).
Pada katoda, terjadi persaingan antara air dengan ion Na+. Berdasarkan Tabel Potensial Standar Reduksi, air memiliki 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 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- ——>  H2(g)  +  2 OH-(aq) ……………….. (1)
Anoda (+)            :   2 Cl-(aq) ——>  Cl2(g)  +  2 e- ……………….. (2)
Reaksi sel            :   2 H2O(l) +  2 Cl-(aq)  ——>  H2(g) +  Cl2(g)  +  2 OH-(aq) ……………………. [(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.
Selanjutnya kita mencoba mempelajari elektrolisis larutan Na2SO4. Pada katoda, terjadi persaingan antara air dan ion Na+. Berdasarakan nilai red, maka air yang akan tereduksi di katoda. Di lain sisi, terjadi persaingan antara ion SO42- dengan air di anoda. Oleh karena bilangan oksidasi S pada SO4-2 telah mencapai keadaan maksimumnya, yaitu +6, maka spesi SO42- tidak dapat mengalami oksidasi. Akibatnya, spesi air yang akan teroksidasi di anoda. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Katoda (-)            :   4 H2O(l) +  4 e- ——>  2 H2(g)  +  4 OH-(aq) ……………….. (1)
Anoda (+)            :   2 H2O(l)  ——>   O2(g) +  4 H+(aq) +  4 e- ……………….. (2)
Reaksi sel            :   6 H2O(l) ——>  2 H2(g) +  O2(g) +  4 H+(aq) +  4 OH-(aq) …………………….. [(1) + (2)]
 6 H2O(l) ——>  2 H2(g) +  O2(g) +  4 H2O(l) …………………. [(1) + (2)]
2 H2O(l) ——>  2 H2(g) +  O2(g) …………………….. [(1) + (2)]
Dengan demikian, baik ion Na+ maupun SO42-,   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- ——>  H2(g)  +  2 OH-(aq) ……………………..  (1)
 
Anoda (+)            :   Cu(s) ——>  Cu2+(aq) +  2 e- ……………………..  (2) 
Reaksi sel            :   Cu(s) +  2 H2O(l) ——>  Cu2+(aq) +  H2(g)  +  2 OH-(aq) ……………………..  [(1) + (2)] 
Dari pembahasan di atas, kita dapat menarik beberapa kesimpulan yang berkaitan dengan reaksi elektrolisis :
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 
Salah satu aplikasi sel elektrolisis adalah pada proses yang disebut penyepuhan. Dalam proses penyepuhan,   logam yang lebih mahal dilapiskan (diendapkan sebagai lapisan tipis)   pada permukaan logam yang lebih murah dengan cara elektrolisis. Baterai   umumnya digunakan sebagai sumber listrik selama proses penyepuhan berlangsung. Logam yang ingin disepuh berfungsi sebagai katoda dan lempeng perak (logam pelapis) yang merupakan logam penyepuh berfungsi sebagai anoda.   Larutan elektrolit yang digunakan harus mengandung spesi ion logam  yang  sama dengan logam penyepuh (dalam hal ini, ion perak). Pada proses   elektrolisis, lempeng perak di anoda akan teroksidasi dan larut  menjadi  ion perak. Ion perak tersebut kemudian akan diendapkan sebagai  lapisan  tipis pada permukaan katoda. Metode ini relatif mudah dan tanpa  biaya  yang mahal, sehingga banyak digunakan pada industri perabot  rumah tangga  dan peralatan dapur.
Setelah  kita mempelajari aspek kualitatif  reaksi elektrolisis, kini kita akan  melanjutkan dengan aspek  kuantitatif sel elektrolisis. Seperti yang  telah disebutkan di awal,  tujuan utama elektrolisis adalah untuk  mengendapkan logam dan  mengumpulkan gas dari larutan yang  dielektrolisis. Kita dapat menentukan  kuantitas produk yang terbentuk  melalui konsep mol dan stoikiometri. 

Sumber: https://rumahbudidaya.co.id/