ELEKTROLISIS ~ MATERI DAN SOAL IPA UNTUK SMA

REAKSI REDOKS DAN ELEKTROKIMIA

ELEKTROLISIS.
Elektrolisis menimbulkan reaksi redoks dan banyaknya zat yang dihasilkan berbanding lurus dengan jumlah muatan listrik yang mengalir dalam sel elektrolisis.
Larutan elektrolit dapat menghantarkan listrik. Hantaran listrik melalui larutan disertai suatu reaksi yang disebut elektrolisis. Reaksi elektrolisis tergolong redoks tidak spontan. Reaksi itu dapat berlangsung karena pengaruh energi listrik. Jadi pada elektrolisis terjadi perubahan energi llistrik menjadi energi kimia.
Elektron (listrik ) memasuki larutan melalui kutub negatif (katode). Spesi tertentu dalam larutan menyerap elektron dari katode dan mengalami reduksi. Sementara itu spesi lain melepas elektron di anode dan mengalami oksidasi. Jadi sama seperti sel volta, reaksi di katode adalah reduksi, sedangkan reaksi di anode adalah oksidasi. Akan tetapi muatan elektrodenya elektrolisis katode bermuatan positif, sedangkan anode bermuatan negatif. Paada sel elektrolisis katode bermuatan negatif, sedanngkan anode bermuatan positif.

1. Reaksi-Reaksi Elektrolisis
Apabila listrik dialirkan melalui lelehan senyawa ion itu akan diuraikan. Kation direduksi di katode sedangkan anion dioksidasi di anode.
Contoh :
Jika lelehan NaCl dialiri listrik, maka NaCl akan diuraikan menjadi Na dan Cl2.
2NaCl -----> 2Na + Cl2
Apa yang terjadi dapat diterangkan pada gambar berikut.

Ion akan bergerak menuju katode, mengambil elektron dan mengalami reduksi. Ion Cl- akan bergerak menuju anode, melepas elektron dan mengalami oksidasi. Reaksi keseluruhan merupakan penguraian NaCl menjadi Na dan Cl2
NaCl ------> Na⁺ + Cl^-

Katode : Na⁺ + e -----> Na

Anode : 2Cl- ----> Cl₂ + 2e +

2Na⁺ + 2Cl^- -----> 2Na + Cl₂

Jika yang dialirkan adalah larutan elektrolit, maka reaksi yang terjadi belum tentu kation atau anionya tetapi mungkin saja atau elektrodenya. Hal ini tergantung pada potensial spesi-spesi dalam larutan. Untuk lebih memehami hal itu lakukan dengan praktikum sebagai berikut :

Pada praktikum di pelajari elektrolisis dari 3 jenis elektrolit, yaitu Na₂SO₄, larutan KI dan larutan CuSO₄.

a. Elektrolisis larutan Na₂SO₄

Elektrolisis larutan Na₂SO₄ menghasilkan ion OH^- dan gas H₂ di katode serta ion H⁺ dan O₂ di anode. Bagaimanakah reaksi yang terjadi pada kedua elektrode itu ? Dalam larutan Na₂SO₄ terdapat tiga jenis spesi, yaitu ion Na⁺, ion SO₄^2- dan molekul-molekul air. Spesi yang mungkin mengalami reduksi di katode adalah Na⁺ dan molekul air.

Na⁺ (aq) + e Na(s) E^o = -2,71 V

2H₂O (l) + 2e 2OH^- (aq) + H² E^o = -0,83 V

Oleh karena potensial reduksi air lebih besar maka reduksi air lebih mudah berlangsung. Itulah sebabnya di katode terbentuk gas H₂ dan ion OH^-. Sementara itu spesi yang mungkin mengalami oksidasi di anode ialah SO₄ ^2- dan H₂O.

2SO₄^2- (aq) S₂O₈^2- (aq) + 2e E^o = -2,01 V

2H₂O (l) 4H⁺ + O₂ (g) E^o = -1,23 V

Oleh karena oksidasi air lebih besar maka oksidasi air lebih mudah berlangsung. Jadi elektrilisis larutan N2SO4 dapat ditulis sebagai berikut :

Na₂SO₄ (aq) -----> 2Na⁺ (aq) + SO₄ ^2- (aq)

Katode : 2H₂O (l) + 2e -----> 2OH^- (aq) + H₂ (g) (x2)

Anode : 2H₂O (l) -----> 4H⁺ (aq) + O₂ (g) + 4e +

6H₂O(l) -----> 4OH⁺ (aq) + 2H₂(g) + 4H⁺ (aq) + O₂

4OH^- (aq) + 4H⁺ (aq) -----> 4H₂O (l)

Reaksi bersih : 2H₂O (l) -----> 2H₂(g) + O₂ (g)

b. Elektrolisis Larutan KI dengan elektrode grafit (C)

Pada elektrolisis larutan KI terbentuk gaas hidrogen di katode dan iodin di anode; larutan disekitar katode bersifat basa. Hasil-hasil itu dapat dijelaskan sebagai berikut. Dalam larutan terdapat tiga jenis spessi, yaitu ion K⁺, ion I^- dan molekul air. Kemungkinan reaksi yang terjadi di katode adalah reaksi reduksi air.

K⁺ (aq) + e ----> K (s) E^o = -2,92 V

2H₂O (l) + 2e -----> 2OH^- (aq) + H₂(g) E^o = -0,83 V

Oleh karena potensial reduksi air lebih mudah berlangsung. Sementara itu, kemungkinan reaksi yang terjadi di anode adalah reaksi ion I^- atau oksidasi air.

2I^- (aq) ----> I₂ (s) + 2e E^o = 0,54 V

2H₂O (l) -----> 4H⁺ (aq) + O₂ (g) + 4e E^o = -1,23 V

Oleh karena potensial oksidasi ion I^- lebih besar maka oksidasi ion I^- lebih mudah berlangsung. Sementara itu, pada elektrolisis larutan KI terjadi reaksi yang menghasilkan H₂, OH^-, dan I₂ sesuai pengamatan

KI (aq) ----> K⁺ (aq) + I^- (aq)

Katode : 2H₂O (l) + 2e -----> 2OH^- (aq) + H₂ (g)

Anode : 2I^- (aq) -----> I₂ (s) + e +

2H₂O (l) + 2I- (aq) ----> 2OH- (aq) + H₂ (g) + I₂ (s)

Reaksi rumus : 2H₂O (l) + 2KI (aq) -----> 2KOH (aq) + H₂ (g) + I₂ (s)

c, Elektrolisis Larutan CuSO₄ dengan Katode Grafit dan Anode Cu

Pada elektrolisis larutan CuSO₄ dengan katode grafit dan anode Cu terbentuk endapan Cu di katode dan anodenya (Cu) larut. Hasil-hasil itu dapat dijelaskan sebagai berikut. Dalam larutan CuSO₄ terdapat ion Cu²⁺, ion SO₄^2-, molekul air serta logam tembaga ( anode). Berbeda dengan elektrode grafit yang inert (sukar bereaksi), logam-logam dapat mengalami oksidasi di anode. Kemungkinan reaksi yang terjadi di katode adalah reduksi ion Cu2+ atau reduksi air

Cu²⁺ (aq) + 2e -----> Cu (s) E^o = +0,34 V

2H₂O (l) + 2e -----> 2OH^- (aq) + H² (g) E^o = -0,83 V

Oleh karena potensial reduksi Cu²⁺ lebih besar maka reduksi ion Cu²⁺ lebih mudah berlangsung. Sementara itu, kemungkinan reaksi yang terjadi di anode adalah oksidasi ion SO₄^2-, oksidasi air dan oksidasi Cu.

2SO₄^2- (aq) -----> S₂O₈ ^2- (aq) + 2e E^o = -2,71 V

2H₂O (l) -----> 4H⁺ (aq) + O₂(g) + 4e E^o = 1,23 V

Cu (s) -----> Cu²⁺ (aq) + 2e E^o = 0,34 V

Oleh karena potensial oksidasi Cu paling besar maka oksidasi tembaga lebih mudah berlangsung. Jadi elektrolisis larutan CuSO₄ dengan katode grafit dan anode Cu menghasilkan endapan Cu di katode dan melarutkan Cu di anode sesuai hasil percobaan.

CuSO₄ (aq) -----> Cu²⁺ (aq) + SO₄^2- (aq)

Katode : Cu²⁺ (aq) + 2e -----> Cu (s)

Anode : Cu (s) -----> Cu²⁺ (aq) + 2e +

Cu (s) -----> Cu (s)

(anode ) (katode)

Dari contoh-contoh di atas, dapat disimpulkan bhawa spesi yang paling mungkin mengalami reduksi di aktode adalah spsesi yang mempunyai potensial reduksi terbesar, sedang yang mengalami oksidasi di anode adalah spesi yang mempunyai potensial oksidasi terbesar. Berdasarkan daftar potensial elektrode standar dapatlah dibuat suatu ramalan tentang reaksi di katode dan reaksi anode pada suatu elektrolisis. Ramalan tersebut dapat diharapkan terjadi pada kondisi standar. Kadang-kadang, dalam larutan terdapat spesi yang mempunyai potensial yang sama. Dalam hal ini mungkin terjadi lebih dari satu reakis. Misalnya pada elektrolisis larutan NaCl. Oksidasi ion Cl^- dan oksidasi air mempunyai potensial hampir sama.

2Cl^- (aq) ---> Cl² (g) + 2e E^o = -1,36 V

2H₂O (l) -----> 4H⁺ (aq) + O₂ (g) + 4e E^o = -1,23 V

Pada kenyataannya, apabila konsentrasi ion Cl^- tidak terlalu kecil, maka dianode terjadi oksidasi ion Cl^- dan oksidasi air. Jika konsentrasi ion Cl^- cukup besar maka oksidasi ion Cl^- lebih favorit.

Reaksi-reaksi di katode (Reduksi)

Reaksi dikatode bergantung pada jenis Kation dalam larutan. Jika kation berasal dari logam-logam aktif (logam golongan IA, IIA, Al dan Mn) yaitu logam-logam yang potensial elektrodenya lebih kecil dari air), maka air yang tereduksi. Kation selain yang disebut di atas akan terduksi.

Contoh:

Pada elektrolisis larutan NaCl ( kation Na⁺), air yang tereduksi, bukanya ion Na⁺

Pada elektrolisis larutan CuSO4 (kation Cu²⁺), ion Cu²⁺ yang tereduksi.

Reaksi-reaksi di Anode (Oksidasi)

Elektrode negatif (katode) tidak mungkin ikut bereaksi selama elektrolisis karena logam tidak ada kecenderungan menyerap elektron membenntuk ion negatif. Akan tetapi, elektrode positif (anode) mungkin saja ikut bereaksi, melepas elektron dan mengalami oksidasi, kecuali Pt dan Au, pada umumnya logam mempunyai potensial oksidasi lebih besar daripada air atau anion sisa asam. Oleh kareba itu, jika anode tidak terbuat dari Pt, Au atau grafit, maka anode itu akan teroksidasi.

L (s) -----> L^x+ (aq) + xe

Elektrode Pt, Au dan grafit (C) digolongkan sebagai elektrode inert (sukar bereaksi). Jika terbuat dari elektrode inert, maka reaksi anode tergantung pada jenis anion dalam larutan. Anion sisa asam oksi seperti SO₄^2-, NO₃^-, dan PO₄^3- , mempunyai potensial oksidasi lebih negatif daripada air. Anion-anion seperti itu sukar dioksidasi sehingga air yang teroksidasi.

2H₂O (l) -----> 4H⁺ (aq) + O₂ (g) + 4e

Jika anion lebih mudah dkioksidasi daripada air, seperti Br^- danI^- , maka anion itu yang terosidasi.

Contoh :

Pada elektrolisis larutan KI dengan elektrode grafit terjadi oksidasi ion I^- ,

Skema reaksi-reaksi elektrolisis diberikan pada diagram berikut :

1. Reaksi di katode bergantung pada jenis kation :

- Logam aktif (golongan IA, IIA, Al dan Mn) : air yang tereduksi

2H₂O (l) + 2e ------> H₂ (g) + 2OH^- (aq)

- Kation lain : Kation tereduksi

2H⁺ (aq) + 2e -----> H₂ (g)

L^x+ (aq) + xe ------> L (s)

2. Reaksi di anode bergantung pada jenis anode dan anion:

- Anode inery (Pt, Au, C)

* Anion berupa sisa asam oksi : air teroksidasi

H₂O (l) -----> 4H⁺ (aq) + O₂ (g) + 4e

* Anion berupa sisa asam lain atau OH- : anion teroksidasi

Contoh : 2Br^- (aq) -----> Br₂ (aq) + 2e

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

- Anode tak inert : anode teroksidasi

L (s) -----> L^x+ (aq) + xe

Contoh soal :

Tuliskan reaksi elektrolisis berikut :

Elektrolisis larutan AgNO₃ dengan elektrode grafit.

Elektrolisis larutan CuSO₄ dengan katode besi dan anode platina

Elektrolisis lelehan MgCl₂ dengan elektrode grafit.

Jawab :

Elektrolisis larutan AgNO₃ dengan elektrode grafit.

AgNO₃ (aq) ----> Ag⁺ (aq) + NO₃^- (aq)

Ag⁺ bukanlah dari logam aktif, jadi kation itu akan direduksi. Karena anoda brsifat inert (C) sedangkan anion dari sisa asam oksi, maka air yang teroksidasi di anode.

Katode : Ag⁺ (aq) + e ----> Ag(s) (x4)

Anode : 2H₂O (l) ----> 4H⁺ (aq) + O₂ (g) + 4e +

Ag⁺ (aq) + 2H₂O (l) ----> 4Ag (s) + 4H⁺(aq) + O₂ (g)

Elektrolisis larutan CuSO₄ dengan katode besi dan anode platina

CuSO₄ (aq) ----> Cu²⁺ (aq) + SO₄ ^2- (aq)

Cu²⁺ bukan dari logam aktif, jadi kation itu akan tereduksi. Karena anode inert (Pt) sedangka anion dari sisa asam oksi, maka air teroksidasi di anode.

Katode : Cu²⁺ (aq) + 2e -----> Cu(s) ( x2 )

Anode : 2H₂O (l) -----> 4H⁺ (aq) + O₂ (g) + 4e +

2Cu²⁺ (aq) + 2H₂O (l) ----> 2Cu(s) + 4H⁺ (aq) + O₂ (g)

Elektrolisis lelehan MgCl₂ dengan elektrode grafit.

MgCl₂ (l) ----> Mg²⁺ (l) + 2Cl^- (l)

Pada elektrolisis lelehan senyawa ion dengan elektrode inert, maka kation direduksi di katode sedangkan anion dioksidasi di anode.

Katode : Mg²⁺ (l) + 2e ----> Mg (s)

Anode : 2Cl^- (l) ------> Cl₂ (g) +

Mg²⁺ (l) + 2Cl^- (l) -----> Mg (s) + Cl₂ (g)

Pelajari Materi terkait :