Halaman
77BBa b 3 ElektrolisisELEKTROLISISBAB 3-memahami reaksi reduksi dan oksidasi yang terjadi disel elektrolisis.Setelah belajar bab ini, kalian diharapkan mampu:Pernahkah kalian melihat tumpukan kaleng bekas? Apa yang terjadipada kaleng-kaleng tersebut jika dibiarkan di tempat terbuka? Pastikaleng tersebut akan berkarat. Ini berarti kaleng mengalami korosi.Kalian akan memahami korosi lebih jauh pada bab ini.Sumber: Dokumentasi PenerbitTujuan Pembelajaran
78MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3Peta KonsepPrasyarat PembelajaranCoba kalian perhatikan pagar rumah di sekitar kalian. Pagar-pagartersebut banyak yang terbuat dari besi dan dicat supaya kelihatanbagus. Apa tujuan dari pengecatan pagar selain membuat pagarkelihatan bagus? Jelaskan.Kata Kunci• Elektrolisis•Hukum Faraday• ElektroplatingElektrolisisHukumFaradayProduksizatElektroplatingPencegahankorosiPembuatanlogam Na,Ca.AnodeKatodeOksidasiReduksiSelmerkuriSelmembranPelapisansengterjadi diPengecatanPelapisantimahPelapisankrommengalamimengalamimengalamiberlakuditerapkancontohcontoh
79BBa b 3 ElektrolisisElektrolisis adalah reaksi redoks yang tidak bisa berlangsungspontan. Sel elektrolisis menggunakan listrik untuk melang-sungkan reaksinya. Hal ini kebalikan dari sel Volta yangberlangsung spontan dan menghasilkan energi listrik.Pada Gambar 3.1(a) terlihat jika sel Volta dibiarkan berfungsisecara spontan, maka elektron akan mengalir dari seng ketembaga dan reaksi yang terjadi sebagai berikut.Zn(s) + Cu2+(aq) o Zn2+(aq) + Cu(s) Eosel = 1,097 VJika elektrode dihubungkan dengan arus searah padaGambar 3.1, maka elektron mengalir berlawanan arah. Energilistrik digunakan untuk menghasilkan perubahan kimia yangtidak berlangsung secara spontan dalam reaksi elektrolisis. Reaksidalam sel elektrolisis yang terjadi merupakan kebalikan darireaksi sel Volta di atas.Cu(s) + Zn2+(aq) o Cu2+(aq) + Zn(s) Eosel = –1,097 VJika perbedaan potensial melebihi 1,097 V digunakan padasel elektrolisis pada Gambar 3.1(b) dengan seng sebagai katodedan tembaga sebagai anode, maka reaksi elektrolisis tersebutdapat terjadi. Perhitungan yang sama dapat dibuat untuk reaksielektrolisis yang lain. Tetapi pada kenyataannya, diperlukan bedapotensial yang cukup nyata agar reaksi dapat berlangsung.Tambahan potensial ini disebut ooverpotensial (overvoltage).Overpotensial disebabkan adanya interaksi antara elektrode danbagian yang terdapat dalam reaksi elektrode. Overpotensial iniumumnya terjadi jika reaksinya melibatkan gas, sehinggabesarnya overpotensial bergantung pada jenis spesi yang terlibatGambar 3.1Perbedaan selvolta dengan selelektrolisis.a. sel Voltab. sel elektrolisisA. Sel ElektrolisisSumber: General Chemistry, Hill J. W, Petrucci R. H, Mc Creary T. W, dan Perry S. S (b) (a)ZnSO4ZnSO4CuSO4CuSO4VoltmeterJembatanGaramAnodeAnodeKatodeKatodeJembatanGaramBateraiCuZnZnCu
80MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3dalam reaksi elektrolisis dan jenis elektrodeyang digunakan.1. Susunan sel elektrolisisSel elektrolisis tersusun atas sebuahwadah, elektrode, elektrolit, dan sumberarus searah. Pada sel elektrolisis tidakmemerlukan jembatan garam. Selelektrolisis disusun sesuai Gambar 3.2.Muatan elektrode berbeda dengan sel Volta. Coba kalian ingatkembali katode dan anode dalam sel Volta. Pada sel elektrolisiskatode bermuatan negatif dan anode bermuatan positif. Reaksi yangterjadi sama seperti pada sel Volta, yaitu reaksi reduksi pada katodedan reaksi oksidasi pada anode. Elektron mengalir memasuki larutanmelalui kutub negatif (katode). Spesi tertentu dalam larutanmenyerap elektron dari katode dan mengalami reduksi. Spesi yanglain melepaskan elektron di anode dan mengalami oksidasi.2. Reaksi-reaksi di katodeReaksi elektrolisis yang terjadi di katode bergantung pada jeniskation dalam larutan. Jika kation berasal dari logam-logam aktif(logam golongan IA, golongan IIA, Al, dan Mn), di mana potensialelektrode logam tersebut lebih negatif daripada air, maka yangtereduksi adalah air. Jika kationnya selain logam yang telahdisebutkan di atas, maka yang akan tereduksi adalah kationnya.ContohElektrolisis larutan CuSO4 yang tereduksi adalah ion Cu2+.Reaksi yang terjadi di katode adalah sebagai berikut.Cu2+(aq) + 2e–o Cu(s)3. Reaksi-reaksi di anodeElektrode positif (anode) yang ikut bereaksi dengan melepaselektron mengalami oksidasi, hal ini tergantung dari jeniselektrodenya. Pada umumnya logam mempunyai potensialoksidasi yang lebih besar daripada air atau anion sisa asam. Jikaelektrode terbuat dari elektrode inert seperti Pt, Au, dan grafit (C),maka reaksi anode tergantung pada jenis anion dalam larutan.Anion sisa asam oksi seperti SO42–, NO3–, dan PO43– mempunyaipotensial oksidasi lebih positif daripada air, sehingga jika terdapatanion-anion tersebut maka yang teroksidasi adalah air. Jika anionlebih mudah dioksidasi daripada air seperti Br–dan I–, maka anionitu akan teroksidasi.Gambar 3.2Skema susunan selelektrolisis.Cari literatur diperpustakaansekolah kaliantentang reaksi-reaksielektrolisis. Buatskema reaksi-reaksi elektrolisisyang terjadi dikatode dananode.Komunikasikandengan temankalian.KegiatanMandiriKegiatanMandiriPada sel Voltakatode bermuatanpositif dan anodebermuatan negatif.Larutanelektrolitee–+KatodeAnode–+
81BBa b 3 ElektrolisisContohElektrolisis larutan CuCl2. Reaksi yang terjadi di anodeadalah sebagai berikut.4OH–(aq) o 2H2O(l) + O2(g) + 4e–Kerjakan di buku latihan kalian.1. Tuliskan reaksi elektrosis berikut, jika menggunakanelektrode Pt.a. Larutan MgBr2b. Larutan ZnSO4c. Lelehan MgCl2d. Lelehan Al2O32. Tuliskan reaksi elektrolisis larutan AgNO3 dengan katodeFe dan anode Ag.B. Meramalkan Reaksi ElektrolisisKerjakan di buku latihan kalian.1. Apa yang dimaksud denganelektrolisis?2. Jelaskan perbedaan sel Voltadengan sel elektrolisis.3. Kapan dibutuhkan overpotensialpada elektrolisis? Jelaskan.4. Jelaskan susunan dari sel elektrolisis.5. Kelas XII IPA-2 melakukaneksperimen elektrolisis. Zat yangdigunakan adalah NaBr Cair.a. Tulis reaksi yang terjadi dianode.b. Tulis reaksi yang terjadi dikatode.6. Mengapa logam-logam alkali danalkali tanah tidak dapat dibuatdengan elektrolisis larutan garamkloridanya? Jelaskan.7. Sebutkan unsur-unsur yangdihasilkan dari elektrolisis larutangaram litium, iodium, dan seng.Jelaskan.1Ada beberapa faktor yang mempengaruhi hasil elektrolisis,maka dari itu dalam menuliskan reaksi elektrolisis perlumemperhatikan hal berikut.
82MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3+1) Overpotensial. Overpotensial umumnya terjadi jika reaksinyamelibatkan gas. Misalnya overpotensial pada penggunaan seldengan H2(g) pada katode raksa kira-kira 1,5 V, sedangkanpada katode platina adalah nol.2) Jika zat yang dielektrolisis mengandung beberapa spesi yangmampu menjalani oksidasi dan reduksi, maka akan terjadikompetisi reaksi pada elektrode.Jika NaCl cair dielektrolisis dengan mengalirkan arus listrik kedalam lelehan NaCl tersebut, maka terjadi satu reaksi oksidasidan satu reaksi reduksi di mana NaCl(l) akan terurai menjadilogam natrium dan gas klor.Katode : 2Na+(aq) + 2e–o 2Na(s)Anode : 2Cl–(aq)o Cl2(g) + 2e– 2 Na+(aq) + 2Cl–(aq) o 2Na(s) + Cl2(g)Pada elektrolisis NaCl(aq) dapat terjadi dua macam setengah-reaksi oksidasi dan dua macam setengah reaksi reduksi.Katode : 2Na+(aq) + 2e–o 2Na(s) Eo = –2,71 V ... (1) 2H2O(l) + 2e–o H2(g) + 2OH-(aq)Eo= –0,83 V . . . . . . (2)Anode : 2Cl–(aq) o Cl2(g) + 2e– Eo = –1,36 V ... (3) 2H2O(l) o O2(g) + 4H+(aq) + 4e–Eo = –1,23 V ..... (4)Untuk setengah reaksi oksidasi potensial elektrode padapersamaan (3) dan (4) sama besarnya. Harga yang tepattergantung pada Cl– dan H+. Jika larutan NaCl dipekatkan, makacenderung terjadi reaksi ke (3) atau pembentukan klor. Jikalarutan NaCl diencerkan, maka cenderung terjadi reaksi ke (4)atau pembentukan gas oksigen.Untuk setengah reaksi reduksi yang cenderung terjadi reaksi ke(2) atau reduksi air. Namun jika raksa digunakan sebagai katode,maka yang cenderung terjadi reaksi ke (1). Hal ini karenaoverpotensial gas hidrogen pada raksa tinggi.Dari penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa spesi yangmengalami reduksi di katode adalah yang mempunyai potensialelektrode lebih positif. Sedangkan spesi yang mengalami oksidasidi anode adalah yang mempunyai potensial elektrode yang lebihnegatif.3) Elektrode inert atau elektrode aktif.Elektrode yang digunakan pada elektrolisis NaCl(l) danNaCl(aq) merupakan elektrode yang inert. Elektrode inert
83BBa b 3 Elektrolisisadalah elektrode yang tidak terlibat dalam reaksi. Sebaliknyaelektrode aktif adalah elektrode yang terlibat langsung dalamsetengah reaksi, sehingga dalam meramalkan reaksinya kitaharus mempertimbangkan bahan dari elektrode yangdigunakan.Ramalkan reaksi elektrolisis larutan AgNO3 yang dielektrolisismenggunakana. elektrode platina,b. anode perak dan katode platina.Jawaba. Elektrode platina bersifat inert sehingga yang ada dalamlarutan hanya ion Ag+, ion NO3–, dan molekul air. Potensialreduksi ion perak lebih positif daripada air sehingga ionperak lebih mudah direduksi.Katode : Ag+(aq) + e–o Ag(s)Eo = 0,800 VKarena ion NO3 mempunyai atom N dengan bilanganoksidasi paling tinggi (+5), maka tidak dapat dioksidasi,sehingga reaksi oksidasi yang mungkin hanya molekul air.Anode : 2H2O(l) o O2(g) + 4H+(aq) + 4e–Eo = –1,23 VReaksi elektrolisis yang terjadi4Ag+(aq) + 2H2O(l) elektrolisiso 4Ag(s) + O2(g) + 4H+(aq)b. Setengah-reaksi reduksi pada katode sama dengan bagian a.Katode : Ag+(aq) + e–o Ag(s)Eo = 0,800 VTetapi anode perak merupakan elektrode aktif, sehinggayang teroksidasi pada anode adalah perak.Anode : Ag(s) o Ag+(aq) + e–Keseluruhan reaksi elektrolisis merupakan perpindahan Agsebagai Ag+ melalui larutan dari anode ke katode.Ag(s) anode elektrolisiso Ag(s) katodeContoh
84MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3Kerjakan di buku latihan kalian.1. Ramalkan reaksi elektrolisis NaNO3(aq) dengan elektrodeplatina.2. Ramalkan reaksi elektrolisis KI(aq) dengan elektrodeplatina.Banyaknya perubahan kimia yang dihasilkan berbandinglurus dengan jumlah listrik yang lewat. Fakta ini ditemukan olehMichael Faraday pada tahun 1834. Jumlah zat pereaksi yangdiperlukan atau jumlah zat yang terbentuk selama proseselektrolisis berhubungan dengan(1) massa molar zat,(2) jumlah listrik yang digunakan, dan(3) jumlah elektron yang dipindahkan pada reaksi elektrode.Satuan standar listrik yang menyatakan banyaknya elektronyang melewati elektrolit adalah coulomb. Muatan satu elektronadalah sebesar –1,6022 × 1019 C. Arus listrik dinyatakan denganC. Hukum FaradayKerjakan di buku latihan kalian.1. Apa yang dimaksud denganelektrode inert? Berikan contohnya.2. Untuk membuat logam kaliumdalam industri digunakan proseselektrolisis lelehan kalium kloridadengan elektrode karbon. Ramal-kan reaksi yang terjadi pada proseselektrolisis.3. Ramalkan reaksi elektrolisis larutannikel sulfat dengan elektrode grafit.4. Tulis reaksi elektrolisis daria. larutan nikel sulfat denganelektrode tembaga,b.larutan ZrBr2 dengan elektro-da karbon,c.larutan NaOH dengan elektro-da platina,d. larutan perak nitrat dengankatode platina dan anodeperak2
85BBa b 3 Elektrolisisampere (A) yang merupakan laju aliran muatan listrik. Arus satuampere adalah aliran satu coulomb per detik.1A = 1 C detik–1Muatan listrik = kuat arus × waktuHukum Faraday I berbunyi::“Massa zat yang dilepaskan selama elektrolisis berbanding lurusdengan jumlah listrik yang digunakan”Jika massa zat yang dilepaskan (G) setara dengan muatanlistrik (Q), makaG | QG = i × tHukum Faraday II berbunyi:“Massa zat yang dilepaskan pada elektrolisis berbanding lurusdengan massa ekuivalen zat itu” G = MEPenggabungan hukum Faraday I dan II menghasilkanpersamaan baru sebagai berikut.G = k × i × t × MEk merupakan tetapan yang ditemukan Faraday yaitu sebesar196500. Muatan 96500 C (lebih tepat 96487 C) sebanding dengan1 mol elektron yang lewat. Besarnya kelistrikan ini disebut satufaraday.Jadi, untuk mencari berat zat yang dihasilkan pada proseselektrolisis dapat menggunakan persamaan berikut.96500itGMEu udenganG= massa zat yang dihasilkan ............. (g)i= kuat arus ....................... (ampere (A))t= waktu....................................... (detik)ME= massa ekuivalen ............................ (g)1 faraday =1 mol elektron =9,65 × 104 C
86MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 31. Berapa emas dan klor yang terbentuk, jika arus listrik 10 Amelewati larutan emas(III) klorida selama 6 menit?(Ar Au = 196,73; Ar Cl = 35,45). Diketahui reaksi padaelektrode.Katode: Au3+(aq) + 3e–o Au(s)Anode: 2Cl–(aq) o Cl2(g) + 2e–JawabMassa ekuivalen Au adalah 196 973, = 65,66 gramMassa ekuivalen Cl2 adalah 35 451,= 35,45 gramAu yang terbentuk = 96500itMEuu= 10 36065 6696500,uu= 2,45 gramCl2 yang terbentuk = 96500itMEuu= 10 36054596500,uu= 1,32 gramJadi, emas yang terbentuk 2,45 g dan klor yang terbentuk 1,32 g.2. Berapa waktu yang diperlukan untuk mengendapkan 5,60gram besi dalam larutan besi (III) klorida dengan arus 5 A?(Ar Fe = 55,85). Diketahui reaksi pada katode:Fe3+(aq) + 3e–o Fe(s)JawabMassa ekuivalen Fe adalah 55 853, = 18,62 gram96500 C5A ×5,6 g18 62 gram96500 C5804itGMEt,tuuuJadi, waktu yang diperlukan 5804 detik.Contoh1 A = 1 C detik–1
87BBa b 3 ElektrolisisKerjakan di buku latihan kalian.1. Berapa menit waktu yang diperlukan dalam elektrolisisCuSO4(aq) untuk mengendapkan 1 gram Cu pada katodedengan arus sebesar 2,25 A?2. Suatu sel elektrolit berisi AgNO3(aq) dengan elektrodeplatina. Jika terdapat 2,175 gram endapan Ag(s) padakatode dengan elektrolisis selama 21 menit 12 detik. Hitungberapa ampere arus yang digunakan.Ada beberapa aplikasi penggunaan elektrolisis terutama dalamdunia industri. Beberapa diantaranya adalah untuk memproduksizat-zat kimia dan untuk pemurnian logam.1. Produksi zatElektrolisis berperan penting dalam industri manufaktur danpemurnian zat kimia. Beberapa zat kimia yang dapat diperolehdengan proses elektrolisis adalah natrium, kalsium, magnesium,aluminium, tembaga, seng, perak, hidrogen, klor, fluor, natriumhidroksida, kalium dikromat, dan kalium permanganat.D. Aplikasi ElektrolisisKerjakan di buku latihan kalian.1. Sebutkan faktor-faktor yang mem-pengaruhi jumlah zat pereaksiyang diperlukan atau jumlah zatyang terbentuk selama poseselektrolisis.2. Pada elektrolisis larutan timah (II)klorida dengan elektrode karbondigunakan arus 1,93 A. Hitungwaktu yang diperlukan untukmendapatkan endapan 1,19 Sn.(Ar Sn =119).3. Apa perbedaan dari hukum FaradayI dan II? Jelaskan.4. Diketahui larutan CuSO4 dielek-trolisis dengan arus 2,25 A selama22,5 menit. Hitung massa endapanCu yang dihasilkan di katode.5. Berapa muatan elektron yangdiperlukan untuk menghasilkan 25 gCu (s) di katode dalam elektrolisisCuSO4(aq)?3
88MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3Salah satu proses elektrolisis yang penting untuk keperluankomersial adalah elektrolisis larutan natrium klorida. Proseselektrolisis larutan natrium klorida disebut proses klor-alkali.Elektrolisis larutan NaCl menghasilkan natrium hidroksida di katodedan gas klor di anode. Reaksi secara keseluruhan sebagai berikut. 2Na+(aq) + 2Cl–(aq) o 2Na+(aq) + 2OH–(aq) + H2(g) + Cl2(g)Permasalahan yang muncul padaproses klor-alkali adalah bagaimanamenjaga agar gas klor yangterbentuk tidak kontak denganlarutan NaOH. Dalam larutan alkaliCl2 akan terdispro-porsionasimenghasilkan ClO– dan Cl–. Untukmencegah hal tersebut, maka ruangkatode dan anode dipisahkanmenggunakan sekat yang disebut seldiafragma. Sel diafragma jugamenjaga bercampurnya gas hidrogendan gas klor, karena kedua gas tersebut dapat menyebabkanterjadinya ledakan apabila bercampur.Sel diafragma terbuat dari suatu selaput berpori yang dapatdilalui ion-ion, namun tetap dapat menahan percampuranlarutan. Anode pada sel diafragma dibuat khusus dari logamtitanium. Diafragma dan katode terdiri atas unit yang terbuat daripolimer asbes ditempatkan pada logam berpori.Ruang katode yang dipisahkan oleh sel diafragma mengan-dung campuran NaOH (10-12%) dan NaCl (14-16%). Larutan dariruang katode tersebut dipekatkan dengan penguapan danpemurnian dengan pengkristalan natrium klorida. Hasil akhir dalamproses klor-alkali ini adalah 50% NaOH(aq) dengan 1% NaClsebagai pengotor. Klor yang dihasilkan juga terdapat 1,5% O2(g)sebagai pengotor yang disebabkan proses oksidasi.Gambar 3.3Sel DiafragmaTahukah KalianTahukah Kalian??Harga Eosel menunjukkan bahwa elektrolisis NaCl(aq) hanyamemerlukan arus searah dengan tegangan lebih dari 2,19 V.Karena tahanan dalam dari sel elektrolisis dan overpotensialpada elektrode, maka diperlukan suatu tegangan yang agak lebihtinggi, yaitu sekitar 3,5 V.Sumber: General Chemistry,Hill J. W, Petrucci R. H, McCreary T. W, dan Perry S. S
89BBa b 3 Elektrolisis2. Sel merkuriHasil dari proses sel diafragma banyak dimanfaatkan untukberbagai keperluan, misalnya pada pembuatan rayonmemerlukan NaOH(aq) dengan kemurnian yang tinggi. Suatuproses elektrolisis yang menghasilkan NaOH(aq) dengankemurnian yang lebih tinggi adalah sel merkuri.Katode merkuri mempunyai overpotensial yang lebih tinggiuntuk mereduksi H2O menjadi OH– dan H2(g), sehingga reduksiyang terjadi adalah Na+(aq) menjadi Na(l) yang larut dalammerkuri membentuk suatu amalgam berupa 0,5 % Na.Reaksi yang terjadi dalam sel merkuri sebagai berikut.Katode: 2Na(aq) + 2e–o 2Na(dalam Hg)Anode: 2Cl–(aq) o Cl2(g) + 2e– 2Na(aq) + 2Cl–(aq) o 2Na(dalam Hg) + Cl2(g)Jika amalgam Na yang dikeluarkan dari sel ditambah air, makaakan terbentuk NaOH(aq) dan merkuri cair dikembalikan lagi kedalam sel elektrolisis.2Na(dalam Hg) + 2H2O(l) o 2Na+(aq) + 2OH–(aq) + H2(g) + Hg(l)Keuntungan sel merkuri dapat menghasilkan NaOH pekatdengan kemurnian tinggi. Kelemahannya adalah memerlukanenergi listrik yang lebih banyak, disamping itu merkuri mempunyaidampak negatif terhadap lingkungan.3. Sel membranProses klor-alkali yang ideal adalah efisien dari segi energidan tidak membahayakan lingkungan. Jenis sel yang memberikankeuntungan ini adalah sel membran. Sel membran sama dengansel diafragma, hanya saja diafragma berpori diganti dengan suatumembran penukar kation dari polimer.+Jika sebuah arus 1 A dilewatkan melalui sel diafragma secarakontinu selam 24 jam, jumlah Cl2 yang diperoleh hanya 32 gram.Ini merupakan kecepatan produksi yang tidak berarti untuktujuan komersial. Jika sebuah sel menghasilkan 1 ton Cl2 per hari,maka diperlukan arus sekitar 31 A. Proses elektrolisis pada industriklor-alkali memerlukan sekitar 0,5 % dari seluruh daya listrik yangdiproduksi tiap tahun di Amerika Serikat.
90MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 34. ElektroplatingElektroplating (penyepuhan) merupakan proses elektrolisisyang dapat digunakan untuk melapisi logam dengan logamlainnya. Elektroplating dimanfaatkan untuk melindungi logam darikorosi dan memperbaiki penampilan benda. Biasanya benda yangdisepuh terbuat dari logam yang murah seperti besi lalu disepuhdengan logam yang mahal seperti emas dan perak. Harga produkakhir menjadi jauh lebih mahal jika logam tersebut disepuh. Contohjam tangan yang dilapisi dengan emas atau sendok yang dilapisidengan perak melalui proses elektroplating.Proses elektroplating perak dapatdilihat pada Gambar 3.4. Sendok dari besiyang akan dilapisi dengan perakdiletakkan sebagai katode, sedangkansepotong logam perak murni sebagaianode. Reaksi yang terjadi sebagai berikut.Katode : Ag+(aq) + e–o Ag(s)Anode : Ag(s)o Ag+(aq) + e– Ag (Anode)o Ag (Katode)Pada industri skala besar elektroplatingdigunakan untuk proses pemurnian logamtembaga. Tembaga dengan kemurniantinggi sangat diperlukan terutama jikadigunakan sebagai penghantar listrik(kabel), karena pengotor dapat mengurangikonduktivitas listrik tembaga. Tembagakotor sebagai anode, sedangkan lembar tipistembaga murni sebagai katode. Prosessecara keseluruhan merupakan transferatom tembaga dari anode ke katode.Katode: Cu2+(aq) + 2e–o Cu(s) murniAnode: Cu(s) kotor o Cu2+(aq) +2e– Cu(s) kotor o Cu(s) murniTembaga teroksidasi lebih cepatdaripada perak dan emas. Logam tersebutbiasanya merupakan pengotor tembaga yang mengumpul dibawah anode pada sel elektrolisis. Kumpulan logam berhargatersebut disebut lumpur-anode yang biasanya cukup untukmembayar biaya pemurnian (electrorefining) tembaga.++Gambar 3.4Elektroplatingsendok denganperak.Sumber: General Chemistry,Hill J. W, Petrucci R. H, McCreary T. W, dan Perry S. SGambar 3.5ElektrolisispemurniantembagaBateraiSumber: General Chemistry,Hill J. W, Petrucci R. H, McCreary T. W, dan Perry S. SAnodeTembagakotorTembagamurniKatodeBaterai
91BBa b 3 ElektrolisisKorosi adalah reaksi redoks antara suatu logam dengansenyawa lain yang terdapat di lingkungannya (misal air danudara) dan menghasilkan senyawa yang tidak dikehendaki.Peristiwa korosi kita kenal dengan istilah perkaratan. Korosi initelah mengakibatkan kerugian bermilyar rupiah setiap tahunnya.Biasanya logam yang paling banyak mengalami korosi adalah besi.Korosi terjadi melalui reaksi redoks, dimana logam mengalami oksidasi,sedangkan oksigen mengalami reduksi.Karat logam umumnya berupa oksidaatau karbonat. Karat pada besi berupazat yang berwarna cokelat-merahdengan rumus kimia Fe2O3·xH2O.Oksida besi (karat) dapat mengelupas,sehingga secara bertahap permukaanyang baru terbuka itu mengalami korosi.Berbeda dengan aluminium, hasil korosiberupa Al2O3 membentuk lapisan yang melindungi lapisan logamdari korosi selanjutnya. Hal ini dapat menerangkan mengapa pancidari besi lebih cepat rusak jika dibiarkan, sedangkan panci darialuminium lebih awet.Korosi secara keseluruhan merupakan proses elektrokimia.Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi sebagai anode, di manabesi mengalami oksidasi.Fe(s) o Fe2+(aq) + 2e–Elektron yang dibebaskan dalam oksidasi akan mengalir kebagian lain untuk mereduksi oksigen.O2(g) + 2H2O(l) + 4e–o 4OH–(l)Ion besi(II) yang terbentuk pada anode akan teroksidasimembentuk besi(III) yang kemudian membentuk senyawa oksidaterhidrasi Fe2O3·xH2O yang disebut karat.1. Faktor-faktor penyebab korosi besiPenyebab utama korosi besi adalah oksigen dan air. Proseskorosi pada besi dapat dilihat pada Gambar 3.7. Kalian dapatmempelajari lebih lanjut faktor-faktor penyebab korosi denganmelakukan aktivitas berikut.Gambar 3.6Korosimenyebabkanbanyak kerugianseperti terjadi padamobil tua ini.E. KorosiSumber: General Chemistry,Hill J. W, Petrucci R. H, McCreary T. W, dan Perry S. S
92MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3Mempelajari korosi pada besiAlat-tabung reaksi-pemanas air-amplasBahan-paku-kapas-air-minyak tanah-aquades-CaCl2 (higroskopis atau menyerap air)Cara kerja1. Ambil 4 tabung reaksi dan beri nomor 1 sampai 4.2. Tabung 1, masukkan 5 ml aquades.3. Tabung 2, masukkan 2 gram kristal CaCl2, di atasnyadiletakkan kapas kering.4. Tabung 3, masukkan air yang sudah didihkan hinggapenuh.5. Tabung 4, masukkan 10 ml minyak tanah (lebih tinggi daritinggi paku).6. Amplas 4 batang paku hingga bersih, kemudian masukkanke dalam masing-masing tabung.7. Tutup tabung 2 dan 3 dengan sumbat karet hingga rapat8. Simpan semua tabung selama 2 hari, kemudian amati apayang terjadi.Gambar 3.7Skema yangmenggambarkanproses korosi padabesi.Sumber: General Chemistry, Hill J. W, Petrucci R. H, Mc Creary T. W, dan Perry S. SO2(g)O2(g)KaratFe2O3.xH2OKatode:O2( g) + 2H2O( l ) + 4eo 4OH–(l)Anode:Fe( s)o Fe2+( aq) + 2e Fe2+ Fe2+ Fe2+––
93BBa b 3 ElektrolisisHasil pengamatanBuat dan lengkapi tabel berikut pada buku kerja kalian.Evaluasi dan kesimpulanKerjakan di buku kerja kalian.1. Apa paku pada tabung yang terjadi perkaratan terdapatoksigen dan air?2. Apakah paku pada tabung yang tidak terjadi perkaratantidak terdapat oksigen dan air?3. Tulis kesimpulan apa yang kalian peroleh dari kegiatan inidan diskusikan dengan teman kalian.2. Tehnik pencegahan korosi besiKorosi pada besi menimbulkan banyak kerugian, karenabarang-barang atau bangunan yang menggunakan besi menjaditidak awet. Korosi pada besi dapat dicegah dengan membuatbesi menjadi baja tahan karat (stainless steel), namun proses inimembutuhkan biaya yang mahal, sehingga tidak sesuai dengankebanyakan pengunaan besi.Cara pencegahan korosi pada besi dapat dilakukan sebagaiberikut.a. PengecatanFungsi pengecatan adalah untuk melindungi besi kontakdengan air dan udara. Cat yang mengandung timbal danseng akan lebih melindungi besi terhadap korosi. Pengecatanharus sempurna karena jika terdapat bagian yang tidaktertutup oleh cat, maka besi di bawah cat akan terkorosi.Pagar bangunan dan jembatan biasanya dilindungi darikorosi dengan pengecatan.b.Dibalut plastikPlastik mencegah besi kontak dengan air dan udara.Peralatan rumah tangga biasanya dibalut plastik untukmenghindari korosi.TabungPengamatan (berkarat/tidak)Tabung 1....Tabung 2....Tabung 3....Tabung 4....
94MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3c.Pelapisan dengan krom (Cromium plating)Krom memberi lapisanpelindung, sehingga besi yangdikrom akan menjadi mengkilap.Cromium plating dilakukandengan proses elektrolisis. Kromdapat memberikan perlin-dungan meskipun lapisan kromtersebut ada yang rusak. Cara iniumumnya dilakukan padakendaraan bermotor, misalnya bumper mobil.d. Pelapisan dengan timah (Tin plating)Timah termasuk logam yang tahan karat. Kaleng kemasandari besi umumnya dilapisi dengan timah. Proses pelapisandilakukan secara elektrolisis atau elektroplating. Lapisantimah akan melindungi besi selama lapisan itu masih utuh.Apabila terdapat goresan, maka timah justru mempercepatproses korosi karena potensial elektrode besi lebih positif daritimah.e.Pelapisan dengan seng (Galvanisasi)Seng dapat melindungi besi meskipun lapisannya ada yangrusak. Hal ini karena potensial elektrode besi lebih negatifdaripada seng, maka besi yang kontak dengan seng akanmembentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katode.Sehingga seng akan mengalami oksidasi, sedangkan besi akanterlindungi.f.Pengorbanan anode (Sacrificial Anode)Perbaikan pipa bawah tanah yangterkorosi mungkin memerlukanperbaikan yang mahal biayanya.Hal ini dapat diatasi dengan tekniksacrificial anode, yaitu dengan caramenanamkan logam magnesiumkemudian dihubungkan ke pipa besimelalui sebuah kawat. Logammagnesium itu akan berkarat,sedangkan besi tidak karenamagnesium merupakan logam yang aktif (lebih mudahberkarat).Gambar 3.8Cromium Platingmembuat bumpermobil ini tahankarat.Gambar 3.9Scrificial anodemagnesiumdipasang padabadan kapal untukmencegah korosi.Sumber: Dokumentasi PenerbitSumber: Chemistry, TheMolecular Nature of Matter andChange, Silberberg M. S
95BBa b 3 ElektrolisisKerjakan di buku latihan kalian.1. Mengapa air, larutan elektrolit,dan oksigen menyebabkan korosipada besi? Jelaskan.2. Jelaskan mengapa sacrificial anodedapat melindungi besi dari korosi.3. Jelaskan penyebab terjadinyakorosi.4. Sejak tahun 1930, pelapisan krommenggantikan nikel untukmelindungi dan melawan karatanpada bumper mobil. Bumper mobildibuat dari baja. Bagaimana carapelapisan krom melindungi baja darikaratan?.5. Mengapa kaleng makanan yangterbuat dari lembaran tipis besiberlapis timah tidak boleh terkelupaspermukaannya? Jelaskan.4Kerjakan di buku latihan kalian.1. Elektrolisis dapat digunakan di dunia industri. Sebutkanindustri apa saja yang menggunakan proses elektrolisis?Jelaskan.2. Apa yang kalian ketahui tentang sel diafragma?3. Apa perbedaan sel diafragma dan sel membran? Jelaskan.4. Ada panci yang terbuat dari besi dan panci terbuat darialuminium. Mengapa panci yang terbuat dari aluminiumlebih awet? Jelaskan.5. Jelaskan cara pencegahan korosi pada besi.
96MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 31. Sel elektrolisis mengubah energi listrik menjadi energi kimia.Elektrolisis mengandung arti penguraian oleh listrik,sehingga dalam elektrolisis diperlukan energi listrik agarsuatu reaksi dapat berlangsung.2. Anode dalam elektrolisis merupakan elektrode positif(berbeda dengan sel Volta) sedangkan katode merupakanelektrode negatif. Proses yang terjadi dalam anode adalahreaksi oksidasi, sedangkan dalam katode terjadi reaksireduksi.3. Banyaknya perubahan kimia yang dihasilkan dalam proseselektrolisis berbanding lurus dengan jumlah listrik yanglewat. Pernyataan ini dikemukakan oleh Faraday yangmengeluarkan dua hukum, yaitua. massa zat yang dilepaskan selama elektrolisisberbanding lurus dengan jumlah listrik yang digunakan,b.massa zat yang dilepaskan pada elektrolisis berbandinglurus dengan massa ekuivalen yang digunakan.4. Dalam kehidupan sehari-hari prinsip elektrolisis dipakaiuntuk membuat berbagai produk unsur seperti gas oksigen,gas hidrogen, berbagai logam seperti Na, tembaga, emas,dan sebagainya, serta digunakan dalam pelapisan berbagailogam untuk melindungi logam dari korosi yang dikenaldengan nama elektroplating.
97BBa b 3 ElektrolisisA. Jawab pertanyaan di bawah ini dengan benar pada buku latihan kalian.1. Tuliskan reaksi elektrolisis berikut.a. Larutan NaCl dengan elektrodeC.b.Lelehan NaCl dengan elektrodeC.c.Larutan CuSO4 dengan elek-trode Ni.d. Larutan CuSO4 dengan elek-trode Pt.2. Jelaskan proses elektroplatingpada sendok dan tuliskan pulareaksinya.3. Berapa massa perak yang meng-endap di katode, jika jumlah listrikyang mengalir melalui larutanAg+(aq) sebesar 0,25 A selama 20menit. (Ar Ag = 108).4. Gelang Bu Ahmad memiliki luaspermukaan 4 cm2 akan dilapisiperak dengan cara elektrolisis.Elektrolit yang digunakan Ag(Cn)2–(aq) dan arus listrik yang digunakan0,5 ampere selama 2 jam. Hitunga. massa perak yang melapisigelang Bu Ahmad tersebut.b.ketebalan lapisan perak jikamassa jenis perak 10,5 g cm–3.5. Jika arus listrik sebesar 1,07 amperdialirkan ke larutan asam sulfat,maka gas hidrogen yang dihasilkanpada STP 222 mL. Waktu yangdiperlukan untuk proses elektrolisisadalah 30 menit. Hitung tetapanFaraday.B. Pilih salah satu jawaban yang paling tepat pada buku latihan kalian.1. Zat yang dihasilkan pada katodedalam elektrolisis larutan natriumklorida adalah ....a. NaClb.gas O2c.H2 dan NaOHd. gas Cl2e.logam Na2. Zat yang menghasilkan gas hidro-gen di anode, jika dielektrolisisadalah ....a. NH3d. HClb.KHSO4e.NaHc.Na2SO43. Berikut merupakan reaksi yangterjadi di anode pada elektrolisislarutan tembaga(II) sulfat denganelektrode tembaga adalah ....a. Cu2+(aq) + 2e–o Cu(s)b.SO42–(aq) + H2O(l) o H2SO4(aq) +O2(g) + 2e–c.H2O(l) + 2e–o 2OH–(aq) + H2(aq)d. Cu(s) o Cu2+(aq) + 2e–e.2H2O(l) o 4H+(aq) + O2(g) + 4e–
98MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 34. Massa perak yang diendapkan, jikaarus listrik 5 A dialirkan ke dalamlarutan AgNO3 selama 2 jamadalah ... gram.a. 24,90d. 42,09b. 29,40e.49,20c.40,295. Pada elektrolisis KI dengan elek-trode C, yang terjadi pada anodeadalah ....a. logam Kd. H2Ob. K+e.I2c.I–6. Logam yang dapat mencegahkorosi pipa besi yang ditanam didalam tanah adalah ....a. nikeld. tembagab. timahe.plumbunc.magnesium7. Dalam proses elektrolis larutanCuSO4, arus listrik sebanyak 0,1 Fdilewatkan selama 2 jam. Makajumlah tembaga yang mengendappada katode adalah ... mol.a. 0,05d. 0,25b. 0, 1e.0, 2c.0,28. Zat berikut yang mempunyai sifatmereduksi adalah ....a. amilumd. selulosab.laktosae.seluloidc.sakarosa9. Pada suatu elektrolisis sejumlaharus tertentu dalam waktu 2 jammembebaskan 0,504 gram H2 (H = 1).Banyaknya O2(O = 16) yang dapatdibebaskan oleh arus yang samadalam waktu yang sama adalah ...gram.a. 1d. 4b.2e.5c.310. Pada proses elektrolisis larutanNiSO4 arus listrik 2 ampere dialir-kan selama 9.650 detik, makajumlah elektron yang mengalirselama proses ini adalah ....a. 6,02 u 1023d.60,20 u 1023b.1,20 u 1023e.3,01 u 1023c.12,04 u 1023