Kelas XII Semester 1 Oleh Drs. Supriyanto
Kompetensi dasar : 3.3
Mengevaluasi gejala atau proses yang terjadi dalam contoh sel elektrokimia (sel Volta dan sel elektrolisis) dalam kehidupan.
3.4
Menganalisis faktor-faktor yang memengaruhi terjadinya korosi dan mengajukan ide/gagasan untuk mengatasinya.
3.5
Menerapkan hukum/aturan dalam perhitungan terkait sel elektrokimia.
Indikator Pencapaian Kompetensi 1. Menuliskan susunan dan notasi sel volta suatu reaksi 2. Menjelaskan proses yang terjadi dalam sel elektrokimia (sel Volta dan sel elektrolisis). 3. Mengidentifikasi setengah reaksi yang terjadi di anoda dan katoda 4. Menghitung potensial sel standar (Eosel) dari reaksi redoks 5. Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya korosi dan mengajukan ide/gagasan untuk mengatasinya. 6. Memprediksi produk yang dihasilkan pada suatu sel elektrolisis
7. Melakukan perhitungan sel elektrolisis menggunakan Hukum Farady
Elektrokimia : Merupakan bagian dari ilmu kimia yang mempelajari hubungan antara perubahan kimia dengan arus listrik.
Sel Elektrokimia :
Tempat berlangsungnya reaksi kimia sehingga menghasilkan arus listrik atau tempat berlangsungnya reaksi kimia karena pengaruh adanya arus listrik
Reaksi kimia yang terjadi di sel elektrokimia adalah reaksi Redoks (Reduksi dan Oksidasi)
Sel Elektrokimia terdiri atas Sel Volta dan Sel Elektrolisis
Perbedaan dan Persamaan Sel Volta
Sel Elektrolisis
Memiliki elektroda (Katoda dan Anoda)
Memiliki elektroda (Katoda dan Anoda)
Katoda (Reduksi) Anoda (Oksidasi)
Katoda (Reduksi) Anoda (Oksidasi)
Energi Kimia menjadi Energi Listrik
Energi Listrik menjadi Energi Kimia
Reaksinya Spontan
Reaksinya Tidak Spontan (Perlu Listrik)
Harga Potensial Sel (Eosel) = Positif
Harga Potensial Sel (Eosel) = Negatif
Arah pergerakan elektron dari Anoda ke Katoda
Arah pergerakan elektron dari Anoda ke Katoda
Arah pergerakan Ion : Ion - ke Anoda Ion ke Katoda
Arah pergerakan Ion : Ion - ke Anoda Ion ke Katoda
KaPAN (Katoda Positif, Anoda Negatif)
KNAPE (Katoda Negatif, Anoda Positif di Elektrolisis)
Sel Volta adalah : rangkaian sel yang dapat menghasilkan arus listrik.
Dalam sel tersebut terjadi perubahan dari reaksi redoks menghasilkan arus listrik
Rangkaian Sel Volta Sederhana Mengapa aliran elektron pada sel volta sederhana hanya berlangsung sesaat.........? Bagaimana mengatasinya ..... ?
Reaksi pada Anoda
Reaksi pada Anoda
Rangkaian Sel Volta dengan Jembatan garam
Zn
K+
Larutan ZnSO4
NO3-
Cu
Larutan CuSO4
Klik gambar Untuk melihat Animasi-nya
Bagaimana arus listrik terjadi ?
Apa fungsi masing – masing komponen dalam rangkaian tersebut?
Anoda : Zn(s)
Zn2+ (aq) + 2e
Katoda : Cu2+(aq) + 2e
Cu
Reaksi Sel :
Zn(s) + Cu2+(aq)
Zn2+(aq) + Cu(s)
Menggambarkan rangkaian sel Volta dan reaksi redoks yang berlangsung didalamnya Reaksi Sel : Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)
Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s)
Fe
Pt
Tuliskan reaksi setengah sel-nya dan gambarkan rangkaian sel voltanya
Zn(s) | Zn+2 (aq)||H+(aq) , H2 (g,1atm)|Pt C(s)| I-(aq) , I2 (g,1atm) || MnO4-(aq) , Mn+2 (aq)| C(s)
Cr(s) | Cr+3 (aq)||Ag+(aq) | Ag(s)
Tuliskan notasi Sel Voltanya:
Zn(s) + Ni2+(aq) Zn+2(aq) + Ni (aq) Tl+3(aq) + 2Cr2+(aq) Tl+(aq) + Cr+3(aq)
POTENSIAL SEL (Esel) Reaksi redoks pada sel elektrokimia merupakan gabungan dari dua setengah reaksi oksidasi dan reaksi reduksi. Sehingga nilai potensial sel (Esel) adalah jumlah potensial reaksi oksidasi (Eoksidasi)dan potensial reaksi reduksi (Ereduksi).
Karena reaksi oksidasi dan reaksi reduksi berlangsung secara bersamaan, maka penentuan potensial menurut konvensi IUPAC adalah Ereduksi atau disingkat Eo
Cara Pengukuran Potensial Reduksi suatu logam Logam yg Dicari
Voltmeter Elektron
Jembatan garam
Katoda
H2(g) (tekanan 1 atm) Elektroda Hidrogen Standar (sebagai ANODA)
Larutan yg sesuai dengan logam yang dicari
Cara Pengukuran Potensial Reduksi suatu logam Contoh hasil pengukuran : Anoda : H2(g) 2H+ (aq) + 2e Katoda : Cu2+(aq) + 2e Cu(s) H2 + Cu2+
2H+ + Cu
Jadi Potensial reduksi standar (Eo) nya : Cu2+(aq) + 2e Cu Eo = 0,34 Volt
Eooksidasi = 0 Volt Eoreduksi = 0,34 volt EoSel
= 0,34
Potensial sel (Esel) Tuliskan notasi sel untuk gambar berikut Voltmeter
0,34 Volt
Katoda
Anoda Eosel = +0,34 Volt
Li
Lihat
Zn
Zaman
Cu Crupuk
K
Kau
Cr
Cari
Hg Hangus
Ba
Bagai
Fe
Ferhatian
Ag
Agak
Ca
Cahaya
Cd Canda
Pt
Pait
Na
Nan
Co
Coba
Au Au
Mg Menggoda
Ni
Nikmati
Al
Sn
Suasana
Mn Manusia
Pb
Perubahan
H2O
H
Alam
Suatu LOGAM hanya mampu mereduksi ION-ION LOGAM yang ada di sebelah kanannya
Kegunaan Potensial Standar Reduksi (Eo) A. Menghitung Eosel Ada 2 cara yang dapat digunakan untuk menghitung Eosel suatu persamaan reaksi redoks (1). Menggunakan rumus menurut konvensi IUPAC, yaitu :
Eosel = EoKatoda – EoAnoda Contoh: Hitung Eosel dari reaksi redoks : Cu(s) + 2Ag+(aq) Cu2+(aq) + 2Ag(s)
Kegunaan Potensial Standar Reduksi (Eo) Dalam tabel harga Eo untuk setengah reaksi reduksi masing-masing zat adalah : Ag+(aq) + e Ag(s) Eo = +0,80 volt Cu2+(aq) + 2e Cu(s) Eo = +0,34 volt Sedangkan dari persamaan reaksi redoks Cu(s) + 2Ag+(aq) Cu2+(aq) + 2Ag(s) Diketahui bahwa: Cu teroksidasi menjadi Cu2+. Artinya Cu ada di ANODA Ag+ tereduksi menjadi Ag. Artinya Ag ada di KATODA Jadi, diperoleh : Eosel = EoKatoda – EoAnoda = (+0,80 volt) – (+0,34 volt) = +0,46 volt
Kegunaan Potensial Standar Reduksi (Eo) (2). Menggunakan persamaan reaksi sel. Tanda Eo di ANODA harus berlawanan dengan tanda yang diberikan di Tabel Dalam reaksi redoks berikut : Cu(s) + 2Ag+(aq) Cu2+(aq) + 2Ag(s) Oksidasi : Cu(s) Cu2+(aq) + 2e Reduksi : 2Ag+(aq) + 2e 2Ag(s)
Eooksidasi = -0,34 volt Eoreduksi = +0,80 volt
Sel : Cu(s) + 2Ag+(aq) Cu2+(aq) + 2Ag(s) Eosel
= +0,46 volt
Klik gambar Untuk melihat Animasi-nya
Animasi Penghitungan Potensial Sel
Kegunaan Potensial Standar Reduksi (Eo) B. Meramalkan reaksi redoks berlangsung spontan / tidak spontan Apabila nilai Eosel = POSITIF, maka reaksi redoks akan berlangsung secara spontan
Apabila nilai Eosel = NEGATIF, maka reaksi redoks akan berlangsung secara tidak spontan (Sulit bereaksi)
Kegunaan Potensial Standar Reduksi (Eo)
Contoh: Apakah reaksi redoks berikut (a). Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) (b). Cu(s) + Zn2+(aq) Cu2+(aq) + Zn(s) Berlangsung spontan / tidak spontan ?
Jawab: Pada reaksi : Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) Zn teroksidasi menjadi Zn2+, sehingga berada di Anoda, Cu2+ tereduksi menjadi Cu , sehingga berada di Katoda Dengan menggunakan data Eo di tabel dan rumus Eosel = EoKatoda – EoAnoda = (+0,34 volt) – (-0,76 volt) = +1,10 volt Nilainya Positif, berarti reaksi berlangsung spontan
Jawab: Pada reaksi : Cu(s) + Zn2+(aq) Cu2+(aq) + Zn(s) Cu teroksidasi menjadi Cu2+ , sehingga berada di Anoda Zn2+ tereduksi menjadi Zn, sehingga berada di Katoda Dengan menggunakan data Eo di tabel dan rumus Eosel = EoKatoda – EoAnoda = (-0,76 volt) – (+0,34 volt) = -1,10 volt Nilainya Negatif, berarti reaksi berlangsung tidak spontan
Kegunaan Potensial Standar Reduksi (Eo) C. Meramalkan kemampuan oksidasi dan reduksi suatu zat Semakin positif nilai Eo, artinya : Semakin mudah mengoksidasi zat lain atau sifat Oksidatornya semakin kuat Semakin mudah mengalami reduksi
Cu
Ni Pb
Cu2+
Pb2+
Zn
Ni2+
(1)
Zn Cu
Zn2+
Cu2+
Zn2+
(2)
(3) Pb
Ni
Cu
Cu
Ni2+
Cu2+
(4)
Pb2+
Cu2+
(5)
Nomor gambar , notasi sel dan harga Eosel yang tepat adalah.... Pilihan
Gambar Nomor
Notasi Sel
Nilai Eosel
A.
(1)
Cu|Cu2+||Pb2+|Pb
Positif
B.
(2)
Ni|Ni2+||Zn2+|Zn
Positif
C.
(3)
Cu|Cu2+||Zn2+|Zn
Negatif
D.
(4)
Ni|Ni2+||Cu2+|Cu
Negatif
E.
(5)
Pb|Pb2+||Cu2+|Cu
Positif
Diketahui potensial elektroda sebagai berikut: Cu2+(aq) + 2e Cu(s) Eo = +0,34 Volt Al3+(aq) + 3e Al(s) Eo = -2,70 Volt Zn2+(aq) + 2e Zn(s) Eo = -0,76 Volt Ag+(aq) + e Ag(s) Eo = +0,80 Volt Fe2+(aq) + 2e Fe(s) Eo = -0,44 Volt Notasi sel yang dapat berlangsung spontan adalah.... A. Ag|Ag+||Cu2+|Cu D. Fe|Fe2+||Zn2+|Zn B. Cu|Cu2+||Al3+|Al E. Fe|Fe2+||Al3+|Al C. Cu|Cu2+||Ag+|Ag
Sel Volta dalam kehidupan sehari – hari : Sel Primer
Sel Sekunder
Baterai Seng-Karbon
Aki (Baterai Pb)
Baterai Alkaline
Baterai Ni-Cd
Baterai Merkuri
Baterai NiMH
Baterai Perak Oksida
Baterai Ion Litium
Baterai Litium-tionil klorida
Sel Bahan Bakar Animasi Sel bahan bakar
Baterai Seng-Karbon (Sel Leclanche) Terdiri dari Katoda yang berasal dari karbon (grafit, C) dan anode logam Zeng (Zn) Elektrolit yang dipakai berupa pasta campuran MnO2, serbuk karbon dan NH4Cl
Persamaan reaksinya :
Katode : 2MnO2 + 2NH4+ + 2e Mn2O3 + 2NH3 + H2O Anode :
Zn Zn2+ + 2e
Reaksi sel : 2MnO2 + 2NH4+ + Zn Mn2O3 + 2NH3 + H2O + Zn2+
Baterai Seng-Karbon (Sel Leclanche)
Baterai Alkaline Terdiri dari Katoda yang berasal dari karbon (grafit, C) dan anode logam Zeng (Zn) Elektrolit yang dipakai berupa pasta campuran MnO2, dan KOH
Persamaan reaksinya :
Katode : 2MnO2 + H2O + 2e Mn2O3 + 2OHAnode :
Zn + 2OH- ZnO + H2O + 2e
Reaksi sel : 2MnO2 + Zn Mn2O3 + ZnO
Baterai Alkaline Kutub positif Penghubung Arus hasil reduksi terbuat dari karbon (C) Anoda (Zn) MnO2 Elektrolit KOH
Kutub negatif
Baterai Merkuri Terdiri dari Katoda yang berasal dari HgO yang dihubungkan dengan baja, Anode logam Zeng (Zn) Elektrolit yang dipakai berupa larutan KOH dan Pasta Zn(OH)2
Persamaan reaksinya :
Katode : HgO + H2O + 2e Hg + 2OHAnode :
Zn + 2OH- ZnO + H2O + 2e
Reaksi sel : HgO + Zn ZnO + Hg Potensial sel= 1,3 Volt dengan ukuran bisa kecil, tahan lama, arus dan voltasenya stabil
Baterai Merkuri
Baterai Merkuri
Baterai Perak Oksida Terdiri dari Katoda yang berasal dari Ag2O dan anode logam Zeng (Zn) Elektrolit yang dipakai berupa larutan KOH
Persamaan reaksinya : Katode : Ag2O + H2O + 2e 2Ag + 2OHAnode :
Zn + 2OH- ZnO + H2O + 2e
Reaksi sel : Ag2O + Zn ZnO + Hg
Baterai Perak Oksida
Baterai Litium Tionil Klorida Terdiri dari Katoda yang berasal dari C dan anode logam Li Elektrolit yang dipakai berupa Litium aluminium tetraklorida (LiAlCl4) dalam tionil klorida
Persamaan reaksinya : Katode : 2 SOCl2 + 4e SO2 + S + 4ClAnode :
Li 4 Li+ + 4e
Reaksi sel : 4 Li + 2SOCl2 4LiCl + SO2 + S
Baterai Litium Tionil Klorida
Sel aki disebut juga sebagai sel penyimpan, karena dapat berfungsi penyimpan listrik dan pada setiap saat dapat dikeluarkan . Anodenya terbuat dari logam timbal (Pb) dan katodenya terbuat dari logam timbal yang dilapisi PbO2.
Reaksi penggunaan aki : Anode
: Pb + SO4 2- PbSO4 + 2e
Katode
: PbO2 + SO42-+ 4H++ 2e PbSO4 + 2H2O
Reaksi sel : Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+ 2PbSO4 + 2H2O
Reaksi Pengisian aki : 2PbSO4 + 2H2O Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+
Terminal
Batang Penghubung
Pemisah setiap Sel
Anoda
Katoda
Sel Nicad merupakan sel kering yang dapat diisi kembali (rechargable). Anoda: Logam Cd Cd(s) + 2 OH–(aq) Cd(OH)2(s) + 2 e– Katoda: Senyawa Nikel(III) pada logam Nikel. NiO(OH) (s) + H2O(l) + e– Ni(OH)2(s) + OH–(aq) Elektrolitnya : Nikel oksihdroksida, NiO(OH). Potentsial sel yang dihasilkan: 1.30 Volt
Batteries
53
Batteries
• Pengganti sifat racun Anoda Cd dengan atom H pada campuran logam ZrNi2 • Selama oksidasi di anoda, hidrogen akan berubah menjadi H2O • Recharging reverses this reaction.
Batteries
Baterai isi ulang model baru yang didasarkan atas perpindahan ion Li+ dari anoda ke katoda.
Anoda: logam Li , atau atom Li yang disisipkan di Grafit (C). Li(s) Li+ + e– Katoda: Oksida logam atau sulfida logam yang mampu menangkap ion Li+.
MnO2(s) + Li+(aq) + e– LiMnO2(s) Elekrolitnya: Garam yang berisi litium, LiClO4, didalam pelarut organik. Bisa juga dalam polimer berbentuk padat Potensial selnya : 3.0 V 56
Sel Bahan Bakar Sel Bahan bakar merupakan sel Galvani dengan pereaksi – pereaksinya (oksigen dan hidrogen) dialirkan secara kontinyu ke dalam elektrode berpori. Sel ini terdiri atas anode dari nikel, katode dari nikel oksida dan elektrolit KOH. Reaksi yang terjadi : Anode : 2H2(g) + 4OH-(aq)
Katode : O2(g) + 2H2O(l) + 4e Reaksi sel : 2H2(g) + O2
4H2O(l) + 4e
4OH-(aq) 2H2O(l)
SEL ELEKTROLISIS
Sel Elektrolisis • Sel Elektrolisis adalah sel yang menggunakan arus listrik untuk menghasilkan reaksi redoks yang diinginkan, sehingga reaksinya sering dikelompokan dalam reaksi Tidak Spontan • Senyawa yang dielektrolisis biasanya berupa senyawa yang bersifat elektrolit. • Sel Elektrolisis banyak digunakan secara luas oleh masyarakat • Cara menghafalnya : KNAPE Katoda Negatif Anoda Positif
Bagan Sel Elektrolisis
Apa bedanya dengan Sel Volta ? Larutan Elektrolit
Anoda
Katoda
Reaksi yang terjadi di ANODA Jika anodanya INERT (tahan terhadap zat kimia), C – Pt – Au maka (1). Untuk ion negatif yang tidak mengandung oksigen (Cl- ; Br- ; I-) , maka ion tersebut akan teroksidasi 2Cl- Cl2 + 2e (2). Untuk ion negatif yang mengandung oksigen SO42- ; NO3- ; PO43-, maka yang teroksidasi adalah airnya 2H2O O2 + 4H+ + 4e (3). Untuk ion negatif OH- dari suatu basa, akan teroksidasi sbb 4OH- O2 + 2H2O + 4e Jika anodanya TIDAK INERT, maka logam tsb akan teroksidasi L Ln+ + ne
Reaksi yang terjadi di KATODA Jika elektrolitnya berupa larutan, maka kemungkinan yang terjadi : (1). Untuk ion positif (Gol. IA – IIA; Al dan Mn), maka yang tereduksi adalah airnya sbb 2H2O + 2e H2 + 2OH(2). Untuk ion positif H+ dari suatu asam, maka ion ini akan tereduksi sbb : 2H+ + 2e H2 (3). Untuk ion positif dari logam-logam di sebelah kanan H pada deret Volta akan tereduksi dan mengendap di katoda : Ln+ + ne L Jika elektrolitnya berupa leburan, maka semua ion akan tereduksi
Reaksi yang terjadi di KATODA
Elektrolisis Larutan CuCl2 (Elektrodanya C) CuCl2 qe Cu2+ + 2ClIon Cu2+ akan menuju katoda Ion Cl- akan menuju anoda
Katoda
Anoda
Anoda : 2Cl-
Cl2 + 2e
Katoda : Cu2+ + 2e Cu Reaksi sel : Cu2+ + Cl- Cu + Cl2 CuCl2
Lihat Tayangan Animasi Elektrolisis CuCl2
Penjelasan Elektrolisis Larutan CuCl2 (Elektrodanya Inert) • Kemungkinan setengah reaksi di anoda : 2Cl-(aq) Cl2(g) + 2eEo = +1,36 Volt 2H2O O2(g) + 4H+(aq) + 4e- Eo = +1,23 Volt Karena Eo miliknya Cl lebih tinggi daripada H, maka Cl yang akan teroksidasi • Kemungkinan setengah reaksi di katoda : 2H2O + 2e- H2(g) + 2OH-(aq) Eo = -0,83V Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) Eo = +0,34V Karena Eo miliknya Cu lebih tinggi daripada H2O, maka Cu yang akan tereduksi • Reaksi Sel yang terjadi akhirnya menjadi: 2Cl-(aq) + Cu2+(aq) Cl2(g) + Cu(s) Eocell = -2.188V 68
Elektrolisis Larutan NaCl (Elektrodanya Inert)
Tuliskan reaksi yang terjadi di masing-masing elektroda
Penjelasan Elektrolisis Larutan NaCl (Elektrodanya Inert) • Kemungkinan setengah reaksi di anoda : 2Cl-(aq) Cl2(g) + 2eEo = +1,36 Volt 2H2O O2(g) + 4H+(aq) + 4eEo = +1,23 Volt Karena Eo miliknya Cl lebih tinggi daripada H, maka Cl yang akan teroksidasi • Kemungkinan setengah reaksi di katoda : 2H2O + 2e- H2(g) + 2OH-(aq) Eo = - 0,83Volt Na+(aq) + e- Na(s) Eo = - 2,71Volt Karena Eo miliknya H2O lebih tinggi daripada Na, maka H2O yang akan tereduksi • Reaksi Sel yang terjadi akhirnya menjadi: 2Cl-(aq) + 2H2O Cl2(g) + H2(g) + 2OH-(aq) Eocell = -2.188V 70
Tuliskan reaksi yang terjadi di anoda dan katoda untuk elektrolisis ! 1. Larutan KI dengan elektroda karbon (C) 2. Lelehan KI dengan elektroda karbon (C) 3. Larutan AgNO3 dengan elektroda Pt 4. Larutan Na2SO4 dengan elektroda Au 5. Larutan AgNO3 dengan Anodanya dari Ag dan Katodanya dari Karbon (C)
Jawaban Elektrolisis KI • Didalam elektrolisis Kalium Iodida, kertas lakmus merah yang diletakan di katoda lama-kelamaan akan berwarna biru mengapa bisa demikian ...?
Katoda : 2H2O + 2e H2 + 2OH• Pada anoda, akan berwarna coklat kekuningan dan akan terbentuk endapan berwarna unggu gelap. Apa yang terjadi
Anoda : 2I-
I2 + 2e
Aplikasi Elektrolisis kehidupan sehari-hari 1. Penyepuhan (electroplating) 2. Produksi zat : a. Logam Al b. Logam Na c. NaOH – H2 – Cl2
Proses Hall-Heroult elektrolisis Leburan NaCl elektrolisis Larutan NaCl (Sel Diafragma – Sel Merkuri)
3. Pemurnian logam 4. Menghilangkan karat
Electroplating (Penyepuhan) Penyepuhan adalah pelapisan dengan logam menggunakan elektrolisis untuk memperindah penampilan dan mencegah korosi. Benda yang akan dilapisi dijadikan sebagai Katoda dan logam pelapisnya dijadikan sebagai Anoda. Larutan elektrolit yang digunakan adalah larutan elektrolit dari logam pelapis. Ketebalan hasil lapisan berkisar antara 0,03 – 0,05 mm 75
Bagan Penyepuhan
Lihat Contoh Penyepuhan sederhana
Produksi Aluminium melalui Elektrolisis (Proses Hall-Heroult) • Aluminum dihasilkan dari elektrolisis alumina, Al2O3 • Titik lebur Al2O3 sangat tinggi kalau langsung dielektrolisis, sehingga harus dilarutkan dahulu dalam kriolit (Na3AlF6) pada suhu 980oC Katodanya : Fe Anodanya : C • Reaksi di katoda : Al3+ + 3e- Al(l) • Reaksi di anoda : 2O2- O2(g) + 4e• Oksigen yang dihasilkan akan bereaksi dengan anoda karbon membentuk gas CO2 77
Produksi Aluminium melalui Elektrolisis (Proses Hall-Heroult)
Produksi Logam Na melalui Elektrolisis Lelehan NaCl (Sel Down) • Logam Na dapat dihasilkan dari elektrolisis Lelehan garam NaCl • Alat yang dipakai untuk elektrolisis dinamakan Sel Down Katodanya : Fe Anodanya : C • Reaksi di katoda : Na+ + e- Na(l) • Reaksi di anoda : 2Cl- Cl2(g) + 2e• Gas Cl2 yang dihasilkan merupakan hasil samping dari proses elektrolisis ini 79
Produksi Logam Na melalui Elektrolisis Lelehan NaCl (Sel Down)
Produksi NaOH – H2 – Cl2 melalui Elektrolisis Larutan NaCl (Sel Diafragma) • Dalam proses elektrolisis larutan garam NaCl, gas H2 dan gas Cl2 yang dihasilkan tidak boleh saling bercampur. • Alat yang dipakai untuk elektrolisis dinamakan Sel Diafragma Katodanya : Fe baja Anodanya : C • Reaksi di katoda : 2H2O + 2e- H2 (g) + 2OH- (aq) • Reaksi di anoda : 2Cl- (aq) Cl2(g) + 2e• NaOH yang dihasilkan masih tercampur dengan NaCl, sehingga masih perlu di murnikan lagi dengan jalan penguapan 81
Produksi NaOH – H2 – Cl2 melalui Elektrolisis Larutan NaCl (Sel Diafragma)
Produksi NaOH – H2 – Cl2 melalui Elektrolisis Larutan NaCl (Sel Merkuri) • Mengatasi kekurangan sel diafragma, maka alternatif lain menggunakan sel Merkuri Katodanya : Merkuri (Hg) Cair Anodanya : C • Reaksi di katoda : 2Na+ + 2e 2Na 2Na + 2Hg 2NaHg (amalgam) 2NaHg + 2H2O 2Na+ + 2OH- + H2 + 2Hg • Reaksi di anoda : 2Cl- (aq) Cl2(g) + 2eReaksi keseluruhan : 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2 • NaOH yang dihasilkan memiliki kemurnian yang tinggi 83
Produksi NaOH – H2 – Cl2 melalui Elektrolisis Larutan NaCl (Sel Merkuri)
Pemurnian Logam melalui Elektrolisis Bijih tembaga kandungan logam Cu = 99% dan 1% zat pengotor (Ag – Pt – Au – Fe dan Zn) Adanya zat pengotor berpengaruh thd konduktivitas listrik jika dipakai sebagai kabel Agar bisa mencapai 100%, perlu dimurnikan kembali dengan di elektrolisis 85
Pemurnian Logam melalui Elektrolisis
Logam Cu yang berasal dari bijih tembaga kemurniannya sudah mencapai 99% dan masih ada 1% zat pengotornya yang dapat mempengaruhi daya konduktivitas arus listrik jika tembaga tersebut digunakan sebagai kabel listrik.
Hubungan Kuantitatif • Jumlah zat yang dihasilkan atau digunakan didalam sel elektrokimia ditentukan oleh jumlah arus listrik yang mengalir dalam sel tersebut. • Contoh Reaksi di Katoda : Ag+(aq) + e Ag(s) 1 mol elektron akan menghasilkan 1 mol Ag Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) 2 mol elektron akan menghasilkan 1 mol Cu
Satuan Listrik Kuantitas Potensial Arus Muatan Energi
Satuan Volt (V) Amper (A) Kecepatan aliran elektron Coulomb (C) 1 Amper per 1 detik Joule (J) Volts Coulomb
1 mol elektron = 96500 Coulomb = 1 Faraday
Hukum Faraday I 1.
Didalam suatu elektrolisis, jumlah zat (massa) yg dihasilkan atau zat yg bereaksi sebanding dengan muatan listrik yang digunakan.
2.
Untuk menghasilkan 1 (satu) mol produk atau memakai 1 (satu) mol reaktan, memerlukan n mol elektron
3.
n = jumlah elektron yang diterima atau dilepas oleh satu atom atau ion.
4.
1 mol elektron = 1 Faraday = 96.500 Coulomb
5.
Muatan listrik (Q) = n x 96.500 Coulomb
6.
1 Coulomb = 1 ampere (A) x 1 detik (t)
Charge (Q) is determined by multiplying the electric current (I), (measured in C/s) by the time (t) measured is seconds.
Q = It (C) = (Ampere)(second) (Coulomb) = (Coulombs per second) x (second)
Hukum Faraday I Hukum Faraday menunjukan hubungan antara: Arus listrik yang mengalir dalam elektrolisis (Ampere) Waktu yang dibutuhkan dalam elektrolisis (detik) Jumlah endapan yang terjadi di katoda (mol atau gram)
ix tx e w =----------------96.500
i = kuat Arus (ampere) t = waktu elektrolisis (detik) e = berat ekivalen Ar e = ---------------------Jumlah Elektron
Penerapan Hukum Faraday 1 mol e-
Larutan AgNO3 Katoda
1 mol Ag (108 gr) Diendapkan di katoda
Larutan CuSO4 Katoda
½ mol Cu (32 gr) diendapkan di katoda
Penerapan Hukum Faraday Berapakah arus listrik yang diperlukan untuk mengendapkan 0,155 gram perak dari larutan ion perak selama 11 menit (660 detik ) ?. Jika diketahui Ar Ag = 108. Jawab : Ag+(aq) + e- Ag(s) Mol Ag yang dihasilkan = 0,155/108 = 1,44 x 10-3 mol Mol elektron (e-) = 1.44 10-3 mol Total muatan listrik (Q) = 1,44 10-3 mol 96500 Coulomb/mol = 139 Coulomb (Q = i x t) Arus Listrik (i) = muatan listrik (Q) waktu (t) i = 139 Coulomb 660 = 0,211 Ampere
Larutan tembaga (II) sulfat dielektrolisis menggunakan arus searah sebesar 9,65 Ampere. Jika diketahui Ar Cu = 63,5 dan 1 F = 96.500, maka untuk mendapatkan endapan tembaga di Katoda sebanyak 12,7 gram, elektrolisis harus dilakukan selama ... A. 965 detik B. 1.000 detik C. 1.930 detik D. 2.000 detik E. 4.000 detik (Soal UN Tahun 2015)
Jawab:
i t e w 96.500 63,5 (9,65)(t ) 2 12,7 96.500 1.225.550 t
= 306,3875 t = 4.000 detik
Cu2+ + 2e Cu
Larutan emas (I) nitrat (AuNO3) dielektrolisis selama 2 jam dengan arus searah sebesar 5 Ampere. Jika diketahui Ar Au = 197 dan 1 F = 96.500, maka masa endapan yang terbentuk di Katoda sebanyak... A. 73,49 gram B. 36,74 gram C. 7,35 gram D. 3,67 gram E. 1,22 gram
Jawab:
i t e w 96.500 197 (5)(2 x60 x60) 1 w 96.500 w = 73,49 gram
Au+ + e Au
Hukum Faraday II Jika arus listrik dialirkan ke dalam beberapa sel elektrolisis yang dihubungkan seri, maka jumlah berat (w) masing-masing zat yang dihasilkan pada setiap elektroda akan sebanding dengan berat ekivalen (e) tiap-tiap zat
Sel elektrolisis 2 seri
w1 : w2 = e1 : e2
Sel elektrolisis 3 seri
w1 : w2 : w3 = e1 : e2 : e3
Ke dalam 2 sel larutan ZnSO4 dan larutan CuSO4 yang dihubungkan secara seri dialirkan arus listrik, ternyata diendapkan 16,25 gram Zn. Jika Ar Zn = 65 dan Ar Cu = 63,5, maka banyaknya Cu yang mengendap adalah... A. 7,94 gram B. 15,88 gram C. 23,82 gram Cu D. 31,75 gram Zn E. 39,69 gram CuSO4
ZnSO4
Jawab : Cu2+ + 2e- Cu Zn2+ + 2e- Zn
Berat ekivalen (e): Cu
Berat ekivalen (e):
wZn : wCu = eZn : eCu 16,25 : wCu = 32,5 : 31,75 (16,25) (31,75) wCu 15,88 gram 32,5
63,5 31,75 2
65 Zn 32,5 2
How much copper will be deposited if a current of 0.150 A is passed through a solution of copper sulfate for 20.0 minutes? Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) Answer : Two moles of electrons will be required to deposit each mole of copper Total charge (C) = current (A) time (s) = 0.150A 1200s = 180 C # moles (Faradays) = 180 C 96500 C/mol = 1.87 x 10-3 mol #moles of copper deposited = ½ 1.87 10-3mol = 9.33 x 10-4mol Mass of copper = 9.33 x 10-4mol 63.5 g/mol = 5.92 10-2g
Suatu sel elektrolisis berisi larutan kobalt (II) klorida dan sebagai elektrodanya adalah timbal (Pb). Notasi Sel dapat dituliskan sebagai berikut Pb(s) | Co2+(aq) , Cl- (aq) | Pb(s) a) Tuliskan reaksi yang terjadi di katoda dan anodanya b) Gambarkan sel elektrolisisnya beserta sumber arus dan arah elektronnya. c) Berapakah harga Eosel agar sel ini dapat berlangsung.
Jawaban : (b).Gambar sel elektrolisisnya
KOROSI Korosi adalah perusakan logam akibat reaksi logam dengan lingkungan. Korosi merupakan suatu reaksi redoks Korosi dipengaruhi oleh kondisi lingkungan, yaitu kondisi netral/basa, dan kondisi asam
Korosi besi pada kondisi netral / basa Anoda : Fe(s) Katoda : O2(g) + 2H2O(l) + 2eSel
Fe2+(aq) + 2e 4OH-(aq)
: Fe(s) + O2(g) + 2H2O(l) Fe2+(aq) + 4OH-(aq)
Ion Fe2+ dan OH- selanjutnya membentuk endapan Fe(OH)2 yang tidak stabil di udara sehingga membentuk karat Fe2O3.xH2O
Diagram proses terjadinya korosi
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Korosi
Keberadaan zat elektrolit dan konsentrasi zat elektrolit pH larutan Kandungan H2O dan O2 Suhu Keberadaan zat pengotor Besi menempel pada logam yang kurang reaktif
Pencegahan Korosi 1. Menggunakan bahan logam yang lebih tahan korosi 2. Mengubah kondisi lingkungan 3. Memberikan perlindungan terhadap logam yang sudah ada a. Menggunakan lapisan pelindung : Lapisan Cat : kapal, jembatan, mobil Lapisan Oli : mesin bergerak Lapisan Plastik : rak pengering Pelapisan dengan krom (Cr) : ketel dan pelek sepeda pelapisan dengan Zn : Penopang jembatan pelapisan dengan timah (Sn) : Kaleng makanan
Pencegahan Korosi b. Menggunakan perlindungan Katoda Prinsip dasarnya adalah logam yang mengalami korosi berada di Anoda karena terjadi pelepasan elektron yang sangat dibutuhkan di katoda, sehingga elektron dapat disuplai dari logam yang lebih reaktif (Mg) atau disuplai dengan arus listrik dari luar
Perlindungan Katoda Untuk Pipa
Perlindungan Katoda Untuk Kapal
