Sel Elektrolisis Larutan Elektrolit

Sel Elektrolisis

Sel eletrolisis merupakan sel eletrokimia di mana energi listrik digunakan untuk menghasilkan reaksi reduksi dan oksidasi (redoks) tidak spontan. Prinsip kerja sel eketrolisis adalah dengan menghubungkan kutub negatif dari sumber listrik ke katode, dan kutub positif ke anode. Kutub negatif dari sumber listrik akan mendorong elektron mengalir ke katode sehingga katode bermuatan negatif (-). Sementara kutub positif dari sumber listrik akan menarik elektron dari anode sehingga anode bermuatan positif (+). Katode yang bermuatan negatif akan menarik ion-ion positif dalam elektrolit, sehingga diperoleh setengah reaksi reduksi. Sedangkan anode yang bermuatan positif akan menarik ion-ion negatif dalam larutan elektrolit, sehingga diperoleh setengah reaksi oksidasi.

Komponen Sel Elektrolisis

Secara umum sel elektrolisis terdiri dari:

Sumber listrik, menyuplai arus listrik searah (DC) contohnya baterai
Katode, elektrode di mana reaksi reduksi terjadi. Karena elektron didorong oleh kutub negatif dari sumber listrik, maka katode menjadi bermuatan negatif
Anode, elektrode di mana rekasi oksidasi terjadi. Karena elektron dari anode ditarik oleh kutub positif dari sumber listrik, maka anode bermuatan positif
Elektrolit, zat yang dapat menghantar listrik yang akan diurai dalam sel elektrolisis

Baca juga, Faktor-faktor yang Mempengaruhi Korosi Logam

Ketentuan Elektrolisis pada Larutan Elektrolit

Sel elektrolisis pada larutan elektrolit melibatkan reaksi yang lumayan kompleks karena adanya reaksi-reaksi bersaing antara reaksi reduksi oksidasi (redoks) elektrolit dan reaksi reduksi oksidasi (redoks) pelarut air.

Reaksi bersaing di katode:

Reaksi reduksi kation
Reaksi reduksi air: 2H₂O_(l) + 2e --> H_2(g) + 2OH^-_(aq)
Reaksi reduksi H⁺ (larutan elektrolit asam): 2H⁺_(aq) + 2e --> H_2(g)

Reaksi bersaing di anode:

Reaksi oksiadsi anion
Reaksi oksidasi air: 2H₂O_(l) --> O_2(g) + 4H⁺_(aq) + 4e

Oleh karena adanya reaksi-reaksi bersaing, maka untuk menentukan reaksi reduksi pada katode dan reaksi oksidasi pada anode dapat menggunakan kententuan elektolisis berikut:

Reaksi reduksi di katode

Perhatikan kereaktifan logam pada deret volta berikut ini.

Ion positif dari logam-logam di sebelah kanan hidrogen pada deret volta akan tereduksi dan #2 mengendap pada katode
Ion positif dari logam-logam di sebelah kiri hidrogen pada deret volta tidak akan tereduksi (kecuali untuk Fe, Ni, Sn, dan Pb). Hal ini disebabkan ion H⁺dari H₂O lebih mudah tereduksi dibandingkan ion positif dari logam di sebelah kiri H melalui reaksi reduksi air berikut ini:

2H₂O_(l) + 2e --> H_2(g) + 2OH^-_(aq)

Jika larutan elektrolit berupa asam, maka ion H+ dari asam yang akan tereduksi, dan bukan ion H+ dari H₂O, seperti reaksi berikut ini:

2H⁺_(aq) + 2e --> H_2(g)

Reaksi oksidasi di anode

Jika anode tidak inert, makan logam anode akan teroksidasi
Jika anode inert, maka:

Ion negatif yang tidak mengandung oksigen seperti Cl^-, Br^-, dan I^- akan teroksidasi, seperti contoh reaksi berikut ini:

2Cl^-_(aq) --> Cl_2(g) + 2e

Ion negatif yang mengandung oksigen seperti SO₄^2-, NO₃^-, dan PO₄^3- tidak akan teroksidasi. Tetapi yang akan teroksidasi adalah Ion O^2- dari H₂O seperti reaksi berikut:

2H₂O_(l) --> O_2(g) + 4H+_(aq) + 4e

Contoh Reaksi Reduksi dan Oksidasi pada Sel Elektrolisis Elektrolit Larutan

Larutan NaCl dengan elektrode inert

Na terletak di sebelah kiri hidrogen pada deret volta sehingga Na+ tidak tereduksi. Maka, ion H⁺ dari H₂O yang akan tereduksi Cl^- adalah ion negatif yang tidak mengandung atom oksigen, maka ion Cl^- akan teroksidasi. Jadi, ion OH^- dari H₂O tidak akan teroksidasi.

Reaksi sel elektrolisis:
Katode: 2H₂O_(l) + 2e --> H_2(g) + 2OH^-_(aq)
Anode: 2Cl^-_(aq) --> Cl_2(g) + 2e
-----------------------------------------------------
Sel: 2Cl^-_(aq) + 2H₂O_(l) --> 2OH^-_(aq) + H_2(g) + Cl_2(g)

Reaksi sel elektrolisis keseluruhan:
2NaCl_(aq) + 2H₂O_(l) --> 2NaOH_(aq) + H_2(g) + Cl_2(g)

Larutan Na₂SO₄ dengan elektrode inert

Na terletak di sebelah kiri hidrogen pada deret volta sehingga Na⁺ tidak tereduksi. Jadi, ion H⁺ dari H₂O yang akan tereduksi SO₄^2- adalah ion negatif yang mengandung oksigen, jadi tidak akan teroksidasi. Dengan demikian, ion OH^- dari H₂O akan teroksidasi.

Reaksi sel elektrolisis:

Katode: 2H₂O_(l) + 2e --> H_2(g) + 2OH^-_(aq) |x2

Anode: 2H₂O_(l) --> O_2(g) + 4H+_(aq) + 4e
-----------------------------------------------------
Sel: 6H₂O_(l) --> 2H_2(g) + O_2(g) + 4OH^-_(aq) + 4H⁺_(aq)

Reaksi sel elektrolisis keseluruhan:
2H₂O_(l) --> 2H_2(g) + O_2(g)

Sel Elektrolisis pada Elektrolit Lelehan

menyusul