MAKALAH PENERAPAN ELEKTROLISIS
description
Transcript of MAKALAH PENERAPAN ELEKTROLISIS
EZZAR FITRIYANI
12B16034
PENDIDIKAN KIMIA
PROGRAM PASCASARJANA UNM
12/22/2013
MAKALAH PENERAPAN ELEKTROLISIS
Page 1
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kami panjatkan Kehadirat Allah SWT atas rahmat dan Hidayat-
Nya, sehingga saya dapat menyelesaikan makalah ini dengan baik.
Makalah ini dibuat bukan untuk melengkapi tugas mata kuliah Kimia Fisik
Lanjut , tapi juga diharapkan bisa sebagai pedoman untuk menambah pengetahuan
tentang Elektrolisis dan aplikasinya.
Saya mengharapkan saran dan kritik dari dosen dan mahasiswa bagi perbaikan
penyajian makalah ini. Semoga Makalah ini bermanfaat.
Makassar, 22 Desember 2013
Penyusun
Page 2
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah 3
B. Tujuan 4
BAB II PEMBAHASAN
A. Pengertian Elektrolisis 5
B. Cara kerja elektrolisis 5
C. Cara menuliskan reaksi elektrolisis 6
D. Penggunaan Elektrolisis 9
BAB III PENUTUP
A. Penutup 15
DAFTAR PUSTAKA 16
Page 3
BAB I
PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Reaksi kimia dapat ditimbulkan oleh arus listrik, sebaliknya reaksi kimia
dapat dipakai untuk menghasilkan arus listrik. Elektrolisis merupakan proses dimana
reaksi redoks tudak berlangsung secara spontan. Untuk lebih memahami apakah
sebenarnya elektrolisis itu dapat dilihat pada proses pengisian aki. Dalam proses
pengisian aki tersebut dapat disimpulkan bahwa apabila ke dalam suatu larutan
elktrolit dialiri arus listrik searah maka akan terjadi reaksi kimia, yakni penguraian
atas elektrolit tadi. Peristiwa penguraian (reaksi kimia) oleh arus searah itulah yang
disebut elektrolisis. Sel elektrolisis terdiri dari larutan yang dapat mengahantarkan
listrik yang disebut elektrolit, dan dua buah elektroda yang berfungsi sebagai katoda
dan anoda. Sel elektrolisis tidak memerlukan jembatan garam. Komponen utamanya
adalah sebuah wadah, electrode, elektrolit, dan sumber arus searah.
Electron (listrik) memasuki larutan melalui kutub negatif (katode). Spesi
tertentu dalam larutan mneyerap electron dari katode dan mengalami reduksi.
Sementara itu, spesi ion melepas electron di anode dan mengalam oksidasi. Jadi,
sama seperti pada sel volta, reaksi di katode adalah reduksi, sedangkan reaksi di
anode adalah oksidasi. Akan tetapi, muatan elektrodenya berbeda. Pada sel volta,
katode bermuatan positif, sedangkan anode bermuatan negative. Pada sel elektrolisis
katode bermuatan negative sedangkan anode bermuatan positif.
Page 4
Elektrolisis merupakan proses kimia yang mengubah energi listrik menjadi
energi kimia. Komponen yang terpenting dari proses elektrolisis ini adalah
elektroda dan elektrolit. Elektroda yang digunakan dalam proses elektolisis dapat
digolongkan menjadi dua, yaitu:
Elektroda inert, seperti kalsium (Ca), potasium, grafit (C), Platina (Pt), dan
emas (Au).
Elektroda aktif, seperti seng (Zn), tembaga (Cu), dan perak (Ag).
Elektrolitnya dapat berupa larutan berupa asam, basa, atau garam, dapat pula
leburan garam halida atau leburan oksida. Kombinasi antara elektrolit dan elektroda
menghasilkan tiga kategori penting elektrolisis, yaitu:
1. Elektrolisis larutan dengan elektroda inert
2. Elektrolisis larutan dengan elektroda aktif
3. Elektrolisis leburan dengan elektroda inert
Pada elektrolisis, katoda merupakan kutub negatif dan anoda merupakan kutub
positif. Pada katoda akan terjadi reaksi reduksi dan pada anoda terjadi reaksi oksidasi.
.2. Tujuan
1. Mengetahui pengertian elektrolisis
2. Mengetahui cara menuliskan reaksi kimia dalam elektrolisis
3. Mengetahui penggunaan elektrolisis
Page 5
BAB II
PEMBAHASAN
A. Pengertian Elektrolisis
Elektrolisis merupakan elektrokimia yang menggunakan energy listrik agar
reaksi kimia dapat terjadi. Pada elektrolisis, katode bermuatan negative, sedangkan
anode bermuatan positif. Untuk memahaminya, perhatikanllah contoh berikut:
1. Katode : Sn2+(aq) + 2e- → Sn(s)
Anode : Cu (s) → Cu2+(aq) + 2e- +
Sn2+(aq) + Cu → Sn(s) + Cu2+
(aq)
2. MgCl2 → Mg2+ + 2Cl-
Katode : Mg2+ +2e- → Mg
Anode : 2Cl- → Cl2 + 2e- +
MgCl2 → Mg + Cl2
B. Cara Kerja Elektrolisis
Elektrolisis terdiri atas zat yang dapat mengalami ionisasi (larutan atau
lelehan), elektorde, dan sumber listrik (baterai). Mula-mula aliran listrik dialirkan dari
kutub negative baterai ke katode yang bermuatan negative. Larutan atau lelehan akan
Page 6
terionisasi menjadi kation dan anion. Selanjutnya, kation di katode akan mengalami
reduksi. Di anode, anion akan mengalami oksidasi.
C. Cara Menuliskan Reaksi Kimia dalam Elektrolisis
Berdasarkan jenis elektrolitnya, reaksi pada elektrolisis dapat di kelompokan
menjadi dua, yaitu elektrolisis dengan elektrolit larutan dan elektrolisis dengan
elektrolit lelehan
1) Elektrolisis Dengan Elektrolit Larutan
Larutan elektrolit diperoleh dengan cara melarutkan padatan elektrolit di
dalam air. Zat yang dapat mengalami reaksi redoks bukan hanya kation dan anionnya,
tetapi juga pelarutnya (H2O). dengan demikian, terjadi kompetisi antaraion-ion dan
molekul H2O. Pemenang kompetisi bergantung pada harga potensial standar sel (E°),
jenis electrode, dan jenis anion. Semakin besar nilai E°, semakin mudah reaksi
induksi terjadi.
Reaksi pada Katoda ( Reduksi Kation)
Bila kation dari golongan Alkali/ IA (Li+, Na+, K+), Alkali tanah/ IIA (Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+), Al3+ atau Mn2+ maka
reaksi yang terjadi :
2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq)
H+ dari suatu asam akan direduksi menjadi gas hidrogen (H2). Reaksi yang terjadi :
2H+(aq) + 2e- → H2(g)contoh : HCl → H+ + Cl-
katode : 2H+ +2e- → H2
anode : 2Cl- → Cl2 + 2e- + 2HCl → H2 + Cl2
Ion-ion logam lainnya yang tidak termasuk kelompok di atas direduksi lalu mengendap pada katoda.
Ni2+(aq) + 2e- → Ni(s)Cu2+(aq) + 2e- → Cu(aq)
Ag+(aq) + e- → Ag(s)
Page 7
Untuk memudahkan penulisan reaksi kimia pada elektrolisis dengan elektrolit
larutan, gunakan diagram alir berikut
2) Elektrolisis Dengan Elektrolit Lelehan
Lelehan elektrolit diperoleh dengan cara memanaskan padatan
elektrolit tanpa melibatkan air. Kation di katode akan direduksi, sedangkan
Reaksi pada Anoda (Oksidasi Anion)
Bila elektrodanya non inert ( Ni, Cu, Ag dll) maka elektrodanya yang dioksidasi. contoh
reaksinya :
Ni(s) → Ni2+(aq) + 2e-
Ion OH- dari basa maka reaksi yang terjadi :
4OH-(aq) → 2H2O(aq) + O2(g) + 4e-
Ion sisa asam yang mengandung oksigen (SO4
2-, NO3-, PO4
3- dll) tidak dioksidasi namun air (H2O) yang dioksidasi. karena E°oks H2O lebih besar dari sisa asam yang mengandung
oksigen. Reaksi yang terjadi :
2H2O(aq) → 4H+(aq) + O2(g) + 4e-
ion sisa asam yang tidak mengandung oksigen (Cl- , Br- , I- dll) akan dioksidasi.
2Cl-(s) → Cl2(g) + 2e-
2Br-(s) → Br2(g) + 2e-
Page 8
anion di anode akan dioksidasi. Electrode yang digunakan merupakan
electrode inert (tidak akan bereaksi) seoerti platina atau grafit. Setelah
membaca dari beberapa sumber ternyata yang dituliskan dalam reaksi
elektrolisis bukan hanya reaksi di katoda (+) dan anoda (-) saja, tetapi reaksi
penguraiannya juga. sebagai gambaran saya beri beberapa contoh reaksi
elektrolisis.
1. elektrolisis larutan AgNO3 dengan elektroda Pt
AgNO3 → Ag+ + NO3- x4
Katoda : Ag+(aq) + e- → Ag(s) x4
Anoda : 2H2O(aq) → 4H+(aq) + O2(g) + 4e- x1
4AgNO3 → 4Ag+ + 4NO3-
Katoda (+) : 4Ag+(aq) + 4e- → 4Ag(s)
Anoda (-) : 2H2O(aq) → 4H+(aq) + O2(g) + 4e-
Reaksi sel : 4AgNO3(aq) + 2H2O(aq) → 4Ag(s) + 4H+(aq) + 4NO3- + O2(g)
4AgNO3(aq) + 2H2O(aq) → 4Ag(s) + 4HNO3 + O2(g)
2. elektrolisi leburan NaCl dengan elektroda Cu ( ingat Cu tidak inert)
NaCl → Na+ + Cl- x2
Katoda (+) : Na+(aq) + e- → Na(s) x2
Anoda (-) : Cu(aq) → Cu2+(aq) + 2e- x1
2NaCl → 2Na+ + 2Cl-
Katoda (+) : 2Na+(aq) + 2e- → 2Na(s)
Page 9
Anoda (-) : Cu(aq) → Cu2+(aq) + 2e-
Reaksi sel : 2NaCl + Cu(aq) → 2Na(s) + Cu2+ + 2Cl-
2NaCl + Cu(aq) → 2Na(s) + CuCl2
D. Penggunaan Elektrolisis
Sangat banyak manfaat yang dapat diperoleh dari reaksi elektrolisis, baik
dalam bidang industri maupun dalam kehidupan sehari-hari. Namun, yang akan
dibahas pada makalah ini hanya beberapa saja, di antaranya adalah dalam produksi
zat, pemurnian Logam, dan penyepuhan.
a) Produksi zat
Banyak zat kimia yang diproduksi melalui elektrolisis seperti logam-logam
alkali, magnesium, aluminium, fluorin, klorin, natrium, dan lainnya.
Contoh: produksi klorin dan NaOH dalam industri
Secara industri klorin dan NaOH dapat dibuat melalui elektrolisis larutan
natrium klorida.Proses ini disebut proses klor-alkali.
Elektrolisis larutan NaCl ini dapat menghasilkan NaOH dan Cl2
Reaksinya:
Page 10
Reaksi yang terjadi:
Pada proses elektrolisis keadaan harus dijaga agar Cl2 yang terbebtuk tidak bereaksi
dengan NaOH. Oleh karena itu ruang anoda dan katoda dipisahkan dengan berbagai
cara, yaitu dengan sel diafragma atau sel merkuri.
b) Pemurnian Logam
Salah satu contoh pemurnian logam yang akan dibahas kali ini adalah pemurnian
logam tembaga.Tembaga di murnikan secara elektrolisis. Tembaga kotor dijadikan
anoda, sedangkan pada katoda digunakan tembaga murni. Larutan elektrolit yang
digunakan adalah larutan CuSO4. Selama elektrolisis, tembaga dari anoda terus
menerus dilarutkan kemudian diendapkan pada katode.
Reaksinya:
c) Penyepuhan
Page 11
Penyepuhan digunakan untuk melindungi
logam terhadap korosi, atau untuk
memperbaiki penapilan. Pada penyepuhan,
logam yang akan disepuh dijadikan ketoda,
sedangkan logam penyepuh sebagai katoda.
Kedua elektroda harus dicelup kedalam larutan
garam dari logam penyepuh.
Selain ketiga macam penggunaan
elektrolisis diatas, pada bab ini pemakalah
akan memaparkan penggunaan atau penerapan lain penggunaan elektrolisis,
khususnya elektrolisis air untuk memproduksi biofuel yang efisien, yaitu
Menurut penelitian yang dilakukan oleh Hao Feng dari Universitas illionis.
menyatakan bahwa penggunaan elektrolisis air ternyata lebih efektif dan ramah
linkungan pada langkah awal pembuatan biofuel campuran aseton-butanol-etanol dari
limbah industri alcohol dibandingkan dengan penggunaan bahan kimia yang bersifat
keras (seperti asam kuat dan basa kuat) yang biasa dilakukan saat ini.
Pada saat etanol diprduksi, dihasilkan DDGS (distiller’s dried grain with
solubles bila dibahasa Indonesiakan kira-kira menjadi partikel kering terdistilasi
dengan zat terlarut), DDGS ini merupakan limbah industry alkhol dan umumnya
dipakai sebagai bahan pakan ternak, para peneliti tertarik untuk meneliti DDGS ini
disebabkan DDGS masih mengandung gula yang dapat difermentasi untuk
menghasilkan biofuel campuran aseton-butanol-etanol. Banyak usaha yang dicari
Page 12
untuk mendapatkan gula ini dan salah satu hasil penelitian dibawah ini telah
memecahkan permasalahan tesebut.
“Untuk meproduksi biofuel maka Anda memerlukan material utama yaitu “gula
sederhana” seperti misalnya glukosa”, kata Hao Feng. “Glukosa yang ada di dalam
DDGS berikatan satu sama lain membentuk polimer dengan struktur yang sangat
kuat. Polimer ini membentuk struktur kristalin dimana memiliki sifat tidak mudah di
putus”, kata Feng.
“Untuk mendapatkan glukosanya, maka kita harus enghancurkan strukturnya dan
umumnya industri saat ini menggunakan asam kuat seperti asam sulfat atau basa kuat
untuk meregangkan ikatan antar glukosa dalam DDGS. Seali strukturnya terpecah
maka untuk selanjutkan kita menggunakan enzim untuk memutuskan ikatan glukosa
sehingga kita mendapatkan glukosa untuk proses fermentasi”
Pemutusan ikatan glukosa yang ada pada DDGS dengan menggunakan bahan
kimia tersebut diatas memiliki efek samping yang tidak diinginkan. “Bila Anda
meutuskan ikatan polimer glukosa dengan bahan kimia maka dapat dihasilkan
senyawa yang sangat tidak toleran terhadapa mikroorganisme yang dipakai untuk
proses fermentasi. Senyawa inilah yang kita sebut sebagai inhibitor,yang bisa
membunuh mikroorganisme yang digunakan untuk membantu proses fermentasi”,
kata Feng.
Feng sebenarnya adalah seorang food scientist di Universitas Illinois. Dia
biasanya menggunakan elektrolisis air di laboratoriumnya untuk membunuh bakteri
dan mikroorganisme lain seperti E. coli yang terdapat pada buah dan sayuran segar.
Page 13
“Kami emiliki sebuah mesin dengan dua elektroda. Air bersifat netral, akan tetapi
kami menggunakan arus listrik untuk memecah molekul air menjadi dua bagian
dengan sifat yang berbeda- satu bersifat asam dan yang lain basa”, kata Feng sekali
lagi.
Menyadari bahwa proses ini memiliki kemiripan sifat seperti dalam
penggunaan asam sulfat dan soda kostik yang dipakai saat langkah awal pengolahan
DDGS maka Feng segera melakukan penelitian untuk membandingkan penggunaan
elektrolisis air dengan penggunaan bahan kimia diatas pada proses pembuatan
biofuel.
Dengan menggunka metode asam sulfat, aka tidak ada biofuel yang dihasilkan
sama sekali,” kata Feng. “Senyawa berbahaya telah membunuh mikroorganisme
penghasil biofuel campuran aseton-butanol-etanol. Dengan menngunakan metode
NaOH, setelah 60 jam fermentasi, biofuel aseton-butanol-etanol yang dihasilkan
relative sangat rendah.” Feng menjelaskan bahwa hal ini menunjukkan adanya
senyawa yang bersifat toksik. “mikroorganisme harus menghabiskan banyak waktu
untuk beradaptasi dengan lingkungan yang baru.” Akan tetapi dengan penggunaan
elektrolisis air kira-kira 20 jam maka proses fermentasi segera berlangsung untuk
menghasilkan biofuel campuran aseton-butanol-etanol. Metode inilah yang menjadi
contoh bahwa metode elektrolisis air menghasilkan inhibitor yang lebih sedikit
dibandingkan dengan metode tradisional.”
Feng menyatakan bahwa teknik baru ini juga menghilangkan satu step
produksi biofuel. “Dengan metode asam maka tentunya kita harus melakukan satu
Page 14
step untuk menghilangkan inhibitornya. Dengan metode elektrolisis air maka step ini
tidak perlu dilakukan, dengan demikian teknik baru ini menjadi jauh lebih ekonomis.
Manfaat lain dari teknik baru ini adalah bahwa metode tradisional menghasilkan
limbah padat yang perlu untuk ditangani, dengan teknik baru ini gula yang dihasilkan
dapat diaksialkan sehingga hasil biofuel yang dihasilkan juga dapat ditingkatkan.
Saat ini teknik baru ini berhasil dalam skala kecil dilaboratorium. “Langkah
selanjutnya adalah melihat kepraktisan nilai ekonomi proses ini,” kata Feng. “Secara
teknis hal tersebut mungkin akan tetapi kami nantinya perlu untuk membandingkan
dengan metode tradisional dan kami masih mencari sumber dana untuk melakukan
percobaan dala skala industri.
Page 15
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
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
Page 16
DAFTAR PUSTAKA
Justiana, Sandri. 2009. Kimia 3. Jakarta: Yudistira.
Anonim. http://phiin.wordpress.com/2010/10/11/percobaan-elektrolisis/
Anonim.http://jeffrysains.blogspot.com/2009/11/karya-ilmiah-kimia-reaksi-
elektrolisis.html
Anonim. http://www.sciencedaily.com/releases/2009/07/090727135532.htm
Page 17