ELEKTROLISIS (HUKUM FARADAY)

HUKUM FARADAY (ELEKTROLISIS)

Tujuan:

1. Menjelaskan Hukum I Faraday dan Hukum II Faraday
2. Menghitung massa zat, waktu, arus listrik pada suatu elektrolisis menggunakan hukum Faraday
3. Merancang prosedur penyepuhan benda dari logam secara sederhana

Faraday (hukum) menjelaskan bahwa jumlah spesi yang mengalami oksidasi atau reduksi dalam suatu proses elektrolisis berbanding lurus dengan jumlah listrik yang dialirkan ke dalam sel elektrolisis. Selanjutnya Hukum Faraday ini dapat digunakan untuk menentukan massa zat yang terlibat atau dihasilkan pada reaksi redoks yang terjadi di dalam sel elektrolisis.

Gambar 1. Penyepuhan perhiasan skala industri

Proses penyepuhan logam-logam merupakan proses elektrolisis. Terjadinya proses elektrolisis diperlukan energi listrik dari sumbernya seperti baterai. Dengan demikian, pada elektrolisis terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi kimia. Reaksi redoks yang mengakibatkan terjadinya perubahan energi kimia menjadi energi listrik, atau sebaliknya merupakan proses elektrokimia. Proses penyepuhan perhiasan dari tembaga oleh emas atau perak. Proses ini dikenal dengan nama electroplating / penyepuhan. Electroplating / penyepuhan adalah pelapisan logam mulia terhadap logam biasa menggunakan sel elektrolisis. Alasan dilakukannya elektroplating antara lain agar lebih menarik (estetika), tahan karat (nilai tambah), dan lebih kuat (nilai tambah). Benda yang akan disepuh dijadikan katoda, dan logam penyepuh sebagai anoda. Larutan elektrolit yang digunakan adalah larutan elektrolit dari logam penyepuh.

Ingat:  Beberapa hal yang mesti diingat dalam konsep elektrolisis, yaitu:

Reaksi yang terjadi di katoda dan di anoda,

Eelektrolitnya apakah berupa larutan atau cairan (lelehan).

Elektrodenya apakah aktif atau tidak aktif (C, Pt, Au adalah elektrode tidak aktif)

Pada bagian lain (Demonstrasi Kontekstual) kalian telah menerapkan konsep elektrolisis dari hukum Faraday pada percobaan kedua (rancangan pelapisan logam), merancang set alat pelapisan logam, merangkai alat pelapisan logam sesuai rancangan, melakukan pelapisan logam menggunakan alat dan langkah kerja hasil rancangan. Pada topik ini saatnya kita menghitung massa lapisan logam dengan menggunakan hukum Faraday.

Hukum Faraday I

Massa zat yang dihasilkan pada suatu elektrode selama proses elektrolisis berbanding lurus dengan muatan listrik yang digunakan.

𝒘 ≈ Q

atau

W₁ / W₂  =  e₁ / e₂

atau

W₁            e₂

-----   =   -------

W₂            e₂

Muatan listrik sama dengan arus listrik dikalikan waktu

𝐰 = 𝐢 × 𝐭

Muatan listrik (Q) yang digunakan dalam elektrolisis berbanding lurus dengan jumlah mol elektron yang terlibat dalam reaksi redoks (n_e). Secara eksperimen diperoleh bahwa 1 mol elektron memiliki muatan listrik sebesar 96.500 coulomb. Nilai muatan listrik elektron ini ditetapkan sebagai konstanta Faraday (F). Jadi, hubungan ini dapat dirumuskan sebagai berikut.

Q = n × F

Hukum Faraday II

Jika sejumlah arus listrik yang sama dialirkan ke dalam beberapa sel elektrolisis maka massa zat yang dihasilkan pada suatu elektroda selama elektrolisis berbanding lurus dengan massa ekivalen zat tersebut.

W ≈ e

Massa ekivalen zat adalah massa zat dengan jumlah mol setara secara stoikiometri dengan 1 mol elektron. Massa atom relatif dari suatu unsur tersebut dibagi dengan perubahan bilangan oksidasi yang dialami dalam reaksi elektrolisis.

𝐞 = 𝐀𝐫 / 𝐧

Jika persamaan pada hukum Faraday I dihubungkan dengan persamaan pada hukum Faraday II maka didapatkan persamaan :

𝐰 = (𝐞 . 𝐢 . 𝐭) / 𝟗𝟔𝟓𝟎𝟎

Keterangan :

W : massa zat yang diendapkan ‘

e : massa ekivalen

i : arus listrik (ampere)

t: waktu elektrolisis (detik)

Contoh soal 1:

Berapa gram logam Cu (Ar = 63,5) dapat diendapkan jika arus listrik sebesar 5 ampere dilewatkan dalam larutan CuSO₄ selama 2 jam? Tetapan Faraday = 96.500 coulomb.

Jawab :

Reaksi reduksi tembaga di katoda:

Cu²⁺_(aq) + 2e → Cu_(s)

Massa ekivalen (e)= 63,5 / 2 = 31,75 gr/mol (→ 2 diambil dari muatan ion Cu²⁺)

W = 31,75 x 5 ampere x (2 jam x 3600)/96.500 

W = 5,92 gram

Contoh soal 2:

Proses pemurnian tembaga dilakukan dengan cara elektrolisis. Tembaga kotor dijadikan sebagai anoda, sedangkan tembaga murni sebagai katoda. Arus sebesar 10 ampere dialirkan pada sel elektrolisis tembaga. Lamanya waktu yang diperlukan agar dikatoda dihasilkan endapan Cu sebanyak 12,70 gram (Ar Cu=63,5; F=96.500 coulomb) adalah .... (coba temukan jawaban 3.860 detik)

APLIKASI DI DUNIA NYATA

A.   BAUT ANTI KARAT

Pernahkah anda melihat baut yang berkarat ? Karat atau korosi merupakan reaksi kimia logam besi yang disebabkan reaksi logam besi dengan oksigen. Pada reaksi tersebut logam besi mengalami oksidasi sedangkan oksigen mengalami reduksi. Dalam perkembangannya korosi pada logam menyebabkan permasalahan tersendiri. Karena korosi menyebabkan berubahnya struktur logam dan berdampak pada kekuatan logam itu sendiri. Untuk mengatasinya banyak benda yang terbuat dari besi kemudian dilapisi oleh logam lain yang tidak mudah mengalami korosi. Seperti yang terlihat pada gambar 1, terdapat tiga jenis baut yang berbeda warnanya dikarenakan baut yang berwarna perak dan emas telah dilapisi logam lain yang sulit mengalami korosi.

Gambar 2. baut anti karat

B.   PENYEPUHAN LOGAM MULIA (EMAS)

Kegunaan lain dari elektrolisis yang sudah dikenal luas oleh masyarakat adalah penyepuhan perhiasan emas. Perhiasan emas yang telah dipakai dalam jangka waktu yang lama biasanya akan kusam. Untuk mengembalikan warna emas yang berkilau biasanya emas disepuh kembali. Proses penyepuhan perhiasan emas ini dilakukan dengan menggunakan prinsip elektrolisis. Dalam melakukan proses penyepuhan digunakan 2 elektroda dimana logam yang akan dilapisi ditempatkan sebagai katoda, sedangkan logam yang melapisi ditempatkan sebagai anoda. Kedua elektroda dihubungkan dengan sumber listrik searah. Bagaimana proses elektrolisis pada penyepuhan emas dapat diamati melalui pengamatan langsung dengan mendatangi tukang sepuh emas yang terdekat.

Gambar 3. Penyepuhan Emas

Di bawah ini ada video tentang Praktik Melatih berpikir KRITIS melalui “Saya Sadar, Saya Berpikir” "I Notice - I Wonder" yang diadopsi oleh Websis for Edu © 2021

TERIMA KASIH