Materi Kimia Kelas 11 - Sel Elektrolisis dan Penerapannya dalam Industri

1. Pengantar: Apa Itu Sel Elektrolisis?

Sel elektrolisis adalah kebalikan dari Sel Volta. Jika Sel Volta mengubah energi kimia menjadi listrik secara spontan, maka Sel Elektrolisis menggunakan energi listrik untuk memaksa terjadinya reaksi kimia yang tidak spontan.

🔌 Prinsip utama: Energi listrik dari sumber eksternal digunakan untuk memecah zat dalam larutan elektrolit menjadi unsur-unsurnya melalui reaksi redoks.

📌 Contoh dalam kehidupan sehari-hari:

• Penyepuhan logam (misalnya perak dan emas pada perhiasan 💍)
• Produksi gas hidrogen dan oksigen dari air 🚰
• Pemurnian logam seperti tembaga dan aluminium 🏗

---

2. Komponen Sel Elektrolisis

Sama seperti Sel Volta, Sel Elektrolisis juga memiliki anoda, katoda, larutan elektrolit, dan elektroda. Namun, ada beberapa perbedaan penting:

🔹 Anoda (+): Tempat terjadi oksidasi (elektron dilepas).

🔹 Katoda (-): Tempat terjadi reduksi (elektron diterima).

🔹 Elektrolit: Larutan yang mengandung ion-ion yang dapat bergerak bebas.

🔹 Sumber listrik eksternal: Digunakan untuk memaksa reaksi terjadi.

Perbedaan utama dari Sel Volta:

• Pada Sel Elektrolisis, anoda bermuatan positif dan katoda bermuatan negatif karena listrik dipaksakan masuk ke sistem.

---

3. Reaksi dalam Sel Elektrolisis

Dalam elektrolisis, terjadi reaksi redoks di dua elektroda:

1. Reaksi di Katoda (-) → Reduksi (penerimaan elektron):

- Ion positif (kation) bergerak ke katoda dan menerima elektron.

1. Reaksi di Anoda (+) → Oksidasi (pelepasan elektron):

- Ion negatif (anion) atau zat netral mengalami oksidasi dan melepaskan elektron.

✏ Contoh reaksi elektrolisis larutan NaCl (air garam):

• Katoda (-): Ion H⁺ dari air direduksi menjadi gas hidrogen:

\[ 2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 (g) + 2OH^- \]

• Anoda (+): Ion Cl⁻ mengalami oksidasi menjadi gas klorin:

\[ 2Cl^- \rightarrow Cl_2 (g) + 2e^- \]

🛑 Hasil akhir: Gas hidrogen (\(H_2\)) dihasilkan di katoda, dan gas klorin (\(Cl_2\)) dihasilkan di anoda.

---

4. Jenis-Jenis Sel Elektrolisis

a. Elektrolisis Larutan

• Larutan mengandung ion-ion yang bergerak bebas.
• Contoh: Elektrolisis air garam (NaCl) untuk menghasilkan gas hidrogen dan klorin.

b. Elektrolisis Lelehan (Fused Electrolysis)

• Elektrolisis dilakukan pada zat cair tanpa air.
• Contoh: Elektrolisis lelehan NaCl untuk menghasilkan natrium dan klorin.

c. Elektrolisis Air (H₂O)

• Menghasilkan gas hidrogen dan oksigen.
• Katoda (-): \( 2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 (g) + 2OH^- \)
• Anoda (+): \( 2H_2O \rightarrow O_2 (g) + 4H^+ + 4e^- \)
• Aplikasi: Produksi hidrogen untuk bahan bakar.

---

5. Penerapan Sel Elektrolisis dalam Industri

Sel elektrolisis digunakan dalam berbagai industri, seperti:

a. Penyepuhan Logam (Electroplating)

🔹 Tujuan: Menutup permukaan suatu benda dengan lapisan logam lain untuk meningkatkan tampilan atau ketahanan terhadap korosi.

🔹 Contoh:

• Penyepuhan perak pada sendok garpu 🍴
• Penyepuhan emas pada perhiasan 💍

✏ Reaksi penyepuhan perak (Ag) pada sendok besi:

• Katoda (-): Besi menerima ion perak (\( Ag^+ \)) dan membentuk lapisan perak.

\[ Ag^+ + e^- \rightarrow Ag (s) \]

• Anoda (+): Perak larut untuk menggantikan ion perak yang hilang.

\[ Ag (s) \rightarrow Ag^+ + e^- \]

---

b. Pemurnian Logam (Electrorefining)

🔹 Tujuan: Memurnikan logam dari kotoran dengan elektrolisis.

🔹 Contoh: Pemurnian tembaga (Cu).

✏ Reaksi dalam pemurnian tembaga:

• Anoda (+) (Tembaga kotor):

\[ Cu (s) \rightarrow Cu^{2+} + 2e^- \]

• Katoda (-) (Tembaga murni):

\[ Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu (s) \]

📌 Aplikasi: Industri elektronik (pembuatan kabel listrik).

---

c. Produksi Aluminium dari Bauksit (Elektrolisis Al₂O₃ - Hall-Héroult Process)

🔹 Tujuan: Menyediakan aluminium dalam jumlah besar.

🔹 Proses:

1. Bauksit (\( Al_2O_3 \)) dilelehkan dengan kriolit.
2. Elektrolisis menghasilkan aluminium murni di katoda dan oksigen di anoda.

✏ Reaksi:

• Katoda (-):

\[ Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al (s) \]

• Anoda (+):

\[ 2O^{2-} \rightarrow O_2 (g) + 4e^- \]

📌 Aplikasi: Produksi kaleng soda, pesawat, mobil 🚗✈.

---

6. Perbandingan Sel Volta dan Sel Elektrolisis

Fitur	Sel Volta	Sel Elektrolisis
Energi	Menghasilkan listrik	Memerlukan listrik
Jenis Reaksi	Spontan	Tidak spontan
Anoda	Negatif (-)	Positif (+)
Katoda	Positif (+)	Negatif (-)
Contoh	Baterai, aki mobil	Penyepuhan, pemurnian logam

---

7. Kesimpulan: Pentingnya Elektrolisis dalam Kehidupan

✅ Elektrolisis digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi kimia.

✅ Memiliki peran penting dalam industri logam, produksi gas, dan pembuatan baterai.

✅ Reaksi elektrolisis terjadi di anoda (oksidasi) dan katoda (reduksi).

✅ Penyepuhan logam dan pemurnian tembaga adalah contoh aplikasinya.

🚀 Kesimpulan: Elektrokimia bukan hanya konsep di buku, tapi teknologi yang kita gunakan setiap hari! ⚡🔋