Pertemuan ke-1 PENURUNAN TEKANAN UAP
Dalam kehidupan sehari-hari kita mengetahui bahwa air memiliki titik didih 100 oC. Ketika Ketika mendidih, mendidih, air berubah berubah menjadi menjadi uap air. air. Akan tetapi, air dapat mengauap pada suhu berapa saja, termasuk pada suhu di bawah 100oC. Sebagai contoh, pakaian pakaian basah menjadi kering ketika dijemur karena air menguap. eskipun demikian pakaian basah tidak akan kering jika ditempatkan dalam ruangan tertutup karena ruangan itu akan menjadi jenuh dengan uap air. air. !ada keadaan jenuh, proses penguapan tetap berlangsung, berlangsung, tetapi pada saat "ang sama sama terjad terjadii pengemb pengembuna unan n dengan dengan laju laju "ang sama. Dengan Dengan kata kata lain, lain, terdap terdapat at kesetimbangan dinamis antara #at cair dengan uap jenuhn"a. $ekanan "ang ditimbulkan oleh uap jenuh suatu #at disebut tekanan uap #at. Dengan Dengan kata kata lain lain tekana tekanan n uap adalah adalah ukuran ukuran kecende kecenderun rungan gan moleku molekul-m l-mole olekul kul cairan cairan untuk untuk melepas melepaskan kan diri diri dari dari molekul molekul-mo -molek lekul ul cairan cairan diseki disekitar tarn"a n"a dan berubah berubah menjadi uap pada suhu tertentu. %mumn"a molekul cairan "ang berubah menjadi uap adalah "ang berada dipermukaan. !erhatikan gambar di bawah ini & $ekanan %ap pelarut murni '!o( / partikel pelarut
Gambar !elarut murni dimasukkan kedalam wadah tertutup. !ada suhu tertentu partikel-partikel cairan akan menguap sampai jenuh. $ekanan ekanan uap di atas atas pelaru pelarutt murni, murni, disebut disebut tekanan tekanan uap pelaru pelarutt o murni '! pelarut(
)ika kedalam pelarut dimasukkan suatu #at terlarut "ang sukar menguap, tern"ata tekanan uap di atas larutan akan turun, mengapa* +agaimana Anda dapat menjelaskan enomena ini * al ini dapat dijelaskan sebagai berikut berikut !artik !artikelel-par parti tikel kel #at terlar terlarut ut teruta terutama ma "ang berada berada dibagi dibagian an permuk permukaan aan akan menghalangi penguapan partikel pelarut. Semakin ban"ak jumlah partikel #at terlarut "ang menghalangi, maka semakin sedikit partikel pelarut "ang menguap.
$ekanan uap larutan '! larutan(
/ partikel pelarut = partikel zat terlarut, menghalangi penguapan pelarut !artikel #at terlarut, menghalangi penguapan partikel pelarut, sehingga tekanan uap di atas larutan '! larutan( lebih kecil daripada tekanan uap pelarut murni '!o pelarut( $abel $ekanan uap jenuh air pada berbagai suhu 'mmg(
T (oC) 0 10 14 1 15 17 12 16 40 41 44 43 4 4 45 47 42 46 30
P ,2 5, 6,41 10,4 11,66 13,53 1,3 1,2 15,2 17, 12,5 16,23 41,07 44,32 43,75 4,41 45,7 42,3 30,0 31,24
T (oC) 3 0 0 50 5 70 20 60 64 6 65 62 100 104 10 105 102 110
P 4,4 ,3 71,6 67, 112,0 16, 127, 433,7 3,1 4,2 57,0 510,6 57,5 707,3 750,0 21,6 27,1 637,6 100,5 107,5
8leh karena karena itu, tekanan tekanan uap dari suatu suatu larutan selalu selalu lebih kecil daripada daripada pelarut pelarut murnin"a. Selisih antara tekanan uap pelarut murni dengan tekanan uap pelarut dalam larutan disebut penurunan tekanan uap jenuh larutan "ang disimbolkan dengan !. Komposisi uap di permukaan larutan telah dipelajari oleh seorang kimiawan dari !eranci !erancis, s, "aitu "aitu 9ranco 9rancois is arie arie :aoult :aoult,, sehing sehingga ga rumusa rumusann"a nn"a disebu disebutt hokum hokum :aoult :aoult.. +esarn"a penurunan tekanan uap jenuh larutan, "ang dirumuskan sebagai berikut
$ekanan uap larutan '! larutan(
/ partikel pelarut = partikel zat terlarut, menghalangi penguapan pelarut !artikel #at terlarut, menghalangi penguapan partikel pelarut, sehingga tekanan uap di atas larutan '! larutan( lebih kecil daripada tekanan uap pelarut murni '!o pelarut( $abel $ekanan uap jenuh air pada berbagai suhu 'mmg(
T (oC) 0 10 14 1 15 17 12 16 40 41 44 43 4 4 45 47 42 46 30
P ,2 5, 6,41 10,4 11,66 13,53 1,3 1,2 15,2 17, 12,5 16,23 41,07 44,32 43,75 4,41 45,7 42,3 30,0 31,24
T (oC) 3 0 0 50 5 70 20 60 64 6 65 62 100 104 10 105 102 110
P 4,4 ,3 71,6 67, 112,0 16, 127, 433,7 3,1 4,2 57,0 510,6 57,5 707,3 750,0 21,6 27,1 637,6 100,5 107,5
8leh karena karena itu, tekanan tekanan uap dari suatu suatu larutan selalu selalu lebih kecil daripada daripada pelarut pelarut murnin"a. Selisih antara tekanan uap pelarut murni dengan tekanan uap pelarut dalam larutan disebut penurunan tekanan uap jenuh larutan "ang disimbolkan dengan !. Komposisi uap di permukaan larutan telah dipelajari oleh seorang kimiawan dari !eranci !erancis, s, "aitu "aitu 9ranco 9rancois is arie arie :aoult :aoult,, sehing sehingga ga rumusa rumusann"a nn"a disebu disebutt hokum hokum :aoult :aoult.. +esarn"a penurunan tekanan uap jenuh larutan, "ang dirumuskan sebagai berikut
! / tekanan uap jenuh larutan ; terlarut / raksi mol #at terlarut ; pelarut / raksi mol #at pelarut.
$abel. !enurunan tekanan uap jenuh teoritis berbagai jenis larutan nonelektrolit dalam air pada suhu 40oC. Zat terlarut
rak!" mol #at terlarut
Tekanan uap $enu% larutan larutan
Air murni
0,01 0,04 0,01 0,04
17, mmg 17,35 mmg 17,12 mmg 17,35 mmg 17,12 mmg
Penurunan tekanan uap $enu% 0,12 mmg 0,35 mmg 0,12 mmg 0,35 mmg
)ika Anda sudah mengerti, silahkan Anda kerjakan latihan soal di bawah ini ini 1. Apa "ang dimaks dimaksud ud dengan dengan siat koliga koligati ti * Apa arti kata >koliga >koligati ti?? dalam konteks ini* 4. $ekanan uap uap jenuh larutan larutan dari dari 50 gram gram #at ; dalam dalam 120 gram air air 'r / 12( pada suhu tertentu adalah 100 mmg. )ika tekanan uap air pada suhu tersebut adalah 110 mmg. itunglah r #at ; & 3. Anda Anda melaru melarutka tkan n 3,4 3,4 gram gram gula gula pasir pasir 'Sukro 'Sukrosa sa , r / 34( 34( kedal kedalam am 60 gram air 'r / 12( )ika tekanan uap jenuh air / 104 mmg, hitunglah penurunan tekanan uap jenuh larutan.
Kena"kkan T"t"k &"'"%
Karena keberadaan #at terlarut "ang tidak mudah menguap menurunkan tekanan uap larutan, maka titik didih larutan pasti terpengaruh karenan"a. $itik didih larutan ialah suhu pada saat tekanan uap larutan larutan sama dengan tekanan atmoser atmoser luar. luar.
P (atm) mm*
D
C cair
+ 1 atm padat ,2 -------------------
/ kur@a diagram asa air gas
/ kur@a diagram
Gambar Diagram asa air dan larutan berair
+eberapa hal "ang perlu diperhatikan dari diagram ase
Gar"! '"'"%
Gar"! beku
$itik $ripel !erpotongan !erpotongan antara garis didih dengan garis beku dan garis sublimasi sublimasi disebut titik tripel tripel.. $itik tripel air adalah '0,0062oC ,2 mmg(. !ada titik tripeln"a ketiga bentuk ase "aitu padat, cair dam gas berada dalam kesetimbangan.
Silahkan Anda tunjukkan kur@a manakah "ang menunjukkan keadaan mendidih dan membeku air murni & +erapakah harga a dan b * Diskusikan dengan teman Anda& Karena pada suhu berapapun tekanan uap larutan selalu lebih rendah daripada pelarut murni, murni, kur@a cair-gas cair-gas akan terletak terletak di bawah kur@a untuk pelarut pelarut murni. murni. Akibatn"a Akibatn"a kur@a larutan larutan 'garis putus-putus( putus-putus( memotong garis hori#ontal hori#ontal "ang bertanda bertanda ! / 1 atm pada suhu "ang lebih tinggi daripada titik didih normal pelarut murni. Analisis grais ini menunjukkan bahwa titik didih larutan lebih tinggi daripada titik didih air. air. Kenaikkan titik didih,
Td
Dimana Td adalah titik didih larutan dan Td o adalah titik didih pelarut murni. Karena Td berbanding lurus dengan konsentrasi 'molalitas( larutan, maka perumusannn"a adalah sebagai berikut T' = K ' . m
Dimana m adalah molalitas larutan dan Kd adalah konstanta kenaikkan titik didih molal. Satuan Kd adalah oCBm. arga Kd bergantung pada jenis pelarut. arga Kd untuk beberapa pelarut dapat Anda lihat pada $abel 4.3.
Tabel Konstanta Kenaikkan $itik Didih olal dan Konstanta !enurunan $itik
+eku olal untuk +eberapa Cairan "ang %mum Pelarut
Air +en#ena =tanol Asam asetat Sikloheksana
T"t"k +eku Normal (oC) 0 , -117,3 15,5 5,5
Kb ( Cm) 1,25 ,14 1,66 3,60 40,0 o
T"t"k &"'"% Normal (oC) 100 20,1 72, 117,6 20,7
K' ( Cm) 0,4 4,3 1,44 4,63 4,76 o
Sekarang silahkan Anda diskusikan dengan teman Anda, mengapa satuan konsentrasi "ang dipakai adalah molalitas bukan molaritas *
Pertemuan ke-, PENURUNAN TTK +EKU
$ahukan Anda, di negara-negara "ang mengalami musim salju, para petugas menaburkan garam aCl atau CaCl4 untuk melelehkan salju "ang menutupi jalanan. Cara pelelehan semacam ini berhasil karena dapat menurunkan titik beku air, dengan kata lain pada ! / 1 atm, suhu 0 oC larutan garam belum membeku, titik bekun"a di bawah 0oC.
Dimana Tbo adalah titik beku pelarut murni, dan Tb adalah titik beku larutan. Sekali lagi, Tb berbanding
lurus dengan konsentrasi larutan Tb = K b . m
Dimana dalam persamaan ini m adalah konsentrasi dari #at terlarut dalam satuan molalitas, dan Kb ialah konstanta penurunan titik beku molal. Seperti haln"a Kd , Kb mempun"ai satuan oCBm. Diskusikan dengan teman-teman Saudara, untuk men"elesaikan soal-soal di bawah ini 1. +erapa titik didih dan titik beku larutan natalen 4,7 m dalam ben#ene* '$itik didih dan titik beku ben#ene masing-masing adalah 20,1 oC dan , oC( 4. =tilen glikol '=<(, C4'8(C4'8( ialah #at antibeku "ang la#im digunakan untuk air pengisi radiator mobil pada musim dingin. at ini larut dalam air dan tidak mudah menguap ' t.d. 167oC(. a. itung titik beku larutan "ang mengandung 51 g #at ini dalam 40 g air. b. Apakah Anda tetap memakai #at ini di mobil Anda pada musim panas* assa molar etilen glikol ialah 54 gBmol.
TEKANAN /0//
)ika sebuah mentimun, Anda masukkan ke dalam larutan garam pekat akan mengerut menjadi acar. +agaimana Anda menjelaskan enomena ini * +an"ak proses kimia dan biologi bergantung pada aliran molekul pelarut secara selekti melewati membrane berpori 'membrane semipermiabel( dari larutan encer ke larutan "ang lebih pekat.
Membran semipermiabel
Tekanan osmotik
'a(
'b(
tabung kanan pada kesetimbangan. !ada dasarn"a, pengaruh "ang sama terjadi bila pelarut murni digantikan dengan larutan "ang lebih encer daripada larutan "ang ada disebelah kanan. Apa "ang men"ebabkan air bergerak secara spontan dari kiri ke kanan dalam kasus ini* +andingkan tekanan uap air murni dan tekanan uap larutan. Karena tekanan uap air murni lebih tinggi, maka terdapat transer bersih air dari wadah kiri ke wadah kanan selama peristiwa osmosis berlangsung. $ekanan osmotik larutan din"atakan sebagai = M. R. T
Dimana M adalah molaritas larutan, R konstanta gas '0,024 E.atmBK.mol(, dan T adalah suhu mutlak. $ekanan osmotik, , din"atakan dalam atmoser. Karena pengukuran tekanan osmotik dilakukan pada suhu tetap, kita men"atakan konsentrasi di sini dengan satuan "ang lebih mudah, "aitu molaritas '(, bukan molalitas 'm(. Seperti haln"a kenaikkan titik didih dan penurunan titik beku, tekanan osmotik pun berbanding lurus dengan konsentrasi larutan. )ika kedua larutan mempu"ai konsentrasi "ang sama, maka dengan demikian akan memiliki tekanan osmotik "ang sama. )ika dua larutan memiliki tekanan osmotik "ang sama, maka keduan"a disebut dalam keadaan isotonic. )ika dua larutan tidak memilki tekanan osmotik "ang tidak sama, maka larutan "ang lebih pekat disebut hipertonik dan larutan "ang lebih encer disebut hipotonik. 9enomena tekanan osmotik dapat kita amati dalam ban"ak contoh "ang menarik. %ntuk mempelajari kadar sel darah merah, "ang terlindungi dari membrane semipermiabel, ahli biokimia menggunakan suatu tekhnik "ang disebut hemolisis. Sel darah merah diletakkan kedalam larutan hipotonik. Karena larutan hipotonik kurang pekat dibanding larutan di dalam sel, air bergerak ke dalam sel. Sel akan menggembung dan akhirn"a pecah, membebaskan hemoglobin dan molekul lain.
glukos a glukos a
glukos a
olekul air
glukos a
Earutan
Air
Selaput semipermeabel
$ekanan osmotik juga merupakan mekanisme utama dalam pengangkutan air kebagian atas pada tumbuhan. Karena daun terus menerus kehilangan air ke udara, dalam proses "ang disebut transpirasi, konsentrasi #at terlarut dalam cairan daun terus meningkat. Air didorong terus lewat batang, cabang dan ranting-ranting pohon oleh tekanan osmotik. Diperlukan tekanan sebesar 10-1 atm untuk mengangkut air ke daun di pucuk pohon redwood di Caliornia,
"ang
tinggin"a
140
m.
Aksi
kapiler
men"ebabkan kenaikkan air sampai beberapa sentimeter saja. +erkumpullah dengan beberapa teman Anda untuk mendiskusikan, proses pemurnian air dari air laut dengan menggunakan prinsip reverse osmosis 'osmosis balik(.
Gambar
Pohon dengan batang yang nggi
!ertemuan ke-3 /AT KGAT ARUTAN EEKTRT
Siat koligati elektrolit memerlukan pendekatan "ang sedikit berbeda daripada "ang digunakan untuk siat koligati nonelektrolit. Alasann"a ialah karena elektrolit terurai menjadi ion-ion dalam larutan, dan dengan demikian satu satuan sen"awa elektrolit terpisah menjadi dua atau lebih partikel bila dilarutkan. 'Fngat, "ang menentukan siat koligati larutan adalah ban"akn"a partikel #at terlarut(. Contohn"a, tiap satuan aCl 'garam dapur( terirai menjadi dua ion, aG dan Cl-. )adi siat koligati 0,1 m larutan aCl akan dua kali lebih besar dari pada 0,1 m larutan nonelektrolit, seperti urea. Sama haln"a, 0,1 m larutan CaCl4 tentun"a enurunkan titik beku tiga kali lebih ban"ak daripada 0,1 m larutan sukrosa. %ntuk menjelaskan pengaruh ini kita harus memodiikasi persamaan siat koligati sebagai berikut T' = K ' . m. i
Tb = K b . m. i
= M. R. T. i
Hariabel i adalah factor vant !off, "ang dideinisikan sebagai
i =
)adi, F harus bernilai 1 untuk semua nonelektrolit. %ntuk elektrolit kuat seperti aCl dan K83, F seharusn"a 4, dan untuk elektrolit kuat seperti a 4S8 dan gCl4, i seharusn"a 3. Dengan kata lain harga i sama dengan jumlah partikel hasil penguraian setiap satuan rumus 'n(. !ada ken"ataann"a, siat koligati larutan elektrolit biasan"a lebih kecil daripada "ang diperhitungkan karena pada konsentrasi "ang lebih tinggi, ga"a elektrostatik berpengaruh, sehingga kation dan anion saling tarik menarik. Satu kation dan satu anion "ang terikat oleh ga"a elektrostatik dinamakan pasangan ion 'ion pair(. !embentukan satu pasang ion menurunkan jumlah partikel larutan seban"ak satu, mengakibatkan
Tabel 9aktor @anIt o dari 0,0 larutan elektrolit pada 4oC Elektrol"t Cl aCl gS8 gCl4 9eCl3
i ('"ukur) 1,6 1,6 1,3 4,7 3,
i ('"%"tun*) 4,0 4,0 4,0 3,0 ,0
Sebagaimana "ang Anda lihat, nilai-nilai tersebut mendekati tetapi tidak sempurna, "ang menunjukkan ban"akn"a pembentukan pasangan ion dalam larutan tersebut. %ntuk elektrolit lemah seperti asam, basa lemah atau garam sukar larut, maka han"a sebagian molekul "ang terurai. !erbandingan jumlah partikel "ang terurai dengan jumlah partikel mula-mula din"atakan dengan derajat disosiasi '(. Sehingga harga F untuk elektrolit lemah adalah
i = 1 2 (n-1)
Dimana n / jumlah ion hasil penguraian setiap satuan rumus
/ derajat dissosiasi. Silahkan Anda berdiskusi dengan teman-teman Saudara untuk mengerjakan soal latihan di bawah ini 1. $ekanan osmotik larutan 0,010 kalium iodide 'KF( pada 4oC ialah 0,5 atm. itung actor @anIt o untuk KF pada konsentrasi ini. 4. !enurunan titik beku dari larutan 0,100 m gS8 ialah 0,44oC. itunglah actor @anIt o gS8 pada konsentrasi ini. 3. ana diantara dua larutan berair ini "ang mempun"ai 'a( titik didih lebih tinggi, 'b( titik beku lebih tinggi, dan 'c( tekanan uap lebih rendah 0,3 m CaCl4 atau 0,60 m urea* )elaskan jawaban Anda. . Seban"ak 0,25 persen massa larutan aCl disebut >larutan garam isiologis? sebab tekanan osmotikn"a sama dengan tekanan osmotik larutan dalam sel darah merah. itung tekanan osmotik larutan ini pada suhu tubuh normal '37oC(. !erhatikan bahwa kerapatan larutan garam ialah 1,00 gBmE. r aCl / 2,. Ke*unaan /"3at Kol"*at"3 arutan Siat koligati larutan dimanaatkan dalam kehidupan sehari-hari, ilmu pengetahuan, dan
industri.
a. 0embuat Campuran Pen'"n*"n Caira pendingin adalah larutan berair "ang memiliki titik beku jauh dibawah 0 C. Cairan
!ada pembuatan es putar, cairan pendingin dibuat dengan mencampurkan garam dapur dengan kepingan es batu dalam sebuah bejana berlapis ka"u. !ada pencampuran itu, es batu akan mencair sementara suhu campuran turun. Selanjutn"a, campuran bahan pembuat es putar dimasukkan dalam bejana lain "ang terbuat dari bahan stainless steel. +ejana ini kemudian dimasukkan ke dalam cairan pendingin, sambil terus-menerus diaduk sehingga campuran membeku. b. Ant"beku Antibeku adalah #at "ang ditambahkan ke dalam suatu cairan untuk menurunkan titik
bekun"a. Antibeku mencegah pembekuan cairan "ang digunakan sebagai pendingin, misaln"a dalam pesawat terbang dan kendaraan bermotor. at antibeku "ang ideal adalah #at "ang dapat larut dalam cairan pendinginn"a sendiri, mempun"ai @iskositas dan kondukti@itas listrik "ang rendah, titik didih tinggi, tidak korosi, dan mempun"ai da"a hantar panas "ang baik. Antibeku "ang ban"ak digunakan dalam kendaraan bermotor berupa etilenglikol 'glikol C48-C48(. Selain menurunkan titik beku, antibeku juga menaikkan titik didih, sehingga mengurangi penguapan. 4. Pen4a"ran /al$u '" 5alan Ra6a Eapisan salju di jalan ra"a dapat membuat kendaraan tergelincir 'selip(, sehingga perlu
disingkirkan. Eapisan salju tersebut sebagian besar dapat disingkirkan dengan buldoser, namun untuk membersihkann"a digunakan garam dapur atau urea. !rinsip dasar dari proses ini juga berdasarkan penurunan titik beku.
'. Penentuan /"3at Kol"*at"3 untuk 0enentukan 0a!!a 0olar
Siat koligati larutan nonelektrolit dapat digunakan untuk menentukan massa molar #at terlarut. Secara teoritis, semua dari keempat siat koligati dapat digunakan untuk tujuan tersebut. amun, pada praktikn"a, han"a penurunan titik beku dan tekanan osmotik "ang digunakan sebab keduan"a menunjukkan perubahan "ang paling mencolok.
Silakan Anda kerjakan latihan soal berikut ini 1. emoglobin 'b( adalah molekul "ang bertugas membawa oksigen dalam darah. Suatu larutan dibuat dengan melarutkan 3,0 g hemoglobin 'b( dalam air secukupn"a sampai @olume 1 E. )ika tekanan osmotik larutan tern"ata 10,0 mmg pada 4oC, hitung massa molar hemoglobin. 4. Seban"ak 7,2 g sampel sen"awa dengan rumus empiris C dilarutkan dalam 301 g ben#ene. $itik beku larutan ialah 1,0oC dibawah titik beku ben#ene murni. +erapa massa molar dan rumus molekul sen"awa tersebut * 3. Suatu larutan "ang mengandung 4, g sen"awa dengan rumus empiris C ! dalam
Pertemuan ke-7 0EN8ETARAKAN PER/A0AAN REAK/ RE&K/
Seperti haln"a perubahan kimia "ang lain, reaksi oksidasi dan reduksi juga ditunjukkan oleh persamaan kimia. Karena itu persamaan redoks juga harus disetarakan. Apakah anda dapat men"etarakan reaksi pada perkaratan besi tersebut* Dengan cepat anda tentu dapat men"elesaikann"a. Sekarang kita perhatikan reaksi redoks berikut C G 83
JC84 G 84 G 48,
apakah anda dapat men"etarakan reaksi tersebut* )ika anda men"etarakan reaksi redoks dengan cara coba-coba, maka anda akan sering mengalami kesulitan. %ntuk mempermudah men"etarakan reaksi redoks, dapat menggunakan cara bilangan oksidasi dan cara setengah reaksi. asing-masing cara tersebut memuat langkah-langkah "ang dapat menuntun anda dalam men"etarakan reaksi redoks. Dengan cara ini anda harus ingat bahwa persamaan reaksi kimia dapat ditambah, dikurangi, dan dikalikan.
a. Cara +"lan*an k!"'a!"
%ntuk men"etarakan reaksi redoks dengan cara bilangan oksidasi, anda harus dapat menentukan bilangan oksidasi unsur "ang ada dalam suatu sen"awa. )ika anda sudah memahami cara menentukan bilangan oksidasi, anda dapat men"etarakan
reaksi
redoks
dengan
mudah.
Eangkah-langkah
dalam
men"etarakan persamaan reaksi redoks dengan cara bilangan oksidasi adalah Eangkah 1 Setarakan jumlah unsur, selain 8 dan , "ang mengalami perubahan bilangan oksidasi dengan memberi koeisien. Eangkah 4 $entukan reaksi oksidasi dan reaksi reduksi dengan cara menuliskan perubahan bilangan oksidasi. Eangkah 3 Samakan jumlah elektron "ang diterima dan "ang dilepas dengan cara mengalikan dengan angka tertentu. Eangkah Setarakan jumlah oksigen dengan menambah 48.
Eangkah Setarakan jumlah idrogen dengan menambahkan G .
Agar lebih jelas, perhatikan contoh berikut untuk men"etarakan reaksi n8- G Cl-
n4G G Cl4
"angkah # n8- G 4Cl-
n4G G Cl4
Di ruas kanan tedapat 4 atom Cl, sehingga Cl- di ruas kiri diberi koeisien 4
"angkah $ n8- G 4Cl%&
$' ()#*
n4G G Cl4 %$
+
!erubahan bilangan oksidasi n dari G7 menjadi G4 / !erubahan bilangan oksidasi Cl dari 4'-1( menjadi 0 / 4
"angkah 4n8- G 10Cl-
4n4G G Cl4
)umlah elektron "ang diterima n / dan elektron "ang dilepas Cl / 4. Agar jumlah elektron "ang diterima sama dengan elektron "ang dilepas, maka n dikalikan 4 dan Cl dikalikan .
"angkah 4n8- G 10Cl - G 15G
4n4G G Cl4 G 2 48
Di ruas kiri terdapat 2 atom oksigen dari 4n8 - , tambahkan 2 48 di ruas kanan. Akibat penambahan 48, di ruas kanan terdapat 15 atom h"drogen dari 2 48, tambahkan 15G di ruas kiri. Sekarang coba anda hitung jumlah tiap-tiap atom "ang terdapat di ruas kiri dan ruas kanan, apakah sudah setara*. Kemudian hitung juga muatan di ruas kiri dan kanan, apakah sama* )ika jumlah atom dan muatan di ruas kiri dan kanan maka reaksi redoks tersebut sudah setara.
Anda telah mempelajari konsep tentang asam dan basa, sekarang perhatikan reaksi "ang sudah setara di atas. !ada reaksi tersebut terdapat ion G di ruas kiri, apa artin"a* Adan"a ion G menunjukkan bahwa reaksi tersebut berlangsung pada suasana asam. Anda tentu mempertan"akan, bagaimana jika reaksi berlangsung pada suasana basa* %ntuk men"etarakan reaksi redoks pada suasana basa, dapat dilakukan dengan menetralkan ion G pada langkah terakhir dengan ion 8 'G G 8-
J 48(. $ambahkan 8 - di ruas kiri dan kanan seban"ak ion G.
%ntuk memperoleh gambaran "ang lebih jelas perhatikan contoh berikut. Cl4 G F83-
JF8- G Cl- 'basa(
)ika anda mengikuti langkah 1 hingga maka akan diperoleh Cl4 G F83- G 48
JF8- G 4Cl- G 4G
%ntuk mengubah menjadi suasana basa, tambahkan 48 - pada kedua ruas. Di ruas kanan akan terjadi reaksi netralisasi 4G G 48Cl4 G F83- G 48 G 4 8-
448
JF8- G 4Cl- G 4G G 48-
Cl4 G F83- G 48 G 4 8- Cl4 G F83- G 4 8 -
JF8- G 4Cl- G 448
JF8- G 4Cl- G 48
b. Cara /eten*a% Reak!"
%ntuk men"etarakan reaksi redoks dengan cara setengan reaksi ikuti langkahlangkah berikut Eangkah 1 !isahkan reaksi redoks menjadi reaksi reduksi dan reaksi oksidasi. Eangkah 4 Setarakan jumlah unsur, selain 8 dan , "ang mengalami perubahan bilangan oksidasi dengan memberi koeisien. Eangkah 3 $ambahkan 48 untuk men"etarakan atom oksigen dan tambahkan G untuk men"etarakan atom hidrogen. Eangkah $ambahkan elektron untuk men"etarakan muatan. Eangkah en"amakan jumlah elektron "ang dilepas pada reaksi oksidasi dengan jumlah elektron "ang diterima pada reaksi reduksi, kemudian jumlahkan kedua reaksi tersebut.
Conto%9
Setarakan reaksi redoks berikut Cr 4874- G 9e4G
Cr 3G G 9e3G 'asam(
"angkah # Cr 4874-
9e4G
Cr 4874-
9e4G
Cr 3G 9e3G
"angkah $ 4Cr 3G 9e3G
!ada reaksi reduksi jumlah Cr di ruas kiri adalah 4, maka di ruas kanan ion Cr 4G diberi koeisien 4, sedangkan pada reaksi oksidasi jumlah 9e di ruas kiri dan kanan sama, maka tidak perlu penambahan koeisien
"angkah Cr 4874- G
1G 9e4G
4Cr 3G G 748
9e3G
!ada reaksi reduksi, jumlah 8 dalam Cr 4874- adalah 7, maka di ruas kanan perlu ditambahkan 7 48, berikutn"a akibat penambahan 7 48 di ruas kanan terdapat 1 atom , maka di ruas kiri perlu ditambah 1 G. !ada reaksi oksidasi tidak terdapat atom 8, sehingga tidak terjadi penambahan 48 dan G.
"angkah Cr 4874- G
1G G 5e 9e4G
9e3G G e
4Cr 3G G 748
!ada reaksi reduksi jumlah muatan di ruas kiri adalah -4 G 1 / 14, jumlah muatan di ruas kanan 4 3 G 0 / 5. Agar muatan sama maka di ruas kiri ditambah 5 e. !ada reaksi oksidasi jumlah muatan di ruas kiri / 4 dan di ruas kanan / 3, maka di ruas kanan ditambah 1e.
"angkah Cr 4874- G
1G G 5e 59e4G
4Cr 3G G 748
59e3G G 5 e G
Cr 4874- G
1G G 59e4G
4Cr 3G G 748 G 59e3G
!ada reaksi reduksi jumlah elektron/ 5 sedangkan pada reaksi oksidasi jumlah elektron 1, maka pada reaksi oksidasi harus dikalikan 5. Sekarang coba anda hitung apakah jumlah atom dan jumlah muatan, apakah reaksi sudah setara* %ntuk men"etarakan reaksi redoks dalam suasana basa dapat dilakukan seperti pada cara bilangan oksidasi, "aitu menetralkan G dengan 8 pada tahap akhir.
Pertemuan ke-: EEKTRK0A
ubungan timbal balik antara reaksi redoks dengan arus listrik dapat berlangsung pada sel elektrokimia. Sehingga ada dua jenis sel elektrokimia "aitu sel Holta dan sel elektrolisis. Dalam sel Holta reaksi redoks spontan digunakan untuk menghasilkan arus listrik, contoh batu baterei dan aki. Dalam sel elektrolisis, arus listrik digunakan untuk melangsungkan reaksi redoks tidak spontan. Contohn"a adalah sel elektrolisis air dan pen"epuhan. !ada kegiatan belajar ini kita akan mempelajari sel Holta.
1. Reak!" Re'ok! /pontan
:eaksi redoks spontan adalah reaksi redoks "ang berlangsung serta merta. Contohn"a adalah reaksi antara logam seng dengan larutan tembaga'FF(sulat. )ika sepotong logam seng dimasukkan kedalam larutan tembaga'FF(sulat, segera terjadi reaksi dimana logam seng akan sedikit demi sedikit melarut, sedangkan ion tembaga'FF( diendapkan '
n4G'aL( G Cu's(
Gambar Dua reaksi redoks spontan, dari kiri ke kanan ' a. ke d.( a. Eogam n dimasukan kedalam larutan "ang mengandung Cu4G b. Eogam Cu mengendap dan logam n larut c. Eogam Cu dimasukkan ke dalam larutan "ang mengandung Ag G d. Eogam Ag mengendap dan logam Cu larut 'biru(
Sementara itu reaksi kebalikann"a, "aitu reaksi antara logam tembaga dan ion n4G tidak terjadi. Cu's( G n4G'aL(
tidak ada reaksi
8leh karena itu, dapat dikatakan bahwa kebalikan dari reaksi spontan aadalah tidak spontan.
/u!unan /el ;olta
Seperti "ang telah disebutkan di atas, reaksi redoks spontan dapat digunakans ebagai sumber listrik. %ntuk memahami hal ini, marilah kita perhatikan reaksi redoks spontan antara logam seng dan ion tembaga'FF( "ang telah dibahas di atas. n's( G Cu4G'aL(
n4G'aL( G Cu's(
!erlu diingat bahwa arus listrik adalah aliran elektron melalu kawat penghantar. )ika seng dimasukkan ke dalam larutan tembaga'FF(, akan terjadi reaksi redoks tetapi tidak ada arus listrik karena tidak ada alitan elektron. Fon-ion Cu4G datang
kepermukaan n, mengambil dua elektron lalu mengendap. Dalam sel Holta, reduktor dan oksidator dipisahkan sehingga pemindahan elektron tidak terjadi secara langsung tetapi melalui kawat penghantar. Sebagai contoh susunan sel Holta dapat dilihat pada
A
+
Gambar Sel Holta. )embatan garam berupa pipa % "ang berisi larutan KCl untuk menghubungkan dua larutan. =lektron mengalir melalui sirkuit luar dari anoda 'n( menuju elektroda Cu 'katoda(
!ada rangkaian tersebut, logam seng dicelupkan kedalam larutan "ang mengandung ion n4G 'larutan garam seng( sementara sepotong logam tembaga dicelupkan ke dalam larutan ion Cu4G 'larutan garam tembaga'FF((. Eogam senga akan larut sambil melepas dua elektron. n's(
n4G'aL( G 4e (reaksi oksidasi*
=lektron "ang dibebaskan tidak memasuki larutan tetapi tertinggal pada logam seng itu. =lektron tersebut selanjutn"a akan mengalir ke logam tembaga melalui kawat penghantar. Fon Cu 4G akan mengambil elektron dari logam tebaga kemudian mengendap Cu4G'aL( G 4e
Cu's( (reaksi reduksi*
Dengan demikian, rangkaian tersebut dapat menghasilkan aliran elektron 'listrik(. Akan tetapi bersamaan dengan melarutn"a logam seng, larutan dalam labu A akan bermuatan positi. al ini akan menghambat pelarutan logam seng
selanjutn"a. Sementara itu larutan dalam labu + akan bermuatan negai seiring dengan mengendapn"a ion Cu4G. al ini akan menahan pengendapan Cu4G selanjutn"a. )adi aliran elektron di atas tidak akan berkelanjutan. %ntuk menetralkan muatan listrikn"a, kedua larutan dihubungkan dengan $embatan *aram< "aitu larutan garam seperti KCl, aCl atau K8 3 dalam agar-agar. Fon-
ion negati@e dari jembatan garam akan bergerak kelabu A untuk menetrlkan kelebihan inon n 4G, sedangkan ion-ion positi akan bergerak ke labu + untuk menetralkan kelebihan ion S8 4-. !ada ken"ataann"a tidak ada arus listrik "ang dapat diukur tanpa kehadiran jembatan garam tersebut sehingga menjadi suatu rangkaian tertutup. Eogam seng dan tembaga "ang menjadi kutubkutub listrik pada rangkaian sel @olta di atas disebut
n*at>>
elektro'e . Secara deinisi, elektrode tempat terjadin"a
KPAN
oksidasi disebut ano'e, sedangkan elektrode tempat
Po!"t"3 Ano'a Ne*at"3
terjadin"a reduksi disebut kato'e. 8leh karena oksidasi
KRA
adalah pelepasan elektron, maka anode adalah kutub
Re'uk!" Ano'a
negati@e, sedangkan katode merupakan kutub positi.
k!"'a!"
Kato'a
Kato'a
!ada sel Holta di atas, anode adalah logam seng dan katode adalah tembaga. . Nota!" /el ;olta
Susunan suatu sel Holta din"atakan dengan suatu notasi singkat "ang disebut dengan diagram sel. %ntuk contoh di atas '
?. Poten!"al Elektro'e /tan'ar (E o)
!erhatikan kembali
?.1. Poten!"al Elektro'e
!otensial sel dapat digunakan untuk membanduingkan kecenderungan loamlogam atau spesi lain untuk mengalami oksidasi dan reduksi. isaln"a, jika elektrode nn4G pada
elektro'e itu dan din"atakan dengan lambang E . Apabila pengukuran dilakukan
pada kondisi standar, "aitu pada suhu 4 oC dengan konsentrasi ion-ion 1 dan tekanan gas 1 atm, disebut poten!"al elektro'e !tan'ar dan diberi lambang E o . arga potensial elektrode standar '=o( dari berbagai elektrode diberikan pada $abel 3.1.
Gambar .. enentukan potensial elektrode relati@e
=lektrode "ang lebih mudah mengalami reduksi dibandingkan terhadap elektrode h"drogen mempun"ai potensial elektrode bertanda positi 'diberi tanda positi(, sedangkan elektrode "ang lebih sukar mengalami reduksi diberi tanda negati@e. enurut kesepatakan 'kon@ensi(, potensial elektrode dikaitkan dengan reaksi reduksi. )adi, potensial elektrode sama dengan potensial reduksi. Adapun potensial oksidasi sama nilain"a dengan potensial reduksi, tetapi tandan"a berlawanan. ?.,. Poten!"al /el
!otensial sel Holta dapat ditentukan melalui percobaan dengan menggunakan Holtmeter atau potensiometer. !otensial sel Holta dapat juga dihitung berdasarkan data potensial elektrode positi 'katode( dan potensial elektrode negati@e 'anode(.
Eo!el = Eokato'e - Eoano'e
Katode adalah elektrode "ang mempun"ai harga = o lebih besar 'lebih positi(, sedangkan anode adalah "ang mempun"ai = o lebih kecil 'lebih negati@e(. Contoh soal Diketahui potensial elektroda standar i4G G 4e 9e3G G 3e
i's(
=o / - 0,43 H
=o / G 0,7 H
9e's(
1( $uliskan reaksi di anoda dan katoda 4( $uliskan reaksi sel 3( $uliskan diagram sel ( itung =osel 1( $abel 3.1. !otensial =lektrode Standar, =o '@olt(
7. +eberapa /el ;olta Komer!"al
Sel Holta dengan berbagai ukuran atau beda potensial tersedia di pasar. Ada "ang sekali pakai, adapula "ang dapat diisi ulang. Sel Holta "ang sekali pakai disebut sel primer, sedangkan sel Holta "ang dapat diisi ulang disebut sel sekunder. Kita akan membahas beberapa diantaran"a.
7.1. Ak"
Aki adalah sejenis baterei "ang ban"ak digunakan untuk kendaraan bermotor. Aki menjadi pilihan "ang praktis karena dapat menghasilkn listrik "ang cukup besar dan dapat diisi kembali. Sel aki terdiri dari anode !b 'timbal / timah hitam( dan katode !b8 4 '$imbal'FH(oksida(. Keduan"a merupakan #at padat, "ang dicelupkan ke dalam larutan asam sulat. Kedua eleltrode tersebut , juga hasil reaksin"a tidak larut dalam larutan asam sulat, sehingga tidak diperlukan jembatan garam.
Gambar .?. +aterei 'aki( terdiri dari beberapa sel "ang dihubungkan seri
!b84 's( G G 'aL( G S84- 'aL( G 4e !b 's( G S8 4- 'aL( :eaksi netto
!bS8 's( G 448
!bS8 's( G4e
'katoda( 'anoda(
!b84 's( G !b 's( G G 'aL( G 4S84- 'aL( 4!bS8 's( G 448
7.,. +atere" Ker"n* (/el e4lan4%e)
+aterei kering ditemukan oleh Eeclanche "ang mendapat hak paten atas penemuan itu pada tahun 1255. Sel Eeclanche terdiri atas suatu silinder seng "ang berisi pasta dari campuran batu kawi 'n8 4(, salmiak 'Cl(, karbon 'C( , dan sedikit air 'jadi sel ini tidak 100N kering(. Seng beungsi sebagai anode sedangkan sebagai katode digunakan elektrode inert, "aitu grait, "ang dicelupkan ditengeh-tengah pasta. !asta itu sendiri berungsi sebagai oksidator. :eaksi-reaksi "ang terjadi pada baterei kering sebenarn"a lebih rumit, tetapi pada garis besarn"a dapat din"atakan sebagai berikut n 's( n4G 'aL( G 4e 4n84 's( G 4 G 'aL( G 4e
'anoda( n483 's(
G 4 3 'aL( G 48
'katoda(
!otensial satu sel Eechlanche adalah 1, H. Sel ini kadang disebut sel kering asam karena adan"a Cl "ang bersiat asam. Sel Eechlanche tidak dapat diisi ulang.
Gambar .7. Susunan sebuah baterei kering 'Sel Eeclanche(
7.. +atere" Alkal"n
+aterei kering jenis alkalin pda dasarn"a sama dengan sel Eeclenche, tetapi bersiat basa karena menggunakan K8 menggantikan Cl dalam pasta. :eaksi "ang terjadi adalah sebagai berikut n 's( G 48 - 'aL( n8 's( G 48 G 4e n84 's( G 48 G 4e
n483
's( G 48 - 'aL(
'anoda( 'katoda(
!otensial dari baterei ini juga sebesar 1, H, tetapi baterei ini dapat bertahan lebih lama. +aterei alkalin dapat menghasilkan arus lebih besar dan total muatan "ang lebih ban"ak dari pada baterei kering biasa. 8leh karena itu cocok untuk peralatan "ang memerlukan arus lebih besar, misaln"a kmera dan tape recorder. Adapun baterei kering biasa baik digunakan untuk peralatan "ang menggunakan arus lebih kecil, misaln"a radio, kalkulator.
Gambar .:. Susunan sebuah baterei alkalin
/u!unan /el Elektrol"!"!.
!ada kegitan belajar 4, kita telah mempelajari salah satu sel elktrokimia "aitu Sel Holta. Dalam sel Holta, reaksi redoks spontan digunakan sebagai sumber listrik. Sel elektrolisis adalah kebalikan dari sel Holta. Dalam sel elektrolisis, listrik digunakan untuk melangsungkan reaksi redoks tidak spontan. Dalam subbab ini akan dibahas susunan sel elektrolisis, reaksi-reaksi elektrolisis, stoikiometri reaksi elektrolisis, dan aplikasi reaksi elektrolisis dalam industr". Sel elektrolisis terdiri dari sebuah wadah, elektrode, elektrolit, dan sumber arus searah dengan susunan seperti pada
Fon Fon G
Gambar ?.1. Susunan sel elektrolisis
=lektron 'listrik( memasuki sel elektrolisis melalui kutub negati@e 'katode(. Spesi tertentu dalam larutan men"erap elektron dari katode dan mengalami reduksi. Sementara itu, spesi lain melepas elektron di anode dan mengalami oksidasi. )adi sama seperti pada sel Holta, reaksi di katode adalah reduksi dan di anode oksidasi. Akan tetapi muatan elektroden"a berbeda. !ada sel Holta, katode bermuatan positi, sedangkan anode bermuatan negati@e. !adas el elektrolisis, katode bermuatan negati@e, sedangkan anode bermuatan positi.
1. Reak!"-reak!" Elektrol"!"!
:eaksi elektrolisis terdiri dari reaksi katode, "aitu reduksi, dam reaksi anode "aitu oksidasi. Spesi apa "ang terlibat dalam reaksi katode dan anode bergantung pada potensial elektrode dari spesi tersebut, dengan ketentuan sebagai berikut.
Spesi "ang mengalami reduksi di katode adalah spesi "ang potensial reduksin"a paling besar.
Spesi "ang mengalami oksidasi di anode adalah spesi "ang potensial oksidasin"a paling besar.
+erdasarkan ketentuan tersebut, kita dapat meramalkan reaksi-reaksi hidrolisis. amun demikian, perlu juga dipahami bahwa potensial elektrode juga dipengaruhi konsentrasi dan jenis elektroden"a.
a. :eaksi-reaksi di Katode ':eduksi( :eaksi di katode bergantung pada jenis kation dalam larutan. )ika kation berasal dari logam-logam akti 'logam golongan FA, FFA, Al dan n(, "aitu logam-logam "ang potensial standarn"a lebih kecil 'lebih negati@e daripada air(, maka air "ang tereduksi. Sebalikn"a, kation selain "ang disebut diatas akan tereduksi. Contoh !ada elektrolisis larutan CuS8 'kation Cu 4G(, ion Cu 4G "ang tereduksi, bukann"a ion aG. !ada elektrolisis larutan CuS8 'kation Cu4G(, ion Cu4G "ang tereduksi.
b. :eaksi-reaksi di Anode '8ksidasi( =lektrode negati@e 'katode( tidak mungkin ikut bereaksi selama elektrolisis karena logam tidak ada kecenderungan men"erap elektron membentuk ion negati@e. Akan tetapi elektrode positi 'anode( mungkin saja ikut bereaksi, melepas elektron dan mengalami oksidasai. Kecuali !t dan Au. !ada umun"a logam mempun"ai potensial oksidasi lebih besar daripada air B anion sisa asam. 8leh karena itu, jika anode tidak terbuat dari !t, Au atau grait, maka anode itu akan teroksidasi.
E's(
EG'aL( G e
=lektrode !t, Au, dan grait ' C ( digolongakan sebagai elektrode inert 'sukar bereaksi(. )ika anode terbuat dari elektrode inert, maka reaksi anode bergantung pada jenis anion dalam larutan. Anion sisa asam oksi seperti S84-, 83-, !83-, dan 9- mempun"ai potensial oksidasi lebih negati@e daripada air. Anion-anion seperti itu sukar dioksidasi sehingga air "ang teroksidasi. 4 48'l(
G'aL( G 84'g( G e
)ika anion lebih mudah dioksidasi daripada air, seperti +r -, dan F-, maka anion itu "ang teroksidasi.
Contoh
n*at>>
1. $ulislah reaksi elektrolisis berikut a. =lektrolisis larutan aCl dengan elektrode grait b. =lektrolisis lelehan gCl4 dengan elektrode grait
KNAP
Kato'a
Ne*at"3 Ano'a Po!"t"3 KRA
Kato'a
Re'uk!" Ano'a k!"'a!"
)awab a. =lektrolisis larutan aCl dengan elektrode grait, aCl'aL( aG'aL( G Cl-'aL( :eaksi katode +ergantung pada jenis kation. Dalam hal ini, kationn"a adalah a G, "aitu kation logam akti 'sukar direduksi(, sehingga reaksi katode adalah reduksi air.
Katode 4 48 'l( G 4e
48-'aL( G 4'g(
:eaksi anode +ergantung pada jenis anode dan anion. Dalam hal ini, anoden"a adalah inert 'grait( sehingga reaksi anode akan bergantung pada jenis anion. Anion klorida, Cl -, tergolong anion mudah dioksidasi. )adi, reaksi anode adalah oksidasi ion Cl- menjadi Cl4. Anode 4 Cl-'aL(
Cl4'g( G 4e
:eaksi elektrolisis lengkap adalah Katode 4 48 'l( G 4e Anode 4 Cl-'aL(
48-'aL( G 4'g(
Cl4'g( G 4e G
448'l( G 4Cl-
48-'aL( G 4'g( G Cl4'g(
b. =lektrolisis lelehan gCl4 dengan elektrode grait. gCl4'l(
g4G'l( G 4Cl-'l(
!ada elektrolisis lelehan sen"awa ion dengan elektrode inert, maka kation direduksi dikatode sedangkan anion dioksidasi pada anode. Katode g4G'l( G 4e Anode 4Cl -'l(
g4G'l( G 4Cl-'l(
g's(
Cl4'g( G 4e
g's( G Cl4'g(
,. ukum-%ukum ara'a6
!ada tahun 1231 O 1234, jauh sebelum penemuan elektron, ichael 9arada" dari inggris, telah ,enemukan hubungan kuantitati antara massa #at "ang dibebeaskan pada elektrolisis dengan jumlah listrik "ang digunakan. !enemuan itu disimpulkann"a dalam dua hukum sebagai berikut ukum 9arada" F assa #at "ang di bebaskan pada elektrolisis 'g( berbanding lurus dengan jumlah listrik "ang digunakan 'P(
g P QQQQQQQQQQQ.'1( )umlah muatan listrik 'P( sama dengan hasil kali kuat arus 'F( dengan waktu 't(. P / F . t ' Coulomb( QQ.QQQ.'4( )adi, persamaan '1( diatas dapat dituliskan sebagai berikut g F . t QQQQQQQQQ.Q..'3(
ukum ara'a6
> assa #at "ang dibebaskan pada elektrolisis ' g ( berbanding lurus dengan massa eLi@alen #at itu ' = ( > g =QQQQQQQQQQQ.'( !enggabungan ukum 9arada" F dan FF menghasilkan persamaan sebagai berikut g / k . F . t . = QQQQQQQ'( k / tetapan 'pembanding( 9arada" menemukan harga k / 1 B 6500 )adi, persamaan diatas dapat din"atakan sebagai berikut g / F . t . =
6500
g / massa #at "ang dibebaskan dalam gram F / kuat arus 'Ampere( $ / waktu dalam detik = / massa eki@alen.
assa eki@alen dari unsur-unsur logam sama dengan massa atom relati@e 'Ar( dibagi dengan bilangan oksidasin"a 'biloks(. = / Ar BbiloksQQQQ.'7( Contoh !ada elektrolisis larutan CuS8 terjadi reduksi ion Cu 4G menjadi Cu. Cu4G'aL( G 4e
Cu's(
aka massa eki@alen Cu / Ar CuB4 / 53, B 4 / 31,7
1. itunglah massa tembaga "ang dapat dibebaskan oleh arus 10 A "ang dialirkan selama 65 detik kedalam larutan CuS8 . ' Ar Cu / 53,( )awab < / 53, . 10 . 65 4 . 6500 / 3 , 17 g
/to"k"ometr" Reak!" Elektrol"!"!
Stoikiometri reaksi elektrolisis didasarkan pada anggapan bahwa arus listrik adalah aliran elektron. uatan listrik dari 1 mol elektron adalah 6500 Coulomb. $epatn"a 6527 Coulomb. )umlah muatan dari 1 mol elektron ini sama dengan tetapan 9arada" ' 1 9 / 1 mol elektron ( 1 mol elektron / 6500 Coulomb QQQQQQQ.'2(
+agaimanakah hubungan kuat arus dan waktu dengan jumlah mol elektron* $elah kita ketahui bahwa arus sebesar F Ampere "ang dialirkan selama t detik, membawa muatan sebesar F . t Coulomb. 8leh karena muatan 1 mol elektron / 6500 C, maka dalam F . t C terdapat F . t B 6500 mol elektron.
)umlah mol elektron / F . t 6500
Contoh soal Stoikiometri reaksi elektrolisis. 1. +erapa Eiter gas oksigen 'S$!( dapat terbentuk jika arus 10 Ampere dialirkan selama 65 detik kedalam larutan asam sulat* )awab
G'aL( G 84 G e
)umlah mol elektron / F t
mol
6500
/ 10 65 6500
mol
/ 0,1 mol )umlah mol oksigen / R 0,1 mol / 0,04 mol Holume oksigen / 0,04 mol 44, Eiter mol-1 / 0,5 Eiter
?. Pen**unaan Elektrol"!"! 'alam n'u!tr"
$iga bidang industr" "ang menggunkan elektrolisis, "aitu produksi #at, pemurnian logam, dan pen"epuhan.
a. Pro'uk!" #at
+an"ak #at kimia "ang dibuat melalui elektrolisis, misaln"a logam-logam alkali, magnesium, aluminium, luorin, klorin, natrium hidroksida, natrium hipoklorit, dan h"drogen peroksida. Klorin dan natrium hidroksida dibuat dari elektrolisis larutan natrium klorida. !roses ini disebut proses klor-alkali dan merupakan proses industr" "ang sangat penting. =lektrolisis larutan aCl mengahasilkan a8 dikatode dan Cl 4 di anode, seperti "ang ditunjukkan pada
aCl'aL(
aG'aL( G Cl-'aL(
Katode 4 48'l( G 4e Anode 4 Cl-'aL(
448'l( G 4Cl-'aL(
4 8-'aL( G 4'g(
Cl4'g( G 4e
48-'aL( G 4'g( G Cl4'g(
:eaksi rumus 4 48'l( G 4aCl'aL(
4 a8'aL( G 4'g( G Cl4'g(
Selama elektrolisis harus dijaga agar Cl4 "ang terbentuk dianode tidak bereaksi dengan a8 "ang terbentuk di katode. %ntuk itu ruang katode dan anode harus dipisahkan. !roduksi logam natrium dapat dilakukan dengan mengelektrolisis aCl cair. Karena tidak melibatkan air, maka di katode "ang terjadi adalah reduksi ion aG menjadi a cair, seperti "ang ditunjukkan pada
a'l(
b. Pemurn"an lo*am
Contoh terpenting dalam bidang ini adalah pemurnian tembaga. %ntuk membuat kabel listrik diperlukan tembaga mirni, sebab adan"a pengotor dapat mengurangi kondukti@itas tembaga. Akibatn"a akan timbul ban"ak panas dan akan membaha"akan penggunan"a. $embaga dimurnikan secara elektrolisis. $embaga kotor dijadikan anode, sedangkan katode digunakan tembaga murni. Earutan elektrolit "ang digunakan adalah CuS8. Selama elektrolisis, tembaaga dari anode terus menerus dilarutkan kemudian diendapkan pada katode. CuS8'aL( Cu4G'aL( G S84-'aL(
Katode Cu4G'aL( G 4e
Cu's(
Anode Cu's( Cu4G'aL( G 4e Cu Cu
Cu's(
Anode
Cu's( Katode
!erak, emas, platina, besi dan #ink biasan"a merupkan pengotor pada tembaga. Dengan mengatur tegangan selama elektrolisis, ketiga logam itu tidak ikut larut. Ketiga logam tersebut akan terdapat pada lumpur anode. asil ikutan ini biasan"a cukup untuk membia"ai pemurnian pemurnian tembaga itu. +esi dan #ink, "ang mempun"ai potensial reduksi lebih negati@e daripada tembaga, akan ikut larut. Akan tetapi, ion-ionn"a '9e 4G dan n4G( lebih sukar diendapkan, jadi tidak ikut mengendap di katode.
4. Pen6epu%an
!en"epuhan 'electroplating( dimaksudkan untuk melindungi logam terhadap korosi atau untuk memperbaiki penampilan. !ada pen"epuhan, logam "ang akan disepuh dijadikan katode sedangkan ligam pen"epuhn"a sebagai anode. Kedua elektrode itu dicelupkan dalam larutan garam dari logam pen"epuh. Contoh,
pen"epuhan sendok "ang terbuat dari besi 'baja( dengan perak seperti "ang diperlihatkan pada
Ag's(
AgG'aL( G e
Ag'katode( Gambar ?.?. Skema pen"epuhan
1. Koro!" a. Pen*ert"an Koro!"
Korosi adalah reaksi redoks antara suatu logam dengan berbagai #at dilingkungann"a "ang menghasilkan sen"awa-sen"awa "ang tidak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari korosi disebut perkaratan. Contoh korosi paling la#im adalah perkaratan besi. !ada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi, sedangakan oksigen 'di udara( mengalami reduksi. Karat logam umumn"a berupa oksida atau karbonat. :umus kimia karat besi adalah 9e483.48, suatu #at padat "ang berwarna coklatmerah.
Gambar ?.7. Sel elektrokimia pada proses korosi
Korosi merupakan proses elektrokimia. !ada korosi besi bagian tertentu dari besi itu berlaku sebagai anode, dimana besi mengalami oksidasi. 9e's( 9e4G'aL( G 4e
=o / G 0, H
=lektron "ang dibebaskan anode mengalir ke bagian lain dari besi itu "ang berlaku sebagai katode, dimana oksigen tereduksi. 84'g( G 4 48'l( G e 8-'aL( =o / G 0,0H Atau 84'g( G G'aL( G e 448'l(
=o / G 1,43 H
Fon besi 'FF( "ang terbentuk pada anode selanjutn"a teroksidasi membentuk ion besi 'FFF( "ang kemudian membentuk sen"awa oksida terhidarasi, 9e 483.48, "aitu karat besi. engenai bagian mana "ang bertindak sebagai katode bergantung pada berbagai actor, misaln"a #at pengotor atau perbedaan rapatan logam itu.
b. Cara-4ara Pen4e*a%an Koro!" +e!"
Korosi ban"ak menimbulkan kerugian karena mengurangi umur berbagai barang atau bangunan "ang menggunakan besi atau baja. Sebenarn"a korosi dapat dicegah dengan mengubah besi menjadi baja tahan karat 'stainless steel(. Akan
tetapi, proses ini terlalu mahal untuk keban"akan penggunaan besi. +erikut ini adalah cara-cara pencegahan korosi besi
1( 0en*e4at.
)embatan,
pagar,
dan
railing
biasan"a
di
cat.
Cat
menghindarkan kontak besi dengan udara dan air. 4( 0elumur" 'en*an ol" atau *emuk . Cara ini diterapkan untuk berbagai perkakas dan mesin. 8li dan gemuk mencegah kontak besi dengan air. 3( &"balut 'en*an pla!t"k< +erbagai macam barang, misaln"a rak piring dan keranjang sepeda dibalut dengan plastic. !lastik mencegah kontak besi dengan udara dan air. ( Tin plating 'pelapisan dengan timah(. Kaleng-kaleng kemasan terbuat dari besi "ang dilapisi timah. !elapisan dilakukan secara elektrolisis, "ang disebut electroplating. $imah tergolong logam "ang tahan karat. +esi "ang dilapisi timah tidak mengalami korosi karena tidak ada kontak dengan oksigen 'udara( dan air. Akan tetapi lapisan timah han"a melindungi besi selama lapisan itu utuh 'tanpa cacat(. Apabila lapisan timah ada "ang rusak, misaln"a tergores, maka timah justru akan mempercepat terjadin"a korosi besi. %ntuk kemasan "ang sudah tidak dipergunakan lagi hal ini menguntungkan karena mempercepat proses penghancuran besi. ( Gal@an"!a!" 'pelapisan dengan #ink(. !ipa besi, tiang telepon, badan mobil dan berbagai barang dilapisi dengan #ink. +erbeda dengan timah, #ink dapat melindungi besi dari korosi sekalipun lapisann"a tidak utuh. al ini terjadi karena suatu mekanisme "ang disebut perlindungan katode. 8leh karena potensial reduksi besi lebih positi daripada #ink, maka besi "ang kontak dengan #ink akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katode. Dengan demikian, besi terlindungi dan #ink "ang mengalami oksidasi.
Gambar ?.:. !erlindungan Katodik 'men"ambungkan besi dengan logam lain "ang lebih mudah teroksidasi( . $erlihat paku "ang disambung dengan n tidak mengalami korosi, sedangkan paku besi "ang lain mengalami korosi.
5( Cromium plating 'pelapisan dengan kromium(. +esi atau baja juga dapat dilapisi dengan kromium untuk memberikan lapisan pelindung "ang mengkilat, misaln"a untuk bumper mobil. Cromium plating juga dilakukan dengan elektrolisis.
Sama seperti
#ink,
kromium
dapat
member
perlindungan sekalipun lapisan kromium itu ada "ang rusak. 7( Pen*orbanan ano'e (sacrificial protection(. agnesium adalah logam "ang jauh lebih akti 'berarti lebih mudah berkaraat( daripada besi. )ika logam magnesium dikontakkan dengan besi, maka magnesium itu akan berkarat tetapi besi tidak. Cara ini digunakan untuk melindungi pipa baja "ang ditanam dalam tanah atau badan kapal laut. Secara periodik, batang magnesium harus diganti.
4. Koro!" Alum"n"um
Aluminium, juga #ink dan kromium, merupakan logam "ang lebih akti daripda besi. )ika demikian mengapa logam-logam ini lebih awet * Sebenarn"a, aluminium berkarat dengan cepat membentuk oksida aluminium 'Al 483(. Akan tetapi perkaratan segera terhenti setelah lapisan tipis oksida terbentuk. Eapisan ini
melekat kuat pada permukaan logam, sehingga melindungi logam di bawahn"a terhadap perkaratan lebih lanjut. Eapisan oksida pada permukaan alominium dapat dibuat lebih tebal melalui elektrolisis, "ang disebut anodi#ing. Alumunium "ang telah mengalami anodi#ing digunakan untuk membuat panci dan berbagai perkakas dapur, bingkai, kerangka bangunan 'panel dinding(, serta kusen pintu dan jendela. Eapisan oksida aluminium lebih mudah dicat dan member warna lebih terang.
&. RANGKU0AN
!ada sel elektrolisis, reaksi redos berlangsung dengan bantuan listrik. +an"akn"a #at "ang dibebaskan selama elektrolisis dapat ditentukan secara stoikiometri maupun berdasarkan ukum arada". ukum 9arada" F men"atakan bahwa jumlah #at "ang dibebaskan selama proses elektrolisis berlangsung bergantung pada jumlah listrik "ang digunakan. ukum 9arada" FF men"atakan bahwa jumlah #at "ang dibebaskan juga bergantung pada massa eki@alen spesi "ang bersangkutan. =lektrolisis digunakan untuk kepentingan industr" seperti pembuatan beberapa #at, pemurnian logam dan pen"epuhan 'electroplating(. Korosi besi tergolong proses elektrokimia. !roses korosi memerlukan oksigen dan air. Korosi besi dapat dicegah dengan menghindari kontak dengan air dan oksigen atau dengan perlingdungan katode B pengorbanan anode.
ATAN
1. $uliskan reaksi elektrolisis berikut '=lektrode grait( a. Earutan a4S8 b. Earutan KF c. Eelehan gCl4 4. =lektrolisis larutan tembaga sulat 'CuS8( dengan arus listrik sebesar 0,1A selama 1 menit
a. $uliskan reaksi di anoda dan katoda b. itung muatan listrik c. itung mol Cu dan massa Cu di katoda 'Ar Cu/5( 3. itunglah massa perak "ang dapat dibebaskan oleh arus 0,1 A "ang dialirkan selama menit ke dalam larutan Ag83. 'Ar Ag / 102( . Aluminium diperoleh dari elektrolisis lelehan Al483. +erapa aluminum dapat diperoleh setiap jam jika digunakan arus 100 ampere* 'Ar Al / 47( . !ada elektrolisis larutan CuS8 dihasilkan 4, gram endapan Cu pada katode. itunglah @olum gas 4 '0oC, 1 atm( "ang dibebaskan pada elektrolisis pada elektrolisis larutan 4S8 encer dengan jumlah arus "ang sama. 'Ar Cu / 53, 8 / 15( 5. )elaskan bagaimana magnesium dapat mencegah korosi besi*
. TE/ 0AN&R
1. $uliskan reaksi elektrolisis berikut 'elektrode grait( d. Earutan 4S8 e. Eelehan KF 4. Arus sebesar 4 A, dilewatkan melalui leburan K+r selama 30 menit. itung berapa gram +r 4 "ang dihasilkan 'Ar +r/20( 3. Arus sebesar F ampere dapat mengendapkan 4,15 gram perak dari larutan perak nitrat dalam 1 jam. +erapa liter gas oksigen dapat dihasilkan jika arus "ang sama di alirkan ke dalam larutan asam sulat selama 4 jam * 'Ar Ag / 102( . Sebutkan dua jenis #at "ang harus ada sehingga besi berkarat * . )elaskan lima cara mencegah korosi besi &
