Sel Elektrolisis

Ilustrasi : Proses Elektrolisis Larutan Na2SO4

Sel Elektrolisis adalah sel yang menggunakan arus listrik untuk menghasilkan reaksi redoks. Dalam sel elektrolisis terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia. 
Baterai aki yang dapat diisi ulang merupakan salah satu contoh aplikasi sel elektrolisis dalam kehidupan sehari-hari. Saat mobil/motor berjalan, baterai aki diisi kembali (recharge) dimana terjadi proses mengubah energi listrik yang diberikan menjadi produk berupa bahan energi kimia.

Rangkaian sel elektrolisis hampir menyerupai sel volta. Yang membedakan sel elektrolisis dari sel volta adalah, pada sel elektrolisis, penyusunan rangkaian selnya adalah :
Katoda merupakan elektroda negatif
Anoda merupakan elektroda positif

Untuk melakukan elektrolisis, terdapat dua hal yang perlu diperhatikan yaitu Elektrolit dan Elektroda dalam sel elektrolisis. Larutan elektrolit dapat berupa Larutan atau lelehan, sedangkan Elektroda dapat berupa elektroda inert (seperti: Karbon/grafit;C, Platina,Pt dan Emas,Au) dan elektroda aktif (seperti Cu, Fe dll).
Elektroda berperan sebagai tempat berlangsungnya reaksi. Reaksi reduksi berlangsung di katoda, sedangkan reaksi oksidasi berlangsung di anoda. 

Beberapa aturan yang perlu diperhatikan dalam menuliskan reaksi elektrolis dalam sel elektrolisis adalah :

Untuk reaksi di Katoda
1. Jika yang dielektrolisis adalah larutan maka kation Na+ , Mg2+ , Ca2+ , Al3+ , Mn2+ , 
    ion-ion ini tidak tereduksi, yang tereduksi adalah pelrutnya yaitu H2O.
    reaksi : 2 H2O(l) + 2 e– ——> H2(g) + 2 OH–(aq) . Tetapi jika ion-ion tersebut berasal 
    dari leburan / lelehan garamnya maka ion tersebut akan tereduksi.
2. Jika ada ion H+  (dari asam) maka akan tereduksi, H+ +  2e  ——> H2    
3. Ion-ion selain 1 dan 2 dapat tereduksi, misalnya : Ag+  + e ——> Ag     


Untuk reaksi di Anoda
1. Jika Anoda yang dipakai inert (grafit,C , Au, Pt) maka menuju anoda anion dari :
    a. ion OH–  akan teroksidasi 4OH–  ——>   2 H2O(l) + O2  + 2 e–  
    b. ion  Cl– , Br– , I– akan teroksidasi, 2 Cl–(aq) ——> Cl2(g) + 2 e–   
    c. ion sisa asam oksi SO42- , NO3- , tidak akan teroksidasi, yang teroksidasi  H2O
        reaksi : 2 H2O(l) ——> O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e–    
2. Jika Anodanya aktif seperti Cu, Fe, dll maka anodanya teroksidasi, Cu ——> Cu2+ + 2e

Contoh #1 

Elektrolisis lelehan (leburan) garam NaCl dengan elektroda inert. kation pasti tereduksi di katoda dan anion pasti teroksidasi di anoda. 
perhatikan reaksi berikut :

Katoda (-) : 2 Na+(l) + 2 e– ——> 2 Na(s) 

Anoda (+) : 2 Cl–(l) Cl2(g) + 2 e– 

Reaksi sel : 2 Na+(l) + 2 Cl–(l) ——> 2 Na(s) + Cl2(g) 

Reaksi elektrolisis lelehan garam NaCl menghasilkan endapan logam natrium di katoda dan gelembung gas Cl2 di anoda. 

Namun akan berbeda jika yang dielektrolisis adalah larutan garam NaCl
Perhatikan reaksi yang terjadi :

Katoda (-) : 2 H2O(l) + 2 e– ——> H2(g) + 2 OH–(aq)

Anoda (+) : 2 Cl–(aq) ——> Cl2(g) + 2 e– 

Reaksi sel : 2 H2O(l) + 2 Cl–(aq) ——> H2(g) + Cl2(g) + 2 OH–(aq) 

Pada katoda, terjadi persaingan antara air dengan ion Na+. air memiliki E°red yang lebih besar dibandingkan ion Na+. Ini berarti, air lebih mudah tereduksi dibandingkan ion Na+. Oleh sebab itu, spesi yang bereaksi di katoda adalah air. sedangkan ion Cl– tidak mengandung oksigen maka spesi yang bereaksi di anoda adalah ion Cl–. 

Jadi Reaksi elektrolisis larutan garam NaCl menghasilkan gelembung gas H2 dan ion OH‑ (basa) di katoda serta gelembung gas Cl2 di anoda. Terbentuknya ion OH– pada katoda dapat dibuktikan dengan perubahan warna larutan dari bening menjadi merah muda jika diberi sejumlah indikator fenolftalein (pp). 

Contoh #2

Elektrolisis larutan Na2SO4 dengan elektroda inert. 
Pada katoda, air yang akan tereduksi di katoda, sedangkan ion SO42- (merupakan ion sisa asam oksi/mengandung oksigen) maka spesi SO42- tidak dapat mengalami oksidasi. Akibatnya, spesi air yang akan teroksidasi di anoda. 

Perhatikan reaksi berikut :

Katoda (-) : 4 H2O(l) + 4 e– ——> 2 H2(g) + 4 OH–(aq) 

Anoda (+) : 2 H2O(l) ——> O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e– 

Reaksi sel : 6 H2O(l) ——> 2 H2(g) + O2(g) + 4 H+(aq) + 4 OH–(aq) 

dijumlahkan : 6 H2O(l) ——> 2 H2(g) + O2(g) + 4 H2O(l) 
Reaksi sel :    2 H2O(l) ——> 2 H2(g) + O2(g) 

Dengan demikian, baik ion Na+ maupun SO42-, tidak bereaksi. Yang terjadi justru adalah peristiwa elektrolisis air menjadi unsur-unsur pembentuknya. Hal yang serupa juga ditemukan pada proses elektrolisis larutan Mg(NO3)2 dan K2SO4.

Bagaimana halnya jika elektrolisis lelehan maupun larutan menggunakan elektroda yang tidak inert, seperti Ni, Fe, dan Zn? Ternyata, elektroda yang tidak inert hanya dapat bereaksi di anoda, sehingga produk yang dihasilkan di anoda adalah ion elektroda yang larut (sebab logam yang tidak inert mudah teroksidasi). Sementara, jenis elektroda tidak mempengaruhi produk yang dihasilkan di katoda. 

Contoh #3

Elektrolisis larutan garam NaCl dengan menggunakan elektroda Cu :
Perhatikan reaksi yang terjadi :

Katoda (-) : 2 H2O(l) + 2 e– ——> H2(g) + 2 OH–(aq)

Anoda (+) : Cu(s) ——> Cu2+(aq) + 2 e– 

Reaksi sel : Cu(s) + 2 H2O(l) ——> Cu2+(aq) + H2(g) + 2 OH–(aq)

Dari penjelasan di atas, kita dapat menarik beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Baik elektrolisis lelehan maupun larutan, elektroda inert tidak akan bereaksi; elektroda tidak inert hanya dapat bereaksi di anoda
2. Pada elektrolisis lelehan, kation pasti bereaksi di katoda dan anion pasti bereaksi di anoda
3. Pada elektrolisis larutan, bila larutan mengandung ion alkali, alkali tanah, ion aluminium, maupun ion mangan (II), maka air yang mengalami reduksi di katoda
4. Pada elektrolisis larutan, bila larutan mengandung ion sulfat, nitrat, dan ion sisa asam oksi, maka air yang mengalami oksidasi di anoda