Penerapan Ilmu Elektrokimia di Kehidupan Sehari-hari

Ilmu elektrokimia dalam kehidupan sehari hari itu berkaitan dengan proses suatu reaksi kimia yang menghasilkan arus listrik atau malah sebaliknya. Dalam konsepnya, elektrokimia dibagi menjadi 2 yaitu, Sel volta dan Sel Elektrolisis. Dari Konsep itulah ilmu elektrokimia dapat di manfaatkan atau di aplikasikan dalam kehidupan sehari hari yang bertujuan untuk membantu serta menunjang kehidupan.

Kegunaan Sel Volta dalam Kehidupan Sehari-hari

Prinsip kerja sel volta yaitudapat menghantarkan arus listrik. Sel volta sebagai sumber listrik banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Berdasarkan reaksi yang berlangsung di dalamnya, sel volta dibagi menjadi tiga, yaitu sel volta primer, sel volta sekunder, dan sel bahan bakar.

1 Sel Volta Primer

Sel volta primer merupakan sel baterai yang tidak dapat diisi lagi jika sumber energinya telah habis. Beberapa contoh sel volta primer dijelaskan sebagai berikut.

a)   Sel Kering (Baterai)

Sel kering ini sering digunakan sebagai sumber energi untuk radio, lampu blitz, dan senter. Bagian luar sel ini terbuat dari zink yang berfungsi sebagai anode dan tampak di permukaan bawah sebagai ujung negatif baterai. Ujung positif baterai yang berfungsi sebagai katode tersusun dari grafit (karbon dengan susunan tertentu) yang dikelilingi oleh suatu pasta campuran serbuk grafit (C), batu kawi (MnO₂), dan salmiak (NH₄Cl).

Sel kering menghasilkan ±1,5 volt. Reaksi sel yang terjadi, antara lain:

Anode        : Zn → Zn²⁺ + 2e^-

Katode       : 2 NH₄⁺ + 2e^- → 2 NH₃ + H₂

————————————————————

                 Zn + 2 NH₄⁺  → Zn²⁺ + 2 NH₃ + H₂

Timbulnya gas NH₃ dan H₂ mengakibatkan sel mengembang dan pecah. Ion Zn²⁺ yang terbentuk dapat bereaksi dengan gas NH₃ membentuk kompleks [Zn(NH₃)₄]²⁺. Gas hidrogen yang terbentuk mengumpul pada elektrode karbon yang dapat menghambat jalannya reaksi dalam sel. Adanya MnO₂ dapat mengikat H₂ membentuk H₂O dan Mn₂O₃ sehingga voltase sel tidak terganggu.

2 MnO₂ + H₂ → Mn₂O₃ + H₂O

Dengan demikian, reaksi yang terjadi di katode sangat kompleks. Salah satu reaksi utamanya adalah :

2 MnO₂ + 2NH₄⁺ + 2e^- → Mn₂O₃ + 2NH₃ + H₂O

Keuntungan utama sel kering adalah relatif murah harganya dan biasanya tidak terjadi kebocoran, sedangkan kelemahannya tidak dapat dapat diisi kembali.

Selain itu, juga dikenal baterai alkali atau sel kering alkali. Sel jenis ini juga menggunakan Zn dan MnO₂ sebagai pereaksi, tetapi dalam kondisi basa (elektrolit KOH).

Setengah reaksi yang terjadi adalah :

Anode        : Zn + 2OH^-                   → ZnO + H₂O                + 2e^-

Katode       : 2 MnO₂ + H₂O + 2e^-     → Mn₂O₃ + 2OH^-

Voltase yang dihasilkan ±1,54 V. Sel kering ini waktu hidupnya lebih lama dan dapat menghantarkan arus yang lebih tinggi daripada sel zink-karbon yang lebih murah.

b)    Sel Perak Oksida

Sel perak oksida lebih tahan lama digunakan walaupun harganya relatif lebih mahal. Katode yang digunakan berupa perak oksida (Ag₂O), sedangkan anode yang digunakan berupa seng. Larutan basa (KOH) bentuk pasta digunakan sebagai larutan elektrolitnya. Baterai perak oksida memiliki potensial sel sebesar 1,5 volt. Reaksi yang terjadi sebagai berikut.

Katode                : Ag₂O + H₂O + 2e^-                    → 2Ag + 2OH^-

Anode                 : Zn + 2OH^-                               → Zn(OH)₂ + 2e^-

Sel perak oksida biasa dipakai untuk jam tangan, kalkulator, dan kamera.

2 Sel Volta Sekunder

Sel volta sekunder merupakan sel volta yang jika habis dapat berfungsi lagi setelah dialuri listrik. Contoh sel volta sekunder sebagai berikut.

1.     Sel Aki Timbal Asam

Sel aki timbal asam menggunakan timbal sebagai anode dan PbO₂ sebagai katode. Larutan elektrolit yang digunakan berupa larutan asam sulfat. Reaksi yang terjadi sebagai berikut.

Katode : PbO₂ + 4H⁺ + SO₄^2- + 2e^- → PbSO₄ + 2H₂O

Anode  : Pb + SO₄^2-                                    → PbSO₄ + 2e^-

Arus listrik aki akan habis saat PbO₂ dan Pb telah berubah menjadi PbSO₄ semua. PbSO₄ dapat dikembalikan menjadi Pb dan PbO₂ lagi dengan cara dialiri arus listrik (elektrolisis). Pada proses pengisian aki, elektrode Pb (negatif) dihubungkan dengan kutub negatif sumber arus. Elektrode PbO₂ (positif) dihubungkan dengan kutub positif sumber arus. Isi sel aki digunakan sebagai larutan elektrolit. Reaksi yang terjadi sebagai berikut.

Katode (-)               :  PbSO₄ + 2e^-      →  Pb + SO₄^2-

Anode (+)               :  PbSO₄ + 2H₂O →  PbO₂ + 4H⁺ + SO₄^2- + 2e^-

2.     Baterai Litium

Baterai litium adalah baterai yang dapat diisi ulang, ringan, dan menghasilkan potensial yang tinggi (sekitar 3,0 V). Litium memiliki potensial oksidasi (E°= -3,04 V) lebih besar dibanding logam lain dan hanya 6,94 gram litium yang diperlukan untuk menghasilkan 1 mol elektron. Baterai ion litium tersusun atas logam Li dalam grafit (Li_xC₆) sebagai anode, logam litium oksida (LiMn₂O₄) sebagai katode, dan elektrolit LiClO₄ dalam etilen karbonat atau pelarut organik. Elektron akan mengalir melalui rangkaian luar, sedangkan ion Li⁺ mengalir dari anode ke katode. Reaksinya sebagai berikut.

Anode                    : Li_xC₆ → aLi⁺ + xe^- + C₆

Katode                   : Li_1-xMnO₄ + aLi⁺ + xe^-  → LiMn₂O₄

————————————————————

                             Li_xC₆ + Li_1-xMnO₄ → C₆ + LiMn₂O₄

Baterai litium banyak digunakan dalam telepon seluler (HP), laptop, dan kamera digital.

3.     Sel Nikad (Nikel-Kadmium)

Sel nikad termasuk baterai yang dapat diisi ulang (rechargerable). Sel jenis ini dapat menghasilkan potensial ± 1,4 volt dan dapat digunakan untuk baterai alat elektronik. Baterai nikad mengandung anode yang tersusun dari kadmium padat dan katode yang tersusun dari NiO(OH). Elektrolit yang digunakan biasanya KOH. Selama penggunaan, kadmium teroksidasi dan NiO(OH) tereduksi menurut persamaan reaksi berikut.

Anode  : Cd + 2OH^-         → Cd(OH)₂ + 2e^-

Katode : 2 NiO(OH) + 2 H₂O → 2Ni(OH)₂+ 2OH^-

3 Sel Bahan Bakar

Sel bahan bakar menggunakan gas oksigen sebagai katode dan gas hidrogen sebagai anode. Gas hidrogen dan gas oksigen masing-masing dimasukkan ke dalam elektrode karbon yang berpori. Pada setiap elektrode digunakan katalis serbuk platina. Kedua elektrode juga dipisahkan oleh larutan KOH pekat. Reaksi yang terjadi sebagai berikut.

Katode                     : O₂ + 2H₂O + 4e^-          → 4OH^-

Anode                      : H₂ + 2OH^-                   → 2H₂O + 2e^-

Sel bahan bakar biasa digunakan untuk pembangkit energi listrik, misal sumber energi listrik pesawat ruang angkasa. Sel bahan bakar tidak perlu diisi ulang karena gas hidrogen dan gas oksigen dialirkan terus-menerus. Sementara itu, air yang dihasilkan dapat digunakan sebagai air minum para astronaut.

Kegunaan Sel Elektrolisis dalam Kehidupan Sehari-hari

Reaksi elektrolisis banyak digunakan pada industri logam. Penggunaan reaksi elektrolisis dalam kehidupan sehari-hari berupa pembuatan zat, penyepuhan, dan pemurnian logam.

1 Pembuatan Zat

Beberapa zat kimia dibuat melalui reaksi elektrolis, diantaranya logam aluminium dan magnesium.

1.   Produksi Logam Aluminium

Aluminium diperoleh dari elektrolisis larutan alumina (Al₂O₃) dalam proses Hall-Heroult. Hasil elektrolisis alumina adalah aluminium dan gas oksigen.

Reaksi yang terjadi adalah.

Anode  : 2 O₂-                  → O₂ + 4e^-              x 3

Katode : Al³⁺ + 3e^-            → Al                    x 4

————————————————————

   2 Al₂O₃ → 4 Al + 3O₂

2.   Produksi Logam Magnesium

Magnesium diperoleh dari elektrolisis lelehan MgCl₂. Sumber utama magnesium adalah air laut, dalam bentuk endapan Mg(OH)₂. Untuk mendapatkan padatan MgCl₂, Mg(OH)₂ disaring kemudian dilarutkan dalam asam klorida.

Mg(OH)₂ + HCL → MgCl₂ + 2H₂O

Larutan MgCl₂ diuapkan sampai terbentuk padatan MgCl₂. Selama proses elektrolisis lelehan MgCl₂ , magnesium diendapkan di katode dan gas klorida dihasilkan di anode.

MgCl₂ → Mg + Cl₂

2 Penyepuhan Logam (Electroplating)

Salah satu penggunaan penting prinsip elektrolisis adalah penyepuhan. Penyepuhan merupakan pelapisan suatu logam dengan logam lain yang mudah teroksidasi agar diperoleh sifat-sifat yang lebih baik, misalnya tahan karat, mengilap, dan berharga mahal. Penyepuhan bertujuan untuk melindungi logam dari korosi atau memperbaiki penampilan. Dalam melakukan penyepuhan, perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut.

1.   Logam yang akan dilapisi dipasang pada katode.

2.   Logam pelapis dipasang pada anode.

3.   Elektrolit yang digunakan adalah salah satu larutan garam dari logam pelapisnya.

Contoh dari penyepuhan logam adalah pelapisan sendok dengan perak. Sendok digunakan sebagai katode, perak murni digunakan sebagai anode, dan elektrolit yang digunakan menyesuaikan dengan logam untuk menyepuh, misalnya Na[Ag(CN)₂] atau AgNO₃.

Reaksi yang terjadi :

Anode              :          Ag         → Ag+ + e-

Katode             :          Ag + e- → Ag

——————————————————

                                                            Ag        → Ag

3 Pemurnian Logam

Tembaga dan magnesium dapat dimurnikan dengan cara elektrolisis. Elektrolisis untuk menghasilkan tembaga murni dilakukan dalam larutan tembaga(II) sulfat (CuSO₄) menggunakan elektrode dua jenis tembaga. Tembaga murni digunakan sebagai katode, sedangkan tembaga kasar digunakan sebagai anode. Ion tembaga dari anode akan mengalir ke katode dan membentuk endapan tembaga yang sudah murni. Kotoran dalam tembaga kasar akan jatuh ke dasar bak elektrolisis.

Reaksi pemurnian tembaga sebagai berikut :

Katode (reduksi)          :           Cu₂+ + 2e^- → Cu

Anode (oksidasi)         :           Cu              → Cu₂+ + 2e^-

——————————————————

Reaksi Sel                  :           Cu             → Cu

Pemurnian logam magnesium sama dengan pemurnian logam alkali dan alkali tanah yang lain yaitu menggunakan leburan senyawanya. Hal ini karena ion alkali tanah lebih sukar direduksi dibandingkan dengan molekul air.