Aplikasi Elektrolisis Dalam Penyepuhan Logam dan Memurnikan Logam

SENDOK EMAS HASIL ELEKTROPLATING (www.electroplating.net/images/Gold-Electroplating-Of-Silverware.jpg) 

WANIBESAKc - Terdapat beberapa aplikasi penggunaan elektrolisis terutama dalam dunia industri manufaktur dan pemurnian zat kimia. Beberapa diantaranya adalah untuk memproduksi zat-zat kimia, untuk pemurnian logam, dan penyepuhan logam.

Beberapa zat kimia yang dapat diperoleh dengan proses elektrolisis adalah natrium, kalsium, magnesium, aluminium, tembaga, seng, perak, hidrogen, klor, fluor, natrium hidroksida, kalium dikromat, dan kalium permanganat.

A. ELEKTROLISIS NaCl

Salah satu proses elektrolisis yang penting untuk keperluan komersial adalah elektrolisis larutan natrium klorida. Proses elektrolisis larutan natrium klorida disebut proses klor-alkali.

Elektrolisis larutan NaCl menghasilkan natrium hidroksida di katode dan gas klor di anode. Reaksi secara keseluruhan sebagai berikut.

2Na⁺(aq) + 2Cl^–(aq) ⟶ 2Na⁺(aq) + 2OH^–(aq) + H₂(g) + Cl₂(g)

Permasalahan yang muncul pada proses klor-alkali adalah bagaimana menjaga agar gas klor yang terbentuk tidak kontak dengan larutan NaOH. Dalam larutan alkali Cl₂ akan terdispro porsionasi menghasilkan ClO^– dan Cl^–. Untuk mencegah hal tersebut, maka ruang katode dan anode dipisahkan menggunakan sekat yang disebut sel diafragma. Sel diafragma juga menjaga bercampurnya gas hidrogen dan gas klor, karena kedua gas tersebut dapat menyebabkan terjadinya ledakan apabila bercampur.

Sel diafragma terbuat dari suatu selaput berpori yang dapat dilalui ion-ion, namun tetap dapat menahan percampuran larutan. Anode pada sel diafragma dibuat khusus dari logam titanium. Diafragma dan katode terdiri atas unit yang terbuat dari polimer asbes ditempatkan pada logam berpori.

Ruang katode yang dipisahkan oleh sel diafragma mengandung campuran NaOH (10-12%) dan NaCl (14-16%). Larutan dari ruang katode tersebut dipekatkan dengan penguapan dan pemurnian dengan pengkristalan natrium klorida. Hasil akhir dalam proses klor-alkali ini adalah 50% NaOH(aq) dengan 1% NaCl sebagai pengotor. Klor yang dihasilkan juga terdapat 1,5% O₂(g) sebagai pengotor yang disebabkan proses oksidasi.

B. TAHUKAH KALLIIAN

Harga E°_sel menunjukkan bahwa elektrolisis NaCl(aq) hanya memerlukan arus searah dengan tegangan lebih dari 2,19 V. Karena tahanan dalam dari sel elektrolisis dan overpotensial pada elektrode, maka diperlukan suatu tegangan yang agak lebih tinggi, yaitu sekitar 3,5 V.

Jika sebuah arus 1 Ampere dilewatkan melalui sel diafragma secara kontinu selam 24 jam, jumlah Cl₂ yang diperoleh hanya 32 gram.

Ini merupakan kecepatan produksi yang tidak berarti untuk tujuan komersial. Jika sebuah sel menghasilkan 1 ton Cl₂ per hari, maka diperlukan arus sekitar 31 Ampere. Proses elektrolisis pada industri  klor-alkali memerlukan sekitar 0,5% dari seluruh daya listrik yang diproduksi tiap tahun di Amerika Serikat.

C. SEL MERKURI

Hasil dari proses sel diafragma banyak dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, misalnya pada pembuatan rayon memerlukan NaOH(aq) dengan kemurnian yang tinggi. Suatu proses elektrolisis yang menghasilkan NaOH(aq) dengan kemurnian yang lebih tinggi adalah sel merkuri.

Katode merkuri mempunyai overpotensial yang lebih tinggi untuk mereduksi H₂O menjadi OH^– dan H₂(g), sehingga reduksi yang terjadi adalah Na⁺(aq) menjadi Na(l) yang larut dalam merkuri membentuk suatu amalgam berupa 0,5 % Na.

Reaksi yang terjadi dalam sel merkuri sebagai berikut.

Katode : 2Na(aq) + 2e^– ⟶ 2Na  (dalam Hg)

Anode : 2Cl^–(aq) ⟶ Cl₂(g) + 2e^–

Reaksi Total : 2Na(aq) + 2Cl^–(aq) ⟶ 2Na (dalam Hg) + Cl₂(g)

Jika amalgam Na yang dikeluarkan dari sel ditambah air, maka akan terbentuk NaOH(aq) dan merkuri cair dikembalikan lagi ke dalam sel elektrolisis.

2Na (dalam Hg) + 2H₂O(l) ⟶ 2Na⁺(aq) + 2OH^–(aq) + H₂(g) + Hg(l)

Keuntungan sel merkuri dapat menghasilkan NaOH pekat dengan kemurnian tinggi. Kelemahannya adalah memerlukan energi listrik yang lebih banyak, disamping itu merkuri mempunyai dampak negatif terhadap lingkungan.

D. SEL MEMBRAN

Proses klor-alkali yang ideal adalah efisien dari segi energi dan tidak membahayakan lingkungan. Jenis sel yang memberikan keuntungan ini adalah sel membran. Sel membran sama dengan sel diafragma, hanya saja diafragma berpori diganti dengan suatu membran penukar kation dari polimer.

E. PEMURNIAN LOGAM

Pada pengolahan tembaga dari bijih kalkopirit diperoleh tembaga yang masih tercampur dengan sedikit perak, emas, dan platina. Untuk beberapa keperluan dibutuhkan tembaga murni, misalnya untuk membuat kabel. Tembaga yang tidak murni dipisahkan dari zat pengotornya dengan elektrolisis.

Tembaga yang tidak murni dipasang sebagai anoda dan tembaga murni dipasang sebagai katoda dalam elektrolit larutan CuSO₄ tembaga di anoda akan teroksidasi menjadi Cu²⁺ selanjutnya Cu²⁺ direduksi di katoda.

Anoda : Cu(s) ⟶ Cu²⁺(aq) +2e

Katoda : Cu²⁺(aq) + 2e ⟶ Cu(s)

Reaksi total : Cu(s) ⟶ Cu (s)

Dengan demikian tembaga di anoda pindah ke katoda sehingga anode semakin habis dan katoda semakin bertambah besar. Logam emas, perak, dan platina terdapat pada lumpur anoda sebagai hasil samping pada pemurnian tembaga.

F. ELEKTROPLATING

Logam besi/baja mudah terkena korosi/karat. Untuk melindungi besi/ baja dari korosi, maka besi/baja dilapisi suatu logam yang sukar teroksidasi, seperti nikel (Ni), timah (Sn), krom (Cr), perak (Ag), atau emas (Au). Prinsip kerja penyepuhan/pelapisan logam adalah sel elektrolisis.

Proses pelapisan suatu logam dengan logam lain dengan cara elektrolisis Disebut elektroplating.

Tujuan dari pelapisan ini ialah untuk melindungi logam yang mudah rusak karena udara (korosi) dengan logam lain yang tidak mudah berkarat atau tahan korosi. Elektroplating dapat dilakukan pada beberapa logam oleh beberapa logam yang lainnya yang tidak mudah berkarat.

Misalnya: Logam lain dilapisi nikel disebut parnikel, logam lain dilapisi krom disebut perkrom, dan besi dilapisi tembaga.

Prinsip elektroplating ialah sebagai berikut.

- Katode : logam yang akan dilapisi.

- Anode : logam untuk melapisi.

- Elektrolit : garam dari logam anode.

Contoh : Besi akan dilapisi tembaga, maka sebagai katodenya adalah besi, anodenya tembaga, dan sebagai elektrolit adalah tembaga sulfat CuSO₄.

Penjelasan reaksi yang terjadi dapat dijelaskan sebagai berikut.

Ion Cu²⁺ bergerak ke katode, mengambil elektron dan menjadi logam tembaga yang menempel pada besi katode.

Katode : Cu²⁺(aq) + 2 e^– → Cu(s)

Ion SO₄^2– bergerak ke anode memberikan elektron dan bereaksi dengan tembaga anode.

Anode : Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e^–

Lama kelamaan tembaga pada anode berkurang dan besi katode dilapisi tembaga. Bila proses ini makin lama, maka pelapisannya makin tebal.

Proses elektroplating sendok perak dapat dilihat pada Gambar berikut ini.

(www.newworldencyclopedia.org/entry/Electroplating)

Sendok dari besi yang akan dilapisi dengan perak diletakkan sebagai katode, sedangkan sepotong logam perak murni sebagai anode. Reaksi yang terjadi sebagai berikut.

Katode : Ag⁺(aq) + e^– ⟶ Ag(s)

Anode : Ag(s) ⟶ Ag⁺(aq) + e^–

Ag (Anode) ⟶ Ag (Katode)

Pemanfaatan elektrolisis terus berkembang. Penelitianpenelitian elektrolisis terus dilakukan. Di Indonesia penelitian ini banyak dilakukan di laboratorium BATAN (Badan Tenaga Nuklir Indonesia) yang berada di Yogyakarta, Jawa Tengah dan di Serpong, Banten.