KIMIA TINGKATAN 4 BAB 6 ELEKTROKIMIA

Kegunaan Elektrolisis Dalam Industri i.

Elektrolisis ialah proses penguraian elektrolit kepada unsur juzuknya apabila arus elektrik mengalir melaluinya.Arus elektrik boleh dialirkan melalui elektrolit dengan menggunakan dua elektrod.

ii.

Elektrod yang disambungakan kepada terminal positif yang dinamakan anod, manakala elektrod yang disambungkan kepada terminal negatif dinamakan katod.

iii.

Semasa elektrolisis berlaku, ion negatif akan bergerak ke anod.Oleh itu ion ini dikenali sebagai kation. Ion positif pula akan bergerak ke katod yang mana ion ini dikenali sebagai kation.

Sebagai contoh proses: (a) Mengekstakkan Logam (b) Penulenan Logam (c) Penyaduran Logam

1

Kegunaan Elektrolisis Dalam Industri Proses elektrolisis digunakan secara meluas dalam industri untuk (a)Mengekstakkan Logam

 Elektrolisis boleh digunakan untuk mengekstrakkan logam daripada bijihnya.  Logam yang lebih reaktif daripada karbon seperti kalium, natrium, kalsium, magnesium, dan aluminium tidak boleh diekstrakkan dengan cara pemanasan oksida logamnya dengan karbon.  Logam yang lebih reaktif itu perlu diekstrakkan daripada leburan bijihnya dengan proses elektrolisis. 2

 Dalam proses ini, leburan bijih dijadikan elektroit dan elektrod-elektrod yang lengai seperti karbon digunakan sebagai elektrod positif dan elektrod negatif. (b) Penulenan Logam

 Logam-logam telah diekstrak daripada bijihnya biasanya tidak tulen dan mengandungi bendasing yang perlu disingkirkan.  Logam-logam ini boleh ditulenkan secara elektrolisis.  Dalam proses penulenan, logam tidak tulen dijadikan anod manakala kepingan logam tulen dijadikan katod.  Elektrolitnya adalah suatu larutan yang mengandungi ion-ion logam itu.  Dalam proses penulenan, warna elektrolit kekal tidak berubah. Ini kerana kepekatan ion logam dalam larutan kekal tidak berubah. 3

 Semasa elektrolisis, logam-logam tidak tulen di anod membebaskan elektron dan terlarut ke dalam elektrolit sebagai ion-ion logam.  Ion-ion logam itu akan menerima elektron dan terenap sebagai logam tulen di katod.  Saiz logam tak tulen (anod) menjadi semakin kecil dan bendasing akan terkumpul di dasar bekas. Jisim kepingan logam tidak tulen berkurang.  Saiz logam tulen (katod) menjadi semakin besar disebabkan oleh enapan logam yang tulen. Jisim kepingan logam tulen bertambah.

4

(c) Penyaduran Logam

 Banyak logam boleh disadurkan dengan logam lain melalui elektrolisis. Proses ini dinamakan penyaduran elektrik.  Tujuan penyaduran logam secara elektrolisis termasuk o menjadikan logam lebih tahan kakisan o menjadikan logam kelihatan lebih menarik.  Biasanya, logam-logam seperti argentum, aurum, nikel, kuprum, kromium, kadmium, zink atau stanum digunakan sebagai logam penyadur.

5

 Dalam proses penyaduran, logam penyadur dijadikan anod manakala logam yang hendak disadur dijadikan katod.  Elektrolit yang digunakan ialah larutan akueus yang mengandungi ion logam penyadur.  Semasa elektrolisis, logam penyadur atau anod membebaskan elektron dan terlarut untuk membentuk ion logam.  Ion logam penyadur kemudian bergerak ke katod, menerima elektron dan terenap sebagai satu lapisan nipis logam.  Untuk memperoleh hasil penyaduran logam yang kekal, sekata, dan cantik, keadaan-keadaan yang berikut perlu dipatuhi: o Logam yang hendak disadur perlu dibersihkan (misalnya dengan kertas pasir) terlebih dahulu. o Arus elektrik yang kecil dialirkan. o Larutan elektrolit yang cair digunakan. o Tempoh masa penyaduran adalah lama o Logam yang disadur itu perlu dipusing perlahan-lahan semasa elektrolisis.

6

Faedah dan kesan buruk elektrolisis dalam industri. 1. Elektrolisis banyak diaplikasikan dalam bidang-bidang seperti pengekstrakan logam, penulenan logam, dan penyaduran logam. Proses Pengekstrakan logam

Faedah Membolehkan logamlogam yang lebih reaktif daripada karbon diekstrak daripada bijihnya.

Penulenan logam

Meningjatkan kebolehan logam mengkonduksikan elektrik.

Penyaduran logam

Meningkatkan ketahanan logam yang disadurkan terhadap kakisan

7

2. Akan tetapi, industri elektrokimia telah menimbulkan kepada alam sekitar seperti yang berikut: (a) Elektrolit seperti larutan natrium hidroksida, NaOH, menyebabkan pencemaran air di sungai dan laut yang memudaratkan hidupan air. (b) Gas beracun seperti gas klorin, Cl2, menyebabkan pencemaran udara. (c) Garam nikel dan garam kromium yang digunakan sebagai elektrolit dalam industri penulenan dan penyaduran adalah beracun kepada manusia. (d) Logam-logam berat seperti merkuri yang digunakan sebagai elektrod dalam elektrolisis larutan natrium klorida, NaCl, adalah sangat beracun dan akan mencemari alam sekitar jika dibuang secaratidak terkawal.

8

Sel Voltan  Sel voltan ialah jenis sel yang menghasilakn tenaga elektrik daripada tindak balas kimia yang berlaku di dalamnya.  Dalam sel kimia, tenaga kimia berubah kepada tenaga elektrik.  Contoh-contoh sel kimia termasuk sel ringkas, sel Daniell, sel kering, sel alkali, dan akumulator asidplumbum.

9

Sel Voltan Ringkas

 Sel voltan ringkas mempunyai dua konduktor berlainan (logam atau karbon) yang dicelup ke dalam larutan elektrolit dan disambungkan dengan wayar penyambung antara satu sama lain.  Konduktor-konduktor itu disambung melalui litar luar kepada mentol, ammeter, voltmeter atau galvanometer.  Logam yang terletak pada kedudukan lebih tinggi dalam siri elektrokimia (logam yang lebih elektropositif) akan bertindak sebagai terminal negatif (kutub atau elektrod). Logam yang terletak pada kedudukan lebih rendah 10

dalam siri elektrokimia (logam yang kurang elektropositif) akan bertindak sebagai terminal positif.  Di terminal negatif, elektrod logam akan melepaskan elektron dan terlarut untuk membentuk ion logam.  Di terminal positif, kation sesuatu logam yang lebih rendah kedudukannya dalam siri elektrokimia, akan menerima elektron yang dinyahcaskan untuk membentuk atom neutral.  Sebagai contoh, jika kepingan zink dan kepingan kuprum dicelup ke dalam larutan natrium sulfat, Na2 SO4, kepingan zink akan terlarut membentuk ion-ion zink kerana zink adalah lebih elektropositif daripada kuprum.  Elektron-elektron yang terhasil terkumpul pada kepingan zink dan menjadikannya bercas negatif. Oleh itu, kepingan zink bertindak sebagai terminal negatif bagi sel ringkas itu.  Elektron-elektron kemudian akan mengalir melalui litar luar dari kepingan zink kepada kuprum. Arus elektrik yang terhasil dapat dikesan oleh mentol, ammeter, voltmeter atau galvanometer.  Di kepingan kuprum, ion hidrogen, H+ (lebih rendah kedudukannya daripada ion natrium, Na+, dalam siri elektrokimia) akan menerima elektron untuk dinyahcaskan. Gas hidrogen yang tidak berwarna terhasil.  Persamaan ion keseluruhan bagi tindak balas yang berlaku boleh ditulis seperti yang berikut: Zn(p) Zn2+(ak) + 2e- ………. (1) 2H+(ak) + 2eH2(g) ………. (2) Persamaan ion keseluruhan: (1) + (2) 11

Zn(p) + 2H+(ak)

Zn2+(ak) + H2(g)

Sel Daniell

Kepinga n kuprum

Kepinga n zink

Pasu berlian Laruta n zink sulfat

Laruta n kupru m (II)

zink

Larutan zink sulfat

Kepinga n zink

Larutan zink sulfat

kupru m

Larutan kalium klorida (titian

Larutan kuprum (II) sulfat

Kepinga n kuprum Larutan kuprum (II) sulfat Asid sulfuric cair (titian garam)

12

 Sel Daniell terdiri daripada dua elektrod logam berlainan yang dicelup ke dalam dua larutan elektrolit yang berasingan.  Larutan-larutan elektrolit dalam sel Daniell boleh dipisahkan sama ada oleh pasu berliang atau titian garam.  Pasu berliang atau titian garam berfungsi untuk memisahkan dua larutan elektrolit tetapi membenarkan ion-ion melaluinya untuk melengkapkan litar.  Titian garam boleh terdiri daripada sebarang elektrolit dengan syarat ia tidak bertindak balas dengan elektrodelektrod dalam sel Daniell. Contoh-contoh elektrolit yang boleh digunakan sebagai titian garam termasuk asid sulfuric cair, H2SO4, larutan natrium nitrat, NaNO3, dan larutan kalium klorida, KCl.  Tindak balas kimia yang berlaku pada sel Daniell pada asasnya sama dengan sel ringkas. Tindak balas kimia yang berlaku dalam sel Daniell juga menghasilkan tenaga elektrik.

13

 Logam yang terletak pada kedudukan lebih tinggi dalam siri elektrokimia akan bertindak sebagai terminal positif.  Sebagai contoh, pada halaman 12, kepingan zink bertindak sebagai terminal negatif kerana kedudukan zink lebih tinggi daripada kuprum dalam siri elektrokimia.  Di terminal negatif, atom zink, Zn kehilangan dua elektron untuk membentuk ion zink, Zn2+. Kepingan zink terlarut ke dalam larutan.  Elektron-elektron kemudian mengalir melalui litar luar ke kepingan kuprum yang bertindak sebagai terminal positif. Arus elektrik terhasil.  Di terminal positif, ion-ion kuprum (II), Cu2+, daripada larutan akan menerima elektron-elektron daripada kepingan kuprum. Pepejal perang kuprum terenap.  Persamaan ion keseluruhan bagi tindak balas yang berlaku: Zn(p) Zn2+(ak) Cu2+(ak) + 2eZn(p) + Cu2+(ak)

+

2e- ………. (1) Cu(g) ………. (2) Zn2+(ak) + Cu(g)

14

Sel Kimia Lain  Pengetahuan tentang prinsip penghasilan tenaga elektrik daripada tindak balas kimia telah diaplikasikan untuk menghasilkan pelbagai jenis sel kimia.  Sel kimia membolehkan kita melakukan banyak aktiviti kehidupan harian yang memerlukan tenaga elektrik.  Antara sel kimia yang sering digunakan ialah sel kering, akumulator asid-plumbum, sel merkuri, sel alkali, dan sel nikel-kadmium.

15

Tindak balas yang berlaku dalam Sel-sel Kimia Sel kimia Sel Kering

Tindak balas kimia Terminal negatif Terminal positif 2MnO2 + 2NH4+ + 2eZn Zn2++ 2eMn2O3 + 2NH3 + H2O PbO2 + 4H+ + 2e-

Akumulator asid-plumbum

Pb

Pb2+ + 2ePb2+ + 2H2O HgO + H2O + 2e-

Sel Merkuri

Zn

Zn2+ + 2eHg + 2OH2MnO2 + H2O + 2e-

Sel Alkali

Zn

Zn2+ + 2eMn2O3 + 2OHNiO2 + 2H2O + 2e16

Sel nikelkadmium

Cd + 2OH-

Cd(OH)2 + 2eNi(OH)2 + 2OH-

Kelebihan dan Kelemahan Pelbagai Sel Kimia Sel kimia Sel kering

  

Kelebihan Mudah dibawa kerana ringan Membekalkan arus tetap Elektrolit tidak mudah tertumpah kerana tidak mengandungi elektrolit cecair Dapat dicas semula Membekalkan arus besar dan tetap bagi tempoh masa yang lama

Akumulator asidplumbum

 

Sel merkuri

 Tahan lama

Kelemahan  Tidak tahan lama  Tidak dapat dicas semula

 Berat dan mahal  Asidnya mudah tertumpah  Mudah rosak jika tidak dijaga dengan baik  Tidak dapat dicas 17

Sel alkali

Sel nikel-kadmium

semula  Membekalkan arus yang lebih besar dan voltan tetap  Tahan lama  Tidak dapat dicas  Membekalakan semula  Lebih mahal arus yang lebih besar dan tetap daripada sel kering daripada sel kering biasa

 Tahan lama  Mahal  Boleh dicas semula  Bahan kimia tidak tertumpah  Casnya tidak hilang walaupun tidak digunakan untuk tempoh masa yang panjang  Kepekatan elektrolitnya tidak berubah

18