Elektrolisis

Elektrolisis adalah proses kimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia, dimana terjadi .penguraian suatu elektrolit oleh arus listrik. Komponen yang terpenting dari proses elektrolisis ini adalah elektrode dan larutan elektrolit. Pada sel elektrolisis, reaksi kimia akan terjadi jika arus listrik dialirkan melalui larutan elektrolit,yaitu energi listrik (arus listrik) diubah menjadi energi kimia (reaksi redoks).

Elektroda yang digunakan dalam proses elektolisis dapat digolongkan menjadi dua, yaitu: 

• Elektroda inert, seperti kalsium (Ca), potasium, grafit (C), Platina (Pt), dan emas (Au). 
• Elektroda aktif, seperti seng (Zn), tembaga (Cu), dan perak (Ag).

Elektrolitnya dapat berupa larutan berupa asam, basa, atau garam, dapat pula leburan garam halida atau leburan oksida. Kombinasi antara larutan elektrolit dan elektrode menghasilkan tiga kategori penting elektrolisis, yaitu: 

1. Elektrolisis larutan dengan elektrode inert 
2. Elektrolisis larutan dengan elektrode aktif 
3. Elektrolisis leburan dengan elektrode inert

Sel eleltrolisis memiliki 3 ciri utama,yaitu :

• Ada larutan elektrolit yang mengandung ion bebas. Ion – ion ini dapat memberikan atau menerima elektron sehingga elektron dapat mengalir melalui larutan. 
• Ada 2 elektroda dalam sel elektrolisis. 
• Ada sumber arus listrik dari luar, seperti baterai yang mengalirkan arus listrik searah (DC).

Pada elektrolisis, elektroda yang menerima elektron dari sumber arus listrik luar disebut Katoda dan bertindak sebagai kutub negatif, sedangkan elektroda yang mengalirkan elektron kembali ke sumber arus listrik luar disebut Anoda dan bertindak sebagai kutub positif.  Pada katode akan terjadi reaksi reduksi dan pada anode terjadi reaksi oksidasi. Katoda merupakan elektroda negative karena menangkap elektron sedangakn anoda merupakan elektroda positif karena melepas elektron. 

Dalam sel, reaksi oksidasi reduksi berlangsung dengan spontan, dan energi kimia yang menyertai reaksi kimia diubah menjadi energi listrik. Bila potensial diberikan pada sel dalam arah kebalikan dengan arah potensial sel, reaksi sel yang berkaitan dengan negatif potensial sel akan diinduksi. Dengan kata lain, reaksi yang tidak berlangsung spontan kini diinduksi dengan energi listrik. Proses ini disebut elektrolisis. Pengecasan baterai timbal adalah contoh elektrolisis. 

Elektrolisis khususnya bermanfaat untuk produksi logam dengan kecenderungan ionisasi tinggi (misalnya aluminum). Produksi aluminum di industri dengan elektrolisis diawali tahun 1886 secara independen oleh penemu Amerika Charles Martin Hall (1863-1914) dan penemu Perancis Paul Louis Toussaint Héroult (1863-1914) pada waktu yang sama. Sukses elektrolisis ini karena penggunaan lelehan Na3AlF6 sebagai pelarut bijih (aluminum oksida; alumina Al2O3)

Sebagai syarat berlangsungnya elektrolisis, ion harus dapat bermigrasi ke elektroda. Salah satu cara yang paling jelas agar ion mempunyai mobilitas adalah dengan menggunakan larutan dalam air. Namun, dalam kasus elektrolisis alumina, larutan dalam air jelas tidak tepat sebab air lebih mudah direduksi daripada ion aluminum sebagaimana ditunjukkan di bawah ini.
Al₃+ + 3e^-–> Al potensial elektroda normal = -1,662 V (10.38)
2H2O +2e^-–> H₂ + 2OH- potensial elektroda normal = -0,828 V (10.39)

Metoda lain adalah dengan menggunakan lelehan garam. Namun Al2O3 meleleh pada suhu sangat tinggi, sekitar 2050 °C, dan elektrolisis pada suhu setinggi ini jelas tidak mungkin. Namun, titik leleh campuran Al₂O₃ dan Na₃AlF₆ adalah sekitar 1000 °C, dan suhu ini mudah dicapai. Prosedur detailnya adalah: bijih aluminum, bauksit mengandung berbagai oksida logam sebagai pengotor. Bijh ini diolah dengan alkali, dan hanya oksida aluminum yang amfoter yang larut. Bahan yang tak larut disaring, dan karbon dioksida dialirkan ke filtratnya untuk menghasilkan hidrolisis garamnya. Alumina akan diendapkan.

Al₂O3(s) + 2OH-(aq)–> 2AlO₂- (aq) + H₂O(l) (10.40) 2CO₂ + 2AlO_{2 -(aq)} + (n+1)H₂O(l) –> 2HCO₃- (aq) + Al₂O₃·nH₂O(s) (10.41)

Alumina yang didapatkan dicampur dengan Na3AlF6 dan kemudian garam lelehnya dielektrolisis. Reaksi dalam sel elektrolisi rumit. Kemungkinan besar awalnya alumina bereaksi dengan Na3AlF6 dan kemudian reaksi elektrolisis berlangsung.

Al₂O₃ + 4AlF₆^3-–> 3Al₂OF₆^2- + 6F^- (10.42)

Reaksi elektrodanya adalah sebagai berikut.
Elektroda negatif: 2Al₂OF₆^2- + 12F^- + C –> 4AlF₆^3- + CO2 + 4e^- (10.43)
Elektroda positif: AlF₆^3- + 3e^-–> Al + 6F^- (10.44)
Reaksi total: 2Al₂O₃ + 3C –> 4Al + 3CO₂ (10.45) 

Kemurnian aluminum yang didapatkan dengan prosedur ini kira-kira 99,55 %. Aluminum digunakan dalam kemurnian ini atau sebagai paduan dengan logam lain. Sifat aluminum sangat baik dan, selain itu, harganya juga tidak terlalu mahal. Namun, harus diingat bahwa produksi aluminum membutuhkan listrik dalam jumlah sangat besar.

Penerapan elektrolisis lainnya adalah penyepuhan logam, yaitu proses pemurnian logam dari pengotor, seperti pemurnian tembaga untuk pembuatan kabel listrik. Contoh lainnya adalah proses pelapisan perak kepada peralatan makan seperti sendok dan garpu.