Elektrokimia

Siri Elektrokimia

by

Siri Elektrokimia

  1. Siri elektrokimia ialah satu siri penyusunan unsur-unsur mengikut tertib kecenderungan melepaskan elektron untuk membentuk ion positif.
  2. Semakin tinggi kedudukan satu logam dalam siri elektrokimia, semakin senang logam itu membentuk ion positif.
  3. Siri elektrokimia dibina berdasarkan:
    1. perbezaan voltan bagi pasangan logam dalam sel kimia
    2. kebolehan logam menyesarkan logam lain daripada larutan garamnya.

Perbezaan Voltan Pasangan Logam Sel Kimia

  1. Dalam sel kimia logam yang mempunyai kedudukan lebih tinggi dalam siri elektrokimia bertindak sebagai terminal negatif manakala logam yang satu lagi bertindak sebagai terminal positif.
  2. Semakin berjauhan kedudukan dua logam itu dalam siri elektrokimia, semakin besar beza keupayaan antara dua logam.

Penyesaran Logam Daripada Larutan Garam

  1. Logam yang lebih tinggi kedudukannya dalam siri elektrokimia (lebih elektropositif ) mampu menyesarkan logam yang kurang elektropositif daripada larutan garamnya.

Sel Daniel

by

Sel Kimia - Sel Daniel

  1. Sel Daniel direka cipta oleh ahli kimia yang bernama John Frederic Daniell pada tahun 1836.
  2. Ia dicipta untuk mengatasi masalah gelembung-gelumbung gas hidrogen yang terdapat pada sel kimia ringkas.
  3. Sel Daniell terdiri daripada elektrod zink dan kuprum.
  4. Elektrod zink terendam di dalam larutan zink sulfat (atau asid sulfurik cair) manakala elektrod kuprum terendam di dalam larutan kuprum(II) sulfat.
  5. Terdapat dua struktur sel Daniell:
    1. Sel Daniell dengan pasu berliang
    2. Sel Daniell dengan titian garam

Sel Daniel dengan Pasu Berliang

  1. Rajah di bawah menunjukkan struktur Sel Daniel dengan pasu berliang.
  2. Dalam sel Daniel, larutan zink sulfat dan larutan kuprum(II) sulfat diasingkan antara satu sama lain oleh pasu berliang.
  3. Kepingan zink dicelup ke dalam larutan akueus zink sulfat manakala kepingan kuprum dicelup ke dalam larutan akueus kuprum(II) sulfat
    1. Oleh kerana zink adalah lebih elektropositif berbanding kuprum, maka logam zink dijadikan elektrod negatif dan logam kuprum dijadikan elektrod positif.
    2. persamaan untuk mewakili tindak balas di setengah sel dikenal sebagai persamaan setengah.

    Di Anod (Elektrod Zink)

    Atom-tom zink membebaskan dua elektron dan membentuk ion-ion zink.

    Zn → Zn2+ + 2e
    Pemerhatian:
    Elektrod zink terkakis ( menjadi semakin nipis) .

    Di Katod (Elektrod Kuprum)

    Ion-ion kuprum(II) di dalam elektrolik dinyahcas dan membentuk atom-atom kuprum

    Cu2+ + 2e → Cu

    Pemerhatian:
    Elektrod kuprum semakin tebal. 

    Pemerhatian Lain:

    1. Jarum galvanometer terpesong.
    2. Warna biru larutan kuprum(II) sulfat semakin pudar kerana kepekatan ion-ion kuprum semakin menurun

    Fungsi Pasu Berliang:

    Fungsi-fungsi pasu berliang ialah untuk

    1. melengkapkan litar dengan membenarkan laluan ion-ion menerusinya.
    2. mengasingkan larutan kuprum(II) sulfat daripada zink sulfat

    Kelemahan Sel Daniel

    1. Elektrolitnya mudah melimpah keluar apabila dibawa ke tempat yang lain.
    2. susah dibawa
    3. beza keupayaan sel akan berkurangan dengan pantas disebabkan oleh fenomena kekutuban sel.

    Sel Daniel Dengan Titian Garam


    1. Titian garam terdiri daripada sekeping kertas turas yang direndam ke dalam elektrolit lengai seperti larutan tepu natrium sulfat.
    2. Ia mungkin juga sebuah tiub-U yang mengandungi elektrolit lengai larutan akueus tepu.
    3. Hujung-hujung tiub-U ditutup dengan penyumbat wul kaca.
    4. Titian garam menyambungkan larutan akueus zink sulfat dengan larutan akueus kuprum(II) sulfat dan melengkapkan litar elektrik dengan membenarkan pergerakan ion-ion melalui elektrolit di dalamnya.

    Sel Voltan

    by

    Sel Kimia

    1. Sel kimia ialah sel yang menghasilkan tenaga elektrik melalui tindak balas kimia yang berlaku di dalamnya. Contoh sel kimia ialah sel galvani (juga dikenali sebagai sel voltan).
    2. Sel kimia menukarkan tenaga kimia kepada tenaga elektrik. 

    Tindak Balas Kimia dalam Satu Sel Kimia
    1. Apabila 2 logam yang mempunyai keelektropositifan yang berbeza di masukkan ke dalam satu elektrolit, atom-atom bagi logam yang lebih elektropositif akan mengion dengan membebaskan elektron dan membentuk kation-kation.
    2. Elektron-elektron ini akan berpindah ke logam yang kurang elektropositif.
    3. Kation-kation di sekitar logam yang kurang elektropositif akan dinyahcaskan dengan menerima elektron.
    4. Pemindahan elektron daripada anod ke katod menghasilkan tenaga elektrik.
    5. Semakin jauh kedudukan kedua-dua logam dalam siri elektrokimia, semakin besar daya gerak elektrik yang dihasilkan oleh sel itu.
    6. Logam yang lebih elektropositif menjadi terminal negatif.
    7. Terminal negatif ini dikenali sebagai anod sel kimia.
    8. Logam yang kurang elektropositif menjadi terminal positif.
    9. Terninal positif ini pula ialah katod bagi sel kimia.

    Sel Kimia Ringkas

    1. Sebuah sel kimia ringkas terdiri daripada dua jalur logam berlainan yang dicelup ke dalam elektrolit. Dua logam ini disambung melalui litar luar oleh wayar penyambung. Logam-logam ini bertindak sebagai elektrod. 
    2. Logam yang berada di kedudukan yang lebih tinggi dalam siri elektrokimia akan membebaskan elektron dan seterusnya bertindak sebagai terminal negatif.
    3. Logam yang berada di kedudukan yang lebih rendah pula bertindak sebagai terminal positif.
    Contoh: Sel ringkas Zink-Kuprum

    Di Anod:
    Zink yang lebih elektropositif memlepaskan elektron dan bertindak sebagai terminal negatif.
    Persamaan setengah: 
    Zn → Zn2+ + 2e

    Pemerhatian:
    Logam zink menjadi lebih nipis.

    Di Katod

    Kuprum yang kurang elektropositif menerima elektron dan bertindak sebagai terminal positif.
    lon kuprum(II) dari kuprum(II) sulfat menerima elektron dan  membentuk logam kuprum.
    Persamaan setengah: 
    Cu2+ + 2e → Cu

    Pemerhatian:
    Logam kuprum menjadi lebih tebal.

    Nota:

    Elektron mengalir dari terminal negatif ke terminal positif. Arus elektrik dihasilkan daripada pengaliran electron dari terminal positif ke terminal negatif.

     Contoh: Sel Ringkas Magnesium-Kuprum

    Di Anod
    Magnesium berada di kedudukan yang lebih tinggi di dalam siri elektrokimia. Oleh itu, ia akan membebaskan elektron dan bertindak sebagai elektron negatif.
    Persamaan setengah
    Atom magnesium membebaskan 2 elektron dan membentuk ion magnesium..
    Mg → Mg2+ + 2e
    Pemerhatian
    Jalur magnesium menjadi semakin nipis.

    Di Katod
    Elektron-elektron yang dibebaskan di anod mengalir ke elektrod kuprum dan menyahcaskan ion-ion positif yang terkumpul disekitar elektrod.
    Tindakbalas Kimia
    Ion-ion positif yang hadir di sekitar katod ialah ion magnesium dan ion hydrogen. Hydrogen berada di  kedudukan yang lebih rendah di dalam siri elektrokimia. Oleh yang demikian, ion-ion hidrogen dipilih untuk dinyahcaskan. Ion-ion hydrogen menerima elektron dan membentuk molekul hidrogen.
    2H+ + 2e → H2
    Pemerhatian
    Gas tidak berwarna terhasil di sekitar elektrod kuprum. Gas ini menghasilkan bunyi “pop” apabila terdedah kepada kayu uji menyala.

    Penulenan Logam

    by

    Aplikasi Elektrolisis Dalam Industri - Penulenan Logam

    1. Kuprum ialah konduktor elektrik yang baik. Bagaimanapun, bendasing di dalam kuprum boleh menyebabkan kekonduksiannya merosot. Oleh itu, kuprum perlu ditulenkan untuk meningkatkan kekonduksian elektriknya.
    2. Di dalam industri, elektrolisis digunakan untuk menulenkan kuprum.
    3. Dalam proses penulenan kuprum,
      1. Logam kuprum yang tidak tulen dijadikan anod.
      2. Logam kuprum yang tulen dijadikan katod.
      3. Elektrolit yang digunakan ialah larutan kuprum(II) sulfat.

      Penulenan Logam Kuprum Melalui Elektrolisis

      1. Rajah di atas menunjukkan alat radas yang digunakan untuk mengkaji penuluenan logam kuprum.
      2. Apabila arus elektrik mengalir, kuprum tak tulen terlarut di dalam elektrolit.
      3. Pada masa yang sama, logam kuprum yang tulen terenap di katod.
      4. Dalam silibus SPM, anda perlu tahu
        1. jenis elektrolit yang digunakan
        2. elektrod manakah terletaknya kuprum tulen dan kuprum tak tulen
        3. tindakbalas kimia di anod dan katod

      Elektrolit: 

      Kuprum(II) Sulfat

      CuSO4—> Cu2++ SO42-

      Elektrod:

      Anod: Kuprum tak tulen
      Katod: Kuprum Tulen

      Tindakbalas Kimia

      Anod:
      Cu —> Cu2+ + 2e
      1. Di anod, kuprum melarut ke dalam larutan. 
      2. Atom kuprum diionkan untuk membentuk ion kuprum yang terlarut di dalam larutan.
      Katod
      Cu2+ —> Cu + 2e
      1. Di katod Ion-ion Cu2+ terenap sebagai logam kuprum tulen.
      2. Bendasing daripada kuprum tak tulen akan terhimpun di bawah anod.

      Penyaduran Logam

      by

      Aplikasi Elektrolisis Dalam Industri - Penyaduran Logam

      1. Penyaduran ialah proses yang dijalankan untuk menyalut permukaan suatu alat logam dengan suatu lapisan logam lain yang nipis dan sekata.
      2. Tujuan utama penyaduran ialah:
        1. Mencegah kakisan. Contohnya kromium dan nikel disadurkan kepada besi untuk mengelakkan besi daripada berkarat.
        2. Menambah kecantikan. Contohnya logam yang tidak cantik permukaannya disadurkan dengan emas atau platinum untuk menambahkan kecantikannya.
      3. Dalam proses penyaduran logam
        1. Logam penyadur dijadikan sebagai anod.
        2. Logam disadur dijadikan katod.
        3. Elektrolit mesti mengandungi ion-ion logam penyadur

      Contoh: Penyaduran Kunci dengan Logam Kuprum

      1. Sebatang kunci besi dibersihkan dengan kertas pasir dan dijadikan sebagai katod.
      2. Rod kuprum dijadikan sebagai anod.
      3. Larutan kuprum(II) sulfat dijadikan sebagai elektrolit.
      4. Kedua dua anod dan katod disambungkan kepada punca elektrik.
      5. Arus elektrik kecil digunakan untuk penyaduran yang perlahan untuk mendapatkan lapisan yang rata dan kuat.



      Elektrolit:
      Kuprum(II) sulfat

      CuSO4 —> Cu2+ + SO42-

      Elektrod:
      Anod: Kuprum
      Katod: Kunci (Objek disadur)

      Tindakbalas Kimia
      Anod:

      Cu —> Cu2+ + 2e

      Di anod kuprum terlarut di dalam elektrolit. Atom-atom kurpum diionkan dan ion-ion Cu2+ dibebaskan.

      Katod

      Cu2+ —> Cu + 2e

      Di katod, ion-ion Cu2+ dinyahcas untuk membentuk atom-atom kuprum. Logam kuprum terbentuk sebagai lapisan pada sudu besi.

      Nota Tambahan
      Untuk mendapatkan lapisan penyadur yang rata dan kuat (kekal dan tahan):
      (a) Permukaan objek yang disadur dibersihkan dengan kertas pasir.
      (b) Arus elektrik yang kecil dan proses penyaduran elektrik dijalankan perlahan-lahan.
      (c) Objek yang disadur diputar secara perlahan-lahan semasa elektrolisis dijalankan.

      Pengekstrakan Logam

      by

      Aplikasi Elektrolisis Dalam Industri - Pengekstrakan Logam

      1. Rajah di bawah menunjukkan cara pengekstrakan logam bagi logam yang berlainan.

      2. Emas dan perak (argentum) tidak perlu diekstrakan kerana ia wujud dalam bentuk unsur di dalam alam semula jadi.
      3. Kuprum dan merkuri dapat diekstrakan dengan membakar sebatiannya di dalam udara.
      4. Bagi logam yang kurang reaktif daripada karbon seperti plumbum, stanum, ferum dan zink, ia diekstrakan daripada sebatiannya dengan cara penurunan oleh karbon.
      5. Logam-logam yang aktif seperti natrium, kalsium, atau aluminium diperolehi daripada sebatiannya melalui proses elektrolisis.
      6. Ini kerana logam-logam ini tidak dapat diekstrakkan
        dengan cara penurunan oleh karbon.

      Aplikasi Elektrolisis Dalam Industri - Pengekstrakan Aluminium

      1. Rajah di atas menunjukkan alat radas yang digunakan untuk pengekstrakan aluminium di dalam industri dengan menggunakan kaedah elektrolisis.
      2. Dalam SPM, anda perlu tahu
        1. jenis elektrolit yang digunakan.
        2. bahan yang digunakan sebagai anod dan katod
        3. tindak balas kimia di anod dan katod.
        4. mengapakah kriolit ditambah ke dalam bausit lebur?
      3. Grafit (Karbon) digunakan sebagai anod dan katod.
      4. Elektrod karbon perlu digantikan dari masa ke semasa kerana pada suhu setinggi 980oC, karbon bertindak balas dengan oksigen membentuk karbon dioksida.
      5. Aluminium ialah bahan yang terdapat dalam bausit. 
      6. Bausit ditulenkan menjadi aluminium oksida, sejenis serbuk putih di mana aluminium boleh diekstrakkan.
      7. Kriolit dicampurkan ke dalam aluminuim oksida untuk merendahkan takat lebur aluminium oksida daripada 2000°C kepada 980°C. 

      Elektrolit: 

      Bausit lebur (Aluminium Oksida).

      Al2O3→ 2Al3+ + 3O2-

      Elektrod:

      Anod: Grafit
      Katod: Grafit

      Tindakbalas Kimia

      Anod:

      2O2- → O2 + 4e

      Ion oksida dinyahcaskan untuk membentuk gas oksigen. Gas oksigen dikumpulkan untuk kegunaan industri lain.

      Katod

      Al3++ + 3e → Al

      Ion aluminium dinyahcaskan untuk membentuk logam aluminium

        Faktor yang Mempengaruhi – Jenis Elektrod

        by

        Faktor-faktor Mempengaruhi Pemilihan Nyahcas - Jenis Elektrodes

        Jenis Elektrod

        1. Terdapat 2 jenis elektrod:
          1. Elektrod lengai
            Elektrod lengai hanya menyediakan suatu permukaan bagi pemindahan elektron. Ia tidak mengambil bahagian dalam sebarang tindak balas kimia semasa elektrolisis.. (Contoh: Karbon, platinum)
          2. Elektrod tidak lengai
            Elektrod tidak lengai ialah elektrod yang akan mengalami perubahan kimia semasa elektrolisis. (Contoh: Kuprum, argentum, merkuri)

        Elektrolisis Kuprum(II) Sulfat dengan Karbon Sebagai Elektrod

        Ion-ion yang hadir

        Anod:

        OH–, SO42-

        Katod:

        H+, Cu2+

        Pemerhatian dan Kesimpulan

        Anod:

        Pemerhatian        :         Gelembung gas tak berwarna dan tak berbau dibebaskan. Gas ini menyalakan kayu uji berbara.

        Kesimpulan: Gas oksigen dihasilkan

        Katod
        Pemerhatian: Satu lapisan pepejal perang kemerahan terenap pada permukaan elektrod.

        Kesimpulan: Logam kuprum dihasilkanWarna larutan:
        Warna biru larutan akueus kuprum(II) sulfat terluntur secara perlahan.

        Persamaan separa bagi tindakbalas di

        Anod:

        4OH– → 2H2O + O2 + 4e

        Katod:

        Cu2+ + 2e → Cu

        Elektrolisis Kuprum(II) Sulfat dengan Kuprum Sebagai Elektrod

        Ion-ion yang hadir

        Anod:
        OH–, SO42-

        Katod:

        H+, Cu2+

        Pemerhatian dan Kesimpulan

        Anod:
        Pemerhatian: Elektrod menjadi semakin nipisKesimpulan: Elektrod kuprum terlarut di dalam larutanKatod
        Pemerhatian: Elektrod menjadi semakin tebalKesimpulan: Logam kuprum dihasilkanWarna larutan:
        Warna larutan tidak berubah

        Persamaan separa bagi tindakbalas di

        Anod:
        Cu → Cu2+ + 2e

        Katod:

        Cu2+ + 2e → Cu

        Perbincangan:

        1. Anod yang diperbuat daripada kuprum adalah tidak lengai jika elektrolit digunakan mengandungi ion kuprum(II) di dalamnya.
        2. Semasa elektrolisis, atom-atom kuprum dari anod mengion untuk menghasilkan ion kuprum(II). Akibatnya, elektrod kuprum yang merupakan anod terlarut dan jisimnya berkurangan.

        Faktor yang Mempengaruhi – Kepekatan

        by

        Faktor-faktor Mempengaruhi Pemilihan Nyahcas - Kepekatan

        Jika kepekatan sesuatu ion itu sangat tinggi, maka ion itu akan dipilih untuk nyacas, walaupun ia terletak di bahagian yang lebih tinggi di dalam siri elektrokimia.

        Elektrolisis Asid Hidroklorik Cair

        Ion-ion yang hadir di

        Anod:

        Cl–, OH–

        Katod:

         H+

        Pemerhatian dan Kesimpulan

        Anod:
        Pemerhatian: Gelembung gas tak berwarna dan tak berbau dibebaskan. Gas ini menyalakan kayu uji berbara.

        Kesimpulan: Gas oksigen dihasilkan

        Katod:
        Pemerhatian: Gelembung gas tak berwarna dan tak berbau dibebaskan. Apabila kayu uji bernyala diletakkan pada mulut tabung uji, bunyi `pop’ terhasil.

        Kesimpulan: Gas hidrogen dihasilkan

        Persamaan separa bagi tindakbalas di

        Anod:

         4OH– → 2H2O + O2 + 4e

        Katod:

         H+ + 2e → H2

        Elektrolisis Asid Hidroklorik Pekat

        Ion-ion yang hadir di

        Anod:

        Cl–, OH–

        Katod:

        H+


        Pemerhatian dan Kesimpulan

        Anod:
        Pemerhatian:
        Gas berwarna kuning kehijauan dihasilkan. Jika kertas litmus biru lembap dimasukkan ke dalam tabung uji yang mengandungi gas ini, kertas litmus merah lembap bertukar memjadi merah, seterusnya warnanya dilunturkan.

        Kesimpulan: Gas klorin dihasilkan

        Katod
        Gelembung gas tak berwarna dan tak berbau dibebaskan. Apabila kayu uji bernyala diletakkan pada mulut tabung uji, bunyi `pop’ terhasil.

        Kesimpulan:
        Gas hidrogen dihasilkan

        Persamaan separa bagi tindakbalas di

        Anod:

        2Cl– → Cl + 2e

        Katod:

         H+ + 2e → H2

        Kesimpulan:
        Ion-ion yang lebih tinggi kepekatannya akan dipilih untuk dinyahcas.

        Nota: Bagi elektrolisis asid sulfurik pekat, di anod, ion hidroksida berada di kedudukan yang lebih rendah dalam siri elektrokimia. Bagaimanapun, ion klorida dipilih untuk dinyahcas kerana kepekatan ion klorida adalah jauh lebih tinggi daripada kepekatan ion hidroksida.

        Nota Tambahan:

        1. Bagaimanapun, kepekatan ion hanya memberi kesan kepada ion-ion yang berada berhampiran di dalam siri elektrokimia. Jika sesuatu ion berada di kedudukan yang sangat tinggi di dalam siri elektrokimia (contohnya, natrium), ia tetap tidak akan dipilih dinyahcas walaupun kepekatannya adalah tinggi.
        2. Rajah di bawah meringkaskan ion-ion yang mungkin dipilih untuk dinyahcas jika kepekatannya adalah tinggi.