STRUKTUR ATOM, NOTASI UNSUR , ISOTOP, ISOTON, ISOBAR DAN ISOELEKTRON

 Struktur Atom

Jika sebelumnya kita pernah membahas mengenai teori dan model atom. Maka kali ini kita akan membahas tentang Struktur atom. Masih ingat bukan, atom dicetuskan pertama kali oleh seorang filsuf Yunani bernama Democritus bersama gurunya Leucippus pada tahun 400-an SM. Menurutnya atom berasal dari dua kata a berarti tidak dan tomos artinya tidak dapat dibagi lagi. Bentuknya dapat diibaratkan seperti sebuah bola dan terdiri dari 2 bagian yaitu:

• Inti atom/nukleus terdiri atas partikel bermuatan positif (proton) dan partikel tidak bermuatan (neutron).
• Kulit atom diisi oleh partikel negatif (elektron).

Nah kali ini kita akan membahas struktur atom dengan menggunakan  pendekatan model atom Bohr agar kalian mudah dalam memahaminya. 

(Sumber: blog )

 Untuk memahami ini semua, Kita lihat ilustrasi di bawah ini. Inti atom sangatlah padat: 99,97% massa atom adalah massa inti atom namun volume yang ditempatinya hanya 1/10¹⁵ dari volume atom. Diameter sebuah atom (∼10⁻¹⁰ m) sekitar 100.000 kali diameter inti atom (∼10⁻¹⁵ m). Berikut ilustrasi struktur atom (Gambar 1) dan perbandingan karakter dari 3 partikel subatomik utama (Tabel 1).

Gambar 1. Ilustrasi struktur atom
(Sumber: McMurry, John. et al. 2013. Fundamentals of General, Organic, and Biological Chemistry (7^th edition). Illinois: Pearson Education, Inc.)

 

Nilai massa atom dan partikel-partikel subatomik sangatlah kecil dalam satuan gram sehingga lebih mudah jika dinyatakan sebagai massa relatif. Basis ukuran massa relatif atom adalah atom karbon yang terdiri dari 6 proton dan 6 neutron (atom C-12), di mana massa satu atom C-12 dinyatakan senilai 12 satuan massa atom (sma) atau 12 dalton (Da).

 

1 sma = 1,660539×10⁻²⁴ g.

 

NOTASI UNSUR

Selanjutnya kita akan membahas notasi unsur. Apa itu notasi unsur? Notasi Unsur atau notasi atom adalah simbol yang memuat informasi tentang suatu unsur atau atom. Notasi suatu unsur tidak sama untuk setiap atomnya. Notasi unsur atau notasi atom berbeda dengan notasi ion. Masih ingat perbedaan unsur dan atom?. Yups, atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur. Sedangkan unsur gabungan dari atom-atom sejenis. Jadi jika ada yang mengatakan notasi unsur atau notasi atom, boleh dikatakan keduanya mirip. Tetapi akan berbeda jika notasi ion dengan notasi atom. Untuk lebih jelasnya, yuk kita simak penbjelasan berikut ini:

X: Simbol dari unsur

a: Nomor atom merupakan jumlah proton. Saat netral (tidak bermuatan) akan sama dengan jumlah elektron.

b: Nomor massa melambangkan jumlah proton ditambah jumlah neutron atau disebut juga jumlah nukleon.

c: Muatan/bilangan oksidasi (biloks) terdiri dari melepas elektron (positif) dan menangkap elektron atau bertambah (negatif).

Keterangan:

proton = 11

elektron = 11 (karena sama dengan proton yang netral/tidak bermuatan)

massa = 23

neutron = massa - proton

= 12

 

Pembahasan di atas merupakan contoh proton netral. Bagaimana jika bermuatan atau yang disebut dengan ion?

Kita coba dengan ion positif ya! Artinya melepas elektron.

Keterangan:

proton = 20

elektron = 20 - 2 = 18 (karena muatan positif berarti elektron dilepas ya)

neutron = 40 - 20 =20

 

Sekarang, kita bahas ion negatif ya!

Keterangan:

proton = 16

elektron = 16 + 2 = 18 (karena menangkap 2 elektron)

neutron = 32 - 16 = 16

 Jadi, secara praktis, massa proton dan massa neutron masing-masing dinyatakan 1 sma.

Gambar 2. Ilustrasi atom dan simbol atom dari beberapa unsur
(Sumber: Silberberg, Martin S. 2009. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (5th edition). New York: McGraw Hill)

 

ISOTOP ISOTON ISOBAR DAN ISOELEKTRON

Di awal kita sudah singgung bahwa notasi suatu unsur berbeda untuk setiap atomnya namun demikian meskipun mereka berbeda-beda, ada kemungkinan atom penyusunnya sama. Berikut kesamaan partikel subatomik, kamu juga bisa corat-coret di kertas ya untuk membuktikannya:

• Isotop: nomor atomnya sama (proton) dan nomor massanya berbeda (neutron). Mudahnya, angka di bagian bawah sama sedangkan angka di bagian atas berbeda. Contoh:

Dengan kata lain, di alam terdapat 3 isotop karbon: ¹²C, ¹³C, dan ¹⁴C. Selain itu, hidrogen juga memiliki 3 isotop – ¹H (protium) yang paling berlimpah, ²H (deuterium), dan ³H (tritium).

Gambar 3. Ilustrasi susunan / struktur atom dari ketiga isotop hidrogen: ¹H, ²H, dan ³H
(Sumber: McMurry, John. et al. 2013. Fundamentals of General, Organic, and Biological Chemistry (7^th edition). Illinois: Pearson Education, Inc.)

 

• Isoton: neutronnya sama, tetapi nomor atom dan nomor massa berbeda. Mudahnya, selisih angka di atas dan bawah pasti sama.

• Isobar: nomor massanya sama, namun nomor atomnya beda. Cara mengingatnya, angka di bagian atas sama, sedangkan angka bagian bawahnya beda.
• 
  
  

• Isoelektron: elektronnya sama, tetapi nomor massa dan nomor atomnya berbeda. Biasanya terjadi pada ion. 

 

Referensi  diambil dari berbagai sumber

 

PERKEMBANGAN TEORI DAN MODEL ATOM

                      

Konsep atom sebagai partikel terkecil di alam semesta, dicetuskan oleh Demokritos di masa Yunani Kuno. Namun karena teori itu tak disertai penelitian ilmiah, banyak ilmuwan yang meragukan dan meneliti kebenarannya. Baru pada abad ke-19, atom diteliti secara ilmiah.

Dilansir dari Kimia Dasar (2018) dan Encyclopaedia Britannica (2015), berikut perkembangan teori atom dari zaman ke zaman. Namun, sebelum kita lanjut membahas Teori dan Model atom, ada baiknya kita perjelas definisi Teori dan Model Atom yang seringkalimenjadi rancu. Teori atom adalah pendapat ilmiah yang dikemukakan oleh para ahli mengenai atom, sementara Model atom adalah gambaran atau ilustrasi tentang atom berdasarkan teorinya. Model atom dimaksudkan untuk membantu pemahaman pembaca dalam memahami konsep tentang teori yang telah ada, khususnya mengenai atom.

Baiklah, kita mulai dengan pembahasan perkembangan Teori berikut model atom berdasarkan urutan perkembangannya. (sst.. tidak untuk dibalik ya).

1. Teori Atom Dalton

        John Dalton (1776-1844) adalah ilmuwan yang pertama mengembangkan model atom pada 1803 hingga 1808. Hipotesis Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti tolak peluru. 

 

                 Model Atom Dalton (Sumber: haikudeck.com)

   Teori atom Dalton didasarkan pada anggapan: 

1.    Semua benda terbuat dari atom Atom-atom tidak dapat dibagi maupun dipecah menjadi bagian lain 

2.    Atom-atom tidak dapat dicipta maupun dihancurkan 

3.    Atom-atom dari unsur tertentu adalah indentik satu terhadap lainnya dalam ukuran, massa, dan sifat-sifat yang lain, namun mereka berbeda dari atom-atom dari unsur-unsur yang lain 

4.    Perubahan kimia merupakan penyatuan atau pemisahan dari atom-atom yang tak dapat dibagi, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan

 

 

2. Teori Atom Thompson

 

Pada tahun 1897, J.J. Thomson melakukan eksperimen dengan sinar katoda. Eksperimen tersebut menunjukkan bahwa sinar katoda terdefleksi (terbelokkan) oleh medan magnet maupun medan listrik. Hal ini menunjukkan bahwa sinar katoda merupakan radiasi partikel yang bermuatan listrik. Pada eksperimen dengan medan listrik, sinar katoda terbelokkan menuju ke arah kutub bermuatan positif. Hal ini menunjukkan bahwa sinar katoda merupakan radiasi partikel bermuatan negatif. Selanjutnya, partikel sinar katoda ini disebut sebagai elektron. Penemuan elektron ini kemudian mengacu pada kesimpulan bahwa di dalam atom terdapat elektron yang bermuatan negatif. Menurut model atom Thomson, elektron bermuatan negatif tersebar dalam bola bermuatan positif seperti model roti kismis, atau kue onde-onde (klepon) di mana kismis-kismis atau kelapa parut adalah elektron-elektron, dan roti atau kulit kue onde-onde (klepon) adalah bola bermuatan positif.

3. Teori Atom Rutherford

 

Model Atom Rutherford (Sumber: cevaplarin.com)

Pada tahun 1911, Ernest Rutherford melakukan eksperimen menembakkan partikel α — partikel bermuatan positif — pada lempeng emas tipis. Ia menemukan bahwa sebagian besar partikel-partikel α tersebut menembus melewati lempeng emas, yang dikenal juga dengan Percobaan Geiger-Marsden.  Namun pada percobaan ini ada sebagian yang mengalami pembelokan bahkan terpantulkan. Hal ini mengacu pada kesimpulan model atom Rutherford: model inti, di mana dalam atom yang sebagian besar merupakan ruang kosong terdapat inti yang padat pejal dan masif bermuatan positif yang disebut sebagai inti atom; dan elektron-elektron bermuatan negatif yang mengitari inti atom.

4. Teori Atom Bohr

Model Atom Bohr (Sumber: Pinterest.ca)

Pada tahun 1913, Niels Bohr mengajukan model atom untuk menjelaskan fenomena penampakan sinar dari unsur-unsur ketika dikenakan pada nyala api ataupun tegangan listrik tinggi. Model atom yang ia ajukan secara khusus merupakan model atom hidrogen untuk menjelaskan fenomena spektrum garis atom hidrogen. Bohr menyatakan bahwa elektron-elektron bermuatan negatif bergerak mengelilingi inti atom bermuatan positif pada jarak tertentu yang berbeda-beda seperti orbit planet-planet mengitari matahari. Oleh karena itu, model atom Bohr disebut juga model tata surya. Setiap lintasan orbit elektron berada tingkat energi yang berbeda; semakin jauh lintasan orbit dari inti, semakin tinggi tingkat energi. Lintasan orbit elektron ini disebut juga kulit elektron. Ketika elektron jatuh dari orbit yang lebih luar ke orbit yang lebih dalam, sinar yang diradiasikan bergantung pada tingkat energi dari kedua lintasan orbit tersebut.

5. Teori Atom Mekanika Kuantum

Model Atom Mekanika Kuantum (Sumber: pinterest.com)

Pada tahun 1924, Louis de Broglie menyatakan hipotesis dualisme partikel-gelombang yakni: semua materi dapat memiliki sifat seperti gelombang. Elektron memiliki sifat seperti partikel dan juga sifat seperti gelombang. Pada tahun 1926, Erwin Schrödinger merumuskan persamaan matematis yang kini disebut persamaan gelombang Schrödinger, yang memperhitungkan sifat seperti partikel dan seperti gelombang dari elektron.

Pada tahun 1927, Werner Heisenberg mengajukan asas ketidakpastian Heisenberg yang menyatakan bahwa posisi elektron tidak dapat ditentukan secara pasti, namun hanya dapat ditentukan peluang posisinya. Teori-teori — dualisme partikel gelombang, asas ketidakpastian Heisenberg, dan persamaan Schrödinger—ini kemudian menjadi dasar dari teori atom mekanika kuantum. Penyelesaian persamaan Schrödinger menghasilkan fungsi gelombang yang disebut orbital. Orbital biasanya digambarkan seperti awan elektron, di mana kerapatan awan tersebut menunjukkan peluang posisi elektron. Semakin rapat awan elektron maka semakin tinggi peluang elektron, begitu pula sebaliknya. Atom terdiri dari inti atom bermuatan positif dan awan-awan elektron yang mengelilinginya. Oleh karena itu, model atom mekanika kuantum disebut juga model awan elektron. Daerah kebolehjadian ditemukannya elektron dinamakan orbital. Menurut teori ini, ada empat jenis orbital, yaitu s, p, d, f. 

Sebelumnya, pada tahun 1919, Rutherford berhasil menemukan partikel bermuatan positif, yang disebut proton, dari eksperimen penembakkan partikel α pada atom nitrogen di udara. Lalu, pada tahun 1932, James Chadwick menemukan partikel netral, yang disebut neutron, dari eksperimen bombardir partikel α pada berbagai unsur. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa dalam model awan elektron, awan elektron terdiri dari elektron-elektron bermuatan negatif yang bergerak sangat cepat mengelilingi inti atom yang tersusun dari proton yang bermuatan positif dan neutron yang tak bermuatan.

Untuk lebih jelas mengenai Perkembangan teori dan model atom dari waktu ke waktu
 berikut diperlihatkan gambar perkembangan model atom dari Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr dan Mekanika Kuantum.

 (Sumber: Stacy, Angelica M. 2015. Living by Chemistry (2^nd edition). New York: W.H. Freeman and Company)

Selanjutnya kita akan mengenal lebih dekat kekurangan dan kelebihan masing-masing teori atom.

 

CONTOH REAKSI REDOKS DALAM KEHIDUPAN

           

1.    Zat pemutih

Zat pemutih adalah senyawa yang dapat digunakan untuk menghilangkan warna benda, seperti pada tekstil, rambut dan kertas. Penghilangan warna terjadi melalui reaksi oksidasi. Oksidator yang biasa digunakan adalah natrium hipoklorit (NaOCl) dan hidrogen peroksida (H2O2).

Warna benda ditimbulkan oleh elektron yang diaktivasi oleh sinar tampak. Hilangnya warna benda disebabkan oksidator mampu menghilangkan elektron tersebut. Elektron yang dilepaskan kemudian diikat oleh oksidator.

Reaksinya:

Proses oksidasi pada pemutihan:

2.    Fotosintesis

Fotosintesis adalah proses reaksi oksidasi-reduksi biologi yang terjadi secara alami. Fotosintesis merupakan proses yang kompleks dan melibatkan tumbuhan hijau, alga hijau atau bakteri tertentu. Organisme ini mampu menggunakan energi dalam cahaya matahari (cahaya ultraviolet) melalui reaksi redoks menghasilkan oksigen dan gula.

Reaksi oksidasi:

Reaksi reduksi:

3.    Pembakaran

Pembakaran merupakan contoh reaksi redoks yang paling umum. Pada pembakaran propana

(C3H8-;) di udara (mengandung O2), atom karbon teroksidasi membentuk CO2 dan atom oksigen tereduksi menjadi H2O.

Reaksi:

4.    baterai Nikel Kadmium

Baterai nikel-kadmium merupakan jenis baterai yang dapat diisi ulang seperti aki,baterai HP, dll. Anoda yang digunakan adalah kadmium, katodanya adalah nikel danelektrolitnya adalah KOH. Reaksi yang terjadi:

anoda : Cd + 2 OH-→Cd(OH)2+ 2e

katoda : NiO(OH) + H2O→Ni(OH)2+ OH-

Potensial sel yang dihasilkan sebesar 1,4 volt.

5.    Baterai alkali

Baterai alkali hampir sama dengan bateri karbon-seng. Anoda dan katodanya samadengan baterai karbon-seng, seng sebagai anoda dan MnO2 sebagai katoda.Perbedaannya terletak pada jenis elektrolit yang digunakan. Elektrolit pada bateraialkali adalah KOH atau NaOH. Reaksi yang terjadi adalah:

anoda: Zn + 2 OH-→ZnO + H2O + 2e

katoda: 2MnO2+ H2O + 2e-→Mn2O3+ 2OH-

Potensial sel yang dihasilkan baterai alkali 1,54 volt. Arus dan tegangan padabaterai alkali lebih stabil dibanding baterai karbon-seng.

6.    Baterai perak oksida

Bentuk baterai ini kecil seperti kancing baju biasa digunakan untuk baterai arloji,kalkulator, dan alat elektronik lainnya. Anoda yang digunakan adalah seng,katodanya adalah perak oksida dan elektrolitnya adalah KOH. Reaksi yang terjadi:

anoda : Zn→Zn2++ 2 e-

katoda : Ag2O + H2O + 2e→2Ag + 2 OH-

Potensial sel yang dihasilkan sebesar 1,5 volt.

7.    AKI

Jenis baterai yang sering digunakan pada mobil adalah baterai 12 volt timbal-asamyang biasa dinamakan Aki. Baterai ini memiliki enam sel 2 volt yang dihubungkanseri. Logam timbal dioksidasi menjadi ion Pb2+

dan melepaskan duaelektron di anoda. Pb dalam timbal (IV) oksida mendapatkan dua elektron danmembentuk ion Pb2+ di katoda. Ion Pb2+bercampur dengan ion SO42- dari asamsulfat membentuk timbal (II) sulfat pada tiap-tiap elektroda. Jadi reaksi yang terjadiketika baterai timbal-asam digunakan menghasilkan timbal sulfat pada keduaelektroda

.PbO2+ Pb + 2H2SO4→2PbSO4+ 2H2O

Reaksi yang terjadi selama penggunaan baterai timbal-asam bersifat spontan dantidak memerlukan input energi. Reaksi sebaliknya, mengisi ulang baterai, tidakspontan karena membutuhkan input listrik dari mobil. Arus masuk ke baterai danmenyediakan energi bagi reaksi di mana timbal sulfat dan air diubah menjaditimbal(IV) oksida, logam timbal dan asam sulfat.

2PbSO4+ 2H2O→PbO2+ Pb + 2H2SO4

8.    Baterai karbon-seng

Kalau anda memasukkan dua atau lebih baterai dalam senter, artinya andamenghubungkannya secara seri. Baterai harus diletakkan secara benar sehinggamemungkinkan elektron mengalir melalui kedua sel. Baterai yang relatif murah iniadalah sel galvani karbon-seng, dan terdapat beberapa jenis, termasuk standarddan alkaline. Jenis ini sering juga disebut sel kering karena tidak terdapat larutanelektrolit, yang menggantikannya adalah pasta semi padat.Pasta mangan(IV) oksida (MnO2) berfungsi sebagai katoda. Amonium klorida(NH4Cl) dan seng klorida (ZnCl2) berfungsi sebagai elektrolit. Seng pada lapisanluar berfungsi sebagai anoda.Reaksi yang terjadi :

anoda : Zn→Zn2++ 2 e-

katoda : 2MnO2+ H2O + 2e-→Mn2O3+ 2OH-

Dengan menambahkan kedua setengah reaksi akan membentuk reaksi redoksutama yang terjadi dalam sel kering karbon-seng.

Zn + 2MnO2+ H2O→Zn2++ Mn2O3+ 2OH-

Baterai ini menghasilkan potensial sel sebesar 1,5 volt. baterai ini bias digunakanuntuk menyalakan peralatan seperti senter, radio, CD player, mainan, jam dansebagainya.

9.    .pengaratan logam

4Fe(s)+3O2(g)→2Fe2O3(s)

10.    RedoksdalamFotografi

FilmfotografidibuatdariplastikyangdilapisigelatinyangmengandungmilyaranbutiranAgBr,yangpekaterhadapcahaya

.-Ketikacahayamengenaibutiran-butiranAgBr,terjadilahreaksiredoks

.-SehinggaionAg+tereduksimenjadilogamnya,danionBr-menjadigasBromin

11.    Pernapasan sel

contohnya, adalah oksidasi glukosa (C6H12O6) menjadi CO2 dan reduksi oksigen menjadi air. Persamaan ringkas dari pernapasan sel adalah:

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O

12.    Reaksidalamselbahanbakar

2H2+4OH-→4H2O+4e

O2(g)+2H2O+4e-→4OH-

Reaksitotal

2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)

13.    Las karbits

Karbit atau Kalsium karbida adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CaC2. Karbit digunakan dalam proses las karbit dan juga dapat mempercepat pematangan buah.

Persamaan reaksi Kalsium Karbida dengan air adalah:

CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2

Karena itu 1 gram CaC2 menghasilkan 349ml asetilen. Pada proses las karbit, asetilen yang dihasilkan kemudian dibakar untuk menghasilkan panas yang diperlukan dalam pengelasan.

14.    Pada perkaratan besi

Pada peristiwa perkaratan (korosi), logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi.

Rumus kimia dari karat besi adalah Fe2O3 . xH2O => berwarna coklat-merah.

Korosi merupakan proses elektrokimia. Pada korosi besi, bagian tertentu

dari besi itu berlaku sebagai anode, dimana besi mengalami oksidasi.

Fe(s) —–> Fe2+(aq) +2e ………….. E=+0,44V

O2(g) + 2H2O(l) +4e ——–> 4OH- ……. E=+0,40V

Ion besi (II) yg terbentuk pd anode selanjutnya teroksidasi membentuk ion besi (III) yg kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi, Fe2O3 . xH2O, yaitu karat besi.

15.    PENGOLAHAN AIR KOTOR (SEWAGE)

=> pengolahan air kotor ada 3 tahap : tahap primer, sekunder, dan tersier. Saya akan menyingkat tahap ini satu persatu…

a) TAHAP PRIMER

=> untuk memisahkan sampah yang tidak larut air, yang dilakukan dengan penyaringan dan pengendapan.

b) TAHAP SEKUNDER

=> untuk menghilangkan BOD dengan jalan mengOKSIDASInya.

c) TAHAP TERSIER

=> untuk menghilangkan sampah yang masih terdapat.

Lumpur aktif merupakan Lumpur yang kaya dengan bakteri yang dapat menguraikan limbah organic yang dapar mengalami biodegradasi. Bakteri aerobmengubah sampah organic menjadi biomassa dan CO2, N menjadi ammoniumdan nitrat, P menjadi fosfat.

16.    Penyapuhan emas

Dalam proses penyepuhan dengan emas reaksi yg terjadi adalah reduksi ion-ion emasmenjadi logamnya,

Au+ + e- -> Au atau Au3+ + 3e- -> Au2.

17.    Peleburan biji logam

Untuk besi, reaksi totalnya adalah

2Fe2O3 + 3C -> 4Fe + 3CO2 Fe2O3

adalah bijih besi (hematit) dengan kokas (karbon/C) sebagai reduktor.

18.    Dalam sistem biosensor

sistem biosensor berupa alat pengukur kadar gula dan kolesterol berbasis enzimdidalam tanah untuk keperluan medis yang menggunakan teknologi film tebal(thick film). Alat Pengukur kadar gula dan kolesterol dalam darah bekerjamenggunakan prinsip elektrokimia amperometrik. Prinsip kerja deteksi dari alatini didasari pada reaksi yang terjadi antara enzim glucose oxidase dancholesterol oxidase dengan sample darah yang diukur. Proses reaksi kimiawi inimenghasilkan aliran arus listrik yang kemudian diproses oleh signal conditioningdan data akusisi. Hasil proses ini merupakan besar kadar gula dan kolesterol didalam darah. Peralatan ini bersifat portable, kompak dan berdaya rendah

19.    Pengolahan Alumunium

Zaman dahulu kala, Alumunium termasuk logam yang harganya mahaldipasaran. Hal ini dikarenakan jumlahnya yang sedikit di alam dan caramendapatannya yang cukup sulit. Cara memperolehnya dengan cara elektrolisistidak berhasil karena apabila larutan garam alumunium dihidrolisis, air lebihmudah direduksi daripada Ion Alumunium. Hal ini menyebabkan gas Hidrogenyang terbentuk di anoda dan bukannya Alumunium. Elektrolisis leburanAlumunium juga tidak berhasil karena 2 hal : Larutan tidak berbentuk ion dansenyawanya mudah menguap apabila bersuhu tinggi. Elektrolisis oksidanya jugatidak praktis karena titik lelehnya yang tinggi yang mencapai 2000 derajatcelsius.Pada tahun 1886, Charles Hall dari Oberlin College menemukan cara yangdapatdigunakan untuk mengelektrolisis Alumunium Oksida dengan menggunakanAl2O3dengan Kriolit Na3AlF3. Penambahan Kriolit ke dalam

Al2O3menurunkantemperatur campuran hingga 1000 derajat celcius, sehingga elektrolisi dapatdilaksanakan. Bejana yang menampung campuran alumunium terbuat dari besiyang dilapisi beton yang bertindak sebagai katoda dan batang karbon yangberfungsi sebagai Anoda.

20.    Pengolahan Magnesium

Magnesium merupakan logam yang penting karena sangat ringan. Magnesiumdijumpai berlimpah dalamair laut. Ion magnesium diendapkan dari air lautsebagai hodroksida, kemudian Mg(OH)2

diubah menjadi kloridanya dengan caramereduksinya dengan asam klorida. setelah airnya menguap, MgCl2dilelehkandan dielektrolisis. Magnesium dihasilkan di katoda dan Klor di Anoda.

Contoh lain

1. The Dry Cell Battery

Dikenal dengan istilah sel Leclanche atau batu baterai kering. Pada batu baterai kering, logam seng berfungsi sebagai anoda. Katodanya berupa batang grafit yang berada di tengah sel. Terdapat satu lapis mangan dioksida dan karbon hitam mengelilingi batang grafit dan pasta kental yang terbuat dari amonium klorida dan seng (II) klorida yang berfungsi sebagai elektrolit. Potensial yang dihasilkan sekitar 1,5 volt.

Reaksi selnya adalah sebagai berikut :

Katoda (+) : 2 NH4+(aq) + 2 MnO2(s) + 2 e- ——> Mn2O3(s) + 2 NH3(aq) + H2O(l) ……………… (1)

Anoda (-) : Zn(s) ——> Zn2+(aq) + 2 e- …………….. (2)

Reaksi Sel : 2 NH4+(aq) + 2 MnO2(s) + Zn(s) ——> Mn2O3(s) + 2 NH3(aq) + H2O(l) + Zn2+(aq) …………….. [(1) + (2)]

Pada batu baterai kering alkalin (baterai alkalin), amonium klorida yang bersifat asam pada sel kering diganti dengan kalium hidroksida yang bersifat basa (alkalin). Dengan bahan kimia ini, korosi pada bungkus logam seng dapat dikurangi.

2. The Mercury Battery

Sering digunakan pada dunia kedokteran dan industri elektronik. Sel merkuri mempunyai struktur menyerupai sel kering. Dalam baterai ini, anodanya adalah logam seng (membentuk amalgama dengan merkuri), sementara katodanya adalah baja (stainless steel cylinder). Elektrolit yang digunakan dalam baterai ini adalah merkuri (II) Oksida, HgO. Potensial yang dihasilkan sebesar 1,35 volt.

Reaksi selnya adalah sebagai berikut :

Katoda (+) : HgO(s) + H2O(l) + 2 e- ——> Hg(l) + 2 OH-(aq) …………………… (1)

Anoda (-) : Zn(Hg) + 2 OH-(aq) ——> ZnO(s) + H2O(l) + 2 e‑ ………………….. (2)

Reaksi sel : Zn(Hg) + HgO(s) ——> ZnO(s) + Hg(l) ………………………. [(1) + (2)]

3. The Lead Storage Battery

Dikenal dengan sebutan baterai mobil atau aki/accu. Baterai penyimpan plumbum (timbal) terdiri dari enam sel yang terhubung secara seri. Anoda pada setiap sel adalah plumbum (Pb), sedangkan katodanya adalah plumbum dioksida (PbO2). Elektroda dicelupkan ke dalam larutan asam sulfat (H2SO4).

Reaksi selnya pada saat pemakaian aki adalah sebagai berikut :

Katoda (+) : PbO2(s) + 4 H+(aq) + SO42-(aq) + 2 e- ——> PbSO4(s) + 2 H2O(l) ………………… (1)

Anoda (-) : Pb(s) + SO42-(aq) ——> PbSO4(s) + 2 e- …………………………… (2)

Reaksi sel : PbO2(s) + Pb(s) + 4 H+(aq) + 2 SO42-(aq) ——> 2 PbSO4(s) + 2 H2O(l) ……………………. [(1) + (2)]

Pada kondisi normal, masing-masing sel menghasilkan potensial sebesar 2 volt. Dengan demikian, sebuah aki dapat menghasilkan potensial sebesar 12 volt. Ketika reaksi diatas terjadi, kedua elektroda menjadi terlapisi oleh padatan plumbum (II) sulfat, PbSO4, dan asam sulfatnya semakin habis.

Semua sel galvani menghasilkan listrik sampai semua reaktannya habis, kemudian harus dibuang. Hal ini terjadi pada sel kering dan sel merkuri. Namun, sel aki dapat diisi ulang (rechargeable), sebab reaksi redoksnya dapat dibalik untuk menghasilkan reaktan awalnya. Reaksi yang terjadi saat pengisian aki merupakan kebalikan dari reaksi yang terjadi saat pemakaian aki.

4. The Lithium-Ion Battery

Digunakan pada peralatan elektronik, seperti komputer, kamera digital, dan telepon seluler. Baterai ini memiliki massa yang ringan sehingga bersifat portable. Potensial yang dihasilkan cukup besar, yaitu sekitar 3,4 volt. Anodanya adalah Li dalam grafit, sementara katodanya adalah oksida logam transisi (seperti CoO2). Elektrolit yang digunakan adalah pelarut organik dan sejumlah garam organik.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

Katoda (+) : Li+(aq) + CoO2(s) + e- ——> LiCoO2(s) ………………. (1)

Anoda : Li(s) ——> Li+ (aq) + e- ………………. (2)

Reaksi sel : Li(s) + CoO2(s) ——> LiCoO2(s) ……………………. [(1) + (2)]

5. Fuel Cell

Dikenal pula dengan istilah sel bahan bakar. Sebuah sel bahan bakar hidrogen-oksigen yang sederhana tersusun atas dua elektroda inert dan larutan elektrolit, seperti kalium hidroksida. Gelembung gas hidrogen dan oksigen dialirkan pada masing-masing elektroda. Potensial yang dihasilkan adalah sebesar 1,23 volt.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

Katoda (+) : O2(g) + 2 H2O(l) +4 e- ——> 4 OH-(aq) ………………..(1)

Anoda (-) : 2 H2(g) + 4 OH-(aq) ——> 4 H2O(l) + 4 e- ……………………… (2)

Reaksi sel : O2(g) + 2 H2(g) ——> 2 H2O(l) ………………. [(1) + (2)]

contoh soal Redoks

 1. Pada elektrolisis larutan AgNO3 dengan elektroda inert dihasilkan gas oksigen sebanyak 5,6 L pada STP. Berapakah jumlah listrik dalam Coulomb yang dialirkan pada proses tersebut?

 Penyelesaian :

 Reaksi elektrolisis larutan AgNO3 dengan elektroda inert adalah sebagai berikut :

 Katoda (-) : Ag+ + e- ——> Ag

 Anoda (+) : 2 H2O(l) ——> O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e-

 Gas O2 terbentuk di anoda. Mol gas O2 yang terbentuk sama dengan 5,6 L / 22,4 L = ¼ mol O2

 Berdasarkan persamaan reaksi di anoda, untuk menghasilkan ¼ mol gas O2, maka jumlah mol elektron yang terlibat adalah sebesar 4 x ¼ = 1 mol elektron.

 1 mol elektron = 1 Faraday = 96500 C

 Jadi, jumlah listrik yang terlibat adalah sebesar 96500 C

 2. Unsur Fluor dapat diperoleh dengan cara elektrolisis lelehan NaF. Berapakah waktu yang diperlukan untuk mendapatkan 15 L gas fluorin ( 1 mol gas mengandung 25 L gas) dengan arus sebesar 10 Ampere?

 Penyeleasian :

 Reaksi elektrolisis lelehan NaF adalah sebagai berikut :

 K (-) : Na+(l) + e- ——> Na(s)

 A (-) : 2 F-(l) ——> F2(g) + 2 e-

 Gas F2 terbentuk di anoda. Mol gas F2 yang terbentuk adalah sebesar 15 L / 25 L = 0,6 mol F2

 Berdasarkan persamaan reaksi di anoda, untuk menghasilkan 0,6 mol gas F2, akan melibatkan mol elektron sebanyak 2 x 0,6 = 1,2 mol elektron

 1,2 mol elektron = 1,2 Faraday

 Waktu yang diperlukan dapat dihitung melalui persamaan berikut :

 Faraday = (Ampere x Detik) / 96500

 1,2 = (10 x t) / 96500

 t = 11850 detik = 3,22 jam

 Jadi, diperlukan waktu selama 3,22 jam untuk menghasilkan 15 L gas fluorin

 3. Arus sebesar 0,452 A dilewatkan pada sel elektrolisis yang mengandung lelehan CaCl2 selama 1,5 jam. Berapakah jumlah produk yang dihasilkan pada masing-masing elektroda?

 Penyelesaian :

 Reaksi elektrolisis lelehan CaCl2 adalah sebagai berikut :

 K (-) : Ca2+(l) + 2 e- ——> Ca(s)

 A (+) : 2 Cl-(l) ——> Cl2(g) + 2 e-

 Mol elektron yang terlibat dalam reaksi ini dapat dihitung dengan persamaan berikut :

 Faraday = (Ampere x Detik) / 96500

 Faraday = (0,452 x 1,5 x 3600) / 96500 mol elektron

 Berdasarkan persamaan reaksi di katoda, mol Ca yang dihasilkan adalah setengah dari mol elektron yang terlibat. Dengan demikian, massa Ca yang dihasilkan adalah :

 Massa Ca = mol Ca x Ar Ca

 Massa Ca = ½ x (0,452 x 1,5 x 3600) / 96500 x 40 = 0,506 gram Ca

 Berdasarkan persamaan reaksi di anoda, mol gas Cl2 yang dihasilkan adalah setengah dari mol elektron yang terlibat. Dengan demikian, volume gas Cl2 (STP) yang dihasilkan adalah :

 Volume gas Cl2 = mol Cl2 x 22,4 L

 Volume gas Cl2 = ½ x (0,452 x 1,5 x 3600) / 96500 x 22.4 L = 0,283 L gas Cl2

 Jadi, produk yang dihasilkan di katoda adalah 0,506 gram endapan Ca dan produk yang dihasilkan di anoda adalah 0,283 L gas Cl2 (STP)

 4. Dalam sebuah percobaan elektrolisis, digunakan dua sel yang dirangkaikan secara seri. Masing-masing sel menerima arus listrik yang sama. Sel pertama berisi larutan AgNO3, sedangkan sel kedua berisi larutan XCl3. Jika setelah elektrolisis selesai, diperoleh 1,44 gram logam Ag pada sel pertama dan 0,12 gram logam X pada sel kedua, tentukanlah massa molar (Ar) logam X tersebut!

 Penyelesaian :

 Reaksi elektrolisis larutan AgNO3 :

 K (-) : Ag+(aq) + e- ——> Ag(s)

 A (+) : 2 H2O(l) ——> O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e-

 Logam Ag yang dihasilkan sebanyak 1,44 gram; dengan demikian, mol logam Ag yang dihasilkan sebesar 1,44 / 108 mol Ag

 Berdasarkan persamaan reaksi di katoda, mol elektron yang dibutuhkan untuk menghasilkan logam Ag sama dengan mol logam Ag (koefisien reaksinya sama)

 Sehingga, mol elektron yang digunakan dalam proses elektrolisis ini adalah sebesar 1,44 / 108 mol elektron

 Reaksi elektrolisis larutan XCl3 :

 K (-) : X3+(aq) + 3 e- ——> X(s)

 A (+) : 2 Cl-(l) ——> Cl2(g) + 2 e-

 Arus yang sama dialirkan pada sel kedua, sehingga, mol elektron yang digunakan dalam proses elektrolisis ini sama seperti sebelumya, yaitu sebesar 1,44 / 108 mol elektron

 Berdasarkan persamaan reaksi di katoda, mol logam X yang dihasilkan sama dengan 1 / 3 kali mol elektron, yaitu sebesar 1 / 3 x 1,44 / 108 mol X

 Massa logam X = 0,12 gram; dengan demikian, massa molar (Ar) logam X adalah sebagai berikut:

 mol = massa / Ar 

Ar = massa / mol

 Ar = 0,12 / (1 / 3 x 1,44 / 108) = 27

 adi, Ar dari logam X adalah 27

DIAMBIL DARI BERBAGAI SUMBER