Elektrolisis Air Panduan

KimiaMenengahWaktu baca: 3 menit

Ikhtisar

Air sangat penting bagi kehidupan kita, tetapi pernahkah Anda bertanya-tanya energi apa yang tersembunyi di dalam molekul air? Dengan 'mengalirkan listrik' melalui air, kita dapat memecah molekul air menjadi hidrogen dan oksigen secara paksa. Ini bukan hanya reaksi kimia dasar, tetapi juga batu penjuru masyarakat hidrogen hijau masa depan. Eksperimen ini akan memandu Anda melalui seluruh proses elektrolisis air dan membantu Anda memverifikasi rasio volume ajaib $2:1$ .

Latar Belakang

Komposisi molekul air dulunya merupakan misteri besar dalam sejarah kimia. Pada tahun 1800, hanya beberapa minggu setelah penemuan baterai volta, ilmuwan Inggris William Nicholson dan Anthony Carlisle secara tidak sengaja menemukan bahwa ketika arus listrik melewati air, gelembung terbentuk di permukaan elektroda. Penemuan ini pertama kali membuktikan bahwa air bukan 'elemen' tunggal, melainkan senyawa yang dapat diuraikan. Kemudian, ahli kimia terkenal Michael Faraday merangkum hukum-hukum elektrolisis melalui eksperimen ekstensif, meletakkan dasar elektrokimia.

Konsep Utama

Elektrolisis

Proses di mana arus listrik melewati larutan atau elektrolit cair, menyebabkan reaksi oksidasi-reduksi di kedua elektroda dan menghasilkan dekomposisi kimia. Proses ini mengubah energi listrik menjadi energi kimia.

Katoda

Elektroda yang terhubung ke terminal negatif sumber daya. Di katoda, ion hidrogen (atau molekul air) dalam air menerima elektron dan mengalami reduksi, menghasilkan gas hidrogen.

Anoda

Elektroda yang terhubung ke terminal positif sumber daya. Di anoda, ion hidroksida (atau molekul air) kehilangan elektron dan mengalami oksidasi, menghasilkan gas oksigen.

Reaksi Dekomposisi

2\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{listrik}} 2\text{H}_2 \uparrow + \text{O}_2 \uparrow

Reaksi di mana satu zat terurai menjadi dua atau lebih zat yang berbeda. Elektrolisis air adalah reaksi dekomposisi yang khas.

Formula & Penurunan

Persamaan Keseluruhan Elektrolisis Air

2H_2O \xrightarrow{\text{listrik}} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow

Di bawah pengaruh arus searah, setiap

2

molekul air terurai menjadi

2

molekul hidrogen dan

1

molekul oksigen.

Rasio Volume Produk

V(\text{H}_2) : V(\text{O}_2) = 2 : 1

Pada suhu dan tekanan yang sama, karena rasio molekul yang dihasilkan adalah

2:1

, menurut hukum Avogadro, rasio volume juga

2:1

Langkah Eksperimen

1
Persiapan Eksperimen
Amati susunan eksperimen: dua tabung reaksi yang terisi air dibalik di dalam bak air. Klik 'Isi Ulang Tabung' untuk memastikan tidak ada udara di dalam tabung. Mengapa tabung reaksi harus terisi penuh dengan air?
2
Atur Tegangan
Geser penggeser 'Tegangan DC'. Tegangan dekomposisi teoritis air adalah sekitar $1.23\text{V}$ . Disarankan untuk mengaturnya antara $6\text{V}$ dan $12\text{V}$ untuk mempercepat reaksi. Amati apakah gelembung dihasilkan ketika tegangan tidak mencukupi.
3
Mulai dan Amati
Klik 'Nyalakan'. Amati dengan cermat kecepatan produksi gelembung di kedua elektroda: elektroda mana (positif atau negatif) yang menghasilkan gelembung lebih cepat dan lebih banyak?
4
Temukan Hubungan Volume
Tunggu sebentar dan bandingkan volume gas yang terkumpul di kedua tabung reaksi. Coba perkirakan berapa kali volume di satu tabung lebih besar dibandingkan yang lain. Apakah ini sesuai dengan harapan Anda?

Hasil Pembelajaran

Mengonfirmasi bahwa air terdiri dari unsur hidrogen dan oksigen, menjadikannya senyawa bukan unsur.
Memverifikasi bahwa rasio volume hidrogen terhadap oksigen yang dihasilkan oleh elektrolisis air secara konsisten sekitar $2:1$ .
Memahami bagaimana energi listrik mendorong reaksi kimia non-spontan (reaksi oksidasi-reduksi).
Menguasai metode pengujian oksigen dengan serpihan yang menyala dan hidrogen dengan serpihan yang terbakar.

Aplikasi Nyata

Produksi Hidrogen Hijau: Menggunakan energi angin atau surya untuk mengelektrolisis air menghasilkan 'hidrogen hijau' sebagai bahan bakar bersih tanpa emisi.
Sistem Pendukung Kehidupan: Di kapal selam atau Stasiun Luar Angkasa Internasional, elektrolisis air adalah teknologi kunci untuk mendaur ulang dan meregenerasi oksigen demi kelangsungan hidup astronot.
Pelapisan Listrik Industri: Menggunakan prinsip elektrolisis untuk melapisi permukaan logam dengan emas, perak, kromium, dll., untuk perlindungan korosi atau tujuan estetika.
Pemurnian Logam: Mengekstraksi atau memurnikan logam kemurnian tinggi seperti aluminium, tembaga, dan magnesium melalui elektrolisis adalah inti dari industri metalurgi modern.

Kesalahpahaman Umum

Salah

Rasio massa hidrogen dan oksigen yang dihasilkan oleh elektrolisis air adalah

2:1

Benar

Salah. Rasio

2:1

mengacu pada jumlah molekul dan rasio volume. Berdasarkan perhitungan massa molar (hidrogen adalah

2

, oksigen adalah

32

), rasio massa seharusnya

H_2 : O_2 = (2 \times 2) : (1 \times 32) = 1 : 8

Salah

Energi tak terbatas dapat dihasilkan melalui elektrolisis air

Benar

Salah. Elektrolisis air adalah proses yang menyerap energi (reaksi non-spontan). Energi yang dilepaskan dengan membakar hidrogen yang dihasilkan tidak akan pernah melebihi energi listrik yang dikonsumsi dalam elektrolisis, sesuai dengan hukum kekekalan energi.

Bacaan Lebih Lanjut

Siap untuk memulai?

Sekarang setelah Anda memahami dasar-dasarnya, mulailah eksperimen interaktif!

Mulai Eksperimen Mulai Kuis