Kimia Hukum Faraday pada Elektrolisis – Pengertian dan Contoh

Hukum Faraday pada Elektrolisis – Pengertian dan Contoh

Satuan untuk penentuan dalam aspek kuantitatif pada sel elektrolisis adalah Faraday (F). Faraday didefinisikan sebagai muatan (Coulomb) dalam mol elektron. Satu Faraday ekuivalen dengan satu mol elektron. Setiap satu mol partikel mengandung 6,02×1023 partikel. Sementara setiap elektron mengemban muatan sebesar 1,6×10-19 Coulomb. Dengan demikian:

 
1 Faraday = 96320 Coulomb
(sering dibulatkan menjadi 96500 Coulomb untuk mempermudah perhitungan)

Hubungan antara Faraday dan Coulomb dapat dinyatakan dalam persamaan berikut:

Coulomb = Faraday x 96500

 
Coulomb adalah satuan muatan listrik. Coulomb dapat diperoleh melalui perkalian arus listrik (Ampere) dengan waktu (detik).

 
Dengan demikian, hubungan antara Faraday, Ampere, dan detik adalah sebagai berikut:

 
Keterangan:

F = jumlah mol elektron
i = kuat arus (Ampere)
t = waktu (detik)

Dengan mengetahui besarnya Faraday pada reaksi elektrolisis, maka mol elektron yang dibutuhkan pada reaksi elektrolisis dapat ditentukan. Selanjutnya, dengan memanfaatkan koefisien reaksi pada masing-masing setengah reaksi di katode dan anode, kuantitas produk elektrolisis dapat ditemukan.

Pada prinsip dasar Hukum Faraday dapat dijelaskan sebagai berikut:

  1. Dalam sel elektrokimia, massa zat yang diendapkan pada elektrode berbanding lurus dengan muatan listrik yang terlibat dalam sel.
  2. Massa ekuivalen zat yang diendapkan pada elektrode setara dengan muatan listrik pada sel.

Dengan penjelasan prinsip dasar di atas, maka berat hasil elektrolisi (W) dapat dirumuskan:

 
Keterangan:
W = berat hasil elektrolisis (gram)
e = berat ekuivalen
i = kuat arus (Ampere)
t = waktu (detik)

Dengan ketentuan berat ekuivalen (e) menggunakan rumus:

 
Contoh unsur-unsur hasil elektrolisis mempunyai berat ekuivalen (e):

Jika terdapat dua hasil elektrolisis dengan arus listrik yang sama, maka berlaku rumus:

 
Ada rumus cepat pada dua hasil elektrolisis dengan arus listrik yang sama, yaitu:

Contoh Hukum Faraday pada Elektrolisis

Contoh 1

Arus sebesar 5 Ampere dialirkan selama 1930 detik ke dalam suatu larutan H2SO4 pada elektrolisis. Tentukan:

  • Jumlah mol elektron yang terlibat
  • Jumlah mol gas oksigen yang terbentuk
  • volume gas oksigen yang terbentuk (STP)

Penyelesaian:

Terlebih dahulu tuliskan reaksi elektrolisis pada anode. Hasilnya sebagai berikut:
2H2O → 4H+ + O2 + 4e
i = 5 Ampere
t = 1930 detik

  • Jumlah mol elektron
  • Jumlah mol oksigen
    Perhatikan koefisien elektron diketahui jumlah molnya yaitu 4, sedangkan koefisien O2 yaitu 1
  • Volume gas O2 terbentuk
    Volume O= 0,025×22,4 liter = 0,56 liter

Contoh 2

Sejumlah arus dapat mengendapkan 1,08 gram perak pada AgNO3. Jika arus sama dialirkan ke dalam NiSO4, berapa gram nikel yang dapat diendapkan?

Penyelesaian:

Contoh 3

Hitunglah massa perak yang dibebaskan oleh arus 10 Ampere dengan dialiri selama 5 menit pada larutan AgNO3 (Ar Ag = 108)

Penyelesaian:

Contoh 4

Arus listrik sebanyak 1,93 Ampere dialiri selama 5 jam melalui larutan XCl3, dan mengendapkan 6,24 gram logam X di katode. Maka harga Ar logam X adalah …

Penyelesaian:

W = 6,24 gram
i = 1,93 Ampere
t = 5 x 3600 = 18000 detik
XCl3 → X3+ + Cl (muatan logam X adalah 3)

Contoh 5

Arus listrik 1930 Coulomb dialiri melalui larutan elektrolit dan mengendapkan 1,5 gram unsur X (Ar = 150) pada katode. Ion dari unsur X tersebut adalah ….

Penyelesaian:

X diasumsikan adalah logam karena diketahui hanyalah 1 unsur
i = 1930 Ampere
t = 1 detik
W = 1,5 gram
Ar = 150

Karena X diasumsikan adalah logam. Logam hanya terdapat kation saja. Maka, ion X adalah X2+