SAINS SPM KSSM TINGKATAN 5 TEMA 2 PENEROKAAN UNSUR DALAM ALAM BAB 6 ELEKTROKIMIA
BAB 6 ELEKTROKIMIA 6.1 SEL ELEKTROLITIK 6.1.1 Memahami elektrolisis 6.1.2 Menjalankan eksperimen untuk mengkaji proses elektrolisis bagi sebatian ion dalam pelbagai keadaan. 6.1.3 Menjalankan eksperimen bagi mengkaji faktor yang mempengaruhi hasil elektrolisis. 6.1.4 Berkomunikasi mengenai aplikasi elektrolisis dalam industri Anod Katod Elektrod Air Tabung uji Gas oksigen Gas hidrogen Elektrolisis air 6.2 SEL KIMIA 6.2.1 Menerangkan perubahan kimia dalam sel ringkas kimia. 6.2.2 Menjana idea tentang aplikasi konsep sel kimia dalam menghasilkan tenaga elektrik daripada pelbagai sumber Sel ringkas Kata kunci Sel elektrokimia Anion Siri elektrokimia Sel elektrolitik Kation Jenis elektrod Sel kimia Elektrod Pengekstrakan logam Elektrolisis Elektrolit Penulenan logam Anod Bukan elektrolit Penyaduran logam Katod Sebatian ion Elektro-penggumpalan
BAB 6 ELEKTROKIMIA 6.1 Sel elektrolitik ELEKTROKIMIA Elektrokimia merupakan kajian dalam bidang kimia tentang hubung kait antara fenomena ELEKTRIK dengan KIMIA seperti yang berlaku dalam dua jenis sel ELEKTROKIMIA yang berikut: Sel Elektrolitik Sel Kimia Ringkas Dalam sel elektrolisis, arus elektrik mengalir melalui suatu elektrolit untuk menghasilkan tindak balas kimia. Tenaga elektrik ditukar menjadi tenaga kimia melalui proses ELEKTROLISIS ELEKTROLISIS AIR Sel kimia juga dikenali SEL VOLTAN atau SEL GALVANI. Dalam sel kimia, perubahan kimia yang berlaku dalam sel menghasilkan arus elektrik.tenaga kimia diubah menjadi tenaga elektrik dalam sel tersebut. SEL GALVANI
BAB 6 ELEKTROKIMIA 6.1 Sel elektrolitik 6.1.1 Memahami elektrolisis Sel Elektrolitik Proses penguraian sesuatu sebatian dalam keadaan leburan atau akueus kepada unsur juzuknya apabila arus elektrik mengalir melaluinya. Oksigen Hidrogen Air BATERI -Sumber tenaga ANOD Elektrod yang disambungkan pada terminal POSITIF sumber tenaga KATOD Elektrod yang disambungkan pada terminal NEGATIF sumber tenaga Elektrolit Mengandungi ion bercas positif (kation) dan ion bercas negative (anion) Sumber Elektrik Sumber elektrik dalam sel elektrolisis berfungsi untuk menghasilkan arus elektrik bagi menjalankan elektrolisis. Elektrolisis tidak akan berlaku jika tiada arus elektrik yang mengalir melalui elekrolit. Terdapat 2 komponen utama dalam set elektrolisis yang memastikan wujudnya arus elektrik dalam set elektrolisis iaitu ELEKTROD dan ELEKTROLIT. + - + + + + + + - - - - - - ANOD Elektrod yang disambungkan pada terminal POSITIF sumber tenaga KATOD Elektrod yang disambungkan pada terminal NEGATIF sumber tenaga ELEKTROD ialah konduktor elektrik yang disambungkan pada bateri dan membolehkan arus elektrik masuk atau keluar elektrolit semasa proses elektrolisis ELEKTROLIT ELEKTROLIT ialah bahan yang dapat mengalirkan arus elektrik dalam keadaan leburan atau akueus dan mengalami perubahan kimia. Elektrolit merupakan sebatian ion dalam keadaan leburan atau akueus yang terdiri daripada ION POSITIF (KATION) dan ION NEGATIF (ANION). Bahan yang tidak dapat mengalirkan arus elektrik dalam keadaan leburan atau akueus dikenali sebagai bukan elektrolit. CONTOH ELEKTROLIT CONTOH BUKAN ELEKTROLIT Leburan plumbum (II) bromide, PbBr2 Leburan natrium klorida , NaCl Larutan natrium hidroksida, NaOH Larutan kuprum (II) sulfat, CuS04 Naftalena C10H8 Asetamida, CH3CONH2 Larutan glukosa C6H12O6 Etanol C2H5OH Contoh-contoh elektrolit dan bukan elektrolit
BAB 6 ELEKTROKIMIA 6.1 Sel elektrolitik 6.1.2 Menjalankan eksperimen untuk mengkaji proses elektrolisis bagi sebatian ion dalam pelbagai keadaan. - + + + + + + + - - - - - - ANOD Elektrod yang disambungkan pada terminal POSITIF sumber tenaga KATOD Elektrod yang disambungkan pada terminal NEGATIF sumber tenaga Ion bercas positif (kation) bergerak ke katod (elektrod negatif) Ion bercas negatif (anion) bergerak ke anod (elektrod positif) Pergerakan ion ke elektrod semasa elektrolisis leburan plumbum(II)bromida, PbBr2 - + BrBrBrBrBrBrPb2+ Pb2+ Pb2+ Pb2+ Pb2+ Pb2+ KATOD ANOD Ion plumbum (II) yang bercas positif PB2+ bergerak ke katod yang bercas negatif Ion bromida Bryang bercas negatif Brbergerak ke anod yang bercas positif - - - - + + + + PROSES ELEKTROLISIS Elektrolit tidak dapat mengalirkan arus elektrik dalam keadaan pepejal kerana tiada ion bebas bergerak untuk mengalirkan elektrik
BAB 6 ELEKTROKIMIA 6.1 Sel elektrolitik 6.1.3 Menjalankan eksperimen bagi mengkaji faktor yang mempengaruhi hasil elektrolisis. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI HASIL ELEKTROLISIS Kedudukan ion dalam siri elektrokimia Kepekatan elektrolit Jenis elektrod Dalam SIRI ELEKTROKIMIA, logamlogam disusun mengikut kecenderungan atomnya untuk MENDERMA ELEKTRON. Semakin tinggi kedudukan sesuatu logam dalam siri elektrokimia semakin mudah atom logam tersebut menderma elektron. Ion-ion yang berada di bahagian bawah siri elektrokimia lebih cenderung untuk dinyahcas. KEPEKATAN ION dalam elektrolit mempengaruhi pemilihan ion untuk dinyahcas. Ion negatif yang lebih pekat dalam elektrolit adalah lebihcenderung dipilih untuk dinyahcas pada anod. Namun ion positif yang dipilih untuk dinyahcas pada katod masih dipengaruhi oleh kedudukan ion positif dalam siri elektrokimia. JENIS ELEKTROD yang digunakan mempengaruhi pemlihan ion untuk dinyahcas.
BAB 6 ELEKTROKIMIA 6.1 Sel elektrolitik 6.1.2 Menjalankan eksperimen untuk mengkaji proses elektrolisis bagi sebatian ion dalam pelbagai keadaan. KEDUDUKAN ION DALAM SIRI ELEKTROKIMIA KATION Ion kalium, K+ Ion natrium, Na+ Ion kalsium, Ca2+ Ion magnesium, Mg2+ Ion aluminium, Al3+ Ion zink, Zn2+ Ion ferum(II), Fe2+ Ion stanum, Sn2+ Ion plumbum, Pb2+ Ion hidrogen, H+ Ion kuprum(II), Cu2+ Ion argentum, Ag+ ANION Ion flourida, F - Ion sulfat, SO4 2- Ion nitrat, NO3 - Ion klorida, ClIon bromida, BrIon iodida, I - Ion hidroksida, OHSEMAKIN MUDAH DINYAHCAS Kalau Nak Kahwin Mesti Ada Zero Fikiran Sebut Poligami Hanya Kepada Awak Fikir Selalu Nak Kejayaan Berusaha I H Ion-ion yang berada di bawah siri elektrokimia lebih cenderung dinyahcas. CONTOH - + Ion-ion yang hadir dalam larutan natrium sulfat semasa elektrolisis ialah Ion natrium Na+ Ion sulfat, SO4 2- Ion hidrogen, H + Ion hidroksida, OHELEKTROLISIS LARUTAN NATRIUM SULFAT. KATOD ANOD Menarik ion-ion positif iaitu i. Ion natrium Na+ ii. Ion hidrogen, H+ Ion hidrogen dipilih untuk dinyahcas kerana ion hidrogen kurang elektropositif berbanding dengan ion natrium. Gas hidrogen terhasil pada katod KATOD H+ H+ H+ H+ H+ Na+ Na+ Na+ Na+ OHOHOHOHOH- Menarik ion-ion negatif, iaitu ion sulfat dan ion hidroksida. Ion hidroksida dipilih untuk dinyahcaskan kerana ion hidroksida kurang elektronegatif berbanding dengan ion sulfat. Gas oksigen terhasil pada anod. ANOD SO4 2- SO4 2- SO4 2- SO4 2-
BAB 6 ELEKTROKIMIA 6.1 Sel elektrolitik 6.1.2 Menjalankan eksperimen untuk mengkaji proses elektrolisis bagi sebatian ion dalam pelbagai keadaan. CONTOH - + Ion-ion yang hadir dalam larutan natrium klorida pekat dan larutan natrium klorida cair semasa elektrolisis ialah Ion natrium Na+ Ion klorida, ClIon hidrogen, H + Ion hidroksida, OHKATOD ANOD Menarik ion-ion positif iaitu a. Ion natrium Na+ b. Ion hidrogen, H+ Ion hidrogen dipilih untuk dinyahcas kerana ion hidrogen kurang elektropositif berbanding dengan ion natrium. Gas hidrogen terhasil pada katod KATOD H+ H+ H+ H+ H+ Na+ Na+ Na+ Na+ ClClClClCl- Menarik ion-ion negatif, iaitu ion klorida dan ion hidroksida. Ion negatif yang dinyahcas pada anod dipengaruhi oleh kepekatan ion negatif dalam elektrolit seperti yang berikut ANOD OH- OHOHOHKepekatan ion dalam elektrolit mempengaruhi pemilihan ion untuk dinyahcas. Ion negatif yang lebih pekat dalam elektrolit adalah lebih cenderung dipilih untuk dinyahcas pada anod. Namun begitu, ion positif yang dipilih untuk dinyahcas pada katod masih dipengaruhi oleh kedudukan ion positif dalam siri elektrokimia KEPEKATAN ELEKTROLIT Kepekatan ION KLORIDA adalah LEBIH TINGGI berbanding kepekatan ion hidroksida dalam larutan natrium klorida PEKAT seperti larutan natrium klorida 0.1 mol dm-3 , maka ION KLORIDA akan dipilih untuk dinyahcas walaupun kedudukan ion klorida adalah lebih tinggi daripada ion hidroksida dalam siri elektrokimia. GAS KLORIN terhasil pada ANOD. Kepekatan ION KLORIDA adalah LEBIH RENDAH berbanding kepekatan ion hidroksida dalam larutan natrium klorida CAIR seperti larutan natrium klorida 0.0001 mol dm-3 , maka ION HIDROKSIDA akan DIPILIH untuk dinyahcas walaupun kedudukan ion hidroksida adalah lebih rendah daripada ion klorida dalam siri elektrokimia. GAS OKSIGEN terhasil pada ANOD. 0.1 mol dm-3
BAB 6 ELEKTROKIMIA 6.1 Sel elektrolitik 6.1.3 Menjalankan eksperimen bagi mengkaji faktor yang mempengaruhi hasil elektrolisis. JENIS ELEKTROD Jenis elektrod yang digunakan juga mempengaruhi pemilihan ion untuk dinyahcas seperti yang berikut: Jika jenis logam yang digunakan sebagai ANOD adalah SAMA JENIS ION LOGAM dalam ELEKTROLIT - + KUPRUM KUPRUM KUPRUM SULFAT Di anod, atom logam akan mengion untuk membentuk ion positif yang melarut ke dalam elektrolit. Di katod, ion logam akan dinyahcas dan membentuk atom logam yang terenap di katod. Kepekatan ion logam dalam elektrolit tidak berubah kerana kadar atom logam mengion untuk membentuk ion logam di anod adalah sama dengan kadar ion logam dinyahcas untuk membentuk atom logam lalu terenap pada katod Jika jenis logam yang digunakan sebagai ANOD adalah TIDAK SAMA JENIS ION LOGAM dalam ELEKTROLIT - + KARBON KARBON KUPRUM SULFAT Di anod, atom logam akan mengion untuk membentuk ion positif yang melarut ke dalam elektrolit. Di katod, ion logam akan dinyahcas dan membentuk atom logam yang terenap di katod. Kepekatan ion logam dalam elektrolit berkurang kerana ion logam dalam elektrolit dinyahcas untuk membentuk atom logam lalu terenap pada katod
BAB 6 ELEKTROKIMIA 6.1 Sel elektrolitik 6.1.3 Menjalankan eksperimen bagi mengkaji faktor yang mempengaruhi hasil elektrolisis. ELEKTROLISIS LARUTAN ARGENTUM DENGAN MENGGUNAKAN ELEKTROD ARGENTUM Ion yang hadir dalam larutan argentum nitrat Ion argentum Ag+ Ion nitrat, NO 3 - Ion hidrogen, H + Ion hidroksida, OHKATOD CONTOH Larutan argentum nitrat Elektrod argentum Kepekatan ion argentum dalam elektrolit TIDAK BERUBAH kerana kadar pengionan atom argentum di anod untuk membentuk ion argentum adalah SAMA dengan kadar ion argentum dinyahcas untuk membentuk atom argentum yang terenap pada katod ELEKTROLISIS LARUTAN ARGENTUM DENGAN MENGGUNAKAN ELEKTROD KARBON Ion yang hadir dalam larutan argentum nitrat Ion argentum Ag+ Ion nitrat, NO 3 - Ion hidrogen, H + Ion hidroksida, OH- Menarik ion-ion positif iaitu c. Ion argentum Ag+ d. Ion hidrogen, H+ Ion argentum dipilih untuk dinyahcas kerana ion argentum kurang elektropositif berbanding dengan ion natrium. Argentum terenap pada katod KATOD Menarik ion-ion negatif iaitu a. Ion nitrat b. Ion hidroksida Ion hidroksida dipilih kerana ion hidroksida kurang elektronegatif berbanding dengan ion nitrat. Gas oksigen terhasil di anod ANOD Larutan argentum nitrat Elektrod karbon Kepekatan ion argentum dalam elektrolit BERKURANG kerana ion argentum dalam elektrolit dinyahcas untuk membentuk atom argentum yang terenap pada katod Menarik ion-ion positif iaitu a. Ion argentum Ag+ b. Ion hidrogen, H+ Ion argentum dipilih untuk dinyahcas kerana ion argentum kurang elektropositif berbanding dengan ion natrium. Argentum terenap pada katod Membentuk Ion argentum apabila atom argentum di anod mengion. Ion nitrat dan ion hidroksida tidak dinyahcaskan. Elektrod argentum melarut dalam elektrolit. ANOD
BAB 6 ELEKTROKIMIA 6.1 Sel elektrolitik 6.1.3 Berkomunikasi mengenai aplikasi elektrolisis dalam industri. Logam seperti kalium, natrium, kalsium, magnesium dan aluminium diekstrakkan daripada bijihnya atau garamnya secara elektrolisis leburan bijih atau garam logam tersebut. PENGEKSTRAKAN LOGAM PENULENAN LOGAM LOGAM TIDAK TULEN dijadikan ANOD manakala LOGAM YANG TULEN dijadikan KATOD. Semasa proses elektrolisis logam pada anod melarut ke dalam elektrolit membentuk ion yang akan bergerak ke katod untuk dinyahcas dan terenap di katod sebagai LOGAM TULEN PENYADURAN LOGAM Dalam proses penyaduran logam, emas, platinum atau perak disadur pada logam lain supaya logam itu kelihatan lebih menarik dan tahan kakisan PENGOLAHAN AIR SISA DENGAN MENGGUNAKAN ELEKTRO-PENGGUMPALAN Satu inovatif untuk merawat air sisa yang mengaplikasikan dua proses iaitu elektrolisis dan penggumpalan Pada anod, elektrod logam seperti aluminium mengion dalam elektrolit untuk menghasilkan ion aluminium Al 3+ yang bercas positif 1 Pada katod, ion hidrogen H + dipilih untuk dinyahcas untuk membentuk gas hidrogen. Gelembung gas hidrogen terbebas dari katod dan naik ke permukaan air 2 Penggumpalan berlaku apabila ion aluminium Al3+ , ion hidroksida OHdan bahan pencemar dalam air sisa bergabung untuk menghasilkan gumpalan dinamakan FLOK. 3 Flok yang terperangkap dalam gelembung gas hidrogen yang terlepas dari katod dibawa naik ke permukaan air 4 FLOK yang lain tenggelam dan berkumpul pada dasar 5
BAB 6 ELEKTROKIMIA 6.2 Sel Kimia 6.1.3 Menerangkan perubahan kimia dalam sel ringkas kimia. ZINK LARUTAN KUPRUM (II) SULFAT KUPRUM MAGNESIUM KUPRUM ASID SULFURIK CAIR CONTOH SEL KIMIA RINGKAS
BAB 6 ELEKTROKIMIA 6.2 Sel Kimia 6.1.3 Menerangkan perubahan kimia dalam sel ringkas kimia. MAGNESIUM KUPRUM Larutan kuprum (II) sulfat CuSO4 KATOD (-) ANOD (+) Bagaimana dapat ditentukan magnesium menjadi terminal negatif ( katod) dan kuprum menjadi terminal positif (anod) dalam sel kimia? Magnesium lebih elektropositif berbanding kuprum. magnesium TERMINAL NEGATIF (KATOD) kuprum menjadi TERMINAL POSITIF (ANOD) Ion kalium K+ Ion natrium Na+ Ion kalsium Ca2+ Ion magnesium Mg2+ Ion aluminium Al3+ Ion zink Zn2+ Ion ferum (II) Fe 2+ Ion stanum Sn 2+ Ion plumbum (II) Pb 2+ Ion hidrogen H+ Ion kuprum (II) Cu2+ Ion argentum Ag +
BAB 6 ELEKTROKIMIA 6.2 Sel Kimia 6.1.3 Menerangkan perubahan kimia dalam sel ringkas kimia.
BAB 6 ELEKTROKIMIA 6.2 Sel Kimia 6.2.2 Menjana idea tentang aplikasi konsep sel kimia dalam menghasilkan tenaga elektrik daripada pelbagai sumber Pasangan logam berlainan Elektrolit mestilah sebatian Magnesium Kuprum Larutan natrium klorida NaCl V Jarum voltmeter menunjukkan bacaan kerana elektrod pasangan logam berlainan dan elektrolit dalam keadaan akues Kuprum Larutan natrium klorida NaCl V Kuprum Jarum voltmeter tidak menunjukkan bacaan kerana elektrod pasangan logam yang sama walaupun elektrolit dalam keadaan akues