7
BAB II KAJIAN PUSTAKA
A. Deskripsi Teori
1. Gas Hidrogen
Hidrogen merupakan salah satu unsur yang paling sederhana karena hanya memiliki memiliki nomor atom 1 serta A
r
= 1,00797 dengan konfigurasi elektron 1s
1
dalam tabel periodik. memiliki satu proton dan satu elektron. Menurut Batubara 2012: 4, hidrogen berasal dari bahasa Yunani yaitu hydro yang berarti air dan
genes yang berarti pembentukan, sehingga hidrogen dapat disebut sebagai unsur pembentuk air. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen merupakan gas yang tidak
berwarna, tidak berbau dan sangat mudah terbakar. Gas hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar yang lebih efektif karena
pembakarannya akan menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan dengan bahan bakar lain. Pembakaran hidrogen tidak menghasilkan produk sampingan
yang berbahaya, hanya energi ramah lingkungan yang dihasilkan Dewi, 2011: 5. Menurut Putra 2010: 146, terdapat beberapa keuntungan apabila hidrogen
digunakan sebagai bahan bakar, diantaranya yaitu: a.
Pembakaran hidrogen akan membentuk air dan menghasilkan energi. b.
Pembakaran hidrogen menghasilkan polusi yang tidak berbahaya. c.
Penggunaan hidrogen dalam mesin kendaraan bermotor akan terbakar lebih efisien dibandingkan dengan bahan bakar lain.
Pembakaran hidrogen dapat menghasilkan kalor sebanyak 187 kJmol hidrogen. Hidrogen terbakar menurut persamaan reaksi:
H
2
g +
⁄
O
2
g → H
2
O l H= -286 kJmol
1
8
Hasil pembakaran gas hidrogen menghasilkan kalor yang cukup besar. Seperti pada Tabel 1 berikut dapat dibandingkan kalor yang dihasilkan oleh
hidrogen dengan bahan bakar lain. Tabel 1. Perbandingan Kalor
Bahan Bakar Kalor yang di hasilkan kJgram
Gas hidrogen 143
Hidrogen cair 142
Gas metan 55
LPG 50
Oktana cair 48
Sumber: Putra, 2010: 145
2. Elektrolisis
Elektrolisis merupakan suatu metode yang sederhana dengan memanfaatkan energi listrik untuk menjalankan suatu reaksi kimia. Elektrolisis adalah peristiwa
penguraian elektrolit dalam sel elektrolisis oleh arus listrik yang akan diubah menjadi suatu energi kimia Isana, 2010. Menurut Sebastian Sitorus 2013:20,
elektrolisis air merupakan proses penguraian senyawa air menjadi gas-gas oksigen dan hidrogen dengan menggunakan arus listrik. Hidrogen akan terkumpul di katoda
yaitu elektroda negatif dan oksigen akan terkumpul pada anoda yaitu elektroda positif.
Proses ionisasi dan pembentukan gas hidrogen dan oksigen pada proses elektrolisis dapat dilihat pada Gambar 1.
9
Gambar 1. Pembentukan Gas Oksigen dan Gas Hidrogen dalam Elektrolisis Sumber: Zeng Zhang, 2010: 310
Gambar 1 menunjukkan bahwa terjadi proses elektrolisis yang berlangsung ketika dua buah elektroda ditempatkan dalam elektrolit dan arus searah power DC
dialirkan diantara kedua elektroda tersebut. Molekul H
2
O akan terpisah menjadi ion-ionnya yaitu ion H
+
dan ion OH
-
. Ion H
+
akan tertarik ke kutub katoda yang bermuatan negatif sehingga ion H
+
menyatu pada katoda. Atom-atom hidrogen akan membentuk gas hidrogen dalam bentuk gelembung gas pada katoda yang
melayang ke permukaan. Hal serupa terjadi pada ion OH
-
yang menyatu pada anoda kemudian membentuk gas oksigen dalam bentuk gelembung gas katoda Zeng
Zhang, 2010: 310. Reaksi elektrolisis yang terjadi yaitu: Katoda reduksi
: 2 H
2
O l + 2 e
-
→ H
2
g + 2 OH
-
aq Anoda oksidasi
: 2 OH
-
aq → ½ O
2
g + H
2
O l + 2 e
-
Reaksi Sel : H
2
O l → H
2
g + ½ O
2
g Proses elektrolisis juga bergantung pada elektroda yang digunakan. Elektroda
berperan sebagai tempat berlangsungnya reaksi. Reaksi reduksi berlangsung di katoda, sedangkan reaksi oksidasi berlangsung di anoda. Katoda akan menarik
kation yang tereduksi menjadi endapan logam, sedangkan anoda akan menarik anion yang teroksidasi menjadi gas. Oleh sebab itu, salah satu tujuan dari
10
elektrolisis adalah untuk mendapatkan suatu lapisan atau endapan logam di katoda dan gas di anoda. Menurut Putra 2010: 142-143, terdapat dua prinsip dari
elektrolisis yaitu beda potensial yang digunakan dan arus yang mengalir melalui sel elektrolisis. Dalam proses elektrolisis diperlukan potensial minimum karena:
a. Adanya beda potensial antara elektroda menyebabkan ion-ion dalam sistem
bergerak ke elektroda baik anoda maupun katoda. b.
Diperlukan potensial tambahan untuk discas ion pada elektrolisis yang disebut potensial lebih overpotential
Reaksi pada elektroda yang menghasilkan gas memerlukan potensial lebih yang besar. Menurut Bird 1987: 234, potensial lebih pada elektrogenerasi
hidrogen adalah selisih antara beda potensial sebenarnya dan potensial teoritis. Persamaan reaksi dari elektrogenerasi hidrogen pada keadaan standar adalah
sebagai berikut Riyanto, 2013: 18: 2 H
2
O l + 2e
-
⇄ H
2
g + 2 OH
-
aq E°= -0,828 V
2 Potensial lebih dapat dipengaruhi oleh permukaan elektroda maupun
konsentrasi elektrolit yang digunakan dalam proses elektrolisis. Potensial lebih pada beberapa jenis gas disajikan pada tabel berikut.
Tabel 2. Potensial Lebih dari Beberapa Jenis Zat
Gas yang timbul Permukaan elektroda
Potensial lebih Volt
Hidrogen Platina
0,03 Oksigen
Platina 0,44
Hidrogen Perak
0,15 Oksigen
Perak 0,45
Hidrogen Raksa
0,78 Oksigen
Grafit 0,37
Klor Platina
0,70 Sumber: Putra, 2010: 43
11
Hidrogen merupakan molekular berupa gas tidak berwarna, tidak berbau dan paling mudah dibuat melalui reaksi elektrolisis air Cotton, 1989: 241. Melalui
proses elektrolisis air hidrogen dapat dihasilkan, sehingga disebut proses evolusi hidrogen. Reaksi evolusi hidrogen terjadi secara terbatas dan didasarkan atas
desorpsi molekul pada permukaan katoda Astuti, 2016: 8. Pemecahan molekul air melibatkan reaksi adsorpsi dan desorpsi H
+
. Mekanisme yang terjadi adalah sebagai berikut:
Pembentukan hidrogen teradsorpsi H
+
+ e
-
→ H
ads
3 Selanjutnya diikuti dengan desorpsi kimia
2 H
ads
→ H
2
4 Atau desorpsi elektrokimia
H
+
+ e
-
+ H
ads
→ H
2
5 Reaksi 3 merupakan tahap adsorpsi hidrogen. Penggunaan elektroda yang
berlubang-lubang atau berpori akan membuat lebih banyak hidrogen yang teradsorp pada saat proses elektrolisis. Pada reaksi 4 dan 5 merupakan tahap desorpsi
hidrogen. Penggunaan elektroda dengan permukaan yang kasar akan meningkatkan reaksi kimia dan mengurangi gelembung sehingga akan meningkatkan laju
elektrolisis. Pembentukan hidrogen juga dipengaruhi oleh jenis elektroda, konsentrasi elektrolit serta suhu reaksi Zeng Zhang, 2010: 314.
3. Elektroda
Kategori