Kalkulator pH dan Volume Gas pada Elektrolisis

Berikut ini adalah kalkulator yang dapat digunakan untuk menghitung pH pada reaksi elektrolisis. Beberapa bagian kalkulator sengaja dibuat terpisah satu dengan yang lain untuk mengantisipasi variasi soal, terutama muatan listrik yang kadang diketahui dengan satuan Coulomb atau Faraday, bahkan kadang diketahui arus listrik dan lama waktu elektrolisis. Untuk ke-empat variabel ini dapat dihitung dengan 2 kalkulator yang pertama pada bahasan ini. Selanjutnya satuan Faraday akan digunakan lebih luas dalam perhitungan kalkulator selanjutnya yang dikaitkan dengan pH larutan setelah elektrolisis dan dikaitkan pula dengan volume gas yang terbentuk setelah sekian waktu elektrolisis. Kombinasi dari beberapa kalkulator ini akan sangat membantu dalam penyelesaian soal-soal atau untuk membuat soal dengan berbagai variabel yang diketahui.

1. Kalkulator Muatan Listrik

Kalkulator yang pertama ini dapat digunakan untuk hitungan satu variabel bila diketahui 2 variabel yang lainnya. jadi sifatnya tidak searah, tapi bisa bolak-balik.

Kalkulator Muatan Listrik Dirancang dan Dibuat oleh Urip Rukim
Arus Listrik (ampere)	Waktu (detik)	Muatan Listrik (Faraday)
i	t	F
Dicari

---

2. Kalkulator Konversi Satuan Muatan Listrik

Kalkulator kedua ini digunakan bila mana dalam penyelesaian soal atau pembuatan soal divariasikan variabel muatan dengan satuan Coulomb atau Faraday

Kalkulator Konversi Satuan Muatan Listrik Dirancang dan Dibuat oleh Urip Rukim
Konversi Coulomb ke Faraday		Konversi Faraday ke Coulomb
Coulomb	Faraday	Faraday	Coulomb

---

3. Kalkulator pH Larutan Setelah Elektrolisis

pH Larutan yang Menghasilkan ion H⁺

Reaksi di anoda (reaksi oksidasi) dengan menggunakan jenis elektroda inert maka reaksi oksidasi yang paling mungkin adalah anion dalam larutan. Anion sisa asam oksi dan anion F memiliki potensial oksidasi lebih negatif dibandingkan potensial oksidasi air sehingga ia akan ia lebih sulit mengalami oksidasi dibanding air. Bila di anoda yang dioksidasi adalah air (Anoda: 2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e^–) maka perhitungan pH larutan dapat menggunakan kalkulator di bawah ini. 

Isikan 2 variabel yang diketahui pada kotak input warna putih yang ada pada satu baris (deret horizontal). Tanda desimal yang diperbolehkan hanya menggunakan tanda titik, bukan tanda koma.

Kalkulator pH Larutan Elektrolisis di Anoda Dirancang dan Dibuat oleh Urip Rukim
Muatan Listrik (Faraday)	Volume Larutan (Liter)	Jumlah H+ (mol)	Konsentrasi H+ (Molar)	pH

Dasar perhitungan:

• 1 Faraday = 1 mol elektron
• Reaksi oksidasi H₂O di anoda: 2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e^–  
• Jumlah ion H⁺ = jumlah elektron (koefisiennya sama)
• [H⁺] = jumlah ion H⁺ : volume larutan
• pH = – log [H⁺]
• Secara matematis:
  [H⁺] = $\mathsf{\dfrac{i ~\times ~t}{96500 ~ \times ~ V_{larutan}}}$
  
  [H⁺] = $\mathsf{\dfrac{Muatan~listrik~(dalam~Faraday)}{V_{larutan}}}$

---

pH Larutan yang Menghasilkan ion OH^–

Reaksi pada katoda (reaksi reduksi) tergantung pada jenis kation dalam larutan. Kation-kation dari golongan IA dan IIA serta kation Mn memiliki potensial reduksi lebih rendah dibanding air sehingga ia sulit mengalami reaksi reduksi, airlah yang lebih mudah mengalami reaksi reduksi. Bila di katoda yang direduksi adalah air (Katoda: 2H₂O + 2e^– → H₂ + 2OH^–) maka perhitungan pH larutan dapat menggunakan kalkulator di bawah ini.

Isikan 2 variabel yang diketahui pada kotak input warna putih yang ada pada satu baris (deret horizontal). Tanda desimal yang diperbolehkan hanya menggunakan tanda titik, bukan tanda koma.

Kalkulator pH Larutan Elektrolisis di Katoda Dirancang dan Dibuat oleh Urip Rukim
Muatan Listrik (Faraday)	Volume Larutan (Liter)	Jumlah OH– (mol)	Konsentrasi OH– (Molar)	pH

Dasar perhitungan:

• 1 Faraday = 1 mol elektron
• Reaksi oksidasi H₂O di katoda: 2H₂O + 2e^– → H₂ + 2OH^–
• Jumlah ion OH^– = jumlah elektron (koefisiennya sama)
• [OH^–] = jumlah ion OH^– : volume larutan
• pOH = – log [OH^–]
• pH = 14 – pOH
• Secara matematis:
  [OH^–] = $\mathsf{\dfrac{i ~\times ~t}{96500 ~ \times ~ V_{larutan}}}$
  
  [OH^–] = $\mathsf{\dfrac{Muatan~listrik~(dalam~Faraday)}{V_{larutan}}}$

---

4. Volume Gas pada Reaksi Elektrolisis

Volume Gas O₂ di Anoda

Bila di anoda yang dioksidasi adalah air (Anoda: 2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e^–) maka jumlah dan volume gas O₂ dapat ditentukan.

Dasar perhitungan:

• 1 Faraday = 1 mol elektron
• Reaksi oksidasi H₂O di anoda: 2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e^–
• Jumlah O₂ = ¼ mol elektron (perbandingan koefisien O₂ dan e^– = 1 : 4)
  Jumlah O₂ = ¼ muatan listrik (satuan Faraday)
• Secara matematis
  Jumlah gas O₂ = $\mathsf{\dfrac{i ~\times ~t}{96500 ~ \times ~ 4}}$ ≈ 2,60 × 10^–6 × $i$ × $t$
  
  Jumlah gas O₂ = $\mathsf{\dfrac{Muatan~listrik~(dalam~Faraday)}{4}}$
• Rumus yang digunakan → P × V_gasO₂ = n_gasO₂ × R × T

Untuk keadaan STP maka P = 1 atm dan T = 273K, untuk keadaan lain silakan sesuaikan dengan yang ada di soal. Jangan lupa mengubah satuan suhu ^oC ke Kelvin. 0^oC + 273 = 273 Kelvin, 27^oC + 273 = 300 Kelvin dan seterusnya.

Kalkulator Volume Gas O2 di Anoda Dirancang dan Dibuat oleh Urip Rukim
Muatan Listrik (Faraday)	P (atm)	Vgas O2 (L)	n mol O2 (mol)	R (L.atm/(mol.K))	T (K)
				0.08205
				0.08205
				0.08205
				0.08205
				0.08205

Catatan:
Bagaimana jika anion yang teroksidasi dan menghasilkan gas pula namun selain air? Ya seperti ion Cl^– sangat mudah teroksidasi menjadi gas Cl₂. Secara prinsip dapat saja dihitung secara manual, jangan lupa perhatikan perbandingan jumlah ion yang dilepas dengan jumlah gas yang dihasilkan. Misal pada oksidasi 2Cl^–  → Cl₂ + 2e^– artinya jumlah Cl₂ = ½ mol elektron.
Untuk kalkulator yang dapat memperhitungkan volume gas seperti anion Cl^– yang melepaskan 2 elektron seperti ini dapat "meminjam" kalkulator perhitungan volume gas  H₂ di bawah ini karena reaksi pada pembentukan gas H₂ juga melibatkan 2 elektron juga.

---

Volume Gas H₂ di Katoda

Bila di katoda yang direduksi adalah air (Katoda: 2H₂O + 2e^– → H₂ + 2OH^–) maka
jumlah H₂ dan volume gas H₂ dapat ditentukan.

Dasar perhitungan:

• 1 Faraday = 1 mol elektron
• Reaksi oksidasi H₂O di katoda: 2H₂O + 2e^– → H₂ + 2OH^–
• Jumlah  H₂ = ½ mol elektron (perbandingan koefisien H₂ dan e^– = 1 : 2)
  Jumlah  H₂ = ½ muatan listrik (satuan Faraday)
• Secara matematis
  Jumlah gas H₂ = $\mathsf{\dfrac{i ~\times ~t}{96500 ~ \times ~ 2}}$ ≈ 5,18 × 10^–6 × $i$ × $t$
  
  Jumlah gas H₂ = $\mathsf{\dfrac{Muatan~listrik~(dalam~Faraday)}{2}}$
• Rumus yang digunakan → P × V_gasH₂ = n_gasH₂ × R × T

Untuk keadaan STP maka P = 1 atm dan T = 273K, untuk keadaan lain silakan sesuaikan dengan yang ada di soal. Jangan lupa mengubah satuan suhu ^oC ke Kelvin. 0^oC + 273 = 273 Kelvin, 27^oC + 273 = 300 Kelvin dan seterusnya.

Kalkulator Volume Gas H2 di Katoda Dirancang dan Dibuat oleh Urip Rukim
Muatan Listrik (Faraday)	P (atm)	Vgas H2 (L)	n H2 (mol)	R (L.atm/(mol.K))	T (K)
				0.08205
				0.08205
				0.08205
				0.08205
				0.08205

Contoh perhitungan manual tentang hal ini ada di Soal Elektrolisis Dihubungkan dengan pH Larutan dan Volume Gas.

Bila pembaca memiliki saran perbaikan dan koreksi boleh disampaikan di kotak komentar di bawah ini, akan diterima senang hati dan terima kasih. Demikian, semoga ini bermanfaat.