Apa yang Terjadi pada Elektrolisis Air?

Apa yang sebenarnya terjadi ketika air dielektrolisis?

Bila air dielektrolisis menggunakan listrik dengan tegangan tertentu dan menggunakan elektrode inert (elektrode tidak aktif atau elektrode yang tidak turut bereaksi) maka di sekitar  elektrode baik anode maupun katode akan dihasilkan gelembung gas tertentu.

Di anode gelembung gas tersebut merupakan gas oksigen (O₂), di katode berupa gas hidrogen (H₂).

Bagaimana ini terjadi?

Perlu diketahui dalam H₂O tersebut terdapat ion H⁺ dan OH^– walapun dengan konsentrasi yang sangat rendah, masing-masing sekitar 10^–7 M. Ion-ion itulah yang mengalami reaksi reduksi dan oksidasi.

Di anode, anion OH^– mengalami reaksi oksidasi menghasilkan gas O₂ serta ion H⁺. 

Reaksi oksidasi lengkapnya:
2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e^–

Atau dapat ditulis:
2H⁺ + 2OH^– → O₂ + 4H⁺ + 4e^–

Reaksi oksidasi bersih sebagai berikut:
2OH^– → O₂ + 2H⁺ + 4e^–

Tampak dalam reaksi bersih O mengalami kenaikan total bilangan oksidasi sebesar 4.

Seperti yang diketahui bahwa O dalam 1 anion OH^– bilangan oksidasinya –2, bila 2 OH^– bilangan oksidasi O total menjadi –4.

Setelah bereaksi menghasilkan O₂ yang mempunyai bilangan oksidasi total 0. Oleh karena itu dalam reaksi oksidasi air tersebut melepaskan 4 elektron.

Dari sini sangat jelas yang mengalami oksidasi adalah atom O dalam 2OH^– menjadi O₂.

Kation H⁺ hasil samping oksidasi ini lebih lanjut akan memberi kontribusi kepada jumlah H⁺ yang tereduksi di katode.

Di katode kation H⁺ mengalami reaksi reduksi menghasilkan gas H₂ serta ion OH^–. 

Reaksi oksidasi lengkapnya:
2H₂O + 2e^– → H₂ + 2OH^–

Atau dapat ditulis:
2H⁺ + 2OH^– + 2e^– → H₂ + 2OH^–

Reaksi reduksi bersih sebagai berikut:
2H⁺ + 2e^– → H₂

Tampak dalam reaksi bersih H mengalami penurunan total bilangan oksidasi sebesar 2.

Seperti yang diketahui bahwa H dalam 1 kation H⁺ ini bilangan oksidasinya +1, bila 2 H⁺ bilangan oksidasi H total menjadi +2.

Setelah bereaksi menghasilkan H₂ yang mempunyai bilangan oksidasi total 0. Oleh karena itu dalam reaksi reduksi air tersebut menerima 2 elektron.

Dari sini sangat jelas yang mengalami reduksi adalah atom H dalam 2H⁺ menjadi H₂.

Kation OH^– hasil samping reduksi ini lebih lanjut akan memberi kontribusi kepada jumlah OH^– yang teroksidasi di anode.

Total reaksi redoks dapat dituliskan:
Reaksi reduksi: 2H⁺ + 2e^– → H₂ |×2|
Reaksi oksidasi: 2OH^– → O₂ + 2H⁺ + 4e^– |×1|
Reaksi redoks: 2H⁺ + 2OH^– → 2H₂ + O₂

Jumlah elektron yang terlibat atau jumlah elektron yang dilepas dan diterima dalam reaksi elektrolisis 2 mol H₂O ini sebanyak 4 mol elektron. Oleh karena itu setiap 1 mol H₂O ini transfer elektron yang terjadi sebanyak 2 mol elektron.

Bila proses elektrolisis dilakukan terus menerus maka jumlah air akan berkurang karena molekul-molekul air berubah menjadi gas hidrogen dan oksigen.

Secara stoikiometri perbandingan volume gas hidrogen dengan gas oksigen hasil elektrolisis adalah 2 : 1. Hal ini dapat ditinjau berdasarkan koefisien persamaan reaksi yang setara pada reaksi redoks elektrolisis air.

pH ketika elektrolisis berlangsung tetap netral karena jumlah ion  H⁺ dan OH^– sebanding.