Mengapa Grafit Digunakan Sebagai Elektroda Dalam Elektrolisis?

Grafit, bentuk karbon amorf yang terbentuk secara alami, dikaruniai banyak sifat unik yang membuatnya cocok untuk digunakan dalam berbagai proses elektrokimia. Karena konduktivitas listrik yang tinggi, stabilitas termal, kelembaman kimiawi, umur panjang dan kemurniannya, grafit memiliki banyak kegunaan sebagai elektroda pada tingkat komersial.

Elektrolisis, sebuah proses mengekstraksi elemen murni menggunakan arus listrik langsung, adalah proses elektrokimia lain yang dapat dilakukan secara efisien dengan menggunakan grafit.

Elektrolisis dalam istilah ilmiah

Selama elektrolisis, dua elektroda ditempatkan dalam larutan elektrolit (larutan yang membantu mengalirkan arus). Dengan adanya sumber arus eksternal, elektrolisis dilakukan. Penyiapan ini bekerja seperti baterai.

Grafit - bahan elektroda yang umum

Umumnya, bahan konduktif seperti logam seperti emas, perak, platina, tembaga dan kuningan digunakan untuk membuat elektroda. Namun, karena logam-logam ini mahal, penggunaannya pada tingkat komersial tidak layak.

Grafit, di sisi lain, memiliki semua kualitas yang disukai dari elektroda yang baik dan sudah tersedia sehingga cocok untuk elektrolisis.

Komposisi kimiawi dan kemunculan Grafit

Grafit adalah suatu bentuk karbon yang terjadi secara alami dan memiliki struktur kristal. Dalam kondisi standar, grafit tetap stabil dan tidak reaktif. Dalam industri seperti pengecoran logamindustri baterai lithium-ion, dll., grafit digunakan dalam skala besar. Biayanya yang murah, ketersediaan, dan kelembaman termal dan kimianya membuatnya berguna dalam banyak aplikasi industri.

Sifat fisik

Grafit memiliki penampilan yang buram dan mengkilap. Sangat lembut dan licin saat disentuh. Selain itu, grafit tidak larut dalam air atau pelarut organik. Tidak mudah terbakar dan pecah dengan sempurna dalam bentuk lembaran yang fleksibel.

Mengapa Grafit cocok untuk elektrolisis

Berikut ini adalah sifat kimia dan fisik grafit yang membuatnya cocok untuk elektrolisis:

• Konduktivitas listrik- Struktur internal grafit yang unik membuatnya menjadi konduktor listrik yang baik. Dengan demikian, elektrolisis dapat dilakukan secara efisien.
• Inertitas kimiawi- Inert secara kimiawi menunjukkan bahwa grafit tidak bereaksi dengan sebagian besar media organik dan anorganik sehingga kemungkinan kontaminasi dapat diabaikan.
• Titik leleh tinggi- Titik leleh 3600 derajat Celcius membuat Graphite dapat diterapkan dalam berbagai aplikasi suhu tinggi.
• Biaya dan ketersediaan yang murah - Grafit umumnya ditemukan dalam deposit di berbagai lokasi dalam bentuk batuan metamorf seperti marmer, sekis, dan gneiss. Ketersediaannya yang berlimpah membuatnya murah dan sangat diminati.

Grafit sebagai Elektroda dalam Elektrolisis

Peran dalam menghantarkan listrik

Karena struktur heksagonal grafit, ini memungkinkan aliran listrik yang bebas. Terlebih lagi, elektron bebas dalam struktur bergerak dengan membawa muatan.

Interaksi dengan elektrolit dan ion

Kinerja grafit sebagai elektroda bervariasi tergantung pada jenis elektrolit yang digunakan dan ion yang terlibat. Umumnya, ion litium, ion natrium dan ion kalium berkinerja baik dengan grafit sebagai elektroda. Dengan demikian, menggunakannya dengan elektrolit yang tepat dapat memberikan hasil yang lebih baik.

Keuntungan Grafit yang digunakan sebagai Elektroda

Daya tahan dan umur panjang

Struktur Graphite yang kuat memungkinkannya untuk mempertahankan kinerja dalam waktu yang lama sehingga mengurangi frekuensi penggantian, meminimalkan waktu henti, dan menurunkan biaya operasional secara keseluruhan.

Keserbagunaan

Elektroda grafit digunakan secara luas di berbagai industri, mulai dari pembuatan fosfor, kalsium karbida, dan logam silikon hingga industri produksi baja.

Ketahanan terhadap korosi

Resistensi alami grafit terhadap korosi membuatnya cocok untuk digunakan di lingkungan di mana elektroda terpapar bahan kimia atau elektrolit yang agresif. Dengan demikian, ini dapat mengungguli pengaturan yang sangat reaktif seperti industri kimia.

Kemampuan untuk menahan suhu tinggi

Grafit dapat menahan suhu hingga 3000 ° C (5432 ° F) tanpa meleleh dan memiliki ketahanan yang baik terhadap guncangan termal. Dengan demikian, elektroda grafit dapat menangani suhu yang tinggi dan berubah dengan cepat tanpa retak atau kehilangan integritas struktural dalam aplikasi industri.

Efektivitas biaya

Meskipun biaya awal mungkin lebih tinggi, namun efektivitas biaya keseluruhan elektroda grafit yang dikombinasikan dengan efisiensinya menjadikannya pilihan yang layak secara ekonomi untuk penggunaan komersial.

Aplikasi Spesifik Elektroda Grafit dalam Elektrolisis

Elektroda grafit memainkan peran penting dalam berbagai proses elektrolisis karena sifatnya yang unik. Beberapa aplikasi spesifiknya adalah:

1. Produksi Klor-alkali

Dalam industri klor-alkali, elektroda grafit digunakan sebagai anoda untuk elektrolisis larutan natrium klorida untuk menghasilkan klorin, natrium hidroksida, dan hidrogen.

2. Produksi Aluminium

Grafit membentuk katoda dan anoda dalam proses Hall-Héroult yang digunakan untuk produksi aluminium.

3. Pemintalan Listrik Seng

Dalam industri seng, elektroda grafit digunakan dalam proses elektro-pemenangan untuk mengekstraksi seng dari larutan seng sulfat.

4. Pemurnian Tembaga

Elektroda grafit digunakan untuk menghasilkan tembaga dengan kemurnian tinggi dari anoda tembaga yang kurang murni dalam proses pemurnian elektrolitik.

5. Pengolahan Air

Dalam proses pengolahan air elektrokimia, elektroda grafit digunakan untuk menghasilkan oksidan untuk desinfeksi.

Keterbatasan dan Pertimbangan Penggunaan Grafit sebagai Elektroda

Dengan berbagai keuntungan, ada beberapa batasan dan pertimbangan tertentu saat menggunakan grafit sebagai elektroda. Sebagai contoh, grafit dapat teroksidasi pada suhu tinggi, biasanya di atas 400 ° C (752 ° F) di udara. Hal ini dapat mengubah proses kimiawi. Oleh karena itu, diperlukan kontrol suhu. Selain itu, di bawah tekanan mekanis yang tinggi atau abrasi, elektroda grafit dapat aus lebih cepat daripada alternatif logam.

Selain itu, struktur berpori dari grafit dapat menyebabkan permeabilitas gas yang menyebabkan penetrasi elektrolit. Hal ini dapat memengaruhi masa pakai secara keseluruhan. Dalam aplikasi yang membutuhkan kemurnian sangat tinggi, grafit dapat memperkenalkan partikel karbon. Grafit memiliki koefisien muai panas yang relatif tinggi, yang berarti dapat memuai seiring dengan kenaikan suhu. Hal ini dapat menyebabkan masalah dalam aplikasi dengan fluktuasi suhu yang besar. Sistem semacam itu harus dirancang dengan mempertimbangkan ekspansi termal.

Dengan mempertimbangkan keterbatasan ini, sistem elektrolisis yang optimal dapat dirancang dengan grafit atau alternatif yang lebih sesuai.

Alternatif untuk Elektroda Grafit

Meskipun elektroda grafit banyak digunakan, bahan alternatif tertentu dapat dipertimbangkan untuk digunakan tergantung pada kebutuhan spesifiknya. Elektroda logam seperti platina memiliki stabilitas kimia yang sangat baik sementara emas sangat konduktif. Elektroda oksida logam karena stabilitasnya yang tinggi, umurnya yang panjang dan sifat katalitiknya merupakan pilihan lain untuk aplikasi seperti produksi klorin dan pengolahan air.

Kesimpulan

Grafit merupakan elektroda yang sangat baik dalam elektrolisis karena sifat kimia dan fisiknya. Karena mudah didapat dan murah, ini dianggap sebagai pilihan yang bagus untuk aplikasi komersial yang melibatkan elektrolisis. Namun, karena keterbatasan tertentu, penting untuk mempertimbangkan alternatifnya untuk digunakan dalam aplikasi tertentu.