Hukum Faraday – Pengertian, Rumus, Bunyi dan Contoh Soal

Hukum Faraday adalah salah satu hukum yang menyatakan bahwa hubungan antara jumlah listrik yang dipakai dengan Massa Zat yang dihasilkan pada proses Elektrolisis baik di Katoda maupun Anoda, dan Teori Faraday ini sering disebut juga dengan Teori Kuantitatif Elektrolisis. Adapun untuk Hukum Faraday diperkenalkan pertama kali oleh Seorang Ilmuwan Asal Inggris yang dijuluki sebagai Bapak Listrik bernama Michael Faraday di tahun 1834 Silam.

Sekilas tentang Bapak Listrik Michael Faraday Penemu Hukum Faraday Satu dan Hukum Faraday Dua ini merupakan seorang Ilmuwan Fisika dan Kimia yang berasal dari Inggris dan lahir di Kota Newington Butts (Inggris) pada tanggal 22 September 1791 dan meninggal di Pengadilan Hampton (Inggris) pada tanggal 25 Agustus 1867 Silam. Selain dikenal karena Hukum Faraday, Michael Faraday dikenal karena Efek Faraday, Elektrokimia, Hukum Elekstrolisis Faraday, Paradoks Faraday, Gelombang Faraday dan Efek Efisiensi Faraday.

Lalu kembali lagi kedalam Hukum Faraday bahwa Michael Faraday sebelum menemukan Teori Hukum ini telah melakukan pengamatan tentang peristiwa Elektrolisis melalui berbagai percobaan – percobaan yang ia (Michael Faraday) lakukan. Dalam proses pengamatannya tersebut ia menemukan bahwa Arus Listrik searah dialirkan ke dlm suatu Larutan Elektrolit maka menyebabkan Perubahan Kimia dalam larutan tersebut dan ia menemukan Hubungan antara Massa yg diendapkan dengan Arus Listrik tersebut, Hubungan itulah yang dikenal dengan Hukum Faraday.

Bunyi Hukum Faraday 1

“Massa zat yang dihasilkan oleh suatu elektrode selama elektrolisis (G) akan berbanding lurus dengan jumlah muatan listrik yang akan digunakan (Q).”

Secara matematis, hukum Faraday I ditulis dengan persamaan dibawah ini.

alt="G \sim Q" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=G+%5Csim+Q&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:14px; width:48px" title="G \sim Q" />

Sebagaimana jumlah pada muatan listrik (Q) itu sama dengan hasil kali dari kuat arus listrik (i) dan juga selang waktu (t),

Q = i × t

alt="G \sim i \times t" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=G+%5Csim+i+%5Ctimes+t&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:12px; width:67px" title="G \sim i \times t" />

Pada massa zat yang dihasilkan selama elektrolisis (G) juga berbanding lurus dari kuat arus listrik (i) dan juga selang waktu (t).

Muatan listrik (Q) yang dipakai pada elektrolisis berbanding lurus dengan jumlah mol elektron yang terlibat dengan reaksi redoks (ne). Secara eksperimen diperoleh bahwa 1 mol elektron mempunyai sebuah muatan listrik sebesar 96.500 coulomb. Nilai muatan listrik elektron ini dinyatakan sebagai konstanta Faraday (F). Jadi, hubungan tersebut bisa dirumuskan sebagai berikut.

Q = n_e × F

Bunyi Hukum Faraday II

“Massa zat yang dihasilkan oleh suatu elektrode selama elektrolisis (G) akan berbanding lurus dengan massa ekivalen zat yang digunakan (Mek).”

Secara matematis, hukum Faraday II ditulis dengan persamaan dibawah ini.

alt="G \sim M_{ek}" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=G+%5Csim+M_%7Bek%7D&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:14px; width:62px" title="G \sim M_{ek}" />

Massa ekivalen zat merupakan massa zat yang jumlah mol setara secara stoikiometri pada 1 mol elektron. Massa ekivalen dalam suatu unsur sama dengan massa atom relatif (Ar) dari unsur tersebut dibagi menggunakan perubahan bilangan oksidasi (biloks) yang dialami pada reaksi elektrolisis.

alt="M_{ek} = \frac{A_r}{perubahan biloks}" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=M_%7Bek%7D+%3D+%5Cfrac%7BA_r%7D%7Bperubahan+biloks%7D&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:22px; width:138px" title="M_{ek} = \frac{A_r}{perubahan biloks}" />

Berdasarkan dengan konsep stoikiometri dasar terkait hubungan massa (m), jumlah mol (n) dan massa molar (}) sebagai berikut:

alt="m = n \times \}" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=m+%3D+n+%5Ctimes+%5C%7D&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:17px; width:67px" title="m = n \times \}" />

alt="G = n_e \times M_{el}" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=G+%3D+n_e+%5Ctimes+M_%7Bel%7D&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:14px; width:95px" title="G = n_e \times M_{el}" />

alt="G = \frac{Q}{F} \times M_{ek}" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=G+%3D+%5Cfrac%7BQ%7D%7BF%7D+%5Ctimes+M_%7Bek%7D&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:21px; width:95px" title="G = \frac{Q}{F} \times M_{ek}" />

alt="G = \frac{i \times t}{F} \times M_{ek}" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=G+%3D+%5Cfrac%7Bi+%5Ctimes+t%7D%7BF%7D+%5Ctimes+M_%7Bek%7D&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:20px; width:103px" title="G = \frac{i \times t}{F} \times M_{ek}" />

akan mendapat persamaan di atas yang merupakan sebuah gabungan oleh kedua hukum Faraday, di mana:

alt="G \sim i \times t \times M_{ek}" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=G+%5Csim+i+%5Ctimes+t+%5Ctimes+M_%7Bek%7D&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:15px; width:114px" title="G \sim i \times t \times M_{ek}" />

• G = massa zat yang telah dihasilkan (gram)
• Q = muatan listrik (coulomb)
• i = kuat arus listrik (ampere)
• t = waktu (sekon)
• M_ek = massa ekivalen zat (gram/mol)
• F = konstanta Faraday (96.500 coulomb/mol)

Oleh sebab itu, jika diberikan dengan jumlah muatan listrik yang sama, maka perbandingan massa zat-zat yang dihasilkan juga sama dengan perbandingan massa ekivalennya pada masing-masing zat.

Rumus Faraday (Rumus Hukum Faraday)

Kemudian untuk Rumus Faraday adalah m = (Q/F) (M/z) dan penjelasan lengkapnya ada dibawah ini bahwa

m adalah Massa dari Zat yang dibebaskan atau dihasilkan

Q adalah Total dari Muatan Listrik yang dilewatkan oleh Zat

F adalah tetapan ataupun Konstanta Faraday

M adalah Massa Molar dari Zat

z adalah bilangan dari valensi ion Zat (Elektron yg ditransfer per ion).

Perlu kalian ketahui bahwa didalam Hukum Faraday Pertama dinyatakan bahwa M, F dan z merupakan Konstan sehingga semakin besar nilai Q maka m juga semakin besar. Sedangkan didalam Hukum Faraday Kedua menyatakan bahwa Q, F dan z merupakan Konstan sehingga semakin besar M/z (Massa Ekivalen) maka m juga akan semakin besar.

Contoh Soal Hukum Faraday dan Jawabannya

1. Sebuah benda logam yang  dilapisi oleh Tembaga ditempatkan didlm sebuah larutan CuSO4. Pertanyaannya adalah berapakah Massa Tembaga yg dihasilkan jika arus 0,22 A tersebut mengalir melalui Sel selama hampir 1.5 Jam (90 Menit) ????

Jawabannya

Muatan Listirk yang dilewati oleh Sel adalah

(0,22 A) x (5400 detik) = 1200 C

atau bisa ditulis dengan

(1200 C) + (96599 cF´¹) = o,012 F

Karena Reduksi 1 Mol Ion CU² memerlukan penambahan 2 Mol Elektron, maka Massa Cu yang dihasilkan adalah sebagai berikut

(63,54 g mol¹) (0,5 mol Cu/F) (0,012 F) = 0,39 g tembaga.

Sehingga jawaban dari pertanyaan Berapa Massa Tembaga dari Contoh Soal Rumus Faraday diatas adalah sebesar 0,39 g tembaga.

2. Sejumlah arus bisa mengendapkan 1,56 gram perak dari suatu larutan AgNO3. Jika arus yang sama dialirkan selama waktu yang sama juga pada lelehan AlCl3, berapa gram aluminium yang bisa diendapkan? jawab (A_r Ag = 108; Al = 27)

Jawab:

Massa Al bisa dihitung menggunakan rumus:

alt="G_{Al} : G_{Ag} = M_{ek Al} : M_{ek Ag}" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=G_%7BAl%7D+%3A+G_%7BAg%7D+%3D+M_%7Bek+Al%7D+%3A+M_%7Bek+Ag%7D&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:16px; width:187px" title="G_{Al} : G_{Ag} = M_{ek Al} : M_{ek Ag}" />

Diketahui G_Ag = 1,56 g

Setengah dari reaksi reduksi Al dan Ag yaitu:

Al³⁺ + 3e⁻ → Al, sehingga  alt="M_{ek Al} = \frac{A_r Al}{perubahan biloks Al}" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=M_%7Bek+Al%7D+%3D+%5Cfrac%7BA_r+Al%7D%7Bperubahan+biloks+Al%7D&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:22px; width:162px" title="M_{ek Al} = \frac{A_r Al}{perubahan biloks Al}" />.

alt="M_{ek Al} = \frac{27 g mol^{-1}}{3} = 9 g mol^{-1}" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=M_%7Bek+Al%7D+%3D+%5Cfrac%7B27+g+mol%5E%7B-1%7D%7D%7B3%7D+%3D+9+g+mol%5E%7B-1%7D&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:23px; width:197px" title="M_{ek Al} = \frac{27 g mol^{-1}}{3} = 9 g mol^{-1}" />

Ag⁺ + e⁻ → Ag, sehingga  alt="M_{ek Ag} = \frac{A_r Ag}{perubahan biloks Ag}" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=M_%7Bek+Ag%7D+%3D+%5Cfrac%7BA_r+Ag%7D%7Bperubahan+biloks+Ag%7D&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:23px; width:168px" title="M_{ek Ag} = \frac{A_r Ag}{perubahan biloks Ag}" />.

alt="M_{ek Ag} = \frac{108 g mol^{-1}}{1} = 108 g mol^{-1}" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=M_%7Bek+Ag%7D+%3D+%5Cfrac%7B108+g+mol%5E%7B-1%7D%7D%7B1%7D+%3D+108+g+mol%5E%7B-1%7D&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:24px; width:221px" title="M_{ek Ag} = \frac{108 g mol^{-1}}{1} = 108 g mol^{-1}" />

alt="G_{Al} : 1,56 g = 9 g mol^{-1} : 108 g mol^{-1}" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=G_%7BAl%7D+%3A+1%2C56+g+%3D+9+g+mol%5E%7B-1%7D+%3A+108+g+mol%5E%7B-1%7D&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:17px; width:249px" title="G_{Al} : 1,56 g = 9 g mol^{-1} : 108 g mol^{-1}" />

Jadi,   alt="G_{Al} = \frac{9}{108} \times 1,56 g = 0.13 g" src="https://s0.wp.com/latex.php?zoom=1.100000023841858&latex=G_%7BAl%7D+%3D+%5Cfrac%7B9%7D%7B108%7D+%5Ctimes+1%2C56+g+%3D+0.13+g&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0" style="height:21px; width:188px" title="G_{Al} = \frac{9}{108} \times 1,56 g = 0.13 g" />.