Post on 24-Jun-2015
LAPORAN PRAKTIKUMKIMIA FISIKA
PENENTUAN GAYA GERAK LISTRIK
(PERSAMAAN NERNST)
NAMA : IMELDA SUNARYO
NIM : H 311 08 258
KELOMPOK : IV
HARI / TGL PERC : SENIN, 26 APRIL 2010
ASISTEN : A. YANTI PUSPITA SARI
LABORATORIUM KIMIA FISIKAJURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS HASANUDDIN
MAKASSAR2010
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perubahan energi kimia menjadi energi listrik dinamakan sel volta atau sel
galvani, sedangkan perubahan energi listrik menjadi energi kimia disebut sel
elektrolisis. Reaksi kimia dapat menghasilkan energi atau menyerap energi.
Pertukaran energi yang terjadi biasanya dalam bentuk panas, tetapi kadang-
kadang dengan mengadakan suatu modifikasi tertentu, energi yang dipertukarkan
tersebut bisa diubah dalam bentuk energi listrik. Perubahan energi kimia menjadi
energi listrik tersebut dinamakan sel volta atau sel galvani, sedangkan perubahan
energi listrik menjadi energi kimia disebut elektrolisis.
Sel galvani merupakan salah satu dari sel elektrokimia. Dalam sel galvani,
energi kimia diubah menjadi energi listrik. Salah satu contoh dari sel galvani ini
adalah sel Daniel, yang terdiri dari batang seng yang dimasukkan dalam larutan
seng sulfat dan batang tembaga dalam larutan tembaga sulfat. Kedua larutan
dihubungkan dengan jembatan garam. Bila elektroda Zn dan Cu dihubungkan,
maka akan terjadi arus listrik. Terjadinya arus listrik ini akibat reaksi Zn dan ion-
ion Cu dalam larutan.
Pada sel elektrokimia tersebut, elektron akan mengalir dari anoda seng ke
katoda tembaga. Hal ini akan menimbulkan perbedaan potensial antara kedua
elektroda. Perbedaan potensial akan mencapai maksimum ketika tidak ada arus
listrik yang mengalir. Perbedaan maksimum ini dinamakan GGL sel atau Esel.
Berdasar pada teori tersebut, percobaan ini kemudian dilakukan untuk
mempermudah memahami sekaligus untuk membuktikan teori yang dimaksud.
Serta mengetahui kemungkinan penyimpangan yang terjadi dari aplikasi teori.
1.2 Maksud dan Tujuan Percobaan
1.2.1 Maksud Percobaan
Maksud dari percobaan ini adalah untuk mengetahui dan mempelajari
metode pengukuran GGL sel elektrokimia dan hubungannya dengan persaman
Nernst.
1.2.2 Tujuan percobaan
Tujuan percobaan ini adalah :
1. Menyusun dan mengukur GGL sel elektrokimia
2. Menguji persamaan Nernst
1.3 Prinsip Percobaan
Penentuan GGL sel elektorkimia dengan menyusun sel elektrokimia yang
terdiri dari dua elektroda yakni Cu dan Zn. Kedua elektroda tersebut terendam
masing-masing dalam CuSO4 dan ZnSO4 yang dihubungkan dengan jembatan
garam. Nilai GGL nya dapat dilihat pada voltmeter yang berhubungan dengan
kedua elektroda.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Reaksi elektrokimia digunakan untuk mengubah energi kimia menjadi
energi listrik. Dalam sebuah sel, energi listrik dihasilkan dengan jalan pelepasan
elektron pada suatu elektroda (oksidasi) dan penerimaan elektron pada elektroda
lainnya (reduksi). Elektroda yang melepaskan elektron dinamakan anoda
sedangkan elektroda yang menerima elektron dinamakan katoda. Jadi, sebuah sel
selalu terdiri dari dua bagian atau dua elektroda setengah reaksi oksidasi akan
berlangsung pada anoda dan setengah reaksi reduksi akan berlangsung di katoda.
Dengan kata lain pada sel elektroda kimia, kedua setengah reaksi dipisahkan
dengan maksud agar aliran listrik (elektron) yang ditimbulkan dapat
dipergunakan. Salah satu faktor yang mencirikan sebuah sel adalah gaya gerak
listrik atau perbedaan potensial listrik antara anoda dan katoda (Bird, 1993).
Pada sel elektrokimia, elektron akan mengalir dari anoda seng ke katoda
tembaga. Hal ini akan menimbulkan perbedaan potensial antara kedua elektroda.
Perbedaan potensial akan mencapai maksimum ketika tidak ada arus listrik yang
mengalir. Perbedaan maksimum ini dinamakan GGL sel atau Esel. Nilai Esel
bergantung pada berbagai faktor seperti suhu, konsentrasi larutan Zn2+ dan
konsentrasi larutan Cu2+, dll. Bila konsentrasi larutan Zn2+ dan Cu2+ adalah 1 molar
dan suhu sistem adalah 298 K (25˚C), Esel berada dalam keadaan standard dan
diberi simbol E˚sel. Persamaan yang menghubungkan konsentrasi dengan Esel
disebut persamaan nernst (Taba dkk., 2010).
Salah satu contoh dari sel elektrokimia ini adalah sel Daniel, dimana
elektroda seng larut ke dalam larutan ZnSO4 dan ion Cu 2+ mengendap pada
katoda tembaga. Elektroda Cu dan Zn ditempatkan pada dua tempat terpisah.
Anggaplah dalam dua wadah dimana elektroda Cu berada pada wadah sebelah
kanan, sedangkan Zn berada pada wadah sebelah kiri. Pada wadah sebelah kiri,
berlangsung reaksi oksidasi sedangkan pada wadah sebelah kiri terjadi reaksi
reduksi. kedua larutan kemudian dihubungkan dengan menggunakan jembatan
garam. Jembatan garam biasanya terbuat dari kertas saring yang direndam dalam
larutan elektrolit seperti NH4NO3 atau KCl. Jembatan garam berguna agar
diperoleh sebuah rangkaian listrik yang lengkap. Dengan adanya jembatan garam,
penumpukan ion positif (Zn2+) pada wadah sebelah kiri dapat dihindarkan, yaitu
dengan jalan mendifusikan ion positif tersebut ke wadah sebelah kanan. Pada
wadah sebelah kiri akan terjadi penumpukan ion negatif, dengan adanya jembatan
garam penumpukan ini dapat dihindarkan. Sel seperti ini reaksinya bersifat
spontan dan dikenal sebagai sel galvani atau sel volta (Bird, 1993).
When you place a piece of zinc metal into a solution of CuSO4, you
expect a chemical reaction because themore active zinc displaces the less active
copper from its compound (Sec. 8.3). This is an oxidation-reduction reaction,
involving transfer of electrons from zinc to copper.
Zn → Zn2+ + 2 e−
Cu2+ + 2 e− → Cu
It is possible to carry out these same half-reactions in different places if we
connect them suitably. We must deliver the electrons from Zn to Cu2+, and we
must have a complete circuit. A galvanic cell with this particular combination of
reactants is called a Daniell cell. The pieces of zinc and copper serve as
electrodes, at which chemical reaction takes place. It is at the electrodes that the
electron current is changed to an ion current or vice versa. The salt bridge is
necessary to complete the circuit. The same chemical reactions are taking place in
this apparatus as would take place if we dipped zinc metal in CuSO4 solution.
Electrons flow from left to right in the wire, and they could be made to do
electrical work, such as lighting a small bulb.
Bila Anda menempatkan sepotong logam seng ke dalam larutan CuSO4,
anda mengharapkan reaksi kimia karena seng lebih aktif menggantikan tembaga
yang kurang aktif dari senyawa tersebut. Ini disebut reaksi oksidari reduksi yang
melibatkan transfer elektron dari seng untuk tembaga.
Zn → Zn2+ + 2 e−
Cu2+ + 2 e− → Cu
Hal ini dimungkinkan untuk menjalankan setengah-reaksi yang sama di tempat
yang berbeda jika kita menghubungkan keduanya. Kita harus
memberikan elektron dari Zn ke Cu2+, dan kita harus memiliki rangkaian lengkap.
Sel galvanik dengan kombinasi tertentu dari reaktan disebut sel Daniel. Potongan-
potongan seng dan tembaga berfungsi sebagai elektroda, dimana reaksi kimia
berlangsung. Jembatan garam diperlukan untuk melengkapi rangkaian. Reaksi
kimia yang sama terjadi dalam alat ini jika kita celupkan logam seng dalam
larutan CuSO4. Elektron mengalir dari kiri ke kanan di kawat, dan mereka dapat
dibuat untuk melakukan pekerjaan listrik, seperti menyalakan lampu kecil.
Sel elektrokimia secara ringkas dapat dinyatakan dengan cara:
Zn(s) Zn2+ Cu2+ Cu (s)
Cara penulisan tersebut dikenal sebagai diagram sel. Anoda selelu ditulis sebelah
kiri, garis vertikal digunakan untuk memperlihatkan batas antara elektroda dan
fasa lain (seperti padat dan larutan). Tanda vertikal ganda menunjukkan jembatan
garam. Konsentrasi ion logam yang terdapat dalam larutan dapat dinyatakan
dalam tanda kurung setelah penulisan ion yang bersangkutan (Bird,1993).
Pengaruh konsentrasi dan persamaan nernst sel yang konsentrasinya atau
tekanannya berbeda dengan nilai keadaan standarnya sering menarik perhatian.
Prinsip termodinamika digunakan langsung untuk menentukan pengaruh
konsentrasi dan tekanan pada tegangan sel. Disini dapat ditunjukkan bahwa
perubahan energi bebas dihubungkan dengan koefisien reaksi Q melalui :
Q = G0 + RT ln Q
- n F E = - n F E + RT ln Q dan E= E0 -
RTnF
ln Q
dikenal sebagai persamaan nernst. Persamaan nernst dapat ditulis kembali dalam
bentuk logaritma dengan menggunakan :
ln Q = 2,303 Log10 Q
pada suhu 25˚C (298 K), kombinasi konstanta 2,303 RTF menjadi 2,303
RTF =
(8 , 314 J /mol . K ) (298 K )96500
2, 303
yang merupakan bentuk lazim dikenal disini n adalah jumlah mol elektron yang
dialirkan dalam keseluruhan reaksi kimia (Oxtoby, 2001).
Potensial dari sel galvani tergantung pada aktivitas dari berbagai spesies
yang menjalani reaksi di dalam sel. Persamaan yang menyatakan hubungan ini
disebut persamaan Nernst, mengikuti nama seorang ahli kima fisika, Nernst yang
pada tahun 1889 pertama kali menggunakan persamaan ini untuk menyatakan
hubungan antara potensial dari sebuah elektroda ion metal-metal dan konsentrasi
dari ion dalam sebuan larutan. Dalam sebuah reaksi kimia seperti :
aA + bB cC+dD
perubahan dari energi bebas didapat dari persamaan
∆ G=∆ G °+2,3 R T logaC
c × aDd
aAa × aB
b
Dimana ∆ G adalah energi bebas ketika semua reaktan dan produk berada dalam
kondisi standar (aktivitas satu), R adalah konstanta gas, 8,314 J/mol K, dan T
adalah suhu absolut (Day dan Underwood, 1999).
Reaksi yang berlangsung pada elektroda, sebelah kiri ditulis sebagai reaksi
oksidasi dan reaksi yang berlangsung sebelah kanan ditulis sebagai reaksi reduksi.
Reaksi sel adalah jumlah dari kedua reaksi ini dengan anoda. Ion bermuatan
positif mengalir ke elektroda ini untuk direduksi oleh elektron-elektron yang
datang dari anoda. Pada sel elektrokimia, katoda adalah elektroda yang bermuatan
positif (kation) mengalir ke elektroda ini untuk direduksi. Dengan demikian, di sel
galvanik eksternal, elektroda bergerak dari anoda ke katoda dalam sirkuit
eksternal, masuk melalui katoda dan keluar melalui anoda (Dogra dan Dogra,
1990).
BAB III
METODE PERCOBAAN
3.1 Bahan Percobaan
Adapun bahan yang digunakan pada percobaan ini yaitu larutan CuSO4,
larutan ZnSO4, larutan NH4NO3, kertas saring, dan aquadest.
3.2 Alat Percobaan
Adapun alat yang digunakan pada percobaan ini yaitu multitester,
termometer 0-100 ˚C, labu takar 100 mL, pipet volume 10 mL, erlenmeyer 100
mL, gelas kimia 250 mL, gelas kimia 100 mL, kertas amplas, kabel dan aligator,
lembaran tembaga, dan lembaran seng.
3.3 Prosedur Percobaan
1. Disiapkan 2 gelas kimia 100 mL, satu diisi larutan CuSO4 0,25 M dan yang
satunya diisi dengan larutan ZnSO4 0,25 M.
2. Elektroda tembaga dan seng di amplas agar tidak ada pengotor yang
menempel.
3. Kertas saring yang telah digulung dicelupkan ke dalam larutan jenuh
ammonium nitrat jenuh lalu diletakkan sebagai jembatan garam pada masing-
masing gelas kimia yang berisi larutan CuSO4 0,25 M dan ZnSO4 0,25 M .
4. Elektroda tembaga dan seng yang telah diamplas dihubungkan dengan kabel
dan multitester lalu dicelupkan pada larutan yang sesuai.
5. Diamati dan dicatat nilai Eselnya pada 0,25 M.
6. Disiapkan 100 mL larutan CuSO4 pada labu ukur dengan pengenceran yaitu
mengambil 10 mL larutan CuSO4 lalu dicampur dengan aquades sehingga
didapatkan konsentrasi 0,025 M.
7. Larutan CuSO4 yang pertama diganti dengan konsentrasi 0,025 M, elektroda
diamplas sampai bersih lalu dikerjakan seperti 2 sampai 5.
8. Diulangi semua prosedur diatas untuk konsentrasi CuSO4 yang berbeda yaitu
0,0025M dan 0,00025 M.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Tabel Pengamatan
Anoda Zn/Zn2+(M) Katoda Cu/Cu 2+ (M) E sel (Volt)
0,25 0,25 0,65
0,25 0,025 0,60
0,25 0,0025 0,60
0,25 0,00025 0,55
Suhu = 30 oC
4.2 Reaksi
Anoda : Zn → Zn2+ + 2e E˚ = 0,76 V
Katoda : Cu2+ + 2e → Cu E˚ = 0,34 V
Cu2+ + Zn →Cu + Zn2+ E˚sel = 1,1 V
Reaksi lengkap : Zn(s) ZnSO4 CuSO4 Cu (s)
4.3 Perhitungan
E sel = E0sel – 2,303 RTnF
log ¿¿
1. Secara teori
Diketahui : n = 2
T = 30 oC = 303 K
R = 8,314 J/mol K
F = 96500 C/mol
a = 1,1 V
a. E0sel = 1,1 volt
Katoda : Cu2+ + 2e- Cu E0 sel = 0,34 volt
Anoda : Zn Zn2+ + 2e- E0sel = 0,76 volt
Cu2+ + Zn Cu + Zn2+ E0sel = 1,1 volt
b.RTnF × 2,303 =
(8,314J
mol K ) (303 K )
(2 )(96500C
mol ) ×2,303
= 5801,584 J193000C
= 0,0301 J/C
1) E sel = 1,1 volt – 0,0301 J/C log 0,250,25
= 1,1 volt
2) E sel = 1,1 volt – 0,0301 J/C log 0,25
0,025
= 1,0699 volt
3) E sel = 1,1 volt – 0,0301 J/C log 0,25
0,0025
= 1,0398 volt
4) E sel = 1,1 volt – 0,0301 J/C log 0,25
0,00025
= 1,0097 volt
2. Secara praktek
Tabel Regresi
log ¿¿ (x) E sel (y) E sel regresi
0
1
2
0,65
0,60
0,60
0,645
0,615
0,585
3 0,55 0,555
Grafik sebelum regresi
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50.5
0.520.540.560.58
0.60.620.640.66
Grafik Sebelum Regresi
log Zn2+/Cu2+
E se
l
Grafik setelah regresi
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50.5
0.55
0.6
0.65
0.7
f(x) = − 0.03 x + 0.675R² = 1
Grafik Setelah Regresi
log Zn2+/Cu2+
E se
l reg
resi
y = ax + b
b = intercept = 0,675
a = slope = tg α = ∆ y∆ x
= y3− y1x3−x1
= 0.645−0,585
2−0 = 0,03
y = ax + b
y= -0,03x + 0,675
a= E osel = 0,03 volt
b = 0,675
4.4 Pembahasan
Sel elektrokimia adalah sel terdiri dari dua elektroda, yang berupa
konduktor logam, yang dicelupkan ke dalam elektrolit konduktor ion (yang dapat
berupa larutan, cairan atau padatan). Pada percobaan ini, GGl sel Daniel
ditentukan dengan menyusun serangkaian alat yang menggambarkan sel Daniel.
Pada rangkaian ini, logam tembaga dicelupkan dalam larutan CuSO4 0,25 M dan
logam seng dicelupkan pada larutan ZnSO4 0,25 M masing-masing sebanyak 50
mL. Kedua larutan kemudian dihubungkan dengan jembatan garam yang terbuat
dari kertas saring yang telah direndam dalam amonium nitrat (NH4NO3) jenuh.
Sedangkan kedua elektroda (Zn dan Cu) dihubungkan dengan alat petunjuk
potensial yaitu multitester.
Logam Zn akan melepaskan elektron dan berubah membentuk ion Zn2+ dan
begabung dalam larutan ZnSO4. Elektron mengalir dari elektrode Zn ke elektrode
Cu. Ion Cu2+ dalam larutan CuSO4 menerima elektron dan ion tersebut berubah
membentuk endapan logam Cu. Aliran elektron ini menyebabkan perbedaan
potensial antara kedua elektroda. Perbedaan potensial ini terukur pada alat
multitester sebagai beda potensial dengan simbol E. Perbedaan potensial akan
mencapai maksimum ketika tidak ada arus yang mengalir. Perbedaan maksimum
ini dinamakan GGLsel atau E sel.
Jembatan garam yang digunakan pada percobaan ini sebagai penghubung
antara kedua larutan. Fungsi jembatan garam ini adalah sebagai penyetara kation
dan anion dalam larutan. Penjelasan lebih lanjut yakni karena terjadi kenaikan
jumlah ion Zn2+ dalam larutan ZnSO4, sedangkan dalam larutan CuSO4 terjadi
penurunan jumlah ion Cu2+, dalam keadaan normalnya, maka banyaknya kation
dalam hal ini Zn2+ dan Cu2+ harus setara dengan anion SO42-. Disinilah fungsi dari
jembatan garam yang akan menyetarakan kedua larutan. Dalam larutan ZnSO4
masuk anion NO32- dari jembatan garam sesuai dengan bertambahnya ion Zn.
Sedangkan pada larutan CuSO4 yang kekurangan Cu2+ atau terjadi kelebihan
SO42-. Maka ion SO4
2- masuk ke jembatan garam menggantikan NO32- yang masuk
ke larutan ZnSO4.
Nilai E sel merupakan fungsi yang bergantung pada berbagai faktor antara
lain suhu dan konsentrasi larutan. Oleh karena itu, pada percobaan ini dilakukan
pengamatan perubahan E sel terhadap perubahan konsentrasi. Dari percobaan ini
diperoleh bahwa semakin besar konsentrasi larutan elektrolit yang digunakan,
maka akan semakin besar beda potensial yang dihasilkan oleh sel ini. Hal ini
dapat dijelaskan oleh karena semakin besar konsentrasi unsur di dalam larutan,
maka akan semakin banyak kemungkinan spesies yang dapat mentransfer elektron
sehingga beda potensialnya pun semakin lebih besar pada konsentrasi elektrolit
yang lebih besar. Hubungan ini merupakan persamaan garis lurus yang dapat kita
lihat dari grafik yang diperoleh. Hubungan ini dinyatakan lewat persamaan
Nernst.
Nilai E sel dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti suhu, konsentrasi, dan
zat pengotor pada elektroda. Oleh sebab itu, pengukurannya dilakukan dengan
konsentrasi larutan CuSO4 yang berbeda-beda yaitu 0,25 M, 0,025 M, 0,0025 M
dan 0,00025 M. Setiap larutan CuSO4 dengan konsentrasi yang berbeda kertas
saringnya diganti karena telah bereaksi dengan larutan sebelumnya dan untuk
menjaga konsentrasi larutan yang digunakan, demikian pula dengan elektroda
tembaganya harus diamplas untuk menghilangkan endapan atau pengotor yang
menempel. Hal tersebut dilakukan untuk menghindari kesalahan hasil yang akan
diperoleh karena sedikit saja pengotor dapat menimbulkan kesalahan yang besar.
Berdasarkan hasil percobaan, diperoleh nilai potensial sel yang menurun,
dengan nilai potensial sel pada konsentrasi 0,25 M diperoleh 0,65 V. Namun pada
konsentrasi 0,0025 M tidak terjadi penurunan nilai potensial sel. Ini mungkin
disebabkan karena sel yang digunakan terutama setengah sel tembaga yang
kurang bersih, karena sedikit kotoran saja dapat menimbulkan kesalahan yang
besar. Nilai gradien yang diperoleh secara praktek adalah 0,03 dengan intercept
0,675, sedangkan nilai gradien secara teoritik adalah sebesar 0,0301 J/C.
Perbedaan antara praktek dan teori adalah sebesar 0,0001. Perbedaan ini mungkin
disebabkan karena pengenceran larutan yang dilakukan kurang hati-hati sehingga
konsentrasi larutan yang sebenarnya tidak diperoleh. Kemungkinan yang lain
adalah pada pembacaan pH meter yang kurang teliti.
.
DAFTAR PUSTAKA
Bird, T., 1993, Kimia Fisik Untuk Universitas, Gramedia, Jakarta.
Day, R.A dan Underwood, A.L., 1999, Analisa Kimia Kuantitatif, Erlangga, Jakarta.
Dogra, S. K. dan Dogra, S., 1990, Kimia Fisik dan Soal-Soal, UI Press, Jakarta.
Goldberg, D. E., 2005, Beginning Chemistry, Third Edition, McGraw-Hill, United States of America.
Oxtoby, D. W., 1999, Kimia Modern, Jilid 1 Edisi 4, Erlangga, Jakarta.
Taba, P., Zakir, M., dan Fauziah, S., 2010, Penuntun Praktikum Kimia Fisika, Universitas Hasanuddin, Makassar.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat ditarik berdasarkan percobaan ini, yakni
1. Secara praktek diperoleh:
Eosel secara teori = 1,10 V
Eosel secara praktek = 1,1 V
Nilai gradien secara teori = 0,0301 J/C
Nilai gradien secara praktek = 0,03 J/C
2. Hasil perhitungan yang diperoleh dengan persamaan Nernst hampir sempurna
dengan yang diperoleh secara praktek.
5.2 Saran
Adapun saran yang dapat saya berikan pada percobaan ini yaitu sebaiknya
pada percobaan ini ke depan dilakukan juga pengerjaan penentuan Esel dengan
elektrolit yang memiliki suhu yang berbeda-beda, sehingga pengaruh suhu
terhadap besarnya Esel juga dapat diamati sebagaimana yang telah diuraikan dalam
teori.
LEMBAR PENGESAHAN
Makassar, 26 April 2010
Asisten, Praktikan,
(A. YANTI PUSPITA SARI) (IMELDA SUNARYO)
BAGAN KERJA
- Dibersihkan permukaannya - Dibersihkan permukaannya
dengan kertas amplas dengan kertas amplas
- Dihubungkan dengan kabel - Dihubungkan dengan kabel
- Dicelupkan ke dalam larutan - Dicelupkan ke dalam
CuSO4 0,25 M larutan ZnSO4 0,25 M
- Kedua elektroda dihubungkan dengan voltmeter
- Diamati nilai GGL
- Dicatat polaritas ke dua elektroda
- Dicatat suhu ruangan
- Diulangi percobaan dengan mengganti larutan
CuSO4 0,25 M dengan larutan CuSO4 0,025 M;
0,0025 M; dan 0,00025 M
Hasil
Logam Cu Logam Zn
Dihubungkan dengan jembatan garam