Ketentuan Sel Elektrokimia dan Reaksi Elektroda

Sel elektrokimia yaitu sel yang terdiri atas dua elektroda. Konduktor logam yang dicelupkan ke dalam

elektrolit konduktor ion ( yang dapat berupa larutan, cairan, atau padatan). Elektroda dan elektrolit

membentuk kompartemen elektroda. Kedua elektroda dapat menempati kompartemen yang sama. Jika

elektrolitnya berbeda, kedua kompartemen dapat dihubungan dengan jembatan garam, yaitu larutan

elektrolit yang melengkapi sirkuit listrik dan memungkinkan sel itu berfungsi.

Sel elektrokimia yang menghasilkan listrik karena terjadinya reaksi spontan di dalamnya

disebut sel galvani. Sel elektrokimia dimana reaksi tak-spontan di dalamnya digerakkan oleh sumber

arus luar disebut sel elektrolisa.

Setengah reaksi dan elektroda

Reaksi redoks adalah reaksi dimana terjadi transfer elektron dari satu zat ke zat lain. Zat pereduksi

(atau “reduktan”) adalah donor elektron dan zat pengoksidasi (atau “oksidan”) adalah akseptor

elektron. Transfer electron dapat disertai dengan kejadian lain, seperti transfer atom atau ion, tetapi

efek netonya adalah perubahan bilangan oksidasi suatu unsur.

Contohnya termasuk juga pembakaran

Dengan Mg sebagai zat pereduksi dan O2 sebagai zat pengoksidasi, reaksi dengan hidrogen.

Dengan H2 sebagai zat pereduksi dan CuO sebagai zat pengoksidasi, dan pengendapan tembaga dari

larutan.

Dengan ion Cu2+ sebagai zat pengoksidasi dan logam Zn sebagai zat pereduksi.

Setengah-reaksi

Setiap reaksi redoks dapat dinyatakan sebagai jumlah dua setengah-reaksi, yaitu reaksi konsepsi yang

memperlihatkan kehilangan dan perolehan elektron. Contohnya, dapat dinyatakan reduksi ion Cu 2+

oleh Zn sebagai jumlah dari dua setengah-reaksi berikut :

Secara umum, untuk menulis semua setengah-reaksi sebagai reduksi, dan kemudian reaksi secara

keseluruhan perbedaan dari keduanya adalah :

Zat yang tereduksi dan teroksidasi di dalam setengah-reaksi membentuk pasangan redoks, dinyatakan

dengan Oksidasi/Reduksi. Jadi, pasangan redoks yang disebutkan sejauh ini adalah Cu2+/Cu dan

Zn2+/Zn. Secara umum, akan dituliskan pasangan sebagai Oksidasi/Reduksi dan setengah-reaksi

reduksi yang bersangkutan sebagai :

Kita akan sering melihat manfaat menyatakan komposisi sebuah kompartemen elektroda di dalam-

kuosien reaksi Q untuk setengah-reaksi. Hal ini didefenisikan seperti kuosien reaksi untuk reaksi

keseluruhan, tetapi mengabaikan elektronnya. Jadi, untuk dua setengah-reaksi seperti diatas, kita akan

menuliskan :

Karena logam murni (keadaan standar unsur) mempunyai aktivitas satuan.

Reaksi keseluruhan tidak harus berupa reaksi redoks agar dapat dinyatakan dengan setengah-

reaksi. Misalnya, pemuaian gas :

Bukanlah reaksi redoks tetapi reaksi ini dapat dinyatakan sebagai selisih dari dua reduksi :

Kedua pasangan dalam hal ini adalah H+/H2.

Contoh 10.5

Nyatakan pelarutan AgCl(S) sebagai selisih dua setengah-reaksi reduksi.

Jawab :

Proses keseluruhan adalah :

Jika kita memilih setengah-reaksi reduksi AgCl secara serentak (lebih tepatnya, reduksi Ag(I) di

dalam AgCl menjadi logamnya),

Maka setengah-reaksi yang kedua, jika dikurangkan dari reaksi reduksi AgCl itu harus menghasilkan

reaksi keseluruhan. Oleh karena itu, setengah-reaksi kedua adalah reduksi Ag+(aq) menjadi logam Ag :

Pelarutan AgCl adalah contoh lain dari reaksi keseluruhan yang bukan reaksi redoks (tidak ada

perubahan neto bilangan oksidasi) tetapi dapat dinyatakan sebagai selisih dua setengah-reaksi reduksi.

Reaksi pada elektroda

Didalam sebuah sel elektrokimia, satu setengah reaksi berlangsung disatu kompartemen elektroda dan setengah reaksi yang lain berlangsung di kompartemen lain. Dengan cara ini, proses reduksi dan oksidasi yang bertanggung jawab atas keseluruhan reaksi spontan dipisahkan. Ketika reaksi berlangsung, elektron yang dibebaskan pada setengah reaksi.

Red1 Oks1 + ve-

Didalam satu kompartemen berjalan melalui sirkuit luar dan memasuki sel melalui elektroda lain. Disana elektron ini digunakan untuk mereduksi anggota pasangan yang teroksidasi didalam kompartemen itu :

Oks2 + ve- Red2

Elektroda tempat terjadinya oksidasi disebut anoda, elektroda tempat terjadinya reduksi disebut katoda

Reaksi anoda ( oksidasi ) : Red1 Oks1 + ve-

Reaksi katoda ( reduksi ) : Oks2 + ve- Red2

Pada sel galvani, katoda mempunyai potensial lebih tinggi daripada anoda. Sebab, spesies yang mengalami reduksi, Oks2, menarik elektron dari elektrodanya ( katodanya, pada gambar) sehingga meninggalkan muatan positif relatif pada elektroda itu ( sesuai dengan potensial tinggi ). Pada anoda, oksidasi menghasilkan transfer elektron pada elektroda sehingga memberikan muatan negatif relatif kepadanya ( sesuai dengan potensial rendah ). Pada sel elektrolisa, anoda juga merupakan tempat oksidasi ( secara defenisi ), tetapi sekarang elektron harus ditarik dari spesies didalam kompartemen itu, karena elektron tidak terjadi secara spontan, dan pada katoda harus ada persediaan elektron untuk menggerakkan reduksi. Oleh karena itu, pada sel elektrolisa, potensial anoda harus dibuat positif relatif terhadap potensial katoda.

Berbagai elektroda

Didalam elektroda gas pada gambar dibawah, gas ada dalam kesetimbangan dengan larutan ion-ionnya, dengan adanya sebuah logam lamban (inert). Logam lamban itu (yang sering adalah Pt) berlaku sebagai sumber atau tempat penampung elektron, tetappi tidak mengambil bagian didalam reaksi kecuali bertindak sebagai katalis. Salah satu contohnya adalah elektroda hidrogen , dimana hidrogen ditiupkan melalui larutan ion hidrogen dan pasangan reduksinya adalah H+/H2. Elektroda ini dinyatakan dengan :

Pt

Dengan garis vertikal menyatak pemisah antara fase-fase. Perhatiakanlah pemberian elektroda

berlangsung dengan urutan Red⎹Oks, yang berlawanan dengan urutan menyatakan pasangan. Elektroda hidrogen dapat berupa katoda atau anoda, bergantung pada elektroda lain didalam sel dan arah spontan reaksi keseluruhan. Reaksi padanya, jika elektroda itu betindak sebagai katoda, adalah :

2H+(aq) + 2e- H2(g)

Dengan f sebagai fugasitas. Didalam pekerjaan dasar, fugsitas digantikan dengan tekanan p, dengan demikian p/p0 adalah nilai numerik tekanan dalam bar.

Contoh soal : penulisan setengah reaksi untuk elektroda gas.

Tuliskan kuosien setengah-reaksi untuk reduksi oksigen didalam larutan asam encer.

Jawaban :

Reaksi O2 didalam larutan asam akan menghasilkan H2O menurut setengah reaksi :

O2 (g) + 4H+(aq) + 4e- 2H2O(l)

Oleh karena itu, kuosien reaksi untuk setengah-reaksi tersebut adalah.

Dimana pendekatan yang digunakan dalam tahap kedua adalah pendekatan bahwa aktivitas air 1 (karena larutanitu encer) dan oksigen berperilaku seperti gas sempurna.

Elektroda garam –tak larut terdiri atas logam M yang tetutup oleh lapisan berpori garam tak larut MX, seluruhnya tercelup didalam larutan contoh yang umum adalah X-. Elektroda itu dinyatakan

dengan M⎹MX⎹X-, contoh yang umum adalah Ag⎹AgCl⎹Cl-. Setengah-reaksi reduksi untuk elektrodanya adalah khas.

MX(s) + e- M(s) + X-(aq) Q = a(X-)

Untuk elektroda perak/perak klorida:

AgCl(s) + e- Ag(s) + Cl-(aq) Q = a(Cl-)

Contoh soal : penulisan setenghah reaksi untuk elektroda garam tak larut.

Tuliskan setengah reaksi dan kuosien reaksi untuk elektroda plumbum sulfat dari baterai plumbum asam.

Jawaban :

Elektrodanya adalah Pb⎹PbSO4(s)/ (aq) dengan Pb (II) direduksi menjadi plumbum logam. Setengah

reaksi reduksinya adalah

PbSO4(s) + 2e- Pb(s) + (aq)

Dan karena kedua padatan murni mempunyai aktivitas satu maka kuosien reaksinya adalah

Q = a( )

Semua elektroda bergantung pada oksidasi dan reduksi, tetapi istilah elektroda oksodasi-reduksi, atau elektroda redoks, biasanya ditujukan kasus dimana sebuah spesies ada didalam larutan dengan dua keadaan oksidasi. Kesetimbanganya adalah :

Oks + ve- = Red

Elektroda redoks dinyatakan dengan M⎹Red, Oks, dengan M menyatakan logam lamban yang membuat kontak listrik dengan larutan. Contohnya adalah

Pt⎹Fe2+(aq), Fe3+(aq)

Fe3+(aq) + e- Fe2+(aq)