Kimia3.Docx
Click here to load reader
Transcript of Kimia3.Docx
KIMIA
SEL ELEKTROKIMIA
Disusun Oleh :
GALUH EKA TRISNA
XII IPA-3 / 08
TAHUN AJARAN 2009 – 2010
SMA MUHAMMADIYAH 1 SUMENEP
+
Pengertian :
1. Sel volta
Reaksi kimia yang berlangsung bersifat spontan dan menghasilkan arus listrik. Katode
merupakan kutub positif dan anode merupakan kutub negative. Contoh : penggunaan baterai
dan aki.
2. Sel elektrode
Arus listrik menyebabkan berlangsungnya suatu reaksi kimia. Katode merupakan kutub
negative, sedangkan anode kutub posutif. Contoh : penyepuhan pemurnian logam dalam
pertambangan, dan penyitruman aki.
1. Sel Volta atau Sel Galvani
Alessandro Volta (1745 - 1827) menemukan bahwa suatu reaksi kimia dapat
menghasilkan energy listrik. Penemuan ini bermula ketika ahli anatomi italia, Lugi
Galvani (1737 - 1798) mengamati bahwa kodok yang dibedahnya bergetar krtika dua
logam yang berbeda ditusukkan kedalamnya dan saling dihubungkan. Awalnya, Galvani
menduga bahwa getaran ini ditimbulkan oleh listrik yang berasal dari tubuh binatang
tersebut. Namun hipotesis ini tertolak ketika volta mengulangi eksperimen yang sama
pada saat cuaca cerah ( sehingga tidak ada petir ) ternyata ia memperoleh hasil yang
sama, volta menarik kesimpulan bahwa arus listrik timbuk dari kedua logam tersebut.
Pada tahun 1799 ( ketika ia bekerja di Universitas Pavia ) volta berhasil merancang alat
yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik yang di sebut sel volta. Reaksi kimia
yang dapat menghasilakan energi listrik tersebut hanya terjadi pada reaksi redoks yang
berlangsung spontan. Reaksi redoks yang terjadi pada sel volta tersebut sebagai berikut.
Reaksi oksidasi (anode) : Zn(s) →Zn2+
(aq) + 2e-
Reaksi reduksi (katode) : Cu2+
(aq) + 2e- → Cu(s)
Reaksi Sel : Zn(s) + Cu2+
(aq) →Zn2+
(aq) + Cu(s)
Penulisan reasksi sel tersebut dapat disederhanakan dalam bentuk lambing sel berikut
Zn(s) │Zn2+
(aq) ║Cu2+
(aq) │Cu(s)
Reaksi oksidasi di ruas kiri (anode) dan reaksi reduksi di ruas kanan (katode), keduanya
dipisahkan oleh jembatan garam (tanda║). Jembatan garam ini berfungsi menyeimbangkan
muatan pada setiap larutan.
Perhitungan Potensial Sel
Potensial sel reaksi sel volta dapat diterntukan dengan melihat data potensial reduksi suatu
elektrode yang disebut potensial elektrode. Setiap atom memiliki potensial elektrode yang
nilainya relative terhadap potensial elektrode atom hydrogen yang bernilai 0 volta. Oleh karena
itu, potensial atom hydrogen disebut juga potensial elektrode standart
2H+ (1M) + 2e
- → H2(g); E
o = o vol
Menurut perjanjian, stiap unsure yang mengalami reaksi reduksi dengan hydrogen (mengalami
oksidasi), potensial reduksi unsure tersebut diberi tanda positif .
Contoh : Cu2+
(aq) + 2e- → Cu(s); E
o = +0,34 volt
: Hg2+
(aq) + 2e- → Hg(s); E
o = +0,62 volt
Adapun unsure yang mengalami reaksi oksidasi dengan hydrogen (hydrogen mengalami
reduksu), potensila reduksi unsur tersebut diberi tanda negative.
Contoh : Ni2+
(aq) + 2e- → Ni(s); E
o = -0,25 volt
: Fe2+
(aq) + 2e- → Fe(s); E
o = -0,44 volt
: Cu2+
(aq) + 2- → Cu(s) E
o = +0,34 volt
: Zn(s) → Zn2+
(aq) + 2e- E
o = +0,76 volt
: Cu2+
(aq) + Zn(s) → Cu(s) + Zn2+
(aq) Esel = +1,10 volt
Atau, dapat pula dihitung dengan menggunakan rumus :
E sel = Eo katode – E
o Anode
E sel = Eo reduksi – E
o oksidasi
Cu bertindak sebagai katode
Zn bertindak sebagai anode
E sel = Eo reduksi – E
o oksidasi
Eo
sel = Eo
Cu2+
│Cu –Eo
Zn2+
│Zn
= ( +0,34 V ) – ( 0,76 V ) = + 1,10 V.
Sebuah sel volta mengalami reaksi redoks sebagai berikut.
Fe(s) + 2Fe3+
(aq) → 3Fe2+
(aq)
1. Tuliskan tiap-tiap persamaan reaksi setengah selnya.
2. Buatlah rancangan selnya yang meliputi anode dan katode, arah gerakan lelektron dan
ion, serta tentukan kutub positif dan kutub negatifnya.
Jawab
1. Secara keseluruhan terjadi reaksi oksidasi dan reduksi. Logam besi dioksidasi
menjadi ion F2+
, sedangkan ion Fe3+
direduksi menjadi ion Fe2+
sehingga reaksi
setengah selnya sebagai berikut:
Anode (oksidasi) : Fe(s) → Fe-2+
(aq) + 2e-
Katode (reduksi) F33+
(aq) + e- → Fe
2+(aq) …(2x)
Jadi, reaksi sel : Fe(s) + 2F3+
(aq) → 3F2+
(aq)
2. Logam besi digunakan sebgai anode yang dimasukkan kedalam elektrolit Fe(NO3)2
anda juga dapat menggunakan elektrolit selain Fe(NO3)2 di anode karena yang
dioksidasi adalah laogam besi, bukan ion Fe2+
Adapun ion Fe3+
direduksi dikatode sehingga elektrolit yang digunakan dikatode harus
mengandung ion Fe3+
, misalnya Fe(NO3)3- logam yang digunakan sebagai katode harus
merupakan logam yang tidak reaktif sehingga tidak bereaksi dengan ion-ion dalam larutan
(logam tidak dapat di gunakan sebagai katode karena akan bereaksi dengan ion Fe3+
yang dapat
menyebabkan hubungan singkat pada sel).
Andapun dapat menggunkan NaNO3 atau elektrolit inert sebagai jembatan garam.
Lelektron akan mengalir dari anode kekatode. Selanjutnya, elektron tersebut digunakan untuk
mereduksi ion Fe3+
dikatode. Karena jumlah ion Fe2+
di daerah anode semakin bertambah, anion
NO3- akan bergerak kearah anode untuk menyeimbangkannya. Anion di katode bergerak ke
jembatan garam.
Perkiraan Berlangsungnya Reaksi Redoks
Dengan memperhatikan tanda potensial sel, anda dapat mengetahui apakah suatu reaksi
dapat berlangsung. (spontan) atau tidak dapat berlangsung. Jika potensial sel hasil perhitungan
bertanda positif, reaksi dapat berlangsung (spontan). Adapun jika potensial sel hasil perhitungan
bertanda negatif, reaksi tidak dapat berlangsung (tidak spontan).
1) Cara Praktis Menentukan Potensial Sel dan Jenis Elektrode
Dalam penentun potensial sel, cara ini terutama digunakan dalam soal yang tidak
diketahui reaksi selnya.
Esel =E+ - E-
Keterangan :
E sel = potensial Sel reaksi
E + = potensial sel yang lebih positif
E - = potensial sel yang lebih negatif
Jenis elektrode pada sel Volta dapat ditentukan dengan cara berikut.
a) Katode
Ingat anion (ion negatif), berarti tergolong elektrode negatif dan memiliki
potensial lebih besar (E-).
b) Anode
Ingat anion (ion negatif), berarti tergolong elektrode negative dan memiliki
potensial lebih kecil (E-).
Bagaimana jika data reaksi sel di ketahui? Untuk menghitung potensial sel dengan data
reaksi sel yang di ketahui, anda dapat menggunakan rumusan berikut.
E sel = Eo reduksi – E
o oksidasi
Contoh Soal
Diketahui : Zn2+
(aq) + 2e- → Zn(s); E
o =+0,76 V
Ag+(aq) +e
- → Ag(s); E
o =+0,80 V
Tentukan potensial sel dari reaksi sel yang terdiri atas elektrode Zn dan elektrode Ag.
Tentukan katode dan anodenya.
Jawab
Karena tanda kedua potensial berbeda (positif dan negatif), E+ dan E- langsung dapat ditentukan,
yaitu Ag sebagai E+ dan Zn sebagai E-.
Esel =E+ - Eo
Ag – Eo
Zn = (+0,80V) – (-0,76V)
=+1,56V
Katode = E+ =Ag
Anode =E- =Zn
Ada dua cara untuk menentukan kespontanan reaksi redoks.
Pertama, carilah apakah yang melakukan reaksi reduksi merupakan E+. jika ya, berarti reaksi
tersebut spontan.
Kedua, kespontanan reaksi juga dapat ditentukan dengan melihat posisi logam pada deret volta.
Contoh soal
Diketahui :
Eo
Ag2+
│Ag = +0,80V
EoCu
2+│Cu =+0,34V
Apakah reaksi Cu2+
+2Ag → Cu + 2g+ berlangsung spontan?
Jawab
Perhatikan bahwa zat yang mengalami reaksi reduksi adalah Cu dan Eo
Cu adalah E-. oleh karena
itu, reaksi tidak berlangsung (tidak spontan). Unsur berdasarkan urutan potensial reduksinya
dirujuk dari data potensial reduksi
Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb (H)
Cu Hg Ag Pt Au
Reaksi pendekatan logam yang berlangsung, secara umum dapat dituliskan sebagai berikut.
L(s0 + M+(aq) → L
+(aq) + M(s)
Contoh reaksi pendesakan logam yang sifat spontan, yaitu reaksi antara logam seng (Zn) dan ion
Cu2+
.
CuSO4(aq) + Zn(s) → Cu(s) + ZnSO4(aq)
Contoh Soal
Tentukan reaksi berikut berlangsung spontan atau tidak?
1. Fe(s) + Ni2+
(aq) → Fe2+
(aq) + Ni(s)
Jawab
1. Reaksi berlangsung spontan karena Fe terletak disebelah kiri Ni.
2) Kegunaan Sel Volta
Aplikasi terpenting dari sel Volta atau Sel Galvani adalah baterai.
a. Baterai Biasa atau Sel Kering
Baterai biasa atau sel kering kali pertama dipatenkan oleh George Lenclanche pada 1866.
Baterai terdiri atas selongsong seng yang berfungsi sebagai anode dan batang karbon
inert (tidak reaktif) yang berfungsi sebagai katode. Batang karbon dikelilingi oleh pasta
campuran MnO2 dan sebuk karbon. Lapisan berikutnya adalah elektrolit yang juga
berbentuk pasta, terdiri atas campuran NH4C1 dan ZnC12. Secara sederhana reaksi yang
berlangsung pada baterai sebagai berikut.
Anode : Zn(s) → Zn2+
(aq) + 2e-
Katode : 2MnO2(s) + 2NH4+(aq) + 2e → Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)
NH3 yang terlarut dalam pasta akan bereaksi dengan kation Zn2+
membentuk ion
kompleks [Zn(NH3)4]2+
. Potensial sel yang dihasilkan sebesar 1,5 volt. Saat ini, baterai
biasa/sel kering muda ditemukan di pasaran
b. Baterai Alkai
Baterai alkali merupakan hasil modifikasi dari baterai biasa. Perbedaannya terletak pada
jenis elektrolitnya berupa basa KOH atau NaO. Seng berfungsi sebagai anode, katodenya
adalah MnO2.
Reaksi yang berlangsung sebagai berikut
Anode :Zn(s) + 2OH-(aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2e
-
Katode : 2MnO2(s) + H2O(l) + 2e- → MnO3(s) + 2OH
-(aq) potensial sel yang dihasilakan
oleh baterai alkali 1,5 V.
Contoh baterai alkali adalah baterai merkuri, yang umum digunakan pada jam tangan,
alat bantu pernafasan, dan alat-alat lain yang memerlukan baterai dengan ukuran kecil
potensial sel yang dihasilkan oleh baterai merkuri sebesar 1,3V.
c. Baterai Perak Oksidasi
Bentuk baterai perak oksida sangat kecil, biasanya digunakan untuk arloji, kalkulator,
atau alat-alat elektronika. Baterai ini menggunakan katode perak oksida dan anode seng,
serta lelktrolit KOH yang berbentuk pasta. Reaksi sel yang berlangsung pada
Anode : Zn(s) → Zn2+
(aq) + 2e-
Katode : Ag2O(s) + H2O(l) + 2e- → 2g(s) + 2OH
-(aq). Ion Zn
2+ akan bereaksi dengan ion
OH membentuk Zn(OH)2. Potensial sel yang dihasilkan 1,5 volt.
d. Bateri Nekel Kadmium
Anode yang digunanakan adalah kadmium, katodenya adalah nikel. Reaksi yang
berlangsung pada elektrode, yaitu
Anode : Cd(s) + 2OH-(aq) → Cd(OH)2(s) + 2e
-
Katode : NiO(OH)(s) + H2O(l) + e- → Ni(OH)2(s) + OH
-(aq)
Potensial sel yang dihasilkan oleh baterai nikel-kadmium 1,4 V.
e. Sel Aki (Accu)
Salah satu jenis sel volta yang penting. Aki terdiri atas 6 sel yang disusun seri, setiap sel
memiliki potensial 2 voltsehingga total potensial yang dihasilkan sebesar 12 volt
digolongkan kedalam sel sekunder.
Reaksi sel yang berlangsung pada elektrode saat aki sedang digunakan sebagai berikut.
Anode : Pb(s) + HSO4-(aq) → PbSO4(s) + H
+(aq) + 2e
-
Katode : PbO2(s) + 3H+(aq) + HSO4
-(aq) 2e
- → PbSO4(s) + 2H2O(l)
Reaksi selnya : Pb(s) + PbO2(s) + 2H+(aq) + 2HSO4
-(aq) → 2PbSO4(s) + 2H2O(l)
Pada kendaraan bermotor, aki diisi ulang secara kontinu dengan alat yang disebut
alternator. Dengan demikian, aki dapat bertahan dan digunakan secara terus menerus selama
beberapa tahun.
3. Sel Elektrolisisi
Ilmuan inggris, Michael Faraday, mengalirkan arus listrik ke dalam larutan elektrolit dan
ternyata dalam larutan tersebut terjadi reaksi kimia. Rangkaian alat yang menunjukkan
terjadinya reaksi kimia akibat dialirkannya arus listrik tersebut dinamakan sel elektrolisisi
Elektrolisis, yaitu sel dengan elektrolit lelehan, sel dengan elektrolit larutan dan elektrode
tidak reaktif, dan sel dengan elektrolit larutan elektrode reaktif.
a. Sel dengan Elektrolit Lelehan
Menguunakan elektrode yang tidal beraksi atua elektrode inert (tidak aktif), yaitu platina
(Pt) dan karbon (C). sel dengan elektrolit berbentuk lelehan tidak mengandung pelarut
(air), hanya mengandung kation dan anion.
Contoh soal
1. Lelehan garam KCI
Jawab
1. KCI(l) → K++C1
-
Katode : K++e
- → K …x2
Anode : 2C1- → C12+ 2e
- …x1
2KC1(l) → 2K(s) + C12(g)
b. Sel dengan Elektrolit Larutan dan Elektrode Tidak Reaktif (Elektrode Pt/C)
1) Reaksi pada Katode
Pada katode, sebagian besar kation adalah logam dan terbagi atas kation logam
golongan utama dan kation logam golongan transisi. Potensial reduksi yang lebih besar
(lebih positif) lebih mudah mengalami reduksi. Kation logam transisi antara lain : Zn2+
,
Ni2+
, Pb2+
, Cu2+
, Ag+, dan Sn
2+. Kation golongan utama (K
+, Na
+, Ca
2+, Ba
2+) memiliki
nilai potensial reduksi yang lebih kecil (lebih negatif)
2) Reaksi pada Anode
Pada anode, terjadi reaksi oksidasi anion. Anion merupakan sisa asam yang dibagi
menjadi dua jenis, yaitu anion yang tidak mengandung oksigen (C-, Br dan F
-) dan
anion yang mengandung oksigen (SO42-
, NO3-, dan CO3
2-). Anion yang tidak
mengandung oksigen cendrung lebih mudah mengalami oksidasi. Anion yang
mengndung oksigen, kecendrungannya untuk melakukan reaksi oksidasi lebih kecil
sehinggan yang akan dioksidasi adalah H2O
Contoh soal
Larutan AgNO3 menggunakan elektrode Pt
Jawab
Pada larutan AgNO3, kation Ag+ termasuk logam transisi sehingga kation tersebut
akan direduksi. Karena anion NO3- mengandung oksigen, senyawa yang akan
dioksidasi adalah H2O.
3)
c. Sel dengan Elektrolit larutan dan Elektrode Reaktif
Elektrode yang bereaksi (elektrode reaktif) adalah elektrode yang turut bereaksi dan
hanya terjadi pada anode (reaksi oksidasi). Contoh elektrode jenis ini, yaitu Cu, Ni, Zn,
Ag, Fe, dan Pb (elektrode selain Pt dan C).
1. Reaksi pada Katode
Ketentuan kation untuk sel ini sama dengan ketentuan untuk kation pada sel larutan
dan elektrode tidak bereaksi. Untuk kation golongan transisi, yang diredukasi adalah
kation tersebut, sedangkan untuk kation golongan itama yang di redukasi adalah H2O.
2. Reaksi pada Anode
Pada sel ini, anode dioksidasi langsung menjadi larutannya.
1. Larutan CuSO4 dengan elektrode Ag
Jawab : pada larutan CuSO4 kation (Cu2+
) akan direduksi di katode, sedangkan
yang dioksidasi adalah elektrode Ag.
CuSO4 (aq) → Cu2+
(aq) + SO42-
(aq)
Katode (Ag) : Cu2+
(aq) + 2 e- → Cu(s) … x 1
Anode (Ag) : Ag(s) → Ag+(aq) + e
- … x 2 +
CuCO4(aq) + 2Ag(s) → Cu(s) + 2Ag + (aq) + SO42-
(aq)
Hukum I Faradai
Michael faraday melalui hukum I menyatakan bahwa massa xar yang diendapkan atau
dilarutkan sebanding dengan muatan yang dilewatkan dalam sel dan massa molar zar
tersebut.
Keterangan :
w = Massa zat yang dihasilkan (g)
e = Massa ekuivalen
i = Kuat arus listrik (ampere)
t = Wakru (skon)
F = tetapan faraday, IF = 96.500 coulomb
hukum I Faraday ini juga dapat ditulis ilang sebagai berikut :
Keterangan :
= jumlah mol elektron
= jumlah faraday
Rumus hukum I faraday sebagai berikut
atau
Kedalam larutan NiSO4 dialirkan arus listrik 0,2 faraday. Temtukan volume gas oksigen
yang dihasilkan di anode jika diukur pada keadaan standar.
Reaksi anode : 2H2O(l) → 4e- + 4H
+ (aq) + O2(g)
1 mol O2 ekuivalen dengan 4 mol elektron, berarti nilai n = 4.
Arus listrik = 2,0 faraday.
(digunakan Mr karena O2 merupakan molekul)
= jumlah mol O2 =
Volume O2 = jumlah mol x volume molar STP = 0,05 x 22,4L = 1,12L.
Jadi, di anode dihasilkan gas O2 sebanyak 1,12L
Arus listrik dialirkan kedalam larutan NiSO4 dan larutan AgNO3 yang disusun seri dan
dihasilkan 11,8 g endapan. Jika diketahui Ar Ni = 59 g mol-1
, tentukan massa logam Ag yang
diendapkan pada larutan AgNO3.
Pada larutan I (NiSO4):
NiSO4(aq) → Ni2+
(aq) SO42-
(aq)
nNi = 2
ArNi = 59
wNi = 11,8 g
pada larutan II (AgNO3):
AgNO3(aq) → Ag+(aq) + NO3
-(aq)
nAg = 1
Ar Ag = 108
WAg =…?
Jadi, massa perak yang diendapkan = 43,2g.
Kegunaan Sel Elektrolisis
1. Pembuatan Gas
Misalnya pembutan gas oksigen, dan klorin. Untuk menghasilkan oksigen hydrogen,
anda dapat menggunakan larutan elektrolit dari kation golongan utama (K+, Na
+) dan
anion yang mengandung oksigen (SO42-
, NO3-) dengan elektrode Pt atau karbon.
2. Proses Penyempuhan Logam
Peoses penyepuhan logam dengan emas, perak, atau nikel. Bertujuan menutupi logam
yang penampilannya kurang baik atau melindungi logam yang mudah berkarat.
Contohnya, mesin kendaraan bermotor yang terbuat dari baja umumnya dilapisi kromium
agar terhindar dari korosi. Prinsip kerja proses penyepuhan adalah penggunaan sel
dengan elektrolit larutan dan elektrode reaktif. Contohnya, jika logam atau cincin dari
besi akan dilapisi emas, digunakan larutan elektrolit AuC13(aq). Logam besi (Fe)
dijadikan sebagai katode, sedangkan logam emasnya (Au) sebagai anode.
3. Pemurnian Logam
Penurnian logam dilakukan dalam pertambamgan. Logan transisi yang kotor dapat
dimurnikan dengan cara menempatkannya sebagaai anode dan logam murminya sebagai
katode. Elektrolit yang digunakan adalah elektrolit yang mengandung kation logam yang
dmurnikan. Contohnya proses pemurnian nikel menggunakan larutan NiSO4. nikel murni
digunakan sebagai katode, sedangkan nikel kotor (yang dinurnikan) digunakan saebagai
anode.