SEL ELEKTROKIMIA

By RazHfaa

TUJUAN PEMBELAJARAN

Menyebutkan ciri-ciri terjadinya reaksi kimia dengan benar.

Mendemonstrasikan reaksi redoks yang berlangsung secara spontan dan tidak spontan dengan benar.

Menyimpulkan ciri-ciri reaksi redoks yang berlangsung secara spontan dengan tepat.

Menggambarkan susunan sel Volta atau sel Galvani dengan benar.

Menjelaskan fungsi tiap bagian sel Volta atau sel Galvani dengan benar.

Menjelaskan bagaimana energi listrik dihasilkan dari reaksi redoks dalam sel Volta dengan benar.

Menuliskan lambang sel dan reaksi-reaksi yang terjadi pada sel Volta dengan tepat.

LAKUKAN KEGIATAN BERIKUT INI !

1. Masukkan 10 mL larutan CuSO4 ke dalam gelas kimia 1. Masukkan pula ke dalamnya sepotong logam seng. Amati apa yang terjadi !

2. Masukkan 10 mL larutan ZnSO4 ke dalam gelas kimia 2. Masukkan pula ke dalamnya sepotong logam tembaga. Amati apa yang terjadi !

DARI KEGIATAN TERSEBUT : Diskusikan dengan kelompokmu : Manakah yang terjadi reaksi ? Manakah yang tidak terjadi reaksi? Reaksi yang terjadi tadi disebut reaksi redoks

spontan. Sedangkan yang tidak terjadi disebut reaksi tidak

spontan Apakah yang dimaksud reaksi redoks spontan ? Apa saja ciri-ciri reaksi redoks spontan ? Tuliskan persamaan reaksinya dalam bentuk molekul

dan dalam bentuk ion ! Presentasikan di depan kelas !

PERSAMAAN REAKSI DARI KEGIATAN TSB. :

Zn(s) + CuSO4 (aq) Cu(s) + ZnSO4 (aq)

Cu(s) + ZnSO4 (aq)

Reaksi yang terjadi dapat dituliskan dalam bentuk ion, sebagai berikut :

Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

Reaksi redoks spontan adalah reaksi redoks yang berlangsung serta merta (dapat terjadi reaksi).

Ciri reaksi redoks spontan adalah reaksi terjadi dengan sendirinya dan ciri-ciri yang lainnya sama seperti ciri-ciri reaksi pada umumnya, yaitu :1. terjadi perubahan warna2. terjadi perubahan suhu3. terbentuk gas4. terbentuk endapan

Reaksi tersebut dapat dituliskan setengah

reaksinya sebagai berikut :

Apakah reaksi tersebut menghasilkan listrik ? Apakah yang dimaksud listrik ?

R. Oksidasi : Zn(s) Zn2+(aq) + 2e–

Cu2+(aq) + 2e– Cu(s) R. Reduksi :

Apakah reaksi tersebut dapat menghasilkan listrik ? (Dapatkah reaksi tersebut menghasilkan listrik ?)

Bagaimana caranya ?

Bagaimana arus listrik terjadi ?

Apa nama rangkaian alat tersebut ?

e

SEL ELEKTROKIMIA Adalah suatu sel yang mengubah

(tempat terjadinya) reaksi kimia menjadi listrik atau listrik menjadi reaksi kimia.

Jadi.... Ada 2 jenis sel elektrokimia, yaitu :1. Sel Volta / Sel Galvani2. Sel Elektrolisis

SEL VOLTA / SEL GALVANI

Adalah sel elektrokimia yang mengubah reaksi kimia menjadi listrik.

Terjadi pada reaksi redoks spontan

CONTOH RANGKAIAN SEL VOLTA

e

BAGIAN-BAGIAN SEL VOLTA DAN FUNGSINYA

1. Elektroda, berupa logam :a. Anoda (kutub –), yaitu elektroda tempat berlangsungnya reaksi oksidasib. Katoda (kutub +), yaitu elektroda tempat berlangsungnya reaksi reduksiDalam contoh : anoda adalah logam Zn dan

katoda adalah logam Cu

2. Larutan elektrolit dari logamnya, Dalam contoh : larutan Zn2+ dan larutan Cu2+

BAGIAN-BAGIAN SEL VOLTA DAN FUNGSINYA

3. Kawat penghantar, untuk mengalirkan elektron dari anoda ke katoda

4. Jembatan garam : larutan jenuh garam dalam agar-agara. Sebagai penutup rangkaian selb. Untuk menyeimbangkan/menyetarakan

muatan dalam elektrolitContoh garam : NaCl, KCl, KNO3, NaNO3

dll.5. Voltmeter : pengukur adanya arus listrik

REAKSI-REAKSI YANG TERJADI PADA SEL VOLTA

R. Oksidasi (A) : Zn(s) Zn2+(aq) + 2e–

Cu2+(aq) + 2e– Cu(s) R. Reduksi (K) :Reaksi Sel : Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

Penulisan reaksi sel dapat disingkat dengan : notasi/diagram/lambang sel, secara

umum yaitu sebagai berikut :

Logam ion ion Logam(oksidasi) (reduksi)

Jadi dari contoh reaksi sel tersebut, maka notasi selnya

dapat dituliskan sebagai berikut: Zn(s) Zn2+(aq) Cu2+(aq) Cu(s)Catatan : koefisien tidak perlu dituliskan

dalam notasi sel

maka notasi selnya adalah : Zn(s) Zn2+(aq) Ag+(aq) Ag(s)

Zn(s) + 2 Ag+(aq) Zn2+(aq) + 2 Ag(s)

Misalnya untuk reaksi sel :

SOAL LATIHAN

1. Gambarlah rangkaian sel Volta untuk reaksi sel :

2. Tuliskan notasi sel untuk reaksi-reaksi :a.b.c.

3. Tuliskan reaksi sel berdasarkan notasi sel berikut ini :a. Al Al3+ Zn2+ Znb. Mg Mg2+ Pb2+ Pbc. Al Al3+ Ag+ Ag

Cu(s) + 2 Ag+(aq) Cu2+(aq) + 2 Ag(s)

2 Ag+(aq) + Mg(s) 2 Ag(s) + Mg2+(aq)

Cu2+(aq) + Fe(s) Cu(s) + Fe2+(aq)

Ni(s) + Zn2+(aq) Ni2+(aq) + Zn)

Menjelaskan potensial elektroda standar dan deret volta dengan lengkap.

Menghitung potensial sel berdasarkan data potensial standar dengan tepat

Meramalkan berlangsung atau tidaknya suatu reaksi dengan benar

POTENSIAL SEL

TUJUAN PEMBELAJARAN

POTENSIAL SEL

e

Perhatikan kembali rangkaian sel Volta berikut ini !

Bagaimana jika Cu ditempatkan sebagai anoda dan Zn sebagai katoda ? Apakah reaksi akan berlangsung ? Apakah reaksi akan menghasilkan listrik ?

Ada zat-zat yang mudah melepas elektron / mengalami oksidasi dan ada zat-zat yang mudah mengikat elektron / mengalami reduksi.

Potensial listrik adalah besarnya tegangan listrik yang timbul pada saat suatu zat teroksidasi atau tereduksi

Adanya perbedaan kecenderungan melepaskan elektron menghasilkan perbedaan rapatan muatan antara kedua elektroda.Dan akibat perbedaan rapatan muatan, maka potensial listrik pada masing-masing setengah sel (elektroda) pun berbeda.

Potensial listrik dari suatu setengah sel (disebut potensial elektroda) tidak dapat diukur sendiri-sendiri. Yang dapat diukur adalah potensial listrik antara dua setengah sel yang dirangkaikan, yang disebut potensial sel dan dilambangkan Esel .

Jadi, potensial sel (Esel) merupakan selisih potensial listrik dari kedua setengah sel (elektroda)

POTENSIAL ELEKTRODA Untuk mengukur potensial suatu elektroda, para ahli

kimia telah memilih elektroda hidrogen standar sebagai elektroda pembanding.

Elektroda hidrogen dibuat dari gas hidrogen yang dialirkan ke dalam larutan H+ 1 M. Sebagai penghantar elektron digunakan lempeng logam platina (Pt).

Potensial elektroda hidrogen ditetapkan = 0 Volt Jadi dalam pengukuran ini, potensial sel yang dihasilkan

merupakan potensial elektroda dari setengah sel (elektroda) yang diukur, yang dilambangkan Eelektroda.

Pengukuran dilakukan pada keadaan standar yaitu pada suhu 250C, tekanan 1 atm dan konsentrasi elektrolit 1 M, sehingga lambang untuk potensial elektroda E0

elektroda.

Gas H2

Pt

H+ 1 MZn2+

1 M

Zn

Voltmeter

Contoh

0,76

Persamaan reaksi yang terjadi:Anoda(–) : Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e–

Katoda(+) : 2 H+(aq) + 2 e– → H2(g)Reaksi sel : Zn(s) + 2 H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)

Pada sel ini, Zn lebih mudah teroksidasi daripada hidrogen, maka E0

oksidasi Zn bertanda + (+ 0,76 Volt).Untuk elektroda lain yang lebih mudah tereduksi daripada hidrogen, maka E0

reduksi elektroda tersebut bertanda +.

Namun, berdasarkan konvensi, data potensial elektroda standar dituliskan sebagai potensial reduksinya, maka harga potensial oksidasi yang bertanda positif menjadi bertanda negatif.Perhatikan data potensial elektroda di bukumu ! Semuanya merupakan harga E0

reduksi

BERDASARKAN DATA POTENSIAL REDUKSI

Semakin negatif, semakin mudah mengalami

oksidasi (melepaskan elektron) dan semakin kuat sifat reduktornya Semakin positif, semakin mudah mengalami

reduksi (menangkap elektron) dan semakin kuat sifat oksidatornya

Bandingkan :Ca dengan Zn, Mg dengan Fe, Cd dengan Pb, Ni dengan AlManakah yang lebih mudah mengalami oksidasi dan lebih mudah mengalami reduksi? Manakah yang bersifat reduktor dan oksidator ?Manakah yang dapat bertindak sebagai katoda dan sebagai anoda ?

E0sel = E0

katoda – E0anoda

E0sel = E0

reduksi – E0

oksidasi

E0sel BERDASARKAN DATA E0reduksi

Ingat : Koefisien reaksi diabaikan !

Meramalkan berlangsungnya reaksi dari E0sel

Jika harga E0sel = + , maka reaksi dapat berlangsung (spontan)

Jika harga E0sel = – , maka reaksi tidak dapat berlangsung (tak spontan)

Sebuah sel Volta menggunakan elektroda nikel dalam larutan NiSO4 dan elektroda Ag dalam larutan Ag2SO4. Tentukan potensial sel yang terjadi jika E0Ni = –0,25 volt dan E0 Ag = +0,80 volt. Tunjukkan mana yang bertindak sebagai katoda dan anoda dalam sel ini.JawabOleh karena E0 Ni lebih kecil daripada E0 Ag maka Ni lebih mudah teroksidasi dibandingkan Ag.Eosel = E0reduksi – E0oksidasi = E0Ag – E0Ni = +0,80 V – (–0,25 V) = +1,05 VJadi, Ni sebagai anoda dan Ag sebagai katoda dengan potensial sel +1,05 V.

Example 1

Example 2

Diketahui:Zn2+(aq) + Fe(s) → Zn(s) + Fe2+(aq) Eo =–0,32 voltFe(s) + Cu2+(aq) →Fe2+(aq) + Cu(s) Eo = 0,78 voltBerapakah potensial standar dari sel:Zn(s) + Cu2+(aq) →Zn2+(aq) + Cu(s)

PembahasanZn(s) + Fe2+(aq)→Zn2+(aq) + Fe(s) Eo = 0,32 voltFe(s) + Cu2+(aq) →Fe2+(aq) + Cu(s) Eo = 0,78 volt +Zn(s) + Cu2+(aq) →Zn2+(aq) + Cu(s) Eo = 1,10 volt

DERET VOLTA

Susunan unsur-unsur logam berdasarkan potensial elektrodestandarnya

Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb [H] Sb Bi

Cu Hg Ag Pt Au Makin ke kiri letak logam dalam deret Volta,

maka :- logam makin reaktif (mudah melepaskan elektron / mudah

mengalami oksidasi)- logam merupakan reduktor yang semakin kuat

Makin ke kanan letak logam dalam deret Volta, maka :- logam makin kurang reaktif (makin sulit melepas elektron / ionnya mudah mengikat elektron / mudah mengalami reduksi)- logam merupakan oksidator yang semakin kuat

REAKSI PENDESAKAN DAN MERAMALKAN BERLANGSUNGNYA REAKSI

berdasarkan deret Volta Logam di kiri dapat mereduksi

(mendesak) larutan / ion logam di sebelah kanannya (dalam deret Volta) menjadi logamnya.

Logam + Larutan /ion → Larutan /ion + Logam

↓ ↓ di kiri di kanan (dalam deret Volta)Maka reaksi tersebut dapat berlangsung

REAKSI PENDESAKAN (berdasarkan deret volta)

Example :

1. Zn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu(s)

Reaksi ini dapat berlangsung karena Zn yang berada di sebelah kiri Cu (dalam deret Volta) sebagai logam dan Cu yang berada di sebelah kanan Zn sebagai larutan

2. Cu(s) + ZnSO4(aq) → CuSO4(aq) + Zn(s)

Reaksi ini tidak dapat berlangsung

karena Zn yang berada di sebelah kiri Cu (dalam deret Volta) sebagai larutan dan Cu yang berada di sebelah kanan Zn sebagai logam

DAPAT BERLANGSUNG / TIDAK REAKSI-REAKSI DI BAWAH INI ?

1. Mg + ZnSO4 → MgSO4 + Zn

2. 2 NaCl + Fe → FeCl2 + 2 Na

3. NiCl2 + 2 K → Ni + 2 KCl

4. 3 Ca + 2 Cr3+ → 3 Ca2+ + Cr5. 3 Pb2+ + 2 Al → 3 Pb + 2 Al3+

APLIKASI SEL VOLTA DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

1. Sel Kering (Sel Leclanche)

3. Sel Aki

4. Sel Perak Oksida

5. Sel Nikel Cadmium (Nikad)

6. Sel Bahan Bakar

2. Baterai Alkalin

1. Sel Kering (Sel Leclanche)

Persamaan reaksinya :Anoda : Zn Zn2+ + 2e

Katoda : 2MnO2 + 2NH+ + 2e Mn2O3 + H2O + 2NH3

Reaksi sel : 2MnO2 + 2H+ + Zn Zn2+ + Mn2O3 + H2O + 2NH3

Amonia yang dihasilkan bereaksi dengan Zn2+

membentuk[Zn(NH3)4]2

+

Dikenal sebagai batu baterai

Terdiri dari anoda logam zink (Zn) dan katoda karbon (grafit / C)

Elektrolit : pasta campuran MnO2, serbuk karbon dan NH4Cl serta ZnCl2

Potensial sel yang dihasilkan : 1,5 V

Pasta

Batang karbon (katoda)Rongga

Zn (anoda)

+

–

Sebagai pengganti batu baterai

Terdiri dari anoda logam zink (Zn) dan katoda MnO2

Elektrolit : KOH

Potensial sel yang dihasilkan : 1,54 V

2. Baterai Alkalin

Persamaan reaksinya :

Anode : Zn(s) + 2OH▬(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e

Katode : 2MnO2(s) + 2H2O(l) + 2e → 2MnO(OH)(s) + 2OH▬(aq)

Reaksi sel : Zn(s) + 2H2O(l) + 2MnO2(s) → Zn(OH)2(s) + 2MnO(OH)(s)

3. Sel Aki / Sel SekunderDisebut juga sebagai sel penyimpan, karena dapat berfungsi penyimpan listrik dan pada setiap saat dapat dikeluarkan . Anodanya logam timbal (Pb) dan katodanya PbO2. Terdiri dari 6 sel dan setiap sel mempunyai potensial 2 Volt. Jadi jumlah potensial seluruhnya 12 Volt. Elektrolitnya larutan H2SO4 30%Reaksi penggunaan / pengosongan aki :

Anode : Pb + SO4 2▬ PbSO4 + 2e

Katode : PbO2 + SO42▬ + 4H+ + 2e PbSO4 +

2H2O

Reaksi sel : Pb + 2SO4 2▬ + PbO2 + 4H+ 2PbSO4 + 2H2O Reaksi Pengisian aki :

2PbSO4 + 2H2O Pb + 2SO4 2▬ + PbO2 + 4H+

ACCU

4. Sel Perak Oksida

Sel ini banyak digunakan untuk alroji, kalkulator dan alat elektronik.

Anodanya Zn dan katodanya Ag2O. Sedangkan elektrolitnya adalah pasta KOH

Reaksi yang terjadi :

Anoda : Zn(s) + 2OH▬(l) Zn(OH)2(s) + 2eKatoda : Ag2O(s) + H2O(l) + 2e 2Ag(s) + 2OH▬(aq) Reaksi Sel : Zn(s) + Ag2O(s) + H2O(l) Zn(OH)2(s) + 2Ag(s) Potensial sel yang dihasilkan adalah 1,5 V

5. Sel Nikel Cadmium (Nikad)Sel Nicad merupakan sel kering yang dapat diisi kembali (rechargable). Anodenya terbuat dari Cd dan katodenya berupa Ni. Elektrolitnya KOH. Beda potensial yang dihasilkan sebesar 1,4 V.

Reaksinya dapat balik :

Reaksi yang terjadi :Anoda : Cd(s) + 2OH▬ → Cd(OH)2(s) + 2e Katoda : NiO(s) + 2H2O(l) + 2e → Ni(OH)2(s) + 2OH▬ Reaksi sel : Cd(s) + NiO(s) + 2 H2O(l) ↔ Cd(OH)2(s) + Ni(OH)2(s)

6. Sel Bahan Bakar

Sel hidrogen-oksigen termasuk jenis sel bahan bakar yang terus-menerus dapat berfungsi selama bahan-bahan secara tetap dialirkan ke dalamnya.Sel ini digunakan pada pesawat ruang angkasa.Sel hidrogen-oksigen terdiri atas anode dari lempeng nikel berpori yang dialiri gas hidrogen dan katode dari lempeng nikel oksida berpori yang dialiri gas oksigen. Elektrolitnya adalah larutan KOH pekat.

Reaksi yang terjadi :

Anode : 2H2(g) + 4OH▬aq) → 4H2O(l) + 4eKatode : O2(g) + 2H2O(l) + 4e → 4OH▬(aq) Reaksi sel : 2H2(g) + O2 → 2H2O(l)