6 Sel elektrokimia Buku Paket Lengkap Kelas X SMK/MAK Kurikulum KTSP 2006 smk10 Kimia Ratna

173 sebuah anoda l ogam t embaga bereaksi memberikan l arut an biru yang mengandung ion t embaga II bersamaan dengan ion perak yang mel apisi kat oda perak dal am sebuah sel Gal vani.

9. 6 Sel elektrokimia

Gambar 9. 3. Sel el ekt rokimia El ekt rokimia : Hubungan Reaksi kimia dengan daya gerak l ist rik al iran elekt ron • Reaksi kimia menghasil- kan daya gerak list rik sel galvani • Daya gerak l ist rik menghasil kan reaksi kimia sel el ekt rol isa Sel elekt rokimia : sist em yang t erdiri dari elekt roda yang t ercelup pada larut an elekt rolit . 1. Sel Volta Galvani a. Prinsip-prinsip sel volta atau sel galvani : • Gerakan el ekt ron dal am sirkuit ekst ernal akibat adanya reaksi redoks. Gambar 9. 4. Cont oh sel gal vani Di unduh dari : Bukupaket.com 174 • At uran sel Volt a: - Terj adi perubahan : energi kimia Æ energi l ist rik - Pada anoda, el ekt ron adal ah produk dari reaksi oksidasi; anoda kut ub negat if - Pada kat oda, el ekt ron adal ah reakt an dari reaksi reduksi; kat oda = kut ub posit if - Elekt ron mengalir dari anoda ke kat oda b. Konsep - konsep sel volta: Sel Vol t a 1. Deret Volt a Nerst a. Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn Fe Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt , Au b. Makin ke kanan, mudah direduksi dan sukar dioksidasi. Makin ke kiri, mudah dioksidasi, makin akt if , dan sukar direduksi. Prinsip: 2. Anoda t erj adi reaksi oksidasi ; kat oda t erj adi reaksi reduksi 3. Arus el ekt ron : anoda Æ kat oda ; arus l ist rik : kat oda Æ anoda 4. Jembat an garam : menyet imbangkan ion-ion dalam l arut an Cont oh dari sel galvani : Gambar 9. 5. Sel Vol t a Not asi sel : Zn Zn +2 Cu +2 Cu = pot ensial ½ sel = pot ensial sambungan Sel cel l j unct ion pot ent ial ; j embat an garam Di unduh dari : Bukupaket.com 175

c. Macam-macam sel volta

Gambar 9. 6 Al essandro G. Vol t a 1. Sel Kering at au Sel Lecl ance Sel ini sering dipakai unt uk radio, t ape, sent er, mainan anak-anak, dll. Kat odanya sebagai t erminal posit if t erdiri at as karbon dal am bent uk graf it yang t erl indungi ol eh past a karbon, MnO 2 dan NH 4 Cl 2 Anodanya adal ah l apisan l uar yang t erbuat dari seng dan muncul dibagian bawah bat erai sebagai t erminal negat if . El ekt rol it : Campuran berupa past a : MnO 2 + NH 4 Cl + sedikit Air Reaksi anoda adal ah oksidasi dari seng Zn s Æ Zn 2+ aq + 2e - Reaksi kat odanya berl angsung l ebih rumit dan suat u campuran hasil akan t erbent uk. Salah sat u reaksi yang pal ing pent ing adal ah : 2MnO 2s + 2NH 4 + aq + 2e - Æ Mn 2 O 3s + 2NH 3aq + H 2 O Amonia yang t erj adi pada kat oda akan bereaksi dengan Zn 2+ yang dihasil kan pada anoda dan memben- t uk ion ZnNH 3 4 2+ . 2. Sel Aki Kat oda: PbO 2 Anoda : Pb Elekt rolit : Larut an H 2 SO 4 Reaksinya adal ah : PbO 2s + 4H + aq + SO 4 2- aq Æ PbSO 4s + 2H 2 O kat oda Pb s + SO 4 2- aq Æ PbSO 4s + 2e - anoda PbO 2s + Pb s + 4H + aq + 2SO 4 2- aq Æ 2PbSO 4s + 2H 2 O t ot al Pada saat selnya berf ungsi, konsent rasi asam sul f at akan berkurang karena ia t erlibat dalam reaksi t ersebut . Di unduh dari : Bukupaket.com 176 Keunt ungan dari bat erai j enis ini adal ah bahwa ia dapat diisi ul ang recharge dengan memberinya t egangan dari sumber luar melalui proses elekt rolisis, dengan reaksi : 2PbSO 4s + 2H 2 O Æ PbO 2s + Pb s + 4H + aq + 2SO 4 2- aq t ot al Kerugian dari bat erai j enis ini adal ah, secara bent uk, ia t erlalu berat dan lagi ia mengandung asam sulf at yang dapat saj a t ercecer ket i ka dipindah-pindahkan. 3. Sel Bahan Bakar Elekt roda : Ni Elekt rolit : Larut an KOH Bahan Bakar : H 2 dan O 2 4. Bat erai Ni - Cd Disebut j uga bat erai ni-cad yang dapat diisi ul ang muat annya dan yang umum dipakai pada alat -al at el ekt ronik peka. Pot ensialnya adal ah 1, 4 Vol t . Kat oda : NiO 2 dengan sedikit air Anoda : Cd Reaksinya : Cd s + 2OH - aq Æ CdOH 2s + 2e - 2e - + NiO 2s + 2H 2 O Æ NiOH 2s + 2OH - aq Bat erai ini l ebih mahal dari bat erai biasa. c. Potensial sel : - Gaya yang dibut uhkan unt uk mendorong el ekt ron melal ui sirkuit ekst ernal Not asi pot ensial sel = E cel l; sat uan Volt = Joule Coulomb • Pot ensial sel dihasilkan dari sel Galvani • Pot ensial sel t ergant ung pada suhu, konsent rasi ion dan t ekanan parsial gas dal am sel ; Pot ensial sel st andar E sel : pot ensial pada 25 C, konsent rasi ion 1 M dan t ekanan parsial 1 at m • Pot ensial sel st andar dihit ung dengan menggunakan pot ensial- pot ensial st andar zat -zat yang mengal ami redoks E sel = E oks + E red ; E oks = pot ensial st andar zat yang mengal ami oksidasi E red = pot ensial st andar zat yang mengal ami reduksi • Dal am t abel pot ensial st andar sel al u dicant umkan pot ensial reduksi st andar, sehingga E oks = - E red • Pot ensial reduksi st andar dit ent ukan dengan el ekt r oda st andar d. Reaksi sel • Reaksi sel = j uml ah reaksi ½ sel • Reaksi redoks sel gal vani sist em Zn Zn +2 Cu +2 Cu: Di unduh dari : Bukupaket.com 177 Cu 2+ aq + Zn s o Cu s + Zn 2+ aq • Reaksi ½ sel dapat dit ul is: Cu 2+ aq + 2 e - o Cu s Q = 1 [ Cu 2+ ] Zn 2+ aq + 2 e - o Zn s Q = 1 [ Zn 2+ ] Secara umum Ÿ Q cel l = [ Zn 2+ ] [ Cu 2+ ]

e. Penent uan pot ensial reduksi dengan elekt roda standar Pot ensial Zn Cu :

Zn Zn +2 Cu +2 Cu: E sel = E oks Zn + E red H+ ; + 0. 76 = - E red Zn + 0 E red Zn = -0. 76 V t anda negat if menunj ukkan bahwa Zn l ebih sul it direduksi dibandingkan dengan H 2 Reaksi yang t erj adi adal ah : • Cu 2+ aq + 2 e - o Cu s E 1 = + 0. 34 V Zn 2+ aq + 2 e - o Zn s E 2 = - 0. 76 V • E 2 E 1 , maka didal am sist em, Cu +2 akan mengalami reduksi dan Zn akan t eroksidasi : • Cu 2+ aq + 2 e - o Cu s E 1 = + 0. 34 V Zn s o Zn 2+ aq + 2 e - E 2 = + 0. 76 V Cu 2+ aq + Zn s o Cu s + Zn 2+ aq E sel = + 1. 10 V

f. Spontanitas reaksi dan potensial sel

• Reaksi spont an: Δ G 0 Δ G = - n F E sel Dimana : Δ G = - n F E sel ; n = j umlah el ekt ron mol ; F = muat an 1 mol el ekt ron; 1 F = 96500 C; E sel = pot ensial sel ; E sel = pot ensial sel st andar Δ G 0, maka Esel 0 • Cont oh Cr +3 aq + 3e Æ Cr s E Cr = - 0. 74 V Zn +2 aq + 2e Æ Zn s E Zn = - 0. 76 V Karena E Zn E Cr , Zn akan mengal ami oksidasi. Reaksi sel yang akan t erj adi Cr +3 aq + 3e Æ Cr s } x 2 E Cr = - 0. 74 V Zn s Æ Zn +2 aq + 2e } x 3 E Zn = + 0. 76 V 2Cr +3 aq + 3 Zn s Æ Zn +2 + 2 Cr s E sel = 0. 02 V 0 Reaksi spont an Di unduh dari : Bukupaket.com 178 Tabel 9. 1. Pot ensial reduksi st andar g. Fenomena umum sel dengan reaksi spontan galvani • Makin besar perbedaan harga E qred, makin besar harga E qcell. • Dalam sel galvani dengan reaksi spontan E qred katoda lebih positif dari E qred anoda. Di unduh dari : Bukupaket.com 179 Contoh Soal : Tul iskan reaksi el ekt rol isis l arut an CuCl 2 dengan el ekt roda Pt . Jawab : Karena bukan t ermasuk logam golongan IA dan IIA, maka pada kat oda yang direduksi adal ah kat ion l ogam Cu. Cu 2+ + 2e Æ Cu Anoda dengan el ekt roda inert t idak bereaksi j ika anionnya t idak mengandung O, maka yang dioksidasi adal ah anion t ersebut . 2Cl ¯ Æ Cl 2 + 2e Kat oda : Cu 2+ + 2e Æ Cu Anoda : 2Cl ¯ Æ Cl 2 + 2e Reaksi t ot al : Cu 2+ + 2Cl ¯ Æ Cu + Cl 2 CuCl 2 Æ Cu + Cl 2 Dengan demikian reaksi elekt rol isisnya adal ah CuCl 2 Æ Cu + Cl 2 Aplikasi sel galvani a. aki mobil b. bat erai alkalin c. Prot eksi besi oleh Zn t erhadap korosi

a. Aki mobil

Gambar 9. 7. Aki mobil - Baterai mobil 12 V dengan 6 pasang katodaanoda yang masing-masing menghasilkan 2 V. - Katoda : PbO 2 pada jaringan logam dalam asam sulfat : PbO 2s + SO 4 2- aq + 4H + aq + 2e - o PbSO 4s + 2H 2 O l . - Anode: Pb : Pb s + SO 4 2- aq o PbSO 4s + 2e - Di unduh dari : Bukupaket.com 180 Bat erai bervariasi dal am ukuran dan bahan kimianya, sepert i aki mobil , sel al kal in dan sel kering.

b. Baterai alkalin

Gambar 9. 8. Bat erai al kal in

c. Proteksi besi oleh Zn terhadap korosi

Gambar 9. 9. Prot eksi Fe ol eh Zn t erhadap korosi 2. Sel Elektrolisis • Terj adi perubahan : energi l ist rik Æ energi kimia • El ekt rol isa adal ah reaksi non-spont an yang berj alan akibat adanya arus aliran elekt ron ekst ernal yang dihasilkan oleh suat u pembangkit l ist rik. . • Pada sel el ekt rol it ik „ Anoda: Zn cap: Zn s o Zn 2+ aq + 2e - „ katoda: MnO 2 , NH 4 Cl dan pasta karbon : 2 NH 4 + aq + 2 MnO 2s + 2e - o Mn 2 O 3s + 2NH 3aq + 2H 2 O l „ batang grafit didalam katoda inert dipusat. „ Baterai alkalin NH 4 Cl dapat Di unduh dari : Bukupaket.com

181

– Kat oda bermuat an negat if at au disebut elekt roda – Terj adi reaksi reduksi Jenis l ogam t idak diper- hat ikan, kecual i l ogam Al kal i IA dengan Alkali t anahIIA, Al dan Mn - Reaksi : 2 H + aq + 2e - Æ H 2g ion golongan IA IIA t idak di reduksi; dan penggant inya air 2 H 2 O l + 2 e - Æ basa + H 2g ion-ion lain direduksi – Anoda bermuat an posit if + at au disebut el ekt roda + - Terj adi reaksi oksidasi - Jenis l ogam diperhat ikan a. Anoda : Pt at au C elekt roda inert reaksi : 4OH - aq Æ 2H 2 O l + O 2g + 4e - gugus asam beroksigen t idak t eroksidasi, digant i ol eh 2 H 2 O l Æ asam + O 2g golongan VIIA hal ogen Æ gas b. Anoda bukan : Pt at au C reaksi : bereaksi dengan anoda membent uk garam at au senyawa l ain. Gambar 9. 10. El ekt rol isa cairan NaCl Di unduh dari : Bukupaket.com 182

a. Aplikasi elektrolisis

1. Elekt roplat t ing Gambar 9. 11. El ekt ropl at t ing El ekt ropl at t ing adal ah apl ikasi el ekt rol isis pada pel apisan suat u l ogam at as l ogam yang l ain. Teknik ini bisa dipakai unt uk memperbaiki penampakan dan daya t ahan suat u l ogam. Cont ohnya, suat u l apisan t ipis logam chromium pada bemper baj a mobil unt uk membuat nya menarik dan mel indunginya dari karat . Pel apisan emas dan perak dil akukan pada barang-barang perhiasan yang berasal dari bahan-bahan l ogam yang murah. Berbagai lapisan-l apisan t ipis logam t ersebut ket ebalannya berkisar ant ara 0, 03 s d 0, 05 mm. 2. Pembuat an Al uminium Bauksit adalah bij i al uminium yang mengandung Al 2 O 3 - . Unt uk mendapat kan aluminium, bij ih t ersebut dimurnikan dan Al 2 O 3 nya dil arut kan dan didisosiasikan dal am l arut an elekt rolit ‚ eryolit e’ . Pada kat oda, ion-ion aluminium direduksi menghasil kan l ogam yang t erbent uk sebagai l apisan t ipis dibagian bawah wadah el ekt rol it . Pada anoda yang t erbuat dari karbon, ion oksida t eroksidasi menghasilkan O 2 bebas. Reaksinya adal ah : Al 3+ + 3 e - Æ Al l kat oda 2 O 2- Æ O 2g + 4 e - anoda 4 Al 3+ +6 O 2- Æ 4Al l + 3 O 2g t ot al 3. Pembuat an Magnesium Sumber ut ama magnesium adal ah air l aut . Mg 2+ mempunyai kel impahan t erbesar ket iga dal am l aut , kal ahannya ol eh ion nat rium dan ion kl orida. Unt uk Di unduh dari : Bukupaket.com 183 memperol eh magnesium, MgOH 2 diendapkan dari air l aut . Pemisahan it u dil akukan dengan cara f il t rasi dan l al u dilarut kan dalam asam hidroklorit . MgOH 2 + 2HCl Æ MgCl 2 + 2H 2 O Larut an MgCl 2 diuapkan dan menghasilkan MgCl 2 padat yang lalu dilelehkan dan akhirnya di elekt rolisa. Magnesium bebas akan diendapkan pada kat oda dan gas kl orin dihasil kan pada anoda. MgCl 2l Æ Mg l + Cl 2g 4. Penyulingan Tembaga Sal ah sat u elekt rol isis yang pal ing menarik adal ah pemurnian at au penyul ingan l ogam t embaga. Tembaga dapat dimbil dari bij inya, edngan cara ini sampai ke t ingkat kemurnian 99. Pengot ornya sebagian besar adalah perak, emas, pl at ina, besi dan seng menurunkan kondukt ivit as l ist rik t embaga secara drast is sehingga harus disul ing ul ang sebel um dipakai sebagai kawat at au kabel . Gambar 9. 12. Sel penyul ingan t embaga Tembaga t idak murni dipakai sebagai el ekt roda sebagai anoda pada sel el ekt rol isis yang mengandung l arut an t embaga sulf at dan asam sulf at sebagai elekt rolit . Kat oda pada sist em ini adal ah t embaga dengan kemurnian t inggi. Jika sel nya dij alankan pada t egangan yang diperl ukan, hanay t embaga dan pengot ornya yang l ebih mudah t eroksidasi daripada t embaga, seng dan besi yang l arut disekit ar anoda. Logam-logam yang kurang akt i f akan runt uh dan mengendap dibagian dasar wadah. Pada kat oda, ion t embaga direduksi t et api ion seng dan ion besi t ert inggal dilarut an karena lebih sukar t ereduksi dari pada t embaga. Secara pel an-pel an Fe 2+ , Zn 2+ , Cu 2+ , SO 4 2- Di unduh dari : Bukupaket.com 184 t embaga anoda t erlarut dan t embaga kat oda makin t umbuh. Suat u saat t embaga akan mempunyai kemurnian 99, 95 Kot oran yang t erkumpul dibagian bawah biasanya disebut sebgai anoda, dapat dipindahkan secara periodik dan nil ai perak, emas dan pl at ina dapat pul a dihit ung unt uk memperoleh t ot al ef isiensi pelaksanaan proses penyulingan. 5. El ekt rol isis Brine Brine =’ air asin’ adal ah l arut an nat rium kl orida j enuh. Pada kat oda, air lebih mudah direduksi daripada ion nat rium dan gas H 2 akan t erbent uk. Reaksi : 2e - + 2H 2 O Æ H 2g + 2OH - aq Walaupun air lebih mudah t eroksidasi daripada ion klorida, namun sepert i t elah disebut bahwa ada f akt or-f akt or yang kompl eks yang mempengaruhi sehingga yang t eroksidasi adal ah ion klorida.

9. 7 Potensial elektroda