Reaksi Sel dan Potensial Sel Prinsip-Prinsip Sel Volta dalam Kehidupan Sehari-hari

Reaksi Redoks dan Elektrokimia 35 Kupas Tuntas Setengah Reaksi E° V F 2 g + 2 e – U 2 F – aq S 2 O 8 2– aq + 2 e – U 2 SO 4 2– aq PbO 2 s + HSO 4 – aq + 3 H + aq + 2 e – U PbSO 4 s + 2 H 2 O 2 HOClaq + 2 H + aq + 2 e – U Cl 2 g + 2 H 2 O MnO 4 – aq + 8 H + aq + 5 e – U Mn 2+ aq + 4 H 2 O PbO 2 s + 4 H + aq + 2 e – U Pb 2+ aq + 2 H 2 O BrO 3 – aq + 6 H + aq + 6 e – U Br – aq + 3 H 2 O Au 3+ aq + 3 e – U Aus Cl 2 g + 2 e – U 2 Cl – aq O 2 g + 4 H + aq + 4 e – U 2 H 2 O Br 2 aq + 2 e – U 2 Br – aq NO 3 – aq + 4 H + aq + 3 e – U NOg + 2 H 2 O Ag + aq + e – U Ags Fe 3+ aq + e – U Fe 2+ aq I 2 s + 2 e – U 2 I – aq NiO 2 s + 2 H 2 O + 2 e – U NiOH 2 s + 2 OH – aq Cu 2+ aq + 2 e – U Cus SO 4 2– aq + 4 H + aq + 2 e – U NiOH 2 s + 2 OH – aq AgBrs + e – U Ags + Br – aq 2 H + aq + 2 e – U H 2 g Sn 2+ aq + 2 e – U Sns Ni 2+ aq + 2 e – U Nis Co 2+ aq + 2 e – U Cos PbSO 4 s + H + aq + 2 e – U Pbs + HSO 4 – aq Cd 2+ aq + 2 e – U Cds Fe 2+ aq + 2 e – U Fes Cr 2+ aq + 3 e – U Crs Zn 2+ aq + 2 e – U Zns 2 H 2 O + 2 e – U H 2 g + 2 OH – aq Al 3+ aq + 3 e – U Als Mg 2+ aq + 2 e – U Mgs Na + aq + e – U Nas Ca 2+ aq + 2 e – U Cas K + aq + e – U Ks Li + aq + e – U Lis +2,87 +2,01 +1,69 +1,63 +1,51 +1,46 +1,44 +1,42 +1,36 +1,23 +1,07 +0,96 +0,80 +0,77 +0,54 +0,49 +0,34 +0,17 +0,07 –0,14 –0,25 –0,28 –0,36 –0,40 –0,44 –0,74 –0,76 –0,83 –1,66 –2,37 –2,71 –2,76 –2,92 –3,05

d. Reaksi Sel dan Potensial Sel

Reaksi sel adalah jumlah aljabar dari reaksi-reaksi yang terjadi pada elektrode-elektrode. Misalnya, untuk reaksi dengan diagram sel sebagai berikut. Zns | Zn 2+ aq || Cu 2+ aq | Cus Diketahui: Ni 2+ aq + 2 e – → Ni s E° = –0,25 V Pb 2+ aq + 2 e – → Pb s E° = –0,13 V Potensial standar sel Volta yang terdiri atas elektrode Ni dan Pb adalah .... A . –0,38 V B . –0,12 V C . +0,12 V D. +0,25 V E. +0,38 V Pembahasan o Sel E = − o o Katode anode E E = –0,13 V – –0,25 V = –0,13 V + 0,25 V = +0,12 V Jadi, potensial standar sel Volta tersebut adalah C +0,12 V. UMPTN 1999 Tabel 2.2 Harga Potensial Reduksi Unsur-Unsur Sumber: Chemistry McMurry, 2001 Berikut ini tabel harga potensial reduksi beberapa unsur. Di unduh dari: www.bukupaket.com Sumber buku : bse.kemdikbud.go.id Praktis Belajar Kimia untuk Kelas XII 36 Setengah reaksi dari reaksi selnya sebagai berikut. Anode : Zns → Zn 2+ aq + 2 e – Katode : Cu 2+ aq + 2 e – → Cus Zns + Cu 2+ aq → Zn 2+ aq + Cus reaksi sel Potensial sel merupakan jumlah aljabar dari potensial oksidasi dan potensial reduksi. Jika yang digunakan adalah elektrode-elektrode standar maka potensial sel itu ditandai dengan E o sel. Potensial standar untuk sel tersebut sebagai berikut. E o sel = E o oksidasi + E o reduksi Oleh karena setengah reaksi oksidasi memiliki tanda yang berlawanan, persamaan yang sering digunakan sebagai berikut. E o sel = E o reduksi – E o oksidasi = E o katode – E o anode = E o besar – E o kecil jika Cu 2+ aq + 2 e – → Cus E o = +0,34 Zn 2+ aq + 2 e – → Zns E o = –0,76 maka E o sel = − 2+ 2+ o o Cu | Cu Zn | Zn E E = +0,34 V – –0,76 V = +1,10 V

e. Prinsip-Prinsip Sel Volta dalam Kehidupan Sehari-hari

Sel Volta dapat dibedakan menjadi sel Volta primer, sekunder, dan sel bahan bakar. Sel primer adalah sel yang dibentuk dari katode dan anode yang langsung setimbang ketika menghasilkan arus. Sel sekunder adalah sel yang dapat diperbarui dengan cara mengembalikan elektrodenya ke kondisi awal. Adapun sel bahan bakar adalah sebuah sel yang secara bertahap menghabiskan pereaksi yang disuplai ke elektrode-elektrode dan secara bertahap pula membuang produk-produknya. Tipe-tipe sel Volta beserta contohnya dijelaskan pada uraian berikut. 1 Sel Volta primer Sel kering Lechlanche merupakan contoh sel Volta primer. Sel kering atau baterai kering terdiri atas wadah yang terbuat dari seng dan bertindak sebagai anode serta batang karbon sebagai katode. Elektrolit sel ini adalah campuran MnO 2 , NH 4 Cl, sedikit air, dan kadang-kadang ditambahkan ZnCl 2 dalam bentuk pasta. Sebuah sel Volta menggunakan elektrode nikel dalam larutan NiSO 4 dan elektrode Ag dalam larutan Ag 2 SO 4 . Tentukan potensial sel yang terjadi jika E o Ni –0,25 volt dan E o Ag = +0,80 volt. Tunjukkan mana yang bertindak sebagai katode dan anode dalam sel ini. Jawab Oleh karena E o Ni lebih kecil daripada E o Ag maka Ni lebih mudah teroksidasi dibandingkan Ag. E o sel = E o reduksi – E o oksidasi = E o Ag – E o Ni = +0,80 V – –0,25 V = +1,05 V Jadi, Ni sebagai anode dan Ag sebagai katode dengan potensial sel +1,05 V. Contoh 2.12 Kupas Tuntas Diketahui: Zn s + Fe 2+ aq → Zn 2+ aq + Fes E o = 0,32 volt Fe s + Cu 2+ aq → Fe 2+ aq + Cus E o = 0,78 volt Potensial standar dari sel: Zn s + Cu 2+ aq → Zn 2+ aq + Cus adalah .... A. –1,10 volt B. –0,46 volt C . –0,32 volt D. +0,46 volt E. +1,10 volt Pembahasan Potensial standar dari sel: Zn → Zn 2+ + 2 e – E o = 0,32 V Cu 2+ + 2 e – → Cu E o = 0,78 V Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu E o = 1,10 V atau: E sel = − o o red oks E E E sel = 0,78 – –0,32 = 0,78 + 0,32 = 1,10 V Jadi, potensial standar sel tersebut adalah E +1,10 V. UN 2004 + Di unduh dari: www.bukupaket.com Sumber buku : bse.kemdikbud.go.id Reaksi Redoks dan Elektrokimia 37 Gambar 2.4 Penyusun sel kering Reaksi yang terjadi pada sel Anode : Zns → Zn 2+ aq + 2 e – Katode : 2 MnO 2 s + 2 NH 4 + aq + 2 e – → Mn 2 O 3 s + 2 NH 3 g + H 2 Ol Zns + 2 MnO 2 s + 2 NH 4 + aq → Mn 2 O 3 s + Zn 2+ aq + 2 NH 3 g + H 2 Ol Cara kerja sel kering: a. Elektrode Zn teroksidasi menjadi ion Zn 2+ Zn → Zn 2+ + 2 e – b. Elektron yang dilepaskan mengalir melalui kawat penghantar menuju elektrode karbon. c. Elektron-elektron pada elektrode karbon mereduksi MnO 2 dan NH 4 + menjadi Mn 2 O 3 dan NH 3 . Sel yang sering digunakan sebagai ganti sel kering Lechlanche adalah baterai alkalin. Baterai ini terdiri atas anode seng dan katode mangan dioksida serta elektrolit kalium hidroksida. Reaksi yang berlangsung, yaitu: Anode : Zns + 2 OH – aq → ZnOH 2 s + 2 e – Katode : 2 MnO 2 s + 2 H 2 Ol + 2 e – → 2 MnOOHs + 2 OH – aq 2 MnO 2 s + 2 H 2 Ol + Zns → 2 MnOOHs + ZnOH 2 s Baterai alkalin ini dapat menghasilkan energi dua kali energi total Lechlanche dengan ukuran yang sama. 2 Sel Volta sekunder Sel aki Accumulator merupakan contoh sel Volta sekunder. Sel aki terdiri atas elektrode Pb anode dan PbO 2 katode. Keduanya dicelupkan dalam larutan H 2 SO 4 30. Cara kerja sel aki: a. Elektrode Pb teroksidasi menjadi Pb 2+ Pbs → Pb 2+ aq + 2 e – Pb 2+ yang terbentuk berikatan dengan SO 4 2– dari larutan. Pb 2+ aq + SO 4 2– aq → PbSO 4 s b. Elektron yang dibebaskan mengalir melalui kawat penghantar menuju elektrode PbO 2 . c. Pada elektrode PbO 2 elektron-elektron dari anode Pb akan mereduksi PbO 2 menjadi Pb 2+ yang kemudian berikatan dengan SO 4 2– dari larutan. PbO 2 s + 4 H + aq + 2 e – → Pb 2+ aq + 2 H 2 Ol Pb 2+ aq + SO 4 2– aq → PbSO 4 s Reaksi yang terjadi pada sel aki dapat ditulis sebagai berikut. Anode : Pbs + SO 4 2– aq → PbSO 4 s + 2 e – Katode: PbO 2 s + H 2 SO 4 aq + 2 H + + 2 e – → PbSO 4 s + 2 H 2 Ol Pbs + PbO 2 s + 2 H 2 SO 4 → 2 PbSO 4 s + 2 H 2 O Pada reaksi pemakaian sel aki, molekul-molekul H 2 SO 4 diubah menjadi PbSO 4 dan H 2 O sehingga konsentrasi H 2 SO 4 dalam larutan semakin berkurang. Oleh karena itu, daya listrik dari aki terus berkurang dan perlu diisi kembali. 3 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. + – Pasta Batang karbon katode Rongga Zn anode Anode Pb H 2 SO 4 aq Katode PbO 2 e e e e Gambar 2.5 Sel aki accumulator merupakan contoh sel Volta sekunder Di unduh dari: www.bukupaket.com Sumber buku : bse.kemdikbud.go.id Praktis Belajar Kimia untuk Kelas XII 38 Cara kerja sel ini adalah a. Gas hidrogen yang dialirkan pada pelat nikel berpori teroksidasi membentuk H 2 O. 2 H 2 + 4 OH – → 4 H 2 O + 4 e – b. Elektron yang dibebaskan bergerak melalui kawat penghantar menuju elektrode nikel oksida. c. Pada elektrode nikel oksida elektron mereduksi O 2 menjadi OH – . O 2 + 2 H 2 O + 4 e – → 4 OH – Reaksi yang terjadi pada sel ini sebagai berikut. Anode : 2 H 2 g + 4 OH – aq → 4 H 2 Ol + 4 e – Katode : O 2 g + 2 H 2 Ol + 4 e – → 4 OH – aq 2 H 2 g + O 2 g → 2 H 2 Ol Biasanya pada sel ini digunakan platina atau senyawa paladium sebagai katalis. Output Katode Anode H 2 g O 2 g H 2 g O 2 g elektrolit KOHaq Gambar 2.6 Sel hidrogen-oksigen termasuk jenis sel bahan bakar. Siapkan bak kecil yang dasarnya telah dilapisi aluminium foil, kemudian tambahkan detergen dan air hangat. Masukkan cincin atau peralatan perak yang kotor ke dalam bak tersebut. Setelah beberapa saat, angkat cincin atau peralatan perak tersebut. Kerjakanlah secara berkelompok dan presentasikan hasil yang diperoleh di depan kelas.

2. Sel Elektrolisis