Elektrokimia Proses yang melibatkan nsfe

Elektrokimia
Proses yang melibatkan nsfer
elektron

Elektrokimia
• sel elektrokimia melibatkan adanya tranfer
elektron dari elektroda tempat terjadinya
oksidasi (anoda) menuju tempat terjadinya
reaksi reduksi (katodik)
• Oksidasi : proses pelepasan elektron
• Reduksi ; proses penerimaan elektron
• Sel elektrokimia ada 2: sel galvani dan sel
elektrolitik (elektrolisis)

Sel galvani /sel volta

Sel volta Cu dan Zn
•
•
•
•

•

Zn/Zn 2+ (1M)// Cu 2+ (1M)/Cu
Anoda (-) ; Zn = Zn 2+ + 2e
Katoda (+) : Cu 2+ + 2e = Cu
Reaksi sel : Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu
E sel = Ecat – E And
= E Cu 2+/Cu - E Zn2+/Zn
= 0,337 - (-0,763)V = 1,10 V

Contoh lain
• PtFe2+, Fe3+ H+H2Pt
Jawab
• Fe 2+
 Fe 3+ + e
( oksidasi)
• 2H+ + 2e  H2
(reduksi)
• 2Fe 2+ + 2H+  2 Fe 3+ + H2 Reaksi sel

Potensial sel
• Potensial elektroda standar
• Pt, H2 (1 bar) H+ (a=1) Cu2+ (a=1)Cu

Potensial sel
Contoh Sel galvani
Zn/ZnSO4 (1M)// CuSO4(1M)/Cu
E 0 = 1,10 Volt

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

•
•
•

Elektroda
Li +/Li
K+/K
Ca 2+ / Ca
Na+/Na
Mg 2+ /Mg
Al 3+ /Al
H2O/H2,OHZn 2+ /Zn
Cr3+ /Cr
Fe 2+ /Fe
Cd 2+ / Cd
Co2+ /Co
Ni 2+ /Ni
Sn 2+ /Sn
Pb 2+ /Pb
2H+ /H2

Sn 4+ /Sn 2+
Cu 2+ / Cu
O2/OH Fe3+ /Fe
Hg2 2+ /Hg
Ag +/Ag
O2 /OH Pt 3+ / Pt
O2 / H2O
Cr2O72- /Cr 3+
Cl2/Cl PbO2 /Pb
Au 3+ /Au
MnO4-/Mn 2+
PbO2/PbSO4
H2O2/H2O
F2 /F -

Reaksi katoda (reduksi)
Li + + e  Li
K+ + e  K
Ca 2+ + 2e  Ca
Na+ + e  Na

Mg 2+ + 2e Mg
Al 3+ + 3e Al
2H2O + 2e H2 + 2OHZn 2+ + 2e Zn
Cr3+ + 3e  Cr
Fe 2+ + 2e  Fe
Cd 2+ + 2e  Cd
Co2+ + 2e  Co
Ni 2+ + 2e  Ni
Sn 2+ +2e  Sn
Pb 2+ + 2e  Pb
2H+ + 2e  H2
Sn 4+ + 2e  Sn 2+
Cu 2+ + 2e  Cu
O2 + 2H2O + 4e  4 OH Fe3+ + 3e  Fe
Hg2 2+ + 2e  2Hg
Ag + + e  Ag
O2 + 2H2O + 4e  4OH Pt 3+ + 3e  Pt
O2 + 4H+ +4e  2H2O
Cr2O72- + 14H+ +6e  2Cr 3+
Cl2 + 2e  2Cl PbO2+4H++4e  Pb2+ + 2H2O

Au 3+ + 3e Au
MnO4- + 8H+ +5e Mn 2+
PbO2 + 4H++SO42- + 2ePbSO4 + H2O
H2O2 + 2H+ + 2e  2H2O
F2 + 2e  2F -

E0 Sel (Volt)
- 3,04
- 2,925
-2,87
- 2,714
- 2,363
- 1,662
- 0,828
- 0,763
- 0,744
- 0,440
- 0,403
- 0,277
- 0,250

- 0, 136
- 0, 126
0,000
+ 0, 15
+ 0, 337
+ 0, 401
+ 0, 771
+ 0, 788
+ 0, 799
+ 0, 82
+ 1,200
+ 1,229
+ 1,33
+ 1,358
+ 1, 46
+ 1, 498
+ 1, 52
+ 1, 68
+ 1, 78
+ 1, 87

•
•
•
•
•
•
•
•
•

Potensial sel

PtH2H+Cu2+Cu
reaksi
Reaksi di anoda
H2  2H+ + 2eReaksi di katoda
Cu2+ + 2e-  Cu
Reaksi keseluruhan
H2 + Cu2+  2H+ + Cu

Saat 1 mol H2 bereaksi dengan 1 mol Cu2+, 2 mol elektron mengalir
melalui sirkuit luar. Menurut Hukum Faraday, ini berarti terjadi
transfer 2 x 96.465 C listrik.
Emf sel tersebut adalah + 0.3419 V sehingga kerja listrik yang
dihasilkan adalah :
2 x 96.485 x 0.3419 CV = 6.598 x 104 J
Kerja dilakukan sistem, yaitu kerja yang dilakukan oleh sel
elektrokimia adalah sama dengan penurunan energi Gibbs maka
G = - 6.598 x 104 J
Perubahan energi Gibbs standar dengan potensial sel standar ;
G = - nFE dan pada keadaan standar : Go = - nFEo
Potensial sel pada keadaan standar dapat digunakan untuk
menentukan tetapan kesetimbangan melalui perubahan energi
Gibbs.

Contoh

• Tentukan reaksi yang berlangsung spontan ( E sel >
nol)!
a. Cu + 2 H+  Cu2+ + H2

b. Zn + 2H+  Zn2+ + H2
c. Zn + Ni2+  Zn2+ + Ni
• Jawab
• E0sel
= E0 katoda – E0 anoda = E0 H+/H2 – E0 Cu2+/Cu
= 0,00 – 0,337 = -0,3337 Volt
• E0sel
= E0 katoda – E0 anoda = E0 H+/H2 – E0 Zn2+/Zn
= 0,00 – (-0,763) = 0,763 Volt
• E0sel
= E0 katoda – E0 anoda = E0 Ni2+/Ni – E0 Ni2+/Ni
= - 0,250 – (-0,763) = 0,510 Volt

Pers. Nernst
• Untuk sel dengan persamaan reaksi
H2 + Cu2+
 2H+ + Cu
• Menurut Nenst, E sel = Eosel - RT/nF ln K
= Eosel - RT/nF ln a Red/ a Oks . K = [a.Cu .
a.H+]/[pH2.a Cu2+]
• untuk aktivitas zat padat = 1, maka K = [a H+]/[a.Cu2+]
• Besarnya a = γ. C, untuk larutan encer koefisien
aktivitas (γ) = 1, maka a = C
• persamaan Nernst untuk reaksi Cu 2+ + Zn  Zn 2+ +
Cu,
• E sel = Eosel – RT/nF ln [Zn 2+]/[Cu 2+],

Lanjutan

• Pada suhu 25oC dan tekanan 1 atm, besarnya
2,393 RT/F = 0,0591, persamaannya menjadi
• Esel = Eosel – 0,0591/n log [C Zn 2+]/[Ccu 2+]
• Untuk sel : Zn Zn2+ (0,01M) Cu2+ (0,1M)Cu
• reaksi Zn + Cu 2+  Cu + Zn 2+ dan konsentrasi
Cu2+ 0,1 M dan Zn2+ 0,01M,
• E0sel = E0katoda – E0 anoda = 0,34 - (-76) = 0,34
+ 0,76 = 1,10 Volt/SHE
• E sel = E0 sel – 0,0591/n log [Zn 2+ /Cu 2+] = 1,10
– 0,0591/2 log (0,01/0,1) = 1,10 – 0,0591/2 log
0,1 = 1,10 - 0,0591 /2 .( -1) = 1,10+ 0,0295 =
1,1285 Volt

Latihan
• Tuliskan reaksi sel pada sel berikut!
–
–
–
–
–

Cu /Cu 2+// Sn 2+ /Sn
Fe / Fe 2+ // Ag + /Ag
Zn / Zn 2+ // H+/H2
Al / Al 3+ // Ni 2+ /Ni
Mg /Mg 2+ // Pb 2+ /Pb

• Hitunglah E sel pada kondisi standar untuk sel
• Hitung E sel;
– Al / Al 3+ // Ni 2+ /Ni
– Mg /Mg 2+ // Pb 2+ /Pb

Aplikasi
•
•
•
•

Baterai /accu
Baterai kering
Sel bahan bakar
Korosi logam

Baterai
• Elektroda negatif (anoda) : Pb
• Elektroda positip (katoda ): PbO2
• Elektrolit : larutan asam sulfat (H2SO4) : 30%
Reaksi
Anoda : Pb + H2SO4 = PbSO4 + 2H+ + 2e
Katoda : PbO2 + SO4 2- + 4H+ 2e = PbSO4 +
2H2O

Baterai kering
• Anoda : Zn
• Katoda : grafit/karbon /C
• Elektroolit : salmiak (NH4Cl), pasta, MnO2
• Reaksi
• Anoda : Zn  Zn 2+ + 2e
• Katoda :2MnO2 + H2O + 2e  Mn2O3 + 2OHDalam larutan : NH4Cl bereaksi dgn Zn 2+ 
Zn(NH3)4 Cl2 atau Zn2+ + OH -  Zn(OH)2 putih

Sel bahan bakar
• Anoda : H2
• Katoda: Oksigen (O2)
• Elektrolit basa (KOH)
Reaksi
Anoda (-) : H2 + 2OH - = 2H2O + 2e
Katoda (+) : ½ O2 + H2O + 2e = 2OH -

Sel korosi logam
• Anoda (-) : logam
• Katoda (+) : logam
• Elektrolit : udara lembab, air, larutan
Reaksi : korosi logam di udara lembab
Anoda : Fe  Fe 2+ + 2e
Katoda : ½ O2 + H2O + 2e = 2OH –
Reaksi ini terjadi di permukaan logam ; sehingga Fe
2 + dan OH-  Fe(OH)2 , yang dgn Oksigen 
Fe(OH)3  Fe2O3.xH2O ( karat )