A. PENDAHULUAN - SEL VOLTA

  materi78.co.nr KIM 2

  Sel Volta

  2) A .

  Elektron yang dilepas bergerak ke katoda

  PENDAHULUAN melalui kawat penghantar.

  Elektrokimia adalah cabang ilmu kimia yang 3)

  Katoda tereduksi menjadi menebal/ mempelajari aspek elektronik dari reaksi kimia. mengendap, karena ion logam dari elektrolit

  Sel elektrokimia adalah suatu sel yang disusun katoda menerima elektron. untuk mengubah energi kimia menjadi energi _y+

  N (aq) + y e d N (s) listrik atau sebaliknya.

  Hal ini menyebabkan katoda kelebihan ion Sel elektrokimia terbagi menjadi dua: negatif.

  1) Sel elektrolisis , yaitu sel yang mengubah 4)

  Karena terjadi kelebihan ion positif pada energi listrik menjadi energi kimia. anoda dan ion negatif pada, terjadi ketidak-

  Arus listrik digunakan untuk melangsungkan seimbangan muatan yang menyebabkan reaksi redoks tak spontan. reaksi tidak berkelanjutan. 2) Sel Volta/Galvani , yaitu sel yang mengubah

  5) Kelebihan dan kekurangan tersebut energi kimia menjadi energi listrik. dinetralkan oleh jembatan garam yang

  Reaksi redoks spontan digunakan untuk memberikan ion positif dan negatif ke daerah menghasilkan listrik. yang membutuhkan.

  B . SEL VOLTA

  Reaksi sel volta: ₂₊ Susunan sel volta:

  A: M d M + x e _y+

  V K: N + y e d N + e _{x+ x+} M + N d M + N

  (setarakan mol elektron) jembatan

  anoda (-) katoda (+)

  garam Macam-macam elektroda pada sel Volta:

  1) Elektroda padat/logam Logam padat dijadikan elektroda dan bereaksi. anion (-) kation (+) ₄ Contoh: elektroda Fe pada larutan FeSO , elektroda Ni pada larutan H ^{2 SO 4 .} elektrolit katoda elektrolit anoda

  2) Elektroda tidak padat

  Anoda (-) Katoda (+)

  Apabila elektroda merupakan elektroda inert Kutub (-) sumber arus Kutub (+) sumber arus

  (Pt, Au dan C), maka zat lainlah yang Mengalami oksidasi Mengalami reduksi mengalami reaksi sel, sesuai aturan sel

  Melepas elektron Menerima elektron elektrolisis. ₃₊ Contoh: ion Fe bertindak sebagai katoda

  Jembatan garam adalah penyempurna sel yang ₂₊ dan tereduksi menjadi Fe apabila katoda mengandung larutan garam dalam bentuk koloid sesungguhnya adalah Pt. agar-agar yang:

  Diagram sel volta adalah notasi singkat yang 1)

  Membuat rangkaian menjadi rangkaian menggambarkan terjadinya reaksi pada sel Volta. tertutup.

  Diagram sel volta dengan elektroda padat: 2)

  Menyeimbangkan muatan elektrolit dengan

  Reaksi sel (elektroda padat) memberi ion positif atau negatif. _{x+ y+}

  A + B d A + B Cara kerja sel volta:

  Diagram sel

  Contoh: anoda M tercelup pada MA, katoda N tercelup pada NB. ^{x+ y+}

  A | A || B | B

  1) Anoda teroksidasi menjadi semakin tipis, karena berubah menjadi ion yang larut dalam

  Contoh: elektrolit anoda. _{(s) (aq) x+} Pada suatu sel Volta, anoda besi tercelup pada

  M d M + x e FeSO ^{4 , katoda nikel tercelup pada NiSO 4 . Buatlah}

  reaksi sel dan diagram selnya! Hal ini menyebabkan anoda kelebihan ion positif.

  1

• 2e
• 2e d Ni + Fe + Ni ²⁺

• -3,04 -2,92 -2,90 -2,87 -2,71 -2,37 -1,66 -1,18 -0,83 -0,76 -0,74 -0,44 -0,40 -0,28 -0,28 -0,14 -0,13 0,00 +0,20 +0,30 +0,34 +0,79 +0,80 +1,18 +1,52

  Zn + Cu ²⁺ d Zn ²⁺ + Cu

  Dapat dikatakan bahwa Zn mendesak Cu ²⁺ dari CuSO ⁴ , sehingga Zn dapat berikatan dengan

  SO ^{4 2-} .

  Potensial elektroda standar (E ^o

  ) adalah ukuran

  besarnya kecenderungan suatu unsur untuk melepaskan atau mempertahankan elektron, diukur dalam keadaan standar.

  Nilai potensial elektroda mengacu pada deret Volta dan dikaitkan dengan reaksi reduksi, sehingga nilainya:

  Sifat deret Volta: 1)

  Makin ke kanan, logam makin mudah tereduksi (nilai E ^o lebih positif). 2)

  Makin ke kiri, logam makin mudah teroksidasi (nilai E ^o lebih negatif). Potensial sel standar (E ^{o sel}

  ) adalah beda

  potensial listrik antara anoda dan katoda pada sel Volta, diukur dalam keadaan standar. Potensial sel tidak dipengaruhi koefisien reaksi.

  Potensial sel standar dapat dihitung: Contoh: Tentukan nilai potensial sel jika anodanya adalah Zn dengan E ^o = -0,76 V, dan katodanya adalah Ag dengan E ^o = +0,80 V!

  Berarti anoda mengalami oksidasi, sehingga nilai E ^o harus diubah tandanya.

  A: Zn d Zn ²⁺

  = +0,76 V

  K: 2Ag ⁺

  = +0,80 V + Zn + 2Ag ⁺ d Zn ²⁺ + 2Ag E ^{o sel = +1,56 V}

  E | A | A ^x+ || B ^y+ | B | E E ^o = E ^o reduksi = -E ^o oksidasi

  Zn + Cu ²⁺ + SO ^{4 2-} d Zn ²⁺ + SO ^{4 2-} + Cu

  Deret Volta adalah deret elektrokimia/ kereaktifan logam yang menunjukkan nilai potensial elektroda standar logam (E ^o ). Reaksi pendesakan adalah reaksi dimana suatu logam mendesak tempat ion logam lain dalam suatu senyawa. apabila logam pendesak berada di sebelah kiri logam yang didesak pada deret Volta. Pada sel Volta, logam pendesak merupakan anoda, dan logam yang didesak merupakan katoda. Contoh: Pada sel Volta dengan anoda Zn yang tercelup pada ZnSO ⁴ , dan katoda Cu yang tercelup pada

  CuSO ^{4 , berlangsung reaksi:} Zn + CuSO ^{4 d ZnSO 4 + Cu}

  C . POTENSIAL ELEKTRODA Li K Ba Ca Na Mg Al Mn (H ² O) Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb (H) Sb Bi Cu Hg Ag Pt Au

  KIM 2 2 materi78.co.nr

  Jawab:

  A: Fe d Fe ²⁺

  K: Ni ²⁺

  d Fe ²⁺ + Ni Diagram sel: Fe | Fe ²⁺ || Ni ²⁺ | Ni

  Diagram sel volta dengan elektroda tidak padat:

  Reaksi sel (elektroda inert, E : [Pt, Au, C])

  A + B ^x+ d A ^y+ + B

  Diagram sel

  Contoh: Pada suatu sel Volta, anoda Pt tercelup pada H ^{2 SO 4 , katoda Pt tercelup pada Ce(NO 3 ) 4 . Buatlah} reaksi sel dan diagram selnya!

  Jawab: Karena elektroda inert, maka aturan reaksi mengikuti aturan sel elektrolisis, sehingga: Reaksi sel volta:

  A: H ²

  d 2H ⁺ + 2e

  K:

  2Ce ⁴⁺ + 2e d 2Ce ³⁺ + H ² + 2Ce ⁴⁺ d 2H ⁺ + 2Ce ³⁺

  Diagram sel: Pt | H ^{2 | H +} || Ce ⁴⁺ | Ce ³⁺ | Pt Makna diagram sel volta:

  1) Tanda | menyatakan reaksi yang terjadi pada elektroda,

  2) Tanda || menyatakan jembatan garam. Pada diagram sel volta, koefisien reaksi sel tidak berpengaruh.

  E ^o sel = E ^o katoda - E ^o anoda

• 2e E ^o
• 2e d 2Ag E ^o

  materi78.co.nr KIM 2

  Reaksi pengisian aki (reaksi sel elektrolisis):

  Nilai potensial sel menunjukkan:

• _{- +} 1)
^{4 4} Tegangan yang dihasilkan sel. _o A : PbSO + H + 2e d Pb + HSO _{- +} 2) sel > 0, maka reaksi sel spontan

  Jika nilai E ^{4 2 2 4} K : PbSO + 2H O d PbO + HSO + 3H +2e + (berlangsung). _o

  2PbSO ^{4 + 2H 2 O}

  3)

• ^{+ -} Jika nilai E sel ≤ 0, maka reaksi sel tidak

  d Pb + PbO ^{2 + 2HSO 4 + 2H} spontan (tidak berlangsung).

  Baterai kering (sel Leclanche)

  Reaksi sel tidak spontan terjadi karena penem- Baterai kering sering digunakan untuk alat-alat patan anoda dan katoda tidak mengacu pada _o elektronik kecil, dan tidak dapat diisi ulang. Sel deret Volta, sehingga E sel bernilai negatif.

  Leclanche termasuk elemen primer, dan bersifat Contoh: asam.

  Diketahui potensial elektroda Zn adalah -0,76 V, Susunan sel Leclanche: Cu adalah +0,34 V, dan Al adalah -1,66 V.

  Tentukan kemungkinan sel volta yang dapat Zn (anoda) dibuat sehingga terjadi reaksi spontan! _o

  Kemungkinan yang dapat dibuat (E sel positif): _o C (katoda)

  sel katoda anoda E sel

  pasta

  I Cu Zn (+0,34) – (–0,76) = +1,10 V

  II Cu Al (+0,34) – (–1,66) = +2,00 V

  III Zn Al ( –0,76) – (–1,66) = +0,90 V

  Anoda : Zn D . Katoda : C

PENERAPAN SEL VOLTA

  _{2 2 4} Elektrolit : pasta MnO , ZnCl , NH Cl

  Sel Volta dapat menghasilkan energi listrik. Oleh (asam), H ^{2 O, serbuk C} karena itu, sel Volta digunakan sebagai sumber

  Potensial : 1,5 V energi alat-alat elektronik.

  Sel Volta komersial digunakan sebagai sumber

  Reaksi pengosongan sel Leclanche:

  energi, terdiri dari: ²⁺

  A : Zn d Zn + 2e

• ⁺ 1) Elemen primer , yaitu sel Volta yang tidak

  K : 2MnO ^{2 + 2NH 4 + 2e d Mn 2 O 3 + 2NH 3 + H 2 O+}

• ⁺ dapat diisi ulang atau sekali pakai.

   Zn + 2MnO ^{2 + 2NH 4} Contoh: baterai kering (sel Leclanche), baterai 2+ d Zn + Mn ^{2 O 3 + 2NH 3 + H 2 O} alkalin, baterai perak oksida.

  Kemudian terjadi reaksi lanjut dimana ion Zn berikatan dengan amonia menurut reaksi: diisi ulang atau tidak habis pakai. 2+ 2+

  Zn + 4NH ^{3 d Zn(NH 3 ) 4} Contoh: aki, baterai nikel-kadmium, baterai Baterai alkalin litium-ion.

  Baterai alkalin mampu menyediakan arus stabil dalam

  Aki

  waktu yang lama dengan potensial yang sama dengan sel Leclanche, walaupun pereaksinya telah Aki biasa digunakan dalam kendaraan bermotor berkurang. Baterai alkalin termasuk elemen primer, karena praktis, dapat diisi ulang dan tidak dan bersifat basa. membutuhkan jembatan garam. Aki termasuk elemen

  Susunan baterai alkalin: sekunder. Susunan sel aki:

  Anoda : Zn ₂ Katoda : MnO Anoda : Pb Elektrolit : pasta KOH Katoda : PbO ² _{2 4} Potensial : 1,5 V Elektrolit : H SO 30%

  Potensial : 2 V

• _- Reaksi pengosongan baterai alkalin:
₂ A : Zn + 2OH d Zn(OH) + 2e _- Reaksi pengosongan aki (reaksi sel Volta):
• _{- +}
• K : 2MnO + 2H O + 2e d 2MnO(OH) + 2OH
^{2 2} A : Pb + HSO ^{4 d PbSO 4 + H + 2e} _{2 2 2 + -} Zn + 2MnO + H O d Zn(OH) + 2MnO(OH) K : PbO ^{2 + HSO 4 + 3H + 2e d PbSO 4 + 2H 2 O +} _{2 4 - + 4 2} Baterai nikel-kadmium Pb + PbO + 2HSO + 2H d 2PbSO + 2H O

  Baterai nikel-kadmium (nicad) adalah baterai kering Reaksi pengisian aki dapat dilakukan dengan yang dapat diisi ulang. Baterai nicad termasuk elemen membalik arah aliran elektron. sekunder.

  3

  materi78.co.nr KIM 2

  Susunan baterai nicad: Susunan sel baterai litium-ion:

  Anoda : Cd Anoda : C _-

  Katoda : NiO ^{2 berair Katoda : LiCoO 2} Elektrolit : pasta mengandung OH Elektrolit : LiPF ^{6 , etilen karbonat,} Potensial : 1,25 V

  dimetil karbonat, dietil karbonat

• _- Reaksi pengosongan baterai nicad: A : Cd + 2OH

  d Cd(OH) ^{2 + 2e} _{2 + 2H 2 O + 2e d Ni(OH) - 2 + 2OH} Reaksi baterai litium-ion:

• ⁺ + K : NiO
_{n 6} A : nLi + n ̂ + 6C qe Li e C
• ⁺ Cd + NiO + 2H
^{2 2 O d Cd(OH) 2 + Ni(OH) 2} _{2 1-n 2} K : LiCoO qe Li CoO + nLi + n ̂ e

  Baterai perak oksida

  Reaksi kesetimbangan dapat mencapai batasnya bila Baterai perak oksida atau sel kancing umumnya digunakan terus menerus: ⁺ merupakan lempengan dan digunakan pada jam

  Li + LiCoO ^{2 + e d Li 2 O + CoO}

  tangan, kalkulator atau kamera. Baterai perak oksida Reaksi kesetimbangan dapat mencapai batasnya bila termasuk elemen primer. diisi terus menerus: ⁺

  Susunan sel baterai perak oksida:

  LiCoO ^{2 d Li + CoO 2 + e} Anoda : Zn E. ₂ KOROSI

  Katoda : Ag O berair

  Korosi atau perkaratan adalah suatu reaksi

  Elektrolit : pasta KOH atau NaOH

  redoks antara logam dengan faktor

  Potensial : 1,4 V lingkungannya.

  Mekanisme korosi umum:

  Reaksi pengosongan baterai perak oksida:

  1) ₂ Logam menjadi anoda dan teroksidasi. -

  A : Zn + 2OH d Zn(OH) + 2e

  2) _{2 O + H 2 O + 2e d 2Ag + 2OH} Faktor lingkungan menjadi katoda dan -

• K : Ag
_{2 2 2} tereduksi.

   Zn + Ag O + H O d Zn(OH) + 2Ag

  Reaksi redoks korosi menghasilkan karat

  Baterai merkuri

  berupa senyawa oksida atau karbonat yang Susunan sel baterai merkuri: berupa hidrat.

  Anoda : Zn

  Korosi paling sering terjadi pada unsur besi (Fe), karena besi mudah teroksidasi.

  Katoda : HgO Elektrolit : pasta KOH

  Faktor-faktor yang mempercepat terjadinya korosi antara lain:

  Potensial : 1,4 V ₂ 1) dan air secara bersamaan.

  Kontak dengan O

  Reaksi pengosongan baterai merkuri:

  2) Kontak dengan larutan elektrolit garam.

• ^- A : Zn + 2OH
² d ZnO + H O + 2e ^-

  K : HgO + H O + 2e d Hg + 2OH + ²

  3) pH rendah.

   Zn + HgO d ZnO + Hg Baterai litium

  4) Suhu tinggi.

  Faktor-faktor yang memperlambat terjadinya korosi antara lain:

  Baterai litium dan litium-ion banyak digunakan ₂

  1) dan air secara bersamaan, Tidak adanya O karena menghasilkan tegangan yang lebih besar dari misalnya pada kapur atau minyak. baterai sebelumnya. Kedua baterai ini termasuk elemen sekunder.

  2) Adanya zat yang menyerap air, misalnya kalsium klorida (CaCl ^{2 ) anhidrat, namun}

  Susunan sel baterai litium: hanya sampai batas kejenuhan tertentu.

  Anoda : Li

  Proses reaksi sel elektrokimia pada korosi besi:

  Katoda : MnO ²

  1) Reaksi pada sel Volta korosi

  Elektrolit : LiClO ^{4 tidak berair}

  Suasana asam

  Potensial : 3,7 V ₂₊ A : Fe qe Fe + 2e

• ⁺ Pada baterai litium-ion, litium yang digunakan

  K : O ^{2 + 4H + 4e qe 2H 2 O}

  adalah dalam bentuk ion. Pada dasarnya, dalam Suasana netral dan basa baterai litium-ion tidak terjadi reaksi redoks. ₂₊

  A : Fe qe Fe + 2e

  Ketika digunakan, ion litium mengalir dari anoda ke

• – K : O ^{2 + H}
^{2 O + 4e qe 4OH}

  katoda lain melalui elektrolit. Ketika diisi ulang, ion litium mengalir berbalik arah.

  4

  KIM 2 5 materi78.co.nr

  c.

  Katoda : besi (Fe)

  ]

  teroksidasi

  [

  Anoda : logam pelindung (Cr atau Zn)

  Logam aktif akan melindungi besi dan berkarat, sedangkan besi tidak berkarat. Oleh karena itu, logam aktif harus diganti setiap beberapa waktu.

  4) Pengorbanan anoda Dilakukan dengan melapisi besi dengan logam aktif (contohnya Mg).

  ), maka lapisan pelindung harus tetap dijaga, karena apabila rusak justru akan mempercepat korosi besi.

  tin plating

  Ketika tergores atau rusak, kedua logam membentuk sel elektrokimia: Apabila E ^o logam pelindung tidak lebih negatif dari besi (contohnya

  Logam pelindung memiliki E ^o lebih negatif dari besi.

  2) Reaksi total

  b.

  Logam pelindung melindungi besi dari kontak udara dan air.

  Mekanisme proteksi katodik: a.

  Contoh proteksi katodik pada besi antara lain adalah chromium plating, zinc plating (galvanisasi), dan tin plating .

  Penyepuhan atau proteksi katodik adalah perlindungan logam secara elektrolisis untuk mencegah kontak logam yang dilindungi dari udara dan air.

  electroplating )

  3) Penyepuhan (

  2) Pengecatan atau pelumuran oli Pengecatan dan pelumuran oli mencegah kontak besi dengan udara dan air.

  1) Aliasi/aloi logam Aliasi logam adalah usaha pencegahan korosi besi dengan menggunakan aliasi logam berupa baja tahan karat ( stainless steel ) dengan campuran Fe, Ni, dan Cr.

  Korosi pada logam lain (contoh Al, Cr, Zn) juga ditemukan, namun korosi segera terhenti setelah terbentuk lapisan karat tipis pada logam. Cara pencegahan korosi:

  4Fe(s) + 3O ^{2 (g) + nH 2 O(l) d Fe 2 O 3 .xH 2 O (s)} Besi (III) oksida hidrat adalah karat besi yang berwarna coklat kemerah-merahan.

  [ tidak teroksidasi ]