Sel Volta [PDF]

Citation preview

1



SEL VOLTA Sel volta atau sel galvani merupakan sebuah sel elektrokimia di mana energi kimia dari reaksi redoks spontan diubah kedalam energi listrik. Prinsip kerjanya pada saat menghasilkan arus listrik adalah aliran transfer elektron dari reaksi oksidasi di anode menuju reaksi reduksi di katode melalui rangkaian luar.



NOTASI SEL VOLTA Notasi dipakai untuk menggambarkan suatu rangkaian sel dan reaksi redoks yang berlangsung pada prosesnya. Volta telah tersusun atas setengah sel diantara logam seng – ion seng dan setengah sel antar logam tembaga-ion tembaga. Sel tersebut bisa dinyatakan dalam notasi yang ditulis dengan bentuk: Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s) Notasi itu lah bisa dinamakan notasi sel volta. Secara umum, penulisan pada notasi sel volta menurut konvensi IUPAC yaitu sebagai berikut. 



Notasi sel terdiri dari suatu anode dan katode







Tanda || yaitu jembatan garam untuk memisahkan sebuah fase berbeda.







Tanda | yaitu batas fase untuk memisahkan suatu fase berbeda.







Tanda koma (,) dipakai untuk memisahkan spesi-spesi pada fase yang sama.







Elektrode anode terletak dibagian paling kiri dan elektrode katode dibagian paling kanan.







Elektrolit inert tidak ditulis



Untuk lebih jelasnya, silahkan lihat penulisan beberapa notasi sel volta dibawah ini! 1. Sel volta yang terdiri dari suatu anode Zn dan katode Cu. Di anode, Zn teroksidasi menjadi Zn2+dan dikatode, Cu2+ tereduksi menjadi Cu. Reaksi sel : Zn(s) + Cu2+(aq) → Cu(s) + Zn2+(aq) 2. Sel volta yang terdiri dari suatu anode inert Pt dan katode logam Ag. Di anode, H2 teroksidasi berubah menjadi ion H+ dan di katode, Ag+ tereduksi menjadi Ag. ( Pada beberapa elektrode inert yang dipakai dalam sel volta ialah Platina (Pt), emas (Au), dan grafit (C))



2



Reaksi sel: H2(g) + 2Ag+(aq) →2H+(aq) + 2Ag(s) 3. Sel volta yang terdiri dari suatu anode Zn dan katode inert Pt. Di anode, Zn teroksidasi berubah menjadi ion Zn2+ dan di katode, Fe3+ tereduksi berubah menjadi Fe2+. Reaksi sel: Zn(s) + 2Fe3+(aq) →Zn2+(aq) + 2Fe2+(aq)



Susunan Sel Volta Secara umum, tersusun dari beberapa bagian sebagai berikut: 



Anode adalah elektrode sebuah tempat terjadinya suatu reaksi oksidasi.







Katode adalah elektrode sebuah tempat terjadinya proses reaksi reduksi.







Elektrolit adalah zat yang bisa menghantarkan listrik.







Rangkaian luar adalah sebuah kawat konduktor yang menghubungkan anode pada katode.







Jembatan garam adalah suatu rangkaian dalam yang terdiri dari sebuah larutan garam. Jembatan garam ini lah yang membuat adanya aliran ion-ion dari setengah sel anode ke setengah sel katode, begitu pun sebaliknya sehingga terbentuk kedalam rangkaian listrik tertutup.



rangkaian sel volta dengan jembatan garam



Bisa dilihat gambar di atas terlihat sebuah rangkaian sel volta dengan dua kompartemen. Masing-masing kompartemen merupakan setengah sel. Pada kompartemen kiri, disebuah larutan ZnSO4 terjadi setengah reaksi oksidasi Zn menjadi ion Zn2+, sedangkan dalam kompartemen kanan, pada larutan CuSO4 terjadi setengah reaksi reduksi ion Cu2+ menjadi Cu.



3



Logam Zn dan Cu menjadi sebuah kutub-kutub listrik pada sel volta di atas adalah sebagai elektrode. Logam Zn tempat terjadinya oksidasi Zn disebut sebagai anoda. Logam Cu tempat terjadinya reduksi ion Cu2+ disebut juga sebagai katoda. Oleh sebab itu, elektron dilepas dari reaksi oksidasi di anoda ke reaksi reduksi di katoda, jadi anoda ialah kutub negatif dan katoda yaitu kutub positif. Kedua kompartemen tersebut dihubungkan dengan pipa kaca berbentuk U yang berisikan larutan garam seperti NaNO3 atau KCl pada medium agar-agar yang disebut sebagai jembatan garam. Fungsi jembatan garam ialah untuk menetralkan suatu muatan listrik dari kedua kompartemen setelah reaksi redoks dengan menyuplai anion melalui kompartemen anoda dan kation ke kompartemen katoda; juga memungkinkan terjadinya migrasi ion-ion dalam kedua kompartemen sehingga membentuk sebuah rangkaian listrik tertutup. Dengan jembatan garam KNO3, ion NO3− akan bergerak pada arah anoda dalam menetralkan ion Zn2+ berlebih dari hasil oksidasi Zn; dan ion K+ akan bergerak kedalam arah katoda untuk menetralkan ion SO42− berlebih dari larutan CuSO4, karena itu berkurangnya ion Cu2+ setelah tereduksi menjadi logam Cu. Kegunaan Sel Volta Dalam kehidupan sehari-hari, arus listrik sangat diperlukan. Namun, tentu saja tidak bisa selalu bergantung terhadap listrik yang dari sumber pembangkit. Tidak mungkin kita selalu menyalakan benda elektronik dengan menyambungkan kabel ke sumber listrik. Ada kalanya kita butuh menggunakan benda elektronik tanpa menyambungkan kabel. Maka terciptalah baterai. Baterai itu ternyata salah satu kegunaan dari sel volta. 1. Baterai Biasa Baterai ini sering digunakan dan sering disebut dengan sel kering atau sel Lecanche. Kenapa dikatakan sel kering? Karena penggunaan air di baterai ini sangat dibatasi. Sel tersebut terdiri atas: Anode : logam seng (Zn) yang dipakai untuk wadah. Katode : Batang karbon (C) yang tidak aktif. Elektrolit : Campuran MnO2, NH4Cl, dan sedikit H2O.



4



Reaksinya yaitu: Anode : Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e– Katode : 2MnO2(s) + 2NH4+(aq) + 2e– → Mn2O3(s) + 2NH3(g) + H2O(l)



2. Baterai Alkaline Kalau dilihat dari bentuknya, tentu baterai alkaline mirip dengan baterai biasa. Tapi kalau urusan energi yang dihasilkan, baterai alkaline menghasilkan dua kali lebih besar dibandingkan baterai biasa. Perbedaan dasarnya hanya katode dan elektrolit yang digunakan. Sel tersebut terdiri atas: Anode : logam seng (Zn) yang dipakai untuk wadah. Katode : Oksida mangan (MnO2). Elektrolit : Kalium Hidroksida (KOH). Reaksinya yaitu: Anode : Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e– Katode : 2MnO2(s) + H2O(l) → Mn2O3(s) + 2OH– Ion Zn2+ bereaksi dengan OH– membentuk Zn(OH)2.



3. Baterai Perak Oksida Anode yang digunakan pada baterai perak oksida sama dengan yang digunakan pada baterai biasa dan baterai alkaline. Susunan baterai perak oksida yaitu Zn sebagai anode, Ag2O sebagai katode, dan KOH sebagai elektrolit. Reaksinya sebagai berikut: Anode : Zn + 2OH– → Zn(OH)2 + 2e– Katode : Ag2O + H2O + 2e– → 2Ag + 2OH– Reaksi Sel : Zn(s) + Ag2O(s) + H2O(l) → Zn(OH)2(s) + 2Ag(s) Baterai perak oksida memiliki potensial sel sebesar 1,5 volt dan mampu bertahan dalam waktu yang lama. Kegunaan baterai jenis ini adalah untuk arloji, kalkulator, dan berbagai jenis peralatan elektrolit lainnya.



5



4. Sel Aki Sel Aki merupakan contoh sel volta bersifat reversibel. Apa itu reversibel? Yaitu hasil reaksi dapat diubah menjadi zat semula, biasa disebut reaksi bolak-balik. Pada sel aki ini, ada istilah isi ulang. Jadi kalau energinya lemah bisa diisi ulang. Sel aki terdiri atas: Anode : Lempeng logam tumbal (Pb). Katode : Lempeng logam oksida timbal (PbO2). Elektrolit : Larutan asam sulfat (H2SO4) encer. Reaksinya yaitu: Anode : Pb(s) + H2SO4(aq) → PbSO4(s) + H+(aq) + 2e– Katode : PbO2(s) + SO42-(aq) + 3H+(aq) + 2e– → PbSO4(aq) + 2H2O Reaksi : Pb(s) + PbO2(s) + 2SO42-(aq) + 2H+(aq) → 2PbSO4(s) + 2H2O(l) Pada saat sel aki menghasilkan arus listrik maka anode Pb dan katode PbO2 akan berubah membentuk PbSO4. Ion H+ dari H2SO4 berubah menjadi H2O sehingga konsentrasi H2SO4 berkurang. Sel aki dapat diisi/disetrum kembali sehingga konsentrasi H2SO4 kembali seperti semula.



5. Sel Bahan Bakar Sel bahan bakar merupakan sel yang menggunakan bahan bakar campuran hidrogen dengan oksigen atau campuran gas alam dengan oksigen. Bahan bakar (pereaksi) tersebut dialirkan secara terus menerus. Gas oksigen dialirkan ke katode melalui suatu bahan berpori yang menjadi katalis reaksi dan gas hidrogen dialirkan ke anode. Reaksinya sebagai berikut: Anode : 2H2 + 4OH– → 4H2O + 4e– Katode : O2 + 2H2O + 4e– → 4OH– + 2H2 + O2 Sel seperti ini digunakan sebagai sumber listrik pesawat luar angkasa.



6



Contoh Soal dan Pembahasan 1) Diketahui sebuah potensial elektrode aluminium dan perak dibawah ini!



a. Tuliskan diagram yang disusun oleh kedua elektrode tersebut. b. Tuliskan reaksi apa yang terjadi dalam sel tersebut. c. Tentukan potensial standar pada sel tersebut. d. Prediksikan apakah sebuah reaksi Al(NO3)3(aq) + 3Ag(s) → Al(s) + 3AgNO3(aq) berlangsung spontan dalam keadaan standar. Jawab: a. Reaksi oksidasi pada anode → E° lebih negatif → Al Reaksi reduksi pada katode → E° lebih positif → Ag Diagram sel tersebut: Al | Al3+ || Ag+ | Ag b. Katode (reduksi) : 3Ag+(aq) + 3e− → 3Ag(s) E°red = +0,80 V Anode (oksidasi) : Al(s) → Al3+(aq) + 3e− E°red = −1,66 V Reaksi sel (redoks) : 3Ag+(aq) + Al(s) → 3Ag(s) + Al3+(aq) E°sel= +2,46 V Catatan! Nilai potensial elektrode tersebut tidak bergantung dalam koefisien reaksi. c. E°sel = E°katode – E°anode = (+0,80 V) − (−1,66 V) = +2,46 V d. Reaksi ion bersih adalah : Al3+(aq) + 3Ag(s) → Al(s) + 3Ag+(aq) Reduksi : Al3+(aq) + 3e− → Al(s) E°red(Al3+/Al) = −1,66 V Oksidasi : 3Ag(s) → 3Ag+(aq) + 3e− E°red(Ag+/Ag) = +0,80 V E°redoks = E°red (Al3+/Al) – E°red (Ag+/Ag) = (−1,66 V) − (+0,80 V) = −2,46 V Oleh karena E°redoks < 0, reaksi itu tidak berlangsung secara spontan.



2) Diketahui potensial reduksi standar beberapa logam berikut ini. Mg2+ + 2e– → Mg E0 = -2,35 V Cu2+ + 2e– → Cu E0 = +0,32 V Ag+ + e– → Ag E0 = +0,79 V



7



Zn2+ + 2e– → Zn E0 = -0,78 V Fe2+ + 2e– → Fe E0 = -0,48 V Manakah dari sel berikut yang merupakan sel volta? a) Mg|Mg2+||Cu2+|Cu b) Fe|Fe2+||Cu2+|Cu c) Ag|Ag+|| Cu2+|Cu d) Fe|Fe2+|| Ag+|Ag e) Mg|Mg2+||Fe2+|Fe f) Zn|Zn2+|| Fe2+|Fe 



Syarat sel volta yaitu dapat bereaksi spontan ditandai dengan potensial sel yang positif. Dengan melihat rumus berikut







E0 sel = E0 katoda – E0 anoda







Maka potensial sel positif didapat apabila E0 anoda < E0 katoda, tanpa perlu dihitung. Notasi sel sebelah kiri adalah anoda sedangkan sebelah kanan adalah katoda. Misal untuk soal (a)







Mg|Mg2+ adalah anoda, E0 = -2,35 V







Cu2+|Cu adalah katoda E0 = +0,32 V







Karena E0 anoda (Mg) < dari E0 katoda (Cu) maka sel Mg|Mg2+||Cu2+|Cu merupakan sel volta







Cara cepatnya yaitu dengan melihat apakah setengah sel kiri lebih memiliki E0 lebih kecil.







Dengan pengerjaan seperti itu, maka yang merupakan sel volta adalah (a), (b), (d), dan (e)







2. Apabila suatu sel volta menggunakan logam Ag dan Zn, tentukan anoda, katoda, reaksi yang terjadi, notasi, dan potensial selnya! Diketahui potensial reduksi Ag dan Zn sebagai berikut.







Ag+ + e– → Ag E0 = +0,79 V







Zn2+ + 2e– → Zn E0 = -0,78 V







Pembahasan Anoda memiliki E0 lebih kecil, maka Zn adalah anoda dan Ag adalah katoda.



8



Reaksi sel tersebut sebagai berikut. Anoda : Zn → Zn2+ + 2e– Katoda : Ag+ + e– → Ag Reaksi sel : Zn + Ag+ → Zn2+ + Ag Notasi sel nya yaitu Zn|Zn2+||Ag+|Ag E0 sel = E0 katoda – E0 anoda E0 sel = 0,79 V – (–0,78 V) E0 sel = 1,57 V



Jawablah soal berikut ini, Untuk membantu menyelesai kan soal berikut, kamu dapa melihat tutorial pada link ini https://www.youtube.com/watch?v=AesG-sCQ29w https://www.youtube.com/watch?v=CKoPyi3TTjQ https://www.youtube.com/watch?v=U8OFJGOIELk



9