ELEKTROKIMIA: ENERGI BEBAS GIBBS

                                      ELEKTROKIMIA: ENERGI BEBAS GIBBS

Elektrokimia adalah cabang ilmu kima yang mempelajari hubungan antara reksi kimia dengan aliran lisrik. Elektrokimia dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu Galvani dan Elektrolisis. Elektrolisis adalah suatu proses dimana reaksi kimia terjadi pada elektroda yang tercelup dalam elektrolit., ketika tegangan diterapkan terhadap elektroda itu. Sedangkan yang dimaksud dengan sel elektrolisis adalah sel dimana energy listrik digunakan untuk berlangsungnya suatu reaksi kimia. Sel ini merupakan kebalikan dari sel galvani. ( Dogra, SK Dogra, 2009).

 Sel Galvani adalah suatu proses dimana terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik hyang terdiri atas elektroda positif dan negatif. Apabila kedua elektroda dihubungkan akan terjadi beda potensial yang menyebabkan arus mengalir dari elektroda dengan potensial tinggi menuju elaktroda dengan potensial rendah (Tim Penyusun, 2017).

Aliran listrik merupakan aliran sesuatu yang bermuatan seperti elektron. Reaksi kimia yang berhubungan dengan adanya aliran elektron adalah reaksi reduksi-oksidasi, yaitu reaksi kimia yang melibatkan pelepasan dan penerimaan elektron. Reaksi redoks yang  berlangsung spontan (G < 0 ) dan tidak spontan (G>0). Reaksi redoks spontan dapat dirancang untuk menghasilkan arus listrik yang dapat digunakan untuk menghasilkan kerja mekanik. Sedangkan reaksi redoks tidak spontan dapat dilangsungkan dengan menambahkan energy listrik dari luar.

Hukum kedua termodinamika berkaitan dengan spontanitas. Suatu pernyataan hukum ke dua termodinamika adalah bahwa setiap perubahan yang spontanitas selalu terjadi kenaikan entropi. Dua factor yang mengontrol kejadian yang spotanitas adalah perubahan energy dan perubahan entropi. Hukum kedua termodinamika yang berkaitan erat dengan perubahan entalpi dan perubahan entropi bersama-sama mejadi kuantitas termodinamika tunggal yang disebut ENERGI BEBAS GIBBS. (Sastrohamidjojo, Hardjono, 2010).

Energi bebas Gibbs didefinisikan sebagai perbedaan antara energi entalpi (H) dengan energi yang tidak digunakan untuk kerja berupa entropi (S) pada temperatur absolut (T) sehingga menjadi persamaan:

Pada suhu tetap,

∆G =∆H – T ∆S............................................................................ (1)

           

Persamaan penting ini memberikan hubungan antara  ∆H, ∆S, dan ∆G pada suhu yang sama.

Hubungan entropi dengan ketidakaturan molekul : makin besar ketidakteraturan  atau gerakan bebas atom atau molekul dalam sistem, makin besar entropi sistem.  Susunan yang paling teratur dari setiap zat dengan gerakan bebas atom atau molekul yang paling kecil adalah kristal sempurna murni pada nol mutlat (0^oK).

Energi Gibbs dan Perubahan Spontan

Kespontanan reaksi secara langsung, fungsi termodinamika baru yang disebut energi bebas Gibbs (G) digunakan dimana

G = H – TS.................................................................................... (2)

Semua besaran dalam persamaan merujuk ke sistem dan T merupakan suhu sistem. G merupakan fungsi keadaan :

ΔG = ΔH  - T ΔS------------------------------------------------------------ (3)

Kondisi kespontanan dan kesetimbangan pada suhu dan tekanan tetap dapat disimpulkan berdasarkan ΔG sebagai berikut:

ΔG < 0 reaksi spontan

ΔG > 0 reaksi tidak spontan (reaksi spontan dalam arah yang berlawanan)

ΔG = 0 sistem berada pada kesetimbangan

Perubahan Energi Gibbs Standar

            Pada penelitian, potensial sel diukur digunakan untuk menghitung perubahan entalpi dan perubahan entropi. Perubahan energi bebas gibbs standar dinyatakan :

ΔG^o = - nFE^o_{sel--------------------------------------------------------------------------------------------------------} (4)

Selanjutnya, dapat dihubungkan dengan tetapan kesetimbangan K dari reaksi redoks. Hubungn antara ΔG dengan  ΔG^o  ditulis:

ΔG =  ΔG^o + RT ln Q.................................................................... (5)

dengan R merupakan tetapan gas (8,314 J.K^-1mol^-1), T adalah tetapan suhu mutlak reaksi. Jika ΔG bernilai negatif (-) berarti reaksi berlangsung secara spontan, tetapi jika ΔG bernilai positif (+) berarti reaksi berlangsung tidak spontan. Pada saat setimbang adalah ΔG = 0 dan Q = K , dengan K adalah tatpan kesetimbangan maka,

ΔG^o  = -RT ln K------------------------------------------------------------- (6)

Sari persamaan (4) disubtitusikan ke persamaan (6) maka diperoleh :

-nFE^o_sel  = - RT ln K---------------------------------------------- (7)

Berdasarkan proses yang akan dilewati tentunya terjadi reaksi kimia yang melibatkan berbagai macam reaksi. Salah satu diantaranya adalah reaksi yang berkaitan dengan perubahan bilangan oksidasi dari atom-atom sebelum dan sesudah reaksi, redoks ( reduksi-oksidasi). Reduksi adalah penerimaan elektron atau penurunan bilangan oksidasi, sedangkan Oksidasi adalah pelepasan elektron atau peningkatan bilangan oksidasi.

Rangkaian sel elektrokimia pertama kali dipelajari oleh LUIGI GALVANI (1780) danALESSANDRO VOLTA (1800). Sehingga disebut sel Galvani atau sel Volta. Keduanya menemukan adanya pembentukan energi dari reaksi kimia tersebut. Energi yang dihasilkan dari reaksi kimia sel Volta berupa energi listrik berikut ilustrasinya,

 

Notasi sel untuk sel volta, penulisannya adalah: anoda || katoda atau zat yang teroksidasi || zat yang tereduksi

Seperti pada contoh diatas, berarti notasi selnya adalah:

Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu, E_sel= 1,1 volt

Sel Volta terdiri atas elektroda (logam seng dan tembaga) larutan elektrolit (ZnSO4 dan CuSO4), dan jembatan garam (agar-agar yang mengandung KCl). Logam seng dan tembaga bertindak sebagai elektroda. Keduanya dihubungkan melalui sebuah voltmeter. Elektroda tempat berlangsungnya oksidasi disebut Anoda (elektroda negatif), sedangkan elektroda tempat berlangsungnya reduksi disebut Katoda (elektroda positif).

Berdasarkan percobaan dengan rumus perhitungan beserta ilustrasi gambar yang ditunjukkan dapat dugunakan segaai penentu entalpi dan energi bebas gibbs.

DAFTAR PUSTAKA

Dogra, SK dan Dogra. 2009. Kimia Fisik dan Soal-Soal. Jakarta : UI Press

Sastrohamidjojo, Hardjono. 2010. Kimia Dasar. Jogjakarta : UGM Press

Tim Penyusun. 2017. Petunjuk Praktikum Kimia Fisika I. Malang : UIN Press

Ditulis Oleh: LAILATUL NUR SIAMI (15630078)