D
|
efinisi elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari interaksi antara sifat-sifat
listrik dengan reaksi kimia. Misalnya perubahan energi kimia menjadi energy
listrik pada elemen sel elektrokimia, reaksi oksidasi-oksidasi secara spontan
pada elemen yang dijadikan sumber arus listrik, dan perpindahan elektron dan
perpindahan elektron dalam larutan elektrolit yang terjadi pada aki.
A. PENGGOLONGAN
ELEKTROKIMIA
Elektrokimia adalah hubungan reaksi kimia
dengan gaya gerak listrik (aliran electron). Adapun penggolongan elektrokimia
terdiri dari dua macam, yaitu :
a. Reaksi
kimia menghasilkan daya gerak listrik (Sel Gallvani)
b. Daya gerak listrik menghasilkan reaksi kimia
(Sel Elektrolisis)
Alat yang digunakan untuk mempelajari
elektrokimia disebut sel elektrokimia. Sel elektrokimia ini merupakan sistem
yang terdiri dari atas elektroda positif
dan negatif yang tercelup pada larutan elektrolit.
1.
Sel Gallvani/Sel Volta
Prinsip-prinsip Sel Volta atau Sel Galvani:
a. Gerakan electron dalam sirkuit eksternal akibat
adanya reaksi redoks.
b. Terjadi perubahan energi kimia → energi listrik
c. Pada anoda, electron adalah produk dari reaksi
oksidasi (anoda kutub negative)
d. Pada katoda, electron adalah reaktan dari
reaksi reduksi (katoda kutub positif)
e. Arus electron mengalir dari anoda ke katoda,
arus listrik mengalir dari katoda ke
anoda.
f.
Jembatan garam
berfungsi untuk menyeimbangkan ion-ion dalam larutan.
Pada sel volta ini tejadi reaksi secara spontan
dengan nilai energy bebas gibbs serendah mungkin. Pada sel volta ini terjadi
reaksi kimia yang menghasilkan arus listrik. Contoh penerapannya adalah pada
sel baterai Adapun notasi selnya dapat ditulis sesuai dengan :
Anoda I ion anoda II ion katoda I katoda
2. Sel Elektrolisis
Sel elektrolisis adalah arus listrik yang
menimbulkan reaksi redoks. Pada sel kimia ini, terjadi reaksi dari energy listrik menjadi
energy kimia dan reaksinya bersifat tidak spontan. Ciri khusus pada sel elektrolisis adalah adanya katoda yang akan tereduksi dan anoda yang akan teroksidasi. Pada katoda, terdapat 2 kemungkinan zat yang ada, yaitu Kation (K+) dan air (H2O)
(bisa ada atau tidak ada tergantung dari apa yang disebutkan, cairan atau
lelehan). Sedangkan pada anoda terdapat 3 kemungkinan zat yang ada, yaitu Anion
(A-), air (H2O) (bisa ada atau tidak ada tergantung dari
apa yang disebutkan, cairan atau lelehan) serta elektroda., elektroda ini ada
dua macam, antara lain inert (tidak mudah bereaksi, seperti Platina (Pt), emas
(Aurum/Au), dan karbon (C)) dan tidak inert (mudah bereaksi, zat lainnya selain
Pt, C, dan Au).
Reaksi yang
terjadi pada katoda adalah reaksi reduksi yang ditandai dengan penurunan
bilangan oksidasi dan adanya pelepasan electron sesuai dengan reaksi Cu2+
+ 2e- → Cu. Sedangkan reaksi pada anoda adalah reaksi
oksidasi yang ditandai dengan adanya kenaikan bilangan oksidasi dan adanya
penangkapan electron sesuai dengan reaksi Cu → Cu2+
+ 2e-.
Potensial sel adalah
Gaya yang dibutuhkan untuk mendorong elektron melalui sirkuit eksternal. Elektroda tersusun
dari elektroda itu sendiri dan bahan kimia (reagents) yang terlibat. Sel
elektrokimia umumnya tersusun atas dua elektroda, yaitu anoda (bermuatan
negative) dan katoda (bermuatan positif). Reaksi yang terjadi pada tiap
elektroda disebut reaksi setengah sel atau reaksi elektroda. Potensial sel
standar dihitung dengan menggunakan potensial-potensial standar zat-zat yang
mengalami redoks sesuai perhitungan : E0sel = E0red - E0oks.
Jika
potensial elektroda berharga positif, artinya elektroda tersebut lebih mudah
mengalami reduksi daripada H+, dan jika potensial elektroda berharga
negatif artinya elektroda tersebut lebih sulit untuk mengalami reduksi
dibandingkan denga H+. Jadi, potensial elektroda berharga positif,
berarti elektroda tersebut lebih mudah mengalami reduksi daripada H+.
B. KONSTANTA KESETIMBANGAN REAKSI
SEL
Setiap reaksi kimia dapat dituliskan sebgaai kombinasi dari dua
buah reaksi setengah sel sehingga potensial sel dapat diasosiasikan dengannya.
Nilai ∆ ditentukan oleh relasi nFE0 = -∆G. kondisi kesetimbangan
untuk setiap reaksi kimia adalah
∆G0 = -n RT ln K,
……… 1)
Dengan nFE0 = -∆G …….
2)
Sehingga dapat ditulis :
RT ln K = -nFE0 …….. 3)
Karena
-nFE0 = ∆G, maka :
C. POTENSIAL SEL DAN ∆G REAKSI HUBUNGAN DENGAN REAKSI
Berdasarkan pada persamaan 1 poin B, maka dapat
disimpulkan bahwa pada nilai E sel yang semakin besar, artinya nilai energy
bebas Gibbs akan semakin kecil (semakin negative). Sehingga reaksi dapat
berjalan secara spontan. hal ini diperkuat oleh persamaan berikut :
-n F
E = dGrx ……. 6)
dimana F = tetapan Faraday (96500 C)
n = jumlah elektron yang terlibat
n = jumlah elektron yang terlibat
Persamaan
menunjukkan bahwa dengan mengetahui energi Gibbs reaksi pada komposisi
tertentu, potensial sel arus nol dapat ditentukan. Reaksi berlangsung spontan
jika energi bebas Gibbs negatif. Jadi, reaksi sel spontan jika potensial sel
arus nol positif.
D. PERSAMAAN NERST
Persamaan Nernst adalah persamaan yang melibatkan potensial sel sengan
konsentrasi suatu reaksi. Reaksi oksidasi reduksi banyak yang dapat
dilangsungkan pada kondisi tertentu untuk membangkitkan listrik. Dasarnya bahwa
reaksi oksidasi reduksi itu harus berlangsung spontan di dalam larutan air jika
bahan pengoksidasi dan pereduksi tidak sama. Dalam sel Galvani oksidasi
diartikan sebagai dilepaskannya elektron oleh atom, molekul atau ion dan
reduksi berarti diperolehnya elektron oleh partikel-partikel itu.
Sel yang mencapai kesetimbangan kimia dapat
melakukan kerja listrik ketika reaksi di dalamnya menggerakkan
elektron-elektron melalui sirkuit luar. Kerja yang dapat dipenuhi oleh transfer
elektron tertentu bergantung pada beda potensial antara kedua elektron.
Perbedaan potensial ini disebut potensial sel dan diukur dalam volt (V). Jika
potensial sel besar maka sejumlah elektron tertentu yang berjalan antara kedua
elekroda dapat melakukan kerja listrik yang besar. Sebaliknya, jika potensial
sel kecil maka elektron dalam jumlah yang sama hanya dapat melakukan sedikit
kerja.
Pada persamaan Nernst, K bukanlah suatu tetapan kesetimbangan Karena
larutan-larutan yang diperkirakan adalah pada konsentrasi-konsentrasi awal dan
bukan konsentrasi kesetimbangan. Bila suatu sel volta telah mati atau terdiscas
habis, barulah sistem itu berada dalam kesetimbangan. Pada kondisi ini Esel
= 0 dan faktor K dalam persamaan Nernst setara dengan tetapan kesetimbangan.
Oleh karena itu, potensial elektroda standar dihubungan dengan tetapan
kesetimbangan untuk reaksi oleh rumus :
Dimana Q adalah
koefisien reaksi antara produk per reaktan dan f adalah konstanta faraday yang
besarnya 96500 C/F dengan T dalam kelvin serta R adalah konstanta gas ideal
yang besarnya adalah 8,314 J/mol.K.
By : Nurul Maghfiroh (15630041)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar