Kesetimbangan Elektrokimia

       Elektrokimia merupakan ilmu yang mempelajari hubungan antara reaksi kimia dengan kerja listrik berdasarkan pada prinsip reaksi redoks. Ada dua jenis sel elektrokimia yaitu sel volta (sel galvani) dan sel daniell (sel elektrolisis). Sel volta adalah sel elektrokimia yang dapat menghasilkan energi listrik akibat dari reaksi redoks yang spontan. Sedangkan, sel elektrolisis adalah sel yang membutuhkan arus listrik untuk menghasilkan energi kimia karena reaksi tersebut berlangsung secara tidak spontan. Adapun perbedaan di antara keduanya dapat digambarkan sebagai berikut (Atkins,1994).





 
Terdapat beberapa perbedaan antara reaksi reduksi dengan oksidasi yaitu :

 

Oksidasi	Reduksi
Reduktor	Oksidator
Menerima oksigen	Melepas oksigen
Melepas elektron	Menerima elektron
Kehilangan hidrogen	Mendapatkan hidrogen
Meningkatnya bilangan oksidasi	Menurunnya bilangan oksidasi

       Proses reduksi dan oksidasi merupakan reaksi yang terjadi dalam sel elektrokimia. Keduanya terjadi dalam ruang (elektroda) yang berbeda. Pada masing-masing elektroda terjadi setengah reaksi dari reduksi ataupun oksidasi. Katoda merupakan elektroda di aman reduksi terjadi, sedangkan anoda merupakan elektroda di aman oksidasi berlangsung. Misalnya, seperti persamaan reaksi di bawah ini (Chang, 2003) : 

Right –hand electrode        : Cu²⁺_(aq) + 2e^-   →  Cu_(s)

Left –hand electrode          : Zn²⁺_(aq) + 2e^-     →  Zn_(s)

Overall Reaction                : Cu²⁺_(aq) + Zn_(s)   →  Zn²⁺_(aq) + Cu_(s)

          Dalam kali ini akan dibahas reaksi yang terjadi dalam sel volta. Untuk lebih memahami sel volta maka harus dipahami terlebih dahulu tentang reaksi redoks secara spontan. Reaksi spontan adalah reaksi yang berlangsung tanpa adanya campur tangan dari lingkungan. Salah satu reaksi spontan adalah reaksi kimia antara tembaga (II) dan seng sebagaimana telah dijelaskan. Dalam sel volta, reduksi terjadi pada katoda yang bermuatan positif dan oksidasi terjadi pada anoda yang bermuatan negatif. Selain itu, dalam rangkaian sel volta terdapat jembatan garam yang berfungsi sebagai media aliran elektron antara dua setengah reaksi sel yang terjadi di antara dua elektroda tersebut (Atkins, 1994).

 
Reaksi yang terjadi pada rangkaian sel volta di atas sebagai berikut.

Cathode          : Cu²⁺_(aq) + 2 e⁻  →  Cu_(s)

Anode             : Zn _(s)                 →  Zn²⁺_(aq) + 2 e⁻

Overall            : Cu²⁺_(aq) + Zn_(s) →  Zn²⁺_(aq) + Cu_(s)

Notasi sel sesuai dengan rangkaian di atas adalah Zn_(s) | ZnSO_4(aq) || CuSO_4(aq) | Cu_(s). Arti tanda satu garis (I) adalah batas fase, dan dua garis (II) berarti jembatan garam yang menghubungan dua larutan. Dalam penulisan notasi sel, terdapat beberapa type sel yang mempengaruhi dalam penulisannya, antara lain (Atkins, 1994) :

•  Pt_(s) | H_2(g) | HCl_(aq) | AgCl_(s) | Ag(s)
  

• Zn_(s) | ZnSO_4(aq) || CuSO_4(aq) | Cu_(s)

• Zn_(s) | ZnSO_4(aq) ⁞ CuSO_4(aq) | Cu_(s)  

           Deret volta adalah urutan logam (termasuk hidrogen) berdasarkan kenaikan potensial elektroda standarnya. Deret ini dapat digunakan untuk menentukan reaksi yang terjadi pada logam tersebut. Potensial standar reduksi masing-masing elektroda dapat ditentukan dengan membandingkannya terhadap elektroda standar primer yaitu elektroda hidrogen standar (SHE = Standard Hydrogen Electrode). Keadaan standar yang di maksud adalah ketika tekanan gas hidrogen sebesar 1 atm, konsentrasi ion hidrogen 1 M, dan dilakukan pada suhu ruang. Sesuai kesepakatan SHE memiliki potensial standart reduksi sebesar nol. Deret volta yang umum digunakan adalah (Atkins, 1994) :

Li K Ba Ca Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Si Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au

                                   
Berdasarkan deret volta di atas, semakin ke kiri maka kedudukan suatu logam adalah semakin reaktif sehingga semakin mudah untuk melepas elektron. Akibatnya semakin ke kiri merupakan reduktor yang semakin kuat.
          Potensial elektroda adalah potensial listrik yang ada pada sebuah elektroda yang berhubungan dengan bentuk oksidasi dan reduksi dari beberapa zat. Suatu elektroda mengandung partikel yang dapat menarik elektron, atau cenderung tereduksi. Kekuatan tarikan tersebut adalah potensial reduksi (E). Dalam suatu sel elektrokimia, potensial selnya merupakan selisih potensial reduksi kedua elektrodanya, sesuai persamaan berikut ini (Chang, 2003).

                                                        E_sel = E_katoda - E_anoda 
Persamaan tersebut dapat dihubungkan dengan besar energi bebas gibbs melalui:

Di mana ΔG adalah energi bebas gibbs (J/mol), n adalah jumlah elektron yang terlibat, F adalah tetapan faraday (96500 J/V.mol) dan E adalah potensial kimia (V). Secara termodinamika, hubungan antara energi bebas gibbs dengan potensial sel sebagai berikut (Atkins, 1994).

  

Semakin tinggi nilai potensial sel, maka semakin jauh suatu reaksi terhadap kesetimbangan. 

Secara elektrokimia, reaksi redoks berlangsung dengan melibatkan transfer muatan melewati antarmuka elektroda logam dengan spesi di dalam larutan. Sesuai mekanisme interaksi antara permukaan elektroda dengan elektron di bawah ini (Atkins, 1994).

Dalam reaksi redoks dalam sel volta melibatkan persamaan hasil dari hubungan potensial sel dengan konstanta kesetimbangan, yaitu :

  

Ketika sel elektrokimia mencapai kesetimbangan maka,

Daftar Pustaka
Atkins, P. W. 1994. Kimia Fisika Jilid 1. Jakarta : Erlangga
Chang, Raymond. 2003. Kimia Dasar Jilid II. Jakarta : Erlangga

 
Oleh : Arini Nusky Ghofur (15630065)