Sel Elektrokimia

D

ELEKTROKIMIA

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

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 E_sel = 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)