Kimia

Sel Volta

Sel Volta

Sel volta (sel galvani) adalah sel elektrokimia dimana energi kimia dari reaksi redoks spontan diubah menjadi energi listrik. Prinsip kerja sel volta dalam menghasilkan arus listrik adalah aliran transfer elektron dari reaksi oksidasi di anode ke reaksi reduksi di katode melalui rangkaian luar.

Susunan Sel Volta

Secara umum, sel volta tersusun dari:

• Anode, yaitu elektrode tempat terjadinya reaksi oksidasi.
• Katode, yaitu elektrode tempat terjadinya reaksi reduksi.
• Elektrolit, yaitu zat yang dapat menghantarkan listrik.
• Rangkaian luar, yaitu kawat konduktor yang menghubungkan anode dengan katode.
• Jembatan garam, yaitu rangkaian dalam yang terdiri dari larutan garam. Jembatan garam memungkinkan adanya aliran ion-ion dari setengah sel anode ke setengah sel katode, dan sebaliknya sehingga terbentuk rangkaian listrik tertutup.

Notasi sel volta digunakan untuk menggambarkan rangkaian sel volta dan reaksi redoks yang berlangsung didalamnya. Sel Volta tersusun atas setengah sel antara logam seng-ion seng dan setengah sel antar logam tembaga-ion tembaga. Sel tersebut dapat dinyatakan dengan notasi yang ditulis  dalam bentuk:

Zn(s)|Zn²⁺(aq)||Cu²⁺(aq)|Cu(s)

Notasi tersebut dinamakan notasi sel volta.

Secara umum, penulisan notasi sel volta menurut  konvensi IUPAC adalah sebagai berikut.

1. Notasi sel terdiri dari anode dan katode
2. Tanda  || adalah jembatan garam untuk memisahkan fase berbeda.
3. Tanda | adalah batas fase untuk memisahkan fase berbeda.
4. Tanda koma (,) digunakan untuk memisahkan spesi-spesi dalam fase yang sama.
5. Elektroda anode terletak paling kiri dan elektrode katode paling kanan.
6. Elektrolit inert tidak ditulis

Potensial elektrode standar (E^o), adalah potensial elektrode (potensial reduksi) yang diukur pada suhu 25^oC dan tekanan parsial 1 atm, dimana konsentrasi ion-ion yang terlibat dalam reaksi adalah 1 M. Potensial elektrode standar dapat digunakan untuk memperkirakan apakah suatu reaksi redoks berlangsung secara spontan atau tidak.

Potensial sel adalah kemampuan maksimum sel untuk mendorong elektron mengalir melalui rangkaian luar. Sel volta digolongkan menjadi sel primer, sel sekunder dan bahan bakar.

Reaksi kimia yang menghasilkan energi listrik:

Katode : kutub (+)
Anode : kutub (-)

Potensial listrik yang dihasilkan sel Volta disebut potensial sel (E^osel).

Reaksi berlangsung spontan bila besarnya E^osel = positif (+).

E^osel = E^o reduksi - E^o oksidasi

Deret Keaktifan Logam (Deret Volta)

Urutan unsur-unsur logam pada tabel potensial elektroda standar disebut juga deret elektrokimia (deret volta). Deret ini memberikan informasi reaktivitas unsur logam dalam suatu reaksi redoks.

• Reaktivitas unsur logam semakin berkurang dari kiri ke kanan.
• Sifat reduktor (daya reduksi) logam semakin berkurang dari kiri ke kanan.
• Kecenderungan logam untuk teroksidasi semakin berkurang dari kiri ke kanan.
• Sifat oksidator (daya oksidasi) logam semakin bertambah dari kiri ke kanan.
• Kecenderungan ion logam untuk tereduksi semakin bertambah dari kiri ke kanan.

Sel Elektrolisis

Sel Elektrolisis

Sel elektrolisis adalah sel elektrokimia dimana energi listrik digunakan untuk menjalankan reaksi redoks yang tidak spontan. Elektrolisis adalah peristiwa penguraian zat elektrolit oleh arus listrik searah. Elektroda positif (+) yang disebut juga anoda sedangkan elektroda negatif (-) disebut katoda.

Susunan Sel Elektrolisis

Secara umum, sel elektrolisis tersusun dari:

• Sumber listrik yang menyuplai arus searah (dc), misalnya baterai.
• Anode, yaitu elektrode tempat terjadinya reaksi oksidasi.
• Katode, yaitu elektrode tempat terjadinya reaksi reduksi.
• Elektrolit, yaitu zat yang dapat menghantarkan listrik.

Reaksi kimia yang memerlukan energi listrik:

Katode : kutub (-)
Anode : kutub (+)

Elektrolisis leburan/lelehan/cairan: unsur-unsur yang terlibat dalam reaksi adalah kation, anion dan elektrodenya.

Elektrolisis larutan: unsur-unsur yang terlibat dalam reaksi adalah kation, anion, pelarut (air), dan elektrodenya.

Skema reaksi-reaksi elektrolisis larutan:

1. Reaksi di katode bergantung pada jenis kation
   jika kation merupakan logam aktif (golongan IA, IIA, Al, dan Mn), maka terjadi reduksi air:
   2H₂O(l) +2e^- --> H₂(g) + 2OH^-(aq)
   jika kation bukan logam aktif, maka reaksi reduksi:
   2H⁺(aq) + 2e^- --> H₂(g)
   L^x+(aq) + xe^- --> L(s)

2. Reaksi di anode bergantung pada jenis anode dan anion
   jika anode merupakan anode inert (Pt, Au, C) dan anionnya merupakan sisa asam oksidasi (seperti SO₄^2- atau NO₃^-), maka terjadi oksidasi air:
   2H₂O(l) --> 4H⁺(aq) + O₂(g) + 4e^-
   jika anode merupakan anode inert (Pt, Au, C) dan anionnya merupakan sisa asam lain (seperti Cl^-, Br^-, I^-) atau OH^-, maka reaksi oksidasi:
   2Cl^-(aq) --> Cl₂(g) + 2e^-
   4OH^-(aq) --> 2H₂O(l) + O₂(g) + 4e^-
   jika anode bukan merupakan anode inert, maka anode mengalami oksidasi:
   M(s) --> M^y+(aq) + ye^-

Logam aktif (golongan IA, IIA, Al dan Mn) kationnya akan tereduksi menjadi logamnya, bila yang dielektrolisis adalah lelehan/leburan/cairanya

Pada pelapisan/penyepuhan logam yang digunakan sebagai anode adalah logam pelapis

Susunan Sel Elektrolisis:

Reaksi yang terjadi:

Katode (-): 2H₂O(l) +2e^- --> H₂(g) + 2OH^-(aq)
Anode (+): 2Cl^-(aq) --> Cl₂(g) + 2e^-

Persamaan dan Perbedaan Sel Volta dengan Sel Elektrolisis

Persamaan sel volta dengan sel elektrolisis

Sel Volta dan Sel Elektrolisis termasuk dari Sel Elektrokimia, dibawah ini merupakan persamaan dari Sel Volta dan Sel Elektrolisis:

1. Reaksi oksidasi berlangsung di anode dan reaksi reduksi berlangsung di katode
2. Pada rangkaian luar, elektron mengalir melalui kawat dari anode ke katode.
3. Elektrolit merupakan zat yang menghantarkan listrik di dalam sel. Arus listrik dibawa oleh anion ke anode dan oleh kation ke katode.

Perbedaan sel volta dengan sel elektrolisis

Sobat Pintar, di bawah ini merupakan tabel perbedaan antara Sel Volta dengan Sel Elektrolisis:

Hukum Faraday

Hukum Faraday I

Massa zat yang dihasilkan pada suatu elektrode selama elektrolisis (G) berbanding lurus dengan jumlah muatan listrik yang digunakan (Q).

Secara matematis, hukum Faraday I dapat ditulis dalam persamaan berikut:

G ~ Q

Sebagaimana jumlah muatan listrik (Q) sama dengan hasil kali dari kuat arus listrik (i) dengan selang waktu (t),

Q = i x t

G ~ i x t

Massa zat yang dihasilkan selama elektrolisis (G) juga berbanding lurus dengan kuat arus (i) dan selang waktu (t).

Muatan listrik (Q) yang digunakan dalam elektrolisis berbanding lurus dengan jumlah mol elektron yang terlibat dalam reaksi redoks (ne). Secara eksperimen diperoleh bahwa 1 mol elektron memiliki muatan listrik sebesar 96.500 coulomb. Nilai muatan listrik elektron ini ditetapkan sebagai konstanta Faraday (F). Jadi, hubungan ini dapat dirumuskan sebagai berikut.

Q = ne x F

Hukum Faraday II

Massa zat yang dihasilkan pada elektrode berbanding lurus dengan massa ekivalen zat.

Di dalam Hukum Faraday II dinyatakan bahwa massa yang dihasilkan pada elektrode berbanding lurus dengan massa ekivalen zat.

massa zat ~ massa ekivalen zat

w ~ ME

Massa ekivalen zat adalah massa atom relatif (Ar) dibagi dengan perubahan bilangan oksidasinya atau muatan ionnya.

ME = Ar/biloks atau muatan ion

Penggunaan Sel Volta dan Sel Elektrolisis

Berikut ini adalah penggunaan sel volta:

1. Dimanfaatkan dalam baterai (sel kering)
2. Dimanfaatkan dalam aki (sel basah)
3. Untuk sel bahan bakar

Berikut ini adalah penggunaan sel elektrolisis:

1. Untuk memproduksi suatu zat
2. Untuk pemurnian logam, dengan prinsip:
   - logam kotor sebagai anode
   - logam murni sebagai katode.
3. Untuk penyepuhan (elektroplating), dengan prinsip;
   - Logam yang akan disepuh sebagai katode
   - Logam penyepuh sebagai anode

Elektrolit yaitu larutan yang mengandung ion logam penyepuh. massa logam penyepuh akan berkurang.

1.

Jawablah soal berikut dengan benar!

Sel elektrokimia dimana energi kimia dari reaksi redoks spontan diubah menjadi energi listrik adalah pengertian dari.....

A. potensial sel
B. notasi sel
C. deret volta
D. sel volta
E. sel elektrokimia

2.

Jawablah soal berikut dengan benar!

Diketahui:

Ag⁺ + e^- ---> Ag E⁰=+0,80 volt

Mg²⁺ + 2e^- ---> Mg E⁰ = -2,38 volt

Potensial standar sel Ag dan Mg adalah..

A. +0,80 volt
B. -2,38 volt
C. +2,38 volt
D. -0,80 volt
E. +3,18 volt

3.

Jawablah soal berikut dengan benar!

Perhatikan sel elektrokimia berikut ini!

Penulisan diagram yang tepat dari gambar adalah.....

A. Zn|Zn²⁺||Cu²⁺|Cu
B. Cu|Cu²⁺||Zn²|Zn
C. Zn²⁺|Zn||Cu|Cu²⁺
D. Cu²⁺|Cu||Zn²⁺|Zn
E. Zn|Zn²⁺||Cu|Cu²⁺

4.

Jawablah soal berikut dengan benar!

Dalam suatu sel volta terjadi reaksi ;

Sn + 2Ag⁺ --> Sn²⁺ + 2Ag
E⁰ Sn²⁺|Sn        E⁰ = -0,14 volt
E⁰ Ag⁺|Ag        E⁰ = +0,80 volt

harga potensial sel reaksi tersebut adalah….

A. 1,88 volt
B. 1,74 volt
C. 0,94 volt
D. 0,36 volt
E. -0,94 volt

5.

Jawablah soal berikut dengan benar!

Arus listrik 20 ampere dialirkan ke dalam larutan AgNO₃ selama 965 detik. Massa perak yang dihasikan di katoda adalah ..... gram. (Ar Ag=108; 1F = 96500 C/mol)

A. 5,4
B. 10,8
C. 21,6
D. 54
E. 108

6.

Jawablah soal berikut dengan benar!

Bahan yang digunakan sebagai elektrode pada sel aki (accu) adalah …

A. Pt dan C
B. Zn dan C
C. Pb dan PbO₂
D. Zn dan Cu
E. Cu dan PbO₂

7.

Jawablah soal berikut dengan benar!

Logam yang tidak diperoleh dengan proses elektrolisis adalah …

A. Natrium
B. Aluminium
C. Magnesium
D. Kalsium
E. Merkuri