Pendahuluan

Latar belakang

Dalam kehidupan sehari–hari banyak sekali peristiwa yang berkaitan dengan reaksi redoks. Salah satunya adalah penggunaan arus listrik dari baterai yang berasal dari reaksi redoks. Selain itu, listrik dari aki yang digunakan untuk menstarter mobil juga berasal dari reaksi redoks spontan.

Reaksi redoks yang mengakibatkan terjadinya perubahan energi kimia menjadi energi listrik, atau sebaliknya, merupakan proses elektrokimia. Salah satu sel elektrokimia yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik dengan konsep redoks adalah sel volta. Sehingga dengan banyaknya manfaat yang bisa diperoleh dengan sel elektrokimia, maka perlu tambahan wawasan yang berkaitan dengan sel elektrokimia tersebut, khususnya sel volta.

Kompetensi Dasar

Menerapkan konsep reaksi redoks dalam sel elektrokimia, khususnya sel volta yang melibatkan energi listrik dan kegunaannya dalam kehidupan sehari-hari dan dalam industri

Indikator Ketuntasan

1. Menggambarkan susunan sel volta dan menjelaskan fungsi tiap bagiannya.
2. Menuliskan lambang sel dan reaksi-reaksi yang terjadi pada sel volta.
3. Menghitung potensial sel berdasarkan data potensial standar dan membandingkan hasil pengukuran dengan hasil perhitungan.
4. Menjelaskan bagaimana energi listrik dihasilkan dari reaksi redoks pada sel volta.
5. Menjelaskan prinsip-prinsip sel volta yang digunakan dalam kehidupan.

Selanjutnya

Gambaran Umum Sel Volta

Sel volta terdiri atas elektroda tempat berlangsungnya reaksi oksidasi yang disebut anoda (elektrode negatif), dan tempat berlangsungnya reaksi reduksi yang disebut katoda (elektrode positif). Sel volta juga berisi jembatan garam yang berfungsi menyetimbangkan ion-ion dalam larutan. Misalkan logam Zn yang dicelupkan ke dalam ZnSO₄ dan Cu yang dicelupkan ke dalam CuSO₄, kemudian keduanya dihubungkan dengan kawat. Elektron akan mengalir melalui rangkaian kawat penghubung dari logam Zn yang lebih bermuatan negatif ke logam Cu. Rangkaian sel volta tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini

Aliran elektron terjadi akibat adanya perbedaan potensial. Perbedaan potensial ini disebut gaya gerak listrik antara logam Zn dan Cu. Zn melepaskan elektron (teroksidasi) membentuk elektrode negatif sehingga sebagai kutub negatif, sedangkan Cu menerima elektron (tereduksi) membentuk elektrode positif sehingga sebagai kutub positif. Dalam hal ini, elektrode negatif tempat terjadinya reaksi oksidasi disebut anode (Zn). Sementara elektrode positif tempat terjadinya reaksi reduksi disebut katode (Cu). Reaksi yang terjadi di anode dan di katode dari rangkaian di atas sebagai berikut.

Anode ( reaksi oksidasi ) : Zn_(s)—>Zn²⁺_(aq)+2e^-

Katode ( reaksi reduksi ) : Cu²⁺_(aq)+2e^-—>Cu_(s)

Reaksi sel: Zn_(s) + Cu²⁺—> Zn²⁺_(aq) + Cu_(s)

Kesimpulan

1. Sel volta merupakan sel elektrokimia yang melibatkan reaksi redoks spontan.
2. Dalam sel volta, reaksi oksidasi berlangsung di anoda, reaksi reduksi di katoda.
3. Pada rangkaian sel volta, katoda bermuatan positif dan anoda bermuatan negatif

selanjutnya

Deret Volta dan Notasi Sel Volta

Deret Volta

Perkiraan berlangsungnya reaksi dapat terlihat dari nilai E selnya. Apabila nilai E selnya positif berarti reaksi akan berlangsung, tetapi kalau nilai E selnya berharga negatif, reaksi tidak akan berlangsung. Selain dilihat dari nilai E sel, keberlangsungan reaksi dapat diperkirakan dari deret volta, yaitu

Li-K-Ba-Ca-Na-Mg-Al-Mn-Zn-Cr-Fe-Cd-Co-Ni-Sn-Pb-(H)-Sb-Bi-Cu-Hg-Ag-Pt-Au

Makin ke kanan, logam semakin kurang reaktif (sukar melepas elektron) sehingga lebih mudah direduksi namun sukar dioksidasi. Sehingga merupakan oksidator kuat.

Makin ke kiri, logam makin reaktif (mudah melepas elektron) sehingga mudah dioksidasi namun sukar direduksi. Sehingga merupakan reduktor kuat.

Notasi Sel Volta

Sel Volta dinotasikan dengan cara yang telah disepakati yaitu disebut dengan diagram sel. Misalnya untuk rangkaian sebelumnya, yaitu

Anode ( reaksi oksidasi ) : Zn_(s)—>Zn²⁺_(aq)+2e^-

Katode ( reaksi reduksi ) : Cu²⁺_(aq)+2e^-—>Cu_(s)

Reaksi sel: Zn_(s) + Cu²⁺_(aq)—> Zn²⁺_(aq) + Cu_(s), Maka diagram selnya dapat dinyatakan sebagai berikut:

Zn(s) | Zn²⁺(aq) || Cu²⁺(aq) | Cu(s)

Anoda (setengah sel oksidasi) dituliskan di sebelah kiri dan katode (setengah sel reduksi) dituliskan di sebelah kanan. Kemudian satu garis sejajar (|) menyatakan batas fasa yaitu adanya fasa yang berbeda, namun jika fasanya sama maka digunakan tanda koma. Dua garis sejajar (||) menyatakan jembatan garam yang memisahkan anode dengan katode. Untuk elektroda yang tidak bereaksi ditulis dalam notasi diujung kiri dan ujung kanan diagram sel.

Selanjutnya

Potensial Elektrode Standar

Potensial elektrode tunggal tidak dapat ditentukan atau diukur namun harus ada salah satu elektrode pembanding. Adapun rumus dari potensial sel volta adalah

E° sel = E° red - E° oks

Sebagai contoh untuk sel yang terdiri dari elektroda Zn dan elektroda H dari pengukuran diketahui bahwa GGL sel sebesar 0,762 V dengan reaksi sebagai berikut

Anode ( reaksi oksidasi ) : Zn_(s)—>Zn²⁺_(aq)+2e^-

Katode (reaksi reduksi) : 2H⁺ _(aq)+ 2e —> H_2(g)

Maka dapat disimpulkan bahwa

E° sel = E° red - E° oks

0,762 V = 0 - E°_Zn

E°_Zn= - 0,762 V

Beberapa hal yang perlu diperhatikan sebagai standardisasi potensial

1. Konsentrasi dan temperatur larutan elektrolit dipertahankan pada konsisi tetap, yatu 1 molar, tekanan 1 atm dan 25 °C (STP).

2. Sebuah sel disusun dengan elektroda umum yang berperan sebagai elektroda standar.

3. Menggunakan elektrode platina jika sistem setengah sel tidak termasuk logam.

Selanjutnya

Persamaan Nernst dan Sel Konsentrasi

Persamaan Nernst

Potensial sel non standar dapat dihitung dengan persamaan Nernst sebagai berikut

E^o adalah potensial elektroda normal (potensial elektroda semua zat dalam reaksi sel dalam keadaan standar), n jumlah elektron yang terlibat dalam reaksi, sedangkan oks dan red masing-masing menyatakan konsentrasi partikel hasil oksidasi dan konsentrasi partikel hasil reduksi.

Sel Konsentrasi

Pada sel konsentrasi digunakan dua elektrode yang sama namun konsentrasi larutannya yang berbeda. Elektrode dalam larutan pekat merupakan katode (tempat terjadinya reaksi reduksi) sedangkan elektrode dalam larutan encer merupakan anode (tempat terjadinya reaksi oksidasi). Misalnya untuk

Zn | Zn²⁺(10^-3 M) || Zn ²⁺(10^-1 M) | Zn

Maka untuk reaksi di atas yang mengalami reduksi adalah Zn ²⁺(10^-1 M) karena lebih pekat daripada Zn²⁺(10^-3 M) sedangkan Zn yang mengalami oksidasi. Untuk penggunaan rumus sama dengan persamaan Nernst, yaitu

Selanjutnya

Sel Volta Komersial

1. Aki

Sel aki terdiri atas anode Pb (timah hitam) dan katode PbO2, keduanya merupakan zat padat, yang dilarutkan ke dalam larutan asam sulfat.

Reaksi Pengosongan Aki:

Anode : Pb (s) + HSO_4^-(aq) --> PbSO₄ (s) + 2e

Katode : PbO₂ (s) + HSO_4^-(aq) + 3 H⁺ (aq) + 2e --> PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l)

2. Baterai Kering

Baterai kering ditemukan oleh Leclanche. Sel Leclanche terdiri atas satu silinder zink yang berisi pasta dari campuran batu kawi (MnO₂), salmiak (NH₄Cl), karbon (C), dan sedikit air.

Zink berfungsi sebagai anode, sedangkan katode yang digunakan adalah elektode inert, yaitu grafit, yang dicelupkan di tengah-tengah pasta. Pasta itu sendiri berfungsi sebagai oksidator.

Reaksi yang terjadi:

Anode : Zn (s) --> Zn²⁺ (aq) + 2e

Katode : 2 MnO₂ (s) + 2 NH₄⁺ (aq) + 2e --> Mn₂O₃ (s) + 2 NH₃ (aq) + H₂O (l)