Keseimbangan Kimia Elektrokimia

Nama : Novi Mustika Sari

NIM : 15630031

Keseimbangan Kimia Elektrokimia

Elektrokimia merupakan cabang lmu kimia yang berkenaan dengan interkonversi energy listrik dan energi kimia. Proses elektrokimia adalah reaksi reduksi dan oksidasi ( Redoks ) dimana dalam reaksi ini energi yang dilepas oleh reaksi spontan diubah menjadi listrik atau dimana energy listrik digunakan agar reaksi yang nonspontan bisa terjadi. Sel elektrokimia dapat didefinisikan sebagai sel yang menghasilkan energy listrik akibat reaksi kimia dalam sl tersebut, seperti sel volta dan sel galvani. Sedangkan sel yang menghasilkan reaksi kimia akibat energy listrik disebut dengan sel elektrolisis.

1.      Sel Volta atau Sel Galvani

Sel volta merupakan penataan bahan kimia dan penghantar listrik yang memberikan aliran electron lewat rangkaian luar lewat suatu zat kimia yang teroksidasi ke zat kimia yang direduksi. Dalam sel volta, oksidasi berarti dilepaskannya electron oleh atom, molekul atau ion dan reduksi berarti diperolehnya electron oleh partikel-partikel ini.

Sel galvani atau sel volta merupakan sel yang menghasilkan arus listrik. Pada sel galvani, anoda berfungsi sebagai elektroda bermuatan negative dan katoda berfungsi sebagai muatan positif. Arus listrik mengalir dari katoda menuju anoda. Reaksi kimia yang terjadi pada sel galvani berlangsung secara spontan.

gambar sel volta

Syarat sel galvani :

1.      Reaksi redoks terjadi secara spontan

2.      Hasil reaksi menghasilkan energy

3.      G<0 dan E_osell adalah positif

Prinsip dari sel volta adalah jika dua logam dicelupkan dengan kecenderungan ionisasi yang berbeda dalam larutan elektrolit dan menghubungkan kedua elektroda dengan kawat, sebuah sel volta akan tersusun. Pertama, logam dengan kecenderungan ionisasi yang lebih besar akan teroksidasi, menghasilkn kation yang terlarut dalam larutan elektrolit. Kemudian electron yang dihasilkan akan bermigrasi ke logam dengan kecenderungan ionisasi lebih rendah melalui kawat. Pada logam dengan kecenderungan ionisasi lebih rendah, kation yang terlarut dalam larutan elektrolit akan direduksi dengan adanya electron yang mengalir ke logam tersebut. Setiap elektroda dan eletrolit dapat membentuk reaksi setengah sel. Reaksi elektroda adalah  setengah reaksi yang tejadi pada setengah sel. Yang termasuk setengah reaksi dalah reaksi ang memperlihatkan kehilangan electron atau reaksi memperlihatkan perolehan electron. Contoh :

Oksidasi Zn : Zn_(s)      ----->  Zn²⁺(aq) + 2e^-

Reduksi Cu2+ : Cu²⁺_(aq) + 2e^-    ------>          Cu_(s)

Kedua setengah sel bila dihubungkan akan membentuk sel elektrokimia lengkap. Reaksi kimia yang terjadi pada sel galvani atau sel volta berlangsung secara spontan.

1.      Potensial Elektroda standart (Eo)

Potensial elektroda standart dari suatu elektroda didefinisikan sebagai  DGL (daya gerak listrik) suatu sel yang terdiri dari elektroda yang dicelupkan ke dalam suatu larutan yang mengandung ionnya dengan keaktifan berharga satu ( a = 1 ) dan elektroda hydrogen standart sebagai pembanding pada tekanan hydrogen 1 atm dan suhu kamar. Sistem elektroda dalam sel tersebut harus reversible secara termodinamika yaitu :

Mⁿ⁺ ( a = 1) + ne     <------->   M

Sebenarnya yang diukur bukan potensial elektroda,tetapi lebih tepat bila dikatakan sebagai beda potensial ( terhadap hydrogen =0 v ). Yang umum dikenal adalah potensial reduksi standart.

2.      Menghitung DGL sell Menggunakan Data Potensial Elektroda

Daya Gerak listrik standart suatu sel besarnya adalah selisih kedua potensial elektroda atau sama dengan potensial sel elektroda standart dari katoda dikurangi potensial standart anoda. Misalnya :

Gambar elektroda hydrogen standart

Tentukan  E_osell untuk system Zn_(s) | Zn²⁺_(aq) || Cu²⁺_(aq) | Cu_(s)

Jawab :

Zn mengalami oksidasi maka Zn merupakan anoda, sedangkan Cu mengalami reduksi maka Cu bertindak sebagai  katoda.

Esel =  E_katoda – E_anoda

= 0,34 volt – (-0,76 volt)

= 1,10 volt

3.      Hubungan antara potensial sell (Eo) dan energy bebas gibbs (G

Karena kerja maksimum, ketika suhu dan tekanan tetap maka :

 



n adalah jumlah electron yang terlibat dalam setengah reaksi. Berdasarkan harga energy bebas gibbs (Δ Go ), dapat diramalkan berlangsung tidaknya suatu sel elektrokimia. Suatu reaksi sel akan berlangsung spontan jika deltaΔ Go < 0 atau harga E > 0.

4.      Persamaan nerst

Hubungan antara potensial arus dengan aktivitas zat yang ikut serta dalam reaksi sel. Kaitan energi bebas gibbs dengan komposisi dapat dinyatakan sebagai :

Δ G = Δ Go + RT ln Q

DG = nF
DG0 + nF 1 RT ln Q

Δ Go = - n F Eo atau Eo = - nF
 yang dikenal sebagai persamaan Nerst E = Eo – nF RT ln Q

 Eo adalah potensial reduksi standar, R tetapan gas ideal, n jumlah elektron yang terlibat, F adalah bilangan Faraday dan Q adalah kuosien reaksi Untuk komposisi sebuah komportemen elektroda di dalam kuosien reaksi Q dengan harga keaktifan = a.

5.      Sel pada keseimbangan

Pada saat reaksi dalam keadaan setimbang, maka harga Q = K, K adalah konstanta kesetimbangan reaksi sel. Pada kesetimbangan reaksi kimia tidak melakukan kerja sehingga besarnya beda potensial antara kedua elektroda adalah nol sehingga 0 = Eo –
 

6.      Hubungan antara potensial sel dan besaran termodinamika

Energi bebas gibbs dari suatu sel elektrokimia dapat diukur menggunakan hubungan Δ Go = - nFEo. Sedangkan Δ G sendiri mempunyai hubungan dengan besaran termodinamika yang lain misalnya entropi, entalpi.

7.      Hubungan antara potensial sel dengan pH

Menentukan pH suatu larutan, maka elektroda standar yang digunakan dipasang sebagai katoda. Sebagai contoh bila menggunakan elektroda hidrogen standar sebagai katoda.

Untuk R = 8,314 J/ mol; T= 298K dan F= 96500 coulomb dan tekanan H2 = 1 atm serta [H+] std = 1, dan Eo sel = 0 (perjanjian) maka

2.      Sel Elektrolisis

Sel elektrolisis merupakan sel yang menggunakan arus listrik untuk dapat berlangsung reaksi kimia. Pada sel elektrolisis, reaksi kimia tidak terjadi secara spontan tetapi melalui perbedaan potensial yang dpicu dari luar system. Anoda berfungsi sebagai elektroda bermuatan positif dan katoda berfungsi sebagai elektroda bermuatan negative, sehingga arus listrik mengalir dari anoda ke katoda. Sel ini terdiri dari sumber arus searah yang dihubungkan dengan kawat penghantar pada dua buah elektroda (antara katoda dengan anoda). Kedua ujung elektroda dicelupkan dalam bejana berisi cairan elektrolit. Elektroda yang dihubungkan dengan kutub positif berfungsi sebagai anoda, sedangkan elektroda yang dihubungkan dengan kutub negative berfungsi sebagai katoda. Elektroda yang  digunakan dalam sel elektrolisis terdapat dua macam yaitu :

1.      Elektroda Inert

Elektroda yang tidak ikut bereaksi baik sebagai katoda maupun anoda sehingga dalam sel elektrolisis yang menglami reaksi redoks (reduksi-oksidasi) adalah elektrolit sebagai zat terlarut atau air sebagai pelarut. Contohnya Carbon (C) dan Platina (Pt)

2.      Elektroda noninert (tidak inert)

Elektroda aktif adalah elektroda yang ikut bereaksi, terutama jika digunakan sebagai anoda, dapat mengalami reduksi. Contohnya Fe, Al, Cu, Zn, Ag dan Au

Gambar sel elektrolisis NaCl

Sumber Pustaka

Keenan, Charles. W.1980. Ilmu Kimia untuk Universitas Edisi keenam Jilid 2. Jakarta : Erlangga

Sodikin. Nanang.dkk. 2013.Representasi Mikroskopik Submikroskopik dan prinsip kerja Sel elektrokimia. Jurnal Universitas negeri Malang. Vol 2 no 1

W. endang. 2005. Elektrokimia. Materi Pembinaan Olimpiade sains Tingkat Provinsi. FMIPA UNY : Yogyakarta