PENENTUAN ENERGI BEBAS GIBS

Nama  : Ni’matul Latifah

NIM   : 15630014

PENENTUAN ENERGI BEBAS GIBS

            Pada artikel ini kita akan membahas tentang  materi sel Elektrokimia: Energi Bebas Gibs. Dalam ilaboratorium,sering dilakukan uji coba, yaitu tentang pengaruh suhu terhadap perubahan entalpi, energy bebas gibbs dan entropi . Adapun metode yang digunakan yaitu metode sel  elektolisisis dengan rangkaian seri. Dimana sel elektolisis merupakan bagian dari elektrokimia. Pada proses elektrolisis larutan yang digunakan yaitu CuSO₄ dengan elektroda C dan Cu. Pada sel elektolisis terjadi perubahan energy listrik menjadi energy kimia. Suhu tertentu pada suatu reaksi dapat digunakan untuk menetukan nilai-nilai termodinamika suatu reaksi seperti perubahan energy gibbs, entalpi, dan entropi. Berikut ini akan dibahas cara penentuan sel elektrokimia berdasarkan pengaruh suhu.

A.    Pengertian Elektrokimia

            Definisi elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari aksi antara sifat-sifat listrik dengan reaksi kimia. Misalnya perubahan energi kimia menjadi energy listrik pada elemen elektrokimia, reaksi oksidasi-oksidasi secara spontan pada elemen yang dijadikan sumber arus listrik, dan perpindahan elektron dalam larutan elektrolit dan terjadi pada aki. Elektrokimia ini dikenal dengan dalam bahasa inggrisnya adalah electo chemistry.

B.      Penggolongan Elektrokimia dan Peran Jembatan Garam

Elektrokimia adalah hubungan reaksi kimia dengan gaya gerak listrik (aliran electron). Adapun penggolongan elektrokimia terdiri dari dua macam, yaitu :

Ø  Reaksi kimia menghasilkan daya gerak listrik (Sel Gallvani)

Ø  Daya gerak listrik menghasilkan reaksi kimia (Sel Elektrolisa)

Alat yang digunakan untuk mempelajari elektrokimia disebut sel elektrokimia. Sel elektrokimia adalah sistem yang terdiri dari elektroda yang tercelup pada larutan elektrolit.

Gambar 1.Rangkaian  alat uji elektrolisis

Fungsi dari jembatan garam adalah untuk menetralkan kelebihan anion dan kation pada larutan dan untuk menutup rangkaian sehingga reaksi dapat berlangsung terus-menerus.

1.      Sel Galvani

   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 → anoda.

f.     Jembatan garam menyetimbangkan ion-ion dalam larutan.

     2.    Sel Elektrolisis

Sel elektrolisis adalah arus listrik yang menimbulkan reaksi redoks. Pada sel elektrolisis, katoda akan tereduksi dan anoda yang akan teroksidasi. Peristiwa elektrolisis terjadi ketika arus listrik dialirkan melalui senyawa ionik dan senyawa tersebut mengalami reaksi kimia. Larutan elektrolit dapat menghantarkan listrik karena mengandung ion negatife (Ion yang

dapat bergerak bebas). Ion negatife itulah yang dapat menghantarkan arus listrik melaluli larutan.Ditinjau dari konfigurasi elektron, unsur logam cenderung melepaskan electron (memiliki energi ionisasi yang kecil). Sedangkan unsur-unsur bukan logam cenderung menangkap elektron (memiliki keelektronegatifan besar).

Untuk menentukan berat zat yang dihasilkan pada proses elektrolisis, digunakan hokum faraday, yaitu

W = E x F                   (1.1)

W= berat zat hasil elektrolisis

E = massa ekuivalen zat elektrolisis

F = jumlah arus listrik

E = Ar (Mr) / v            atau     E= Ar (Mr) / n             (1.2)

Ar = massa atom relatif

Mr= massa molekul relatif

N = jumlah elektron yang terlibat

C.  Potensial Sel Standard dan Konstanta Kesetimbangan Reaksi Sel

a.    Potensial Sel Standar

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. Setiap elektroda disebut sebagai setengah sel (half cell). Reaksi yang terjadi pada tiap elektroda disebut reaksi setengah sel atau reaksi elektroda.

Potensial sel tergantung pada suhu, konsentrasi ion dan tekanan parsial gas dalam sel; Potensial sel standar E⁰ sel : potensial pada 25⁰C, konsentrasi ion 1 M dan tekanan parsial 1 atm.

Potensial sel standar dihitung dengan menggunakan potensial-potensial standar zat-zat yang mengalami redoks.

E⁰sel = E⁰red - E⁰oks                         (1.3)

E⁰oks = potensial standar zat yang mengalami oksidasi

E⁰red = potensial standar zat yang mengalami reduksi

 Kanan dan kiri disini hanya berhubungan dengan notasi sel, tidak berhubungan dengan susunan fisik sel tersebut di laboratorium. Jadi yang diukur di laboratorium dengan potensiometer adalah emf dari sel sebagai volta atau sel galvani, dengan emf > 0.

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 nFԑ = -∆G. kondisi kesetimbangan untuk setiap reaksi kimia adalah ∆G⁰ = -nF ⁰, kita dapat menulis :

RT ln K = nF ⁰                             (1.4)

sehingga,

Log₁₀K = ………………………………………………………………. (1.5)

Dengan memakai persamaan (1.5), kita dapat menghitung konstanta kesetimbangan untuk setiap reaksi dari potensial sel standar yang pada gilirannya dapat diperoleh dari nilai-nilai pada tabel potensial setengah sel standar.

Untuk menghitung konstanta kesetimbangan untuk setiap reaksi dari potensial sel standart,yang pada gilirannya dapat diperoleh dari nilai nilai pada table potensial setengah sel standart. Metoda berikut ini dan contoh contohnya menggambarkan procedure yang akan memastikan untuk memperoleh e⁰ dengan ukuran besar dan tandanya.

Langkah 1. Pecahkan reaksi sell menjadi dua reaksi setengah sell.

a.Untuk reaksi setengah sell yang pertama ( yang di sebelah kanan elektroda) pilihlah spesies teroksidasi yang muncul pada sisi reaktan dari reaksi sell dan tuliskan kesetimbangan dengan spesies tereduksi yang sesuai.

b.Untuk reaksi setengah sell yang kedua (elektroda sebelah kiri) pilih spesies teroksidasi yang muncul di sisi produk dari reaksi sell dan tulis kesetimbangan dengan spesies tereduksi yang sesuai.

Tulis kedua reaksi setengah sell dengan electron pada sisi reaktan.

Langkah 2 Setimbangkan reaksi setengah sell dengan jumlah electron yang sama,n, pada masing masingnya.

Langkah 3 Jika reaksi setengah sell kedua dikurangkan dari yang pertama, seluruh reaksi sell diselesaikan ; periksalah untuk meyakinkannya. Kurangkan potensial elektroda dengan cara yang sama (pertama minus kedua) untuk memperoleh potensial standar sell, e^o.

Langkah 4 Pergunakan persamaan  (1.4) untuk menghitung K

D.    Potensial Sel dan ∆G Reaksi Hubungan dengan Reaksi Kimia

Hubungan antara energi bebas Gibbs dan potensial sel arus nol( E ) dapat diturunkan dengan memperhatikan perubahan G pada saat reaksi sel bertambah dengan kuantitas yang sangat kecil dξ pada beberapa kompoesisi. Maka G pada P,T tetap dan kompoesisitertentu akan berubah besar.

∆G⁰ = )_P.T  .......................................................................................(1.6)

Karena kerja maksimum yang dapat dilakukan reaksi itu ketika reaksi berlangsung sebesar d ζ pada temperatur dan tekanan tetap adalah

d W_e = ∆G⁰ . d ζ     ....................................................................................(1.7)

yang harga nya sangat kecil dan komposisi sistem sebenarnya adalah tetap ketika reaksi ini berlangsung. Sehingga nkerja yang dilakukan untuk muatan yang sangat kecil –zF. d ζ yang bergerak dari anoda ke katoda dengan beda potensial tertentu akan berharga

d W_e = - n F d ζ. E ....................................................................................(1.8)

jika kita samakan persamaan ( 1.6 ) dan ( 1.7 ) maka didapat

-nF E⁰ = ∆G⁰ ..................................................................................( 1.9 )

atau E⁰= - ) , adalah jumlah elekrton yang terlibat dalam setengah reaksi.

Sehingga,

Berdasarkan harga energi bebas gibbs ∆G, dapat diramalkan berlangsung tidaknya suatu sel elektrokimia. Suatu reaksi sel akan berlangsung spontan bila ∆G< 0 atau harga E > 0.

Contoh soal :

Melalui persamaan RT ln K = nFe^o, atau pada 25^oC  log₁₀K =  , hitung Konstanta kesetimbangan ( K ) dari persamaan reaksi tersebut :

    2MnO₄^-  +  6H⁺  +  5H₂C₂O₄  « 2Mn²⁺ + 8H₂O + 10CO₂

Penyelesaian :

Reaksi setengah ini (pilih spesi teroksidasi, MnO₄^-, pada sisi reaktan untuk reaksi setengah sell)

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- « Mn²⁺ + 4H₂O  e^o= 1,51V;

2CO₂ + 2H⁺ + 2e^- « H₂C₂O₄          e^o = - 0,49V.

Kalikan koefisien reaksi pertama dengan 2, juga reaksi kedua dengan 5, kita peroleh :

2MnO₄^- + 16H⁺ + 10e^- « 2Mn²⁺ + 8H₂O  e^o= 1,51V;

10CO₂ + 10H⁺ + 10e^- « 5H₂C₂O₄          e^o = - 0,49V.

Dikurangkan, kita peroleh

2MnO₄^-  +  6H⁺  +  5H₂C₂O₄  « 2Mn²⁺ + 8H₂O + 10CO₂

           

e^o = 1,51 V – (-0,49V) = 2 V

karena n = 10,

              atau K = 10³³⁸

Demikian pembahasan materi  Sel Elektrokimia: Energi Bebas Gibs dan contoh-contohnya. Silahkan juga baca materi lain yang berkaitan dengan kesetimbangan kimia yang ada pada artikel terkait di bawah ini.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2010. Kimia Dasar. Diakses di halaman http://imc.kimia.undip.ac.id/mata-kuliah/kimia-dasar-ii/bab-3-sel-elektrokimia/, pada tanggal 15 juni 2017.

Atkins, P.W. 1999. Kimia Fisik Jilid I. Terjemahan Irma I. Kartohadiprojo. Jakarta: Erlangga.

Sukardjo. 1997. Kimia Fisika. Jakarta ; PT. Rineka Cipta.