ISU TENTANG ELEKTROKIMIA1. Elektrokimia Berdasarkan Aspek OntologiElektrokimia adalah cabang kimia yang berhubungan dengan reaksi kimia yang melibatkanarus listrikdanpotensial.[footnoteRef:1] Menurut Chang, elektrokimia adalah cabang ilmu kimia yang berkenaan dengan interkonversi antara energi listrik dan energi kimia.[footnoteRef:2] Dengan demikian, elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara perubahan (reaksi) kimia dengan kerja listrik. Proses elektrokimia merupakan reaksi reduksi-oksidasi, dimana dalam reaksi ini energi yang dilepas oleh reaksi spontan diubah menjadi listrik atau dimana energi listrik digunakan agar reaksi non spontan bisa terjadi. Persamaan yang menggunakan reaksi redoks dapat disetarakan dengan menggunakan metode ion elektron. Reaksi redoks melibatkan transfer elektron dari zat pereduksi ke zat pengoksidasi. Dengan menggunakan kompartemen yang terpisah, reaksi redoks dapat digunakan untuk menghasilkan elektron yang mengalir di bagian luar pada suatu susunan yang dinamakan sel galvanik. [1: Zoltan, Nagy, 2008. What is Electrochemistry? http://electrochem.cwru.edu/encycl/art-i02-introduction.htm.] [2: Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti, edisi ketiga. Jakarta: Erlangga. Hal:194]

Dalam sel volta atau sel galvanik, oksidasi berarti dilepaskannya elektron oleh atom, molekul atau ion, sedangkan reduksi berarti diperolehnya elektron oleh partikel-partikel ini. Berdasarkan definisi, anoda dalam sel galvanik adalah elektroda tempat terjadinya oksidasi dan katoda adalah elektroda tempat terjadinya reduksi. Salah satu cirri larutan ion adalah bahwa muatan positif harus sama dengan muatan negative dalam tiap bagian dari larutan itu. Reaksi yang digambarkan pada gambar 1 tidak akan terjadi apabila larutan disekitar electrode Zn menjadi dijejali dengan ion positif dan larutan disekitar electrode tembaga menjadi kekurangan ion positif. Hal ini memperlihatkan perlu adanya cara agar memungkinkan terjadinya difusi ion-ion. [footnoteRef:3] Oleh karena itu, kedua larutan harus dihubungkan oleh sebuah jembatan garam yang dapat memungkinkan terjadinya difusi ion-ion. Fungsi dari jembatan garam adalah untuk menghantarkan arus listrik antara kedua elektrolit yang berada dalam bejana. Selain itu, jembatan garam juga berguna untuk menetralkan kelebihan atau kekurangan muatan dari ion-ion yang ada dalam larutan di dalam kedua bejana selama reaksi elektrokimia berlangsung.[footnoteRef:4] Syarat jembatan garam adalah : [3: Keenan, Kleinfelter, Wood. 1984. Kimia Untuk Universitas, Jl.2 Ed. 6. Jakarta: Erlangga. Hal: 29] [4: Kimia, Ilmu. 2013. Artikel dan Materi Kimia : Sel Galvani. http://www.ilmukimia.org/2013/05/sel-galvani.html]

a. Ion pada jembatan garam harus inert, tidak bereaksi dengan ion lain dalam larutan elektrolit yang digunakan pada pengukuran potensial sel, dan tidak teroksidasi atau tereduksi pada elektroda.[footnoteRef:5] [5: Mc.Murry & Fay. 2012. Chemistry, Six Edition. United States : Pearson Prentice Hall. Hal : 682]

b. Merupakan elektrolit kuat.[footnoteRef:6] [6: Zumdahl & Zumdahl. 2007. Chemistry, Seventh Edition. New York : Houghton Mifflin Company Hal : 792]

c. Konsentrasi larutan elektrolit pada jembatan garam harus lebih tinggi daripada konsentrasi elektrolit di kedua bagian elektroda, agar ion negatif dari jembatan garam masuk ke salah satu setengah sel yang kelebihan muatan positif dan ion positif dari jembatan garam berdifusi ke bagian lain yang kelebihan muatan negatif.[footnoteRef:7] [7: http://kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kimia%20dasar/elektrokimia.htm]

Jembatan garam yang bisa digunakan yaitu KCl, KNO3, K2SO4, NaCl, NaNO3, Na2SO4 dan sebagainya. Pada gambar 1, jembatan garam (tabung U terbalik) berisi larutan KCl yang berfungsi sebagai medium penghantar listrik diantara kedua larutan. Ujung-ujung terbuka pada tabung U disumbat longgar dengan kapas untuk mencegah larutan KCl keluar ke dalam wadah namun membiarkan anion dan kation bergerak pindah. Arus elektron mengalir keluar dari elektroda Zn (anoda) menuju elektroda Cu (katoda). Arus listrik mengalir dari anoda ke katoda karena ada selisih energi potensial listrik diantara kedua elektroda. Aliran arus listrik ini analog dengan air yang jatuh dari air terjun karena ada selisih energi potensial gravitasi, atau aliran gas dari wilayah bertekanan tinggi ke wilayah bertekanan rendah. Berdasarkan gambar 1, selisih potensial listrik diantara anoda dan katoda diukur dengan voltmeter dan angkanya (dalam volt) disebut voltase sel. Namun, dua istilah lain, gaya elektromotif atau emf (E) dan potensial sel juga digunakan untuk menyatakan voltase sel.[footnoteRef:8] [8: Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti, edisi ketiga. Jakarta: Erlangga. Hal:197-198]

Gambar 1. Sebuah sel GalvanikNotasi konvensional untuk menyatakan sel galvanik ialah diagram sel. Untuk sel Daniell yang ditunjukkan pada gambar 1 diatas, jika kita asumsikan bahwa konsentrasi ion Zn2+ dan ion Cu2+ masing-masing 1M, maka diagram selnya ialah:Zn(s) | Zn2+ (1M) || Cu2+ (1M) | Cu(s)Garis tegak lurus menyatakan batas fasa. Sebagai contoh, elektroda seng adalah padatan dan ion Zn2+ (dari ZnSO4) ada dalam larutan. Jadi, kita gambarkan garis antara Zn dan Zn2+ untuk menunjukkan fasa. Garis tegak ganda menyatakan jembatan garam. Berdasarkan konvensi, anoda ditulis terlebih dahulu, disebelah kiri garis ganda dan komponen lain muncul secara berurutan seiring bergeraknya elektron dari anoda ke katoda.[footnoteRef:9] [9: Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti, edisi ketiga. Jakarta: Erlangga. Hal:198]

Gambar 2. Perangkat praktis sel Daniell bila konsentrasi ZnSO4 dan CuSO4 masing-masing 1M pada 250C, voltase sel adalah 1,10 V.Jika konsentrasi ion Cu2+ dan Zn2+ keduanya adalah 1,0 M, ternyata voltase atau emf dari sel Daniell adalah 1,10 V pada 250C. Voltase ini tentunya berhubungan erat dengan reaksi redoks yang terjadi. Seperti halnya reaksi sel keseluruhan dapat dianggap sebagai jumlah dari dua reaksi setengah-sel, emf terukur dari selpun dapat dianggap sebagai jumlah dari potensial listrik pada elektroda Zn dan Cu. Dengan mengetahui salah satu potensial elektroda, kita dapat memperoleh potensial lainnya dengan operasi pegurangan (dari 1,10 V). Kita tidak mungkin mengukur potensial dari satu elektroda saja, tetapi jika kita secara sepihak mematok nilai potensial salah satu elektroda sebagai nol, kita dapat menggunakannya untuk menentukan potensial relatif dari elektroda lain. Pada pengukuran potensial elektroda kita menggunakan elektroda hidrogen sebagai rujukan. Pada kondisi keadaan standar, dimana tekanan H2 1 atm dan konsentrasi larutan HCl 1 M, potensial reduksi H+ pada 250C adalah tepat nol.2H+ (1 M) + 2e- H2 (1 atm)Eo= 0 VSuperskrip o menyatakan kondisi keadaan-standar, dan Eo adalah potensial reduksi standar, atau voltase yang berkaitan dengan reaksi reduksi pada satu elektroda ketika semua zat terlarut 1M dan semua gas pada 1 atm. Jadi potensial reduksi standar dari elektroda hydrogen ditetapkan sebagai nol. Elektroda hydrogen ini dinamakan elektroda hydrogen standar dan digunakan untuk mengukur potensial dari jenis-jenis elektroda lain.[footnoteRef:10] [10: Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti, edisi ketiga. Jakarta: Erlangga. Hal:199]

Gambar 3. (a) sel untuk menentukan potensial standar elektroda seng (dihasilkan Eosel 0,76 V); (b) sel untuk menentukan potensial standar elektroda tembaga (dihasilkan Eosel 034 V)Pada potensial reduksi standar (Eo), karena jumlah elektron yang hilang harus sama dengan jumlah yang diperoleh, setengah-reaksi harus dikalikan dengan bilangan bulat yang diperlukan untuk mencapai persamaan seimbang. Namun, nilai ini tidak berubah ketika setengah-reaksi dikalikan dengan bilangan bulat tersebut. Karena potensial reduksi standar bersifat intensif (tidak tergantung pada berapa kali reaksi terjadi), potensial tersebut tidak dikalikan dengan bilangan bulat yang dibutuhkan untuk menyeimbangkan reaksi sel.[footnoteRef:11] Hal ini berarti, nilai Eo tidak dipengaruhi oleh ukuran elektroda atau banyaknya larutan (volume) yang ada. Nilai Eo tetap pada semua zat terlarut pada konsentrasi 1M dan semua gas pada 1 atm. Untuk sel Daniell yang ditunjukkan pada Gambar 2, kita sekarang dapat menuliskan : [11: Zumdahl & Zumdahl. 2007. Chemistry, Seventh Edition. New York : Houghton Mifflin Company Hal : 797]

Anoda (oksidasi):Zn(s) Zn2+(1M) + 2e-Katoda (reduksi): Cu2+(1M) + 2e- Cu(s)___________Keseluruhan: Zn(s) + Cu2+(1M) Zn2+(1M) + Cu(s)Emf selnya adalah :Eosel = Eokatoda - EoanodaEosel = EoCu2+/Cu - EoZn2+/Zn Eosel = 0,34 V (-0,76 V)Eosel = 1,10 VContoh ini dapat menjelaskan bagaimana kita dapat menggunakan tanda dari emf sel untuk memprediksi kespontanan reaksi redoks. Pada kondisi keadaan standar untuk reaktan dan produk, reaksi redoks akan spontan ke arah produk jika emf standar selnya positif. Jika negatif, reaksi akan spontan kearah sebaliknya.[footnoteRef:12] [12: Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti, edisi ketiga. Jakarta: Erlangga. Hal:201]

Berlawanan dengan reaksi redoks spontan yang menghasilkan perubahan energi kimia menjadi energi listrik, elektrolisis ialah proses yang menggunakan energi listrik agar reaksi kimia non spontan bisa terjadi. Sel elektrolitik merupakan alat untuk melaksanakan proses elektrolisis.[footnoteRef:13] [13: Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti, edisi ketiga. Jakarta: Erlangga. Hal:219]

Banyaknya perubahan kimia yang dihasilkan oleh arus listrik berbanding lurus dengan kuantitas listrik yang lewat.[footnoteRef:14] Sebagai contoh, pada lelehan natrium klorida, suatu senyawa ionik, dapat dielektrolisis agar membentuk logam natrium dan klorin. Dalam lelehan NaCl, kation dan anionnya masing-masing adalah ion Na+ dan Cl-. Gambar 4(a) ialah diagram sel Downs, yang digunakan untuk elektrolisis NaCl dalam skala besar. Logam natrium terbentuk pada katoda dalam keadaan cair. Karena cairan logam natrium lebih ringan dibandingkan lelehan NaCl, natrium mengapung ke permukaan, sebagaimana ditunjukkan pada gambar, dan kemudian dikumpulkan. Gas klorin yang terbentuk pada anoda, dikumpulkan dibagian puncak. Gambar 4(b) merupakan diagram sederhana yang menunjukkan reaksi yang terjadi pada elektroda. Sel elektrolitik mempunyai sepasang elektroda yang dihubungkan ke baterai. Baterai berfungsi sebagai pompa elektron yang menggerakan elektron ke katoda (tempat terjadinya reduksi) dan menarik elektron dari anoda (tempat terjadinya oksidasi).[footnoteRef:15] [14: Keenan, Kleinfelter, Wood. 1984. Kimia Untuk Universitas, Jl.2 Ed. 6. Jakarta: Erlangga. Hal: 29] [15: Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti, edisi ketiga. Jakarta: Erlangga. Hal:219]

Gambar 4. (a) Rangkaian praktis yang disebut sel Downs untuk elektrolisis lelehan NaCl (t.l=8010C). (b) Diagram sederhana yang menunjukkan reaksi elektroda selama elektrolisis lelehan NaCl.Reaksi pada elektroda :Anoda (oksidasi): 2Cl-(l) Cl2(g) + 2e-Katoda (reduksi): 2Na+(l) + 2e- 2Na(l)___________Keseluruhan: 2Na+(l) + 2Cl-(l) 2Na(l) + Cl2(g)Proses ini merupakan sumber utama logam natrium murni dan gas klorin. Perkiraan teoretis menunjukkan bahwa nilai Eo untuk keseluruhan proses adalah sekitar -4V, yang berarti bahwa ini termasuk proses non spontan. Jadi minimum 4V harus dipasok oleh baterai untuk melaksanakan reaksi.Cabang-cabang elektrokimia lain meliputi fenomena (elektroforesis dan korosi), device (electrochemical display, electroanalytical sensor, baterai, fuel cell), teknologi (elektroplating dan produksi skala besar seperti aluminium dan klorin). Saintis juga melakukan pengukuran elektrokimia pada berbagai sistem kimia untuk berbagai alasan, seperti mempelajari termodinamika, kinetika, analisis logam/ organologam, atau membuat desain baru sumber energi.2. Elektrokimia Berdasarkan Aspek EpistemologiEpistemologi dan pilar elektrokimia modern dipandang berasal dari tumpukan kerja percobaan yang dilakukan olehAlessandro Volta pada sekitar tahun 1800. Meskipun jauh sebelum masa itu, berdasarkan bukti arkeologi, telah dikenal baterai primitif (disebut baterai Baghdad) yang digunakan untuk electroplating di Mesopotamia pada tahun 200 SM. Volta terinspirasi oleh percobaan kaki katak yang dilakukan olehGalvani, yang meyimpulkan fenomena tersebut hanyalah fenomena biologi. Perkembangan elektrokimia semakin cepat dengan kontribusi dari John Daniell dan Michael Faraday. Dari awal yang sederhana, elektrokimia sekarang telah matang menjadi sebuah cabang ilmu multi disiplin.[footnoteRef:16] [16: Setyawan, Heru, 2013. Pilar Elektrokimia Modern. http://elkimkor.com]

Sel elektrokimia pertama kali diciptakan pada tahun 1836 oleh John F.Daniell, dimana sel ini adalah salah satu dari banyak sel-sel yang dikembangkan untuk memasok energi listrik. Sel-sel seperti ini disebut sel galvanik, mengingat Luigi Galvani, yang pada tahun 1791 menemukan bahwa listrik statis dapat menyebabkan kejang di kaki katak, ia kemudian menemukan bahwa generator statis itu tidak diperlukan, dua logam berbeda (dan larutan elektrolit) juga bisa menyebabkan jenis yang sama dari kontraksi otot.[footnoteRef:17] Galvani mengusulkan bahwa jaringan hewan mengandung gaya vital tak dikenal, yang mengaktifkan syaraf dan otot ketika disentuh dengan logam. MenurutGalvani, listrik hewan adalah bentuk baru listrik selain listrik alam yang dihasilkan oleh kilat (atau oleh belut listrik dan sinar torpedo) dan listrik statis buatan yang dihasilkan oleh gesekan.[footnoteRef:18] Galvani memikirkan kaki katak sebagai bagian integral dari percobaan, tetapi dalam serangkaian percobaan selama tahun 1790, Alessandro Volta menunjukkan bahwa pembangkitan listrik tidak ada hubungannya dengan katak. Karya Volta memuncak dalam pembuatan baterai (volta pile) dari piringan perak dan seng kemudian dipisahkan oleh kain yang direndam dalam larutan garam. Penemuan ini ia dijelaskan melalui surat kepada Sir Joseph Banks, Presiden Royal Society of London, pada musim semi 1800. Banks menerbitkan surat itu kepada Philosophical Transactions Society, namun ternyata beberapa bulan sebelum publikasi, volta pile sudah terkenal di kalangan sastrawan ilmiah London.[footnoteRef:19] [17: Rieger, Philip H. 1994. Electrochemistry, Second Ed. New York : Chapman & Hall. Inc. Hal : 3-4] [18: Setyawan, Heru, 2013. Pilar Elektrokimia Modern. http://elkimkor.com] [19: Idem No. 17]

Di antara mereka yang mengetahui penemuan Volta sebelum penerbitan adalah William Nicholson dan Anthony Sir Carlisle, yang membangun sebuah volta pile dan membuktikan bahwa ada gelembung gas yang dihasilkan dari setetes air yang mereka gunakan untuk meningkatkan kontak listrik dari timbal. Dengan cepat mereka menentukan bahwa gas hidrogen, gas oksigen dan air terurai oleh elektrolisis. Percobaan Nicholson-Carlisle ini diterbitkan dalam Journal Nicholson beberapa minggu setelah surat dari Volta, menjadi perbincangan di kalangan ilmiah di seluruh Eropa[footnoteRef:20]. Nicholson-Carlisle mencoba merangkai volta pile, dalam usahanya untuk menentukan muatan listrik pada pelat atas dan bawah dengan bantuan elektroskop, mereka meneteskan air pada piringan paling atas untuk kontak yang lebih baik, dan yang mengejutkan mereka, terbentuk gelembung gas yang dibebaskan. Segera mereka menemukan bahwa terminal baterai yang dicelupkan dalam air menghasilkan hidrogen dan oksigen. Mereka telah menemukan elektrolisis atau reaksi kimia yang didorong oleh arus listrik.[footnoteRef:21] [20: Idem No. 18] [21: Setyawan, Heru, 2013. Pilar Elektrokimia Modern. http://elkimkor.com]

Baterai Volta dibuat untuk pertama kalinya ini berguna sebagai sumber listrik potensial yang mampu memasok arus yang signifikan, dan kemajuan teknis ini menjadi awal sebenarnya dari studi listrik dan magnet, baik oleh fisikawan dan kimiawan. Di garis depan di antara ahli kimia adalah Sir Humphry Davy, yang menggunakan tumpukan volta sebagai sumber listrik untuk mengisolasi natrium dan kalium metalik tahun 1807, magnesium, kalsium, strontium dan barium pada tahun 1808, dan lithium pada tahun 1818.[footnoteRef:22] Ia menyimpulkan bahwa listrik menyebabkan aksi kimia dan bahwa kombinasi kimia terjadi antar senyawa yang muatan listriknya berlawanan.[footnoteRef:23] [22: Rieger, Philip H. 1994. Electrochemistry, Second Ed. New York : Chapman & Hall. Inc. Hal : 3-4] [23: Setyawan, Heru, 2013. Pilar Elektrokimia Modern. http://elkimkor.com]

Dasar-dasar ilmu tentang elektrokimia dikembangkan oleh asisten dan murid Davy yang bernama Michael Faraday. Faraday tumbuh menjadi saintis yang lebih hebat dari gurunya. Hasil temuan faraday tentang elektrokimia, mengenalkan beberapa ketentuan-ketentuan yang masih digunakan hingga sekarang. (Gambar 5). Faraday juga menemukan istilah pertama tentang pemisahan molekul dengan arus listrik yang disebut elektrolisis. Mengikuti saran dari William Whewell, seorang sarjana Inggris Klasik, Faraday memberi nama electrolyte untuk senyawa atau larutan yang dapat menghantarkan arus listrik. Batang atau potongan logam yang dimasukkan kedalam lelehan atau larutan dia sebut sebagai electrode. Elektroda yang membawa arus positif disebut sebagai anode dan elektroda yang membawa arus negatif disebut katode. Arus listrik yang dibawa melalui lelehan atau larutan disebut ions (dalam bahasa Greek berarti berjalan). Ion yang berjalan menuju anoda disebut anions dan ion yang berjalan menuju katode disebut cations.[footnoteRef:24] [24: Isaac Asimov. 1965. A Short History OF Chemistry. New York : Ancor Book Doubleday & Company.Inc. Hal 90-92]

Gambar 5. Skema Aksi Elektrolisis yang dijelaskan oleh Faraday beserta dengan system pemberian istilah label yang dia temukan.Pada tahun 1982, Faraday mengumumkan eksistensi yang pasti mengenai hubungan kuantitatif dalam elektrokimia. Faraday menyatakan hukum pertama elektrolisis, massa zat yang dibebaskan pada elektroda selama elektrolisis sebanding dengan banyaknya listrik yang terdorong melalui larutan. Kemudian hukum kedua elektrolisis bahwa berat logam yang dibebaskan oleh banyaknya listrik sebanding dengan berat ekuivalen dari logam.[footnoteRef:25] Dalam literatur lain, hukum faraday membahas besaran kelistrikan dimana satu faraday berpadanan dengan lewatnya satu mol elektron yang memberikan harga sebesar 96.500 C.[footnoteRef:26] Lewatnya 1 faraday pada rangkaian mengakibatkan oksidasi satu bobot ekuivalen suatu zat pada satu electrode dan reduksi satu bobot ekuivalen pada elektrode yang lain.[footnoteRef:27] [25: Idem No.24] [26: Coloumb adalah kuantitas standar kelistrikan yang menyatakan banyaknya elektron yang melewati elektrolit.] [27: Keenan, Kleinfelter, Wood. 1984. Kimia Untuk Universitas, Jl.2 Ed. 6. Jakarta: Erlangga. Hal: 54]

3. Elektrokimia Berdasarkan Aspek Aksiologi Peran elektrokimia dalam kehidupan manusia sehari-hari sangat besar. Keunikan elektrokimia terletak pada fakta bahwa aplikasi potensial atau medan listrik dapat membantu mengatasi batasan kinetika pada suhu rendah. Selain itu, proses elektrokimia dapat diatur untuk memperoleh produk tertentu secara kimia. Reaksi elektrokimia juga sensitif terhadap karakteristik permukaan elektroda dan komposisi elektrolit yang membuka jalan beberapa bidang analitis dan karakterisasi. Oleh karena itu, banyak sekali produk dan manfaat dari elektrokimia yang bisa kita temukan sehari-hari.Produk elektrokimia yang paling sering kita gunakan adalah baterai. Baterai adalah sel galvanik atau beberapa sel galvanik yang disatukan dan dapat digunakan sebagai sumber arus listrik searah pada voltase tetap. Meskipun cara kerja baterai pada dasarnya sama dengan sel galvanik yang telah dijelaskan sebelumnya, baterai memiliki keunggulan karena sifatnya yang berdiri sendiri dan tidak memerlukan komponen tambahan seperti jembatan garam.[footnoteRef:28] Baterai pada lampu senter, kalkulator, jam, radio, dan tentu saja untuk menstart mobil semuanya merupakan sumber tenaga skalar kecil yang didasarkan pada reaksi redoks spontan.[footnoteRef:29] Beberapa jenis baterai yang sering digunakan : [28: Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti, edisi ketiga. Jakarta: Erlangga. Hal:211] [29: Keenan, Kleinfelter, Wood. 1984. Kimia Untuk Universitas, Jl.2 Ed. 6. Jakarta: Erlangga. Hal: 57]

1) Baterai Sel KeringSel kering yaitu sel tanpa komponen cairan, yang disebut juga sel Leclanche yang digunakan pada lampu senter dan radio transistor.[footnoteRef:30] Sel ini disebut kering karena banyaknya air reralif rendah, namun kelembaban mutlak perlu untuk memberikan suatu larutan agar ion-ion dapat berdifusi diantara elektrode-elektrodenya.[footnoteRef:31] Anoda selnya terbuat dari sebuah kaleng atau wadah seng yang bersentuhan langsung dengan mangan dioksida (MnO2) dan sebuah elektrolit. Elektrolit ini terdiri dari ammonium klorida dan seng klorida dalam air, yang ditambahkan pati sebagai pengental agar larutan menyerupai pasta sehingga tidak mudah bocor. Sebatang karbon berfungsi sebagai katoda, yang direndam di dalam elektrolit ini pada bagian tengah dari sel. [footnoteRef:32] Reaksi selnya adalah: [30: Idem No. 28] [31: Keenan, Kleinfelter, Wood. 1984. Kimia Untuk Universitas, Jl.2 Ed. 6. Jakarta: Erlangga. Hal: 59] [32: Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti, edisi ketiga. Jakarta: Erlangga. Hal:211]

Anoda:Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-Katoda: 2NH4+(aq) + 2MnO2(s) + 2e- Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)__ Zn(s) + 2NH4+(aq) + 2MnO2(s) Zn2+(aq) + Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)Gambar 6. Bagian dalam dari sel kering2) Baterai MerkuriBaterai merkuri banyak digunakan dalam dunia pengobatan dan industry elektronik dan lebih mahal dibandingkan sel kering biasa. Baterai merkuri ditempatkan di dalam sebuah silinder baja antikarat, baterai merkuri terdiri atas anoda seng (diamalgamkan dengan merkuri) yang bersentuhan dengan elektrolit alkali kuat yang mengandung seng oksida dan merkuri (II) oksida (Gambar 7). Reaksi selnya :

Karena tidak ada perubahan komposisi elektrolit selama pengoperasian reaksi sel keseluruhan hanya melibatkan zat padat baterai merkuri memberikan voltase lebih konstan (1,35 V) dibandingkan sel Leclanche. Baterai merkuri juga memiliki kapasitas jauh lebih tinggi dan awet. Sifat-sifat ini membuat baterai merkuri ideal untuk digunakan dalam alat pacu jantung, alat bantu dengar, arloji listrik, dan pengatur cahaya.[footnoteRef:33] [33: Idem No.32]

Gambar 7. Bagian dalam baterai merkuri3) Baterai Bertimbal (Aki)Baterai bertimbal (aki) yang umum digunakan di mobil terdiri atas enam sel identik yang tersusun secara seri. Setiap sel mempunyai anoda timbal dan katoda yang terbuat dari timbale dioksida (PbO2) yang dikemas pada sebuah pelat logam (Gambar 8). Baik katoda maupun anoda dicelupkan dalam larutan asam sulfat yang berfungsi sebagai elektrolit.[footnoteRef:34] [34: Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti, edisi ketiga. Jakarta: Erlangga. Hal:212]

Gambar 8. Bagian dalam aki[footnoteRef:35] [35: http://idkf.bogor.net/yuesbi/e-DU.KU/edukasi.net/Peng.Pop/Otomotif/Merawat.Accu/IMAGES/hal-6.png]

Pada kondisi kerja normal, setiap setiap sel menghasilkan 2 V, jadi total 12 V dari keenam sel digunakan sebagai catu daya untuk menyalakan rangkaian pengapian mobil dan system listrik lainnya. Aki dapat memberi banyak arus dalam waktu singkat, seperti waktu yang dipakai untuk menyalakan mesin.

4) Aki KeringAki kering merupakan jenis akumulator tertutup yang tidak memerlukan pengisian asam dan penambahan air. Aki kering ini dikenal sebagai aki VRLA (Valve Regulated Lead Acid). Aki kering dibagi menjadi dua jenis sesuai dengan bahan penyusun dan teknologinya, absorben glass matt (AGM) yang merupakan elektrolit jenuh pemisah dan akumulator gel. AGM merupakan alas yang sangat berpori yang terbuat dari serat microglass yang sebagian diisi dengan elektrolit (asam), sekaligus bertindak sebagai pemisah. Elektrolit gel merupakan serbuk silica elektrolit yang mengeras menjadi gel yang bebas mengapung di wadah. Selama pengarusan, gel mengering dan menciptakan retakan serta rekahan yang berkembang diantara positif dan negatif. Elektrolit gel ini sering disebut juga Gel Cell.[footnoteRef:36] [36: Cory Hatheway. 2013. Valve Regulated Lead Acid Batteries. http://www.zbattery.com/valve-regulated-lead-acid-vrla-batteries.]

Gambar 9. Bagian dalam aki keringDibandingkan dengan aki basah, keuntungan aki kering adalah bisa menghindari tumpahnya asam dan bebas dari kebocoran serta hampir tidak ada pengeluaran gas yang bisa menimbulkan kebakaran. Oleh karena itu aki ini sangat aman dan memiliki umur simpan yang lama. Selain itu daya tahan terhadap getaran sangat tinggi bila dibandingkan dengan aki basah. Selain itu, mudah untuk dibawa dan dipindahkan. Penggunaan aki ini luas di pabrik alat tulis, UPS, kapal dan pembangkit listrik.[footnoteRef:37] [37: Gzelyal Mahallesi, http://www.denizciliksektoru.com/productdetail-2-Dry_Accumulator-177]

5) Baterai Litium Keadaan-PadatBaterai keadaan-padat menggunakan padatan (bukannya larutan berair atau pasta dalam air) sebagai elektrolit yang menghubungkan elektroda. Gambar 9 menunjukkan skema baterai litium keadaan-padat. Litium dipilih sebagai anoda karena litium memiliki nilai Eo paling negatif dan merupakan logam ringan. Elektrolitnya adalah suatu bahan polimer yang akan melewatkan ion tetapi menahan elektron.

Gambar 10. Skema baterai litium keadaan padat6) Sel Bahan BakarSel bahan bakar (fuell cell) merupakan sel galvanik yang memerlukan pasokan reaktan yang kontinu agar tetap berfungsi.[footnoteRef:38] Sel bahan bakar biasanya menggunakan oksigen di katode dan suatu gas yang dapat dioksidasi pada anode. Sel ini merupakan tipe yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik dalam kapal angkasa dalam program Apollo ke bulan. Uap air yang dihasilkan diembunkan dan ditambahkan dalam persediaan air minum untuk para astronaut.[footnoteRef:39] Reaksi selnya : [38: Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti, edisi ketiga. Jakarta: Erlangga. Hal:214] [39: Keenan, Kleinfelter, Wood. 1984. Kimia Untuk Universitas, Jl.2 Ed. 6. Jakarta: Erlangga. Hal: 61]

Gambar 11. Sel bahan bakar hidrogen-oksigen, Ni dan NiO yang dimasukkan ke elektroda karbon berpori adalah elektrokatalisBanyak produk kimia sehari-hari dalam rumah tangga yang terhubung ke elektrokimia. Pemutih terbuat dari produk-produk darielektrolisis air garam(klorin dan soda kaustik), atau dapat dilakukan secara langsung dengan sel elektrokimia. Seperti pada kolam renang, hanya sejumlah kecil klorin yang butuhkan untuk menjernihkan air kolam. Air minum bisa berasal dari senyawa berklorin yang diproduksi oleh sel elektrokimia sederhana dengan cara mengelektrolisis air garam. Klorin juga merupakan bahan dasar plastik seperti PVC, yang digunakan di banyak rumah untuk perpipaan. Banyak produk pembersih, deterjen, dan sabun dibuat dengan soda kaustik yang juga dihasilkan dalam sel elektrolisis air garam. Semua kertas yang kita gunakan dihasilkan dari sejumlah besar soda kaustik dari elektrolisis senyawa berklorin sebagai pemutih. Soda kaustik juga digunakan di banyak produk makanan.[footnoteRef:40] [40: Zoltan, Nagy, 2008. What is Electrochemistry? http://electrochem.cwru.edu/encycl/art-i02-introduction.htm]

Segala sesuatu di sekitar kita yang terbuat dari aluminium dibuat oleh proses elektrokimia, yang praktis dan ekonomis salah satunya adalah dengan cara menghasilkan logam aluminiumdari bijih. Banyak logam yang umum digunakan dapat dihasilkan dari bijih atau olahan (pemurnian) oleh proses elektrokimia. Beberapa di antaranya adalah tembaga, seng, perak, dan timah. Logam dilindungi darikorosi dengan melapisinya dengan logam lain yang lebih tahan korosi. Hal ini bisa dilakukan dengan proseselectroplating, plating chrome adalah contoh yang baik. Dekorasi pelapisan juga diterapkan elektrokimia pada peralatan dan perhiasan yang terbuat dari perak atau emas berlapis untuk memperindah dan memperbaiki penampilan dengan proses elektrodeposisi yang disebutelectroforming. Pemakaian perangkat elektrokimia lainnya adalah dalam analisis kimia. Di laboratorium, teknik elektrokimia secara luas digunakan, contohnyapada perangkat elektrokimia sensor glukosayang sering digunakan oleh penderita diabetes.4. Desain Pembelajaran ElektrokimiaBanyak peneliti yang telah mendokumentasikan miskonsepsi dan kesulitan siswa dalam konsep elektrokimia. Kesulitan siswa tentang kompleksitas masalah mempengaruhi kinerja dan pembelajaran mereka. Menurut Allsop dan George[footnoteRef:41], siswa mengalami kesulitan menggunakan potensial reduksi standar untuk memprediksi arah reaksi kimia dan siswa tidak dapat menuliskan diagram yang tepat dari sel elektrokimia. Beberapa miskonsepsi siswa pada konsep elektrokimia, dapat dilihat pada tabel berikut. [41: dalam jurnal Ceyhun & Karagolge. 2005. Chemistry Studets Misconception in Electrochemistry. Aus. J. Ed. Chem. Vol. 65. Hal : 24]

Tabel 1. Beberapa miskonsepsi siswa yang teridentifikasi[footnoteRef:42] [42: Ozkaya, Uce & Sahin. Prospective teachers. conceptual understanding of electrochemistry: Galvanic and electrolytic cells. U.Chem.Ed. Vol.7. Hal : 12.]

KlasifikasiMiskonsepsi

Potensial elektroda dan emf sel Potensial setengah sel dapat digunakan untuk memprediksi spontanitas dari reaksi setengah-sel. Potensial pada elektroda sama dengan perbedaan potensial elektrokimia antara logam dan elektrolit dalam reaksi setengah-sel. Nilai nol untuk potensial standar dari H2(1 atm)/H+(1M) setengah-sel standar adalah nol karena hidrogen berada di tengah-tengah rangkaian kegiatan untuk logam.

Mengidentifikasi anoda dan katoda Proses pada anoda dan katoda terbalik dalam sel galvanik dan elektrolit, dalam sel galvanik oksidasi terjadi pada anoda dan reduksi di katoda, sedangkan pada sel elektrolitik oksidasi terjadi di katoda dan reduksi pada anoda. Dalam sel galvanik, elektroda dialiri dengan muatan listrik yang tinggi. Dalam sebuah sel elektrolit, arah tegangan yang diberikan tidak berpengaruh pada reaksi di anoda dan katoda. Dalam sel galvanik, identitas anoda dan katoda tergantung pada penempatan fisik dari setengah-sel karena konvensi IUPAC mensyaratkan penempatan katoda di sebelah kanan dan anoda di sebelah kiri dalam notasi sel.

Konduksi metalik dan elektrolitik Elektron mengalir dalam elektrolit. Elektron masuk ke elektrolit pada katode, bergerak melalui elektrolitnya, dan muncul di anoda. Dalam sel elektrokimia elektron bebas ditemukan baik dalam elektrolit maupun kawat yang menghubungkan dua elektroda, karena mereka menghantarkan arus listrik ke seluruh rangkaian. Jika kawat logam menggantikan jembatan garam dalam sel galvanik, arus terus mengalir karena kawat logam menghantarkan listrik. Jika kawat logam menggantikan jembatan garam dalam sel galvanik, ammeter terhubung melalui sirkuit akan menunjukkan bacaan. Dalam sel galvanik, jembatan garam memasok elektron untuk melengkapi rangkaian. Jembatan garam tidak membantu aliran arus. Pergerakan ion dalam larutan bukan merupakan arus listrik jika tidak bereaksi pada elektroda.

Kesetimbangan kimia dan elektrokimia Ketika logam direndam dalam elektrolit yang melibatkan ion-nya, potensial listrik dari logam dan elektrolit menjadi sama karena keseimbangan elektrokimia yang terbentuk antara logam dan ion dalam elektrolitnya.

Memprediksi elektroda dan reaksi sel Tidak ada eaksi yang terjadi pada elektroda jika elektroda inert digunakan dalam sel galvanik atau sel elektrolit karena elektroda inert tidak berubah dalam reaksi sel. Air tidak bereaksi selama elektrolisis larutan berair. Pada sel elektrolitik dengan elektroda sama yang terhubung dengan baterai, reaksi yang sama akan terjadi pada masing-masing elektroda.

Miskonsepsi bisa mengganggu proses konstruksi konsep dalam struktur kognitif siswa. Untuk itu, sangat penting bagi guru untuk melaksanakan remediasi terhadap miskonsepsi. Hal ini bertujuan untuk memberikan arah dari mana, ke mana, dan bagaimana proses pembelajaran itu harus dilakukan selanjutnya.[footnoteRef:43] Implikasi hasil penelitian Obomanu dan Onuoha, yang membahas tentang kesulitan siswa pada konsep elektrokimia, bahwa sebisa mungkin dalam mengajar elektrokimia, guru harus menggunakan metode demonstrasi atau praktikum dan alat bantu pengajaran. Hal ini diperlukan untuk mendorong pembelajaran aktif antara siswa dan mencegah pembelajaran yang hanya menghafal fakta-fakta. Laboratorium sains seharusnya tidak hanya lengkap, akan tetapi harus secara maksimal digunakan untuk membuat proses belajar mengajar lebih konkret dan menyajikan konseptualisasi yang tepat dari ide-ide, prinsip dan konsep pada siswa. [footnoteRef:44] [43: Purtadi, Sukisman & Sari, Lis Permana. 2009. Demonstration Based Test to Assess Students Understanding of Redox Reaction and Electrochemistry Concept. ISWCU. Hal : 135] [44: Obomanu & Onuoha. 2012. Students Conceptual Difficulties in Electrochemistry in Senior Secondary Schools. Journal of Emerging Trends in Educational Research and Policy Studies (JETERAPS) 3 (1): 99-102.]

Tabel 2. Desain Pembelajaran pada Subkonsep Sel Volta yang Disarankan[footnoteRef:45] [45: Dikembangkan dari desain pembelajaran hasil penelitian Chung and Chiu, Conceptual Change in 12th Grade Students Learning Electrochemistry through Modeling Activities. National Taiwan Normal University. www.ntnu.edu.tw/acad/rep/r98/g980003-1.pdf]

Strategi PembelajaranTipe RepresentasiAtribut RepresentasiAktivitas dalam Proses Pembelajaran

Praktikum Sel voltaKonkret (makroskopik)Kualitatif, dinamis dan tetapPemilihan model, penyusunan, validitas, penyebaran, dan aplikasi.1. Siswa memilih alat dan bahan untuk mempersiapkan sel volta Zn-Cu dari alat dan bahan yang telah dipersiapkan.2. Siswa menyusun alat dan bahan sesuai dengan kondisi untuk mengoperasikan sel volta pada percobaan.3. Siswa menjelaskan fungsi dan batasan jembatan garam dari hasil percobaan.

Diskusi tim dan kelompokBahasa dan tulisan (simbolik)Kualitatif, dinamis dan acak

Poster dan Animasi MultimediaVisual (submikroskopik)Kualitatif, statis, tetap

Mendiskusikan dan menjelaskan konsep yang berhubungan :1. Prinsip dasar dan komponen sel volta dalam elektrokimia.2. Pengukuran potensial listrik sel volta.3. Mendiskusikan faktor-faktor pada perangkat sel volta.4. Guru dan siswa mendiskusikan prinsip sel volta jika tanpa jembatan garam dan menyusunnya bersama-sama.5. Fungsi dan batasan jembatan garam.

Pembelajaran pada konsep elektrokimia, idealnya merupakan berupa diskusi tentang apa yang terjadi dalam mode representasi visual, partikulat, dan simbolis. Tabel 2 diatas, merupakan desain pembelajaran elektrokimia yang bisa membantu menghubungkan ketiga level representasi. Penelitian terkini menunjukkan bahwa siswa memperoleh pemahaman yang lebih baik dari sebuah proses kimia ketika mode-mode representasi ini dibahas dan diilustrasikan. Setelah siswa mengobservasi secara visual (makroskopik) perubahan di laboratorium, siswa diharapkan dapat menggambar dan menjelaskan apa yang terjadi pada tingkat partikulat/molekul (submikroskopis) pada proses kimia tersebut. Animasi yang siswa gambarkan terhadap apa yang terjadi pada tingkat molekuler akan meningkatkan pemahaman siswa terhadap proses yang terlibat.[footnoteRef:46] [46: Manitoba Education. 2013. Grade 12 Chemistry, A Foundation for Implementation Topic 6 : Electrochemistry. Canada. http://www.edu.gov.mb.ca/k12/cur/science/found/gr12_chem/ Hal : 5]

Namun, pembelajaran di laboratorium secara langsung ini dapat memakan waktu lama. Oleh karena itu kita bisa menggantikannya dengan metode demonstrasi. Demonstrasi memberikan kesempatan siswa untuk mengamati, memperoleh data, dan menyimpulkan. Dalam teknik ini, pemahaman konsep tidak hanya dipandang sebagai kemampuan siswa untuk memilih jawaban yang benar, tetapi cara mereka menggunakan fenomena yang diamati, data yang diperoleh, dan mengolah data menjadi sebuah kesimpulan yang tepat. Dipadukan dengan pengembangan multimedia kimia berbasis inventori yang tidak hanya akan menampilkan masalah atau pertanyaan tertulis kepada siswa, tetapi permasalahannya bisa disampaikan melalui film pendek demonstrasi kimia, fakta lapangan, atau animasi. Pendekatan ini akan membawa siswa untuk situasi nyata, di mana mereka dapat mengamati dan memperoleh data sebelum menarik kesimpulan.[footnoteRef:47] [47: Purtadi, Sukisman & Sari, Lis Permana. 2009. Demonstration Based Test to Assess Students Understanding of Redox Reaction and Electrochemistry Concept. ISWCU. Hal : 135]

11