mklh elektrokimia

Download mklh elektrokimia

Post on 07-Jul-2015

173 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

PENDAHULUAN

Elektrokimia mempelajari hubungan antara reaksi kimia dan aliran listrik. Reaksi yang dimaksud adalah reaksi yang melibatkan adanya pelepasan dan penerimaan elektron atau yang kita kenal dengan reaksi oksidasi dan reduksi atau reaksi redoks. Reaksi oksidasi merupakan reaksi yang disertai dengan pelepasan elektron. Contoh : Zn(s) Zn2+(aq) + 2eReaksi reduksi merupakan reaksi yang disertai dengan penerimaan elektron. Contoh : Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) Reaksi oksidasi selalu disertai dengan reaksi reduksi. Oleh karena itu reaksi ini sering disebut sebagai reaksi redoks.

ISIElektrokimia Elektrokimia adalah bidang ilmu kimia yang mempelajari perubahan energi kimia menjadi energi listrik atau sebaliknya. Sel sel Elektrokimia Suatu sel elektrokimia terdiri dari dua elektroda, yang disebut katoda dan anoda, dalam larutan elektrolit. Pada elektroda katoda terjadi reaksi reduksi. Sedangkan reaksi oksidasi terjadi pada anoda. Sel elektrokimia dapat dibagi menjadi 1. Sel Volta / Sel Galvani merubah energi kimia menjadi energi listrik

Sel galvani adalah sel elektrokimia yang dapat menghasilkan energi listrik yang disebabkan oleh terjadinya reaksi redoks yang spontan. Contoh sel galvani adalah sel Daniell yang gambarnya dapat dilihat pada gambar 1. Jika kedua elektrodanya dihubungkan dengan sirkuit luar, dihasilkan arus litrik yang dapat dibuktikan dengan meyimpangnya jarum galvanometer yang dipasang pada rangkaian luar dari sel tersebut.

Gambar 1. Sel Daniell

Sel Daniell sering pula dimodifikasi seperti yang terlihat pada gambar 2. Kedua setengah sel dihubungkan dengan jembatan garam

Gambar 2. Sel Daniell dengan jembatan garam Ketika sel Daniell digunakan sebagai sumber listrik terjadi perubahan dari Zn menjadi Zn2+ yang larut Zn(s) Zn2+(aq) + 2e(reaksi oksidasi)

Hal ini dapat diketahui dari semakin berkurangnya massa Zn sebelum dan sesudah reaksi. Di sisi lain, elektroda Cu semakin bertambah massanya karena terjadi pengendapan Cu dari Cu2+ dalam larutan. Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) (reaksi reduksi)

Pada sel tersebut elektroda Zn bertindak sebagai anoda dan elektroda Cu sebagai katoda. Ketika sel Daniell disetting, terjadi arus elektron dari elektroda seng (Zn) ke elektroda tembaga (Cu) pada sirkuat luar. Oleh karena itu logam seng bertindak sebagai kutub negatif dan logam tembaga sebagai kutub positif. Bersamaan dengan itu pada larutan dalam sel tersebut terjadi arus positif dari kiri ke kanan sebagai akibat dari mengalirnya sebagian ion Zn2+ (karena dalam larutan sebelah kiri terjadi kelebihan ion Zn2+ dibandingkan dengan ion SO42-yang ada).

Reaksi total yang terjadi pada sel Daniell adalah :

Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) Reaksi tersebut merupakan reaksi redoks yang spontan yang dapat digunakan untuk memproduksi listrik melalui suatu rangkaian sel elektrokimia. Sel elektrolisis adalah sel elektrokimia yang menimbulkan terjadinya reaksi redoks yang tidak spontan dengan adanya energi listrik dari luar. Contohnya adalah elektrolisis lelehan NaCl dengan electrode platina. Contoh lainnya adalah pada sel Daniell jika diterapkan beda potensial listrik dari luar yang besarnya melebihi potensial sel Daniell.

Contoh : batere (sel kering), accu 2. Sel Elektrolisis merubah energi listrik menjadi energi kimia

Contoh : penyepuhan, pemurnian logamA K + K A +

Katoda Anoda

Reduksi Oksidasi

Sel Volta / Galvani Gambar 8.1. Sel volta dan sel elektrolisis

Sel Elektrolisis

8.3.2. Potensial Elektroda Standar (Eo) Potensial elektroda standar suatu elektroda adalah daya gerak listrik yang timbul karena pelepasan elektron dari reaksi reduksi. Karena itu, potensial elektrod standar sering juga a

disebut potensial reduksi standar. Potensial ini relatif karena dibandingkan dengan elektroda hidrogen sebagai standar. Nilai potensial elektroda standar dinyatakan dalam satuan Volt (V). Untuk elektroda hidrogen, Eo nya adalah 0,00V. - Bila Eo > 0 - Bila Eo < 0 cenderung mengalami reduksi (bersifat oksidator) cenderung mengalami oksidasi (bersifat reduktor)

Nilai nilai Eo untuk berbagai spesi dapat dilihat pada gambar 8.2.

Gambar 8.2. Potensial reduksi standar berbagai ion

8.3.3. Potensial Standar Sel (Eosel) Potensial standar sel adalah nilai daya gerak listrik sel yang besarnya sama dengan selisih potensial reduksi standar elektroda yang mengalami reduksi dengan potensial reduksi standar elektroda yang mengalami oksidasi.

Eosel = Eoreduksi - Eooksidasi Contoh : Hitung Eosel untuk reaksi berikut : 1. Zn + Cu2+ Jawab : Zn2+ + 2e- = Zn Cu2+ + 2e- = Cu Karena Eo Cu > Eo Zn, maka Cu Zn mengalami reduksi mengalami oksidasi Eo = -0,76 V Eo = 0,34 V Zn2+ + Cu

Eosel = Eoreduksi - Eooksidasi = {0,34 - (-0,76)} V Eosel = 1,1 V

8.3.4. Persamaan Nernst Esel = Eosel [oksidasi] RT ln [reduksi ] nF

Contoh : Hitung nilai E sel untuk reaksi pada 25oC Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu

Bila diketahui konsentrasi Zn2+ = 0,4 M dan konsentrasi Cu2+ = 0,2 M ! Jawab : Esel = Eosel -

Dari contoh soal Eosel, diketahui Eosel untuk reaksi di atas adalah 1,1 V.

Esel = Eosel -

8,314 .298 [0,4 M ] ln [0,2 M ] 2.96500

Esel = 1,1 V 8,9.10-3 V Esel = 1,09 V

8.4. Elektrolisis Ketika arus listrik dialirkan melalui senyawa ionik dan senyawa tersebut mengalami reaksi kimia, maka terjadilah peristiwa elektrolisis. Zat yang mengalami elektrolisis disebut elektrolit. Elektrolisis adalah proses yang sangat penting dalam industri. Proses ini digunakan dalam industri industri estraksi atau pemurnian logam. Untuk menentukan berat zat yang dihasilkan pada proses elektrolisis, digunakan hukum Faraday, yaitua w=ExF w = berat zat hasil elektrolisis E = massa ekivalen zat elektrolisis

n

ln

[oksidasi] [reduksi ]

F = jumlah arus listrik E= Ar ( Mr ) Ar ( Mr ) atau E = v n

Ar = massa atom relatif Mr = massa molekul relatif n = jumlah elektron yang terlibat F= it 96500

i = arus (ampere) t = waktu (detik) w=Ar ( Mr ) it x n 96500

Kespontanan Reaksi Suatu reaksi dapat dikatakan spontan apabila memenuhi persyaratan termodinamika, yaitu energi bebas Gibbsnya ((Go) sama dengan nol. Nilai ( Go dapat ditentukan dari potensial standar sel dengan rumus( Go = - n F Eosel

Dengan demikian, dapat ditarik kesimpulan bahwa bila suatu sel mempunyai Eosel positif, maka (Go akan negatif dan reaksinya spontan.

Selama ini kita hanya mendengar bahwa metode elektrokimia selalu didayagunakan atau berkonotasi dengan kata pemurnian logam dan proses penyepuhan/elektroplating (melindungi logam dari korosi). Ini termasuk juga dengan pandangan penulis dan mungkin rekan-rekan lainnya selama ini. Sebuah pandangan yang tidak sepenuhnya salah karena memang aplikasi utama dari metode elektrokimia adalah untuk pemurnian logam dan

elektroplating. Selain itu di laboratorium pun, memang kita paling sering melakukan percobaan elektrokimia terutama percobaan sel elektrolisis, sehingga memang klop rasanya jika kita menyandarkan kata elektrokimia dengan elektroplating dan pemurnian logam. Sesuai dengan namanya, metode elektrokimia adalah metode yang didasarkan pada reaksi redoks, yakni gabungan dari reaksi reduksi dan oksidasi, yang berlangsung pada elektroda yang sama/berbeda dalam suatu sistim elektrokimia. Sistem elektrokimia meliputi sel elektrokimia dan reaksi elektrokimia. Sel elektrokimia yang menghasilkan listrik karena terjadinya reaksi spontan di dalamnya di sebut sel galvani. Sedangkan sel elektrokimia di mana reaksi tak-spontan terjadi di dalamnya di sebut sel elektrolisis. Peralatan dasar dari sel elektrokimia adalah dua elektroda -umumnya konduktor logam- yang dicelupkan ke dalam elektrolit konduktor ion (yang dapat berupa larutan maupun cairan) dan sumber arus. Karena didasarkan pada reaksi redoks, pereaksi utama yang berperan dalam metode ini adalah elektron yang di pasok dari suatu sumber listrik. Sesuai dengan reaksi yang berlangsung, elektroda dalam suatu sistem elektrokimia dapat dibedakan menjadi katoda, yakni elektroda di mana reaksi reduksi (reaksi katodik) berlangsung dan anoda di mana reaksi oksidasi (reaksi anodik) berlangsung. Aplikasi metode elektrokimia untuk lingkungan dan laboratorium pada umumnya didasarkan pada proses elektrolisis, yakni terjadinya reaksi kimia dalam suatu sistem elektrokimia akibat pemberian arus listrik dari suatu sumber luar. Proses ini merupakan kebalikan dari proses Galvani, di mana reaksi kimia yang berlangsung dalam suatu sistem elektrokimia dimanfaatkan untuk menghasilkan arus listrik, misalnya dalam sel bahan bakar (fuel-cell). Aplikasi lainnya dari metode elektrokimia selain pemurnian logam dan elektroplating adalah elektroanalitik, elektrokoagulasi, elektrokatalis, elektrodialisis dan elektrorefining. Sedangkan aplikasi lain yang tidak kalah pentingnya dari metode elektrokimia dan sekarang sedang marak dikembangkan oleh para peneliti adalah elektrosintesis.

Teknik/metode elektrosintesis adalah suatu cara untuk mensintesis/membuat dan atau memproduksi suatu bahan yang didasarkan pada teknik elektrokimia. Pada metode ini terjadi perubahan unsur/senyawa kimia menjadi senyawa yang sesuai dengan yang diinginkan. Penggunaan metode ini oleh para peneliti dalam mensintesis bahan didasarkan oleh berbagai keuntungan yang ditawarkan seperti peralatan yang diperlukan sangat sederhana, yakni terdiri dari dua/tiga batang elektroda yang dihubungkan dengan sumber arus listrik, potensial

elektroda dan rapat arusnya dapat diatur sehingga selektivitas dan kecepatan reaksinya dapat ditempatkan pada batas-batas yang diinginkan melalui pengaturan besarnya potensial listrik serta tingkat polusi sangat rendah dan mudah dikontrol. Dari keuntungan yang ditawarkan menyebabkan teknik elektrosintesis lebih menguntungkan dibandingkan metode sintesis secara konvensiona