INTAN TIARA FANI Dr. NOOR FADIAWATI, M.Si E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA LISA TANIA, S.Pd., M.Sc
KIMIA UNTUK SMA KELAS XII
E-book Interaktif Berbasis Kehidupan Sehari-hari
SEL ELEKTROKIMIA Sel Volta Penyetaraan Reaksi Redoks Sel Elektrolisis Korosi Perhitungan pada Sel Volta dan Sel Elektrolisis
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
AUTHOR (PENULIS)
Penulis
: Intan Tiara Fani Dr. Noor Fadiawati, Fadiawati, M.Si Lisa Tania, S.Pd., M.Sc
Perancang Cover
: Intan Tiara Fani
Ilustrator
: Intan Tiara Fani
Tahun Terbit
: 2016
© Hak cipta dilindungi oleh undang-undang
Ketentuan Pidana Sanksi Pelanggaran Pasal 72 Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 19 Tahun 2002 Perubahan atas Undang-Undang Nomor 7 Tahun 1987 tentang Hak Cipta 1. Barang siapa dengan sengaja dan tanpa hak mengumumkan atau memperbanyak suatu ciptaan atau memberikan izin untuk itu, dipidana dengan pidana penjara paling singkat 1 (satu) bulan dan/atau denda paling sedikit Rp 1.000.000,00 (satu juta rupiah), atau pidana penjara paling lama 7 (tujuh) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 5.000.000.000,00 (lima miliar rupiah). 2. Barang siapa dengan sengaja menyerahkan, menyiarkan, memamerkan, mengedarkan, atau menjual kepada umum sesuatu ciptaan barang atau hasil pelanggaran Hak Cipta atau Hak Terkait sebagaimana dimaksudkan pada ayat (1), dipidana dengan pidana penjara paling lama 5 (lima) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah).
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
KATA PENGANTAR
Assalaamu’alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillahirabbil’alamin Alhamdulillahirabbil’alamin banyak nikmat yang Allah berikan, tetapi sedikit sekali yang kita ingat. Segala puji hanya layak untuk Allah SWT tuhan semesta alam atas segala berkat, taufik, serta
hidayah-Nya yang tiada terkira besarnya,
sehingga penulis dapat menyelesaikan produk pengembangan e-book interaktif pada materi elektrokimia berbasis kehidupan sehari-hari ini dengan baik. Selama penyelesaian produk pengembangan ini tidak terlepas dari dukungan banyak pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih terutama kepada Dosen Pendidikan Kimia FKIP Universitas Lampung Dr. Noor Fadiawati, M.Si. dan Lisa Tania, S.Pd., M.Sc. yang telah bersedia membimbing penulis serta Dra. Ila Rosilawati, M.Si. yang bersedia memberi masukan kepada penulis sehingga produk ini dapat diselesaikan. Penulis berharap produk pengembangan e-book interaktif pada materi elektrokimia berbasis kehidupan sehari-hari ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak. Penulis menyadari bahwa masih ada kesalahan-kesalahan dalam pengembangan. pengembangan.
Oleh karena karena itu, itu, kritik dan saran saran yang yang bersifat bersifat membangun membangun
sangat penulis harapkan demi kesempurnaan produk ini. Sehingga bermanfaat luas guna mewujudkan pendidikan Indonesia yang lebih baik dari sebelumnya. Wassalaamu’alaikum Wr.Wb.
Bandar Lampung,
Tim Penyusun
April 2016
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
DAFTAR ISI
COVER LUAR ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................ ............................................. ............................. ...... i COVER DALAM DAL AM ............................................................. .............................................................................. ................. ii IDENTITAS E-BOOK INTERAKTIF ........................................... ................................................................. ............................................ ............................. ....... iii KATA PENGANTAR ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................ ........................................ .................. iv DAFTAR ISI ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................ ............................................. ............................. ...... v I. PENDAHULUAN
..................................................................... ............................................ ............................................ ............................................. ........................... A. Deskripsi...............................................
1 ............................................................... ........................................ .................. 1 B. Petunjuk Penggunaan E-book Interaktif......................................... ......................................................................... ................................ ......... 2 C. Manfaat Penggunaan E-book Interaktif ..................................................
II. URAIAN MATERI A. SEL VOLTA
1. Notasi Sel ........................................... .................................................................. ............................................. ............................................ ........................................... ..................... 5 2. Potensial Elektroda Standar .................................... .......................................................... ............................................ ........................................ .................. 5 3. Deret Volta ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................ ........................................ .................. 10 4. Potensial Sel ........................... .................................................. .............................................. ............................................. ............................................ ................................ .......... 9 5. Penyetaraan Reaksi Redoks .......................................... ................................................................ ............................................ .................................... .............. 11 B. SEL ELEKTROLISIS 1. Reaksi pada Anoda (Oksidasi)........................................... ................................................................. ............................................ ................................ .......... 15 2. Reaksi pada Katoda(Reduksi) ........................................... ................................................................. ............................................ ................................ .......... 16 3. Sel Elektrolisis Lelehan......................................... ............................................................... ............................................. ............................................ ..................... 16 C. KOROSI 1. Pengertian Korosi ................................................... .......................................................................... .............................................. ........................................... .................... 33 2. Faktor yang Mempengaruhi Korosi............................................ ................................................................... ........................................... .................... 33 3. Cara Mencegah Korosi........................................... .................................................................. ............................................. ........................................... ..................... 33 D. PERHITUNGAN PADA SEL VOLTA DAN SEL ELEKTROLISIS 1. Persamaan Nerst .......................................... ................................................................. ............................................. ............................................. ................................ ......... 18 2. Sel Konsentrasi ............................................................... ..................................................................................... ............................................. .................................... ............. 25 25 3. Hukum Faraday I ............................................................ .................................................................................. ............................................. .................................... ............. 28 4. Hukum Faraday II ............................................... ..................................................................... ............................................ ............................................. ........................... 39 39
DAFTAR PUSTAKA
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
DESKRIPSI
Materi elektrokimia akan anda pelajari dalam E-book interaktif ini. konsep dasar elektrokimia, termasuk pengertian sel volta dan sel elektrolisis, selanjutnya akan dibahas mengenai korosi atau pengaratandan juga perhitungan dari sel volta dan sel elektroisis itu sendiri. Semua materi tersebut diupayakan untuk diawali dengan fenomena dalam kehidupan sehari-hari mengacu pada kompetensi yang terdapat dalam kurikulum 2013. Materi-materi tersebut dikemas dengan tampilan yang menarik dan dilengkapi dengan gambar, animasi serta video yang akan mendukung materi sehingga akan membantu Anda untuk lebih mudah mempelajari konsep materi dalam e-book interaktif elektrokimia ini. PETUNJUK PENGGUNAAN E-BOOK
1. 2.
3. 4. 5.
6.
Berikut adalah tata cara penggunaan e-book interaktif Bacalah daftar isi e-book interaktif dengan cermat dan teliti. Bacalah petunjuk penggunaan e-book interaktif dengan cermat dan teliti sehingga kalian dapat menggunakan e-book interaktif ini dengan maksimal dan mendapatkan manfaatnya. Jika Anda ingin mengetahui indikator apa saja yang perlu dicapai dalam materi ini, silahkan lihat pada awal sub bab Pelajari isi materi dalam e-book interaktif ini secara urutan dan utuh sehingga diperoleh pemahaman yang maksimal. Setiap sub materi dalam e-book interaktif ini akan dilengkapi dengan gambar, animasi atau video. Untuk dapat melihatnya silahkan kalian klik pada masingmasing kotak gambar, animasi atau video. Setiap sub materi akan dilengkapi dengan kolom pertanyaan dan kolom jawaban. Kolom pertanyaan kalian baca setelah kalian mengamati fenomena berupa peristiwa, gambar, animasi, atau video. Selanjutnya, kalian dapat mengisi jawaban kalian dari pertanyaan tersebut dalam kolom jawaban atau kolom hasil identifikasi dengan cara mengetik jawaban kalian dalam kolom tersebut. Kalian harus mengetik jawaban agar selanjutnya kalian dapat mengetahui penjelasan detail dari materi.
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
7. Setiap sub materi dilengkapi dengan latihan soal untuk menguji kemampuan kalian setelah mempelajari materi, serta terdapat pembahasan pada setiap soalnya. 8. Bacalah sumber belajar lainnya yang berhubungan dengan materi elektrokimia dalam e-book interaktif ini untuk mendapatkan pengetahuan tambahan. MANFAAT PENGGUNAAN E-BOOK
E-book interaktif elektrokimia memiliki berbagai manfaat bagi peserta didik
yaitu sebagai berikut. 1. Peserta didik dapat lebih aktif berinteraksi dengan sumber belajar berupa e-book interaktif ini. 2. Belajar menjadi lebih menarik karena e-book interaktif dapat dipelajari di luar kelas dan di luar jam pembelajaran, serta mudah dibawa kemana saja. 3. Peserta didik dapat lebih memahami materi elektrokimia karena materi yang disampaikan dilengkapi dengan fenomena dalam kehidupan sehari-hari beserta gambar, animasi atau video yang mendukung materi. 4. Berkesempatan menguji kemampuan diri sendiri dengan mengerjakan latihan dan evaluasi yang disajikan dalam e-book interaktif. 5. Mengembangkan kemampuan peserta didik dalam berinteraksi langsung dengan lingkungan dan sumber belajar lainnya. 6. Menambah keterampilan intelektual pendidik dan peseta didik. 7. Meningkatkan kemampuan Teknologi Informasi dan Komunikasi baik oleh pendidik maupun peserta didik.
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
SEL ELEKTROKIMIA KOMPETENSI DASAR
3.3Mengevaluasi gejala atau proses yang terjadi dalam contoh sel elektrokimia (sel volta dan sel elektrolisis) yang digunakan dalam kehidupan.
INDIKATOR 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 3.3.7
Menuliskan komponen sel volta Menjelaskan reaksi yang terjadi katoda dan anoda Menjelaskan arah aliran elektron yang terjadi pada sel volta Menjelaskan definisi sel volta Menuliskan reaksi yang terjadi pada katoda dan anoda dalam sel volta Menjelaskan fungsi jembatan garam Menuliskan deret kerekatifan logam berdasarkan tabel potensial reduksi standar 3.3.8 Menjelaskan definisi deret volta 3.3.9 Menghitung harga potensial sel (Eosel) pada katoda dan anoda dalam reaksi sel volta 3.3.10 Menuliskan penyetaraan reaksi redoks dengan metode bilangan oksidasi ataupun dengan metode setengah reaksi 3.3.11 Menuliskan komponen sel elektrolisis 3.3.12 Menjelaskan arah aliran elektron yang terjadi pada sel elektrolisis 3.3.13 Menjelaskan definisi sel elektrolisis 3.3.14 Menuliskan reaksi yang terjadi dalam sel elektrolisis
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
SEL ELEKTROKIMIA Sel Volta Penyetaraan reaksi redoks Sel elektrolisis
Batu baterai merupakan benda yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Telpon genggam merupakan salah satu perangkat yang menggunakan batu baterai sebagai sumber energi. Lalu bagaimana cara kerja batu baterai sehingga dapat menghidupkan alat elektronik tersebut tanpa dihubungkan dengan sumber listrik? Bagaimana pula prinsip kerja dari power bank yang dapat mengisi daya batu baterai pada telpon genggam? Temukan jawabannya dalam e-book ini….
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
ELEKTROKIMIA
Sel Elektrokimia mempelajari hubungan antara energi listrik dan reaksi kimia. Ada dua jenis sel elektrokimia yaitu sel volta dan sel elektrolisis. Dari pernyataan tersebut tuliskan pertanyaan kalian pada kolom dibawah ini
Untuk menjawab pertanyaan yang telah kalian tulis pada kolom di atas, mari kita baca materi yang terdapat pada e-book ini…
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
SEL VOLTA
Sel volta merupakan salah satu jenis dari sel elektrokimia. Contoh dari sel volta yaitu batu baterai, power bank , dan aki. Apa itu sel volta? Bagaimana prinsip kerja dari sel volta sehingga batu baterai dapat menghidupkan alat-alat elektronik yang terdapat dirumah kita? Untuk menjawab itu semua, mari kita lihat video dibawah ini:
Sumber: https://www.youtube.com/watch?v=XkC_soiVSO8
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Menurut video yang telah kalian lihat coba jawab pertanyaan yang ada dibawah ini:
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Dalam video yang telah kalian lihat, logam seng dicelupkan dalam larutan ZnSO 4 (mengandung ion Zn2+) dan logam tembaga dicelupkan dalam larutan CuSO4 (mengandung ion Cu2+). Logam seng akan semakin berkurang karena larut menjadi Zn 2+ yang disertai penglepasan elektron. Elektron yang dilepaskan oleh logam seng mengalir melalui kawat penghantar menuju tembaga, selanjutnya di terima oleh ion Cu 2+ yang kemudian mengendap sebagai logam tembaga. Selama reaksi itu terus berlangsung, terlihat voltmeter yang terdapat dalam rangkaian tersebut bergerak. Hal ini menunjukkan bahwa pada reaksi yang berlangsung terjadi reaksi redoks, dimana rekasi redoks menghasilkan elektron yang terus mengalir melalui kawat penghubung dan terbentuklah energi listrik. Berdasarkan video yang telah kalian amati dan sedikit penjelasan di atas, menurut kalian apa itu sel
Tulis pendapat kalian pada kolom dibawah ini:
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Video yang telah kalian lihat diatas merupakan cara kerja sel volta dimana pada video tersebut diperlihatkan bagaimana reaksi-reaksi yang terjadi pada sel volta. Bagaimana reaksi yang terjadi pada video tersebut? Tuliskan menggunakan bahasa kalian pada kolom dibawah ini
Rangkain sel volta yang terdapat pada video di atas, terdapat tabung U atau yang dinamakan sebagai jembatan garam. Jembatan garam tersebut menghubungkan antara larutan CuSO4 dan ZnSO4. Berdasarkan video yang telah kalian lihat apa fungsi dari jembatan garam?
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Rangkaian sel volta dalam video terdapat logam seng dan tembaga yang menjadi
kutub-kutub listrik yang disebut elektroda. Elektroda tempat terjadinya reaksi oksidasi disebut anoda sedangkan elektroda tempat terjadinya reaksi reduksi disebut katoda. Notasi Sel Volta
Susunan suatu sel volta dinyatakan dengan suatu notasi singkat yang disebut diagram sel. Untuk reaksi yang terdapat dalam video diatas yaitu: Oksidasi: Zn(s ) Zn2+(aq) + 2e reduksi: Cu2+(aq) + 2 e Cu(s ) diagram selnya dinyatakan sebagai berikut: Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu →
→
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Zat-zat yang terjadi di anoda biasanya dituliskan disebelah kiri, sedangkan zat-zat yang terjadi di katoda disebelah kanan. Notasi tersebut menyatakan bahwa pada anode terjadi oksidasi Zn menjadi Zn 2+, sedangkan di katode terjadi reduksi ion Cu 2+ menjadi Cu. Dua garis sejajar ( || ) yang memisahakan anode dan katode menyatakan jembatan garam, sedangkan garis tunggal menyatakan batas antarfase (Zn padatan, sedangkan ZN2+ dalam larutan; Cu2+ dalam larutan, sedangkan Cu padatan).
Potensial Reduksi Standar
Reaksi redoks dalam sebuah sel, misalnya: Zn(s ) + CuSO4 (aq)
→
ZnSO4 (aq) + Cu(s ) dapat berlangsung jika ada perbedaan potensial
yang bernilai positif dari kedua elektrode yang digunakan. Harga potensial mutlak suatu elektrode tidak dapat diukur. Oleh karena itu, ditetapkan suatu elektrode standar sebagai rujukan, yaitu elektroda hidrogen. perhatikan tabel berikut:
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Tabel diatas memperlihatkan beberapa senyawa yang telah diketahui potensial reduksi standarnya melalui percobaan dengan elektroda hidrogen. Elektroda hidrogen terdiri atas gas hidrogen murni yang tekanannya adalah 1 Atm pada suhu 25°C. Gas tersebut dialirkan melalui sepotong platinum yang dicelupkan dalam larutan yang mengandung ion H+ dengan konsentrasi 1 M. Potensial elektrode standar ini ditetapkan memiliki harga potensial sama dengan 0 volt seperti yang tertera pada tabel. Harga potensial tersebut diberi lambang Eo. Harga potensial reduksi yang terdapat pada tabel ada yang bertanda positif dan ada juga yang bertanda negatif. Elektrode yang lebih mudah tereduksi daripada elektrode hidrogen diberi harga potensial reduksi positif. Misalnya, sel Volta dengan elektrode hidrogen dan elektrode Cu dalam larutan CuSO 4 memberikan harga potensial sebesar 0,34 Volt.
Gambar 1 Pengukuran harga potensial reduksi elektrode Cu
Sumber: BSE praktis belajar kimia untuk kelas XII
Elektrode hidrogen terjadi reaksi oksidasi (karena elektron mengalir dari elektrode hidrogen ke elektrode Cu), sedangkan elektrode Cu mengalami reaksi reduksi. Persamaan reaksi yang terjadi: Anode(–) : H2 ( g ) 2H+(aq) + 2e– Katode(+) : Cu2+(aq) + 2e– Cu(s ) H2 ( g ) + Cu2+(aq) 2H+(aq) + Cu(s ) →
→
→
Oleh karena elektrode Cu lebih mudah tereduksi daripada elektrode hidrogen maka potensial reduksi elektrode Cu diberi tanda positif. Harga potensial reduksi elektrode hidrogen 0 Volt maka harga potensial reduksi Cu, yaitu +0,34 Volt. Reaksi reduksi ditulis sebagai berikut. Cu2+(aq) + 2e– Cu(s ) Eo = +0,34 Volt →
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Elektrode yang lebih mudah teroksidasi daripada hidrogen diberi harga potensial reduksi negatif. Misalnya, sel Volta yang terdiri atas elektrode hidrogen dan elektrode seng yang dicelupkan dalam larutan ZnSO4 1 M, memberikan beda potensial sebesar 0,765 Volt.
Gambar 2 Pengukuran harga potensial reduksi elektrode Zn
Sumber: BSE praktis belajar kimia untuk kelas XII
Persamaan reaksi yang terjadi: Anode(–) : Zn(s )
Zn2+(aq) + 2e–
→
Katode(+) : 2H+(aq) + 2e–
H2 ( g )
→
Zn(s ) + 2H+(aq)
Zn2+(aq) + H2 ( g )
→
Zn lebih mudah teroksidasi daripada hidrogen. Oleh sebab itu, elektrode seng diberi tanda negatif. Karena harga potensial reduksi hidrogen sama dengan 0 Volt maka harga potensial reduksi Zn yaitu –0,76 Volt. Reaksi reduksi ditulis: Zn2+(aq) + 2e–
→
Zn(s )
Eo = –0,76 Volt
Deret Volta
Sebelumnya kalian sudah belajar mengenai potensial reduksi standar dimana kalian dapat mengetahui logam-logam mana yang akan mengalami reduksi maupun oksidasi. Berdasarkan harga potensial reduksi standar yang terdapat dalam tabel diatas, coba
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
urutkan logam-logam dalam tabel tersebut berdasarkan kecenderungan logam yang mengalami reduksi
Logam yang mengalami reduksi yang telah kalian urutkan disebut dengan deret volta. Menurut pendapat kalian apa itu deret volta?
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Potensial Sel
Perbedaan potensial dari kedua elektroda (katoda dan anoda) disebut potensial sel atau potensial sel standar yang diberi lambang E sel. Potensial sel volta dapat ditentukan melalui percobaan dengan menggunakan voltmeter. Potensial sel volta dapat juga dihitung berdasarkan data potensial elektroda positif (katoda) dan potensial elektroda negative (anoda) yang terdapat pada tabel diatas.
Esel = Eokatoda - Eoanoda
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Katoda adalah elektroda yang mempunyai nilai Eo lebih besar (lebih positif) daripada anoda. Anoda adalah elektroda yang mempunyai E o lebih kecil (lebih negatif) daripada katoda. Potensial sel juga dapat memprediksi suatu reaksi berlangsung atau tidak. Jika potensial sel bertanda positif maka reaksi tersebut berlangsung, jika harga potensial sel bertanda negatif maka reaksi tersebut tidak berlangsung. Perhatikan contoh berikut: Contoh Soal
Suatu sel volta tersusun dari elektroda magnesium dan tembaga. Bila diketahui: Mg2+(aq) + 2e Mg(s) Eo= -2,37 volt Cu2+(aq) + 2e Cu(s) Eo= +0,34 volt Tentukan: a. Katoda dan anodanya b. Reaksi yang terjadi pada katoda dan reaksi selnya c. Notasi sel d. Potensial sel dan tentukan apakah reaksi tersebut berlangsung atau tidak Jawab:
a. Katoda, memiliki E° lebih besar yaitu tembaga (Cu) Anoda, memiliki E° lebih kecil, yaitu magnesium (Mg) b. Reaksi pada katoda (reduksi) : Cu2+(aq) + 2e Cu(s) Reaksi pada anoda (oksidasi) : Mg(s) Mg2+(aq) + 2e + Reaksi sel (redoks) : Cu2+(aq) + Mg(s)
Cu(s) + Mg2+(aq)
c. Notasi sel = Mg | Mg2+ || Cu2+ | Cu d. Esel = Eokatoda – Eoanoda = 0,34 – (-2,37) = +2,71 Volt Esel yang didapat sebesar +2,71 Volt maka reaksi tersebut berlangsung
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
untuk lebih memahami materi diatas, coba kerjakan soal dibawah ini… Ditentukan dua elektroda sebagai berikut: Ag+(aq) + e Ag(s) Eo = +0,80 V Mg2+(aq) + 2e Mg(s) Eo = -2,37 V Tentukanlah Eosel yang disusun dari kedua elektrode dan tentukan juga apakah reaksi tersebut berlangsung atau tidak!
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Baterai litium adalah penemuan terbaru yang melibatkan litium sebagai anode dan oksida logam transisi/sulfida sebagai katode (MnO 2, V6O13, TiS2). Larutan elektrolitnya adalah polimer yang dapat menyebabkan ion Li + mengalir namun bukan sebagai elektron. Reaksi sel dapat berlangsung bolak-balik pada waktu pengisian ulang (recharge). Kegunaan baterai litium untuk tuts pada kalkulator, baterai pada jam dan kamera, sedangkan pada ukuran besar untuk baterai pada komputer laptop. Keuntungan baterai litium adalah mempunyai rasi energi/massa sangat tinggi = 1 mol elektron (1 Faraday). Dapat dihasilkan kurang dari 7 gram logam ( Ar Li = 6,941 gram/mol). Kerugian dari pemakaian baterai litium adalah harganya lumayan mahal, pada awal penemuan memiliki daur hidup pendek, dan hasil yang bervariasi.
Penyetaraan Reaksi Oksidasi-Reduksi
Reaksi Redoks dan Kehidupan
Olah raga, bekerja, dan belajar merupakan kegiatan rutin yang anda lakukan. Tahukah Anda bagaimana tubuh kita dapat melakukan semua aktivitas tersebut? Berasal darimanakah energi yang kita gunakan? Ketika makanan diuraikan di dalam sel tubuh, terjadi pemindahan elektron yang berasal dari glukosa dan molekul makanan lainnya. Di dalam mitokondria, elektron yang berpindah tersebut akan melalui suatu rangkaian reaksi yang dinamakan rantai transpor elektron. Proses aliran elektron tersebut dinamakan respirasi. Di akhir rangkaian tersebut, oksigen mengoksidasi elemen terakhir rantai transpor elektron sehingga terbentuk air. Ketika rantai transpor elektron berlangsung, terjadi pelepasan energi yang digunakan untuk mensintesis molekul bernama ATP (Adenosin Trifosfat), yaitu molekul pembawa energi di dalam makhluk hidup.
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Reaksi redoks terjadi pada sel volta yang telah kita pelajari sebelumnya, dimana pada sel volta reaksi redoks diubah menjadi enegi listrik. Konsep reduksi dan oksidasi (redoks) berdasarkan pengikatan dan penglepasan oksigen, penyerahan dan penerimaan elektron, serta peningkatan dan penurunan bilangan oksidasi telah dipelajari saat Kelas X. Menyetarakan reaksi redoks sederhana juga sudah kalian pelajari pada kelas X tetapi bagaimana cara menyetarakan reaksi yang rumit seperti: MnO4-(aq) + H2C2O4 (aq) + H+(aq) Mn2+(aq) + CO2 (aq) + H2O(l ) Apakah kalian bisa menyetarakan reaksi di atas? Untuk dapat menyetarakan reaksi rumit tersebut diperlukan cara khusus. Ada dua cara untuk dapat menyetarkan reaksi tersebut yaitu: Cara bilangan oksidasi Cara setengah reaksi/ion elektron
1. Metode bilangan oksidasi Metode ini didasarkan pada pengertian bahwa jumlah pertambahan bilangan oksidasi dari reduktor sama dengan jumlah penurunan bilangan oksidasi dari oksidator. Langkah-langkah yang harus ditempuh dalam penyetaraan reaksi dengan metode ini adalah sebagai berikut: a. Tulislah kerangka dasar reaksi, yaitu reduktor dan hasil oksidasinya serta oksidator dan hasil reduksinya. Contoh: Dari reaksi redoks berikut setarakanlah dengan metode bilangan oksidasi MnO4-(aq) + H2C2O4 (aq) + H+(aq)
Mn2+(aq) + CO2 (aq) +H2O(l )
Jawab: +7
+3
MnO4-(aq) + H2C2O4(aq)
+2
+4
Mn2+(aq) + CO2(aq)
b. Setarakan unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi dengan memberi koefisien yang sesuai (biasanya adalah unsur selain hidrogen dan oksigen)
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
+7
+3
MnO4-(aq) + H2C2O4(aq) c.
+4
+2
Mn2+(aq) + 2CO2(aq)
Tentukan jumlah penurunan bilangan oksidasi dari oksidator dan jumlah pertambahan bilangan oksidasi dari reduktor. +7
+3
MnO4-(aq) + H2C2O4(aq)
+4
+2
Mn2+(aq) + CO2(aq)
(turun 5) (naik 2)
d. Samakan jumlah perubahan bilangan oksidasi tersebut dengan memberi koefisien yang sesuai MnO4-(aq) + H2C2O4(aq) Mn2+(aq) + 2CO2(aq) (turun 5)(x2)
+7
+2 +6
Hasilnya: 2MnO4-(aq) + 5H2C2O4(aq)
+8
(naik 2)(x5)
2Mn2+(aq) + 10CO2(aq)
e. Setarakan muatan denagan menambah ion H + (dalam suasana asam) atau ion OH- (dalam suasana basa) 2MnO4-(aq) + 5H2C2O4(aq) + 6H+(aq ) (muatan setara)
2Mn2+(aq) + 10CO2(aq)
f. Setarakan atom H dengan penambahkan H 2O 2MnO4-(aq) + 5H2C2O4(aq) + 6H+(aq) 2Mn2+(aq) + 10CO2(aq) + 8H2O (setara)
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
2. Metode setengah reaksi (ion-elektron)
Metode ini didasarkan pada pengertian bahwa jumlah elektron yang dilepaskan pada setengah reaksi oksidasi sama dengan jumlah elektron yang diserap pada setengah reaksi reduksi. Penyetaraan dalam larutan bersuasana basa berbeda dengan larutan bersuasana asam. a. Suasana larutan asam
Setarakan reaksi berikut dengan metode ion elektron K2Cr2O7(aq) + HCl (aq) KCl (aq) + CrCl3(aq) + Cl2( g ) + H2O (l ) Jawab: Langkah 1: Tulislah kerangka dasar setengah reaksi reduksi dan setengah reaksi oksidasi Reduksi : Cr2O72-(aq) Cr3+(aq) Oksidasi : Cl-(aq) Cl2( g ) Langkah 2 : masing-masing setengah reaksi disetarakan dengan urutan
sebagai berikut: Setarakan atom unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi (biasanya ialah unsur oksigen dan hidrogen) Setarakan oksigen dengan menambahkan molekul air (H 2O) Setarakan atom hidrogen dengan menambahkan ion H + Setarakan muatan dengan menambahkan elektron
Reduksi
Cr2O72-(aq)
Cr2O72-(aq)
Cr2O72-(aq) + 14H+(aq )
Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6e
Oksidasi
2Cr3+(aq) 2Cr3+(aq) + 7H2O(l ) 2Cr3+(aq) + 7H2O(l ) 2Cr3+(aq) + 7H2O(l )
2Cl-(aq)
Cl2( g )
2Cl-(aq)
Cl2( g )
2Cl-(aq)
Cl2( g )
2Cl-(aq)
Cl2( g ) + 2e
Langkah 3 : samakan jumlah elektron yang diserap pada setengah reaksi
reduksi dengan jumlah elektron yang dibebaskan pada setengah reaksi oksidasi, kemudian jumlahkan.
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Reduksi: Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6e Oksidasi: 6Cl-(aq)
2Cr3+(aq) + 7H2O(l )
3Cl2( g ) + 6e
Redoks: Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6Cl-(aq)
2Cr3+(aq) + 3Cl2( g ) + 7H2O(l )
b. Susana larutan basa
Penyetaraan setengah-reaksi dalam suasana basa atau netral dilakukan dengan menambahkan basa (ion OH–), untuk menyetarakan atom O atau H. Tinjaulah reaksi berikut yang dilakukan dalam suasana basa. Bi2O3(s ) + NaOH (aq) + NaClO (aq) NaBiO3(aq) + NaCl (aq) + H2O (l ) Langkah 1: Tuliskan kerangka dasar setengah reksi reduksi dan oksidasi
secara terpisah. Reduksi : ClO-(aq) Oksidasi : Bi2O3 (s )
Cl-(aq) BiO3-(aq)
Langkah 2 : menyetarakan masing-masing setengah reaksi
Oksidasi
Reduksi
ClO-(aq)
ClO-(aq)
ClO-(aq) + 2H+(aq )
ClO-(aq) + 2H+(aq) + 2e
Cl(aq) Cl-(aq) + H2O(l ) Cl-(aq) + H2O(l ) Cl-(aq) + H2O(l )
Bi2O3(s )
2BiO3(aq)
Bi2O3(s )
3H2O(l )
Bi2O3(s ) + 3H2O(l )
2BiO3(aq) + 6H+(aq )
Bi2O3(s ) + 3H2O(l )
2BiO3-(aq) + 6H+(aq)
+ 4e
Langkah 3 : menyamakan jumlah elektron, kemudian jumlahkan Reduksi : ClO-(aq) + 2H+(aq) + 2e Cl-(aq) + H2O(l ) (x2) Oksidasi : Bi2O3(s ) +3H2O(l ) 2BiO3-(aq) + 6H+(aq) + 4e (x1)
+ Redoks : 2ClO-(aq) + Bi2O3(s ) + H2O(l )
2Cl-(aq) + 2BiO3-(aq) + 2H+(aq)
Langkah 4: menghilangkan ion H+
Untuk menghilangkan ion H+, tambahkan masing-masing 2 ion OH- pada kedua ruas
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Redoks : 2ClO-(aq) + Bi2O3(s ) + H2O(l ) + 2OH-(aq ) 2Cl-(aq) + 2BiO3-(aq) + 2H+(aq) + 2OH-(aq )
2 ion H+ dan 2 ion OH- di ruas kanan akan bergabung membentuk 2 molekul air Redoks : 2ClO-(aq) + Bi2O3(s ) + H2O(l ) + 2OH-(aq) 2Cl-(aq) + 2BiO3-(aq) + 2H2O(l ) Kurangkan molekul air yang ada diruas kiri dan ruas kanan, sehingga menyisakan satu molekul air diruas kanan Redoks : 2ClO-(aq) + Bi2O3(s ) + 2OH-(aq) 2Cl-(aq) + 2BiO3-(aq) + H2O(l ) (setara)
Untuk lebih memahami materi dia atas, coba kerjakan soal berikut: Setarakan reaksi berikut dengan menggunakan metode bilangan oksidasi: I-(aq) + SO42- (aq)
H2S(g) + I2(g)
(Dalam suasana asam)
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
SEL ELEKTROLISIS
Penyepuhan emas yang biasa kita temui di pasar tradisional merupakan cara untuk merubah emas yang tadinya kusam menjadi seperti baru kembali. Proses tersebut merupakan aplikasi dari sel elektrolisis, untuk lebih jelas tentang proses penyepuhan emas perhatikan video berikut:
Sumber: https://www.youtube.com/watch?v=0bB_2KkOlHM
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Berdasarkan video yang telah kalian lihat coba jawab beberapa pertanyaan berikut:
Berdasarkan video di atas, terlihat bagaimana proses penyepuhan emas. Dimana logam emas dan logam tembaga dimasukkan kedalam satu wadah yang sama yang berisi larutan AuCl3. Logam emas akan berkurang dan berubah menjadi ion Au 3+ disertai dengan penglepasan elektron. Elektron yang dilepaskan oleh logam emas akan mengalir melalui kawat penghubung menuju logam tembaga yang selanjutnya di terima oleh ion Au3+ dan mengendap sebagai logam emas. Jika pada sel volta yang baru saja kita pelajari reaksi redoks yang terjadi menghasilkan energi listrik. Catu daya merupakan salah satu rangkaian dari sel elektrolisis, hal ini menunjukkan bawa pada sel elektrolisis dibutuhkan energi listrik agar reaksi redoks dapat berlangsung.
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Berdasarkan video yang telah kalian lihat dan sedikit penjelasan di atas, menurut kalian apa itu sel elektrolisis?
Tulis pendapat kalian pada kolom dibawah ini:
Video yang telah ditampilkan memperlihatkan bahwa arus listrik dari sumber arus searah mengalir ke dalam larutan melalui katoda atau elektroda negatif. Terjadi reaksi reduksi pada katoda dari zat-zat tertentu yang ada dalam larutan. Zat-zat tertentu yang lain mengalami oksidasi di anoda. Dalam hal tempat reaksi berlangsung sama seperti sel volta yaitu katoda tempat terjadi reaksi reduksi sedangkan anoda tempat terjadi oksidasi, tetapi muatan elektroda dalam sel elektrolisis berlawanan dengan
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
muatan elektroda dalam sel volta. Katoda merupakan elektroda negatif sedangkan anoda merupakan elektroda positif, pada sel elektrolisis. Berdasarkan video yang telah kalian amati, tuliskan rekasi yang terjadi pada anoda dan katoda dengan menggunakan kalimat..
Zat-zat yang mengalami reduksi pada katoda dan zat-zat yang mengalami oksidasi pada anoda, tergantung pada potensialnya masing-masing. Zat-zat yang mengalami reduksi adalah yang mempunyai harga potensial elektroda lebih positif dibandingkan dengan harga potensial hidrogen. Sedangkan zat-zat yang mengalami oksidasi adalah yang mempunyai potensial elektroda lebih negatif dibandingkan harga potensial elektroda hidrogen. Dengan demikian, tidak selalu kation yang mengalami reduksi dan
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
tidak selalu anion yang mengalami oksidasi, mungkin saja pelarutnya (air) yang mengalami reduksi atau oksidasi. Bila elektroda bukan elektroda inert (sukar bereaksi) maka elektroda akan mengalami oksidasi. Untuk lebih jelasnya, perhatikan beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menulis reaksi elektrolisis berikut: 1. Reaksi pada Anoda (Oksidasi)
Apabila anoda terbuat dari Pt, Au, atau C, maka anoda tidak mengalami oksidasi. akan tetapi yang mengalami oksidasi adalah larutannya. Dibawah ini adalah zat-zat yang mengalami oksidasi pada proses elektrolisis dengan menggunakan anoda Pt, Au dan C: - Apabila dalam larutan terdapat ion OH-, maka ion akan teroksidasi menjadi H 2O dan gas O2. - Apabila dalam larutan terdapat ion sisa asam halida (Cl -, Br-, I-) maka akan teroksidasi menjadi molekulnya. - Apabila dalam larutan terapat ion sisa asam oksi (SO 42-, NO3-, CO32-) maka yang akan teroksidasi adalah air (pelarut) Bila anoda terbuat selain dari Pt, Au, atau C, maka anoda ikut teroksidasi. 2. Reaksi pada Katoda (Reduksi)
a. Apabila dalam larutan terdapat ion H+ maka akan tereduksi menjadi gas H 2. b. Apabila dalam larutan terdapat ion-ion logam alkali dan alkali tanah (Na +, K+, Ca 2+, Mg2+, dan lain-lain) serta Al3+ , Mn2+ maka ion tersebut tidak mengalami reduksi, yang tereduksi adalah air (pelarut). c. Apabila dalam larutan terdapat ion-ion logam selain logam alkali, alkali tanah, Al 3+ dan Mn2+ maka akan tereduksi menjadi logamnya.
Elektrolisis Lelehan
Jenis sel elektrolisis ini melibatkan reaksi redoks sederhana karena berlangsung tanpa adanya air. Elektrolisis lelehan suatu senyawa elektrolit umumnya menggunakan elektroda inert. Pada lelehan tidak menggunakan pelarut air, sehungga
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
bila arus listrik dialirkan yang ada hanya kation dan anion. Kation akan mengalami reduksi sedangkan anion mengalami oksidasi. Hal ini berlaku untuk kation logam golongan utama dan logam golongan transisi. Begitu pula untuk anion, berlaku ketentuan yang tidak mengandung oksigen ataupun anion yang mengandung oksigen. Contoh Soal
1. Tuliskan reaksi yang terjadi pada katoda dan anoda pada elektrolisis larutan AgNO3 dengan elektrode karbon (C)! Jawab:
Karena yang digunakan merupakan elektroda karbon, maka elektroda karbon tidak terurai yang akan teruai adalah larutannya. Anoda : 2H2O(l) 4H+(aq) + O2(g) + 4eKatoda : 4Ag+(aq) + 4e4Ag(s) Reaksi sel : 2H2O(l) + 4Ag+(aq)
4H+(aq) + O2 (g) + 4ag(s)
2. Tuliskan reaksi yang terjadi pada anoda dan katoda elektrolisis lelehan MgCl2 dengan elektroda grafit Jawab:
Pada elektrolisis lelehan senyawa ion dengan elektroda inert, maka kation direduksi di katoda sedangkan anion dioksidasi di anoda Katoda : Mg2+(l) + 2e Mg(s) Anoda : 2Cl-(l) Cl2 (g) Reaksi sel : Mg2+(l) + 2Cl-(l)
Mg(s) + Cl2 (g)
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Untuk lebih memahami materi, coba kerjakan soal berikut: Tuliskan reaksi yang terjadi pada katoda dan anoda pada elektrolisis larutan CuSO 4 dengan elektrode Pt!
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
KOROSI
KOMPETENSI DASAR 3.4Menganalisis faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya korosi dan mengajukan ide/gagasan untuk mengatasinya.
INDIKATOR 3.4.1
Menjelaskan reaksi yang terjadi pada proses korosi
3.4.2
Menjelaskan definisi korosi
3.4.3
Menuliskan reksi yang terjadi dalam proses korosi
3.4.4
Menjelaskan factor-faktor proses terjadinya korosi
3.4.5
Menjelaskan cara mencegah korosi dengan cara melapisi logam dengan zat lain
3.4.6
Menjelaskan cara mencegah korosi dengan metode tin plating
3.4.7
Menjelaskan cara mencegah korosi dengan metode galvanisasi
3.4.8
Menjelaskan cara mencegah korosi dengan metode sacrificial protection
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
KOROSI Logam merupakan suatu bahan yang tidak lepas dari kehidupan kita. Dalam kehidupan sehari-hari logam biasa digunakan untuk berbagai keperluan. Paku, tralis jendela, bahkan pagar rumah kita biasanya terbuat dari logam besi. Logam jika tidak dirawat dengan baik akan mudah berkarat dan akan terlihat tidak menarik bahkan dapat membahayakan. Pengaratan pada besi biasa disebut juga korosi. Korosi merupakan salah satu proses elektrokimia. Tuliskan pertanyaan kalian pada kolom dibawah ini terkait tentang korosi
Untuk menjawab pertanyaan yang telah kalian tulis di atas mari kita baca materi tentang korosi yang terdapat dalam e-book ini……
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Untuk lebih mengetahui tentang proses terjadinya korosi pada logam, perhatikan video berikut:
Video di atas memperlihatkan bagaimana proses terjadinya pengaratan pada besi. Suatu logam akan mengalami korosi bila permukaan logam terdapat bagian yang berperan sebagai anoda dan di bagian lain berperan sebagai katoda. Proses korosi yang banyak terjadi adalah korosi pada besi. Berdasarkan pernyataan diatas, tuliskan pertanyaan kalian pada kolom dibawah ini:
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Bagian besi yang bertindak sebagai katoda adalah bagian besi yang pada permukaannya terdapat oksigen yang terlarut dalam air. Bagian besi yang bertindak sebagai anoda mengalami oksidasi membentuk ion Fe 2+ kemudian ion tersebut teroksidasi lagi menjadi ion Fe3+ yang selanjutnya akan membentuk karat besi dengan rumus Fe 2O3.xH2O. Berdasarkan video yang telah kalian amati dan sedikit penjelasan di atas coba jawab beberapa pertayaan berikut:
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Sukar atau mudahnya logam teroksidasi bergantung pada harga potensial reduksi standarnya. Menurut tabel potensial reduksi standar, selain logam emas umumnya logam-logam memiliki potensial reduksi standar lebih rendah dari oksigen. Jika setengah reaksi reduksi logam dibuat menjadi reaksi oksidasi dan digabungkan dengan setengah reaksi reduksi gas O2, maka akan dihasilkan nilai potensial sel (Esel) positif. Jadi, hampir semua logam dapat bereaksi dengan oksigen. Misalnya logam besi dan logam tembaga yang bereaksi dengan oksigen Fe2+(aq) + 2e Fe(s) Eo = -0,44 V O2 (aq) + 2H2O(l) + 4e 4OH-(aq) Eo = +1,40 V Pada korosi besi menjadi anoda sehingga reaksi nya menjadi: Anoda (oksidasi) : Fe(s) Fe2+(aq) + 2e Eo = +0,44 V │x2 Katoda (reduksi) : O2 (aq) + 2H2O(l) + 4e 4OH-(aq) Eo = +1,40 V + Reaksi redoks : 2Fe(s) + O2 (aq) + 2H2O(l) 2Fe2+(aq) + 4OH-(aq) Eosel = +1,84 V Logam tembaga yang bereaksi dengan oksigen Zn2+(aq) + 2e Zn(s) Eo = -0,76 V O2 (aq) + 2H2O(l) + 4e 4OH-(aq) Eo = +1,40 V Pada korosi tembaga menjadi snoda sehingga reaksinya menjadi: Anoda (oksidasi) : Zn(s) Zn2+(aq) + 2e Eo = +0,76 V │x2 Katoda (reduksi) : O2 (aq) + 2H2O(l) + 4e 4OH-(aq) Eo = +1,40 V + Reaksi redoks : 2Zn(s) + O2 (aq) + 2H2O(l) 2Zn2+(aq) + 4OH-(aq) Eosel = +2,16 V Peristiwa korosi akan lebih cepat terjadi jika logam berada di udara lembap atau terkena air. Karena selain uap air, di udara juga terdapat gas-gas lain seperti CO 2 atau SO2 yang dengan air akan membentuk larutan H 2CO3 atau H2SO4 yang bersifat elektrolit sehingga mempercepat terjadinya korosi.
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Korosi Untuk meminimalisir terjadinya korosi maka kita perlu mengetahui faktor apa saja yang mempengaruhi terjadinya korosi. Agar lebih jelas mengenai faktor apa yang mempengaruhi korosi perhatikan video berikut:
Sumber: https://www.youtube.comwatchv=jQoE_9x37mQ
Berdasarkan video yang telah kalian amati, tuliskan faktor apa saja yang mempengaruhi terjadinya korosi. Tulis pendapat kalian pada kolom dibawah ini:
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Cara Mencegah Korosi setelah kita mengetahui faktor apa saja yang dapat menyebabkan korosi, maka kita perlu tau bagaimana cara mencegah korosi. Korosi dapat divegah dengan cara melapisi logam dengan zat lain. Untuk lebih jelasnya perhatikan video berikut:
Sumber: https://www.youtube.comwatchv=jQoE_9x37mQ
Berdasarkan video diatas sebutkan dengan cara apa saja mencegah korosi dengan cara melapisi logam dengan zat lain? Tuliskan jawaban kalian pada kolom dibawah ini
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Pelapisan logam dengan logam lain juga dapat melindungi logam dari korosi. Terdapat beberapa cara yang dapat dilakukan dengan cara pelapisan logam dengan logam lain diantaranya: 1. Tin Plating Cara tin plating biasanya dilakukan dalam proses elektrolisis yang telah kita pelajari
sebelumnya. Untuk lebih jelasnya mengenai cara tin plating perhatikan video berikut:
Sumber: https://www.youtube.comwatchv=Vifq_02PgYg
berdasarkan video diatas bagaimana cara mencegah korosi degan cara tin plating ? Tulis
jawaban kalian pada kolom dibawah ini……
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
2. Galvanisasi Selain dengan cara tin plating, korosi juga dapat dicegah dengan cara galvanisasi. Cara galvanisasi biasanya digunakan untuk melindungi badan mobil, pipa besi dan benda-benda yang terbuat dari logam lainnya dari korosi. Untuk lebih jelasnya perhatikan video berikut:
Sumber: https://www.youtube.comwatchv=cKTdBnYl6ds
Berdasarkan video diatas bagaimana cara mencegah korosi dengan cara galvanisasi?
Tulis jawaban kalian pada kolom dibawah ini……
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
3. Sacrificial protection Biasanya cara ini digunakan untuk melindungi pipa bawah tanah atau badan kapal laut supaya tidak cepat terkena korosi. Untuk lebih jelasnya perhatikan video berikut:
Sumber: https://www.youtube.comwatchv=RAlC75xG4qU
Berdasarkan video diatas bagaimana cara mencegah korosi dengan cara Sacrificial protection ? Tulis jawaban kalian pada kolom dibawah ini……
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Perhitungan pada Sel Volta dan Sel Elektrolisis
KOMPETENSI DASAR
3.5
Menerapkan hukum/aturan dalam perhitungan terkait sel elektrokimia.
INDIKATOR 3.5.1 Menuliskan nilai sel konsentrasi persamaan Nernst. 3.5.2 Menuliskan nilai potensial sel konsentrasi. 3.5.3 Menuliskan hasil zat elektrolisis dengan menggunakan hukum Faraday I 3.5.4 Menuliskan hubungan perbandingan massa zat masing-masing elektrode dengan massa ekuivalen
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
PERHIITUNGAN PADA SEL VOLTA DAN SEL ELEKTROLISIS Batu baterai merupakan salah satu aplikasi sel volta, terdapat berbagai batu baterai dalam kehidupan kita, diantaranya baterai jam, baterai yang digunakan untuk lampu senter, baterai hand phone dan masih banyak lagi. Baterai juga memiliki berbagai macam voltase tergantung dengan pemakaiannya. Bateri jam memiliki voltase sebesar 1,5V karena hanya digunakan untuk menggerakkan jarum jam. Baterai yang digunakan untuk lampu senter mempunyai voltase yang lebih besar sekitar 3V karena digunakan untuk menghidupkan lampu senter. Berdasarkan wacana diatas, tuliskan pertanyaan kalian pada kolom dibawah ini
Untuk menjawab pertanyaan kalian, mari kita baca materi yang terdapat pada e-book ini
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Persamaan Nernst Sebelumnya kita telah mempelajari bagaimana caranya menghitung potensial sel (E osel) pada sel volta dalam keadaan standar. Lalu bagaimana menghitung potensial sel jika konsentrasi larutan yang digunakan bukan 1M? Hubungan konsentrasi dengan potensial dikemukakan oleh Walther Nernst pada tahun 1899 dan dinyatakan dalam Persamaan Nernst berikut ini. , Esel = Eosel – log Qc Dengan n adalah jumlah elektron yang terlibat dalam stoikiometri reaksi dan Qc adalah kousien reaksi (nisbah konsentrasi produk dengan konsentrasi pereaksi). Perhatikan contoh berikut: Contoh soal
Diketahui sebuah sel galvani yang disusun menggunakan reaksi sebagai berikut: Cu(s) + 2Fe3+(aq) Cu2+(aq) + 2Fe2+(aq) Berapakah potensial sel tersebut pada suhu 25oC dan [Fe3+] = 1,0 x 10-4M; [Cu2+] = 0,25M; [Fe2+] = 0,20M? Jawab :
Berdasarkan tabel potensial elektroda standar didapatkan: Cu2+(aq) + 2e Cu(s) Eo = +0,34 Volt Fe3+(aq) + e Fe2+(aq) Eo = +0,77 Volt Reaksi redoksnya: Cu(s) + 2Fe3+(aq) + 2e Cu2+(aq) + 2Fe2+(aq) + 2e Jumlahkan potensial elektrodanya: E0sel = E0reduksi – E0oksidasi = 0,77 V – 0,34 V = 0,43 V Jumlah electron yang ditransfer (n) = 2
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Persamaan Nernst: , Esel = E0sel – log QC Esel =
, E0sel –
Esel = 0,43 V –
log
,
[+ ] [ +] [ + ] (,) (,)
log (, −)
Esel = 0,43 V – (0,0296 V x 6) = 0,2524 V
Untuk lebih memahami materi, coba kerjakan soal berikut: Hitunglah potensial dari sel yang tersusun dari: Zn(s) + Cr3+(aq) Zn2+(aq) + Cr(s) Dengan [Zn2+] = 0,02M dan [Cr3+] = 0,1M
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Sel Konsentrasi Terdapat 2 perhitungan yang dapat digunakan pada sel volta, yang pertama persamaan nerst dan yang ke dua adalah sel konsentrasi. Jika suatu susunan sel volta mempunyai konsentrasi larutan yang berbeda, maka kita dapat menghitung potensial selnya menggunakan persamaan nerst. Lalu bagaimana jika kedua elektroda yang digunakan sama tetapi konsentrasi larutannya berbeda? Perhatikan gambar dibawah ini:
Gambar 3. Rangkaian sel volta dengan elektroda Ni Sumber: http://halkudeck.com
Gambar di atas memperlihatkan suatu susunan pada sel volta dengan menggunakan elektroda yang sama yaitu elektroda Ni. Elektrode sebelah kiri berlaku sebagai anode dimana Ni mengalami oksidasi membentuk N 2+, sedangkan elektrode sebelah kanan bertindak sebagai katode dimana logam Ni mengalami mengalami reduksi. Karena kedua elektrodenya sama, maka E osel dari setiap sel konsentrasi sama dengan nol. Oleh karena itu, potensial sel hanya ditentukan perbandingan konsentrasi ion dari anode dan katode. Untuk contoh di atas, potensialnya adalah E sel
= E o sel – = E osel –
= 0V – = 0V –
,
log Qc
,
[Ni+]
log [Ni+]
,
,
,
log
log 0,001
= 0V – 0,0296 x (-3) = 0,088 volt
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Untuk lebih memahami mengenai sel konsentrasi, kerjakan soal berikut: Suatu rangkaian sel volta terdiri dari elektroda Pb dengan larutan PbSO 4 dan mempunyai konentrasi sebesar 0,005M dan 0,05M. hitunglah potensial yang dihasilkan dari rangkaian tersebut!
Penyepuhan emas merupakan salah satu aplikasi dari sel elektrolisis. Penyepuhan emas dilakukan bertujuan untuk membuat emas yang kusam terlihat seperti baru kembali. Tukang yang menyediakan jasa penyepuhan emas banyak kita temui pada pasar tradisional. Biasanya tukang penyepuh emas mematok harga tertentu untuk jasa yang dilakukan. Harga tersebut tergantung pada emas yang digunakan untuk melapisi perhiasan kita yang telah kusam. Tuliskan pertanyaan kalian berdasarkan pernyataan diatas pada kolom dibawah ini:
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Pertanyaan kalian akan di jawab pada materi yang akan di bahas
ini……
Sel elektrolisis yang telah kita bahas sebelumnya memperlihatkan bagaimana proses penyepuhan emas berlangsung. Emas dijadikan katoda dan logam tembaga dijadikan katoda, emas mengalami oksidasi dan mengakibatkan massa emas berkurang dan logam tembaga dijadikan katoda sehingga terjadi pengendapan emas pada logam tembaga, akibat terus dialiri arus listrik. Pada tahun 1834 Michael Faraday telah menemukan hubungan massa yang dibebaskan atau yang diendapkan dengan jumlah listrik yang digunakan. Penemuan itu disimpulkan dalam dua hukum sebagai berikut:
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Hukum I Faraday Bunyi dari hukum I Faraday adalah : “ Massa zat yang dibebaskan pada elektrolisis (W) berbanding lurus dengan jumlah listrik yang digunkan (i) ”. Massa zat hasil elektrolisis yang terbentuk pada katode maupun anode dirumuskan sebagai berikut: Jumlah muatan listrik yang melalui sel elektrolisis” w = massa zat hasil elektrolisis (gram) e = massa ekuivalen zat hasil elektrolisis, = W= eF F = jumlah arus listrik (Faraday) Karena 1 Faraday setara dengan 96.500 coulomb, sedangkan 1 coulomb = 1 ampere detik, maka Hukum Faraday dapat dijabarkan menjadi: i = kuat arus listrik (ampere) W =6. t = lama elektrolisis atau waktu (detik)
Contoh soal Larutan AgNO3 (Ar Ag = 108) dialiri listrik 10 ampere selama 1 jam. Berapa gram logam perak yang dapat diendapkan? Jawab:
Diket: i = 10 ampere t = 1 jam = 3.600 detik Ar Ag = 108 Ditanya: W = ? Penyelesaian: =
=
W =6. =
= 108
.6 6.
= 40,29
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Untuk lebih memahami mengenai hukum I Faraday coba kerjakan soal berikut: Berapakah massa tembaga yang diendapkan di katode pada elektrolisis larutan CuSO4 dengan menggunakan arus 2 A selama 20 menit. ( Ar Cu = 63,5 g/mol)
Hukum II Faraday
Hukum II Faraday menyatakan: “ Massa zat yang dibebaskan pada elektrolisis (W) berbanding lurus dengan massa ekuivalen zat tersebut (ME)”
W ≈ ME Jika jumlah listrik yang sama dialirkan ke dalam dua atau lebih sel elektrolisis yang berbeda maka perbandingan massa zat yang dibebaskan sama dengan perbandingan massa ekuivalennya W1 : W2 = ME1 : ME2
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
Gambar 4. Rangkaian dua sel elektrolisis dengan sumber listrik yang sama
Sumber: htt :
er ustakaanc ber.blo s ot.co.id
Dua buah sel elektrolisis yang terdapat pada gambar diatas berisi larutan AgNO 3 dan larutan CuSO4 pada setiap selnya, dihubungkan secara seri. Jika sel elektrolisis tersebut dialirkan arus 1 Ampere selama t detik maka pada setiap katoda akan diendapkan logam Ag dan logam Cu. Perbandingan massa Ag dengan massa Cu yang diendapkan sama dengan perbandingan massa ekuivalennya sesuai dengan hukum Faraday II. WAg : WCu = eAg : eCu Dimana:
W = Massa zat (gram) e = Massa ekuivalen, = Contoh soal Sejumlah arus listrik dialirkan melalui larutan AgNO 3 dan larutan CuSO4. Bila logam perak yang diendapkan sebanyak 21,6 gram, berapa gram logam tembaga yang diendapkan? ( Ar Ag = 108, Cu = 63,5) Jawab:
Diket: W1 = 21,6 gram Ar Ag = 108 Ar Cu = 63,5 Ditanya: W2 = ? Penyelesaian: eAg = = = 108 eCu =
=
6,
= 31,75
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
WAg : WCu = eAg : eCu 21,6 gram : WCu = 108 : 31,75 21,6 gram x 31,75 = 108 WCu ,6 , 6, WCu = = WCu = 6,35 gram
Untuk lebih memahami materi tentang hukum Faraday II, kerjakan soal berikut: Sejumlah arus listrik dialirkan melalui larutan ZnSO 4 dan larutan CuSO4. Bila logam seng yang diendapkan sebanyak 18 gram, berapa gram logam timbal yang diendapkan? (Ar Zn = 65,37, Cu= 63,5)
E-BOOK INTERAKTIF ELEKTROKIMIA
DAFTAR PUSTAKA
Rahayu, Iman. 2009. BSE Praktis Belajar Kimia Kelas XII . Jakarta:Pusat perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.
Utami, Budi dkk. 2009. BSE Kimia untuk SMA dan MA Kelas XII. Jakarta: Pusat perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional. Harnanto, Ari dan Ruminten. 2009. BSE Kimia 3. Jakarta: Pusat perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.
Sunarya, Yayan dan Agus Setiabudi. 2009. BSE Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XII. Jakarta: Pusat perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.
Purba, Michael. 2006. Kimia Untuk SMA Kelas XII . Jakarta: Erlangga