Penggunaan sel volta dalam kehidupan: 1. Sel aki Katode Anode Elektrolit Golongan
: PbO2 : Pb : larutan H2SO4 : sel sekunder
Reaksi pengosongan aki Anode : Pb(s) + H2SO4-(aq) → PbSO4(s) + H+(aq) +2e Katode : PbO2( s) + HSO4-(aq) +3H+(aq) +2e → 2PbSO4(s) + 2H2O(l) Reaksi sel
: Pb( s) + PbO2(s) + 2HSO4-(aq) + 2H+(aq) → 2PbSO4(s) + 2H2O(l)
Reaksi pengisian aki (mambalik arah aliran elektron) 2PbSO4(s) + 2H2O(l) → Pb(s) + PbO2(s) + 2HSO4-(aq) + 2H+(aq) 2. Sel kering (Leclanche) Katode Anode Elektrolit Golongan Anode Katode
: Karbon : Zn : campuran berupa pasta terdiri dari MnO2 + NH4Cl + sedikit air : sel primer : Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e : 2MnO( s) + 2NH4+(aq) + 2e → Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)
Reaksi Zn( s) + 2NH4+(aq) + 2MnO2(s) → Zn2+(aq) + MnO3(s) + 2NH3(aq) 3. Sel Nikel – Nikel – Kadmium Kadmium Anode Katode Elektrolit Golongan Anode Katode
: Cd(s) : NiO2(s) : larutan KOH 20% : sel sekunder : Cd(s) + 2OH-(aq) → Cd(OH)2(s) + 2e : NiO2(s) + 2H2O(l) → Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq)
Reaksi sel
: Cd( s) + NiO2(s) + 2H2O(l) → Cd(OH)2(s) + Ni(OH)2(s)
4. Sel Bahan Bakar Anode Katode
: Ni elektode-elektrode berpori dan gas-gas berdifusi : Ni – Ni – NiO NiO sehingga bersentuhan dengan elektrode (mngkatalis reaksi). Elektrolit : larutan KOH 50%
Prinsip Kerja : Pereaksi (gas H2 dan O2) dialirkan terus menerus ke elektrode Anode : 2H2(g) + 4OH-(aq) → 4H2O (l) + 4e Katode : O2(g) + 2H2O(l) +4e → 4OH-(aq) Reaksi sel
: 2H2( g) + O2(g) → 2H2O(l)
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Sel Volta dalam kehidupan sehari – hari : 1. Sel Kering (Sel Leclanche)
Dikenal sebagai batu baterai. Terdiri dari katode yang berasal dari karbon(grafit) dan anode logam zink. Elektrolit yang dipakai berupa pasta campuran MnO2, serbuk karbon dan NH4Cl. Persamaan reaksinya : Katode : 2MnO2 + 2H+ + 2e " Mn2O3 + H2O Anode : Zn " Zn2+ + 2e Reaksi sel : 2MnO2 + 2H+ + Zn " Mn2O3 + H2O + Zn2
2. Sel Aki
Sel aki disebut juga sebagai sel penyimpan, karena dapat berfungsi penyimpan listrik dan pada setiap saat dapat dikeluarkan . Anodenya terbuat dari logam timbal (Pb) dan katodenya terbuat dari logam timbal yang dilapisi PbO2. Reaksi penggunaan aki :
Anode : Pb + SO4 2- " PbSO4 + 2e Katode : PbO2 + SO42-+ 4H++ 2e " PbSO4 + 2H2O Reaksi sel : Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+ " 2PbSO4 + 2H2O Reaksi Pengisian aki : 2PbSO4 + 2H2O " Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+
3. Sel Perak Oksida
Sel ini banyak digunakan untuk alroji, kalkulator dan alat elektronik. Reaksi yang terjadi : Anoda : Zn(s) + 2OH-(l) " Zn(OH)2(s) + 2e Katoda : Ag2O(s) + H2O(l) + 2e " 2Ag(s) + 2OH-(aq) Reaksi Sel : Zn(s) + Ag2O(s) + H2O(l) " Zn(OH)2(s) + 2Ag(s) Potensial sel yang dihasilkan adalah 1,34 V 4. Sel Nikel Cadmium (Nikad)
Sel Nicad merupakan sel kering yang dapat diisi kembali (rechargable). Anodenya terbuat dari Cd dan katodenya berupa Ni2O3 (pasta). Beda potensial yang dihasilkan sebesar 1,29 V. Reaksinya dapat balik : NiO(OH).xH2O + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2.yH2O + Cd(OH)2 5. Sel Bahan Bakar
Sel Bahan bakar merupakan sel Galvani dengan pereaksi – pereaksinya (oksigen dan hidrogen) dialirkan secara kontinyu ke dalam elektrode berpori. Sel ini terdiri atas anode dari nikel, katode dari nikel oksida dan elektrolit KOH. Reaksi yang terjadi : Anode : 2H2(g) + 4OH-(aq) → 4H2O(l) + 4e Katode : O2(g) + 2H2O(l) + 4e → 4OH-(aq) Reaksi sel : 2H2(g) + O2 → 2H2O(l)
SEL ELEKTROKIMIA
Elektrokimia : Hubungan Reaksi kimia dengan daya gerak listrik (aliran elektron)
Reaksi kimia menghasil- kan daya gerak listrik (sel galvani) Daya gerak listrik menghasilkan reaksi kimia (sel elektrolisa)
Sel elektrokimia : sistem yang terdiri dari elektroda yang tercelup pada larutan elektrolit. 1. Sel Volta/Gavalni
a. galvani :
Prinsip-prinsip sel volta atau sel
Gerakan elektron dalam sirkuit eksternal akibat adanya reaksi redoks. Aturan sel volta :
- Terjadi perubahan : energi kimia → energi listrik - Pada anoda, elektron adalah produk dari reaksi oksidasi; anoda kutub negatif - Pada katoda, elektron adalah reaktan dari reaksi reduksi; katoda = kutub positif - Elektron mengalir dari anoda ke katoda b. Konsep-konsep Sel Volta Sel Volta: 1. Deret Volta/Nerst a. Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au b. Makin ke kanan, mudah direduksi dan sukar dioksidasi. Makin ke kiri, mudah dioksidasi, makin aktif, dan sukar direduksi. Prinsip: 1. Anoda terjadi reaksi oksidasi ; katoda terjadi reaksi reduksi 2. Arus elektron : anoda → katoda ; arus listrik : katoda → anoda 3. Jembatan garam : menyetimbangkan ion-ion dalam larutan Contoh dari sel galvani :
+2
+2
Notasi sel : Zn/Zn //Cu /Cu / = potensial ½ sel
// = potensial sambungan Sel (cell junction potential; jembatan garam) c. Macam-macam sel volta
1. Sel Kering atau Sel Leclance
Sel ini sering dipakai untuk radio, tape, senter, mainan anak-anak, dll. Katodanya sebagai terminal positif terdiri atas karbon (dalam bentuk grafit) yang terlindungi oleh pasta karbon, MnO 2 dan NH4Cl2 Anodanya adalah lapisan luar yang terbuat dari seng dan muncul dibagian bawah baterai sebagai terminal negatif.
Elektrolit : Campuran berupa pasta : MnO 2 + NH4Cl + sedikit Air
Reaksi anoda adalah oksidasi dari seng
Zn(s) → Zn2+ (aq) + 2e
Reaksi katodanya berlangsung lebih rumit dan suatu campuran hasil akan terbentuk. Salah satu reaksi yang paling penting adalah : -
2MnO2(s) + 2NH4 + (aq) + 2e → Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O
Amonia yang terjadi pada katoda akan bereaksi dengan Zn 2+ yang dihasilkan pada anoda dan membentuk ion 2+
Zn(NH3)4 . 2. Sel Aki
Katoda: PbO2
Anoda : Pb
Elektrolit: Larutan H 2SO4
Reaksinya adalah : +
2-
2-
PbO2(s) + 4H (aq) + SO4 (aq) → PbSO4(s) + 2H2O (katoda) Pb (s) + SO 4 (aq) → PbSO4(s) + + 22e (anoda) PbO 2(s) + Pb (s) + 4H (aq) + 2SO4 (aq) → 2PbSO4(s) + 2H2O (total)
Pada saat selnya berfungsi, konsentrasi asam sulfat akan berkurang karena ia terlibat dalam reaksi tersebut. Keuntungan dari baterai jenis ini adalah bahwa ia dapat diisi ulang (recharge) dengan memberinya tegangan dari sumber luar melalui proses elektrolisis, dengan reaksi : +
2-
2PbSO4(s) + 2H2O → PbO2(s) + Pb(s) + 4H (aq) + 2SO4 (aq) (total)
Kerugian dari baterai jenis ini adalah, secara bentuk, ia terlalu berat dan lagi ia mengandung asam sulfat yang dapat saja tercecer ketika dipindah-pindahkan.
3. Sel Bahan Bakar
Elektroda : Ni
Elektrolit : Larutan KOH
Bahan Bakar : H 2 dan O2
4. Baterai Ni – Cd
Disebut juga baterai ni-cad yang dapat diisi ulang muatannya dan yang umum dipakai pada alat-alat elektronik peka. Potensialnya adalah 1,4 Volt.
Katoda : NiO2 dengan sedikit air
Anoda : Cd
Reaksinya : -
-
Cd(s) + 2OH (aq) → Cd(OH)2(s) + 2e -
-
2e + NiO2(s) + 2H2O → Ni(OH)2(s) + 2OH (aq)
Baterai ini lebih mahal dari baterai biasa.
Aki atau accumulator merupakan sel volta yang tersusun atas elektroda Pb dan PbO, dalam larutan asam sulfat yang berfungsi sebagai elektrolit. Pada aki, sel disusun dalam beberapa pasang dan setiap pasang menghasilkan 2 Volt. Aki umumnya kita temui memiliki potensial sebesar 6 Volt (kecil) sebagai sumber arus sepeda motor dan 12 V (besar) untuk mobil. Aki merupakan sel yang dapat diisi kembali, sehingga aki dapat dipergunakan secara terus menerus. Sehingga ada dua mekanisme reaksi yang terjadi. Reaksi penggunaan aki merupakan sel volta, dan reaksi pengisian menggunakan arus listrik dari luar seperti peristiwa elektrolisa. Mekanisme reaksi ditampilkan pada Bagan reaksi 7.9.
Bagan 7.9. Reaksi penggunaan dan pengisian aki Batere atau sel kering merupakan salah satu sel volta, yaitu sel yang menghasilkan arus listrik, berbeda dengan aki, batere tidak dapat diisi kembali. Sehingga batere juga disebut dengan sel primer dan aki dikenal dengan sel sekunder. Batere disusun oleh Seng sebagai anoda, dan grafit dalam elektrolit MnO2, NH4Cl dan air bertindak sebagai katoda (lihat Gambar 7.10). Reaksi yang terjadi pada sel kering adalah :
Gambar 7.10. Model sel Kering komersial Sel bahan bakar merupakan bagian dari sel volta yang mirip dengan aki atau batere, dimana bahan bakarnya diisi secara terus menerus, sehingga dapat dipergunakan secara terus menerus juga. Bahan baku dari sel bahan bakar adalah gas hidrogen dan oksigen, sel ini digunakan dalam pesawat ruang angkasa, reaksi yang terjadi pada sel bahan bakar adalah :
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Konstruksi dan Operasi Sel Volta
Setengah sel oksidasi: anoda berupa batang logam Zn dicelupkan dalam ZnSO4 Setengah sel reduksi: katoda berupa batang logam Cu dicelupkan dalam CuSO4 Terbentuk muatan relatif pada kedua elektroda dimana anoda bermuatan negatif dan katoda bermuatan positif
Kedua sel juga dihubungkan oleh jembatan garam yaitu tabung berbentuk U terbalik berisi pasta elektrolit yang tidak bereaksi dengan sel redoks gunanya untuk menyeimbangkan muatan ion (kation dan anion) Dimungkinkan menggunakan elektroda inaktif yang tidak ikut bereaksi dalam sel volta ini misalnya grafit dan platinum Notasi Sel Volta
Sel Volta dinotasikan dengan cara yang telah disepakati (untuk sel Zn/Cu2+) Zn(s)|Zn2+(aq)║Cu2+(aq)|Cu(s) Bagian anoda (setengah sel oksidasi) dituliskan disebelah kiri bagian katoda Garis lurus menunjukkan batas fasa yaitu adanya fasa yang berbeda (aqueous vs solid) jika fasanya sama maka digunakan tanda koma Untuk elektroda yang tidak bereaksi ditulis dalam notasi diujung kiri dan ujung kanan
Sel Volta dan Elektroda Inaktif
Grafit|I2(s)|I-(aq)║H+(aq), MnO4-(aq), Mn2+(aq)|Grafit
