Transfer Massa Dalam Sel Elektrokimia

Mahardhika Harry Nugraha 13307141033 Kimia B 2013

TRANSFER MASSA DALAM SEL ELEKTROKIMIA

Reaksi elektrolisis berlangsung jika terjadi erindahan molekul!molekul atau ion!ion elektroakti" #ereaksi$ dari larutan "asa ruah menuju ke ermukaan elektrode% sedangkan hasil!h hasil!hasil asil reaksin reaksinya ya berdi" berdi"usi usi mening meninggalk galkan an elektr elektrode ode menuju menuju "asa ruah& ruah& Mekani Mekanisme sme  erubahan yang terjadi mengikuti skema yang yang dierlihatkan ada 'ambar ((&2&

'ambar ((&2& )kema roses yang memengaruhi laju reaksi reduksi re duksi * menjadi B  ada ermukaan elektrode&

)emua )emua laju reaksi akan akan dibatas dibatasii oleh oleh taha taha reaksi reaksi yang yang aling aling lambat& lambat& +engan +engan demikian% demikian% reaksi utama daat dikendalika dikendalikan n baik oleh kinetika kinetika trans"er trans"er elektron elektron mauun mauun laju  erindahan * menuju ke ermukaan elektrode dan erindahan B meninggalkan ermukaan elektrode& *da tiga roses erindahan erindahan yang daat berlangsung berlangsung dalam reaksi elektrolisis% elektrolisis% yaitu di"usi% kon,eksi dan migrasi #-ang% 2001. Mong% 2001$& Ketiga roses ini berturut!turut menghasilkan arus di"usi% kon,eksi dan migrasi& /eristia di"usi terjadi sebagai akibat dari reaksi redoks ada antarmuka elektrode dan larutan antara elektrode dengan sesi  #keadaan teroksidasi$ teroksidasi$ dalam larutan% sehingga sehingga menghasilkan menghasilkan  gradient   #erbedaan$ konsentrasi  di sekitar ermukaan elektrode& +i"usi meruakan erindahan sesi elektroakti" yang terjadi seara sontan% dari daerah yang berkonsentrasi tinggi ke daerah yang berkonsentrasi lebih rendah% untuk meminimalkan erbedaan konsentrasi #isher% 15. -ang% 2001$& Kon,eksi

adalah erindahan massa menuju elektrode karena tekanan!tekanan "isik seerti engaliran "luida yang terjadi melalui engookan # strirring $% enggerakan larutan atau karena gradient  densitas #kon,eksi alamiah$& Migrasi adalah erindahan artikel!artikel bermuatan seanjang medan listrik& 6aju erindahan massa ada suatu titik tertentu dinyatakan dengan istilah "luks # J $ yang dide"inisikan sebagai jumlah artikel yang memasuki suatu satuan luas bidang datar  imajiner ada suatu satuan aktu dengan satuan mol&m !2 &dt!1 & luks menuju ke elektrode dalam satu dimensi dinyatakan dengan ersamaan Nernst ! /lank sebagai berikut

 J # x,t $ 8 ! D

dengan

C ( x ,t  )  x

−

 zFDC  ( x , t )  RT 

 x

!2

!1

 D adalah koe"isien di"usi #m

konsentrasi ada jarak : dan aktu t%

&dt

+ C ( x , t ) . V  ( x , t )



%$ x , t  C  ¿ $9

x

  adalah  gradient 

( x , t ) / x  adalah gradient   otensial% z  dan ; berturut!

turut adalah muatan dan konsentrasi sesi elektroakti"% dan V(x,t) adalah keeatan hidrodinamis dalam arah x& +alam media air% nilai D berkisar antara 10!< = 10!> m!2& dt!1& Bila elektrolisis hanya melibatkan roses di"usi% maka berdasarkan hukum ik   ertama% arus di"usi #i$ berbanding lurus dengan gradient  konsentrasi menurut ersamaan

i = nFAD

C ( x ,t  )  x

dengan n, F   dan  A  berturut!turut adalah jumlah elektron yang ditrans"er% tetaan araday ?ntuk ekserimen yang melibatkan reaksi reduksi  menjadi R% hubungan antara arus dengan aktu selama reaksi berlangsung ditunjukkan oleh ro"il konsentrasi terhada aktu seerti yang dierlihatkan ada 'ambar ((&3& )aat konsentrasi  ada ermukaan adalah nol  ada aal otensial%  gradient   konsentrasi teat berada di dekat ermukaan& +aerah temat terjadinya engosongan  dengan ketebalan δ disebut laisan di"usi& /ada saat ; #:%0$ 8 ; #b$% konsentrasi dalam seluruh daerah sama dengan konsentrasi "asa ruah% ; #b$& ; #0%t $ 8 0 untuk t @ 0% dan ; # x,0$A;#b$ jika x →∞ #konsentrasi bertambah jika jarak dari elektrode  bertambah$&

'ambar ((&3& /ro"il konsentrasi ada aktu yang berbeda!beda #-ang% 2001$&