ELEKTROKIMIA
-DAYA GERAK LISTRIK-
A. Tujuan
1. Menentukan Daya Gerak Listrik antara larutan ZnSO4 dengan larutan CuSO4.
2. Menentukan Daya Gerak Listrik antara larutan SnCl2 dengan larutan CuSO4.
3. Mengetahui pengaruh konsentrasi larutan terhadap tegangan yang dihasilkan.
4. Mengetahui tegangan yang akan dihasilkan ketika terdapat endapan pada larutan dengan penambahan Na2S.
5. Mengetahui cara pembuatan jembaan garan serta fungsi jembatan garam pada percobaan.
B. Dasar Teori
Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari aspek elektronik dari reaksi kimia. Elemen yang digunakan dalam reaksi elektrokimia dikarakterisasikan denga banyaknya elektron yang dimiliki. 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 elektroda anoda. Elektrokimia secara umum terbagi menjadi dua kelompok, yaitu sel galvanik dan sel elektrolisis.
#Sel Galvanik => disebut juga sebagai sel volta yang merubah energi kimia menjadi energi listrik. Contoh: baterai (sel kering) dan accu.
#Sel Elektrolisis => merubah energi listrik menjadi energi kimia. Contoh: penyepuhan, pemurnian logam.
Rangkaian sel elektrokimia pertama kali dipelajari oleh Luigi
Galvani (1780) dan Alessandro Volta (1800) sehingga disebut sel Galvani atau sel Volta. Keduanya menemukan adanya pembentukan energi dari reaksi kimia tersebut. Energi yang dihasilkan dari rekasi kimia sel volta berupa energi listrik. Sel volta (sel galvani) memanfaatkan reaksi spontan untuk membangkitkan energi listrik.
Sel Volta terdiri atas elektroda (logam seng dan tembaga) larutan elektrolit (ZnSO4 dan CuSO4) dan jembatan garam (agar-agar yang mengandung KCl). Logam seng dan tembaga bertindak sebagai elektroda. Keduanya dihubungkan melalui sebuah voltmeter. Elektroda tempat berlangsungnya oksidasi disebut Anoda (elektroda negatif) sedangkan elektroda tempat berlangsungnya reduksi disebut Katoda (elektroda positif). Penyusun unsur-unsur berdasarkan deret kereaktifan logam dikenal dengan deret volta. Deret volta menggambarkan urutan kekuatan pendesakan suatu logam terhadap ion logam yang lain. Unsur yang terletak disebelah kiri Hidrogen lebih mudah mengalami oksidasi dibanding yang terletak disebelah kanan Hidrogen. Logam yang memiliki sifat reduktor lebih kuat akan mendesak ion logam lain yang sifat reduktornya kecil. Adapun unsur-unsur dalam Deret Volta adalah sebagai berikut:
Li-K-Ba-Ca-Na-Mg-Al-Mn-Zn-Cr-Fe-Cd-Co-Ni-Sn-Pb-H-Cu-Hg-Pt-Au
Logam disebelah kiri H memiliki potensial reduksi, Eo negatif, sedangkan disebelah kanan H memiliki potensial reduksi, Eo positif. Makin ke kanan, sifat reduktor semakin lemah. Makin ke kiri, sifat reduktor semakin kuat. Unsur-unsur dalam deret volta hanya mampu mereduksi unsur-unsur disebelah kanannya tetapi tidak mampu meredksi unsur-unsur disebelah kirinya.
#POTENSIAL ELEKTRODE (E)
Perbedaan antara kedua sel yang terdapat didalam sel volta disebut potensial elektrode. Untuk mengukur potensial suatu elektrode digunakan elektrode lain sebagai pembanding atau standar. Elektrode hidrogen digunakan sebagai elektrode standar karena harga potensilanya nol. Potensial elektrode yang dibandingkan dengan elektrode hidrogen yang diukur pada suhu 25oC dan tekanan 1 atm disebut potensial elektrode standar. Potensial elektrode hidrogen merupakan energi potensial zat tereduksi dikurangi energi potensial zat teroksidasi. Menurut perjanjian IUPAC, potensial elektrode yang dijadikan sebagai standar adalah potensial reduksi standar. Semua data potensial elektrode tandar dinyatakan dalam bentuk potensial reduksi standar.
Sel Volta terdiri atas elektroda (logam seng dan tembaga) larutan elektrolit (ZnSO4 dan CuSO4) dan jembatan garam (agar-agar yang mengandung KCl). Logam seng dan tembaga bertindak sebagai elektroda. Keduanya dihubungkan melalui sebuah voltmeter. Elektroda tempat berlangsungnya oksidasi disebut Anoda (elektroda negatif) sedangkan elektroda tempat berlangsungnya reduksi disebut Katoda (elektroda positif). Penyusun unsur-unsur berdasarkan deret kereaktifan logam dikenal dengan deret volta. Deret volta menggambarkan urutan kekuatan pendesakan suatu logam terhadap ion logam yang lain. Unsur yang terletak disebelah kiri Hidrogen lebih mudah mengalami oksidasi dibanding yang terletak disebelah kanan Hidrogen. Logam yang memiliki sifat reduktor lebih kuat akan mendesak ion logam lain yang sifat reduktornya kecil. Adapun unsur-unsur dalam Deret Volta adalah sebagai berikut:
Li-K-Ba-Ca-Na-Mg-Al-Mn-Zn-Cr-Fe-Cd-Co-Ni-Sn-Pb-H-Cu-Hg-Pt-Au
Logam disebelah kiri H memiliki potensial reduksi, Eo negatif, sedangkan disebelah kanan H memiliki potensial reduksi, Eo positif. Makin ke kanan, sifat reduktor semakin lemah. Makin ke kiri, sifat reduktor semakin kuat. Unsur-unsur dalam deret volta hanya mampu mereduksi unsur-unsur disebelah kanannya tetapi tidak mampu meredksi unsur-unsur disebelah kirinya.
#POTENSIAL ELEKTRODE (E)
Perbedaan antara kedua sel yang terdapat didalam sel volta disebut potensial elektrode. Untuk mengukur potensial suatu elektrode digunakan elektrode lain sebagai pembanding atau standar. Elektrode hidrogen digunakan sebagai elektrode standar karena harga potensilanya nol. Potensial elektrode yang dibandingkan dengan elektrode hidrogen yang diukur pada suhu 25oC dan tekanan 1 atm disebut potensial elektrode standar. Potensial elektrode hidrogen merupakan energi potensial zat tereduksi dikurangi energi potensial zat teroksidasi. Menurut perjanjian IUPAC, potensial elektrode yang dijadikan sebagai standar adalah potensial reduksi standar. Semua data potensial elektrode tandar dinyatakan dalam bentuk potensial reduksi standar.
Potensial reduksi standar adalah potensial reduksi yang diukur pada keadaan standar yaitu konsentrasi larutan (M) atau tekanan atm (sel yang melibatkan gas) dan suhu 0. Dalam mengukur potensial reduksi standar tidka mungkin hanya setengah sel (sel tunggal) sebab tidak terjadi redoks. Oleh sebab itu, perlu dihubungkan dengan setengah sel oksidasi. Nilai GGL sel yang terukur dengan voltmeter merupakan selisih kedua potensial sel yang dihubungkan.
Oleh karena nilai GGL sel bukan nilai mutlak , maka nilai potensial salah satu sel tidak diketahui secara pasti. Jika salah satu elektrode dibuat tetap dan elektrode yang lain diubah-ubah, potensial sel yang dihasilkan akan berbeda. Jadi, potensial sel suatu elektrode tidak akan diketahui secara pasti, yang dapat ditentukan hanya nilai relatif potensial potensial sel suatu elektrode. Maka untuk menentukan potensila reduksi standar diperlukan potensial elektrode rujukan sebagai acuan. Dalam hal ini IUPAC telah menetapkan elektrode standar sebagai rujukan adalah elektrode Hidrogen.
Elektrode Hidrogen pada keadaan standar ditetapkan konsentrasinya 1 M dengan tekanan gas 1 atm pada 25 C. Nilai potensial elektrode standar ini ditetapkan sama dengan nol volt. Oleh karena itu, potensial yang terukur oleh voltmeter dinyatakan sebagai potensial sel pasangannya.
#GAYA GERAK LISTRIK (GGL) SEL
Dalam sel elektrokimia, untuk mendorong elektron mengalir melalui rangkaian luar dan menggerak ion-ion didalam larutan menuju elketrode diperlukan suatu usaha. Usaha atau kerja yang diperlukan ini dinamakan gaya gerka listrik disingkat GGL. Kerja yang diperlukan untuk menggerakkan muatan listrik (GGL) didalam sel bergantung pada perbedaan kereaktifan logam diantara kedua elektrode. Nilai GGL sel merupakan gabungan dari potensial anode (potensial oksidasi) dan potensial katode (potensia reduksi). Dalam bentuk persamaan ditulis sebagai berikut.
Potensial reduksi adalah ukuran kemampuan suatu oksidator (zat pengoksidasi = zat tereduksi) untuk menangkap elektron dalam setengah rekasi reduksi. Potensial oksidasi kebalikan dari potensial reduksi daam reaksi sel elektrokimia yang sama.
Nilai GGL sel sama dengan perbedaan potensial kedua elektrode. Oleh karena reduksi terjadi pada katode dan rekasi oksidasi terjadi pada anode, maka nilai GGL sel dapat dinyatakan sebagai perbedaan potensial berikut.
Nilai potensial elketrode tidak bergantug pada jumlah zat yang terlibat dalam rekasi. Berapapun jumlah mol zat yang direaksikan, nilai potensial selnya tetap.
Sejumlah reaksi pada keadaan oksidasinya berubah yang disertai denga pertukaran elektron anatar pereaksi disebut sebagai rekasi oksidas-reduksi atau dengan pendek disebut reaksi redoks. IStilah oksidasi diterapkan untuk proses-proses dimana oksigen diambil oleh suatu zat. Maka redksi dianggap sebagai proses dimana oksigen diambil dari dalam suatu zat. Atau dengan kata lain, oksidasi adalah suatu proses yang mengakibatkan hilangnya satu elektron. Bila suatu unsur dioksidasi, keadaan oksidasinya berubah ke harga yang lebih positif. Suatu zat pengoksidasi adalah zat yang memperoleh elektron dan dalam prosesitu zat tersebut direduksi. Berlaku untuk zat padat, lelehan, maupun gas.
Reduksi adalah suatu proses yang mengakibatkan diperolehnya satu elektron atau lebih oleh zat (atom,ion, atau molekul). Bila suatu unsur direduksi, keadaan oksidasi berubah menjadi lebih negatif. Jadi, suatu zat pereduksi adalah zat yang kehilangan elektron, dalam proses ini zat tersebut dioksidasi. Berlaku untuk zat padat, lelehan, dan gas.
Oksidasi dan reduksi selalu erlangsng serempak karena elektron yang dilepaskan oleh suatu zat harus diambil oleh zat yang lain. Jadi, proses-proses oksidasi dan reduksi berubah menjadi hasil reaksi. Berikut dapat kita ketahui contoh dari reaksi redoks:
Redoks diatas telah memenuhi hukum kekekala muatan dan hukum kekekalan massa, pada reaksi tersebut pereaksi Cl- mengalami kenaikan bilangan oksidasi menjadi hasil pereaksi Cl2. Sedangkan Mn dan MnO2 mengalami penurunan bilangan oksidasi menjadi Mn2+. Pada suatu reaksi redoks zat mereduksi zat lain disebut oksidator, sedangkan zat yang mengoksidasi zat lain disebut reduktor.
Metode percobaan langsung untuk menentukan potensial elektroda yaitu berdasarkan penentuan percobaan potensial. Antara dua elektroda, bila dibuat suatu hubungan listrik antara dua daerah yang mempunyai rapatan muatan yang lebih tinggi atau potensial listrik yang lebih tinggi menuju daerah dengan potensial listrik yang lebih rendah. Gabungan dua setengah sel disebut sel elektrokimia.
Hubungan listrik antara dua setengah sel harus dilakukan dengan cara tertentu, kedua elektroda logam dan larutannya harus berhubungan secara sederhana elektroda salng dihubungkan dengan kawat logam yang memungkinkan aliran elektroda. Aliran listrik diantara dua larutn harus berbentuk migrasi ion. Hal ini hanya dapat dilaukan melalui larutan yang menjembatani kedua setengah sel. Hubungan ini disebut jembatan garam. Jembatan garam ini terdiri dari pipa U terbalik yang diisi dengan larutan elektrolit yang menghantarkan listrik seperti Kalium Klorida. Jembatan ini menghubungkan kedua cairan tanpa mencampurnya. Elektrolit dalam jembatan garam selalu dipilih sehingga tidak bereaksi dengan masing-masing larutan yang dihubungkan, disebut sel galvani atau sel volta.
Angka yang biasanya tertera dipengkuran lingkar arus listrik menunjukkan perbedaan potensial diantara dua setengah sel tersebut. Karena perbedaan potensial merupakan "daya dorong" elektron, maka sering disebut daya elektromotif sel atau potensial sel satuan yang digunakan untuk mengukur potensial listrik adalah volt. Jadi, potensial sel disebut juga voltase sel. Penulisan dengan lambang kerap kali digunakan untukmengambarkan sebuah sel. Penulisan ini disebut diagram sel, untuk sel elektrokimia:
Oksidasi dan reduksi selalu erlangsng serempak karena elektron yang dilepaskan oleh suatu zat harus diambil oleh zat yang lain. Jadi, proses-proses oksidasi dan reduksi berubah menjadi hasil reaksi. Berikut dapat kita ketahui contoh dari reaksi redoks:
Metode percobaan langsung untuk menentukan potensial elektroda yaitu berdasarkan penentuan percobaan potensial. Antara dua elektroda, bila dibuat suatu hubungan listrik antara dua daerah yang mempunyai rapatan muatan yang lebih tinggi atau potensial listrik yang lebih tinggi menuju daerah dengan potensial listrik yang lebih rendah. Gabungan dua setengah sel disebut sel elektrokimia.
Hubungan listrik antara dua setengah sel harus dilakukan dengan cara tertentu, kedua elektroda logam dan larutannya harus berhubungan secara sederhana elektroda salng dihubungkan dengan kawat logam yang memungkinkan aliran elektroda. Aliran listrik diantara dua larutn harus berbentuk migrasi ion. Hal ini hanya dapat dilaukan melalui larutan yang menjembatani kedua setengah sel. Hubungan ini disebut jembatan garam. Jembatan garam ini terdiri dari pipa U terbalik yang diisi dengan larutan elektrolit yang menghantarkan listrik seperti Kalium Klorida. Jembatan ini menghubungkan kedua cairan tanpa mencampurnya. Elektrolit dalam jembatan garam selalu dipilih sehingga tidak bereaksi dengan masing-masing larutan yang dihubungkan, disebut sel galvani atau sel volta.
Angka yang biasanya tertera dipengkuran lingkar arus listrik menunjukkan perbedaan potensial diantara dua setengah sel tersebut. Karena perbedaan potensial merupakan "daya dorong" elektron, maka sering disebut daya elektromotif sel atau potensial sel satuan yang digunakan untuk mengukur potensial listrik adalah volt. Jadi, potensial sel disebut juga voltase sel. Penulisan dengan lambang kerap kali digunakan untukmengambarkan sebuah sel. Penulisan ini disebut diagram sel, untuk sel elektrokimia:
Berdasarkan konvensi, maka sebelah kiri merupakan elektroda dimana terjadi oksidasi dan disebut anoda. Sedangkan sebelah kanan merupakan elektroda diana terjadi reduksi disebut katode. Garis tegk lurus tunggalmerupakan batas antara suatu elektroda dan fase lain. Garis tegak lurus ganda menekankan bahwa larutan tersebut dihubungkan oleh jembatan garam.
Dengan menghubungkan elektroda dengan sumber energi luar, elketroda daoat dubuat mengalir dalam arah yang berlawanan. Dalam reaksi elektrolisis, energi listrik digunakan untuk menghasilkan suatu perubahan kimia yang tidak akan terjadi secara spontan.
