A. KLASIFIKASI SEL ELEKTROKIMIA Sel elektrokimia terdiri atas gabungan dua buah elektroda yang saling dihubungkan satu dengan yang lainnya. Sel elektrokimia dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu: 1. Sel kimia ( tanpa dan dengan transference) 2. Sel konsentrasi (tanpa dan dengan ransference) 1. SEL KIMIA Pada sel ini kedua elektroda yang digunakan berbeda sehingga reaksi elektrokimia pada kedua setengah-sel berbeda dan reaksi keseluruhannya merupakan reaksi kimia. Sel kimia terdiri dari sel kimia tanpa sambungan (tanpa transference/tanpa jembatan garam) dan sel kimia dengan sambungan (dengan transference/jembatan garam) a. Sel kimia (tanpa transference/tanpa jembatan garam) Sel ini terdiri atas dua elektroda dan sebuah elektrolit. Pada sel ini, elektroda yang satu reversible terhadap kation dan elektroda lainnya reversible terhadap anion dari elektrolit yang digunakan. Contoh Jika elektrolitnya larutan HCl, elektroda yang satu harus reversible terhadap ion H + dan elektroda lainnya harus reversible terhadap ion Cl - – Elektroda yang reversible terhadap H + : elektroda hidrogen – Elektroda yang reversible terhadap Cl - : elektroda klor, kalomel atau perak-perak klorida 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
A. KLASIFIKASI SEL ELEKTROKIMIA
Sel elektrokimia terdiri atas gabungan dua buah elektroda yang saling dihubungkan
satu dengan yang lainnya. Sel elektrokimia dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu:
1. Sel kimia ( tanpa dan dengan transference)
2. Sel konsentrasi (tanpa dan dengan ransference)
1. SEL KIMIA
Pada sel ini kedua elektroda yang digunakan berbeda sehingga reaksi elektrokimia
pada kedua setengah-sel berbeda dan reaksi keseluruhannya merupakan reaksi kimia. Sel
kimia terdiri dari sel kimia tanpa sambungan (tanpa transference/tanpa jembatan garam) dan
sel kimia dengan sambungan (dengan transference/jembatan garam)
a. Sel kimia (tanpa transference/tanpa jembatan garam)
Sel ini terdiri atas dua elektroda dan sebuah elektrolit. Pada sel ini, elektroda yang
satu reversible terhadap kation dan elektroda lainnya reversible terhadap anion dari elektrolit
yang digunakan.
Contoh
Jika elektrolitnya larutan HCl, elektroda yang satu harus reversible terhadap ion H+ dan
elektroda lainnya harus reversible terhadap ion Cl-
– Elektroda yang reversible terhadap H+ : elektroda hidrogen
– Elektroda yang reversible terhadap Cl- : elektroda klor, kalomel atau perak-perak
klorida
Misal : Sel dengan diagram : Pt | H2(g) | HCl(aq) | AgCl(aq) | Ag
Reaksi : Anoda : ½ H2(g) H+(aq) + e
Katoda : AgCl + e Ag + Cl-
Sel : ½ H2(g) + AgCl H+ + Ag + Cl-
Esel =
1
Untuk PH2 1 atm Esel =
= ( ) ( )
Contoh lain :
Jika elektrolitnya ZnBr2, maka :
– Elektroda yang reversible terhadap Zn2+ : elektroda Zn
– Elektroda yang reversible terhadap Br- : elektroda Br2, Ag/AgBr, Hg-HgBr2.
Sel dengan diagram : Pt | H2(atm) | H2SO4(aq) | Hg2SO4(s) | Hg
Sel dengan diagram : Cd | CdSO4(aq) | Hg2SO4(s) | Hg
Sel kimia tanpa transference/tanpa jembatan garam biasa digunakan untuk penentuan
potensial elektroda standar dan penentuan koefisien aktivitas elektrolit.
b. Sel kimia (dengan transference/jembatan garam)
Pada sel ini terjadi kontak antara dua larutan dengan konsentrasi berbeda atau ion-ion
berbeda atau keduanya. Pada perbatasan kedua cairan/liquid junction timbul beda potensial
yang disebut liquid junction potential atau potensial sambungan, Ej, yang terjadi karena difusi
ion-ion melalui perbatasan kedua larutan. Pada proses ini ion-ion yang cepat akan
mendahului yang lambat akibatnya terjadi pemisahan muatan yang menimbulkan beda
potensial, Ej yang terukur bersama-sama dengan potensial elektroda sehingga potensial sel
akan sama denga beda potensial kedua elektroda ditambah dengan potensial junction.
Sel ini terdiri dari dua elektroda dengan dua elektrolit yang berbeda. Kedua elektrolit
dihubungkan oleh jembatan garam/liquid junction.
Contoh :
Dalam hal ini, Esel merupakan jumlah potensial kedua elektroda adalah pernyataan
yang kurang tepat karena adanya liquid junction (cairan penghubung) menyebabkan
2
terjadinya potensial junction (potensial sambungan) akibat difusi ion-ion melalui batas kedua
larutan. Dengan demikian potensial sel total adalah :
Dimana E1 dan E2 masing-masing adalah potensial elektroda ke-1 dan elektroda ke-2
sedangkan Ej adalah potensial sambungan.
Karena Ej tidak dapat diukur tersendiri (terpisah), maka sel kimia dengan
transference/jembatan garam tidak cocok untuk mengevaluasi besaran-besaran
termodinamika.
Kontribusi Ej pada potensial sel dapat diperkecil dengan menggunakan jembatan
garam, atau larutan jenuh suatu garam dalam agar-agar. Sebagai liquid junction biasanya
digunakan KCl 1 M atau KCl jenuh. Liquid junction ini dikenal dengan nama jembatan
garam. KCl merupakan jembatan garam yang baik karena kecepatan distribusi ion K+ dan Cl-
hampir sama (akibat ukuran dan bilangan angkut hampir sama). Dengan demikian potensial
sambungan dapat dibuat sekecil mungkin.
Adanya jembatan garam menyebabkan adanya pertemuan dua elektrolit. Hal ini
menyebabkan munculnya potensial sambungan di kedua elektrolit, tapi potensial sambungan
antara larutan KCl pekat dalam agar-agar dengan larutan encer pada setengah-sel sangat
kecil. Hal ini terjadi karena larutan KCl yang digunakan pekat sehingga potensial sambungan
terutama ditentukan oleh ion-ion dari larutan tersebut, sementara ion-ion dari larutan encer
memberikan konstribusi yang dapat diabaikan terhadap potensial sambungan. Meskipun
demikian, untuk mengidentifikasi bagaimana pengurangannya secara tepat sampai saat ini
masih belum jelas. Hal ini diduga karena kecepatan kation dan anion yang sama
menyebabkan junction potential antara kedua larutan dengan jembatan garam mempunyai
arah yang berlawanan sehingga saling meniadakan.
Apabila potensial sambungan diabaikan pada diagram sel digunakan garis dua untuk
memisahkan kedua larutan elektrolit bersangkutan.
Sebagai contoh :
Esel = EZn(oks) + ECd(red) + Ej Ej = 0
Bila sel di atas ditulis sebagai maka Ej = 0
Untuk sel : reaksi tiap elektroda dan keseluruhan sel adalah :
Anoda : Zn Zn2+ + 2e- EZn(oks) = EoZn(oks)- aZn2+
3
Esel = E1 + E2 + Ej
Katoda : Cd2+ + 2e- Cd ECd(red) = EoCd(red)-
Sel : Zn + Cd2+ Zn2+ + Cd
Esel = (EoZn(oks) + Eo
Cd(red)) - aZn2+ -
Atau : Esel = (EoZn(oks) + Eo
Cd(red)) -
E = Eo -
Pada 25oC, Eo = 0,359 V dan hasil percobaan untuk ZnCl2 0,5 m, = 0,376 dan untuk
CdSO4 0,1 m, = 0,137
Dengan mengasumsikan koefisien rata-rata = koefisien aktivitas ion-ionnya, maka:
E = 0,359 –
E = 0,352 V
2. SEL KONSENTRASI
Pada sel konsentrasi reaksi keseluruhan dari sel tersebut merupakan transfer materi
dari suatu bagian ke bagian lain. Pada sel ini yang berbeda hanyalah konsentrasi, bukan jenis
elektroda dan elektrolitnya.
Pada sel konsentrasi, karena jenis elektroda dan elektrolit di kedua bagian (anoda dan
katoda) sama, maka potensial elektroda standarnya juga sama. Dengan demikian potensial
selnya pada keadaan standar, Eo, sama dengan nol.
Eosel = Eo
katoda - Eoanoda
= (x – x ) V = 0 V
Dimana, Eo E, kecuali pada keadaan standar.
Sel konsentrasi terdiri dari sel konsentrasi elektroda dan sel konsentrasi elektrolit.
a. Sel Konsentrasi Elektroda
4
Sel ini hanya berbeda pada konsentrasi elektrodanya saja dan tidak pada jenis
elektroda serta elektrolit yang digunakan. Pada sel ini proses pengaliran elektron disebabkan
oleh perbedaan konsentrasi elektroda. Reaksi total merupakan perpindahan materi elektroda
yang satu ke elektroda yang lain. Elektroda gas dan amalgam termasuk ke dalam klasifikasi
ini.
Pada sel konsentrasi elektroda gas, reaksi keseluruhan yang terjadi bukan reaksi kimia
melainkan hanya transfer gas hidrogen dari tekanan satu ke hidrogen pada tekanan lain.
Sedangkan sel konsentrasi elektroda amalgam dapat dibuat dari amalgam dengan logam yang
sama pada dua konsentrasi yang berbeda. Sebagai contoh :
Pb(Hg)( /Pb2+( )/Pb2+( )/Pb(Hg) (
Anoda : Pb( Pb2+ + 2e
Katoda : Pb2+ + 2e Pb(
Keseluruhan : Pb( Pb(
Secara keseluruhan tak ada reaksi kimia yang terjadi, dan reaksi terdiri dari transfer timbal
dari suatu amalgam yang berkonsentrasi tertentu ke konsentrasi lainnya. Disini Eo = 0, dan
potensial sel dengan demikian adalah :
E = -
E = -
Timbal akan cenderung berpindah melalui proses elektrokimia secara spontan dari amalgam
dengan aktivitas tinggi ke aktivitas rendah. Artinya, jika > maka E berharga positif dan
reaksi berlangsung seperti arah yang ditunjukkan dan jika < maka E berharga negatif
dan proses berlangsung sebaliknya.
b. Sel Konsentrasi tanpa Transference
Sel konsentrasi terdiri atas dua elektroda dengan bahan yang sama, tetapi konsentrasi
larutan berbeda pada kedua elektroda tersebut. Potensial sel konsentrasi tergantung dari
5
perpindahan materi/zat dari satu elektroda menuju elektroda yang lain akibat adanya
perbedaan konsentrasi kedua larutan. Sedangkan jenis elektroda dan elektrolit yang
digunakan sama. Pada sel ini tidak terdapat pertemuan atau perbatasan cairan, karena dengan
adanya perbatasan atau pertemuan dua cairan atau larutan elektrolit akan menimbulkan
perpindahan, sedangkan sel ini adalah sel konsentrasi elektrolit tanpa perpindahan.
Contoh :
Sel dengan diagram :
Reaksi :
Anoda : ½ H2(P1) H+(a) + e- E1 = -
Katoda : H+(a) + e- ½ H2(P2) E2 = -
Sel : ½ H2(P1) ½ H2(P2) Esel = -
Atau :
Esel = -
Esel berharga positif apabila P1>P2 dan nilai Esel tidak bergantung pada aktivitas H+.
Contoh lain :
Sel dengan diagram
Reaksi :
Anoda : Zn(Hg)(a1) Zn2+(a) + 2e- E1 = Eo
Zn -
Katoda : Zn2+(a) + 2e- Zn(Hg)(a2) E2 = Eo
Zn -
Sel : Zn(Hg)(a1) Zn(Hg)(a2) Esel = -
a1 dan a2 masing-masing adalah aktivitas logam Zn amalgam 1 dan 2. Esel berharga positif
apabila a1 > a2.
Contoh soal :
Suatu sel dengan diagram : ditentukan potensialnya pada 250C.
Jika P1= 640 mmHg dan P2 = 425 mmHg, tentukan potensial sel tersebut !
6
Penyelesaian
Reaksi sel : ½ H2(P1) ½ H2(P2)
Esel = - Esel =
c. Sel Konsentrasi dengan Transference
Pada sel ini terdapat pertemuan dua cairan/larutan elektrolit yang sama (jenisnya)
dengan konsentrasi berbeda. Suatu sel yang reversible terhadap kation dengan diagram sel
sebagai berikut. . Sel dapat diperlihatkan pada gambar
di bawah ini.
Gambar 1. Sel
Reaksi sel dan potensial sel di atas apabila potensial sambungannya diabaikan adalah :
Anoda : H2(1atm) 2H+(a1) + 2e- EH = -
Katoda : 2H+(a2) + 2e- H2(1atm) EH = -
Sel : 2H+(a2) 2H+
(a1) Esel = -
Esel berharga positif apabila a2 > a1
Bagaimana potensialnya jika potensial sambungannya diperhitungkan ?
Untuk menjawab pertanyaan di atas perhatikan uraian berikut. Pada gambar sel di atas
electron mengalir dari kiri ke kanan melalui sirkuit luar. Sedangkan pada sirkuit dalam ion Cl-
bergerak dari kanan ke kiri melalui liquid junction sebaliknya ion H+ bergerak dari kiri ke
7
kanan juga melalui liquid junction. Untuk tiap Faraday, jumlah perpindahan ion Cl- dan ion
H+ adalah sebagai berikut.
t .Cl(a2) t.Cl(a1) dan (1-t) H+(a1) (1-t)H+
(a2)
t + t = 1. t dan t masing-masing adalah bilangan angkut ion Cl - dan ion H+ yang dirumuskan
sebagai berikut.
Reaksi total
H+ (a2) + t . Cl- (a2) + (1-t) H+ (a1) H+ (a1) + t. Cl- (a1) + (1-t) H+
(a2)
H+ (a2) + t. Cl- (a2) + H+ (a1) – t. H+ (a1) H+ (a1) + t. Cl- (a1) + H+ (a2) – t. H+ (a2)
-t. H+ (a1) + t. Cl- (a2) -t. H+ (a2) + t. Cl- (a1)
t. HCl(a2) t. HCl(a1)
Esel = - atau Esel = -
Dengan demikian Esel keseluruhan dapat dinyatakan :
atau
Untuk sel yang reversible terhadap anion, diagram selnya dapat dinyatakan seperti
contoh berikut.
Reaksi sel total dan potensial selnya adalah sebagai berikut.
t. HCl(a1) t. HCl(a2)
Contoh soal
Diketahui sel dengan diagram diukur
potensialnya pada 25oC. Tuliskan persamaan reaksi masing-masing elektroda dan reaksi
sel keseluruhan. Hitunglah potensial selnya jika bilangan angkut ion H+ sebesar 0,8 v.
Penyelesaian
Elektroda kiri (Anoda) : ½ H2(1atm) H+(0,25m) + e-
8
Elektroda kanan (Katoda) : H+(0,15 m) + e- ½ H2(0,72atm)
Sel : ½ H2(1 atm) + H+(0,15 m) H+
(0,25 m) + ½ H2(0,72atm)
Esel tanpa transference : Esel =
Jika perpindahan ion H+ dan ion Cl- melalui jembatan garam diperhitungkan, maka reaksi di
atas harus ditambahkan reaksi sambungan. Reaksi sambungan :