kimia dasar elektrokimia

ELEKTROKIMIA

Dr.-Ing Donni Adinata, ST. M.Eng. Sc

Tiga Jenis Elektrokimia

Voltaic CellElectrolytic CellFuel Cell

UNIVERSITY INDONESIAOF

PerakTembaga

Setengah reaksi reduksi sebelahkanan:

Ag+(aq) + 2e- → Ag(s)

Secara skematis dapat ditulis:

Cu | Cu2+ || Ag+ | Ag

Sel Elektrokimia

Sel Galvani dan Sel ElektrolisisSel galvani TEMBAGA-PERAK:

Setengah-reaksi oksidasi di gelas piala sebelah kiri:

Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e-


Penyelesaian:

Sebagai katoda Ag dan anoda Cu sehinggaE0sel = E0 Ag+/Ag – E0 Cu2+/CuE0sel = 0,80 V – 0,34 V = 0,46 V

Potensial yang terbaca juga 0,46 V. Jadi sel dalam kondisistandar

Contoh

Suatu sel tembaga-perak dengan potensial terbaca 0,46 volt. Diketahui E0sel Ag+/Ag = 0,80 V dan E0sel Cu2+/Cu = 0,34 V. Tunjukkanlah bahwa sel dalam keadaan standar


Disebut juga tegangan selDapat diukur dengan alat voltmeterSel galvani (sel volta): • Sebuah sel elektrokimia yang beroperasi secara spontan• Reaksi kimia menghasilkan energi listrik

Sel elektrolisis: • Sebuah sel dimana potensial luar yang berlawanan

menyebabkan reaksi berlangsung dalam arah berlawanan secara tak spontan

• Energi listrik menyebabkan reaksi kimia terjadi

Selisih Potensial Listrik (E)


Penurunan

BilanganOksidasi

Menerima Elektron

Menerima Hidrogen

Kenaikan

BilanganOksidasi

Kehilangan Elektron

Kehilangan Hidrogen

OKSIDASI REDUKSI

Menerima Oksigen

Kehilangan Oksigen

O

H

e-

Konsep RedoksUNIVERSITY INDONESIAOF

Spontanitas Redoks

PRINSIP Jika voltase (E) yang dihitung untuk sebuah

reaksi redoks jumlahnya POSITIF, maka reaksinya akan SPONTAN

Sebaliknya, jika bernilai NEGATIF, maka reaksinya TIDAK AKAN SPONTAN


Contoh UNIVERSITY INDONESIAOF

Jawaban (1)UNIVERSITY INDONESIAOF

Jawaban (2)


Jawaban (3)


Kerja listrik wlistrik = - Q Ewlistrik = - It E

Tanda negatif muncul karena

konvensi termodinamika

Termodinamika menunjukkan sebuah hubungan penting antara perubahan energibebas (∆G), dari suatu reaksi kimia spontan pada suhu dan tekanan konstan, sertakerja listrik maksimum yang mampu dihasilkan dari reaksi

- wlistrik.maks = |∆G| (pada T dan P konstan)

Jika sel difungsikan takreversibel (arus yang besar dimungkinkan untuk mengalir)

∆G = Wlistrik.rev

Jika sel difungsikan reversibel

∆G = Wlistrik = - QE = - nFE(reversibel)

POTENSIAL SEL, ENERGI

BEBAS, DAN KESETIMBANGAN


Sebuah aki 6,00 V memberikan arus konstan sebesar 1,25 A selama periode1,5 jam. Hitung muatan total Q (dalam coulomb) yang melewati rangkaian

dan kerja listrik yang dilakukan oleh aki

PenyelesaianMuatan total adalah

Q = It = (1,25 C/detik)(1,50 jam)(3600 detik/jam) = 6750 C

Kerja listrik adalah

welek = - Q E = - (6750 C)(6,00 J/C) = - 4,05 x 104 J

Ini adalah kerja yang dilakukan pada aki, sehingga kerja yang dilakukan oleh aki adalah negatifnya dari nilai tersebut, yaitu +40,5 kJ.


Keadaan standar dan tegangan sel

Energi bebas standar (∆G°), ∆G° = - n F E°

Tegangan setengah-selUntuk setengah-sel Zn2+|Zn dan Cu2+|Cu, setiap setengah-sel ditulis sebagaisebuah reduksi:

Zn2+(aq) + 2e- → Zn(s) E° = - 0,76 VCu2+(aq) + 2e- → Cu(s) E° = +0,34 V

Reaksi dengan potensial reduksi yang lebih positif (lebih besar) berlangsungsebagai reaksi reduksi dan terjadi di katoda. Potensial reduksi yang kurangpositif (lebih kecil) berlangsung sebagai reaksi oksidasi di anoda.

Tekanan 1 atm dan suhu tertentuApabila larutan ideal, konsentrasi zat terlarutnya adalah 1 M

∆E° = E°(katoda) - E°(anoda)


ContohSebuah setengah-sel Zn2+|Zn dihuhubungkan dengan sebuah setengah-selCu2+|Cu untuk membuat sel galvani, dimana [Zn2+] = [Cu2+] = 1,00 M.Tegangan sel pada 25°C diukur sama dengan E° = 1,10 V, dan Cu diamatimelapisi selama berlangsungnya reaksi. Hitung ∆G° untuk reaksi kimia yangberlangsung dalam sel, untuk 1,00 mol seng terlarut.

Penyelesaian

Reaksinya adalahZn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)

Karena Cu adalah produk. Untuk reaksi yang tertulis, dimana 1 mol Zn(s) dan1 mol Cu2+(aq) bereaksi, 2 mol elektron melewati rangkaian luar, sehingga n =2. Oleh karena itu,

∆G° = - n F E° = - (2,00 mol)(96,485 C/mol)(1,10 V)= - 2,12 x 105 J = - 212 kJ


PERSAMAAN NERNST

)25 (pada ln0257.0

ln

oCQn

VEE

QnF

RTEE

o

o

Q = reaction quotient


Jawaban UNIVERSITY INDONESIAOF

pH MeterUNIVERSITY INDONESIAOF

ACCUSel Leclanche (sel kering seng-karbon)

Elektroda positif

Katoda grafit

Selubung kertas

Anoda seng

Bubuk basah ZnCl2 dan NH2Cl

MnO2 + grafit

Elektroda negatif

SEL ACCU DAN BAHAN BAKAR


Reaksi:

Anoda : Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-

Katoda : 2 MnO2(s) + 2NH4+(aq) + 2e- → Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)

Zn(s) + 2 MnO2(s) + 2NH4+(aq) → Zn2+ + Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)

Dalam sel kering alkalin, NH4Cl diganti dengan KOH

Anoda : Zn(s) + 2OH-(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e-

Katoda : 2 MnO2(s) + H2O(l) + 2e- → Mn2O3(s) + 2OH-(aq)

Zn(s) + 2 MnO2(s) + H2O(l) → Zn(OH)2(s) + Mn2O3(s)


Sel seng-merkuri oksida

Berbentuk kancing (pipih) kecil

Anoda : Campuran merkuri dan sengKatoda : Baja yang kontak dengan HgO(s)Elektrolit : KOH 45%

Anoda : Zn(s) + 2OH-(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e-

Katoda : HgO(s) + H2O(l) + 2e- → Hg(l) + 2OH-(aq)

Zn(s) + HgO(s) + H2O(l) → Zn(OH)2(s) + Hg(l)


Aki yang dapat diisi ulang

- Aki sekunder- Diisi ulang dengan cara memberikan potensial luar yang

berlawanan arah dengan arus yang mengalir dalam sel

Sel nikel-kadmium (baterai nicad; baterai isi ulang)

Anoda : Cd(s) + 2OH-(aq) → Cd(OH)2(s) + 2e-

Katoda : 2 NiO(OH)(s) + 2H2O(l) + 2e- → 2NiO(OH)(s) + 2OH-(aq)

Cd(s) + 2NiO(OH)(s) + H2O(l) → Cd(OH)2(s) + 2Ni(OH)(s)


Aki penyimpan timbal-asam (digunakan dalam mobil)

Anoda : Pb(s) + SO42-(aq) → PbSO4(s) + 2e-

Katoda : PbO2(s) + SO42-(aq) + 4H3O+ + 2e- → PbSO4(s) + 6H2O(l )

Pb(s) + PbO2(s) + 2SO42-(aq) + 4H3O+ → 2PbSO4(s) + 6H2O(l)


Sel Bahan Bakar

Aki : Bila bahan kimia habis, aki harus diisi ulang atau dibuangSel bahan bakar : Dirancang untuk operasi kontinu, dengan reaktan yang

disuplai dan produk diambil secara kontinu

Contoh sel bahan bakar: sel bahan bakar hidrogen-oksigen, yang digunakanpada misi ruang angkasa Amerika

Anoda (karbon berpori, berisi nikel) : H2(g) + 2OH-(aq) → 2H2O(l) + 2e-

Katoda (karbon berpori berisi nikel : ½O2(g) + H2O(l) + 2e- → 2OH-

2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)


Film H2OAnoda

O2

Katoda

H3O+

e-e-Fe2+

Lapisancat

Reaksi anodaFe → Fe2+ + 2e-

Reaksi katoda

½O2 + 2H3O+ + 2e- → 3H2O

Besi

Reaksi kedua: (6+x)H2O(l) + 2Fe2+(ag) + ½O2(g) → Fe2O3.xH2O(s) + 4H3O+(aq)

Reaksi total: 2Fe(s) + 3/2O2(g) + x H2O(l) → Fe2O3. x H2O(l)

Korosi

KOROSI DAN PENCEGAHANNYA


KorosiBeberapa daerah logam berperan sebagai anoda dan daerah lain sebagai

katodaAnoda : Besi berubah menjadi ion ferro (Fe2+)

Permukaan logam menjadi berlubang (kehilangan logam karenaoksidasi besi dan aliran ion logam ke katoda)

Katoda : Ion ferro yang terbentuk secara simultan pada anoda kemudian

bermigrasi ke katoda, dan selanjutnya dioksidasi oleh O2

membentuk karat (Fe2O3. xH2O)

Pencegahan korosi- Pelapisan logam dengan cat atau plastik

- Pasivasi (pembentukkan lapisan tipis logam oksida di permukaanlogam)


kimia dasar elektrokimia

Documents