sel elektrokimia

7/18/2019 Sel Elektrokimia

1/23

SEL ELEKTROKIMIA

Christi Bentian

Angelia Karundeng

Aditya Langitan

Ignoranta Lawendatu

November 28th 2013 Universitas Negeri Manado


2/23

SEL ELEKTROKIMIA

Penentuan daya gerak listrik suatu sel elektrokimia untuk

daerah suhu tertentu memungkinkan untuk mendapatkan besarantermodinamika dari reaksi yang berlangsung dalam sel.

Sel elektrokimia mempunyai kepentingan praktis karena dapat

memberikan cara untuk mengubah perubahan energi Gibbs darireaksi kimia menjadi kerja tanpa kerugian mesin kalor dari hukum

kedua.

Suatu pengertian mengenai konversi energi kimia menjadi

energi listrik penting untuk kerja dengan batere,sel bahan bakar,pelapisan listrik,korosi, rafinasi listrik atau pemurnian secara

listrik (misalnya produksi aluminium) dan teknik elektro analitik.

Dalam bab ini akan dibahas termodinamika proses demikian.



3/23

Hukum Coulomb, Potensial Listrik, dan Satuannya

Antaraksi fisika yang penting dalam kimia adalah antaraksi

elektromagnetik. Yang paling dasar dari antaraksi ini adalah gaya

tarik dan gaya tolak antara kedua muatan, Q1, dan Q2yang terarah

menurut garis pusatnya. Menurut Hukum Coulomb, gaya F

diberikan sebagai

keterangan : r = jarak antara muatan

K = tetapan dielektrik= permitivitas ruang bebas



4/23

Satuan muatan listrik adalah coulomb C. medan listrik

sekeliling partikel yang bermuatan dapat diterangkan dengan

kwantitas scalar yang disebut potensial listrik. Perbedaan

potensial listrik antara dua titik sama dengan kerja per satuan

muatan yang diperlukan untuk menggerakan muatan dari satu

titik ke titik yang lain. Jadi satuan beda potensial adalah joule per

coulomb yang dinyatakan dengan volt. 1 V= 1 JC-1. Potensial

listrik pada satu titik adalah kerja yang diperlukan untukmembawa satu muatan positif dari tak terhingga ke titik yang

bersangkutan yang diberikan sebagai:

=



5/23

Kuantitas Satuan Lambang

Arus listrik I Ampere A

Muatan listrik Q Coulomb C

Beda potensial listrik Volt V

Tahanan listrik R Ohm

Satuan Listrik dalam Sistem SI

Pada dasarnya satu sel elektrokimia mempertahankan suatu

beda potensial yang tetap lewat kutub-kutubnya. Beda potensial

ini kadang-kadang disebut daya gerak listrik. Daya gerak listrik

adalah energi yang diberikan oleh sel dibagi dengan muatan

listrik yang dipindahkan lewat sel.



6/23

Untuk dapat menetukan nilai maksimum dari daya gerak listrik,

maka perlu dilakukan penentuan secara reversible, arah arus lewat

sel dapat balik dengan perubahan yang sangat kecil dalam bedapotensial yang diterapkan.

Penentuan perbedaan potensial listrik antara dua zat kimia yang

berbeda tak mungkin, karena ada antaraksi setempat antara muatan

uji dengan medium kimia yang berbeda di sekelilingnya.

Jadi, tak mungkin untuk menentukan perbedaan potensial antara

elektroda dan larutan yang berhubungan dengannya. Yang

ditentukan adalah beda potensial antara dua elektroda, dan salahsatu elektroda adalah sebagai elektroda pembanding (elektroda

hydrogen).



7/23

Sel Elektrokimia

Gambar berikut menunjukan sel sederhana dalam mana gas

hydrogen digelembungkan lewat sepotong platina yang dilapisi

platina yang dicelupkan larutan HCl untuk membentuk elektrodahydrogen. Elektroda yang lain terdiri kawat perak yang terlapisi

oleh endapan perak klorida. Bila kedua elektroda dihubungkan

lewat tahanan seperti pada gambar,



8/23

Gb 1. Operasi sel H2 (P) HCl (a) AgCl Ag sebagai (a) sel galvani, atau

sebagai (b) sel elektrolisa. Keaktifan dinyatakan sebagai aNovember 28th 2013 Universitas Negeri Manado


9/23

Suatu arus mengalir dan sel disebut sel galvani.

Molekul hydrogen memberikan electron kepada platina untuk

membentuk ion hydrogen, dan ion perak dari AgCl bereaksidengan elektron (yang dating lewat kawat) untuk menghasilkan

logam perak

.

Beda potensial listrik antara elektroda didasarkan atas faktabahwa H2 mempunyai kecenderungan lebih besar untuk

memberikan electron dengan adanya H+ dari pada Ag dengan

adanya Cl-.

Pada elektroda yang terjadi reaksi oksidasi disebut anoda dan

elektroda yang mengalami reaksi reduksi disebut katoda.jadi bila

sel galvani pengawamuatan secara spontan, electron mengalir

lewat rangkaian luar dari anoda ke katoda seperti pada gambar.



10/23

Termodinamika Sel Elektrokimia

Perubahan energy Gibbs untuk reaksi yang berlangsung dalam

sel elektrokimia dapat dengan segera dihitung dari daya geraklistrik reversible.

Bila suatu sel tepat diimbangi terhadap daya gerak listrik

sedemikian rupa sehingga tak ada permuatan atau

pengawamuatan dari sel yang berlangsung, dan dimisalkanbahwa kwantitas listrik yang sangat kecil dilewatkan sel,kerja

listrik yang reversible pada suhu dan tekanan tetap, atau

perubahan enegri Gibbs sama dengan hasil kali voltase dan

kwantitas listrik.

Kwantitas muatan-muatan listrik yang sesuai dengan kwantitasmolar yang dinyatakan dalam persamaan kimia yang disertakan

zf,zadalah jumlah muatan untuk reaksi sel, danfadalah tetapan

Farraday (96,485 C/mol).



11/23

Jumlah muatanzmerupakan bilangan positif yang sama dengan

jumlah electron yang dipindahkan dalam reaksi sel. Bila kwantitas

muatan listrik ini dipindahkan lewat beda potensial E volt,

banyaknya kerja yang diperlukan diberikan sebagai zFE. Karenaperubahan listrik ini tak mencakup kerja tekanan-volume, maka

perubahan energy Gibbs dinyatakan sebagai

G= -zFE

E = beda potensial, yang diambil positif. Karena G negative

untuk reaksi sel yang spontan dan E untuk sel yang

mengawamuatkan secara spontan diambil positif, maka harus

digunakan tanda negative pada persamaan di atas. Daya gerak listrik

sel tak bergantung pada koefisien stoikiometri dalam reaksi kimia

yang disetarakan, tetapi perubahan energy Gibbs G bergantung

padazyang sebaliknya bergantung pada reaksi stoikiometrinya.



12/23

Perubahan entropi untuk reaksi sel dapat dihitung dari koefisien

suhu dari daya gerak listrik, dapat ditulis:

S

Dari sini akan didapat,

S

Perubahan entalpi untuk reaksi sel dapat dihitung dengan

mensubstitusi kedua persamaan diatas, menjadi :

H= G+ T S= -zFE + zFE



13/23

Keaktifan Elektrolit

Bila zat terlarut tak terdisosiasi, keaktifan sama dengan hasil kali

konsentrasi dan koefisien keaktifan. Bila zat terlarut adalah

elektrolit yang dianggap terdisosiasi sempurna dalam larutan,

ungkapan keaktifan menjadi lebih rumit.

Potensial kimia dari elektrolit MX yang kuat, terdisosiasi

sempurna, sama dengan jumlah potensial kimia ion-ion M+dan X-



14/23

Teori Debye-Huckel

Koefisien keaktifan suatu elektrolit bergantung dengan jelas pada

konsentrasinya. Dalam larutan encer interaksi antara ion-ion adalahgaya tarik atau tolakan coulomb dan interaksiini diperluas lebih

lanjut lewat larutan jauh lebih besar dari pada gaya antar molekul

yang lain.

Pada konsentrasi yang lebih tinggi dimana ion-ion lebih berdekatan

gaya tarikan dan tolakan coulomb menjadi berarti. Karena gaya tarik

antar ion dan atmosfer ion kelilingnya, koefisien keaktifan elektrolit

berkurang.

Debye dan Huckel mampu menunjukan bahwa dalam larutan encer

koefisien keaktifan dari spesies ionIdengan muatan elektronik zi

dinyatakan sebagai:

log i= -Az

i

2I1/2November 28th 2013 Universitas Negeri Manado


15/23

Iadalah kekuatan ion dan

mpeladalah massa pelarut dalam volume V

Potensial Elektroda

Potensial elektroda relative dari setiap elektroda dapat ditentukan

dengan mengkombinasikan elektroda dengan elektroda standar

hydrogen, sedapat mungkin tanpa pertemuan cairan, dan

menentukan daya gerak listrik sel sebagai fungsi konsentrasi. Bila

satu elektroda terdiri dari logam yang berhubungan dengan larutanyang mengandung ionnya dengan muatan n+, maka sel dapat

dinyatakan sebagai

Pt | H2(g, 1 atm) | H+ || Mn+| M



16/23

Reaksi sel yang sesuai ditulis menurut konvensi yang akan

diberikan secara singkat

Penentuan pH

Metoda daya gerak listrik berguna dalam memperlajari

konsentrasi ion hidrogen; namun demikian, karena keaktifan ion

tunggal tak dapat ditentukan, definisi modern dari pH dinyatakan

secara operasional menurut cara penentuannya. pH larutan dapat

ditentukan dengan menggunakan sel seperti berikut :

Pt H2(P) H+(aH

+) Cl-Hg2Cl

2Hg

Daya gerak listrik dari sel ini dapat dianggap terdiri dari

tiga bagian.November 28th 2013 Universitas Negeri Manado


17/23

Dimana kontribusi oleh elektroda kalomel normal adalah

0,2802 V pada 250C.Persamaan diatas sering digunakan dengan asumsi bahwaEpertemuan

cairan= 0. Bila = 1 atm,

E0,2802 = -0,0591 log

Keaktifan ion hidrogen yang didapat dengan cara ini sangat

berguna secara praktis meskipun didasarkan atas pendekatan.

Dengan mengambil pH = - log , persamaan diatas menjadi

E0,2802 = 0,0591 pH

atau



18/23

Sel Bahan Bakar

Sel bahan bakar memberikan kemungkinan untuk mencapai

efisiensi termodinamika yang tinggi dalam konversi energi Gibss

menjadi kerja mekanik.

Mesin pembakar internal pada konversi yang paling baik hanya

mengubah fraksi (T2T1)/ T2dari kalor pembakaran menjadikerja mekanik.

Sel bahan bakar yang menggunakan hidrokarbon dan udara telah

dikembangkan, tetapi tenaga per satuan berat terlalu rendah untukdigunakan secara praktis dalam mobil biasa.



19/23

Gb 2. Sel bahan bakar hidrogen-oksigen dengan membran penukaran ionNovember 28th 2013 Universitas Negeri Manado


20/23

Sel bahan bakar hidrogen-oksigen dapat mempunyai elektrolit

asam ata basa, reaksi setengah selnya adalah :

H2(g) 2H++ 2e E0= 0

O2(g) + 2H++ 2e H2O (l) E

0= 1,229 V

H2

(g) + O2

(g) H2

O (l) E0= 1,229 V

atau

H2(g) + 2OH- 2H2O (l) + 2e E

0= -0,828 V

O2(g) + H2O (l) + 2e 2OH- E0= 0,401 V

H2(g) + O2 (g) H2O (l) E0= 1,229 V



21/23

Contoh Soal :

Tunjukkan bahwa untuk sel konsentrasiX X-(a1) X

-(a2) X

Dimana X-adalah ion negatif, persamaan untuk daya gerak listrik

dari sel adalah :

Jawab :

Reaksi kimia untuk sel konsentrasi diatas dapat ditulis sebagai berikut

X-(a1) + X X + X-(a

2)



22/23

Sehingga, perubahan energi Gibbs untuk reaksi tersebut adalah :

Pada keadaan setimbang G = 0,

Karena X-adalah ion negatif dan semua keaktifannya bernilai

satu, maka persamaan diatas dapat ditulis dengan :



23/23

Terima Kasih


sel elektrokimia

Documents