ELEKTROKIMIA

Elektrokimia, bidang kimia yang berkaitan dengan perubahan energi kimia dan perubahan energi listrik, sangat penting dalam ilmu modern. Bukan hanya karena digunakan dalam baterai tetapi juga karena elektrokimia memungkinkan produksi bahan kimia dan material yang sangat penting di industri. NaOH, contohnya, yang digunakan pada produksi kertas, tekstil, sabun,dan deterjen diproduksi dengan melewatkan arus listrik ke larutan natrium klorida. Klorin, bahan pokok pada produksi plastik seperti polivinilklorida (PVC), dihasilkan dengan proses yang sama. Logam alumunium juga diproduksi dengan proses elektrokimia, seperti produksi tembaga murni untuk digunakan dalam kabel listrik.

Baterai ada dimanapun di kalangan masyarakat modern. Baterai menyediakan arus listrik untuk menyalakan mobil dan pemberikan daya untuk barang-barang seperti kalkulator, jam tangan, radio dan lainnya. Baterai adalah sel elektrokimia, sebuah alat untuk interkonversi energi kimia dan energi listrik. Sebuah baterai menggunakan energi yang dihasilkan dari reaksi kimia spontan dan menggunakannya untuk menghasilkan arus listrik. Mari kita lihat prinsip-prinsip yang terlibat dalam desain dan operasi pada sel elektrokimia.

1. Sel Galvani

Sel elektrokimia mempunyai dua tipe dasar yaitu sel galvani (a.k.a sel volta) dan sel elektrolisis. Nama galvani dan volta dipakai untuk menghormati ilmuwan asal Italia Luigi Galvani (1737–1798) dan Alessandro Volta (1745–1827) yang menjadi pelopor dalam bidan elektrokimia. Pada sel galvani, sebuah reaksi spontan menghasilka arus listrik. Pada sel elektrolisis, arus listrik membuat reaksi kimia tidak spontan dapat berlangsung. Kita akan bahas sel galvani terlebih dahulu.

Jika kita mencelupkan sebuah lempengan logam seng pada larutan tembaga sulfat, maka padatan gelap akan melapisi permukaan lempengan seng dan warna biru dari larutan yang mengindikasika ion Cu2+ lama-kelamaan akan menghilang. Analisis kimia memperlihatkan bahwa lapisan berwarna gelap adalah tembaga dan larutannya mengandung ion seng. Oleh karena itu, reaksinya adalah :

Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

Reaksi ini adalah reaksi redoks dimana Zn teroksidasi menjadi Zn2+ dan Cu2+ tereduksi menjadi Cu. Kita katakan Cu2+ adalah zat pengoksidasi karena untuk mendapatkan elektron dari Zn menyebabkan Zn teroksidasi menjadi Zn2+. Dan tentu saja kita katakan bahwa Zn adalah zat pereduksi karena untuk melepaskan dua elektronnya membuat Cu2+ terreduksi menjadi Cu. Reaksi terjadi seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut :

Elektron ditransfer dari Zn ke Cu2+ dan entalpi dari reaksi sebagai panas hilang ke lingkungan. Gambar tersebut menunjukkan energi kimia yang dirilis oleh reaksi yang terjadi dikonversikan menjadi energi listrik yang bisa digunakan untuk menyalakan lampu atau menjalankan motor listrik.

Peralatan yang digunakan pada gambar merupakan salahsatu jenis sel galvani yang disebut sel Daniell setelah John Frederick Daniel, seorang kimiawan asal Inggris yang membuat konstruksi sel tersebut untuk pertama kalinya pada tahun 1836. Sel Daniell terdiri atas dua “setengah sel”, yaitu sebuah wadah yang terdiri atas sebuah lempengan seng yang dicelupkan pada larutan seng sulfat dan wadah kedua yang terdiri atas sebuah lempengan tembaga yang dicelupkan pada larutan tembaga sulfat. Lempengan seng dan lempengan tembaga disebut elektroda yang keduanya disambungkan dengan kabel peghantar listrik. Kedua larutan dihubungkan dengan sebuah jembatan garam, sebuah tabung berbentuk U yang berisi gel yang mengandung larutan elektrolit yang inert seperti Na2SO4. Ion dari elektrolit inert tidak berekasi dengan ion lainnya pada larutan, elektrolit inert tidak teroksidasi maupun terreduksi pada elektroda. Reaksi yang terjadi pada sel Daniell sama dengan reaksi yang terjadi ketika Zn bereaksi

langsung dengan Cu2+. Tapi sekarang, karena Zn dan Cu2+ berada pada dua wadah yang berbeda, elektron ditransfer dari Zn ke Cu2+ melalui sebuah kabel. Konsekuensinya, oksidasi dan reduksi setengah reaksi terjadi pada elektroda yang terpisah dan arus listrik mengalir melalui kabel.

Elektroda dimana terjadi reaksi oksidasi dinamakan anoda (contohnya lempengan seng tadi) dan elektroda dimana reaksi reduksi berlangsung dinamakan katoda( lempengan tembaga tadi).

Jembatan garam diperlukan untuk melengkapi sirkuit kelistrikan. Tanpa itu, larutan di bagian anoda akan bermuatan positif seiring bertambahnya ion Zn2+ pada larutan dan larutan di bagian katoda akan bermuatan negatif seiring menghilangnya ion Cu2+ dari larutan. Karena muatannya tidak seimbang, reaksi pada elektroda akan cepat berhenti dan aliran elektron pada kabel juga akan terhenti.

2. Sel Elektrolisis

Sel elektrolisis dan sel galvani saling berlawanan, sel elektrolisis menngunakan energi listrik agar sebuah reaksi kimia yang nonspontan dapat terjadi.Sel elektrolisis mengubah energi listrik ke energi kimia ketika arus listrik membuat reaksi kimia yang memiliki nilai E negatif dan nilai energi bebas Gibbs positif menjauh kesetimbangan(reaksi terjadi) . Sel elektrolisis memiliki dua elektroda yang dicelupkan pada elektrolit dan dihubungkan dengan baterai atau sumber energi listrik lainnya. Sel Elektrolisis lelehan NaCl misalnya, baterai berfungsi sebagai pompa elektron, mendorong elektron ke satu elektroda dan menarik elektron dari elektroda lain.

Elektroda negatif akan menarik ion Na+ yang menyatu dengan elektron yang disuplai dari baterai.Na+ akan tereduksi dan akan menjadi Natrium cait.Pada elektroda

ion Cl- akan ditarik dan akan melengkapi elektron yang ditarik oleh baterai dan akan mengoksidasi ion tersebut menjadi gas klorin yang beracun. Reaksi yang terjadi adalah :

Sumber: McMurry And Fay.2003.Chemistry(4thEd). New York : Cornell University Press

Hal 764-799