BAB IV

ELEKTROKIMIAReaksi elektrokimia melibatkan perpindahan elektron elektron bebas dari suatu logam kepada komponen di dalam larutan. Kesetimbangan reaksi elektrokimia penting dalam sel galvani (yang menghasilkan arus listrik) dan sel elektrolisis (yang menggunakan arus listrik). Pengukuran daya gerak listrik (DGL) suatu sel elektrokimia dalam jangkauan suhu tertentu dapat digunakan untuk menentukan nilai nilai termodinamika reaksi yang berlangsung serta koefisien aktifitas dari elektrolit yang terlibat. Beberapa istilah yang dijumpai didalam elektrokimia.

Dalam elektrokimia melibatkan reaksi yang sering disebut reaksi oksidasi dan reduksi atau disingkat dengan redoks.

1. Reaksi Oksidasi atau reduksi adalah :

Reaksi dengan perpindahan elektron dari satu senyawa ke yang lain.

Misal : Cu + 2 Ag+ Cu+2 + 2 Ag

2. Oksidator/Reduktor

Oksidator adalah yang menerima elektron sedangkan reduktor adalah yang memberikan elektron.

Sel elektrokimia adalah alat yang digunakan untuk melangsungkan perubahan diatas. Dalam sebuah sel, energi listrik dihasilkan dengan jalan pelepasan elektron pada suatu elektroda (oksidasi) dan penerimaan elektron pada elektroda lainnya ( reduksi). Elektroda yang melepaskan elektron dinamakan anoda sedangkan elektroda yang menerima elektron dinamakan katoda. Jadi sebuah sel selalu terdiri :

a. Anoda : Elektroda tempat berlangsungnya reaksi oksidasi

b. Katoda : Elektroda tempat berlangsungnya reaksi reduksi.

c. Larutan elektrolit, larutan ionik dapat menghantarkan arus, larutan ionik dianggap seperti resistor dalam suatu sirkuit maka ukuran dari sifat-sifat larutan adalah tahanan, R, ( atau ekuivalent dengan konductan,L) mengikuti hukum Ohm

Sel Elektrokimia

Sel elektrokimia tersusun atas dua elektroda, yaitu anoda dan katoda. Pada anoda terjadi reaksi oksidasi, sedangkan pada katoda terjadi reaksi reduksi. Secara garis besar, sel elektrokimia dapat digolongkan menjadi :

a. Sel Galvani

Yaitu sel yang menghasilkan arus listrik. Pada sel galvani, anoda berfungsi sebagai elektroda bermuatan negatif dan katoda bermuatan positif. Arus listrik mengalir dari katoda menuju anoda .Reaksi kimia yang terjadi pada sel galvani berlangsung secara spontan. Salah satu aplikasi sel galvani adalah penggunaan sel Zn/Ag2O3 untuk batere jam.

b. Sel Elektrolisis

Yaitu sel yang menggunakan arus listrik. Pada sel elektrolisis, reaksi kimia tidak terjadi secara spontan tetapi melalui perbedaan potensial yang dipicu dari luar sistem. Anoda berfungsi sebagai elektroda bermuatan positif dan katoda bermuatan negatif, sehingga arus listrik mengalir dari anoda ke katoda. Sel elektrolisis banyak digunakan untuk produksi alumunium atau pemurnian tembaga.

Gambar 4.1. Sel Galvani dan Sel ElektrolisisUntuk menyatakan sel elektrokimia, digunakan notasi sel sebagai berikut

Zn Zn2+ Cu2+ Cu

Zn Zn2+ Cu2+ Cu

Sisi kiri notasi sel biasanya menyatakan reaksi oksidasi, sedangkan sisi kanan notasi sel biasanya menyatakan reaksi reduksi. Garis tunggal pada notasi sel menyatakan perbedaan fasa, sedangkan garis ganda menyatakan perbedaan elektroda. Garis putus putus menyatakan adanya jembatan garam pada sel elektrokimia. Jembatan garam adalah larutan kalium klorida atau amonium nitrat pekat. Jembatan garam diperlukan bila larutan pada anoda dan katoda dapat saling bereaksi.

Gambar 4.2. Sel elektrokimia tanpa jembatan garam (a) dan dengan jembatan garam (b)Sel Volta:

1. Deret Volta/Nerst

a. Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au

b. Makin ke kanan, mudah direduksi dan sukar dioksidasi. Makin ke kiri, mudah dioksidasi, makin aktif, dan sukar direduksi.

Prinsip:

1. Anoda terjadi reaksi oksidasi ; katoda terjadi reaksi reduksi

2. Arus elektron : anoda katoda ; arus listrik : katoda anoda

3. Jembatan garam : menyetimbangkan ion-ion dalam larutan

Contoh dari sel galvani :

Notasi sel : Zn/Zn+2//Cu+2/Cu

/ = potensial sel

// = potensial sambungan Sel (cell junction potential; jembatan garam)

c. Macam-macam sel volta

1. Sel Kering atau Sel Leclance

Sel ini sering dipakai untuk radio, tape, senter, mainan anak-anak, dll.

Katodanya sebagai terminal positif terdiri atas karbon (dalam bentuk grafit) yang terlindungi oleh pasta karbon, MnO2 dan NH4Cl2 Anodanya adalah lapisan luar yang terbuat dari seng dan muncul dibagian bawah baterai sebagai terminal negatif.

Elektrolit : Campuran berupa pasta : MnO2 + NH4Cl + sedikit Air

Reaksi anoda adalah oksidasi dari seng

Zn(s) Zn2+ (aq) + 2e- Reaksi katodanya berlangsung lebih rumit dan suatu campuran hasil akan terbentuk. Salah satu reaksi yang paling penting adalah :

2MnO2(s) + 2NH4 + (aq) + 2e- Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O

Amonia yang terjadi pada katoda akan bereaksi dengan Zn2+ yang dihasilkan pada anoda dan membentuk ion

Zn(NH3)42+.

2. Sel Aki

Katoda: PbO2 Anoda : Pb

Elektrolit: Larutan H2SO4 Reaksinya adalah :

PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq) PbSO4(s) + 2H2O (katoda) Pb (s) + SO42-(aq) PbSO4(s) + 2e- (anoda) PbO2(s) + Pb (s) + 4H+(aq) + 2SO42-(aq) 2PbSO4(s) + 2H2O (total)

Pada saat selnya berfungsi, konsentrasi asam sulfat akan berkurang karena ia terlibat dalam reaksi tersebut.

Keuntungan dari baterai jenis ini adalah bahwa ia dapat diisi ulang (recharge) dengan memberinya tegangan dari sumber luar melalui proses elektrolisis, dengan reaksi :

2PbSO4(s) + 2H2O PbO2(s) + Pb(s) + 4H+(aq) + 2SO42-(aq) (total)

Kerugian dari baterai jenis ini adalah, secara bentuk, ia terlalu berat dan lagi ia mengandung asam sulfat yang dapat saja tercecer ketika dipindah-pindahkan.

3. Sel Bahan Bakar

Elektroda : Ni

Elektrolit : Larutan KOH

Bahan Bakar : H2 dan O24. Baterai Ni Cd

Disebut juga baterai ni-cad yang dapat diisi ulang muatannya dan yang umum dipakai pada alat-alat elektronik peka. Potensialnya adalah 1,4 Volt.

Katoda : NiO2 dengan sedikit air

Anoda : Cd

Reaksinya :

Cd(s) + 2OH- (aq) Cd(OH)2(s) + 2e-2e- + NiO2(s) + 2H2O Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq)

Baterai ini lebih mahal dari baterai biasa

Elektroda PembandingDi dalam beberapa penggunaan analisis elektrokimia, diperlukan suatu elektrode pembanding (refference electrode) yang memiliki syarat harga potensial setengah sel yang diketahui, konstan, dan sama sekali tidak peka terhadap komposisi larutan yang sedang selidiki.. Pasangan electrode pembanding adalah elektrode indikator (disebut juga working electrode) yang potensialnya bergantung pada konsentrasi zat yang sedang diselidiki.

Syaratnya adalah:

Mematuhi persamaan Nerst bersifat reversible

Memiliki potensial elektroda yang konstan oleh waktu

Segera kembali keharga potensial semula apabila dialiri arus yang kecil

Hanya memiliki efek hysterisis yang kecil jika diberi suatu siklus suhu

Merupakan elektroda yang bersifat nonpolarisasi secara ideal2. Elektroda Indikator

a. Pengertian Elektroda indikator

Elektroda indikator (elektroda kerja) adalah suatu elektroda yang potensial elektrodanya bergantung terhadap konsentrasi (aktivitas) analit yang diukur(vogel:).b. Jenis-jenis elektroda indikator

i. Elektroda indikator logam

Elektroda jenis pertama

Elektroda logam yang potensialnya merupakan fungsi dari konsentrasi Mn+ dalam Mn+|M reaksi setengah redoks. Elektroda jenis pertama merupakan elektroda logam murni yang memepertukarkan kationnya langsung dengan logamnya.Elektroda jenis pertama tidak banyak digunakan karena sangat tidak selektif dan merespon kation lainnya yang mudah tereduksi. Kelemahan dari elektroda ini tidak terlalu selektif, kadang bereaksi dengan katon lain yg lebih mudah tereduksi, elektroda logam dangat mudah teroksidasi Elektroda jenis ke-2

Elektroda logam yang potensialnya merupakan fungsi dari konsentrasi X dalam MXn|M reaksi setengah redoks.

Logam tidak hanya merespon kationnya tetapi juga merespon anion yang membentuk endapan sedikit larut dan kompleks stabil dengan kationnya. Elektroda jenis ini memiliki ion-ion yang tidak bertukar elektron langsung dengan elektrodanya. Sebagai gantinya, anion akan mengatur konsentrasi kation yang bertukar elektron dengan elektroda.

Elektroda redoks

Elektroda inert yang dapat menjadi sumber elektron bagi reaksi setengah redoks.

ii. Elektroda membran

Pada elektroda membran, tidak ada elektron yang diberikan oleh atau kepada membran tersebut. Sebagai gantinya, suatu membran membiarkan ion-ion jenis tertentu menembusnya, namun menghentikan ion-ion lain. Potensial membran

Suatu perubahan potensial pada sebuah membran konduktif dimana sisi yang berlawanan kontak (berhubungan) dengan larutan yang memiliki komposisi berbeda.

Elektroda selektif ion