Elektrokimia

Farha Kamilah, 1106002476

Kelompok VI

Leclanche cell

a. Definisi dan Konstruksi

Leclanche cell merupakan jenis voltaic cell (sel kering baterai) dengan sistem utama terdiri dari

seng sebagai anoda, sedangkan katoda digunakan elektroda inert yaitu karbon/grafit, yang

dicelupkan di tengah-tengah pasta MnO2 dan serbuk karbon. Pasta itu sendiri berfungsi sebagai

oksidator. Elektrolit yang digunakan adalah amonium klorida dan zink klorida yang larut dalam

air. sel ini dirakit dalam botol kaca dengan katoda pada batang karbon (sebagai kolektor katoda)

direndam di dalam campuran mangan dioksida dan bubuk karbon yang terkandung dalam pot

berpori. Pot berpori ini digunakan untuk memisahkan seng dari campuran pasta MnO2 dan

karbon, dan mengurangi kebocoran potensial pada sel. Pot berpori ini juga yang fungsinya sama

dengan jembatan garam yaitu menyeimbangkan ion-ion dalam larutan. Sedangkan anoda (batang

Seng) terendam dalam elektrolit larutan jenuh Amonium klorida. Umumnya baterai ini memberi

tegangan awal sebesar 1,55-1,7 volt, dan menurun sekitar 0,8 volt ketika penggunan pada titik

akhir.

Gambar 1. Leclanche Cell, (sumber: C.vincent, 1997)

1

Baterai seng-karbon, yang disebut juga sel leclanche, diciptakan oleh insiyur Perancis Georges

Leclanche pada tahun 1866, dan saat ini telah umum digunakan di seluruh dunia karena tersedia

sebagai bahan konstituen yang murah dan tersedia hampir dimana-mana. Semua jenis baterai ini

dilengkapi dengan struktur overwrap dengan lapisan luar berbahan logam untuk kontak listrik.

b. Mekanisme kerja dan reaksi

Proses kimia yang menghasilkan listrik dalam sel Leclanche dimulai ketika atom seng pada

permukaan anoda mengalami oksidasi, yaitu seng menyerahkan dua elektronnya ke katoda dan

seng menjadi bermuatan ion positif. Reaksi anoda :

Ketika elektron bergerak dari anoda menuju katoda, terbentuklah arus listrik. Sebuah batang

grafit dikelilingi oleh bubuk yang mengandung Mangan (IV) oksida adalah katoda positif.

Mangan (IV) oksida dicampur dengan serbuk karbon untuk meningkatkan konduktivitas listrik,

dan bereaksi dengan elektrolit. Reaksinya adalah sebagai berikut :

dan Cl- bergabung dengan Zn2+.

Dalam setengah reaksi, mangan tersebut mengalami pengurangan bilangan oksidasi dari (+4) ke

(+3).

Ada kemungkinan reaksi samping lainnya, tetapi secara keseluruhan reaksi dalam seng-karbon

dapat dipresentasikan sebagai :

Namun, jika konsentrasi pasta Seng klorida lebih besar dari Amonium klorida atau Amonium

klorida digantikan dengan Seng klorida, maka reaksi yang terjadi sedikit berbeda. Reaksi yang

terjadi adalah :

2

Anoda : Zn (s) Zn2+ (aq) + 2e-

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

Kemudian Zn2+ dan OH- yang terbentuk bereaksi dengan ZnCl2 menghasilkan Zn(OH)Cl

Zn2+ (aq) + 2OH- (aq) + ZnCl2 2 Zn(OH)Cl

Zn (s) Zn2+ (aq) + 2e-

2MnO2 (s) + 2H2O (l) + 2e- 2MnOOH (s) + 2OH- (aq)

Zn2+ (aq) + 2OH- (aq) + ZnCl2 2 Zn(OH)Cl

Reaksi keseluruhan :

Zn (s) + 2MnO2 (s) + 2H2O (l) + ZnCl2 2MnOOH (s) + 2Zn(OH)Cl

Reaksi di atas diperkirakan menghasilkan tegangan 1.5-1.7 volt. Hasil perkiraan ini terkait

dengan kompleksitas reaksi katoda. Reaksi pada anoda (seng) relatif lebih sederhana. Sementara

itu, rasio mangan dioksida dan bubuk karbon pada pasta katoda mempengaruhi karakteristik sel,

Serbuk karbon lebih menurunkan resistensi internal, tetapi mangan dioksida meningkatkan

kapasitas.

c. Peranan elektroda grafit/karbon

Elektroda karbon merupakan salah satu komponen baterai yang terbuat dari karbon. Grafit atau

karbon yang dicampur dengan Mangan dioksida tidak mempunyai pengaruh dalam reaksi,

meskipun demikian peranannya sangat penting. Mangan dioksida adalah bahan pengantar listrik

yang buruk, grafit/karbon yang ditambahkan pada Mangan (IV) oksida, digunakan sebagai

kolektor katoda. Hal ini karena batang karbon memiliki sifat yang hampir sama dengan logam,

yaitu merupakan bahan konduktor yang tinggi dan praktis karena setiap logam cepat akan

menimbulkan korosi di elektroda positif dalam elektrolit berbasis garam. Elektroda karbon

berfungsi untuk mengumpulkan elektron-elektron yang terbentuk akibat reaksi reduksi dan

oksidasi pada zat-zat kimia di dalam baterai. Selain itu elektroda karbon juga berfungsu untuk

mengalirkan elektron dari kutub negatif (anoda) ke kutub positif (katoda). Peristiwa ini trjadi

akibat adanya perbedaan jumlah elektron yang dimiliki (beda potensial) antara kutub positif

dengan kutub negatif.

3

Leclanche cell atau sel seng-karbon dianggap sebagai sel primer karena sel tidak dapat diisi

ulang.

d. Elektrolit

Pelat-pelat baterai harus selalu terendam dengan cairan elektrolit, Seperti yang kita telah ketahui

bahwa elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan arus listrik. Elektrolit yang digunakan

pada sel Leclanche murni adalah larutan jenuh dari amonium klorida, penambahan seng klorida

pada leclanche sel yang segera ditemukan telah meningkatkan kinerja sel itu sendiri. Elektrolit

ZnCl2 mampu meningkatkan tegangan baterai pada arus listrik yang mengalir dari Seng ke

Mangan dioksida. Elektrolit sel Leclanche yang digunakan saat ini umumnya adalah pasta dari

ZnCl2 dan Amonium klorida. Elektrolit meresap melalui pot berpori untuk melakukan kontak

dengan katoda.

e. Dampak terhadap lingkungan

Sel Leclanche kering memiliki dampang lingkungan yang rendah dibandingkan dengan beberapa

jenis baterai lainnya. Mangan (III) bisa dioksidasi, karbon dan amonium juga tidak berbahaya,

mengingat amonium bermanfaat untuk siklus nitrogen terutama dalam kesuburan tanaman.

Namun ribuan ton seng-karbon baterai yang dibuang setiap tahun di seluruh dunia, sering tidak

didaur ulang.

Kelebihan

1. Bahan murah dan mudah didapat

2. Cocok untuk berbagai aplikasi konsumen

3. Ukuran volt yang diinginkan bisa dirangkai dan dihasilkan.

4. Terdapat bahan anti polarisasi (dispolarisator) yaitu MnO2 . Pada sel Leclanche yang

menggunakan elektrolit Amonium klorida lebih banyak, reaksi pada elektrolit

menghasilkan gelembung-gelembung gas H2. Gas Hidrogen akan ditangkap dan bereaksi

dengan MnO2 dan menghasilkan H2O, sehingga tidak terjadinya polarisasi yang

mengganggu jalannya arus listrik dan umur baterai lebih tahan lama.

4

Kekurangan

1. Cenderung untuk mengalami kebocoran dan korosi

2. Kinerja sel berkurang pada suhu yang rendah

3. Penggunaan mangan oksida yang alami membuat berbagai variasi kinerja, karena adanya

zat pengotor seperti nikel, tembaga, kobalt, dan lain-lain.

4. Pada suhu tinggi kapasitas sel leclanche akan menurun drastis

5. Tidak dapat diisi ulang (sel primer). Sel Leclanche kurang cocok untuk percakapan yang

panjang dan untuk panggilan jarak jauh. Dalam panggilan berkepanjangan, awalnya

mungkin baik, tetapi lama-kelamaan menjadi kurang baik (tak terdengar) karena baterai

habis.

5

Daftar pustaka

C. Vincent dan B. Scrosati. Modern Batteries 2nd Edition, Elsevier, Oxford (1997)

S.M. Khopkar. Konsep Dasar Kimia Analitik, UI-Press, Jakarta (1990)

R.A. Day, JR dan A.L. Underwood. Analisis Kimia Kuantitatif, Erlangga, Jakarta (2002)

http://www.mpoweruk.com/cell_construction.htm (diakses Rabu, 20 Juni 2012 20:15)

http://www.tutorvista.com/content/physics/physics-ii/electricity/chemical-effect.php (diakses Rabu, 20 Juni 2012 21:20)

6

Sel Leclanche

Karakteristik

Sel primer dengan tegangan rangkaian terbuka nominal sebesar 1,5 Volt diproduksi dalam volume sangat tinggi.

Kimia berdasarkan anoda seng dan katoda / depolariser mangan dioksida yang menyerap gelembung hidrogen bebas yang tidak akan melindungi elektroda dari elektrolit. Ini menggunakan batang karbon sebagai katoda kolektor saat ini dengan elektrolit dari amonium klorida. Variannya telah digunakan selama lebih dari satu abad. Kinerja sel é Leclanch ditingkatkan dengan 700% antara 1920 dan 1990.

Juga disebut sebagai Seng-Karbon atau Sel Sel Kering (tidak harus bingung dengan Sel Solid State) walaupun memiliki elektrolit berair karena dalam sel modern elektrolit amonium klorida dan seng klorida dihasilkan dalam bentuk gel atau diselenggarakan di pemisah berpori untuk mengurangi kebocoran potensial jika sel menjadi tertusuk.

Varian termasuk

Seng karbon (katoda Karbon) Seng klorida (Amonium klorida elektrolit diganti dengan seng klorida) Alkaline mangan (Amonium klorida elektroda diganti dengan kalium

hidroksida)

Lihat halaman terpisah untuk Alkaline baterai.

Keuntungan

Murah bahan

Biaya rendah

Tersedia dalam berbagai ukuran termasuk AAA, AA, C, D dan ukuran 9Volt.

Cocok untuk berbagai aplikasi konsumen

Dipertukarkan dengan baterai alkaline

7

Kekurangan

Kecenderungan untuk bocor

Baterai dasar seng karbon memiliki kepadatan energi yang lebih rendah daripada baterai alkaline bersaing

Miskin kinerja suhu rendah. Jangan berfungsi dengan baik dalam suhu di bawah nol.

Penggunaan alami mangan dioksida dari sumber yang berbeda dapat menyebabkan variasi kinerja lebar karena adanya sejumlah kecil pengotor seperti nikel, tembaga, arsen kobalt, dan.

Tidak dapat diisi ulang

Aplikasi

Tujuan umum, aplikasi biaya rendah

Mainan

Remote kontrol

Senter

Jam

Konsumen aplikasi

Kehilangan pangsa pasar untuk sel alkalin dan teknologi yang lebih baru

Biaya

Biaya terendah baterai primer

voltaic cell that produces approximately 1.5 volts

8

ConstructionBack to Top

Leclanche cell of an outer glass vessel which is filled with saturated ammonium chloride (NH4Cl) solution.

In it there stands a zinc rod and porous pot 'P' containing a carbon rod 'c' which is packed round with a

mixture of manganese dioxide (MnO2) and powdered carbon.

Wet Leclanche Cell

Therefore the carbon rod forms the positive pole and the zinc rod the negative pole. When the carbon rod and zinc rod are connected by a wire, the current flows from carbon to zinc through the wire.

WorkingBack to Top

Ammonium chloride, splits into ammonium and chloride ions. The chloride ions (Cl-) migrate to the zinc

rod and deposit their negative charge at the zinc rod. Hence zinc becomes negatively charged and the

reactions takes place in which zinc is converted to zinc chloride. The ammonium ions migrate to the

carbon rod and make it positively charged. The hydrogen is then oxidised by MnO2 to form water and thus

polarisation is prevented. Here Mn2O3 again changes to MnO2, by taking oxygen from the air.

The Dry CellBack to Top

The dry cell is a modification of the wet Leclanche cell in which the ammonium chloride solution is replaced with a jelly composed of starch, flour and ammonium chloride. The positive electrode, namely carbon rod is surrounded by a mixture of manganese dioxide and carbon. This is placed inside a zinc can which serves as the negative electrode.

9

The space between the central core and the zinc can is filled with the ammonium chloride jelly. The jelly is

prevented from drying up by sealing the top of the cell with pitch. The carbon rod is prevented from

coming in contact with the base of the zinc can, by a cardboard washer. The zinc can is also surrounded

by an insulating thick paper covering. The working of the cell is similar to that of wet Leclanche cell.

                   Dry Leclanche Cell

The emf of this cell is about 1.5V. It is portable and used in torches, transistors etc.

Construction

The original form of the cell used a porous pot. This gave it a relatively high internal resistance and

various modifications were made to reduce it. These included the "Agglomerate block cell" and the "Sack

cell".

[edit]Porous pot cell

In Leclanché's original cell the depolarizer, which consisted of crushed manganese dioxide, was packed

into a pot, and a carbon rod was inserted to act as the cathode. The anode, which was a zinc rod, was

then immersed along with the pot in a solution of ammonium chloride. The liquid solution acted as the

electrolyte, permeating through the porous pot to make contact with the cathode.

[edit]Agglomerate block cell

In 1871 Leclanché dispensed with the porous pot and replaced it with a pair of "agglomerate blocks",

attached to the carbon plate by rubber bands. These blocks were made by mixing the manganese dioxide

with binding agents and pressing the mixture into moulds.

10

[edit]Sack cell

In this cell the porous pot was replaced by a wrapping of canvas or sacking. In addition, the zinc rod was

replaced by a zinc cylinder to give a larger surface area. It had a lower internal resistance than either of

the above (porous and agglomerate).

[edit]Chemistry

The chemical process which produces electricity in a Leclanché cell begins when zinc atoms on the

surface of the anode oxidize, i.e. they give up both their electrons to become positively-charged ions. As

the zinc ions move away from the anode, leaving their electrons on its surface, the anode becomes more

negatively charged than the cathode. When the cell is connected in an externalelectrical circuit, the

excess electrons on the zinc anode flow through the circuit to the carbon rod, the movement of electrons

forming an electrical current.

After passing through the whole circuit, when the electrons enter the other electrode(Carbon rod), they

combine with manganese dioxide(MnO2) and water(H2O), which react with each other to produce

manganese oxide(Mn2O3) and negatively charged hydroxide ions. This is accompanied by a secondary

reaction in which the negative hydroxide ions react with positive ammonium ions in the ammonium

chloride electrolyte to produce molecules of ammonia and water.

Zn(s) + 2 MnO2(s) + 2 NH4Cl(aq) → ZnCl2 + Mn2O3(s) + 2 NH3(aq) + H2O

Alternately, the reaction proceeds further, the hydroxide ions reacting also with the manganese oxide to

form manganese hydroxide.

Zn(s) + 2 MnO2(s) + 2 NH4Cl(aq) + 2H2O(l) → ZnCl2 + 2Mn(OH)3(s) + 2 NH3(aq)

[edit]Usage

The electromotive force (emf) produced by a Leclanche cell is 1.4 volts [1]  with a resistance of

several ohms where a porous pot is used. It saw extensive usage in telegraphy, signaling, electric

bells and similar applications where intermittent current was required and it was desirable that a battery

should require little maintenance.

The Leclanché battery (or wet cell as it was referred to) was the forerunner of the modern dry cell zinc-

carbon battery. The addition of zinc chloride to the electrolyte paste raised the e.m.f. 1.5 volts. Later

developments dispensed with the ammonium chloride completely, giving a cell that could endure more

sustained discharge without its internal resistance rising as quickly (the zinc chloride cell).

http://www.mpoweruk.com/cell_construction.htm

http://www.tutorvista.com/content/physics/physics-ii/electricity/chemical-effect.php

11