REDOKS DAN REDOKS DAN SEL ELEKTROKIMIASEL ELEKTROKIMIA

Oleh: M. Nurissalam, S.SiOleh: M. Nurissalam, S.SiSMA Muhammadiyah I MEtroSMA Muhammadiyah I MEtro

PENYETARAN REAKSI PENYETARAN REAKSI REDOKSREDOKS

Dalam menyetarakan reaksi redoks Dalam menyetarakan reaksi redoks

JUMLAH ATOMJUMLAH ATOM dan dan MUATANMUATAN

harus samaharus sama

Metode ½ ReaksiLangkah-langkah:

1. Tuliskan ½ reaksi reduksi / ½ reaksi oksidasi

2. Samakan jumlah atom-atom yang berubah biloksnya.

3. Samakan Jumlah O dan H dengan cara:

a. Suasana Asam

* Samakan O dengan menambahkan H2O

* Samakan jumlah H dengan Menambah H+

b. Suasana Basa

* Samakan O dengan menambah OH- sebanyak 2 x kekurangannya.

* Samakan H dengan menambahkan H2O

4. Samakan muatnnya dengan menambahkan elektron ( e- )

Setarakan reaksi :

MnO4- + Fe2+ Mn2+

+ Fe3+

+7 +2 +3+2

½ Red, MnO4- Mn2+

½ Oks, Fe2+ Fe+3

MnO4- + 5 Fe2+ Mn2+

+ 5 Fe3+

½ Red, MnO4- + 8 H+ + 5 e - Mn2+ + 4 H2O

½ Oks, 5 Fe2+ 5 Fe+3 + 5 e -

x1

x5

+ 4 H2O

+ 8 H++ 5 e -

+ e

+ 8 H+ + 4 H2O

Setarakan reaksi :

MnO4- + Fe2+ MnO2 + Fe3+

+7 +4 +3+2

½ Red, MnO4- MnO2

½ Oks, Fe2+ Fe+3

MnO4- + 3 Fe2+ + 2 H2O MnO2 + 3 Fe3+ + 4

OH-

½ Red, MnO4- + 2 H2O + 3 e - MnO2

+ + 4 OH-

½ Oks, 3 Fe2+ 3 Fe+3 + 3 e -

x1

x3

+ 4 OH-+ 2 H2O

+ 3 e -

+ e

Metode Bilangan Oksidasi

1.Tentukan reaksi ½ Reaksi redusi dan ½ Reaksi oksidasi’

2.Samakan atom-atom yang berubah biloksnya.

3.Tentukan perubahan biloksnya.(dikalikan dengan jumlah atomnya)

4.Gunakan perubahan biloksnya sebagai koefisien dengan cara menyilangkan.

5.Setarakan muatanya, dalam suasana basa dengan OH-, dalam asam dengan H+ (sekaligus menyamakan H dan O )

Setarakan reaksi :

MnO4- + Fe2+ Mn2+

+ Fe3+

+7 +2 +3+2

Biloks naik 1

Biloks turun 5

MnO4- + 5 Fe2+ + 8 H+ Mn2+

+ 5 Fe3++ 4 H2O

SEL ELEKTROKIMIASEL ELEKTROKIMIA

SEL VOLTA / GALVANI SEL ELEKTROLISA

MENGHASILKAN LISTRIK MEMERLUKAN LISTRIK

Sel Galvani

19.2

Reaksi redoksspontan

anodaoksidasi

katodareduksi

PENULISAN PREAKSI PADA SEL VOLTA

Ada 3 cara penulisan

1. Reaksi elektroda : menggambarkan reaksi pada masing-masing elektroda

Katoda : Cu2+ + 2 e Cu

Anoda : Zn Zn2+ + 2 e

2. Reaksi Sel: Merupakan penjumlahan dari reaksi elektroda.

Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu

3. Notasi Sel: Menggambarkan perubahan pada ion-ionnya.

Zn / Zn2+ // Cu2+/ Cu

Standard Reduction Potentials

Standard reduction potential (E0) adalah potensial yang berkaitan dengan reaksi reduksi pada elektroda bila semua zat terlarut berkonsentrasi 1 M dan semua gas pada 1 atm.

E0 = 0 V

Standard hydrogen electrode (SHE)

2e- + 2H+ (1 M) H2 (1 atm)

Reduction Reaction

Potensial Reduksi Standar logam Zn

19.3

Zn (s) | Zn2+ (1 M) || H+ (1 M) | H2 (1 atm) | Pt (s)

2e- + 2H+ (1 M) H2 (1 atm)

Zn (s) Zn2+ (1 M) + 2e-Anode (oxidation):

Cathode (reduction):

Zn (s) + 2H+ (1 M) Zn2+ + H2 (1 atm)

19.3

E0 = 0.76 Vcell

Standard emf (E0 )cell

0.76 V = 0 - EZn /Zn 0

2+

EZn /Zn = -0.76 V02+

Zn2+ (1 M) + 2e- Zn E0 = -0.76 V

E0 = EH /H - EZn /Zn cell0 0

+ 2+2

Standard Reduction Potentials

E0 = Ecathode - Eanodecell0 0

Zn (s) | Zn2+ (1 M) || H+ (1 M) | H2 (1 atm) | Pt (s)

Standard Reduction Potentials Cu

Pt (s) | H2 (1 atm) | H+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu (s)

2e- + Cu2+ (1 M) Cu (s)

H2 (1 atm) 2H+ (1 M) + 2e-Anode (oxidation):

Cathode (reduction):

H2 (1 atm) + Cu2+ (1 M) Cu (s) + 2H+ (1 M)

Eo = Ecathode - Eanodecell0 0

E0 = 0.34 Vcell

Ecell = ECu /Cu – EH /H 2+ +2

0 0 0

0.34 = ECu /Cu - 00 2+

ECu /Cu = + 0.34 V2+o

Sel Galvani

19.2

Perbedaan potensial listrik antara katoda dan anoda disebut:

• cell voltage (potensial sel)

• electromotive force (emf) (gaya gerak listrik

• cell potential (potensial sel) Notasi Sel

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

[Cu2+] = 1 M & [Zn2+] = 1 M

Zn (s) | Zn2+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu (s)

anoda katoda

Berapa E sel yang tersusun atas elektroda Cd dalam 1,0 M Cd(NO3)2 dan elektroda Cr dalam 1,0 M Cr(NO3)3 ?(Data Eo lihat tabel Hal. 57.)

Cd2+ (aq) + 2e- Cd (s) E0 = -0.40 V

Cr3+ (aq) + 3e- Cr (s) E0 = -0.74 V

Cd is the stronger oxidizer

Cd will oxidize Cr

2e- + Cd2+ (1 M) Cd (s)

Cr (s) Cr3+ (1 M) + 3e-Anode (oxidation):

Cathode (reduction):

2Cr (s) + 3Cd2+ (1 M) 3Cd (s) + 2Cr3+ (1 M)

x 2

x 3

E0 = Ecathode - Eanodecell0 0

E0 = -0.40 – (-0.74) cell

E0 = 0.34 V cell

19.3

PERSMAAN NERNSTPERSMAAN NERNST

Untuk kondisi larutan yang tidak standar (konsentrasi tidak 1 M ) maka Potensial sel ditentukan dengan persamaan Nernst.

Esel = Eosel - log K 0,0592

n

EOsel pada keadaan standar (dicari dulu)

n = Jumlah elektron yang terlibat dalam reaksi

K = Tetapan kesetimbangan

Soal No. 29 hal 60Soal No. 29 hal 60

Esel = Eosel - log K

Jawab:

0,0592

n

Eosel= Eo

Cu - EoZn

= +0,34 – (-0,76) = + 1,10 Volt

Zn Zn2+ + 2e

Cu2+ + 2e Cu

n=2

Esel = + 1,10 - log 0,0592

2

1 M

2 M

= +1,109 volt

Soal No. 30 hal 60Soal No. 30 hal 60

Esel = Eosel - log

Jawab:

0,0592

n

Eosel= Eo

Ag -

EoMg = +0,8 – (-2,37)

= + 3,17 Volt

Mg Mg2+ + 2e

n=2

Esel = + 3,17 - log 0,0592

2

0,01

1

= + 3,2292 volt

Mg+2

Ag+

2Ag+ + 2e 2Ag

REAKSI AKAN BERLANGSUNG REAKSI AKAN BERLANGSUNG SPONTAN JIKA MEMILIKI SPONTAN JIKA MEMILIKI

HARGA EHARGA EOOSELSEL ( + ) ( + )

REAKSI TIDAK AKAN REAKSI TIDAK AKAN BERLANGSUNG JIKA MEMILIKI BERLANGSUNG JIKA MEMILIKI

HARGA EHARGA EOOSELSEL ( - ) ( - )

Kespontanan reaksi Redoks

G = -nFEcell

G0 = -nFEcell0

n = jumlah elektron yang diserah terimakan

F = 96,500J

V • mol = 96,500 C/mol

G0 = -RT ln K = -nFEcell0

Ecell0 =

RTnF

ln K(8.314 J/K•mol)(298 K)

n (96,500 J/V•mol)ln K=

=0.0257 V

nln KEcell

0

=0.0592 V

nlog KEcell

0

SEL KOMERSIALSEL KOMERSIAL

Batteries

Leclanché cell

Dry cell

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

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

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

Batteries

Zn(Hg) + 2OH- (aq) ZnO (s) + H2O (l) + 2e-Anode:

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

Zn(Hg) + HgO (s) ZnO (s) + Hg (l)

Mercury Battery

Batteries

Solid State Lithium Battery

Batteries

Anode:

Cathode:

Lead storagebattery

PbO2 (s) + 4H+ (aq) + SO2- (aq) + 2e- PbSO4 (s) + 2H2O (l)4

Pb (s) + SO2- (aq) PbSO4 (s) + 2e-4

Pb (s) + PbO2 (s) + 4H+ (aq) + 2SO2- (aq) 2PbSO4 (s) + 2H2O (l)4

Batteries

A fuel cell is an electrochemical cell that requires a continuous supply of reactants to keep functioning

Anode:

Cathode: O2 (g) + 2H2O (l) + 4e- 4OH- (aq)

2H2 (g) + 4OH- (aq) 4H2O (l) + 4e-

2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l)

SEL ELEKTROLISISSEL ELEKTROLISIS

Kutub + Kutub -

Larutan H2SO4

SO42-

SO42-

H+

H+

H+

H2OH2O H2O

H2O

Terjadi persaingan untuk mengalami

Oksidasi. Siapa yang menang ?

Terjadi persaingan untuk mengalami

Reduksi. Siapa yang menang ?

REAKSI PADA ELEKTRODAREAKSI PADA ELEKTRODA

Reaksi Pada Katoda ( - ) tergantung pada jenis kationnya (ion positif)

* ion logam aktif (Gol I A, II A, Al dan Mn ) tidak direduksi yang direduksi air.

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

* Kation lain akan direduksi.

Mx+ + x e M

REAKSI PADA ANODA

Dipengaruhi oleh jenis anoda yang digunakan dan jenis anionnya.

Anoda

Inert, C, Pt, Au

Anion

Sisa asam Oksi tidak dioksidasi yang dioksidasi air (SO4

2- NO3- )

2H2O 4H+ + 2 O2 + 4e

Sisa asam lain dan OH-

dioksidasi

2 X- X2 (g) +2e

Anoda tidak inert akan teroksidasi

M Mx+ + x e

Tuliskan reaksi yang terjadi di katoda dan anoda pada lektrolisis:

a. Larutan KCl elektroda grafit.

b. Larutan K2SO4 elektroda grafit.

c. Larutan Cu(NO3)2 elektroda Cu

d. Lelehan MgCl2 eletroda platina

e. Larutan NaOH elektroda grafit

A.Katoda (-) Reduksi 2H2O + 2 e --------- H2 + 2OH-

Anoda (+) Anoda 2 Cl- -------- Cl2 + 2 e

B. Katoda (-) Reduksi 2H2O + 2 e --------- H2 + 2OH-

Anoda (+) Anoda 2 H2O -------- O2 + 4 H+ 4 e

C. Katoda (-) Reduksi Cu2+ + 2 e ------- Cu Anoda (+) Anoda Cu ----------- Cu+2 + 2e

D. Katoda (-) Reduksi Mg2+ + 2 e ------- Mg Anoda (+) Anoda 2 Cl- -------- Cl2 + 2 e

Jawab

HUKUM FARADAYHUKUM FARADAYHukum Faraday I :

Massa zat yang dibebaskan pada elektroda berbanding lurus dengan jumlah listrik ( Q ) yang digunakan.

G ≈ Q Q = i. t

G = i. tHukum Faraday II :

Massa zat yang dibebaskan pada elektroda berbanding lurus dengan massa ekivalen zat itu.

G ≈ ME G = k . i. t . E

k = G = 1

96500 C

i. t . E

96500 C

Kuat ArusWaktu (detik)

ME =Ar

Biloks

Hubungan kwantitatif jumlah arus,

mol e-, pH dan volum gas

F =

i. t

96500 C

F =

Mol e- = i. t

96500 C

Mol e-

Mol H+ / OH-

C

96500 C

F = mol e-

Mol e- = C96500 C

Dengan konsep Stoikiometri kita dapat mengubah mol e-

Mol Zat

pH

Massa / Volume

Kerjakan soal-soal latihan yang ada Kerjakan soal-soal latihan yang ada pada buku ! No 45 s/d 50pada buku ! No 45 s/d 50

Soal:

Jika kuat arus sebesar 5 Amper dilewatkan kedalam 1 liter larutan CuSO4 selama 5 menit dengan menggunakan elektroda Pt. Maka tentukanlah :

a. Reaksi elektrodanya

b. Massa endapan yang terbentuk. Ar Cu 63,5

c. Volume gas yang terbentuk. Diukur pada suhu

27 oC tekanan 1 atm.

d. pH larutan setelah elektrolisis. (volume larutan dianggap idak berubah).

Menurut Hukum Faraday II.

Massa zat yang dihasilkan dalam elektrolisis berbanding lurus dengan Massa Ekivalen zat.

Untuk beberapa sel yang disusun seri berlaku :

G1 : G2 = E1 : E2

2 Cl- Cl2(g) + 2 e- 2 H2O + 2 e- H2 + 2 OH-

ELEKTROLISIS NaCl DENGAN SEL DIAFRAGMA

Pada Ruang katoda dihasilkan larutan NaOH yang tercampur dengan NaCl

Purification of Metals

Distillation

Ni (s) + 4CO (g) NiCO4 (g)70 0C

NiCO4 (g) Ni (s) + 4CO (g)200 0C

Electrolysis

Cu (s) (impure) Cu2+ (aq) + 2e-

Cu2+ (aq) + 2e- Cu (s) (pure)

Zone refining

20.2

Prinsp :

logam yang akan dimurnikan harus dipasang sebagai ANODA

Sebagai katoda harus logam murni.

ELEKTROLISIS NaCl DENGAN SEL MERCURI

Hg bertindak sebagai katoda

Anoda

Sebagai hasil sampingan adalah Campuran NaOH dan NaCl. Bagaimana memisahkannya ?

Industrial Industrial Electrolysis ProcessesElectrolysis Processes

Corrosion

RUSAKNYA PERMUKAAN LOGAM AKIBAT REAKSI DENGAN UDARA ( O2 dibantu air)

PERLINDUNGAN KATODA / PENGORBANAN ANODA

Prinsip : Logam yang lebih reaktif (Eo kecil) akan lebih dahulu berkarat.

Syarat : Logam yang akan digunakan untuk melindungi harus lebih reaktif

Anoda dikorbankan untuk melindungi Katoda