Elektrokimia

Proses yang melibatkan nsfer elektron

Elektrokimia

• sel elektrokimia melibatkan adanya tranfer elektron dari elektroda tempat terjadinya oksidasi (anoda) menuju tempat terjadinya reaksi reduksi (katodik)

• Oksidasi : proses pelepasan elektron

• Reduksi ; proses penerimaan elektron

• Sel elektrokimia ada 2: sel galvani dan sel elektrolitik (elektrolisis)

Sel galvani /sel volta

Sel volta Cu dan Zn

• Zn/Zn 2+ (1M)// Cu 2+ (1M)/Cu

• Anoda (-) ; Zn = Zn 2+ + 2e

• Katoda (+) : Cu 2+ + 2e = Cu

• Reaksi sel : Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu

• E sel = Ecat – E And= E Cu 2+/Cu - E Zn2+/Zn

= 0,337 - (-0,763)V = 1,10 V

Contoh lain

• PtFe2+, Fe3+ H+H2Pt

Jawab

• Fe 2+ Fe 3+ + e ( oksidasi)

• 2H+ + 2e H2 (reduksi)

• 2Fe 2+ + 2H+ 2 Fe 3+ + H2 Reaksi sel

Potensial sel

• Potensial elektroda standar

• Pt, H2 (1 bar) H+ (a=1) Cu2+ (a=1)Cu

Potensial sel

Contoh Sel galvani

Zn/ZnSO4 (1M)// CuSO4(1M)/Cu

E 0 = 1,10 Volt

• Elektroda Reaksi katoda (reduksi) E0 Sel (Volt)

• Li +/Li Li + + e Li - 3,04

• K+/K K+ + e K - 2,925

• Ca 2+ / Ca Ca 2+ + 2e Ca -2,87

• Na+/Na Na+ + e Na - 2,714

• Mg 2+ /Mg Mg 2+ + 2e Mg - 2,363

• Al 3+ /Al Al 3+ + 3e Al - 1,662

• H2O/H2,OH- 2H2O + 2e H2 + 2OH- - 0,828

• Zn 2+ /Zn Zn 2+ + 2e Zn - 0,763

• Cr3+ /Cr Cr3+ + 3e Cr - 0,744

• Fe 2+ /Fe Fe 2+ + 2e Fe - 0,440

• Cd 2+ / Cd Cd 2+ + 2e Cd - 0,403

• Co2+ /Co Co2+ + 2e Co - 0,277

• Ni 2+ /Ni Ni 2+ + 2e Ni - 0,250

• Sn 2+ /Sn Sn 2+ +2e Sn - 0, 136

• Pb 2+ /Pb Pb 2+ + 2e Pb - 0, 126

• 2H+ /H2 2H+ + 2e H2 0,000

• Sn 4+ /Sn 2+ Sn 4+ + 2e Sn 2+ + 0, 15

• Cu 2+ / Cu Cu 2+ + 2e Cu + 0, 337

• O2/OH - O2 + 2H2O + 4e 4 OH - + 0, 401

• Fe3+ /Fe Fe3+ + 3e Fe + 0, 771

• Hg22+ /Hg Hg2

2+ + 2e 2Hg + 0, 788

• Ag +/Ag Ag + + e Ag + 0, 799

• O2 /OH - O2 + 2H2O + 4e 4OH - + 0, 82

• Pt 3+ / Pt Pt 3+ + 3e Pt + 1,200

• O2 / H2O O2 + 4H+ +4e 2H2O + 1,229

• Cr2O72- /Cr 3+ Cr2O7

2- + 14H+ +6e 2Cr 3+ + 1,33

• Cl2/Cl - Cl2 + 2e 2Cl - + 1,358

• PbO2 /Pb PbO2+4H++4e Pb2+ + 2H2O + 1, 46

• Au 3+ /Au Au 3+ + 3e Au + 1, 498

• MnO4-/Mn 2+ MnO4

- + 8H+ +5e Mn 2+ + 1, 52

• PbO2/PbSO4 PbO2 + 4H++SO42- + 2ePbSO4 + H2O + 1, 68

• H2O2/H2O H2O2 + 2H+ + 2e 2H2O + 1, 78

• F2 /F - F2 + 2e 2F - + 1, 87

Potensial sel • PtH2H

+Cu2+Cu reaksi• Reaksi di anoda H2 2H+ + 2e-

• Reaksi di katoda Cu2+ + 2e- Cu• Reaksi keseluruhan H2 + Cu2+ 2H+ + Cu• Saat 1 mol H2 bereaksi dengan 1 mol Cu2+, 2 mol elektron mengalir

melalui sirkuit luar. Menurut Hukum Faraday, ini berarti terjadi transfer 2 x 96.465 C listrik.

• Emf sel tersebut adalah + 0.3419 V sehingga kerja listrik yang dihasilkan adalah :

2 x 96.485 x 0.3419 CV = 6.598 x 104 J• Kerja dilakukan sistem, yaitu kerja yang dilakukan oleh sel

elektrokimia adalah sama dengan penurunan energi Gibbs maka G = - 6.598 x 104 J

• Perubahan energi Gibbs standar dengan potensial sel standar ; G = - nFE dan pada keadaan standar : Go = - nFEo

• Potensial sel pada keadaan standar dapat digunakan untuk menentukan tetapan kesetimbangan melalui perubahan energi Gibbs.

Contoh • Tentukan reaksi yang berlangsung spontan ( E sel >

nol)!a. Cu + 2 H+ Cu2+ + H2

b. Zn + 2H+ Zn2+ + H2

c. Zn + Ni2+ Zn2+ + Ni• Jawab • E0sel = E0 katoda – E0 anoda = E0

H+/H2 – E0Cu2+/Cu

= 0,00 – 0,337 = -0,3337 Volt• E0sel = E0 katoda – E0 anoda = E0

H+/H2 – E0Zn2+/Zn

= 0,00 – (-0,763) = 0,763 Volt• E0sel = E0 katoda – E0 anoda = E0

Ni2+/Ni – E0Ni2+/Ni

= - 0,250 – (-0,763) = 0,510 Volt

Pers. Nernst

• Untuk sel dengan persamaan reaksi H2 + Cu2+

2H+ + Cu• Menurut Nenst, E sel = Eosel - RT/nF ln K

= Eosel - RT/nF ln a Red/ a Oks . K = [a.Cu . a.H+]/[pH2.a Cu2+]

• untuk aktivitas zat padat = 1, maka K = [a H+]/[a.Cu2+]

• Besarnya a = γ. C, untuk larutan encer koefisien aktivitas (γ) = 1, maka a = C

• persamaan Nernst untuk reaksi Cu 2+ + Zn Zn 2+ + Cu,

• E sel = Eosel – RT/nF ln [Zn 2+]/[Cu 2+],

Lanjutan • Pada suhu 25oC dan tekanan 1 atm, besarnya

2,393 RT/F = 0,0591, persamaannya menjadi• Esel = Eosel – 0,0591/n log [C Zn 2+]/[Ccu 2+]• Untuk sel : Zn Zn2+ (0,01M) Cu2+ (0,1M)Cu• reaksi Zn + Cu 2+ Cu + Zn 2+ dan konsentrasi

Cu2+ 0,1 M dan Zn2+ 0,01M, • E0sel = E0katoda – E0 anoda = 0,34 - (-76) = 0,34

+ 0,76 = 1,10 Volt/SHE• E sel = E0 sel – 0,0591/n log [Zn 2+ /Cu 2+] = 1,10

– 0,0591/2 log (0,01/0,1) = 1,10 – 0,0591/2 log 0,1 = 1,10 - 0,0591 /2 .( -1) = 1,10+ 0,0295 = 1,1285 Volt

Latihan

• Tuliskan reaksi sel pada sel berikut!– Cu /Cu 2+// Sn 2+ /Sn– Fe / Fe 2+ // Ag + /Ag – Zn / Zn 2+ // H+/H2– Al / Al 3+ // Ni 2+ /Ni– Mg /Mg 2+ // Pb 2+ /Pb

• Hitunglah E sel pada kondisi standar untuk sel • Hitung E sel;

– Al / Al 3+ // Ni 2+ /Ni– Mg /Mg 2+ // Pb 2+ /Pb

Aplikasi

• Baterai /accu

• Baterai kering

• Sel bahan bakar

• Korosi logam

Baterai

• Elektroda negatif (anoda) : Pb

• Elektroda positip (katoda ): PbO2

• Elektrolit : larutan asam sulfat (H2SO4) : 30%

Reaksi

Anoda : Pb + H2SO4 = PbSO4 + 2H+ + 2e

Katoda : PbO2 + SO4 2- + 4H+ 2e = PbSO4 + 2H2O

Baterai kering

• Anoda : Zn

• Katoda : grafit/karbon /C

• Elektroolit : salmiak (NH4Cl), pasta, MnO2

• Reaksi

• Anoda : Zn Zn 2+ + 2e

• Katoda :2MnO2 + H2O + 2e Mn2O3 + 2OH-

Dalam larutan : NH4Cl bereaksi dgn Zn 2+ Zn(NH3)4 Cl2 atau Zn2+ + OH - Zn(OH)2 putih

Sel bahan bakar

• Anoda : H2

• Katoda: Oksigen (O2)

• Elektrolit basa (KOH)

Reaksi

Anoda (-) : H2 + 2OH - = 2H2O + 2e

Katoda (+) : ½ O2 + H2O + 2e = 2OH -

Sel korosi logam

• Anoda (-) : logam

• Katoda (+) : logam

• Elektrolit : udara lembab, air, larutan

Reaksi : korosi logam di udara lembab

Anoda : Fe Fe 2+ + 2e

Katoda : ½ O2 + H2O + 2e = 2OH –

Reaksi ini terjadi di permukaan logam ; sehingga Fe 2 + dan OH- Fe(OH)2 , yang dgn Oksigen Fe(OH)3 Fe2O3.xH2O ( karat )