SEL ELEKTROKIMIA

Sel elektrokimia ini terbagi menjadi dua jenis, yaitu sel Volta dan sel elektrolisis. Sel elektrokimia ini juga tersusun atas dua elektrode yaitu :

1.        Anode, tempat berlangsungnya reaksi oksidasi

2.        Katode, tempat berlangsungnya reaksi reduksi 

A.  SEL VOLTA

Gambar 1.  Diagram Sel Volta

Sel Volta merupakan jenis sel elektrokimia yang dapat menghasilkan energi listrik dari reaksi redoks yang berlangsung secara spontan. Penamaan sel Volta dan sel Galvani diberikan untuk menghargai jasa penemunya yaitu Alexander Volta dan Luigi Galvani. 

Kespontanan suatu reaksi dapat dapat ditentukan dengan menggunakan deret Volta :

Li-K-Ba-Ca-Na-Mg-Al-Mn-Zn-Cr-Fe-Cd-Co-Ni-Sn-Pb-(H)-Cu-Hg-Ag-Pt-Au

Untuk mengingat atau menghafalnya bisa dengan kalimat :

Lihat Kalau Bapak Caesar Nanti Meninggal Alam Mana Zaman C(k)erajaan Fer’aun Cari dengan

Computer, Nabi Sulaiman Pemberantas buta (Huruf) C(k)erupuk Hangus Agak Pahit Auww.. 

Sifat dari deret Volta tersebut semakin ke kanan semakin bersifat reduksi dan semakin kekiri semakin bersifat reduksi

Pada sel Volta, anode adalah kutub negatif (-) dan katode adalah kutub positif.(+), dan setiap elektrode mengalami reaksi setengah sel. Reaksi pada anode adalah reaksi oksidasi, sedangkan pada katode terjadi reaksi reduksi. Penulisan reaksi kimia dalam sel Volta menggunakan diagram sel. Reaksi pada Anode ditulis di sebelah kiri dan reaksi pada katode ditulis di sebelah kanan.

Penulisannya untuk diagram sel:        

 

anode | larutan  || larutan | katode

Contoh :

Diagram sel untuk reaksi Zn dan Cu pada sel Volta dapat ditulis sebagai berikut : 

                        Zn | Zn²⁺  ||  Cu²⁺ | Cu 

Pada diagram sel tersebut berarti terjadi reaksi seperti berikut: 

·         Zn berada di reaksi sel anode karena posisinya pada deret Volta ada di sebelah kanan (lebih oksidasi)

·         Cu berada di reaksi sel katode karena posisinya pada deret Volta ada di sebelah kiri (lebih reduksi)

 

POTENSIAL ELEKTRODE dan POTENSIAL SEL

Reaksi reduksi dapat menimbulkan potensial listrik tertentu yang disebut potensial reduksi atau potensial elektrode dengan simbol E. Tetapi potensial reduksi tidak dapat dihitung, sebab tidak ada reaksi reduksi tanpa adanya reaksi oksidasi. Oleh sebab itu nilai E yang digunakan adalah nilai E relatif yang dibandingkan dengan elektrode standar, sehingga nilai E yang dipakai adalah E standar atau potensial elektrode standar (E^o). Potensial reduksi nilainya sama dengan potensial oksidasi hanya berbeda pada tanda yang belawanan, seperti pada pernyataan beikut : 

                 E^o Oksidasi  =  - E^o Reduksi

Contoh :

Reaksi reduksi    :  Zn²⁺  +  2e  →  Zn               E^o  = - 0,76 volt

Reaksi oksidasi   :  Zn   →  Zn²⁺  +  2e              E^o  = + 0,76 volt

 

Cara Menghitung Potensial Sel dan Kespontanan Reaksi 

Perhitungan Potensial Sel dapat dilakukan seperti pada rumus berikut : 

            E^o Sel  =  E^o sel katode - E^o sel anode 

Bila terjadi reaksi redoks pada sel elektrokimia, maka potensial sel setiap elektrodenya dapat dihitung. Reaksi redoks akan berlangsung secara spontan apabila potensial selnya bernilai positif. Sebaliknya reaksi redoks akan berlangsung tidak spontan jika potensial sel nya bernilai negatif. 

Contoh soal :

Diketahui dua elektrode sebagai beikut :

Ag⁺  +  e^-  →  Ag                        E^o  = + 0,79 volt

Mg²⁺  +  2e  →  Mg                    E^o  = - 2,34 volt

1.        Tentukan  E^o sel yang dihasilkan oleh kedua elektrode tersebut

2.        Tuliskan reaksi sel dan reaksi elektrode serta diagram selnya

3.        Tentukan kespontanan reaksinya 

Perhitungan E^o sel dapat dilakukan dengan 2 cara

 

1.        Dengan cara menggunakan reaksi setengah sel

 

Pembahasannya : 

diagram selnya :   anode  ||  katode

diagram selnya :   Mg | Mg²⁺  ||  2Ag⁺ | 2Ag

2.        Perhitungan dengan cara menggunakan rumus

Diketahui :

                 2Ag⁺ (aq) +  2e^-  →  2Ag(s)         E^o  = + 0,79 volt

                        Mg²⁺(aq)  →  Mg(s) +  2e^-           E^o  = + 2,34 volt

      

       Pembahasannya: 

       Ag sebagai katode (reduksi)       :  karena posisinya di deret Volta ada di sebelah kanan         

       Mg sebagai anode (oksidasi)      :  karena posisinya di deret Volta ada di sebelah kiri

       Rumus :    E^o Sel  =  E^o sel katode  -  E^o sel anode

                        E^o Sel  =  E^o sel Ag  -  E^o sel Mg

                                    =  + 0,79 volt   -   (-2,34) volt

                                    =  + 0,79 volt   +   2,34 volt

                                    =  + 3,13 volt

       E^o Sel  =  + 3,13 volt

       E^o Sel  bernilai positif berarti reaksi berlangsung dengan spontan

B.   SEL ELEKTROLISIS

Sel elektrolisis adalah sel elektrokimia yang menggunakan energi listrik agar reaksi kimia dapat terjadi. Sel ini merupakan kebalikan dari sel Volta. Pada sel elektrolisis katode bermuatan negatif sedangkan anode bermuatan negatif. Untuk memahami lebih jelasnya mengenai perbedaan sel Volta dan sel elektrolisis amatilah gambar berikut :

Gambar 2.  Perbedaan sel Volta dan sel elektrolisis

Gambar tersebut menjelaskan reaksi antara Sn dan Cu dalam sel Volta dan sel elektrolisis.

Reaksi kimia pada setiap sel dapat ditulis sebagai berikut :

Sel elektrolisis terdiri atas zat yang dapat mengalami ionisasi (larutan atau lelehan), elektrode dan sumber listrik (baterai). Bermula dari aliran listrik yang dialirkan dari kutub negatif baterai ke katode (sel yang bermuatan negatif). Larutan atau lelehan akan terionisasi menjadi kation dan anion. Selanjutnya kation di katode akan mengalami reaksi reduksi dan anion di anode akan mengalami reaksi oksidasi.          

Cara menuliskan reaksi kimia dalam sel elektrolisis

1.        Sel dengan Elektrolit Lelehan

Umumnya sel dengan elektrolit lelehan menggunakan elektrode yang tidak bereaksi atau elektrode inert, yaitu Platina (Pt) dan Karbon (C). Sel berbentuk lelehan ini tidak mengandung pelarut / air (H₂O), hanya mengandung kation dan anion. Kation langsung di reduksi dan anion langsung dioksidasi.

Contoh :

Tuliskanlah reaksi elektrolisis lelehan NaCl dan lelehan ZnO menggunakan elektrode Pt              

   

2.        Sel dengan Elektrolit Larutan dan Elektrode Tidak Reaktif (Pt/C)

Dalam sel ini tidak ada pengaruh elektrode, tetapi karena di dalam larutan mengandung air, harus tetap diperhatikan kemungkinan pelarut air mengalami reaksi redoks.

Reaksi redoks pada air (H₂O) adalah sebagai berikut :

Reduksi        :    2H₂O (l)  +  2e^-  →  2OH^-(aq)  +  H₂ (g)      

Oksidasi       :    2H₂O (l)  →  4H⁺(aq)  +  O₂ (g)  +  4e^-    

 

·         Reaksi pada katode

Pada katode terjadi reaksi reduksi kation.

a)       Potensial reduksi kation logam golongan transisi lebih positif dari pada potensial reduksi H₂O, sehingga yang direduksi pada katode adalah Kation Logam bukan H₂O. 

       Logamnya antara lain :   Zn²⁺, Ni²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺, Ag⁺ dan Sn²⁺.

b)       Potensial reduksi kation golongan utama (K⁺, Na⁺, Ca²⁺ dan Ba²⁺) lebih kecil dari pada potensial reduksi H₂O, oleh sebab itu yang direduksi pada katode adalah H₂O bukan Kation Logam.

 

·         Reaksi pada anode

       Pada anode terjadi reaksi oksidasi anion.

Anion merupakan sisa asam yang terbagi menjadi 2 jenis, yaitu :

a)       Anion yang tidak megandung oksigen (Cl^-, Br^- dan F^-). 

       Anion ini lebih mudah mengalami oksidasi dari pada H₂O, sehingga yang dioksidasi pada anode adalah anion yang tidak mengandung oksigen.

b)       Anion yang mengandung oksigen. 

       Kecenderungan anion ini untuk melakukan reaksi oksidasi lebih kecil dari pada H₂O, sehingga yang teroksidasi pada anode adalah H₂O.

CONTOH SOAL:

Tuliskan reaksi elektrolisis dari :

a.         Larutan AgNO₃ menggunakan elektrode Pt

b.        Larutan NaCl menggunakan elektrode C/grafit

c.         Larutan K₂SO₄ menggunakan elektrode Pt

Pembahasannya :

•           Pada larutan AgNO₃, Ag adalah kation logam transisi, sehingga kation ini yang direduksi. Sedangkan anionnya adalah NO₃^-  adalah anion yang mengandung oksigen, sehingga yang teroksidasi adalah H₂O.

•       Pada larutan NaCl, Na adalah kation logam utama, sehingga yang direduksi adalah H₂O. Sedangkan anionnya adalah Cl^- adalah anion yang tidak mengandung oksigen, sehingga yang teroksidasi adalah Cl^-.

•           Pada larutan K₂SO₄, K adalah kation logam utama, sehingga yang direduksi adalah H₂O. Sedangkan anionnya adalah SO₄^-2  adalah anion yang mengandung oksigen, sehingga yang teroksidasi adalah H₂O.

3.           Sel dengan Elektrolit Larutan dan Elektrode Reaktif (Pt/C)

Elektrode reaktif adalah elektrode yang turut bereaksi dan hanya terjadi pada anode (reaksi oksidasi). Contoh elektrode reakstif , yaitu Cu, Ni, Zn, Ag, Fe dan Pb (elektrode selain Pt dan C/grafit).

 ·         Reaksi pada katode

Pada katode terjadi reaksi reduksi kation.

Ketentuan potensial reduksi kation sel ini sama dengan elektrode yang tidak reaktif. Untuk Kation logam golongan transisi, yang direduksi adalah Kation Logam bukan H₂O.  Sedangkan untuk kation golongan utama (K⁺, Na⁺, Ca²⁺ dan Ba²⁺), yang direduksi adalah H₂O bukan Kation Logam.

 

·         Reaksi pada anode

Pada sel ini anode dioksidasi langsung menjadi larutannya. Semua anion tidak teroksidasi pada sel ini, baik anion yang mengandung oksigen maupun yang tidak mengandung oksigen.

 

CONTOH SOAL :

Tuliskan reaksi elektrolisis dari :

a.         Larutan CuSO₄ menggunakan elektrode Ag

b.        Larutan KCl menggunakan elektrode Ni

c.         Larutan CaCl₂ dengan katode Cu dan anode Pt

Pembahasannya :

a.        Pada larutan CuSO₄, 

       Cu adalah kation logam transisi, sehingga kation ini yang direduksi. Sedangkan anionnya adalah SO₄^2-  tidak teroksidasi, sehingga yang teroksidasi adalah elektrode Ag.

b.        Pada larutan KCl, 

       K adalah kation logam utama, sehingga yang direduksi adalah H₂O. Sedangkan anionnya adalah Cl^- tidak teroksidasi, sehingga yang teroksidasi adalah elektrode Ni.

c.           Pada larutan CaCl₂, 

Ca adalah kation logam utama, sehingga yang direduksi pada katode adalah H₂O.  Elektrode Cu tidak tereduksi di katode walaupun reaktif. Sedangkan pada anode yang digunakan sebagai elektrode adalah Pt yang besifat tidak reaktif. Oleh sebab itu pada anode yang teroksidasi adalah anion Cl^-, karena anion Cl^- tidak mengandung oksigen.

C. KEGUNAAN SEL ELEKTROLISIS

Sel elektrolisis dapat digunakan dalam bidang industri, diantaranya dalam pembuatan gas, proses penyepuhan logam dan proses pemurnian logam.

1.       Pembuatan Gas

Sel elektrolisis dapat digunakan dalam pembuatan gas, misalnya gas oksigen, hidrogen dan klorin. Untuk menghasilkan gas oksigen dan hidrogen, dapat menggunakan larutan elektrolit dari kation golongan utama (K⁺ dan Na⁺) dan anion yang mengandung (SO₄^2- dan NO₃^-) dengan elektrode Pt atau C/grafit.  Misalnya elektrolisis larutan Na₂SO₄ menggunakan elektrode karbon, reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

 

Walaupun yang tereduksi dan teroksidasi adalah H₂O tidak berarti elektrolit Na₂SO₄ tidak diperlukan. Larutan elektrolit ini diperlukan sebagai penghantar listrik.

 

2.       Proses Penyepuhan Logam

Proses penyepuhan logam dengan emas, perak atau nikel, bertujuan untuk menutupi logam yang penampilannya kurang baik atau melindungi logam yang mudah berkarat. Contohnya, mesin kendaraan bermotor yang terbuat dari baja umumnya dilapisi kromium agar terhindar dari korosi atau karat.

Gambar 3.   Besi yang berkarat

Beberapa alat rumah tangga juga disepuh dengan perak sehingga lebih awet dan penampilannya juga tampak lebih apik. Badan sepeda titanium dilapisi dengan titanium oksida (TiO₂) yang bersifat keras dan tehindar dari korosi.

Gambar 4.   Bagian kendaraan yang dilapisi krom tampak lebih mengkilap

Proses penyepuhan adalah penggunaan sel dengan elektrolit larutan dan elektrode reaktif. Contoh, reaksi penyepuhan logam besi dilapisi emas digunakan larutan elektrolit AuCl₃ (aq).              

Seperti pada reaksi sebagai berikut :

Proses yang terjadi adalah oksidasi logam Au (emas) pada anode menghasilkan ion Au³⁺ bergerak ke katode (besi, Fe) menggantikan kation Au³⁺ yang direduksi di katode. Kation Au³⁺ yang direduksi di katode membentuk endapan logam emas melapisi logam besi yang dipasang di katode.

Gambar 5.   Proses Penyepuhan pada sendok yang dilapisi perak

 

3.       Pemurnian Logam

Pemurnian logam sering dilakukan pada penambangan. Logam transisi yang kotor dapat dimurnikan dengan cara menempatkannya di anode sedangan logam murninya sebagai katode. Elektrolit yang digunakan adalah elektrolit yang mengandung kation logam yang akan dimurnikan. Contoh proses pemurnian nikel, menggunakan elektrolit NiSO₄. Nikel murni digunakan sebagai katode sedangan nikel kotor (logam yang dimurnikan) digunakan sebagai anode. Reaksinya adalah sebagai berikut :

Logam nikel yang kotor pada anode teroksidasi menjadi ion Ni²⁺, kemudian ion Ni²⁺ ini direduksi di katode membentuk logam Ni dan bergabung dengan katode yang merupakan logam murni.

Kation Ni²⁺ di anode bergerak ke katode menggantikan kation Ni²⁺ yang direduksi. Untuk mendapatkan logam murni di katode haus ada penyaringsehingga kotoran (tanah, pasir) hanta berada di anode tidak berpindah ke katode.

Gambar 6.   Pemurnian logam Nikel

Channel Education