Elektrokimia | sel volta dan sel elektrolisis

Cabang dari ilmu kimia yg mempelajari aspek kelistrikan pada proses kimia melalui reaksi redoks sehingga terdapat perubahan energi dan perpindahan elektron
Reaksi sel ini terbagi menjadi 2:

• Sel volta atau sel galvani
• Sel elektrolisis

Persamaan

1. menggunakan elektrode
2. terdapat katode (tempat terjadi reduksi), anode (tempat terjadi oksidasi)
3. Larutan elekteolit (bisa berupa garam, elektrolit kuat yang derjat ionisasinya 1, asam kuat, basa kuat)

Perbedaan

1.  Dalam sel volta reaksi kimia akan dirubah menjadi energi listrik
2. Dalam sel elektrolisis listrik akan diubah menjadi rekaksi kimia
3. R. spontan adalah reaksi yang tidak memerlukan energi lagi (berlangsung sendiri)
4. R. Non spontan adalah reaksi yang memerlukan energi listrik untuk menghasilkan reaksi kimia

1. SelVolta/SelGalvani

Nama ini diambil dari ilmuwan yg berasal dari italia alessandro volta dan luigi galvani untuk menghormatinya sebagai pembuat sel pertama, Reaksi sel ini terjadi secara spontan, selisih dari energi reaktan (+) dan energi produk (-) dirubah menjadi energi listrik artinya sistem yg melakukan kerja terhadap lingkungan

Ketika 2 elektrode berupa seng dan tembaga dicelupkan kedalam larutan Zn(NO3)2 dan Cu(NO3)2 reaksi yg akan terjadi:
Zn > Zn²+ + 2e-
Cu²+ + 2e- > Cu

Dimana Zn akan teroksidasi melepas 2 elektronnya dan Cu²+ akan tereduksi mengikat 2 elektron dari Zn, dari fakta ini dapat disimuplkan bahwa:

1. Zn menjadi kutub negatif (anode) dan Cu menjadi kutub positif (katode)
2. Batang elektrode Zn lama kelamaan akan terkikis karena teroksidasi dan Batang Cu akan Terlihat seperti menggumpal

Jembatan garam (Salt Bridge)
Fungsi jembatan garam adalah untuk menetralkan larutan yg kelebihan kation dan elektron. Seperti pembahasan diatas larutan Zn(NO3)2 akan kelebihan kation karena teroksidasi dan Larutan Cu(NO3)2 akan kelebihan muatan negatif dan disinilah jembatan garam memainkan perannya, anion dari jembatan garam akan masuk ke Larutan yang kelebihan muatan positif dan kation garam akan masuk ke larutan yang kelebihan muatan negatif.

Notasi sel

Dalam menuliskan notasi sel bagian anode/yg teroksidasi  dituliskan terlebih dahulu kemudian diikuti tanda garis lurus ‘|’ untuk membatasi antara fasa cair (Aq) dan fasa padat (S) apabila fasa sama-sama cair maka tanda ‘|` diganti dengan koma ‘,’kemudian dilanjutkan dengan menulis 2 garis lurus ‘||’ yg melambangkan sebagai jembatan garam setelah itu menulis reaksi setengah sel katode/ yg tereduksi (sama dengan cara pertama)
Lebih jelasnya silahkan lihat gambar diatas.

Potensial sel
Untuk suatu sel jika ingin melangsungkan reaksi spontan (listrik) energi potensialnya wajib positif (E0>0)Cara yg digunakan untuk menentukan nilai potensial sel terdapat 2 macam, yakni:

1. menggunakan voltmeter atau potensio meter
2. meggunakan data potensial elektrode positif dan potensial elektrode negatif

Untuk cara yg ke dua cara menghitungnya dengan menggunakan rumus:
E0sel = E0(+) – E0(-)
Tentukan terlebih dahulu zat yg terdapat didata terjadi di anode atau katode, membedakannya cukup mudah dengan zat yg memiliki data potensial yg lebih besar/ positif berarti terjadi di katode dan otomatis zat satunya terjadi di anode 

Diketahui data potensial sel sebagai berikut:
Zn²+ + 2e- > Z   E0=  -0,76 V
Cu²+ + 2e- > Cu E0= +0,34 V

Tentukan E0sel ! Jawab Dari data diatas nilai ptensial sel Cu jauh lebih positif maka Cu terjadi reakai reduksi di katode.
(otomatis Zn di anode)

E0sel = E0(+) – E0(-)
E0sel = 0.34 - (-0,76)
E0sel = 1,1 Volt

Potensial Reduksi Standart (E0)

E0 adalah potensial listrik yg sihasilkan elekteode hanya pada reaksi reduksi dan pada keadaan standart (25°C, 1 atm) Pada tabel gambar diatas semakin keatas maka semakin mudah suatu zat mengalami reduksi, seperti yg kita lihat Fluorida berada paling atas berarti termasuk mudah mengalami reduksi atau oksidator kuat (sulit oksidasi/reduktor lemah). Sebaliknya semakin kebawah maka semakin mudah mengalami oksidasi atau reduktor kuat (sulit reduksi/oksidator lemah).

Deret Volta
Dari tabel potensial reduksi standar diatas kita dapatkan suatu Deret Volta (Deret potensial logam) yg hanya berisi logam logam saja.

Mulai logam Li yg sangat mudah teroksidasi atau reduktor kuat sampai logam Au yg mudah terduksi Inilah alasan mengapa Logam Au/Emas sangat mahal karena sulit teroksidasi/ yg paling stabil sulit berkarat sedangkan logam Fe/besi berada ditengah tengah karena rentan teroksidasi (rentan berkarat).

Sumber gambar | Perbesar gambar

dengan deret volta ini kita dapat meramalkan suatu reaksi berlangsung atau tidak.

• Reaksi berlangsung jika suatu zat yg akan dioksidasi berada di sebelah kiri oksidatornya
• Tidak terjadi reaksi jika suatu zat yg akan dioksidasi berada di sebelah kanan oksidatornya

Contoh:
Ca(s) + ZnSO4(aq) > CaSO4(aq) + Zn(s)
Reaksi ini dapat berlangsung karena Letak Ca disebelah kiri Zn dalam deret volta

Al(s) + NaCl(aq) > tidak bereaksi
Reaksi ini tidak dapat berlangsung karena letak Al disebalah kanan Na dalam deret volta

2. Sel Elektrolisis

Reaksi sel ini adalah merubah energi listrik menjadi reaksi kimia artinya reaksi ini membutuhkan energi listrik (reaksi redoks nonspontan) lingkungan yg melakukan kerja terhadap sistem
Elektrolisis dibagi menjadi 2:
- larutan
- lelehan/leburan/cairan

Aturan elektrolisis larutan
Larutan adalah campuran dari zat terlarut dan zat pelarut dan memiliki derajat ionisasi 1/ elelktrolit kuat umumnya pelarut adalah air

pada katode akan selalu terjadi reduksi tetapi yg tereduksi tidak asal ya, yg pertama kali dilihat adalah kationnya jika kationnya berupa H+, maka akan terduksi menjadi 2H+ + 2e- → H2
Apabila kationnya berupa logam (selain logam golongan IA, IIA, Al dan Mn) maka yg tereduksi logam tersebut
L²+ +2e- → L

Pada Anonde  selalu terjadi reaksi oksidasi dan yg pertama kali dilihat adalah batang elektrodenya kemudian anionnya
Apabila Elektrodenya inert (Pt, Au, C) kemudian melihat anionnya, apabila anionnya OH- maka OH- yang akan teroksidasi
4OH- → 2H2O + O2 + 4e-
Apabila anionnya dari sisa asam, kemudian dibedakan lagi jika sisa asam yg mengandung oksigen yg teroksidasi adalah air misalnya (H2SO4, KNO3 dan lain lain)
2H2O → 4H+ + O2 + 4e-
Apabila anionnya berasal dari sisa asam yg tidak mengandung oksigen mislanya (HCl, HI dll) maka yg teroksidasi sisa asam itu sendiri
2Cl- → Cl2 + 2e-
Dan untuk batang elekteode anode yg non inert (misalnya Cu) maka Cu sendiri yg akan teroksidasi
Cu → Cu²+ + 2e-

Aturan elektrolisis lelehan/leburan/cairan
Pada reaksi ini hanya melibatkan elektrode, kation dan anion saja karena dalam bentuk lelehan tidak ada pelarut atau air sehingga tidak ada air yg tereduksi atau teroksidasi
Dalam menentukan masa endapan elektrolisis, kuat arus listrik dll kita menggunakan hukum faraday I dan faraday II
Hukum faraday diajukan oleh Michael Faraday seorang ilmuwan berasal dari inggris

Bunyi hukum faraday I
“Massa hasil elekteolisis pada suatu elektroda selama elektrolisis berlangsung (m) berbanding lurus dengan jumlah muatan listrik yang digunakan (Q).”
Jadi kita dapatkan bahwa

m = Q

Dan jumlah muatan listrik (Q) berbanding lurus dengan hasil kali kuat arus listrik (i) dan waktu (t)
kita dapatkan kembali bahwa

m = Q = i x t

Muatan listrik juga berbanding lurus terhadap jumlah mol elektron dalam reaksi redoks dan dalam 1 mol elektron memiliki nilai muatan listrik sebesar 96.500 Coulumb yg ditetapkan sebagai konstanta Faraday (F)  jadi kita dapatkan dari teori ini

Q = ne x F

Hubungan antara muatan listrik, mol elektron, konstanta faraday  dan 

m = Q = i x t =  ne x F

Jangan bingung dengan rumusnya ya ini cuma bolak balik saja kok cuma ilmu matematikanya yg main disini :)

Bunyi hukum II Faraday

“Massa hasil elektrolisis suatu elektrode selama elektrolisis berlangsung (m) berbanding lurus dengan massa ekivalen zat tersebut (e)”

Jadi jika kita berikan muatan listrik yg sama maka massa zat hasil elektrolisis juga sama dengan perbandingan nilai massa ekivalennya

Kita dapatkan rumus

mA/eA=mB/eB

Mungkin lebih mudah ditangkap kalian dengan gamabar dibawah ini yg berasal dari studiobelajar.com

Sekian pembahasan mengenai elektrokimia semoga bermanfaat bila terdapat pertanyaan silahkan tinggalkan dikomentar.

Untuk contoh soal-soalnya akan saya bahas diartikel yg akan mendatang.