Cerdas Bersama Kimia

A.     Tujuan Pembelajaran

Setelah kegiatan pembelajaran 1 ini diharapkan Anda dapat:

1.    Mengidentifikasi susunan sel Volta dan prinsip kerja sel volta

2.    Menghitung potensial sel berdasarkan data potensial standar

B.      Uraian Materi

Pada prinsipnya reaksi redoks spontan dapat digunakan sebagai sumber listrik. Reaksi redoks spontan merupakan reaksi redoks yang dapat berlangsung dengan sendirinya. Jika kedalam larutan CuSO4 dicelupkan logam seng maka akan terjadi reaksi redoks yang spontan. Secara makrokospis terlihat larutan CuSO4 yang berwarna biru semakin memudar seiring dengan terbentuknya lapisan hitam pada permukaan seng. Apakah kalian tahu bagaimana prosesnya?

Gambar 1. Reaksi logam seng dengan larutan CuSO4 berlangsung spontan (Sumber : Chemistry_McMurry,2012)

Secara mikroskopis proses reaksi dapat diilustrasikan seperti gambar, seng secara spontan mengalami oksidasi menjadi Zn2+ yang masuk ke dalam larutan. Pada permukaan tembaga terjadi reduksi, elektron yang terlepas ditangkap Cu2+ dari larutan, sehingga terbentuk endapan dari tembaga. Reaksi:

Oksidasi

(a) Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-

Reduksi

(b) Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)

Tentu kalian ada yang bertanya, bagaimana cara membuat rangkaian yang dapat mengubah reaksi redoks spontan menjadi energi listrik? Bagaimana susunan selnya? Yuk, simak diskusi kita tentang sel Volta.

1.    Prinsip kerja sel Volta

Sel volta adalah sel elektrokimia dimana energi kimia dari reaksi redoks spontan diubah menjadi energi listrik.

Gambar 2. Diagram sel Volta dan bagian-bagiannya

(Sumber : sumberbelajar.belajar.kemdikbud.go.id/)

Elektroda di mana reaksi oksidasi terjadi disebut anoda. Adapun elektroda di mana reaksi reduksi terjadi disebut katoda. Pada sel Volta anoda bermuatan negatif dan katoda bermuatan positip. Elektron mengalir dari anoda menuju katoda. Reaksi yang terjadi:

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

Katoda                  Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)

Reaksi sel             Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s) , E0 sel = 1,10 Volt

Jadi prinsip kerja dari sel volta adalah pemisahan reaksi redoks menjadi 2 bagian, yaitu setengah reaksi oksidasi di anoda dan setengah reaksi reduksi di katoda. Anoda dan katoda dicelupkan dalam elektrolit dan dihubungkan dengan jembatan garam dan sirkuit luar.

Susunan sel Volta pada gambar diatas dapat dinyatakan dengan notasi singkat yang disebut notasi sel, yaitu:

                                             Reaksi di Anoda             Reaksi di Katoda

Contoh soal

1.    Jika gas klorin dimasukkan dalam larutan NaBr, akan terjadi reaksi spontan dan terbentuk ion klorin dan larutan bromin.

a.       Gambarkan diagram sel volta, dan berilah keterangan anoda, katoda dan aliran elektronnya

b.      Tuliskan setengah reaksi oksidasi dan reduksi serta reaksi sel

c.       Tuliskan notasi sel

Jawab

a.       Diagram sel volta dan kreterangan baghian-bagiannya:

b.    Setengah reaksi oksidasi dan reduksi

Anoda                2 Br-(saq  →  Br2 (g) + 2e-                                                                        (oksidasi)

Katoda               Cl2 (g)  + 2e-  → 2 Cl-(saq                                                 (reduksi)

Reaksi sel          2 Br-(saq + Cl2 (g) → Br2 (g) + 2 Cl-(saq

c.    Lihat gambar, baik dikatoda ataupun anoda menggunakan elektrode Pt, maka notasi sel dituliskan :

Pt/Br2, Br- // Cl-,Cl2/Pt

2.    Potensial Sel

Potensial elektroda yang dibandingkan dengan elektroda hidrogen yang diukur pada suhu 25 oC dan tekanan 1 atm disebut potensial elektroda standar (Eo).

Potensial elektroda tersebut mengacu pada reaksi reduksi elektroda sehingga disebut potensial reduksi standart (E0 reduksi).

Potensial sel volta dapat ditentukan melalui eksperimen dengan menggunakan voltmeter atau dihitung berdasarkan data potensial elektroda standar.

-          Unsur yang mempunyai Eo reduksi lebih besar mengalami reaksi reduksi di katoda

-          Unsur yang mempunyai Eo reduksi lebih kecil mengalami reaksi oksidasi di anoda

Tabel 1. Potensial Reduksi Standar pada Suhu 25 o;C

(Sumber : Chemistry_McMurry,2012)

3.        Deret Volta

Unsur-unsur yang disusun berdasarkan urutan potensial elektroda standar membentuk deret yang dikenal sebagai deret keaktifan logam atau deret Volta.

Gambar 3. Deret keaktifan logam

(Sumber : Pustekkom, 2015)

Semakin ke kanan sifat oksidator makin kuat (mudah tereduksi) dan semakin ke kiri sifat reduktor semakin kuat (mudah teroksidasi).

A.Tujuan Pembelajaran

Setelah kegiatan pembelajaran 2 ini Anda diharapkan dapat:

1.    Memahami sel volta dalam kehidupan sehari hari

2.    Mengajukan rancangan sel volta menggunakan bahan di sekitar

B. Uraian Materi

1.      Sel Volta Dalam Kehidupan Sehari-hari

a.       Baterai kering (sel Leclanche)

Sel baterai merupakan pengembangan dari sel Leclanche (1839-1882), dengan desain awal yang tetap dipertahankan, yakni sel kering mangan. Sel kering mangan terdiri dari 3 komponen utama yaitu bungkus dalam zink (Zn) sebagai elektroda negatif (anoda), batang karbon (C) sebagai elektroda positif (katoda) dan pasta MnO2 dan NH4Cl yang berperan sebagai elektrolit.

Baterai ini banyak digunakan untuk senter, radio, dan mainan. Potensial sel sebesar 1,5 V dan menurun sejalan dengan lama pemakaian. Sel Leclanche tidak dapat diisi ulang sehingga disebut sel primer

Gambar 4.  Komponen Sel Kering

(Sumber: Masterton, Hurley,2011)

Pada sel kering, reaksi oksidasi terjadi pada logam seng dan reaksi reduksi terjadi pada karbon yang inert. Elektrolitnya adalah pasta MnO2, ZnCl2, NHCl dan karbon hitam. Reaksi:

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

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

b.      Sel Aki

Aki merupakan sel Volta yang banyak digunakan dalam kendaraan bermotor. Sel aki dapat diisi ulang kembali sehingga disebut sel sekunder. Aki disusun dari lempeng timbal (Pb) dan timbal oksida (PbO2) yang dicelupkan dalam larutan

asam sulfat (H2SO4). Apabila aki memberikan arus maka lempeng timbal bertindak sebagai anoda dan lempeng timbal dioksida (PbO2) sebagai katoda.

Reaksi pemakaian aki

Katoda               PbO2(s)  + 4H+(aq)  + SO42-(aq) + 2e-                                PbSO4(s) + 2H2O(l)

Reaksi sel          Pb(s)  + PbO2(s)  + 4H+(aq) + 2SO42-(aq)                           2PbSO4(s) + 2H2O(l)

Gambar 5.  Komponen Sel Accu

(Sumber: Masterton, Hurley,2011)

Pada kedua elektrode terbentuk timbal sulfat (PbSO4). Apabila keping tertutup oleh PbSO4 dan elektrolitnya telah diencerkan oleh air yang dihasilkan, maka sel akan menjadi kosong. Untuk mengisi kembali, maka elektron harus dialirkan dalam arah yang berlawanan menggunakan sumber listrik dari luar.

2.        Merancang Sel Volta dari Bahan Sekitar Baterai garam dapur (NaCl)

Baterai garam dapur adalah contoh aplikasi sel volta paling sederhana. Dari sudut pandang engineering, jika dua jenis logam yang berbeda dimasukkan dalam larutan elektrolit maka akan didapatkan baterai.

Bahan yang digunakan : larutan 2 sendok makan garam per 200 cc air, lempengan seng bisa menggunakan kaleng bekas minuman sebagai anoda bermuatan negatif, sil karet untuk membatasi kedua lepengan agar tidak bersentuhan, lempengan tembaga sebagai katoda bermuatan positif, kipas angin atau lampu led untuk menguji keberadaan daya listrik searah (DC) dan kabel kecil yang diberi penjepit buaya tiap ujungnya

Gambar 6. Uji terbatas sel Volta

 dari garam dapur Reaksi redoks yang terjadi:

Katoda          O2 + 2H2O + 4e – → 4OH–

Reaksi sel 2 Zn + 8OH– + O2 + 2H2O → 2Zn(OH)4 2– + 4OH–

Berdasarkan percobaan sederhana ini dapat dipahami mengapa sel ini disebut baterai seng udara. Karena, oksigen dari udara bereaksi dengan seng, sedangkan elektroda tembaga hanya berfungsi mengalirkan elektron.