Sel volta

Materi : Sel volta

Kelas : XII ipa 8 dan Ipa 7

Jumlah pertemuan : 2x Pertemuan (4 Jp )

Tanggal : 16 september 2019 

Proses elektrokimia berlangsung dalam suatu sel elektrokimia. Ada dua jenis sel elektrokimia,yaitu sel Volta dan sel elektrolisis. Dan pada pemebelajaran ini akan dibahas tentang sel volta.

Sel Volta merupakan jenis sel elektrokimia yang dapat menghasilkan energi listrik dari reaksi redoks yang berlangsung spontan. Sel Volta juga disebut dengan sel Galvani. Penamaan sel Volta dan sel Galvani diberikan untuk menghargai jasa penemu kedua sel ini,yaitu Alexander Volta dan Luigi Galvani.

Pada sel Volta,anoda adalah kutup negatif dan katoda adalah kutup postif. Anoda dan katoda yang berupa logam dicelupkan kedalam larutan elektrolit yang mengandung masing-masing ion logamnya. Kedua larutan dihubungkan dengan jembatan garam, sedangkan kedua elektroda dihubungkan dengan kawat. Listrik yang dihasilkan diukur dengan Voltmeter yang dipasang pada kawat.

Contoh reaksi redoks spontan dalam sel Volta yang menghasilkan energi listrik adalah reaksi antara seng dan tembaga.

1. Notasi sel volta

Rangkaian sel volta dapat ditulis dalam bentuk notasi atau diagram sel. Dalam menuliskan diagram sel, anoda dituliskan di sebelah kiri dan katoda di sebelah kanan yang dipisahkan oleh jembatan garam. Jembatan garam dilambangkan dengan dua garis sejajar (||). Secara umum, notasi sel dituliskan sebagai berikut:

anoda | Larutan | | Larutan | katoda

sehingga pada sel volta di atas dituliskan dalam bentuk notasi sel :

Zn | Zn²⁺ | | Cu²⁺ | Cu

Notasi tersebut menyatakan bahwa pada anoda terjadi reaksi oksidasi Zn menjadi

Zn²⁺ , sedangkan di katoda terjadi reduksi ion Cu²⁺ menjadi Cu.

2. Potensial Elektroda Standar

Pada sel volta yang tersusun dari Pada sel volta yang tersusun dari elektroda Zn dan Cu, ternyata elektroda Zn mengalami oksidasi. Hal ini menunjukkan bahwa logam Zn lebih cenderung mengalami oksidasi dibandi kan logam Cu. Untuk membandingkan kecenderungan logam-logam mengalami oksidasi digunakan elektroda hydrogen sebagai pembanding yang potensial elektrodanya adalah 0 volt. Potensial sel yang dihasilkan oleh elektroda logam dengan elektroda hidrogen pada kondisi standar, yaitu pada suhu 25°C, tekanan gas 1 atmosfer dan konsentrasi ion-ion 1M disebut potensial elektroda standar logam tersebut dan diberi lambang E°.

Potensial elektrode berkaitan dengan reaksi redoks sehingga ada dua jenis potensial elektrode, yaitu potensial reduksi dan potensial oksidasi . potensial oksidasi merupakan nilai yang sama dengan potensial reduksi dengan tanda berlawanan.

E° oksidasi = – E° reduksi

Contoh :

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

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

3. Potensial Sel

perbedaan potensial dari kedua elektroda (katoda dan anoda) disebut beda potensial atau   potensial sel standar yang diberi lambar Esel.

Esel = E° katoda – E°anoda

Katoda merupakan tempat terjadi reaksi reduksi sehingga mempunyai E° lebih besar, sedangkan anoda merupakan tempat terjadi reaksi oksidasi sehingga mempunyai harga E° lebih kecil.

Potensial sel dapat digunakan untuk memperkirakan spontan tidaknya suatu reaksi redoks. Reaksi redoks berlangsung spontan bila Esel > 0 (positif) dan tidak spontan bila Esel < 0 (negatif).

4. Deret Volta

Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pt

Pada Deret Volta, unsur logam dengan potensial elektrode lebih negatif ditempatkan di bagian kiri, sedangkan unsur dengan potensial elektrode yang lebih positif ditempatkan di bagian kanan.

Semakin ke kiri kedudukan suatu logam dalam deret tersebut, maka

• Logam semakin reaktif (semakin mudah melepas elektron)
• Logam merupakan reduktor yang semakin kuat (semakin mudah mengalami oksidasi)

Sebaliknya, semakin ke kanan kedudukan suatu logam dalam deret tersebut, maka

• Logam semakin kurang reaktif (semakin sulit melepas elektron)
• Logam merupakan oksidator yang semakin kuat (semakin mudah mengalami reduksi

5. Aplikasi Sel Volta

Sel volta dibagi menjadi tiga bagian, yaitu Sel Volta Primer, Sel Volta Sekunder, Sel Bahan Bakar. Ketiga bagian tersebut juga memiliki contoh masing-masing lagi. Oleh karena itu marilah kita lihat pembahasan mengenai macam-macam dari sel volta berikut ini.

a. Sel Volta Primer

• Sel Kering Seng – Karbon

Sel kering juga dapat disebut sel Lenchanche atau baterai. Baterai kering ini mendapatkan hak paten penemuan di tahun 1866. Sel Lanchache ini terdiri atas suatu silinder zink berisi pasta dari campuran batu kawi (MnO₂), salmiak (NH₄Cl), karbon (C), dan sedikit air. Dengan adanya air jadi baterai kering ini tidak 100% kering.

Sel ini biasanya digunakan sebagai sumber tenaga atau energi pada lampu, senter, radio, jam dinding, dan masih banyak lagi. Penggunaan logam seng adalah sebagai anoda sedangkan katoda digunakan elektrode inert, yaitu grafit, yang dicelupkan ditengah-tengah pasta. Pasta ini bertujuan sebagai oksidator. Seng tersebut akan dioksidasi sesuai dengan persamaan reaksi di bawah ini:

Zn_(s) → Zn²⁺_(aq) + 2e^–  (anoda)

Sedangkan katoda terdiri atas campuran dari MnO₂ dan NH₄Cl. Reaksi yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut:

2MnO_2(s) + 2NH₄⁺_(aq) 2e^– → Mn₂O_3(s) + 2NH_3(aq) + H₂O_(l)  (katoda)

Katoda akan menghasilkan ammonia, ammonia ini akan bereaksi dengan Zn²⁺yang dihasilkan di anode. Reaksi tersebut akan membentuk ion yang kompleks [Zn(NH₃)₄]²⁺. Sel kering ini tidak dapat digunakan berulang kali dan memiliki daya tahan yang tidak lama. Dan harganya di pasaran sangatlah murah

• Baterai Merkuri

Baterai merkuri ini merupakan satu dari baterai kecil yang dikembangkan untuk usaha perdagangan atau komersial. Anoda seng dan katoda merkuri (II) oksida (HgO) adalah penyusun dari baterai merkuri ini yang dihubungkan dengan larutan elektrolit kalium hidroksida (KOH). Sel ini mempunyai beda potensial ± 1,4V. Reaksi yang terjadi pada baterai ini adalah:

Zn_(s) + 2OH^–_(aq) → ZnO_(s) + H₂O + 2e^–  (anoda)

HgO_(s) + H₂O + 2e^– → Hg_(l) + 2OH^–_(aq)  (katoda)

Reaksi dari keseluruhan atau disebut reaksi bersih adalah:

Zn_(s) + HgO_(s) → ZnO_(s) + Hg_(l)

• Baterai Perak Oksida

Baterai perak oksida tergolong tipis dan harganya yang relatif lebih mahal dari baterai-baterai yang lainnya. Baterai ini sangat populer digunakan pada jam, kamera, dan kalkulator elektronik. Perak oksida (Ag₂O) sebagai katoda dan seng sebagai anodanya. Reaksi elektrodenya terjadi dalam elektrolit yang bersifat basa dan mempunyai beda potensial sama seperti pada baterai alkaline sebesar 1,5V. Reaksi yang terjadi adalah:

Zn_(s) + 2OH^–_(aq) → Zn(OH)_2(s) + 2e^–  (anoda)

Ag₂O_(s) + H₂O + 2e^– → 2Ag_(s) + 2OH^–_(aq)  (katoda)

• Baterai Litium

Terdiri atas litium sebagai anoda dan MnO₂ sebagai oksidator (seperti pada baterai alkaline). Baterai Litium ini dapat menghasilkan arus listrik yang lebih besar dan daya tahannya lebih lama dibandingkan baterai kering yang berukuran sama. Berikut notasi dari baterai Litium:

Li│Li⁺ (pelarut non-air)│KOH (pasta)│MnO₂, Mn(OH)₃, C

b. Sel Volta Sekunder

• Aki Timbal

Aki merupakan jenis baterai yang dapat digunakan untuk kendaran bermotor atau automobil. Aki timbal mempunyai tegangan 6V atau 12V, tergantung jumlah sel yang digunakan dalam konstruksi aki timbal tersebut. Aki timbal ini terdiri atas katoda PbO₂ (timbel(IV) oksida) dan anodanya Pb (timbel=timah hitam). Kedua zat sel ini merupakan zat padat, yang dicelupkan kedalam larutan H₂SO₄. Reaksi yang terjadi dalam aki adalah:

Pb_(s) + SO₄^2-(aq) → PbSO_4(s) + 2e^–  (anoda)

PbO_2(s) + 4H⁺_(aq) + SO₄^2-(aq) + 2e^– → PbSO_4(s) + 2H₂O  (katoda)

Aki ini dapat diisi ulang dengan mengalirkan lagi arus listrik ke dalamnya. Pengisian aki dilakukan dengan membalik arah aliran elektron pada kedua elektrode. Pada pengosongan aki, anoda (Pb) mengirim elektron ke katoda (PbO₂). Sementara itu pada pengisian aki, elektrode timbal dihubungkan dengan kutub negatif sumber arus sehingga Pb₂SO₄  yang terdapat pada elektrode timbal itu direduksi. Berikut reaksi pengisian aki:

PbSO_4(s) + H⁺(aq) +2e^– → Pb_(s) + HSO₄^–_(aq)  (elektrode Pb sebagai katoda)

PbSO_4(s) + 2H₂O_(l) → PbO_2(s) + HSO₄^–_(aq)+ 3H⁺_(aq) + 2e^–   (elektrode PbO₂ sebagai anoda).

• Baterai Nikel Kadmium

Baterai nikel-kadmium merupakan baterai kering yang dapat diisi ulang. Sel ini biasanya disebut nicad atau bateray nickel-cadmium. Reaksi yang terjadi pada baterai nikel-kadmium adalah:

Cd_(s) + 2OH^–(aq) → Cd(OH)_2(s) + 2e^–  (anoda)

NiO_2(s) + 2H₂O + 2e^– → Ni(OH)_2(s) + 2OH^–_(aq)  (katoda)

Reaksi keseluruhan adalah:

Cd_(s) + NiO_(aq) + 2H₂O_(l) → Cd(OH)_2(s) + Ni(OH)_2(s)

Baterai nikel-kadmium merupakan zat padat yang melekat pada kedua elektrodenya. Baterai nikel-kadmium memiliki tegangan sekitar 1,4V. Dengan membalik arah aliran elektron, zat-zat tersebut dapat diubah kembali seperti zat semula.

• Sel Perak Seng

Sel ini mempunyai kuat arus (I) yang besar dan banyak digunakan pada kendaran-kendaraan balap. Sel perak seng dibuat lebih ringan dibandingkan dengan sel timbal seng. KOH adalah elektrolit yang digunakan dan elektrodenya berupa logam Zn (seng) dan Ag (perak).

• Sel Natrium Belerang

Sel natrium belerang ini dapat menghasilkan energi listrik yang lebih besar dari sel perak seng. Elektrodenya adalah Na (natrium) dan S (sulfur).

• Sel Bahan Bakar

Sel bahan bakar adalah sel yang menggunakan bahan bakar seperti campuran hidrogen dengan oksigen atau campuran gas alam dengan oksigen. Sel bahan bakar ini biasanya digunakan untuk sumber energi listrik pesawat ulang-alik, pesawat Challenger dan Columbia. Yang berperan sebagai katode adalah gas oksigen dan anodanya gas hidrogen. Masing-masing elektrode dimasukkan kedalam elektrode karbon yang berpori-pori dan masing-masingnya elelktrode digunakan katalis dari serbuk platina.

Katoda: menghasilkan ion OH^–

O_2(g) + 2H₂O_(l) + 4e^– → 4OH^–_(aq)

Anoda: dari katode bereaksi dengan gas H₂

H_2(g) + 2OH^–_(aq) → 2H₂O_(l) + 2e^–

Reaksi selnya adalah: O_2(g) + 2H_2(g) → 2H₂O_(l)