1. Potensial Elektroda
Besarnya energi listrik yang dihasilkan pada sel volta, dapat kita lihat pada angka yang ditunjukkan oleh jarum voltmeter. Timbulnya energi listrik disebabkan karena kedua elektrolit mempunyai harga "POTENSIAL ELEKTRODA" yang berbeda. Apakah yang dimaksud potensial elektroda? Pada sel volta dengan elektroda Zn dan elektroda Cu (gambar 2.2), ion Cu2+ menangkap elektron sehingga berubah menjadi logamnya.
Cu2+ + 2e→ Cu
Penangkapan elektron oleh ion Cu2+ ini disertai dengan timbulnya sejumlah energi yang disebut potensial reduksi atau potensial elektroda (diberi lambang E). Jadi potensial elektroda adalah potensial listrik yang ditimbulkan bila suatu ion logam menangkap elektron (mengalami reduksi). Besarnya harga E tidak dapat diukur secara terpisah (hanya reaksi reduksi saja), melainkan harus selalu berpasangan dengan reaksi oksidasi. Menurut perjanjian elektroda yang digunakan sebagai standar (untuk mengukur Eo) adalah elektroda hidrogen. Elektroda standar ini sebagai elektrolitnya digunakan larutan yang mengandung konsentrasi ion H+ 1 M, yang pengukurannya dilakukan suhu 25oC, tekanan 1 atmosfer. Ditetapkan pula besarnya E untuk elektroda standar ini = 0 (nol).
Dalam pengukuran harga E dilakukan dengan cara membandingkan dengan elektroda standar, maka untuk selanjutnya E ini disebut sebagai Eo
(potensial elektroda standar).
TABEL 2.1 POTENSIAL REDUKSI STANDAR PADA SUHU 25oC
DAN KONSENTRASI ION H+1 M
Eo(volt) Setengah Reaksi Reduksi Oksidator Reduktor
2,87 F2(g) + 2e-→
← 2F
-(aq) Kuat Lemah
2,00 S2O82+ (aq)+ 2e- → ← 2SO4 2-(aq) 1,78 H2O2(aq) + 2H+ + 2e-→ ← 2H2O(l) 1,69 PbO2(s)+ SO4 2-(aq)+ 4H+ (aq)+ 2e- → ←PbSO4(aq) + 2H2O(l) 1,49 8H+ (aq) + MnO4 -(aq) + 5e-→ ←Mn2+ (aq)+4H2O(l) 1,47 2ClO3 -(aq) + 12H+ (aq)+ 10e- → ←Cl2(g)+6H2O(l) 1,36 Cl2(g) + 2e- → ← 2Cl -1,33 Cr2O7 2-(aq)+14H+ (aq)+6e- → ←2Cr3+
Makin besar harga Eo suatu zat, makin mudah zat tersebut mengalami reaksi reduksi.
Eo(volt) Setengah Reaksi Reduksi Oksidator Reduktor
1,28 MnO2 + 4H+
(aq) + 2e- →
← Mn2+
(aq) + 2H2O(l) Kuat Lemah 1,23 O2+ 4H+ (aq)+ 4e- → ← 2H2O(l) 1,09 Br2(aq) + 2e- → ← 2Br -(aq) 0,80 Ag+ (aq) + e- → ← Ag(s) 0,77 Fe3+ (aq) + e- → ← Fe2+ (aq) 0,54 I2(aq)+ 2e- → ← 2I -(aq) 0,52 Cu+ (aq)+ e- → ← Cu(s) 0,34 Cu2+ (aq)+ 2e- → ← Cu(s) 0,27 Hg2Cl2+ 2e- → ← 2Hg + 2Cl -0,22 AgCl(s)+ e- → ← Ag(s) + Cl -(aq) 0,00 2H+ (aq) + 2e- → ← H2(g) -0,04 Fe3+ (aq) + 3e- → ← Fe(s) 0,13 Pb2+ (aq) + 2e- → ← Pb(s) -0,14 Sn2+ (aq)+ 2e- → ← Sn(s) -0,25 Ni2+ (aq)+ 2e- → ←Ni(s) -0,36 PbSO4(aq)+ 2e- → ←Pb(s)+ SO4 2-(aq) -0,44 Fe2+ (aq) + 2e- → ←Fe(s) -0,74 Cr3+ (aq) + 3e- → ← Cr(s) -0,76 Zn2+ (aq) + 2e- → ← Zn(s) -0,83 2H2O(l)+ 2e- → ← H2(g)+ 2OH -(aq) -1,03 Mn2+ + 2e- → ← Mn(s) -1,67 Al3+ (aq)+ 3e- → ← Al(s) -2,38 Mg2+ (aq) + 2e- → ← Mg(s) -2,71 Na+ (aq) + e- → ← Na(s) -2,76 Ca2+ (aq)+ 2e- → ← Ca(s) -2,90 Ba2+ (aq)+ 2e- → ← Ba(s) -2,92 K+ (aq)+ e- → ←K(s) -3,05 Li+ (aq) + e- → ← Li(s) Lemah Kuat
2. Potensial Sel Standar(Eo sel
)
Potensial sel standar (Eo
sel) ialah besarnya beda potensial atau besarnya potensial yang dihasilkan dari dua buah elektroda (katoda dan anoda) yang dihubungkan oleh suatu penghantar. Karena pada katoda berlangsung reaksi reduksi, sedangkan pada anoda berlangsung reaksi
oksidasi, maka besarnya Eo
sel dapat dirumuskan sebagai berikut.
Catatan
1. Besarnya Eo
oksidasi = besarnya Eo
reduksi , hanya saja tandanya berlawanan Contoh: K+ + e →K Eo = -2,92 volt (reduksi), maka
K→ K+ + e Eo = +2,92 volt(oksidasi)
2. Dalam sel volta, elektroda yang mengalami reduksi mempunyai harga Eo lebih besar.
Contoh
Diketahui harga potensial reduksi standar sebagai berikut. Cu2+
(aq) + 2e →← Cu(s) Eo = 0,34 volt Ag+
(aq) + 1e →←Ag(s) Eo = 0,80 volt
Tentukan harga potensial sel Cu(s)|Cu2+(aq)||Ag+(aq)|Ag(s)! Jawab: Oksidasi : Cu(s) →Cu2+ (aq) + 2e Eo oks = -0,34 volt Reduksi : Ag+ (aq) + 1e →Ag(s)| x 2 Eo red= 0,80 volt + Reaksi sel : 2Ag+
(aq) + Cu(s) →2Ag(s)+ Cu2+
(aq) Eo = 0,46 volt
Eo merupakan sifat intensif, yang besarnya tidak dipengaruhi oleh banyaknya zat, sehingga harga Eo tidak boleh dikalikan.
Eo
sel = Potensial reduksi standar + potensial oksidasi standar Eo
sel = Eo
reduksi + Eo
3. Sel volta dalam kehidupan
Sel volta banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari antara lain baterai dan aki. Saat ini ada beberapa jenis baterai. Samakah baterai untuk
mainan dengan baterai untuk telpon genggam?
Ada baterai yang dapat diisi ulang dan ada yang tidak. Sel volta yang tidak dapat diisi ulang disebut sel primer, sedangkan yang dapat diisi ulang disebut sel sekunder.
a. Sel Primer
1) Baterai kering (Sel Leclanche)
Baterai kering sering disebut sel Leclanche karena ditemukan oleh Leclanche pada tahun 1866. Sel ini menggunakan batang karbon sebagai katoda dan pelat seng sebagai anoda. Elektrolitnya digunakan pasta, yang merupakan campuran batu kawi (MnO2), amonium klorida (NH4Cl), karbon (C), dan sedikit air. Reaksi yang terjadi adalah:
Anoda : Zn(s) → Zn2+
(aq) + 2e Katoda : 2MnO2(s)+ 2NH4+
(aq)+2e→Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l) + Reaksi sel : Zn(s)+ 2MnO2(s)+ 2NH4+
(aq)→Mn2O3(s)+ Zn2+
(aq)+ 2NH3(aq)+ H2O(l)
Zn2+yang terbentuk mengikat NH3membentuk senyawa kompleks Zn(NH3)42+
Beda potensial satu sel kering adalah 1,5 volt. Notasi selnya ditulis:
Zn(s)|Zn2+
(aq)||NH4+
(aq)|NH3(g) Eo = 1,5 volt
Gambar 2.3 Potongan membujur baterai kering (sel Leclanche) Baterai ini digunakan untuk radio, mainan, senter, dan lain-lain
+ -Anoda Zn Katoda (C-grafit)
Pasta, yang terdiri atas NH4Cl, MnO2 karbon, dan sedikit air
2) Baterai Alkali
Akhir-akhir ini baterai alkali banyak digunakan orang. Karena baterai alkali mempunyai kekuatan arus listrik yang lebih besar bila dibanding baterai biasa (sel Leclanche). Elektroda batu baterai alkali sama seperti pada batu baterai biasa, tetapi elektrolit yang digunakan adalah larutan KOH.
Anoda : Zn(s)+ 2OH
-(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e
Katoda : MnO2(s) + 2H2O(l) + 2e → Mn(OH)2(s) + 2OH-(aq) + Reaksi sel: Zn(s)+ MnO2(s) + 2H2O(l) → Mn(OH)2(s) + Zn(OH)2(s) Baterai ini juga menghasilkan potensial 1,5 volt dan dapat bertahan secara konstan selama pemakaian.
Biasanya baterai ini digunakan untuk mainan dan tape recorder. 3) Baterai perak oksida
Baterai perak oksida terdiri dari anoda Zn dan katoda Ag2O dengan elektrolit KOH.
Reaksi yang terjadi sebagai berikut. Anoda : Zn(s)+ 2OH
-(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e
Katoda : Ag2O(s)+ H2O(l) + 2e → 2Ag(s) + 2OH
-(aq) +
Reaksi sel: Zn(s)+ Ag2O(s) + H2O(l) → Zn(OH)2(s) + 2Ag(s)
Beda potesial dari bateri ini adalah 1,5 volt dan selama pemakaian dapat bertahan secara konstan. Baterai ini digunakan untuk mainan, jam tangan, kalkulator, dan lain-lain.
Gambar 2.4 Sel perak oksida
pemisah yang di rendam dalam larutan KOH
anoda Zn
b. Sel Sekunder 1) Aki
Aki tergolong jenis sel volta sekunder, karena jika zat yang ada di dalam aki habis, dapat diisi kembali dengan cara dialiri listrik (dicas). Sel aki terdiri atas Pb (timbal) sebagai anoda dan PbO2 (timbal oksida) sebagai katoda. Anoda dan katoda ini berupa lempeng, yang dicelupkan di dalam larutan asam sulfat.
Gambar 2.5 Aki terdiri atas sel-sel yang dihubungkan seri
Aki tidak memerlukan jembatan garam karena hasil reaksinya tidak larut dalam larutan elektrolit (asam sulfat). Kedua elektroda disekat dengan bahan fiberglass, agar tidak saling bersentuhan. Setiap selnya mempunyai potensial 2 volt. Jadi aki 6 volt terdiri atas 3 sel, aki 12 volt terdiri atas 6 sel dan sebagainya. Masing-masing sel dihubungkan secara seri. Pada saat aki digunakan (dikosongkan) berlangsung reaksi sebagai berikut.
Anoda : Pb(s) + SO4
2-(aq) →PbSO4(s) + 2e Katoda : PbO2(s) + 4H+
(aq) + SO42+ +2e →PbSO4(s) + 2H2O(l) +
Reaksi sel : Pb(s) + PbO2(s) + 4H+
(aq) →2PbSO4(s) + 2H2O(l)
Dalam sel aki terjadi aliran elektron dari Pb (anoda) ke PbO2 (katoda) Selama penggunaan aki, kadar H2SO4 makin lama makin berku-rang, begitu juga dengan massa jenisnya. Aki yang baru diisi massa jenis larutan H2SO4nya 1,25 – 1,30 g/cm. Jika massa jenis larutannya turun sampai 1,20 gram/cm3 , maka aki harus diisi atau dicas kembali. Pada reaksi penggunaan aki, baik anoda (Pb) maupun katoda (PbO2) berubah menjadi zat yang sama, yaitu PbSO4 (berupa kristal putih). Jika permukaan kedua elektroda sudah tertutup endapan PbSO4 maka dapat menyebabkan kedua elektroda tidak mempunyai beda potensial, sehingga aki tersebut harus dicas kembali.
Reaksi pengisian aki adalah sebagai berikut.
Anoda : PbSO4(s) + 2H2O(l) → PbO2(s) + 4H+ + SO4
2-(aq) + 2e
Katoda : PbSO4(s) + 2e →Pb(s)+ SO42-(aq) +
Reaksi sel : 2PbSO4(s)+ 2H2O(l)→Pb(s)+ PbO2(s)+ 4H+
(aq) + 2SO4 2-(aq)
(pengisian aki dilakukan dengan cara membalik arah aliran elektron pada kedua elektroda tersebut)
Elektroda Pb (Anoda) Elektroda PbO2(Katoda) Larutan H2SO4
2) Baterai Ni – Cd
Sel terdiri dari anoda Cd dan katoda NiO2 dengan elektrolit KOH.
Reaksi yang terjadi adalah: Anoda : Cd(s) + 2OH
-(l) → Cd(OH)2(s) + 2e
Katoda : NiO2(s) + 2H2O(l) + 2e →Ni(OH)2(s)+ 2OH
-(aq) +
Reaksi sel : Cd(s) + NiO2(s) + 2H2O(l) → Cd(OH)2(s)+ Ni(OH)2(s) Beda potensial sel ini adalah 1,4 V dan selama pemakaian dapat bertahan secara konstan. Selama reaksi tidak terjadi perubahan
konsentrasi ion karena pereaksi dan zat hasil berupa zat padat. Penggunaan baterai Ni–Cd untuk kalkulator, kamera digital, laptop, dan lain-lain.
Gambar 2.6 Sel nikel -kadmium 3) Baterai Litium
Penggunaan baterai litium sekarang ini sangat luas, antara lain untuk telepon seluler, laptop, kamera digital dan alat-alat elektronik lain. Baterai litium sangat ringan dan memiliki potensial sekitar 3,6 volt serta mempunyai umur panjang.
Latihan 3
1. Berdasarkan tabel potensial reduksi standar di halmanan 40 - 41. Hitunglah harga potensial sel dari:
a. Pb2+ + Cr →Cr3++ Pb b. 2I- + Ag+→ I2+ Ag
2. Bila diketahui harga potensial elektroda:
Cu2+ + 2e- → Cu Eo = 0,34 volt
Pb2+ + 2e- →Pb Eo = -0,12 volt
a. Apakah logam Cu dapat larut dalam larutan Pb(NO3)2? b. Apakah logam Pb dapat larut dalam larutan CuSO4? 3. Sel volta tersusun dari elektroda Ni danAl, jika diketahui:
Ni2+ + 2e- →Ni Eo = 0,25 volt
Al3+ + 3e- → Al Eo = -1,66 volt
a. Tulislah reaksi di anoda dan di katoda! b. Tentukanlah harga potensial selnya!
4. Tuliskanlah persamaan reaksi sel dari baterai:
a. seng - karbon c. perak - oksida
b. Alkalin d. Ni – Cd