P
eriodic , Vol 10 No 1 (2021)Chemistry Journal of Universitas Negeri Padang
e-ISSN : 2339-1197Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Page1
Universitas Negeri Padang (UNP)
Jl. Prof. Hamka, Air Tawar, Padang, Sumatera Barat, Indonesia, 25131
http://ejournal.unp.ac.id/index.php/kimia
Persamaan Nernst
Abil Adrian1, Agninda Putri Aqkila1, Dhea Adrianti Ramadhani1, Umar Kalmar Nizar1, Khairani Cita Lestari1
1Departemen Kimia,Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Padang Jl. Prof. Dr. Hamka,Air Tawar Barat,Kota Padang,Sumatera Barat,Indonesia.
Abstract— This experiment aimed to construct and measure the electromotive force (EMF) of a galvanic cell using zinc (Zn) and copper (Cu) electrodes, and to verify the Nernst equation. The EMF was measured under varying concentrations of CuSO₄ (1.0 M, 0.1 M, 0.01 M) while maintaining ZnSO₄ at 1.0 M. Results showed that as the concentration of Cu²⁺ ions decreased, the measured EMF also decreased, aligning with the Nernst equation’s prediction. However, the experimental EMF values were lower and the graph trend was more gradual compared to theoretical values. This discrepancy was mainly due to inaccuracies in solution preparation, temperature deviations from the standard 25 °C, and system resistances, including the effectiveness of the salt bridge and cleanliness of electrodes. Despite these factors, the experiment successfully demonstrated the relationship between ion concentration and EMF, confirming the theoretical foundation of the Nernst equation.
Keywords— Electromotive Force, Nernst Equation, Galvanic Cell I. PENDAHULUAN
Persamaan Nernst merupakan fondasi dalam elektrokimia yang menghubungkan potensial elektroda dengan konsentrasi spesies kimia yang terlibat dalam reaksi redoks.
Diformulasikan oleh Walther Nernst pada tahun 1889, persamaan ini memungkinkan perhitungan potensial sel elektrokimia di luar kondisi standar, yaitu ketika konsentrasi ion-ion dalam larutan tidak berada pada keadaan 1 M, tekanan gas tidak pada 1 atm, atau suhu tidak pada 25°C. Persamaan ini sangat penting karena dalam praktiknya, banyak reaksi elektrokimia berlangsung pada kondisi yang berbeda dari kondisi standar. Dengan demikian, persamaan Nernst menjadi alat yang efektif untuk memprediksi dan memahami bagaimana perubahan konsentrasi, suhu, dan tekanan dapat mempengaruhi potensial sel.
Persamaan ini didasarkan pada hubungan antara energi bebas Gibbs (ΔG) dan potensial listrik, di mana energi bebas suatu sistem bergantung pada komposisi kimianya. Ketika reaksi redoks terjadi, elektron berpindah dari zat pereduksi ke zat pengoksidasi, menghasilkan arus listrik. Potensial sel yang dihasilkan dari reaksi ini dapat dihitung menggunakan persamaan Nernst, yang dinyatakan sebagai:
E = E° −
RTnFln Q
[1].Persamaan Nernst tidak hanya berlaku untuk sel galvanik tetapi juga untuk sel elektrolisis, sel konsentrasi, dan aplikasi biologi seperti perhitungan potensial membran sel. Persamaan ini memungkinkan pemahaman yang lebih luas tentang bagaimana perbedaan konsentrasi ion mempengaruhi potensial listrik pada berbagai sistem elektrokimia. Dalam sel konsentrasi, misalnya, potensial dihasilkan semata-mata karena perbedaan konsentrasi ion pada dua elektroda yang
identik. Sementara itu, dalam sistem biologis seperti membran sel, persamaan Nernst digunakan untuk menghitung potensial membran yang dihasilkan oleh distribusi ion-ion seperti Na⁺, K⁺, dan Cl⁻.
Selain itu, persamaan Nernst membantu dalam menentukan arah spontanitas reaksi elektrokimia. Jika nilai E bernilai positif, reaksi berlangsung secara spontan, sedangkan jika E bernilai negatif, reaksi tidak spontan. Hubungan ini penting dalam merancang sel elektrokimia yang efisien, baik untuk keperluan energi maupun sintesis kimia. Persamaan ini juga sangat berguna dalam analisis kuantitatif, seperti pada metode potensiometri yang digunakan untuk menentukan konsentrasi ion tertentu dalam larutan [2].
Persamaan Nernst digunakan untuk menghitung potensial sel berdasarkan konsentrasi ion di kedua elektroda.
Misalnya, dalam sel yang terdiri dari elektroda Zn dan Cu, reaksi redoks yang terjadi adalah oksidasi Zn menjadi Zn²⁺ di anoda dan reduksi Cu²⁺ menjadi Cu di katoda. Potensial sel (E sel) dapat dihitung dengan persamaan Nernst sebagai berikut:
E = E° −RT
nFln[Zn²⁺]
[Cu²⁺]
Pada persamaan tersebut, E°sel adalah potensial standar sel yang diperoleh dari selisih potensial standar elektroda Cu²⁺/Cu dan Zn²⁺/Zn, R adalah konstanta gas (8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹), T adalah suhu dalam Kelvin, n adalah jumlah mol elektron yang terlibat dalam reaksi (untuk reaksi ini, n=2), dan F adalah konstanta Faraday (96.485 C·mol⁻¹). Persamaan ini menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi ion Cu²⁺ atau penurunan konsentrasi ion Zn²⁺ akan meningkatkan potensial sel. Sebaliknya, jika konsentrasi ion Cu²⁺ menurun atau
P
eriodic , Vol 10 No 1 (2021)Chemistry Journal of Universitas Negeri Padang
e-ISSN : 2339-1197Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Page2
Universitas Negeri Padang (UNP)
Jl. Prof. Hamka, Air Tawar, Padang, Sumatera Barat, Indonesia, 25131
http://ejournal.unp.ac.id/index.php/kimia konsentrasi ion Zn²⁺ meningkat, potensial sel akan menurun
[3].Persamaan Nernst menunjukkan bahwa potensial sel dipengaruhi oleh suhu dan konsentrasi spesies yang terlibat dalam reaksi elektrokimia. Perubahan suhu mempengaruhi energi kinetik partikel, sehingga memengaruhi laju reaksi dan distribusi ion di sekitar elektroda.
Semakin tinggi suhu, semakin besar energi kinetik ion, yang dapat meningkatkan atau menurunkan potensial sel tergantung pada arah reaksi. Selain itu, konsentrasi ion juga berperan penting. Ketika konsentrasi ion reaktan meningkat, potensial sel cenderung meningkat karena kesetimbangan reaksi bergeser ke arah pembentukan produk. Sebaliknya, penurunan konsentrasi ion reaktan atau peningkatan konsentrasi produk akan menurunkan potensial sel sesuai dengan prinsip Le Chatelier. Pengaruh suhu dan konsentrasi ini sangat penting dalam aplikasi praktis seperti baterai dan sel bahan bakar, di mana kondisi operasi dapat mempengaruhi kinerja dan efisiensi perangkat [4].
Dalam fisiologi, persamaan Nernst digunakan untuk menghitung potensial membran sel terhadap ion tertentu seperti natrium, kalium, klorida, dan kalsium. Potensial ini muncul akibat perbedaan konsentrasi ion di dalam dan di luar sel, menciptakan gradien elektrokimia yang memengaruhi pergerakan ion melintasi membran. Perhitungan potensial ini penting untuk memahami proses fisiologis seperti transmisi sinyal saraf, kontraksi otot, dan regulasi denyut jantung. Pada neuron, perbedaan konsentrasi ion yang diatur oleh pompa natrium-kalium memungkinkan terjadinya perubahan potensial membran saat menerima rangsangan, sehingga memicu penghantaran impuls saraf [5].
II. METODEOLOGIPENELITIAN A. Waktu dan Tempat
Praktikum ini dilaksanakan pada 19 Februari 2025, di Laboratorium Kimia Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Padang
B. Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan meliputi pH meter (atau potensiometer), dua gelas piala 100 mL, kabel, penjepit, labu takar 100 mL, pipet 10 mL, dan termometer 0–100 °C. Bahan yang disediakan adalah lembaran seng, kertas saring, kertas amplas, larutan CuSO₄·5H₂O 1,0 M, dan larutan ZnSO₄·7H₂O 1,0 M.
C. Prosedur Kerja
Potongan lembaran tembaga dan seng dengan ukuran kurang lebih 6 x 2 cm disiapkan, kemudian permukaannya dibersihkan menggunakan kertas amplas. Larutan jenuh amonium nitrat atau kalsium nitrat sebanyak 10–20 mL disiapkan untuk digunakan sebagai jembatan garam. Selembar kertas saring digulung dan direkatkan pada bagian tengahnya menggunakan selotip atau stapler agar tidak terbuka. Dua gelas piala 100 mL disiapkan, masing-masing diisi dengan larutan CuSO₄ 1,0 M dan ZnSO₄ 1,0 M. Elektroda logam
dicelupkan ke dalam larutan, kemudian dihubungkan dengan kabel. Kertas saring yang telah dibentuk dicelupkan ke dalam larutan amonium nitrat, kelebihannya dihilangkan dengan kertas saring lain, lalu ditempatkan sehingga kedua ujungnya tercelup ke dalam larutan pada gelas piala. Nilai GGL diukur menggunakan pH meter yang disetel pada posisi mV, polaritas elektroda dan suhu larutan dicatat.
Larutan CuSO₄ 0,1 M disiapkan dengan pengenceran dari larutan CuSO₄ 1,0 M. Larutan CuSO₄ 1,0 M diganti dengan larutan CuSO₄ 0,1 M tanpa mengganti larutan ZnSO₄ 1,0 M.
Elektroda dibersihkan kembali menggunakan kertas amplas, jembatan garam diganti dengan yang baru, lalu pengukuran GGL dilakukan dan dicatat. Langkah serupa diulangi dengan larutan CuSO₄ yang lebih encer, yaitu 0,01 M dan 0,001 M.
Kebersihan lembaran tembaga dijaga dengan cermat untuk mencegah kesalahan pengukuran, dan pembacaan pH meter dilakukan seteliti mungkin. Hasil pengukuran dan suhu percobaan dicatat. Grafik hubungan antara konsentrasi dan potensial sel dianalisis untuk menentukan linearitasnya.
Kesalahan pengukuran dapat terjadi akibat elektroda yang tidak bersih, pembacaan pH meter yang kurang teliti, atau jembatan garam yang tidak efektif. Selain itu, suhu yang tidak stabil juga dapat memengaruhi hasil pengukuran.
III. PEMBAHASAN
Praktikum ini bertujuan menguji persamaan Nernst dengan menggunakan lembaran logam tembaga dan seng. Sebelum digunakan sebagai elektroda, lembaran logam tersebut diamplas untuk menghilangkan lapisan oksida, minyak, atau kotoran lain yang menempel pada permukaan logam. Lapisan pengotor ini dapat menghambat transfer elektron antara elektroda dan larutan elektrolit, sehingga mengurangi efisiensi reaksi redoks yang terjadi pada permukaan elektroda.
Permukaan elektroda yang bersih sangat penting agar reaksi oksidasi dan reduksi dapat berlangsung optimal. Pembersihan ini juga membantu mengurangi resistansi pada antarmuka elektroda-larutan, yang berpengaruh langsung terhadap kestabilan dan keakuratan pengukuran potensial sel [6].
Persiapan pengujian dilakukan dengan membuat jembatan garam menggunakan larutan amonium nitrat untuk menjaga keseimbangan muatan antara dua larutan dalam sel galvanik.
Jembatan garam memungkinkan ion bergerak dari satu larutan ke larutan lainnya tanpa mencampurkan kedua larutan tersebut secara langsung. Pergerakan ion ini penting untuk mencegah akumulasi muatan yang dapat menghentikan aliran elektron melalui sirkuit eksternal. Amonium nitrat dipilih karena ion- ionnya bersifat inert, tidak bereaksi dengan ion dalam larutan elektroda, sehingga tidak mengganggu reaksi redoks yang terjadi. Selain itu, amonium nitrat memiliki kelarutan yang tinggi dan konduktivitas yang baik, sehingga mendukung aliran ion yang stabil dan pengukuran potensial sel yang akurat [7].
Sebagai media jembatan garam, larutan kalium nitrat digunakan dengan kertas saring sebagai penyangga untuk menahan larutan dan memungkinkan pergerakan ion secara terkontrol. Kertas saring dipilih karena memiliki pori-pori kecil yang dapat menahan larutan garam sambil tetap
P
eriodic , Vol 10 No 1 (2021)Chemistry Journal of Universitas Negeri Padang
e-ISSN : 2339-1197Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Page3
Universitas Negeri Padang (UNP)
Jl. Prof. Hamka, Air Tawar, Padang, Sumatera Barat, Indonesia, 25131
http://ejournal.unp.ac.id/index.php/kimia memungkinkan ion-ion bergerak bebas antar kedua larutan
elektrolit. Struktur ini mencegah pencampuran langsung larutan anoda dan katoda yang dapat mengganggu kestabilan potensial sel. Selain itu, kertas saring mudah dibentuk, murah, dan tidak bereaksi dengan larutan yang digunakan, sehingga cocok untuk mendukung aliran ion yang stabil dalam pengukuran potensial sel [8].
Menurut teori persamaan Nernst, penurunan konsentrasi ion Cu²⁺ dalam larutan katoda akan menurunkan potensial sel karena kecenderungan ion untuk menerima elektron menjadi lebih kecil [9]. Hal ini sesuai dengan hasil pengukuran menggunakan pH meter, di mana pada konsentrasi CuSO₄ 1 M diperoleh potensial sel (E₀sel) sebesar 0,15 V, pada konsentrasi 0,1 M sebesar 0,13 V, dan pada konsentrasi 0,01 M sebesar 0,11 V
Dilakukan perhitungan untuk menentukan harga E sel dengan menggunakan persamaan:
E = E° −
RTnFln
[Cu²⁺][Zn²⁺] [3].Didapatkan harga E sel tiap perubahan konsentrasi CuSO₄ ialah 0,15 V, 0,11 V dan 0,06 V.
Gambar 1. Grafik antara In����2+dan Esel
Menurut teori persamaan Nernst, potensial sel (Esel) bergantung pada konsentrasi ion-ion yang terlibat dalam reaksi redoks. Jika konsentrasi ion Cu2+pada katoda menurun, maka nilai potensial sel akan ikut menurun. Hal ini terjadi karena jumlah ion yang tersedia untuk menerima elektron semakin sedikit, sehingga reaksi reduksi pada katoda menjadi kurang efisien. Hubungan ini digambarkan secara matematis oleh persamaan Nernst yang menunjukkan bahwa semakin besar nilai
ln
[Zn²⁺][Cu²⁺], maka nilai Eselakan semakin kecil [1].Hasil grafik menunjukkan pola yang sesuai dengan teori tersebut. Terlihat bahwa seiring bertambahnya nilai
ln
[Zn²⁺][Cu²⁺],potensial sel menurun. Namun, terdapat selisih antara garis teori dan garis hasil pengamatan. Nilai potensial sel yang diukur cenderung lebih rendah dibandingkan dengan nilai teoretis.
Penyebab utama kelandaian grafik hasil percobaan dibandingkan dengan grafik teoritis adalah ketidaksempurnaan dalam pengaturan konsentrasi larutan.
Konsentrasi larutan CuSO₄ yang digunakan mungkin tidak sesuai dengan nilai yang ditetapkan karena kesalahan dalam pengenceran atau pengukuran volume, sehingga reaksi redoks tidak berjalan seefisien yang diharapkan. Ion Cu2+ yang tersedia untuk reduksi menjadi lebih sedikit, tetapi perubahan potensial sel yang terjadi tidak sebesar prediksi teori, sehingga menghasilkan grafik yang lebih landai [4].
Selain konsentrasi, suhu juga memengaruhi hasil.
Persamaan Nernst berlaku pada suhu standar 25 °C. Jika suhu selama praktikum lebih rendah, laju reaksi elektrokimia akan berkurang, membuat potensial sel yang diukur lebih stabil meskipun terjadi perubahan konsentrasi, sehingga garis grafik menjadi lebih landai. Faktor lain seperti resistansi dalam larutan, kualitas jembatan garam, dan kebersihan elektroda juga dapat memperlambat transfer ion dan elektron, yang pada akhirnya membuat perubahan potensial sel tidak secepat prediksi teoritis [4].
IV. KESIMPULAN
Dari praktikum Persamaan Nernst yang dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Praktikum ini berhasil menyusun dan mengukur gaya gerak listrik (GGL) pada sel galvanik yang terdiri dari elektroda seng (Zn) dan tembaga (Cu). Pengukuran menunjukkan bahwa perubahan konsentrasi larutan CuSO₄ memengaruhi besar kecilnya potensial sel yang dihasilkan.
2. Pengujian terhadap persamaan Nernst menunjukkan bahwa secara teori, potensial sel menurun secara linear seiring peningkatan nilai
ln
[Zn²⁺][Cu²⁺] . Hasil percobaan memperlihatkan tren yang sama, tetapi grafik potensial sel hasil praktikum lebih landai dibandingkan garis teoritis. Perbedaan ini disebabkan oleh ketidakakuratan dalam pengukuran konsentrasi, pengaruh suhu yang tidak sesuai standar (25 °C), serta hambatan dalam sistem seperti kualitas jembatan garam dan kebersihan elektroda.UCAPAN TERIMA KASIH
Bismillahirrahmanirrahim Kami mahasiswa prodi kimia NK semester ganjil Juli-Desember 2024, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam pada kelompok 6 mata kuliah Kimia Fisika mengucapkan terima kasih kepada Bapak Umar Kalmar Nizar, S.Si, M.Si, Ph.D, PLP laboratorium Kimia Fisika dan Segenap Asisten Pembimbing dan Tim Sebagai Pengampu dan pembimbing yang telah melakukan dan mengarahkan setiap percobaan yang dimuat dalam penuntun praktikum. Walhamdulillahirrobil’alamin.
P
eriodic , Vol 10 No 1 (2021)Chemistry Journal of Universitas Negeri Padang
e-ISSN : 2339-1197Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Page4
Universitas Negeri Padang (UNP)
Jl. Prof. Hamka, Air Tawar, Padang, Sumatera Barat, Indonesia, 25131
http://ejournal.unp.ac.id/index.php/kimia REFERENSI
[1] Mukimin, A. 2024. TEKNOLOGI ELEKTROKIMIA: untuk Pengolahan Air dan Air Limbah Industri. Penerbit Andi.
[2] Paat, V. I., Aloanis, A. A., & Rumengan, S. M. 2025. BUKU AJAR ELEKTROKIMIA. Penerbit Tahta Media.
[3] Lukum, A., Isa, I., Iyabu, H., & Kunusa, W. R. 2022. Dasar- Dasar Kimia Analitik. uwais inspirasi indonesia.
[4] Marlina, L., Anisa, Z., Cengristitama, C., Sari, M. W., Sugiawati, V. A., Azizah, Z., ... & Efendi, M. R. S.
2024. Kimia Fisika. CV. Gita Lentera.
[5] Zaeni, I. A. 2021. DASAR-DASAR ELEKTRONIKA MEDIK.
Ahlimedia Book.
[6] Hanam, E. S., Van Harling, V. N., Agustina, E. B., Budirohmi, A., Rismawati, E., Pada, S. S., ... & Puspitasari, N. S.
2024. Elektron dalam Atom. Mega Press Nusantara.
[7] Jingga, A. C., & Widya, A. Z. (2024). Pra Rancangan Pabrik Ammonium Nitrate dari Asam Nitrat dan Amonia dengan Proses UHDE Kapasitas 76.000 Ton/tahun (Doctoral dissertation, Universitas Islam Indonesia).
[8] Wenten, I. G., Khoiruddin, K., Aryanti, P. T. P., & Hakim, A.
N. 2021. Pengantar teknologi membran. Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung.
[9] Wahyuni, E. T. (2024). Metode Spektrometri. UGM PRESS.
