LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM ELEKTROKIMIA

LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM ELEKTROKIMIA

“PERSAMAAN NERNST DAN SEL KONSENTRASI“

Nama : Aldhita Zahra

NIM/BP : 20036032/2020 Kelompok : 2

Anggota : 1. Dion Randi Karsa 2. Juvani Indah Putri 3. Nanda Putri Rahayu 4. Suci Reski Utami 5. Srihayuni

Dosen : 1. Alizar, S.Pd., M.Sc. Ph.D

2. Trisna Kumala Sari, S.Si, M.Si, Ph.D Asisten Dosen : 1. M. Iqbal Saputra Gemasih, S.Si

2. Mariza Anjelia, S. Si

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI PADANG

2023

PERCOBAAN 3

“PERSAMAAN NERNST DAN SEL KONSENTRASI“

A. TUJUAN

Tujuan dari percobaan ini adalah :

1. Dapat mengaplikasikan persamaan nernst kepercobaan

2. Dapat memahami dan membedakan sel volta dan sel konsentrasi 3. Dapat menentukan potensial sel secara manual

B. WAKTU DAN TEMPAT

Hari/Tanggal : Kamis/ 19 Oktober 2023 Pukul : 09.40 - 12.20 WIB

Tempat : Laboratorium Kimia Analitik, FMIPA, UNP

C. TEORI DASAR

a. Persamaan Nernst

Potensial sel galvani bergantung pada aktivitas berbagai spesies yang mengalami reaksi dalam sel. Persamaan yang menyatakan hubungan ini disebut persamaan nernst, setelah ahli kimia fisika, Walther Nernst (1889) untuk pertama kalinya menggunakan persamaan itu untuk menyatakan hubungan antara potensial suatu elektroda logam-ion logam dengan konsentasi ion itu dalam larutan. Persamaan nernst adalah persamaan ketika konsentrasi dan tekanan pada kedua elektrode (anoda dan katoda) berbeda jenis pada kedua elektroda.

Dalam reaksi kimia seperti

perubahan energi bebas diberikan oleh persamaan

Dimana adalah perubahan energi bebas bila semua pereaksi dan hasil reaksi berada dalam keadaan standar (aktivitas satu), R tetapan gas, 8,314 J/der-mol, dan T adalah temperatur mutlak.

Perubahan energi bebas atau kerja yang dilakukan dengan mendorong elektron sebanyak bilangan Avogadro melewati voltase E

adalah (Ne)E, dengan N adalahn bilangan avogadro dan e adalah muatan elektron. Hasil kali Ne adalah 96.500 C, yang disebut 1 Faraday alau F.

Jadi,

Dengan n ialah banyaknya mol elektron yang terlibat dalam reaksi itu. Jika semua pereaksi dan hasil reaksi berada dalam keadaan standar mereka, hubungan ini menjadi

Jadi

dimana konsentrasi-konsentrasi menggantikan aktivitas. Ini dapat dituliskan sebagai

Pada persamaan menjadi

Bentuk inilah yang lazim digunakan sebagai persamaan nernst itu.

Perhatikan bahwa kesetimbangan, dan pecahan dalam logaritma adalah tetapan kesetimbangan, Jadi

Atau

b. Sel Konsentrasi

Dari persamaan Nernst, dapat dilihat bahwa besarnya potensial sel dipengaruhi oleh konsentrasi. Dengan demikian, kita dapat merakit sel volta yang tersusun dari dua elektroda yang identik, tetapi masing- masing memiliki konsentrasi ion yang berbeda. Sel seperti ini dikenal dengan istilah Sel Konsentrasi.

Sel konsentrasi adalah sel volta yang kedua elektrodanya (anoda dan katoda) berjenis sama, tetapi konsentrasinya berbeda. Biasanya, sel

konsentrasi terjadi pada larutan asam (H⁺), yang pada reaksi anode dan katodenya atom hidrogen akan habis bereaksi (Tim Dosen Elektrokimia, 2023).

Walther Hermann Nernst (1864 - 1941), seorang ahli kimia Jerman, bekerja di beberapa bidang pengetahuan, termasuk kimia fisik, fisika zat padat, fotokimia, teori larutan, dan hubungan antara termodinamika dan elektrokimia, yang meliputi persamaan Nernst, yang dikembangkan di 1887. Studinya membantu pembentukan kimia fisik modern, penelitian di bidang teoritis dan eksperimental, dan perumusan teorema panas Nernst, yang dikenal sebagai hukum termodinamika ketiga. Persamaan Nernst dapat diaplikasikan pada beberapa percobaan, persamaan ini juga dapat digunakan untuk titrasi reduksi oksidasi, pasangan redoks ketergantungan pH, penentuan konstanta kesetimbangan, dan lainya. Persamaan Nernst, adalah hubungan kuantitatif yang memungkinkan penghitungan potensial sel, E, dalam berbagai konsentrasi ion suatu unit; oleh karena itu, potensial sel dapat dengan mudah dihitung dengan persamaan Nernst dan diterapkan pada sel galvanik Daniell pada 25^oC, lebih jauh lagi, pada kondisi standar, yaitu konsentrasi satuan ion, potensial sel Daniell adalah E=E°, karena termo kedua dari Persamaan Nernst menjadi nol (Ciribelli et al., 2020).

Persamaan Nernst menggambarkan hubungan kuantitatif antara potensial elektroda standar, aktivitas reaktan dan potensial reversibel elektroda sel. Ini adalah aplikasi yang jelas dari kesetimbangan

termodinamika dalam proses reaksi elektrokimia. Potensi elektroda dapat dihitung dengan persamaan Nernst. Untuk menghilangkan kesalahan tegangan dan mencapai perkiraan yang tepat, hubungan kuantitatif antara kesalahan tegangan dan jumlah konsentrasi lithium-ion yang dikoreksi disimpulkan berdasarkan persamaan Nernst (Liu et al., 2020).

Sel volta tradisional memperoleh energi mereka terutama melalui transfer elektron antara spesies kimia yang berbeda. Sebaliknya, sel konsentrasi menggunakan spesies kimia tunggal pada dua konsentrasi berbeda, memperoleh energi dari entropi pencampuran larutan. Dengan sebagian besar ukuran, sel konsentrasi dianggap berkinerja buruk dibandingkan dengan volta, biasanya menghasilkan ggl 1–2 kali lipat lebih sedikit dan terkadang menawarkan beberapa kali lipat lebih sedikit dalam kekuatan atau kerapatan energi. Namun demikian, mereka memiliki aplikasi khusus di mana gradien konsentrasi yang kuat terjadi secara alami, misalnya, pada pertemuan sungai air tawar dengan badan air asin. Konsep sel konsentrasi sangat penting untuk sejumlah alat analitik, termasuk probe pH dan sensor oksigen zirkonia karena perbedaan konsentrasi yang kecil dapat dengan mudah diubah menjadi ggl terukur, sesuai persamaan Nernst. Sel konsentrasi biasanya dikategorikan berdasarkan spesies yang bertanggung jawab atas perbedaan konsentrasi yang dieksploitasinya (misalnya, Cl⁻, H⁺, Ag⁺) (Sheehan et al., 2022).

Sel konsentrasi terdiri dari dua setengah sel yang memiliki larutan yang sama, tetapi berbeda konsentrasi (pekat dan encer). Kedua larutan dihubungkan dengan jembatan garam yang mengandung larutan elektrolit. Elektroda logam yang dimasukkan ke dalam masing-masing larutan diukur dengan menggunakan alat pengukur potensial. Dalam sel konsentrasi, prinsip Le Chatelier berlaku di mana reduksi meningkat dengan meningkatnya konsentrasi logam. Sehingga reduksi terjadi pada larutan yang lebih pekat dan oksidasi terjadi pada larutan encer. Larutan yang lebih pekat berfungsi sebagai katoda dan larutan yang lebih berair berfungsi sebagai anoda sehingga ada aliran elektron dari larutan berair

ke larutan pekat hingga tercapai kesetimbangan. Selanjutnya perubahan arus listrik diukur menggunakan voltmeter, kemudian hasil pengukuran dihitung menggunakan persamaan Nerst (Nawang Sari et al., 2019).

Dalam uji korosi galvanik sel konsentrasi, dua jenis sel konsentrasi diselidiki. Tipe pertama adalah sel konsentrasi oksigen di mana udara dipompa ke dalam kompartemen larutan NaCl 0,1N yang berisi spesimen CS yang terhubung ke kompartemen lain yang berisi larutan NaCl 0,1N tanpa aerasi. Sel konsentrasi tipe kedua yang diselidiki adalah sel konsentrasi garam. Dalam eksperimen ini, sel galvanik dibuat di antara dua kompartemen dengan konsentrasi garam berbeda pada suhu berbeda dengan dan tanpa aerasi. Arus galvanik, potensial galvanik, dan penurunan berat masing-masing spesimen dalam pasangan ditentukan.

Setiap percobaan dilakukan setidaknya dua kali (Hamad et al., 2019).

Bahan yang digunakan dalam sel konsentrasi identik dengan yang digunakan dalam sel konsentrasi penukar anion. Konstruksi sel konsentrasi menggunakan bahan dan prosedur yang sama seperti yang dijelaskan untuk sel konsentrasi penukar anion. Dengan demikian, potensial terukur dari sel konsentrasi penukar anion adalah pengukuran potensial kimia dan faktor termodinamika. Jumlah transferensi juga telah diukur dengan menggunakan pengukuran sel konsentrasi dalam kondisi larutan encer. Namun, pendekatan ini terbatas pada penentuan nomor transferensi dalam larutan encer dan ekstrapolasi ke larutan pekat tidak didukung. Metode penggunaan sel konsentrasi yang mengandung jembatan garam juga telah dijelaskan. Namun, interpretasi yang benar dari potensi sel membutuhkan pengetahuan tentang jumlah transferensi di wilayah gradien dalam potensi kimia. Metode untuk pengukuran faktor termodinamika meliputi pengukuran tekanan uap dan penurunan titik beku (Craig et al., 2019).

D. ALAT DAN BAHAN a. Alat

1. Gelas kimia 2 buah 2. Voltmeter 1 set 3. Kabel penjepit buaya 1 pasang

4. Bunsen 1 buah

5. Kasa 1 buah

6. Kaki tiga 1 buah 7. Batang pengaduk 1 buah b. Bahan

1. Batang Cu, Zn, dan Al

2. Larutan CuSO4 1 M, 0.8 M, 0.6 M, 0.4 M, 0.2 M dan 0.1 M

3. Larutan Zn(NO₃)₂.4H₂O 1 M, 0.8 M, 0.6 M, 0.4 M, 0.2 M dan 0.1 M 4. Larutan Al(OH)3 1 M, 0.8 M, 0.6 M, 0.4 M, 0.2 M dan 0.1 M

5. Larutan KNO3 1 M 6. Powder agar-agar E. PROSEDUR

Prosedur Kerja Reaksi Pengamatan Gelas kimia

(+) 60 mL KNO3

Panaskan

(+) Powder agar

Aduk dan tuang ke tabung U 2 gelas kimia

(+) CuSO4 1M (tb1) (+) CuSO4 0.8 M (tb2) Celupkan elektroda Cu

Hitung volt pada voltmeter

Ganti larutan tb2 dengan CuSO₄ hingga konsentrasi

Elektroda Cu:

Oks: Cu Cu²⁺ + 2e^- Red: Cu²⁺ Cu + 2e^-

Elektroda Zn

Oks: Zn Zn²⁺ + 2e^- Red: Zn²⁺ Zn + 2e^-

Nilai GGL berubah setiap pergantian konsentrasi konsentrasi larutan gelas kimia 2

0,1M (tb1 tetap)

Lakukan hal yang sama dengan Zn(NO3)2 dan Al (OH)3

Elektroda Al Oks: Al Al³⁺ + 3e^- Red: Al³⁺ Al + 3e^-

F. TABEL PENGAMATAN

 CuSO4

No. Katoda Anoda GGL (volt) Nernst (Teori)

1. 1 M 1 M 0 0

2. 1 M 0.8 M 0 0.002

3. 1 M 0.6 M 0,002 0.006

4. 1 M 0.4 M 0.07 0.011

5. 1 M 0.2 M -0.04 0.02

6. 1 M 0.1 M -0.03 0.0295

 ZnSO₄

No. Katoda Anoda GGL (volt) Nernst (Teori)

1. 1 M 1 M 0 0

2. 1 M 0.1 M 0 0.0295

 Al(OH)₃

No. Katoda Anoda GGL (volt) Nernst (Teori)

1. 1 M 1 M 0 0

2. 1 M 0.8 M 0 0.0019

3. 1 M 0.4 M 0 0.0078

4. 1 M 0.2 M 0 0.0136

5. 1 M 0.1 M 0 0.0196

G. PERHITUNGAN a. CuSO4













b. ZnSO4





c. Al(OH)₃











H. PEMBAHASAN

Percobaan kali ini yaitu mengenai persamaan nernst dan sel konsentrasi yang bertujuan untuk mengaplikasikan persamaan nernst kepercobaan, memahami dan membedakan sel volta dan sel konsentrasi, serta menentukan potensial sel secara manual.

Pada sel elektrokimia sederhana, elektron akan mengalir dan anoda ke katoda. Hal ini akan menyebabkan perbedaan potensial antara kedua elektroda. Perbedaan potential akan mencapai maksimum jika tidak ada arus listrik yong mengalir. Perbedaan maksimum inilah yang disebut GGL sel atau Esel. Salah satu faktor yang mempengaruhi Esel adalah konsentrasi.

Persamaan yang menghubungkan korsentrasi dengas Esel dinamakan persamaan Nernst.

Elektroda yang digunakan pada percobaan ini berbeda untuk masing- masing elektrolitnya. Untuk elektrolit tembaga sulfat digunakan elektroda Cu, untuk seng sulfat digunakan elektroda Zn, dan untuk aluminium hidroksida digunakan elektroda Al. Tiap elektroda dihubungkan dengan voltmeter yang berguna untuk mengukur perbedaan potensial kedua sistem.

Ketika elektroda dihubungkan dengan voltmeter, maka larutan dihubungkan dengan jembatan garam. Jembatan garam ini diletakkan diantara anoda dan katoda. Jembatan garam berfungsi sebagai penyetara anion kation didalam sistem. jembatan garam yang disusun oleh larutan KNO3 diberikan; ion NO₃⁻ yang dihasilkan akan menggantikan ion yang hilang di anoda. Dengan cara yang sama, di katoda, akan terjadi akumulasi yang digantikan oleh ion K⁺ dari jembatan garam (de Blasio, 2019).

Jembatan garam juga berfungsi untuk menutup rangkaian agar reaksi berlangsung secara kontinu. Pada percobaan ini, dikatakan sebelumnya jika setiap percobaan menggunakan elektroda yang sama pada elektrolitnya. Hal ini dinyatakan sebagai sel konsentrasi. Sel konsentrasi adalah sel volta yang kedua elektrodanya (anoda dan katoda) berjenis sama, tetapi konsentrasinya berbeda (Tim Dosen Elektrokimia, 2023).

Untuk tiap sel konsentrasi, reaksi setengah sel nya sama, yang membedakan hanyalah konsentrasinya.

Elektroda Cu:

Oksidasi: Cu Cu²⁺ + 2e^- Reduksi: Cu²⁺ Cu + 2e^- Elektroda Zn:

Oksidasi: Zn Zn²⁺ + 2e^- Reduksi: Zn²⁺ Zn + 2e^- Elektroda Al

Oksidasi: Al Al³⁺ + 3e^- Reduksi: Al³⁺ Al + 3e^-

Percobaan dilakukan dengan konsentrasi yang beragam dengan tujuan untuk melihat pengaruh perbedaan konsentrasi pada elektrolit terhadap nilai ggl yang dihasilkan dengan tujuan untuk meguji persamaan nernst. Untuk sel konsentrasi E^oselnya adalah nol karena kedua elektroda nya identik.

Nilai E sell positif yang diperoleh pada perhitungan dengan persamaan nernst menunjukkan bahwa reaksi terjadi secara spontan, jika negatif artinya reaksi tidak spontan. Pada percobaan yang dilakukan, semakin jauh perbedaan konsentrasi, semakin besar nilai Esel atau ggl nya. Hal ini sesuai dengan teoritisnya, dimana nilai atau biasa disebut nilai K akan meningkat, bila konsentrasi mendekati satu sama lain dan potensial sel akan menurun. Jika konsentrasi kedua larutan sama, maka K akan sama dengan 1.

Ketika nilai K adalah 1, maka log dari 1 adalah nol sehingga jika dituliskan, maka akan menjadi,

Sehingga Esel adalah 0.

Pada sel konsentrasi ini ada sisi yang kurang terkonsentrasi dan ada sisi yang lebih terkonsentrasi. Hal ini menyebabkan kecenderungan untuk menyamakan konsentrasi, dan itu cukup untuk membuat voltase kecil.

Ketika konsentrasinya sama, maka tidak ada lagi kecenderungan untuk menyamakan konsentrasi sehingga tidak lagi menghasilkan voltase.

I. KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan yang dilakukan, dapat disimpulkan:

1. Pengaplikasian persamaan nernst dilakukan sebagai pembanding dan pengujian terhadap hasil yang diperoleh secara eksperimental.

2. Sel Volta adalah sel elektrokimia yang menggunakan reaksi redoks spontan untuk menghasilkan listrik. Sedangkan sel konsentrasi adalah sel volta yang kedua elektrodanya (anoda dan katoda) berjenis sama, tetapi konsentrasinya berbeda.

DAFTAR PUSTAKA

Ciribelli, B. N., Colmati, F., & Souza, E. C. de. (2020). Nernst equation applied to electrochemical systems and centenary of his Nobel Prize in chemistry.

International Journal for Innovation Education and Research, 8(11), 670–

683.

Craig, N., Mullin, S. A., Pratt, R., & Crane, G. B. (2019). Determination of Transference Number and Thermodynamic Factor by use of Anion- Exchange Concentration Cells and Concentration Cells. Journal of The Electrochemical Society, 166(13), A2769–A2775.

de Blasio, C. (2019). Redox potential and galvanic cells. In Green Energy and Technology (pp. 31–45). Springer Verlag. https://doi.org/10.1007/978-3- 030-11599-9_3

Hamad, M. F., Abdul Kader, H. D., Alabdly, H. A., Hasan, B. O., & Ali, I. S. M.

(2019). Corrosion of Carbon Steel in Oxygen and NaCl Concentration Cells:

the Influence of Solution Temperature and Aeration. Iraqi Journal of Chemical and Petroleum Engineering, 20(3), 49–57.

Liu, L., Zhu, J., & Zheng, L. (2020). An Effective Method for Estimating State of Charge of Lithium-Ion Batteries Based on an Electrochemical Model and Nernst Equation. IEEE Access, 8, 211738–211749.

Nawang Sari, R., Loekitowati Hariani, P., & Suheryanto, S. (2019). Development of the Potentiometric Method for Measurement of Cu. Indonesian Journal of Fundamental and Applied Chemistry, 4(3), 122–125.

Sheehan, D. P., Hebert, M. R., & Keogh, D. M. (2022). Concentration cell powered by a chemically asymmetric membrane: Experiment. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 52.

Tim Dosen Elektrokimia. (2023). Penuntun Pratikum Elektrokimia. FMIPA, UNP: Padang.

LAMPIRAN

Susun rangkaian sel Hubungkan dengan voltmeter Catat ggl yang ditampilkan

Lakukan dengan konsentrasi yang berbeda

Ulangi percobaan dengan larutan ZnSO4 dan lakukan pula pada Al(OH)3