LAPORAN PRAKTIKUM TERMODINAMIKA SEMESTER GENAP 2021/2022
PENGUKURAN EMF
NAMA : Fadhilah Amelia NIM : 2010208002
Dosen : Ravensky Yurianty, S.Pd M,Si
LABORATORIUM IPA
FAKULTAS ILMU TARBIYAH DAN KEGURUAN UNIVERSITAS ISLAM NEGERI RADEN FATAH
2022
PENGKURUAN EMF I. TUJUAN
1. Untuk menemukan EMF sel
2. Untuk menghitung perubahan energi bebas Gibbs dari reaksi sel 3. Untuk menghitung konstanta kesetimbangan
4. Untuk memprediksi spontanitas reaksi sel II. DASAR TEORI
Elektrokimia adalah bagian dari ilmu kimia yang mempelajari hubungan antara reaksi kimia dana aliran listrik merupakan aliran sesuatu yang bermuatan seperti elektron. Reaksi yang berhubungan dengan adanya aliran elektron adalah reaksi yang melibatkan pelepasan dan penerimaan elektron atau yang kita kenal dengan reaksi oksidasi dan reduksi atau rekasi redoks (Mulyani,2003)
Elektrokimia adalah cabang ilmu kimia yang berkenaan dengan interkonvensi energi listrik dan energi kimia. Proses elektrokimia adalah reaksi reaksi (oksidasi – reduksi) dimana dalam reaksi ini energi yang dilepas oleh reaksi spontan diubah menjadi listrik atau dimana energi listrik yang di lepas oleh reaksi non spontan bisa terjadi. Dilepasnya elektron oleh suatu unsur tersebut dalam reduksi, terjadi penurunan biloks karena diperolehnya oleh unsur tersebut (Chang, 2004)
Reaksi elektrokimia melibatkan perpindahan elektron – elektron bebas dari suatu logam kepada komponen di dalam larutan.
Kesetimbangan reaksi elektrokimia penting dalam sel galvani dan sel elektrolisis. Pengukuran daya gerak listrik suatu sel elektrokimia dalam jangkauan suhu terterntu dapat digunakan untuk menentukan nilai – nilai termodinamika reaksi yang berlangsung serta kerfisien aktivitas dari elektrolit yang terlibat (Burhanudin, 2014)
Sel elektrolisis adalah di mana energi listrik yang digunakan untuk berlangsungnya suatu reaksi kimia. Sel ini merupakan kebalikan dari sel galvani emf yang diperlukan untuk berlangsungnya proses ini akan sedikit lebih tinggi daripada emf yang dihasilkan oleh reaksi kimia, dan ini
didapat dari lingkungannya. Reaksi kimia spontan menghendaki ΔG menjadi negative. Apabila emf sel adalah positif, maka ini adalah sel galvani. Kesetimbangan akan terjadi apabila ΔG dan E sama dengan nol.
Reaksi dengsn nilai E yang lebih positif akan terjadi lebih dahulu daripaada reaksi – reaksi dengan emf yang kepositifannya lebih rendah (Dogra,2009)
Harga Electromotive force (EMF) atau daya elektromotif suatu sel elektrokimia dapat diukur dengan kecepatan yang tinggi apabila penentuannya dilakukan dengan cara tertentu. Perbedaan potensial yang diukur antara anode dan katode tergantung pada kuantitas muatan listrik yang mengalir di antara keduanya, dengan demikian tergantung arus listrik yang berasal dari sel. Sejumlah emf sel digunakan untuk mengatasi tahanan listrik intern sel, dan karena arus berasal dari sel maka terjadilah perubahan konsentrasi spesies dalam bagian setengah sel. Perubahan konsentrasi ini menyebabkan potensial elektroda berubah, yang berkaitan dengan menurunnya perbedaan potensial. Sel seperti sel daniell dapat dibuat reversibel dengan cara mengimbangi potensialnya dengan suatu potensial eksternal sehingga tidak ada aliran arus. Saat potensial listrik bener berimbang, sel tersebut bereaksi reversibel dan potensialnya dirujuk sebagai elektrokimia force (EMF). Hal ini bisa dilakukan dengan menggunakan potensiometer, karena EMF meruoakan beda potensial saat sel tersebut bereaksi reversibel dan reaksi reversibel dapat dicapai saat arus yang lewat sama dengan nol, maka arus listrik yang keluar dari sel harus diimbangi oleh arus hasil dari kerja yang mempunya emf yang lebih besar dari emf sel yang akan diukur, jadi kutub harus dipasang berlawanan dengan kutub – kutub listrik dari luar seperti yang terlihat pada gambar.
Pengukuran emf dalam sel galvanic adalah perbedaan potensial listrik antara dua elektrode. Ketika aliran listrik dibuat diantara dua batang logam yang berbeda dan elektron akan mengalir secara spontan sampai kecenderungan elektron bergerak diantara kedua batang tersebut sama.
Sebuah sel elektrokimia yang beroperasi secara spontan disebur dengan sel galvani (sel volta) mengubah energi kimia menjadi energi
listrik yang dapat digunakan untuk melakukan kerja. Elektrolisis adalah peristiwa elektrolit dalam sel elektrolisis oleh arus listrik, arus listrik berasal dari suber arus baterai/aki yang menghasilkan arus searah. Pada anoda terjadi reaksi oksidasi, yang merupakan anion ( ion negatif) ditarik oleh anoda dan jumlah elektronnya berkurang sehingga bilangan oksidasinya bertambah. Pada katoda terjadi reaks reduksi yaitu kation ditarik oleh katoda dan menerima tambahan elektron sehinggan biloksnya berkurang (Oxtoby, 1999)
Sel galvanik terdiri dari kombinasi setengah sel yang berbeda yang dihubungkan oleh jembatan garam. Setiap sel terdiri dari logam yang dicelupkan kedalam elektrolit. Logam dengan potensial reduksi yang lebih tinggi bertindak sebagai katoda dan yang lainnya akan bertindak sebagai anoda. Potensial sel ( EoSel) adalah penjumlahan dari potensial anoda dengan potensial katoda
E°Sel = E°Katoda - E°Anoda
Elektroda merupakan tempat terjadinya rekasi oksidasi-reduksi, pada elektroda anoda terjadi reaksi oksidasi dan katoda terjadi reaksi reduksi.
Ketika sebuah logam bersentuham demgan ion dari larutannya sendiri, maka akan menghasilkan potensial elektrolit. Untuk menentukan interaksi antara elektroda dapat menggunakan metode percobaan langsung yang memberikan hasil yang sangat cermat, yaitu berdasarkan penentuan percobaan potensial antara dua elektroda. Nila dibuat suatu hubungan listrik antara dua daerah yang mempunyai rapatan muatan yang lebih tinggi atau potensial listrik lebih tinggi menuju daerah dengan muatan rapatan potensial listrik lebih rendah. Aliran muatan ini disebut aliran listrik, bila antara dua titik perbedaan potensialnya makin besar, maka makin besar pula alirannya. Perbedaan potensial listrik kecil cukup untuk menghasilkan aliran listrik (Alhidayatuddiniyah, 2001)
Dlam menyetarakan reaksi redoks, kita dapat memecahkan reaksi itu menjadi dua bagian yaitu setengah reaksi oksidasi dan setengah rekasi redukis, pada reaksi reduksi, zat – zat yang direaksikan dicampur dalam
satu wadah sehingga terjadi reaksi yang disetai pelepasan dan penyerapan kalor. Dan sel volta merupakan penaraan bahan kimia dan penghantar listrik yang memberikan aliran elektron lewat rangkaian lur dari suatu zat kimia yang teroksidasi ke zat kimia yang direduksi.
III. ALAT DAN BAHAN Alat :
a. Beaker gelas b. Voltmeter c. Jembatan Garam Bahan
a. Elektrode yang digunakan
Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Ti, Co, Ini, Sn, Pb, Cu, Ag, Au, 2H
b. Elektrolit yang digunakan -LiCl, KCl, BaCl2, CaCl2, NaCl, MgSO4 , Al(NO3)3, MnSO4 , ZnSO4, Cr(NO3)3 , FeSO4 , CdSO4 , TiNO3 CoSO4 , NiSO4 , SnSO4, PbNO3, CuSO4, AgNO3 , AuNO3 , HCl
IV. PROSEDUR KERJA
1. Pilihlah simulator pada EMF measurement 2. Atur suhunya.
3. Pilih katoda dari daftar.
4. Pilih anoda dari daftar.
5. Pilih konsentrasi elektrolit.
6. Catat tegangan sel.
7. Hitung energi bebas Gibbs dari tegangan yang diperoleh dari percobaan.
8. Hitung konstanta kesetimbangan 9. Prediksi spontanitas reaksi sel V. HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Hasil Suhu = 25°C
Katode yang digunakan = Copper / tembaga (Cu) Konsentrasi elektrolit = 0,01 M
Anoda yang digunakan = Zinc (Zn)
Konsentrasi elektrolit yang digunakan = 0,01 M Sehingga, EMF sell = 1.1 V
E°sel Zn Zn2+ + 2e = -0,76 E°sel Cu2+ + 2e Cu = + 0,34
Zn Zn2+ + 2e 0,76
Cu2+ + 2e Cu 0,34
Zn + Cu2+ Zn2+ 1,1 V Perubahan energi bebas gibs pada reaksi sel, =
ΔG° = -n . F . E°sel
= - (2) x 96.500 x 1.1 V = -212.300 j/mol
Konstanta kesetimbangan dari reaksi sel, K = ln K = n. F . E ° sel
R . T
ln K = 212,300j/mol 8,314j/k mol x298k = 212.300
2477,572 ln K = 85,68 K = 1,623
Spontanitas reaksi sel = reaksi bersifat spontan, karena E°sel > 0, ΔG°
negatif dan K > 1 maka arah reaksi mengarah ke produk dan reaksi 2. Pembahasan
Praktikum ini dilakukan menggunakan media berupa Virtual Lab Amrita dengan judul percobaan pengukuran EMF. Yang bertujuan untuk menentukan EMF sel, menghitung perubahan energi bebas gibbs dari reaksi sel dan memprediksi spontanitas reaksi sel
Untuk memulai praktikum ini, pertama – tama praktikan login terlebih dahulu di Virtual Lab Amrita. Kemudian praktikan memilih Chemical
Sciences , lalu memilih Physical Chemistry Virtual Lab, selanjutnya pilih praktikum yang akan kita lakukan yaitu EMF measurement.
Setelah itu pilih simulator untuk melakukan percobaan. Pada percobaan ini praktikan diharuskan untuk mengatur suhu, memilih katode dan anode yang digunakan pada saat melakukan percobaan, serta mengatur setiap konsentrasi elektrolitnya.
Pada percobaan ini praktikan memakai suhu 25°C, katoda yang digunakan yaitu Cu, anoda yang digunakan yaitu Zn, dan konsentrasi masing – masing elektrolit yang digunakan yaitu 0,01 M , sehingga didapatkan nilai EMF sell sebesar 1,1 V
Zn Zn2+ + 2e 0,76
Cu2+ + 2e Cu 0,34
Zn + Cu2+ Zn2+ 1,1 V
Pada proses percobaan ini CusSO4 mengalami reaksi reduksi karena terjadi pada katoda, yanfg artinya CuSO4 mengalami penurunan bilangan oksidas (Biloks) sedangkan ZnSO4 mengalami reaksi reduksi karena terjadi pada anoda yang artinya ZnSO4 mengalami kenaikan bilangan oksidasi (Biloks)
Beberapa potensial listrik dari suatu reaksi redoks dalam sel volt merupakan total dari potensial elektrode usnur – unsur sesuai dengan reaksinya. Dalam hal ini, hasil perhitungan potensial sel bisa positid atay bisa negatif. Perhatikan pernyataan berikut :
ΔE° sel > 0, ΔG negatif dan K > 1, spontan
Artinya, jika potensial bertanda positif atau ΔE° sel lebih besar dari 0, dan K nya juga lebih besar dari 1 serta energi bebas gibsnya negatif berarti reaksi dapat berlangsung spontan.
ΔE° sel > 0, ΔG negatif dan K < 1, tidak spontan
Jika potensial bertanda negatif atau ΔE° sel lebih kecil dari 0 dan K nya juga lebih kecil dari 1, serta energi bebas gibsnya positif, berarti reaksi tidak berlangsung spontan.
E° sel = 0 , ΔG = 0 dan K =1 tidak ada reaksi yang terjadi
Jika potensialnya sam dengan 0, dan K nya bernilai 1 serta energi bebas gibsnya 0, berarti tidak ada reaksi yang terjadi.
Pada reaksi percobaan ini yaitu reaksi Cu dan Zn, elektroktron akan mengalir dari anoda Zn ke katoda Cu. Hal tersebut akan menimbulkan perbedaan potensial antara kedua elektroda. Ketika tidak ada lagi arus listrik mengalir maka akan terjadi perbedaan potensial maksimum yang dinamakan GGL sel atau E° sel. Langkah selanjutnya, praktikan melakukan perhitungan untuk menentukan energi bebas gibbs, adapun rumus untuk menghitung energi bebas gibs adalah :
ΔG = -n . F . E°
Maka didapatlah energi bebas dari reaksi sel sebesar ΔG = -212.300 j/mol. Setelah itu praktikan melakukan perhitungan kembali untuk menentukan kestimbangan, adapun rumusnya adalah sebagai berikut :
ΔG = -RT . ln K ln K = ΔG
RT Maka didapatlah nilai konstanta =
Percobaan ini menghasilkan data bahwa reaksi dalam percobaan ini terjadi bersifat spontan, hal ini dapat dilihat pada hasil perhitungan disesuaikan denganΔE° sel > 0 , ΔG negatif dan K > 1
VI. KESIMPULAN DAN SARAN
1. Elektrokimia adalah bagian dari ilmu kimia yang mempelajari hubungan antara reaksi kimia dan aliran listrik
2. Pada percobaan ini didapatkan hasil perubahan energi bebas gibs pada reaksi sel, ΔG = -212.300 J/mol
3. Pada percobaan ini didapatkan hasil konstanta kesetimbangan dari reaksi sel, K = 1,623
4. Pada percobaan ini reaksi terjadi secara spontan karena nilai ΔE° sel >
0 , ΔG negatif dan K 1,623.
VII. PERTANYAAN DAN JAWABAN
1. Jelaskan tentang sel elektrokimia dan pembagiannya sebagai sel volta dan sel elektrolisis
2. Jelaskan hubungan antara potensial sel, energi bebas dan kesetimbangan
Jawab : 1. Sel elektrokimia juga disebut sel volta atau sel galvani adalah suatu alat tempat reaksi kimia terjadi dengan produksi suatu perbedaan potensial lirik antara dua elektroda. Jika kedua elektroda dihubungkan terhadap suatu tangkaian luar, dihasilkan aliran arus yang dapat mengakibatkan terjadinya kerja mekanik sehingga sel elektrokimia mengubah energi kimia ke dalam kerja yang berupa energi listrik. Sel elektrolisis dan sel volta merupakan hasil terapan dari sel elektrokimia yang menggunakan media elektroda dan larutan elektrolit. Sampai saat ini, sel elektrokimia masih memeiliki peranan penting di dalam kemajuan teknologi modern mulai industri otomotif maupun rumah tangga. Sel volta merupakan sel elektrokimia yang dapat menghasilkan energi listrik secara spontan dari reaksi kimia yang terjadi di dalam larutan. Contoh sel volta adalah baterai listrik. Sementara itu, sel elektrolisis adalah sel yang mengalami reaksi kimia ketika arus listrik dialirkan ke sel tersebut. Contoh sel elektrolisis adalah penguraian garam menjadi unsur pembentuknya, yaitu natrium dan klorin
2. Hubungan antara potensial sel, energi bebas dan konstanta kesetimbangan secara langsung berhubungan dalam suatu persamaan yaitu :
ΔG° = -R . T ln Keq = -n . F. E°Sel dimana :
R = 8,314 J/mom KT = suhu ( kelvin)
n = mol dari jumlah elektron dalam reaksi redoks F = 96.500 C/mok
ΔG° merupakan perbedaan energi bebas gibss antara produk dan reaktan. Sedangkan E°Sel adalah perbedaan gaya gerak listrik antara 2
setengah sel. Semakin besar E°Sel maka semakin besar pula kekuatan pendorong elektron melalui sistem maka akan semakin spontan pula reaksi yang terjadi. E°Sel diukur dalam satuan volt. Keselurahan tegangan sel diukur dari potensial setengah sel reduksi + potensial setengah sel oksidasi. Jadi hubungan antara potensial sel, energi bebas dan konstanta kesetimbangan secara langsung berhubungan dalm suatu persamaan yang di atas
