analisis elkim2
TRANSCRIPT
Analisis elektrokimia
Potensial elektrode, potensial sel & potensial junction
Hubungan potensial & kesetimbangan
Hubungan potensial & arus
Arus anodik & katodik Arus faradaik & non
faradaik Potensial ohmik, polarisasi
Potensial elektrode
Potensial elektrode diukur terhadap elektrode standar : standard hydrogen electrode (SHE), yg memiliki potensial yg didefinisikan = 0,00 V
Potensial elektrode selalu dinyatakan sebagai potensial reaksi reduksi
misal : potensial elektrode Zn : potensial sel yg terdiri dr :- elektrode Zn sbg katode- SHE sbg anode
Standard Hydrogen Electrode
E = 0 V (by definition; arbitrarily selected)
2H+ + 2e- H2
Potensial elektrode standar (E0)
= potensial elektrode pada kondisi : aktivitas ion = 1
Potensial formal (E0’)
= potensial elektrode pada kondisi : konsentrasi ion = 1 M
Potensial elektrode standar
Potensial Sel
Perbedaan potensial listrik antara anode dan katode =• potensial sel• electromotive force
(emf)
Esel = Ekatode Eanode
Potensial elektrode
Potensial sel elektrokimiaDG = DG0 + RT ln Q
DG = nFE
DG0 = nFE 0
DG0 = RT ln K
nFE = nFE 0 + RT ln Q
Esel
0=
RTnF
ln K
aA + bB + ... mM + nN + ...
bB
aA
nN
mM
aa
aaQ
E = E0 ln QRTnF
Persamaan Nernst
example
Cu2+ + 2e Cu
E = E0 Cu2+/Cu ln RTnF
1[Cu2+]
Cd Cd2+ + 2e
Ekatode
Eanode
E = E0 Cd2+/Cd ln RTnF [Cd2+]
1
Potensial sel & kesetimbangan
E = E0 ln QRTnF
Persamaan Nernst
Potensial yg timbul dlm sel = kecenderungan reaksi untuk berjalan ke arah kesetimbangan
Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu
Jika potensial = 1,1 V
masih jauh dr kesetimbangan
Dg berjalannya reaksi, potensial turun mjd 0,0 V pd keadaan setimbang
setimbang :
Q = K
Example :
E0 =
RTnF
ln K
E = E0 ln KRTnF
Liquid junction
Antar muka (interface) antar 2 larutan yang mengandung elektrolit yang
berbeda yang mengandung elektrolit yang sama
tapi dengan konsentrasi berbeda
menimbulkan
mempengaruhi akurasi analisis
diatasi dg jembatan garam
Potensial junction
e-
a (Cl -) = 0.0010
Porous Disk/ Salt Bridge
a(Cl-) = 0.010
0.0592V e-
Ag(s) Ag(s)
HCl (a1)
HCl (a2)
Ag/AgCl electrode
Cl-
Ag/AgCl electrode
H+
------------ - - - -
Ag/AgCl electrode
+ + + + + timbul potensial junction
H+
Ag+
＋＋＋＋＋＋＋＋＋
－－－－－－－－－－
AgNO3 HNO3
a2 = a1
HCl HCl
Cl-
a2 < a1
＋＋＋＋＋＋＋＋＋
－－－－－－－－－－
H+
Tanda /+ potensial elektrode
Jika energi elektron dr elektrode
> SHE potensial elektrode = (-)
< SHE potensial elektrode = (+)
elektrodeM2+ + 2e M
SHEH2 2H+ + 2e
e
E e < SHEe bergerak drSHE ke elektrode
potensial (+)
Cu2+ Cu E0 = + 0,337 V
2H+ H2 E0 = 0,000 V
Cd2+ Cd E0 = – 0,403 V
Zn2+ Zn E0 = – 0,763 V
CdZn
SHE
e
melepas e menangkap e
potensial ()
H u b u n g a n p o t e n s i a l & a r u s
Eapplied = Esel IR
Sel galvani :Eapplied = Esel
R bergantung pd jenis & konsentrasi ion
arus = 0
Sel elektrolisis :
Eapplied = Esel IR
I = (Esel Eapplied )/R
I = Eapplied /R + k
I
Eapplied
+
kslope = 1/R
Potensial (Eapplied) dapat dikontrol, agar jumlah elektron yang ditransfer dari elektrode ke larutan adalah tertentu
Jumlah elektron berkaitan dg Jumlah reaktan yg habis Jumlah produk yg terbentuk
Utk sel elektrolisis
Hubungan muatan & jumlah produk
Hukum Faraday : muatan sebesar 96485 C 1 ekivalen reaksi (1 mol reaktan / 1 mol produk untuk reaksi 1 e-)
Jumlah elektron : diukur sbgmuatan total Q yg mengalir dlm sistem
satuan : coulomb1 C 6,24 1018 elektron
Plot arus vs potensial
arus
potensial
Informasi : Sifat larutan dan elektrode Reaksi yg terjadi di antar
muka
Arus laju alir elektron
Arus 1 A 1 C / detik
Arus katod ik dan anod ik
Potensial ()
Energi e >>
transfer e
larutan
arus reduksi/arus katodik
Potensial (+)
Energi e <<
arus oksidasi/arus anodik
larutan
transfer e
Contoh:
arus
potensialarus
anodik
arus katodik
2Br Br2 + 2e
2H+ + 2e H2
2H+ + 2e H2
Arus faradaik & non faradaik
Arus faradaik : dihantarkan oleh elektron yg ditransfer dalam reaksi redoks
(mengikuti hukum Faraday)
Arus non faradaik : ion bergerak ke permukaan elektrode & membentuk double layer ; elektrode bersifat sbg kapasitor
POTENSIAL OHMIK & POLARISASI
Potensial ohmik
Esel = Ekatode – Eanode – IR
Contoh :Sel elektrokimia berikut memiliki resistansi 4,00 a. Hitung potensial sel jika sel tersebut menghasilkan
arus 0,100 A
Utk mengatasi hambatan gerakan ion menuju elektrode
Cd│Cd2+ (0,0100M) Cu2+(0,0100M)│Cu
b. Hitung potensial sel yg dibutuhkan jika sel tersebut diubah mjd sel elektrolisis (arus dan resistansi sama)
Polarisasi Sel yg menunjukkan penyimpangan
kurva arus-potensia l : terpolar isas i
Derajat po lar isas i : overpotent ia l (potensia l leb ih)
Efek polar isas i :Sel e lekt ro l is is :
E a p p l i e d > n i la i teor i t isSel galvani :
E o u t p u t < n i la i teor i t is
• transfer massa
• reaksi kimia non redoks
• proses fisika : adsorpsi,
desorpsi, kristalisasi
Polarisasi konsentrasi
Polarisasi adsorpsi, desorpsi, kristalisasi
Sumber polarisasi
• laju reaksi transfer e– <<
Polarisasi transfer muatan
Polarisasi reaksi
OKS’ OKSOKSOKS’
RED’ REDREDRED’
permukaan larutan bulk
Transfer massa
Reaksi kimia
Proses fisika
elektrode
Polarisasi konsentrasi
Terjadi jika :laju transfer spesi reaktif ke permukaan elektrode tdk cukup utk mempertahankan arus yg dibutuhkan
Overpotensial difusi
E sel galvani makin kecilE sel elektrolisis makin (-)
Mekanisme transfer massa
Konveksigerak mekanis larutan akibat pengadukan
Migrasigerak ion akibat gaya elektrostatik antar ion dan elektrode bermuatan
Difusigerak spesi akibat perbedaan konsentrasi
Dipengaruhi oleh :
Polarisasi konsentrasi
• Konsentrasi total elektrolit
• Konsentrasi reaktan di permukaan elektrode
• Pengadukan mekanis
C << polarisasi >>
C >> polarisasi >>
pengadukan sempurna polarisasi <<
Makin besar jika:
Polarisasi transfer muatan
• densitas arus makin tinggi (smpi 0,01 A/cm2 kenaikan >>)
• temperatur makin rendah
• membentuk produk berupa gas (mis : H2, O2)
• elektrode dr logam lunak : Sn, Pb, Zn, Hg
Umumnya terjadi jika :
Jarang terjadi utk reaksi deposisi logam
Overpotensial (potensial lebih)
= E – Eeq
Esel = Ekatode – Eanode + katode + anode – IR
= overpotensial = derajat polarisasi
E = potensial sesungguhnya
Eeq = potensial termodinamik/kesetimbangan