BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Seperti yang telah kita ketahui, topik elektrokimia ini sudah kita pelajari

saat masih duduk di bangku SMA. Namun, pembahasan pada saat itu hanya

secara garis besarnya saja. Dengan adanya makalah ini, kami bermaksud untuk

membahas topik elektrokimia dengan lebih lengkap dan mendalam.

Elektrokima itu penting untuk diketahui dan dibahas lebih lanjut karena

fungsi dan kegunaan dari elektrokimia itu sangat penting dan berguna dalam

kehidupan kita sehari-hari.

1

BAB II

PEMBAHASAN

Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari aspek elektronik dari reaksi

kimia. Elemen yang digunakan dalam reaksi elektrokimia dikarakterisasikan

dengan banyaknya elektron yang dimiliki. Elektrokimia secara umum terbagi

dalam dua kelompok, yaitu sel galvanik dan sel elektrolisa.

Sel elektrokimia, juga disebut sel volta atau sel galvani, adalah suatu alat

dimana  reaksi kimia terjadi dengan produksi suatu perbedaan potensial listrik

antara dua elektroda. Jika kedua elektroda dihubungkan terhadap suatu sirkuit luar

dihasilkan aliran arus, yang dapat mengakibatkan terjadinya kerja mekanik

sehingga sel elektrokimia mengubah energi kimia ke dalam kerja.

A. Reaksi Redoks

Berikut akan dijelaskan bagaimana mengerjakan setengah-reaksi elektron

untuk proses oksidasi dan reduksi, kemudian bagaimana menggabungkan

setengah-reaksi tersebut untuk mendapat persamaan ion untuk reaksi redoks

secara utuh. Ini merupakan pelajaran yang penting dalam kimia anorganik.

Setengah-Reaksi Elektron

Apakah setengah-reaksi elektron?

Ketika magnesium mereduksi tembaga(II)oksida dalam suhu panas menjadi

tembaga, persamaan ion untuk reaksi itu adalah:

Kita dapat membagi persamaan ion ini menjadi dua bagian, dengan melihat dari

sisi magnesium dan dari sisi ion tembaga(II) secara terpisah. Dari sini terlihat

jelas bahwa magnesium kehilangan dua elektron, dan ion tembaga(II) yang

mendapat dua elektron tadi.

2

Kedua persamaan di atas disebut “setengah-reaksi elektron” atau “setengah-

persamaan” atau “setengah-persamaan ionik” atau “setengah-reaksi”, banyak

sebutan tetapi mempunyai arti hal yang sama.

Mengabungkan setengah reaksi untuk mendapat persamaan ion untuk reaksi

redoks

Sekarang kita telah mendapatkan persamaan dibawah ini:

Terlihat jelas bahwa reaksi dari besi harus terjadi dua kali untuk setiap molekul

klorin. Setelah itu, kedua setengah-reaksi dapat digabungkan.

Tapi jangan berhenti disitu! Kita harus memeriksa kembali bahwa semua dalam

keadaan sama atau setara, baik jumlah atom dan muatannya. Sangat mudah sekali

terjadi kesalahan kecil (tapi bisa menjadi fatal!) terutama jika yang dikerjakan

adalah persamaan yang lebih rumit.

3

B. Sel Galvani

Sel galvani adalah sel elektrokimia yang dapat menghasilkan energi listrik

yang disebabkan oleh terjadinya reaksi redoks yang spontan. Contoh sel galvani

adalah sel Daniell yang gambarnya dapat dilihat pada gambar 1. Jika kedua

elektrodanya dihubungkan dengan sirkuit luar, dihasilkan arus litrik yang dapat

dibuktikan dengan meyimpangnya jarum galvanometer  yang dipasang pada

rangkaian luar dari sel tersebut.

Gambar 1. Sel Daniell

 

Sel Daniell sering pula dimodifikasi seperti yang terlihat pada gambar 2. Kedua

setengah sel dihubungkan dengan jembatan garam.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 2. Sel Daniell dengan jembatan garam

 

Ketika sel Daniell digunakan sebagai sumber listrik terjadi perubahan dari Zn

menjadi Zn2+ yang larut

4

 Macam-macam sel volta/ sel galvani

1. Sel Kering atau Sel Leclance

Sel ini sering dipakai untuk radio, tape, senter, mainan anak-anak, dll.

Katodanya sebagai terminal positif terdiri atas karbon (dalam bentuk grafit) yang terlindungi oleh pasta karbon, MnO2 dan NH4Cl2

Anodanya adalah lapisan luar yang terbuat dari seng dan muncul dibagian bawah baterai sebagai terminal negatif.

Elektrolit : Campuran berupa pasta : MnO2 + NH4Cl + sedikit Air

Reaksi anoda adalah oksidasi dari seng

C. Hukum Faraday

Akibat aliran arus listrik searah ke dalam larutan elektrolit akan terjadi

perubahan kimia dalam larutan tersebut. Menurut Michael Faraday (1834)

lewatnya arus 1 F mengakibatkan oksidasi 1 massa ekivalen suatu zat pada suatu

elektroda (anoda) dan reduksi 1 massa ekivalen suatu zat pada elektroda yang lain

(katoda).

Hukum Faraday I: Massa zat yang timbul pada elektroda karena elektrolisis

berbanding lurus dengan jumlah listrik yang mengalir melalui larutan.

w ~ Q w = massa zat yang diendapkan (g).

w ~ I.t Q = jumlah arus listrik = muatan listrik (C)

w = e.I.t e = tetapan = (gek : F)

= gek.I.t I = kuat arus listrik (A).

F t = waktu (dt).

gek = massa ekivalen zat (gek).

= Ar.I.t Ar = massa atom relatif.

n. F n = valensi ion.

F = bilangan faraday = 96 500 C.

5

D. Sel Elektrolisis

Elektrolisis berasal dari kata elektro (listrik) dan lisis (penguraian), yang

berarti penguraian senyawa oleh arus listrik, dan alatnya disebut sel elektrolisis.

Dengan kata lain, sel elektrolisis ini memerlukan energi listrik untuk memompa

elektron, dan prosesnya kebalikan dari proses sel Galvani.

Sel elektrolisis adalah sel elektrokimia yang menimbulkan terjadinya reaksi

redoks yang tidak spontan dengan adanya energi listrik dari luar. Contohnya

adalah elektrolisis lelehan NaCl dengan electrode platina. Contoh lainnya adalah

pada sel Daniell jika diterapkan beda potensial listrik dari luar yang besarnya

melebihi potensial sel Daniell.

Jenis-Jenis Elektroda Reversible 

Kereversibelan pada elektroda dapat diperoleh jika pada elektroda terdapat

semua pereaksi dan hasil reaksi dari setengah-reaksi elektroda. Contoh elektroda

reversibel adalah logam Zn yang dicelupkan ke dalam larutan yang mengandung

Zn2+ (misalnya dari larutan ZnSO4). Ketika elektron keluar dari elektroda ini,

setengah reaksi yang terjadi adalah : 

 

   Zn(s)     Zn2+(aq) + 2e

 

1. Elektroda logam-ion logam 

Pada elektroda ini logam L ada dalam kesetimbangan dengan larutan yang

mengandung ion Lz+. Setengah reaksinya ditulis:

          Lz+ + ze-    L

Contoh dari elektroda ini diantaranya Cu2+|Cu;   Zn2+|Zn,   Ag+|Ag,   Pb2+|Pb.

Logam-logam yang dapat mengalami reaksi lain dari reaksi setengah-sel yang

diharapkan tidak dapat digunakan. Jadi logam-logam yang dapat bereaksi dengan

pelarut tidak dapat digunakan. Logam-logam golongan IA dan IIA seperti Na dan

Ca dapat bereaksi dengan air, oleh karena itu tidak dapat digunakan. Seng dapat

bereaksi dengan larutan yang bersifat asam. Logam-logam tertentu perlu diaerasi

dengan N2 atau He untuk mencegah oksidasi logam dengan oksigen yang larut.

6

2. Elektroda Amalgam

Amalgam adalah larutan dari logam dengan cairan Hg. Pada elektroda ini

amalgam dari logam L berkesetimbangan dengan larutan yang mengandung ion

Lz+, dengan reaksi :

Lz+ + ze-   L(Hg)

Dalam hal ini raksanya sama sekali tidak terlibat dalam reaksi elektroda. Logam

aktif seperti Na, K, Ca dan sebagainya biasa digunakan dalam elektroda amalgam.

3. Elektroda logam-garamnya yang tak larut

Pada elektrtoda ini logam  L kontak dengan garamnya yang sangat sukar

larut (L+X-)  dan dengan larutannya yang jenuh dengan garam tersebut serta

mengandung garam yang larut (atau asam) yang mengandung Xz-. Contoh dari

elektroda ini adalah  elektroda perak-perak klorida, elektroda kalomel, dan

elektroda timbal-timbal sulfat.

4. Elektroda gas

Pada elektroda gas, gas berkesetimbangan dengan ionnya dalam larutan. Contoh

dari elektroda ini adalah elektroda hidrogen dan elektroda klor.

5. Elektroda redoks

Sebetulnya semua elektroda melibatkan setengah-reaksi oksidasi –

reduksi. Tapi istilah untuk elektroda redoks biasanya hanya digunakan untuk

elektroda yang setengah-reaksi redoksnya melibatkan dua spesi yang ada dalam

larutan yang sama. Contoh dari elektroda ini adalah Pt yang dicelupkan ke dalam

larutan yang mengandung ion-ion Fe2+ dan Fe3+dengan setengah-reaksi :    

Fe3+  + e-   Fe2+.  Notasi setengah-selnya adalah Pt|Fe3+, Fe2+ yang gambarnya

tampak seperti di bawah.

Contoh lainnya adalah Pt|MnO4-, Mn2+.

Elektroda gelas ini terdiri dari membran yang sangat tipis yang terbuat dari gelas

yang permeabel terhadap ion H+. Elektroda Ag|AgCl dicelupkan ke dalam larutan

buffer yang mengandung ion Cl-. Kadang-kadang digunakan juga elektroda

kalomel untuk mengganti elektroda Ag|AgCl. Elektroda gelas terutama digunakan

pada pengukuran pH.

7

6. Elektroda Hidrogen Standar Sebagai Elektroda Pembanding

Secara sembarangan (konvensi), emf dari elektroda hydrogen standarsama

dengan nol. Elektroda ini ada pada keadaan standar jika fugasitas gasnya =1 dan

aktifitas ion H+=1.

IUPAC memilih menempatkan elektroda hidrogen pada sisi kiri, dan emf dari

elektroda lainnya diambil sebagai emf sel tersebut. Hanya emf yang demikian,

pada kondisi standar disebut sebagai potensial elektroda standar atau potensial

reduksi standar. Contoh :

Pt, H2 (1 bar)| H+ (a=1)|| Cu2+ (a=1)|Cu

E. Sel Kimia

Jika reaksi elektrokimia pada setengah sel berbeda dan reaksi

keseluruhannya merupakan reaksi kimia maka selnya disebut sel kimia. Sel kimia

terdiri dari sel kimia tanpa perpindahan (without transference) dan sel kimia

dengan perpindahan (with transference).

8

1. Koefisien Aktivitas

Sampai sejauh ini kita gunakan molalitas (suatu aproksimasi). Untuk

formulasi yang benar harus digunakn “aktivitas”, dan pengukuran emf pada suatu

rentang konsentrasi membawa pada nilai koefisien aktivitas

Pandang sel : 

Pt, H2|HCl(aq)|AgCl (s)|Ag

Dengan reaksi elektroda:

Reaksi keseluruhan

          

2. Pengukuran pH

Aplikasi pengukuran emf yang sudah sangat luas digunakan adalah pada

pengukuran pH dari berbagai larutan. Ada dua elektroda yang akan diuraikan pada

penentuan pH yakni elektroda hidrogen dan elektroda gelas.

Saat mengukur pH dengan menggunakan elektroda hidrogen, elektroda ini

dipasangkan dengan elektroda lain seperti Ag|AgCl atau kalomel.

3. Sel Konsentrasi

Pada sel konsentrasi reaksi keseluruhan dari sel tersebut merupakan

transfer materi dari satu bagian ke bagian yang lain. Pada sel ini yang berbeda

hanyalah konsentrasi dan bukan jenis elektroda dan elektrolitnya. Sel ini terdiri

dari sel konsentrasi elektroda dan sel konsentrasi elektrolit.

9

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Konsep termodinamika saat ini tidak hanya berhubungan dengan mesin uap

saja, atau transfer energi berupa kalor dan kerja. Di dalam konteks kehidupan

sehari-hari aplikasi termodinamika sangat luas mulai dari pemanfaatan baterai

untuk menjalankan hampir semua alat elektronik hingga pelapisan logam pada

permukaan logam lain.

Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara perubahan reaksi

kimia dengan kerja listrik, biasanya melibatkan sel elektrokimia yang menerapkan

prinsip reaksi redoks dalam aplikasinya.

Sel elektrokimia, juga disebut sel volta atau sel galvani, adalah suatu alat

dimana  reaksi kimia terjadi dengan produksi suatu perbedaan potensial listrik

antara dua elektroda.

Dalam elektrokimia terdapat jenis-jenis elektroda reversible yang terdiri dari

elektroda logam-ion logam, elektroda amalgam, elektroda logam-garamnya yang

tak larut, elektroda gas, elektroda redoks, dan elektroda membran selektif-ion.

B. Saran

Melalui makalah ini kami berharap agar mahasiswa dapat lebih memahami

mengenai elektrokimia dan dapat mengaplikasikannya dengan lebih efektif dan

praktis dalam kehidupan sehari-hari.

DAFTAR PUSTAKA10

Chang, Raymond. 2004. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti. Ed. ke-3. Jakarta:

Penerbit Erlangga.

Rosenberg, Jerome L. 1985. Seri Buku Schaum Teori dan Soal-Soal Kimia Dasar.

Ed. ke-6. Jakarta: Penerbit Erlangga.

http://kimia.upi.edu

www.chem-is-try.org

11