ELEKTROKIMIAELEKTROKIMIA

KONSEP ELEKTROKIMIAKONSEP ELEKTROKIMIA

• Dalam arti yang sempit elektrokimia adalah ilmu pengetahuan Dalam arti yang sempit elektrokimia adalah ilmu pengetahuan

yang mempelajari peristiwa-peristiwa yang terjadi di dalam sel yang mempelajari peristiwa-peristiwa yang terjadi di dalam sel

elektrokimia. elektrokimia.

Sel jenis ini merupakan sistem yang terdiri atas 2 buah elektrode Sel jenis ini merupakan sistem yang terdiri atas 2 buah elektrode

dan larutan elektrolit, peristiwa yang terjadi didalamnya adalah dan larutan elektrolit, peristiwa yang terjadi didalamnya adalah

proses perpindahan elektron (reaksi redoks) , dengan catatan : proses perpindahan elektron (reaksi redoks) , dengan catatan :

proses pelepasan elektron (oksidasi) terjadi pada anoda dan proses pelepasan elektron (oksidasi) terjadi pada anoda dan

proses penarikan elektron (reduksi) terjadi pada katoda. proses penarikan elektron (reduksi) terjadi pada katoda.

Pada elektrokimia kedua setengah sel (oksidasi dan reduksi) terjadi Pada elektrokimia kedua setengah sel (oksidasi dan reduksi) terjadi

secara terpisah pada elektroda-elektroda.secara terpisah pada elektroda-elektroda.

Ada 2 macam sel elektrokimiaAda 2 macam sel elektrokimia : :

Sel Volta/sel elektrokimia : reaksi redoks yang terjadi secara Sel Volta/sel elektrokimia : reaksi redoks yang terjadi secara spontan ( reaksi kimia yang dapat menghasilkan arus listrik)spontan ( reaksi kimia yang dapat menghasilkan arus listrik)

Sel Elektrolisis : Arus listrik yang dialirkan kedalamnya Sel Elektrolisis : Arus listrik yang dialirkan kedalamnya menimbulkan reaksi redoks /kimiamenimbulkan reaksi redoks /kimia

ElektrolisisElektrolisis

Pada sel elektolisis arus listrik dari sumber diluar sel dialirkan Pada sel elektolisis arus listrik dari sumber diluar sel dialirkan kedalam larutan di dalam sel. Ion-ion positip (kation) bermigrasi ke kedalam larutan di dalam sel. Ion-ion positip (kation) bermigrasi ke elektroda negatip dan ion-ion negatip (anion) bermigrasi ke elektroda negatip dan ion-ion negatip (anion) bermigrasi ke elektroda positipelektroda positip

Elektrolit yang digunakan bisa sebagai leburan dan sebagai larutanElektrolit yang digunakan bisa sebagai leburan dan sebagai larutan..

Pada proses penggunaan elektrolit kemungkinan terjadi reduksi Pada proses penggunaan elektrolit kemungkinan terjadi reduksi atau oksidasi dari molekul-molekul air harus pula diperhatikan. atau oksidasi dari molekul-molekul air harus pula diperhatikan. Misal ; pengendapan logam pada katoda , maka potensial Misal ; pengendapan logam pada katoda , maka potensial elektron dan atau konsentrasi ion dalam larutan perlu elektron dan atau konsentrasi ion dalam larutan perlu diperhatikan. diperhatikan.

Elektroda yang digunakan dapat bersifat elektroaktif/ lamban. Elektroda yang digunakan dapat bersifat elektroaktif/ lamban. Contoh elektroda yang Contoh elektroda yang elektroaktifelektroaktif (Cu dan Ag) mudah (Cu dan Ag) mudah teroksidasi dan sering ambil bagian dalam proses anoda, teroksidasi dan sering ambil bagian dalam proses anoda, sedangkan sedangkan elektrode lambanelektrode lamban (grafit dan platina) praktis tidak (grafit dan platina) praktis tidak bereaksi kecuali pada proses-proses tertentu.bereaksi kecuali pada proses-proses tertentu.

Elektrolisis leburan elektrolitElektrolisis leburan elektrolit : :

elektrolisis ini penting dalam pembuatan logam-logam aktif elektrolisis ini penting dalam pembuatan logam-logam aktif

seperti natrium, magnesium dan alumunium.seperti natrium, magnesium dan alumunium.

Elektrolisis MgClElektrolisis MgCl2 2 caircair

Anoda (oksidasi) : 2 ClAnoda (oksidasi) : 2 Cl ------ Cl ------ Cl22 + 2e + 2e

Katoda (reduksi) : Mg Katoda (reduksi) : Mg 2+2+ + 2 e ----- Mg + 2 e ----- Mg

Reaksi sel : MgClReaksi sel : MgCl22 ----- Mg + Cl ----- Mg + Cl22

Elektrolisis larutan elektrolitElektrolisis larutan elektrolit : : elektolisis ini lebih rumit dari elektrolisis leburan elektrolit , karena elektolisis ini lebih rumit dari elektrolisis leburan elektrolit , karena

adanya molekul-molekul pelarut yang dapat pula dioksidasi adanya molekul-molekul pelarut yang dapat pula dioksidasi (pada anoda) atau direduksi (pada katoda).Jadi pada elektroda ada (pada anoda) atau direduksi (pada katoda).Jadi pada elektroda ada

beberapa kemungkinan reaksi,contoh elektrolisis dalam air.beberapa kemungkinan reaksi,contoh elektrolisis dalam air.Elektrolisis lar. NaClElektrolisis lar. NaCl dengan elektroda lamban : oksidasi : 2 dengan elektroda lamban : oksidasi : 2

Cl Cl ----- Cl ----- Cl2 2 + 2e + 2e

Reduksi : 2 HReduksi : 2 H22O + 2 e ----- HO + 2 e ----- H22 + 2 OH- + 2 OH-

Jadi reaksi-reaksi yang terjadi tergantung pada : Jadi reaksi-reaksi yang terjadi tergantung pada : - keadaan dan jenis elektrolit- keadaan dan jenis elektrolit - jenis elektroda- jenis elektroda - beda potensial antara kedua elektroda - beda potensial antara kedua elektroda

- suhu - suhu Kation logam dibawah Hidrogen dalam deret Volta (Cu, Ag) mudah Kation logam dibawah Hidrogen dalam deret Volta (Cu, Ag) mudah

direduksi dalam katoda.direduksi dalam katoda.

Menurut FaradayMenurut Faraday : : massa zat yang dihasilkan/berekasi dalam elektrolisis berbanding lurus massa zat yang dihasilkan/berekasi dalam elektrolisis berbanding lurus

dengan jumlah muatan listrik yang lewat dalam larutan , berbanding dengan jumlah muatan listrik yang lewat dalam larutan , berbanding lurus dengan berat atom/molekul zat terlarut dan berbanding terbalik lurus dengan berat atom/molekul zat terlarut dan berbanding terbalik dengan jumlah elektron per mol yang diperlukan untuk menimbulkan dengan jumlah elektron per mol yang diperlukan untuk menimbulkan perubahan bilangan oksidasi yang terjadi. perubahan bilangan oksidasi yang terjadi.

Jumlah muatan listrik yang lewat :Jumlah muatan listrik yang lewat : Q = i t Coulomb ;Q = i t Coulomb ; i = kuat arus t = waktu arus lewat dalam detik i = kuat arus t = waktu arus lewat dalam detik

Jika A = berat atom/molekul dan n = jumlah elektron yang diperlukan per Jika A = berat atom/molekul dan n = jumlah elektron yang diperlukan per mol zat yang bereaksi/dihasilkan maka : W = A I t / nF mol zat yang bereaksi/dihasilkan maka : W = A I t / nF

W = jumlah masa zat (dalam gram) yang W = jumlah masa zat (dalam gram) yang bereaksi/dihasilkanbereaksi/dihasilkan 1/F = tetapan perbandingan Ini dikenal dengan Hukum 1/F = tetapan perbandingan Ini dikenal dengan Hukum FaradayFaraday

Reduksi ion AgReduksi ion Ag++ menjadi Ag menjadi Ag:: Pada reduksi ion Ag+ : Ag+ + e ----- Ag ditemukan Pada reduksi ion Ag+ : Ag+ + e ----- Ag ditemukan

bahwa bila muatan listrik 1Coulomb (1 ampere yang mengalir bahwa bila muatan listrik 1Coulomb (1 ampere yang mengalir selama 1 detik) maka perak yang mengendap sebanyak perak (Ag). selama 1 detik) maka perak yang mengendap sebanyak perak (Ag). Berapa tetapan faraday?Berapa tetapan faraday?

W = 1,118 mg = 1,118 .10 W = 1,118 mg = 1,118 .10 -3-3 g. A = Ar g. A = Ar AgAg = 107,868 sehingga menurut = 107,868 sehingga menurut persamaan diatas :persamaan diatas :

W = AI t / nF ------ = 107,868 x1 x1 / 1 FW = AI t / nF ------ = 107,868 x1 x1 / 1 F F = 96483 C = 96500 C = tetapan FaradayF = 96483 C = 96500 C = tetapan Faraday

Dapat diturunkan bahwa 96500 Coulomb adalah jumlah muatan listrik Dapat diturunkan bahwa 96500 Coulomb adalah jumlah muatan listrik yang diperlukan untuk menghasilkan A/n mol zat yang sering disebut yang diperlukan untuk menghasilkan A/n mol zat yang sering disebut satu ekivalen.satu ekivalen.

Jika tetapan Faraday dibagi jumlah muatan listrik elektron ( 1,6022 .10 Jika tetapan Faraday dibagi jumlah muatan listrik elektron ( 1,6022 .10 -19) maka akan diperoleh : 96500 / 1,6022 10 -19 = 6,02 .10 23 = -19) maka akan diperoleh : 96500 / 1,6022 10 -19 = 6,02 .10 23 = tetapan Avogadro.tetapan Avogadro.

Satu Faraday menyatakan jumlah muatan listrik (dalam Coulomb) dari Satu Faraday menyatakan jumlah muatan listrik (dalam Coulomb) dari satu mol elektronsatu mol elektron

Penggunaan elektrolisis :Penggunaan elektrolisis : Elektrolisis adalah proses yang penting Elektrolisis adalah proses yang penting dalam industri. Proses ini digunakan untuk pembuatan logam –logam dalam industri. Proses ini digunakan untuk pembuatan logam –logam natrium, magnesium, alumunium, pembuatan hidrogen peroksida , gas natrium, magnesium, alumunium, pembuatan hidrogen peroksida , gas hidrogen dan zat-zat lain. Gas Hidrogen yang dihasilkan pada proses hidrogen dan zat-zat lain. Gas Hidrogen yang dihasilkan pada proses ini sangat murni untuk itu sangat baik digunakan pada proses ini sangat murni untuk itu sangat baik digunakan pada proses hidrogenasi minyak dalam pembuatan margarin. hidrogenasi minyak dalam pembuatan margarin.

Proses elektrolisis juga digunakan dalam Elektroplating dimana Proses elektrolisis juga digunakan dalam Elektroplating dimana permukaan logam dilapisi logam lain yang lebih mulia . Misal tembaga permukaan logam dilapisi logam lain yang lebih mulia . Misal tembaga dilapisi krom.dilapisi krom.

SoalSoal: Jika suatu larutan kalium yodida dielektrolisis , akan : Jika suatu larutan kalium yodida dielektrolisis , akan dihasilkan Idihasilkan I22 pada anoda dan H pada anoda dan H22 pada katoda. Berapa gram dari pada katoda. Berapa gram dari masing-masing zat ini terbentuk , jika arus listrik 5,20 ampere masing-masing zat ini terbentuk , jika arus listrik 5,20 ampere mengalir selama 46 menit dalam larutan.mengalir selama 46 menit dalam larutan.

JawabJawab : Anoda : 2 I : Anoda : 2 I- - ----- I ----- I22 + 2 e + 2 e

Katoda : 2 HKatoda : 2 H22O + 2 e ----- HO + 2 e ----- H22 + 2 OH + 2 OH--

W = A I t / nFW = A I t / nF

W IW I22 = (2x 126,9) x 5,20 x (46 x60) / 2 x 96500 = = (2x 126,9) x 5,20 x (46 x60) / 2 x 96500 =

18,9 g18,9 g

W HW H2 2 = ( 2 x 1) x 5,20 x (40 x60)/ 2 x 96500 = = ( 2 x 1) x 5,20 x (40 x60)/ 2 x 96500 =

0,15 g0,15 g

Sel VoltaSel Volta Sel Volta adalah sel elektrokimia yang menghasilkan Sel Volta adalah sel elektrokimia yang menghasilkan

arus listrik sebagai akibat terjadinya reaksi pada kedua arus listrik sebagai akibat terjadinya reaksi pada kedua elektroda secara spontan.elektroda secara spontan.

Misal : sebatang logam seng di masukkan kedalam Misal : sebatang logam seng di masukkan kedalam larutan seng sulfat dan logam tembaga kedalam larutan larutan seng sulfat dan logam tembaga kedalam larutan tembaga sukfat (lihat gambar 1).tembaga sukfat (lihat gambar 1).

Logam seng mempunyai kecenderungan untuk Logam seng mempunyai kecenderungan untuk melarut membentuk ion seng, Zn melarut membentuk ion seng, Zn 2+,2+, tetapi seba- tetapi seba-liknya ion seng dalam larutan mempunyai kecen-liknya ion seng dalam larutan mempunyai kecen-derungan untuk mengendap sebagai atom Zn. derungan untuk mengendap sebagai atom Zn.

Dalam waktu singkat tercapai kesetimbangan yang Dalam waktu singkat tercapai kesetimbangan yang dapat dinyatakan sebagai ;dapat dinyatakan sebagai ;

Zn ====== Zn Zn ====== Zn 2+2+ + 2 e + 2 e Kecenderungan Zn untuk melarut lebih besar dari Kecenderungan Zn untuk melarut lebih besar dari

pada kecenderungan Zn pada kecenderungan Zn 2+2+ untuk mengendap, untuk mengendap, maka kesetimbangan agak ke kanan, sehingga maka kesetimbangan agak ke kanan, sehingga pada logam Zn akan kelebihan electron, yang pada logam Zn akan kelebihan electron, yang memberikan muatan negative pada logam. Ion-ion memberikan muatan negative pada logam. Ion-ion seng dalam larutan akan terorientasi dengan seng dalam larutan akan terorientasi dengan muatan negative pada logam dan terbentuk muatan negative pada logam dan terbentuk lapisan rangkap listrik (gambar a). lapisan rangkap listrik (gambar a).

Sedangkan untuk tembaga sedikit berbeda. Disini Sedangkan untuk tembaga sedikit berbeda. Disini kecenderungan Cu kecenderungan Cu 2+2+ untuk mengendap(sebagai Cu) lebih untuk mengendap(sebagai Cu) lebih besar dari pada kecenderunganCu untuk melarut sehingga besar dari pada kecenderunganCu untuk melarut sehingga kedudukan kesetimbangan :kedudukan kesetimbangan :

Cu ======= Cu Cu ======= Cu 2+2+ + 2 e + 2 e

Logam Cu kekurangan elektron dan logam ini lebih positif Logam Cu kekurangan elektron dan logam ini lebih positif terhadap larutan (gambar b). terhadap larutan (gambar b).

Jika kedua elektroda digabungkan menjadi sel Volta (gambar Jika kedua elektroda digabungkan menjadi sel Volta (gambar 2) , kelebihan electron pada elektroda Zn akan mengalir ke 2) , kelebihan electron pada elektroda Zn akan mengalir ke elektroda Cu dimana terdapat kekurangan electron.elektroda Cu dimana terdapat kekurangan electron.

Karena kehilangan electron maka Zn akan melarut Karena kehilangan electron maka Zn akan melarut menghasilkan electron, sedangkan ion-ion Cu2+ akan menghasilkan electron, sedangkan ion-ion Cu2+ akan

terus mengendap sebagai ion Cuterus mengendap sebagai ion Cu

Pada elektroda Zn terdapat kelebihan electron jadi bertidak sebagai Pada elektroda Zn terdapat kelebihan electron jadi bertidak sebagai elektroda negative(-) disebut anoda, karena disini terjadi setengah reaksi elektroda negative(-) disebut anoda, karena disini terjadi setengah reaksi oksidasi.oksidasi.

Zn ------- Zn Zn ------- Zn 2+2+ + 2 e + 2 e Elektroda Cu yang kekurangan electron bertindak senagai elektroda positif (+) Elektroda Cu yang kekurangan electron bertindak senagai elektroda positif (+)

disebut katoda, setengah reaksi yang terjadi adalah : Cu disebut katoda, setengah reaksi yang terjadi adalah : Cu 2+2+ + 2 e -------- + 2 e -------- Cu Cu

Jumlah dari kedua setengah sel ini adalah rekasi sel :Jumlah dari kedua setengah sel ini adalah rekasi sel : Anoda (oksidasi) Zn ------- Zn Anoda (oksidasi) Zn ------- Zn 2+2+ + 2 e + 2 e Katoda (reduksi) Cu Katoda (reduksi) Cu 2+2+ + 2 e ------- Cu + 2 e ------- Cu

________________________________________ ________________________________________

Zn + Cu Zn + Cu 2+2+ ------- Zn ------- Zn 2+2+ + Cu + Cu Dari reaksi ini dihasilkan arus listrik.Dari reaksi ini dihasilkan arus listrik. CatatanCatatan : Jembatan garam yang digunakan pada pembuatan sel ini adalah : Jembatan garam yang digunakan pada pembuatan sel ini adalah

sebuah pipa U yang berisi elektrolit ( KCl atau KNO3) dan agar-agar padat sebuah pipa U yang berisi elektrolit ( KCl atau KNO3) dan agar-agar padat Yang digunakan sebagai kontak listrik antara kedua larutan elektrolit dalam Yang digunakan sebagai kontak listrik antara kedua larutan elektrolit dalam sel Volta.sel Volta.

Cara penulisan sel VoltaCara penulisan sel Volta Zn / Zn2+ // Cu 2+ / Cu Zn / Zn2+ // Cu 2+ / Cu Anoda katodaAnoda katoda Penjelasan:Penjelasan: / : perbatasan antara 2 fase yang berbeda missal fase / : perbatasan antara 2 fase yang berbeda missal fase padat dan fase cairpadat dan fase cair // : menunjukkan penggunaan * Jembatan garam* // : menunjukkan penggunaan * Jembatan garam* atau dinding berpori pembatas kedua larutan atau dinding berpori pembatas kedua larutan dengan tanda /dengan tanda / Hubungan potensial sel dan potensial elektroda ; menurut perjanjian Hubungan potensial sel dan potensial elektroda ; menurut perjanjian

sbb : E sel = E katoda - E anodasbb : E sel = E katoda - E anoda

= E = E ++ - E - E ––

Jika ditulis Cu / Cu2+ // Zn2+ / Zn reaksi ini tidak spontan (tidak Jika ditulis Cu / Cu2+ // Zn2+ / Zn reaksi ini tidak spontan (tidak terjadi dengan sendirinya) dan potensial yang ditunjukkan adalah terjadi dengan sendirinya) dan potensial yang ditunjukkan adalah negative, reaksi ini terjadi jika dialiri arus listrik dari luar , sehingga negative, reaksi ini terjadi jika dialiri arus listrik dari luar , sehingga sel ini berfungsi sebagai sel elektrolisis.sel ini berfungsi sebagai sel elektrolisis.

Elektroda PembandingElektroda Pembanding Potensial elektroda ( beda potensial listrik yang terdapat antara Potensial elektroda ( beda potensial listrik yang terdapat antara

suatu elektroda dan larutan) tidak bisa diukur secara langsung. suatu elektroda dan larutan) tidak bisa diukur secara langsung. Yang bisa diukur adalah beda potensial antara dua buah elektroda Yang bisa diukur adalah beda potensial antara dua buah elektroda (potensial sel). Dalam hal ini dipakai elektroda pembanding , (potensial sel). Dalam hal ini dipakai elektroda pembanding , sebagai elektroda pembanding digunakan elektroda hydrogen sebagai elektroda pembanding digunakan elektroda hydrogen standar. standar. Keadaan standar ( E o ) : temperature 25 Keadaan standar ( E o ) : temperature 25 oo C C

tekanan 1 atm , konsentrasi larutan 1 M dari ion sejenis elektrodatekanan 1 atm , konsentrasi larutan 1 M dari ion sejenis elektroda

Pada keadaan standar hidrogen berupa gas dan potensial Pada keadaan standar hidrogen berupa gas dan potensial elektrodanya ( E o) sama dengan 0 volt..elektrodanya ( E o) sama dengan 0 volt..

Elektrode hidrogen standarElektrode hidrogen standar dibuat dari gas H2 yang ditangkap dibuat dari gas H2 yang ditangkap oleh logam Pt yang berlapis serbuk platina yang dihitamkan dan oleh logam Pt yang berlapis serbuk platina yang dihitamkan dan permukaannya tidak rata supaya gas Hpermukaannya tidak rata supaya gas H22 tidak langsung menguap, tidak langsung menguap, kemudian dimasukkan kedalam larutan HCl yang konsentrasinya 1 kemudian dimasukkan kedalam larutan HCl yang konsentrasinya 1 M. Dan gas HM. Dan gas H22 yang dialirkan dijaga agar tekanannya 1 atm. yang dialirkan dijaga agar tekanannya 1 atm.

Daftar potensial elektroda:Daftar potensial elektroda:

Daftar ini digunakan untuk meramalkan Daftar ini digunakan untuk meramalkan apakah suatu zat lebih mudah dioksidasi apakah suatu zat lebih mudah dioksidasi atau direduksi. Makin besar potensial atau direduksi. Makin besar potensial reduksinya makin mudah zat tersebut reduksinya makin mudah zat tersebut mengalami reduksi, begitu juga makin mengalami reduksi, begitu juga makin besar potensial oksidasinya makin mudah besar potensial oksidasinya makin mudah zat tersebut mengalami oksidasi.zat tersebut mengalami oksidasi.