BAB 2 PEMBAHASAN

2.1 Sel Sel ElektrokimiaJika dua sistem elektroda di huungkan akan terjadi arus listrik ( aliran elektroda ) dari potensial elektroda yang lebih besar ke potensial elektroda yang lebih rendah. Mengimgat keserdahanaan dari rancangan sel volta atau sel gavani serta untuk melihant prinsip umum dari sel-sel elektrokimia, pertama-tama akan di bahas sel volta.2.1.1 Sel VoltaDiambil suatu sel volta yang didasarkan atas reksi redoks :Zn+Cu2+Zn2++Cudan terbentuk dari dua setengah reaksi sebagai berikut :ZnZn2++2e-Cu2++2e-CuDalam masing-masing setangah reaksi, bentuk tereduksinya adalah logam dan bentuk teroksidasi adalah ion positif logam tersebut. Pemisahan dari kedua setengah reksi dapat diapai bila sel dibentuk dari dua tempat terpisah.Zn dalam larutan ZnSO4 dihubungkan dengan Cu dalam larutan CuSO4 yang konsentrasinya sama.

Aliran elektronKedua larutan dihungkan dengan suatu jembatan garam, yaitu suatu pipa yang berisi larutan KCl dalam agr-agar, melalui jembatan garam ini ion-ion positif maupun negatif dapt bergerak dari larutan yang satu ke yang lain, sehingga menghasilkan aliran muatan negatif ke kiri.

Zn(-)

Aliran muatan positifJembatan garam

Gambar 2.1 sel voltaUntuk menentukan arah aliran elektron perlu diingat bahwa yang masuk ke dalam larutan hanyalah ion-ion, sedangkan elektrn tetap ada dalam logam.Pada setengah reaksi (1). Zn Zn2+ + 2e- Ion Zn2+ meninggalkan logam Zn, sehingga logam Zn akan kelebihan ion positif.Pada setengah reaksi (2). Cu2+ + 2e- CuIon Cu2+ mengambil elektro dari logam Cu dan mengendap disitu, sehingga logam Cu kekurangan ion negatif.Dengan demikian agar reaksi reoks : Zn+Cu2+Zn2++Cudapat berlangsung, elekron harus dialirkan dengan perantaraan suatu penghantar dari logam Zn yang kelebihan elektron ke logam Cu yang kekurangan elektron. Tetapi rangkain ini belum dapat menjalankan reaksi redoks, karena seara listrik belum sempurna, yaitu belum membentuk rangkain tertutup.Bila diluar sel : arah aliran elektron dari kiri ke kanan, makaDidalam: aliran muatan negatif dari kanan ke kiri.Aliran ini harus berlangsung dari larutan Cu2+ ke larutan Zn2+. Karena elektron tak dapat ada sebagai elektron bebas dalam suatu larutan air, aliran muatan ini tak dapat dicapai melalui kawat penghantar tetapi harus secara hantaran elektrolistrik yaitu dengan jembatam garam KC.Dari pembahasan ini jelas bahwa logam Zn berperan sebagai kutup negatif dari sel dan logam Cu sebagai kutup positif.Bila kedua kutup dihubungkan, reaksi redoks akan berlangsung, karena akan terbentuk suatu rangkain listrik tertutup, dimana di luar sel hantaran berlangsung secara elektronik sedangkan didalam sel berlangsung secara elektrolistrik.Penyambungan langsung dari kedua kutup menghasilkan reaksi yang terlalu cepat sehingga tak reversibel.Untuk mendapatka reaksi yang lebih reversibel arus elektron di rangkain luar harus sedikit di hambat dengan melewatkan suatu tahanan atau beban lain. Dengan cara ini reaki dapat berlangsung sambil melakukan kerja.Besarnya potensial sel dapat dikur dengan voltmetr dan ternyata untuk sel tersebut adalah 1,1 volt. Besarnya energi listrik yang dihasilakan dapat dihitung sebagai berikut :Jika larutan diambil 1 molr dari reaksi :Zn + Cu++ (1M) Zn++ (1M) + Cu1 mol Zn 2 mol elektronMenurut Faraday : 1 mol elektron 1 faraday 96.500 coloumb2 mol elektron 2 x 96.500 coloumbJadi : Energi listrik = volt x coloumb= 2 . 1,1 x 96500 coloumb= 2,123 . 105 Joule= 2,123 . 105 x 0,239 kalori.= 5,074 . 104 kaloriSalah satu sel elektrokimia yang didasarkan reaksi :AgCl + H2 H+ + Cl- + AgJika diinginkan setengah sel yang didasarkan atas suatu setengah reaksi yang mengangkut gas-gas, umpamanya :H+ + e- H2 (gas)Gas dialirkan kedalam larutan melalui sutu tabung gelas yang ditengahnya terdapat sebatang kawat platina.Di ujung kawat ini dan setengah dari panjang kawat tercelup dalam larutan adalah suatu lempeng platina yang berlapiskan katalis platina hitam. Katalis ini mempermudah pengubahan H+ H2 atau sebaliknya. Salah satu jenis setengah sel yang banyak digunakan karena kepraktisannya adalah kombinasi logam dengan garamnya yang sulit larut, umpamanya Ag AgCl, dimana sebatang logam Ag dilapisi dengan lapisan AgCl. Dalam menggunakan logam berlapis ini dapat seara langsung dielupkan, sebagai tampak di gambar 2.2.

Sel ini tak memerlukan jembatan garam atau pori pemisah, karena kedua setengah reaksi sudah berlangsung secara terpisah.2.1.2 Baterai KeringDiantara berbagai sel kering, yang paling dikenal dan yang paling murah adalah yang didasarkan atas reaksi dari seng dan MnO2.

Gambar 2.3 bagan sel kering dari Zn dan MnO2.Keterangan : Katoda : sebatang C yang dibalut dengan lapisan bubuk MnO2 dan perekat.Anoda : logam Zn yang berkontak dengan campuran ZnCl2 dan NH4Cl yang basah ( di campur dengan sedikit air).Aspal : mencegah penguapan air yang membasahi campuran.Kertas/karton berpori : sebagai pengikat.Reaksi sel bergantung pada kekuatan arus, tetapi pada arus yang rendah reaksi yang mungkin terjadi adalah :Pada elektroda Zn : Zn Zn2+ + 2e ( oksidasi)Pada elektroda C : 2MnO2 + 2NH4+ + 2e- Mn2O3 + 2 NH3 + H2O (reduksi)Zn + 2 MnO2 + NH4+ Zn2+ + Mn2O3 + 2 NH3 + H2ODisamping itu masih ada reaksi lain yaitu dari Amoniak dan Zn2+ membentuk ion seng tetramina Zn2+ + 4 NH3 Zn (NH4)42+Oksidasi ini berjalan dengan cepat, sehingga lama kelamaan akan terjadi polarisasi yang akan menurunkan GGL yang semu 1,5 volt. Dari reaksi diatas dapat diterangkan : Amonium klorida terurai menjadi NH4+ da Cl-. Ion NH4+ menembus dinding berpori menuju batang C. Ion-ion NH4+ membuatkan muatan positifnya (mengikat elektron) menjadi NH3 dan H2. Elemen kering ini banyak digunakan untuk lampu senter, radio-radio transistor, jam dinding dan sebagainya.2.1.3 Sel MerkuriSuatu sel yang akhir-akhir ini sangat populer karena dapat menghasilakn otensial yang sangat konstan dan dapat dibuat berukuran kecil, adalah sel merkuri. Sel ini yang banyak digunakan pada alat-alat pengukur yang kecil dan pada kamera didasarkan atas reaksi antara Zn dengan HgO (lihat gambar 2.3)

Gambar 2.4 bagan dari sel merkuriSebagai anoda adalah logam Zn, dipisahkan dengan karton berpori dari katoda yang terdiri atas Hg, HgO dan KOH.Katoda : HgO + H2O + 2e- Hg + 2 OH-Anoda : Zn + 2 OH- ZnO + H2O + 2e-Reaksi sel : Zn + HgO ZnO + Hg

2.1.4 AkiAki adalh alat penyimpanan tenaga listrik pada waktu aki diisi dengan tenaga listrik. Pada waktu aki diisi maka energi listrik diubah menjadi energi kimia. Kemudian pada waktu aki dipakai maka energi kimia diubah menjadi energi listrik.Aki terdiri dari 3 kmponen penting :1. Kutup negatif (Pb)2. Kutup positif (PbO2)3. Elektrolit (H2SO4)Reaksi pada waktu aki dipakai : Akumulator Pb Asam Sulfat dapat mengeluarkan arus listrik. Pada waktu mengeluarkan arus listrik terjadi reaksi sbb:Katoda : PbO2 + 2 H+ + H2SO4 + 2e- PbSO4 + 2H2OAnoda : Pb + SO4- PbSO4 + 2e-Reaksi sel : Pb + PbO2 + 2 H2SO4 2 PbSO4 + 2H2O

Gambar 2.5 aki pada waktu dipakaiIon-ion H+ menuju ke anoda (PbO2) dan ion-ion SO4- menuju ke katoda (Pb) dan memberikan elektron-elektronnya. Pada waktu aki memberikan arus listrk terjadi aliran elekron dari kutup negatif melalui penghantar luar dan terjadi arus searah. Arus listrik sebaliknya mengalir dari kutup positif ke kutup negatif melalui penghantar luar.Lama kelamaan terjadi mengurangan H2SO4 dan terbentuk H2O, sedangkan kedua elektroda di tutup oleh selapis zat yang sama yaitu PbSO4. Maka karena itu tidak terjadi selisih potensial karena kedua elektroda itu dan tidak terjadi arus listrik lagi. Dikatakan aki kosong.Reaksi pada waktu aki diisi : pada waktu ki diisi, kedua kutup dihubungkan dengan sumber arus listri searah. Reaksinya berkebalikan dengan reaksi pada waktu aki dipakai :PbSO4 + 2H2O PbO2 + H2SO4 + 2e- PbSO4 + 2e Pb _ SO4-2 PbSO4 + 2H2O Pb + PbO2 + H2SO4

Gambar 2.6 aki pada waktu diisiSehingga PbSO4 diubah kembali menjadi Pb (kutup negatif) dan PbSO4 diubah kembali menjadi PbO2 (kutup positif).Kapasitas akumulator dinyatakan dengan ampere / jam. Misalnya: akumulator dengan kapasitas 25 A /jam dapat memberikan arus 25 ampere selama 1 jam.GGL aki baru biasanya : 2 volt. Massa jenis H2SO4 : 1.3. aki mempunyai batas minimum GGL misal 1.9 volt dan bats minimum massa jenis H2SO4 : 1,18.Apabila bats minimum dilampaui, menyebabkan aki rusak dan sukardiisi kembali. Aki perlu dipelihara, airnya tidak boleh kurang dan sewaktu-waktu diisi.Energi aki : jika aki diisi maka terjadi pengumpulan muatan listrik, muatan listrik yang dikumpulkan disebut energi aki, dinyatakan dengan ampere-jam.Misal : aki diisi dengan arus 1,5 A selam 15 jam. Energi aki itu besarnya = (1,5 x 15) ampere jam. Jadi maksimum muatan listrik = 1,5 x 15 x 3600 coloumb. Jumlah muatan listrik ini dikeluarkan lagi jika aki dipakai.