penerapan sel volta pada aki

Upload: irma-nurtiana-syafitri

Post on 09-Oct-2015

277 views

Category:

Documents


5 download

DESCRIPTION

kimia

TRANSCRIPT

1. Penerapan Sel Volta pada akiAki atau accumulator merupakan sel volta yang tersusun atas elektroda Pb dan PbO, dalam larutan asam sulfat yang berfungsi sebagai elektrolit. Pada aki, sel disusun dalam beberapa pasang dan setiap pasang menghasilkan 2 Volt.Aki umumnya kita temui memiliki potensial sebesar 6 Volt (kecil) sebagai sumber arus sepeda motor dan 12 V (besar) untuk mobil. Aki merupakan sel yang dapat diisi kembali, sehingga aki dapat dipergunakan secara terus menerus. Sehingga ada dua mekanisme reaksi yang terjadi. Reaksi penggunaan aki merupakan sel volta, dan reaksi pengisian menggunakan arus listrik dari luar seperti peristiwa elektrolisa. Mekanisme reaksi ditampilkan pada Bagan reaksi.

Reaksi penggunaan dan pengisian aki2. Penerapan Sel Volta Pada BateraiBaterai atau sel kering merupakan salah satu sel volta, yaitu sel yang menghasilkan arus listrik, berbeda dengan aki, batere tidak dapat diisi kembali.Sehingga batere juga disebut dengan sel primer dan aki dikenal dengan sel sekunder.Batere disusun oleh Seng sebagai anoda, dan grafit dalam elektrolit MnO2, NH4Cl dan air bertindak sebagai katoda. Reaksi yang terjadi pada sel kering adalah :

Sel bahan bakar merupakan bagian dari sel volta yang mirip dengan aki atau batere, dimana bahan bakarnya diisi secara terus menerus, sehingga dapat dipergunakan secara terus menerus juga.Bahan baku dari sel bahan bakar adalah gas hidrogen dan oksigen, sel ini digunakan dalam pesawat ruang angkasa, reaksi yang terjadi pada sel bahan bakar adalah :

3. Baterai Nikel-KadmiumBaterai Nikel-Kadmium merupakan baterai kering yang dapat di isi ulang.Reaksi sel yang terjadi sebagai berikut:Anode : Cd + 2OH- Cd(OH)2 + 2eKatode :NiO2 + 2H2 O + 2e Ni(OH)2 + Ni(OH)2 +Cd + NiO2 + 2H2O Cd(OH)2 + Ni(OH)2Hasil-hasil reaksi pada baterai nikel-kadmium merupakan zat padat yang melekat pada kedua elektrodenya.Pengisian dilakukan dengan membalik arah aliran electron pada kedua electrode.

4. Baterai Perak OksidaSusunan baterai perak oksida yaitu Zn (sebagai anode), Ag2O (sebagai katode), dan pasta KOH sebagai elektrolit.reaksinya sebagai berikut:Anode :Zn + 2OH- Zn(OH)2 + 2eKatode :Ag2O + H2O + 2e 2Ag + 2OH-Baterai perak oksida memiliki potensial sel sebesar 1,5 volt dan bertahan dalam waktu yang lama.Kegunaan baterai jenis ini adalah untuk arloji,kalkulator dan berbagai jenis peralatan elektrolit lainnya.5. Sel Bahan BakarSel bahan bakar merupakan selyang menggunakan bahan bakar campuran hydrogen dengan oksigen atau campuran gas alam dengan oksigen. Bahan bakar (pereaksi) dialirkan terus menerus. Gas oksigen dialirkan ke katode melalui suatu bahan berpori yang mengkatalis reaksi dan gas hydrogen dialirkan ke anode.Anode :2H2 + 4OH- 4H2O + 4eKatode :O2 + 2H2O + 4e 4OH- +2H2 + O2 2H2OSel seperti ini biasa di gunakan untuk sumber listrik pada pesawat luar angkasa.6. Proses dalam penyepuhanElektroplating atau penyepuhan merupakan proses pelapisan permukaan logam dengan logam lain. Misalnya tembaga dilapisi dengan emas dengan menggunakan elektrolit larutan emas (AuCl3).Emas (anoda) : Au(s) Au3+(aq) + 3e (oksidasi)Tembaga (katoda) : Au3+(aq) + 3e Au(s) (reduksi)Dari persamaan reaksi tampak pada permukaan tembaga akan terjadi reaksi reduksi Au3+(aq) + 3e Au(s). Dengan kata lain emas Au terbentuk pada permukaan tembaga dalam bentuk lapisan tipis. Ketebalan lapisan juga dapat diatur sesuai dangan lama proses reduksi. Semakin lama maka lapisan yang terbentuk semakin tebal.7. Proses SintesaSintesa atau pembuatan senyawa basa, cara elektrolisa merupakan teknik yang handal. Misalnya pada pembuatan logam dari garam yaitu K, Na dan Ba dari senyawa KOH, NaOH, Ba(OH)2, hasil samping dari proses ini adalah terbentuknya serta pada pembuatan gas H2, O2, dan Cl2. Seperti reaksi yang telah kita bahas. Dalam skala industri, pembuatan Cl2 dan NaOH dilakukan dengan elektrolisis larutan NaCl dengan reaksi sebagai berikut:

8. Proses pemurnian logamProses pemurnian logam juga mengandalkan proses elektrolisa. Proses pemurnian tembaga merupakan contoh yang menarik dan mudah dilaksanakan. Pemurnian ini menggunakan elektrolit yaitu CuSO4. Pada proses ini tembaga yang kotor dipergunakan sebagai anoda, dimana zat tersebut akan mengalami oksidasi, Cu(s) Cu2+(aq) + 2eReaksi oksidasi ini akan melarutkan tembaga menjadi Cu2+. Dilain pihak pada katoda terjadi reaksi reduksi Cu2+ menjadi tembaga murni. Mula-mula Cu2+berasal dari CuSO4, dan secara terus menerus digantikan oleh Cu2+ yang berasal dari pelarutan tembaga kotor. Proses reaksi redoks dalam elektrolisis larutan CuSO4 adalah :

CuSO4(aq) Cu2+(aq) + SO42(aq)Katoda: Cu2+(aq) + 2e Cu(s)Anoda : Cu(s) Cu2+(aq) + 2ePengotor tembaga umumnya terdiri dari perak, emas, dan platina. Oleh karena E0 unsur Ag, Pt dan Au > dari E0 Cu, maka ketiga logam tidak larut dan tetap berada di anoda biasanya berupa lumpur. Demikian juga jika pengotor berupa Fe atau Zn, unsur ini dapat larut namun cukup sulit tereduksi dibandingkan Cu, sehingga tidak mengganggu proses reduksi Cu.2. Sel Volta atau sel galvani adalah sel elektrokimia yang melibatkan raksi redoks dan menghasilkan arus listrik.3. Sel volta terdiri atas elektroda tempat berlangsungnya reaksi oksidasi disebut anoda(electrode negative), dan tempat berlangsungnya reaksi reduksi disebut katoda(electrode positif).4. Susunan sel volta adalah :5. 6. Notasi sel : Y / ion Y // ion X / X7. Logam X mempunyai potensial reduksi yang lebih positip dibanding logam Y , sehingga logam Y bertindak sebagai anoda dan logam X bertindak sebagai katoda.8. Jembatan garam mengandung ion-ion positif dan ion-ion negative yang berfungsi menetralkan muatan positif dan negative dalam larutan elektrolit.Sel Volta Dalam KehidupanSehari-hari2NOV

Kegunaan Sel VoltaDalam kehidupan sehari-hari, arus listrik yang dihasilkan dari suatu reaksi kimia dalam sel volta banyak kegunaannya, seperti untuk radio, kalkulator, televisi, kendaraan bermotor, dan lain-lain.Sel volta dalam kehidupan sehari-hari ada dalam bentuk berikut.a. Sel Baterai1) Baterai BiasaBaterai yang sering kita gunakan disebut juga sel kering atau sel Lecanche. Dikatakan sel kering karena jumlah air yang dipakai sedikit (dibatasi). Sel ini terdiri atas:Anode : Logam seng (Zn) yang dipakai sebagai wadah.Katode : Batang karbon (tidak aktif).Elektrolit : Campuran berupa pasta yang terdiri dari MnO2,NH4Cl, dan sedikit air.Reaksi:Anode : Zn(s) >Zn2+(aq) + 2 eKatode :2 MnO2(s) + 2 NH4+(aq) + 2 e>Mn2O3(s) + 2 NH3(g) + H2O(l)

2) Baterai AlkalinePada baterai alkaline dapat dihasilkan energi dua kali lebih besar dibanding baterai biasa. Sel ini terdiri atas:Anode : Logam seng (Zn) yang sama seperti baterai biasa digunakan sebagai wadah.Katode : Oksida mangan (MnO2 ).Elektrolit : Kalium hidroksida (KOH).Reaksi:Anode : Zn(s)> Zn2+(aq) + 2 eKatode : 2 MnO2+ H2O + 2 e>Mn2O3 + 2 OHIon Zn2+ bereaksi dengan OH membentuk Zn(OH) .

b. Sel AkiSel aki atau accu merupakan contoh sel volta yang bersifat reversibel, di mana hasil reaksi dapat diubah kembali menjadi zat semula. Pada sel aki jika sudah lemah dapat diisi ulang, sedangkanpada sel baterai tidak bisa.Sel ini terdiri atas:Anode : Lempeng logam timbal (Pb).Katode : Lempeng logam oksida timbal (PbO2).Ektrolit : Larutan asam sulfat (H2SO4) encer.Reaksi pengosongan aki:Anode : Pb(s) ++ H2SO4 (aq) > PbSO4(s) + H+(aq) + 2 eKatodebO2(s) + SO4-2 (aq)+ 3 H+(aq) + 2 e >PbSO4(aq) + 2 H2O______________________________________________________________+Reaksi lengkapnya:Pb(s) + PbO2(s) + 2SO4-2 (aq) + 2 H+(aq)> 2 PbSO4(s) + 2 H2O (l)Ketika sel ini menghasilkan arus listrik, anode Pb dan katode PbO2berubah membentuk PbSO4. Ion H+ dari H2SO4 berubah membentuk H2O sehingga konsentrasi H2SO4 akan berkurang. Kemudian sel aki dapat diisi/disetrum kembali, sehingga konsentrasi asam sulfat kembali seperti semula. Proses ini nanti merupakan contoh dalam sel elektrolisis.

selamat membaca ^^A. Aki / Baterai Timbal (Accu)

Nilai sel terletak pada kegunaannya. Diantara berbagai sel, sel timbal (aki) telah digunakan sejak 1915. Berkat sel ini, mobil/sepeda motor dapat mencapai mobilitasnya, dan akibatnya menjadi alat transportasi terpenting saat ini. Baterai timbal dapat bertahan kondisi yang ekstrim (temperatur yang bervariasi, shock mekanik akibat jalan yang rusak, dll) dan dapat digunakan secara kontinyu beberapa tahun.

Dalam baterai timbal, elektroda negatif adalah logam timbal (Pb) dan elektroda positifnya adala timbal yang dilapisi timbal oksida (PbO2), dan kedua elektroda dicelupkan dalam larutan elektrolit asam sulfat (H2SO4). Reaksi elektrodanya adalah sebagai berikut :

Anoda Pb (-) : Pb + SO42- PbSO4+ 2eKatoda PbO2(+) : PbO2+ SO42-+ 4H+ + 2e PbSO4+ 2H2O

Reaksi total : Pb + PbO2+ 4H++ 2SO42- 2PbSO4 + 2H2O

Kondisi Saat aki digunakan :

Saat aki menghasilkan listrik, Anoda Pb dan katoda PbO2bereaksi dengan SO42-menghasilkan PbSO4. PbSO4yang dihasilkan dapat menutupi permukaan lempeng anoda dan katoda. Jika telah terlapisi seluruhnya maka lempeng anoda dan katoda tidak berfungsi. Akibatnya aki berhenti menghasilkan listrik.

Saat aki menghasilkan listrik dibutuhkan ion H+dan ion SO42-yang aktif bereaksi. akibatnya jumlah ion H+dan ion SO42-pada larutan semakin berkurang dan larutan elektrolit menjadi encer maka arus listrik yang dihasilkan dan potensial aki semakin melemah.

Oleh karena reaksi elektrokimia pada aki merupakan reaksi kesetimbangan (reversibel) maka dengan memberikan arus listrik dari luar ( mencas ) keadaan 2 elektroda (anoda dan katoda) yang terlapisi dapat kembali seperti semula. demikian pula ion akan terbentuk lagi sehingga konsentrasi larutan elektrolit naik kembali seperti semula.

Anoda PbO2( - ) : PbSO4+ 2H2O PbO2 + 4H+ + SO42-+ 2eKatoda Pb ( + ) : PbSO4+ 2e Pb + SO42-

Reaksi total : 2PbSO4 + 2H2O Pb + PbO2+ 4H++ 2SO42-

Selama proses penggunaan maupun pengecasan aki terjadi reaksi sampingan yaitu elektrolisis air dan tentu saja ada air yang menguap dengan demikian penting untuk menambahkan air terdistilasi ke dalam baterai timbal. Baru-baru ini jenis baru elektroda yang terbuat dari paduan timbal dan kalsium, yang dapat mencegah elektrolisis air telah dikembangkan. Baterai modern dengan jenis elektroda ini adalah sistem tertutup dan disebut dengan baterai penyimpan tertutup yang tidak memerlukan penambahan air.

B. Baterai / Sel Kering / Sel Lelanche

Sel Leclanch ditemukan oleh insinyur Perancis Georges Leclanch (1839-1882) lebih dari seratus tahun yang lalu. Berbagai usaha peningkatan telah dilakukan sejak itu, tetapi, yang mengejutkan adalah desain awal tetap dipertahankan, yakni sel kering mangan.

Sel kering mangan terdiri dari bungkus dalam zink (Zn) sebagai elektroda negatif (anoda), batang karbon/grafit (C) sebagai elektroda positif (katoda) dan pasta MnO2dan NH4Cl yang berperan sebagai larutan elektrolit.

a. Baterai Biasa

Anoda : logam seng (Zn)Katoda : batang karbon/gafit (C)Elektrolit : MnO2, NH4Cl dan serbuk karbon (C)

Anoda Zn (-) : Zn Zn2++ 2eKatoda C (+) : 2MnO2+ 2NH4++ 2e- Mn2O3+ 2NH3+ H2O

Reaksi total : Zn + 2MnO2+ 2NH4+ Zn2++ Mn2O3+ 2NH3+ H2O

b. Baterai Alkaline

Dalam sel kering alkalin, padatan KOH atau NaOH digunakan sebagai ganti NH4Cl. Umur sel kering mangan (baterai biasa) diperpendek oleh korosi zink akibat keasaman NH4Cl. Sedangkan pada sel kering alkali bebas masalah ini karena penggantian NH4Cl yang bersifat asam dengan KOH/NaOH yang bersifat basa. Jadi umur sel kering alkali lebih panjang.Selain itu juga menyebabkan energi yang lebih kuat dan tahan lama.

Anoda Zn (-) : Zn Zn2++ 2eKatoda C (+) : 2MnO2+ H2O + 2e- Mn2O3+ 2OH

Reaksi total : Zn + 2MnO2+ H2O Zn2++ Mn2O3+ 2OH

c. Baterai Nikel-Kadmium

Mirip dengan baterai timbal, sel nikel-kadmium juga reversibel. Selain itu dimungkinkan untuk membuat sel nikel-kadmium lebih kecil dan lebih ringan daripada sel timbal. Jadi sel ini digunakan sebagai batu baterai alat-alat portabel seperti : UPS, handphone dll.

Anoda Cd (-) : Cd + 2OH Cd(OH)2+ 2eKatoda NiO2(+) : NiO2+ 2H2O + 2e Ni(OH)2+ 2OH

Reaksi total : Cd + NiO2+ 2H2O Cd(OH)2+Ni(OH)2

Prinsip-Prinsip Sel Volta dalam Kehidupan Sehari-hari.Sel Voltadapat dibedakan menjadi sel Voltaprimer,sekunder, dan selbahan bakar.Sel primeradalah sel yang dibentuk dari katode dan anode yang langsung setimbang ketika menghasilkan arus. Sel sekunder adalah sel yang dapat diperbarui dengan cara mengembalikan elektrodenya ke kondisi awal. Adapun sel bahan bakar adalah sebuah sel yang secara bertahap menghabiskan pereaksi yang disuplai ke elektrode-elektrode dan secara bertahap pula membuang produk-produknya. Tipe-tipe sel Volta beserta contohnya dijelaskan pada uraian berikut.1) Sel Volta primerSel keringLechlanchemerupakan contoh sel Volta primer. Sel kering atau baterai kering terdiri atas wadah yang terbuat dari seng dan bertindak sebagai anode serta batang karbon sebagai katode. Elektrolit sel ini adalah campuran MnO2, NH4Cl, sedikit air, dan kadang-kadang ditambahkan ZnCl2dalam bentuk pasta.

Gambar 2.4 Penyusun sel keringReaksi yang terjadi pada selAnode : Zn(s) Zn2+(aq) + 2 eKatode : 2 MnO2(s) + 2 NH4+(aq) + 2 eMn2O3(s) + 2 NH3(g) + H2O(l)Reaksi : Zn(s) + 2 MnO2(s) + 2 NH4+(aq)Mn2O3(s) + Zn2+(aq) + 2 NH3(g) + H2O(l)Cara kerja sel kering:a. Elektrode Zn teroksidasi menjadi ion Zn2+Zn Zn2++ 2 eb. Elektron yang dilepaskan mengalir melalui kawat penghantar menuju elektrode karbon.c. Elektron-elektron pada elektrode karbon mereduksi MnO2dan NH4+menjadi Mn2O3dan NH3.Sel yang sering digunakan sebagai ganti sel keringLechlancheadalah baterai alkalin. Baterai ini terdiri atas anode seng dan katode mangan dioksida serta elektrolit kalium hidroksida. Reaksi yang berlangsung, yaitu:Anode : Zn(s) + 2 OH(aq) Zn(OH)2(s) + 2 eKatode : 2 MnO2(s) + 2 H2O(l) + 2 e2 MnO(OH)(s) + 2 OH(aq)Reaksi : 2 MnO2(s) + 2 H2O(l) + Zn(s) 2 MnO(OH)(s) + Zn(OH)2(s)Baterai alkalin ini dapat menghasilkan energi dua kali energi total Lechlanche dengan ukuran yang sama.2) Sel Volta sekunderSel aki (Accumulator) merupakan contoh sel Volta sekunder. Sel aki terdiri atas elektrode Pb (anode) dan PbO2(katode). Keduanya dicelupkan dalam larutan H2SO430%.

Gambar2.5Sel aki (accumulator) merupakan contoh sel Volta sekunderCara kerja sel aki:a. Elektrode Pb teroksidasi menjadi Pb2+Pb(s) Pb2+(aq) + 2 ePb2+yang terbentuk berikatan dengan SO42dari larutan.Pb2+(aq) + SO42(aq) PbSO4(s)b. Elektron yang dibebaskan mengalir melalui kawat penghantar menuju elektrode PbO2.c. Pada elektrode PbO2elektron-elektron dari anode Pb akan mereduksi PbO2menjadi Pb2+yang kemudian berikatan dengan SO42dari larutan.PbO2(s) + 4 H+(aq) + 2 e Pb2+(aq) + 2 H2O(l)Pb2+(aq) + SO42(aq) PbSO4(s)Reaksi yang terjadi pada sel aki dapat ditulis sebagai berikut.Anode : Pb(s) + SO42(aq) PbSO4(s) + 2 eKatode: PbO2(s) + H2SO4(aq) + 2 H++ 2 e PbSO4(s) + 2 H2O(l)Reaksi : Pb(s) + PbO2(s) + 2 H2SO4 2 PbSO4(s) + 2 H2OPada reaksi pemakaian sel aki, molekul-molekul H2SO4diubah menjadi PbSO4dan H2O sehingga konsentrasi H2SO4dalam larutan semakin berkurang. Oleh karena itu, daya listrik dari aki terus berkurang dan perlu diisi kembali.3) Sel bahan bakarSel hidrogen-oksigen termasuk jenis sel bahan bakar yang terus-menerus dapat berfungsi selama bahan-bahan secara tetap dialirkan ke dalamnya. Sel ini digunakan pada pesawat ruang angkasa. Sel hidrogen-oksigen terdiri atas anode dari lempeng nikel berpori yang dialiri gas hidrogen dan katode dari lempeng nikel oksida berpori yang dialiri gas oksigen. Elektrolitnya adalah larutan KOH pekat.

Gambar2.6Sel hidrogen-oksigen termasuk jenis sel bahan bakar.Cara kerja sel ini adalaha. Gas hidrogen yang dialirkan pada pelat nikel berpori teroksidasi membentuk H2O.2 H2+ 4 OH 4 H2O + 4 eb. Elektron yang dibebaskan bergerak melalui kawat penghantar menuju elektrode nikel oksida.c. Pada elektrode nikel oksida elektron mereduksi O2menjadi OH.O2+ 2 H2O + 4 e 4 OHReaksi yang terjadi pada sel ini sebagai berikut.Anode : 2 H2(g) + 4 OH(aq) 4 H2O(l) + 4 eKatode : O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e4 OH(aq)Reaksi : 2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l)Biasanya pada sel ini digunakan platina atau senyawa paladium sebagai katalis.SELVOLTASel Galvaniatau disebut juga dengansel voltaadalahsel elektrokimiayang dapat menyebabkan terjadinya energi listrik dari suatureaksi redoksyang spontan. reaksi redoks spontan yang dapat mengakibatkan terjadinya energi listrik ini ditemukan olehLuigi GalvanidanAlessandro Guiseppe Volta.Sel Volta adalah rangkaian sel yang dapat menghasilkan arus listrik. Dalam sel tersebut terjadi perubahan dari reaksi redoks menghasilkan arus listrik.Sel volta terdiri atas elektroda tempat berlangsungnya reaksi oksidasi disebut anoda(electrode negative), dan tempat berlangsungnya reaksi reduksi disebut katoda(electrode positif).Rangkaian Sel Galvani

Contoh rangkaian sel galvani.sel galvani terdiri dari beberapa bagian, yaitu:1. voltmeter, untuk menentukan besarnya potensial sel.2. jembatan garam(salt bridge), untuk menjaga kenetralan muatan listrik pada larutan.3. anoda, elektroda negatif, tempat terjadinya reaksi oksidasi. pada gambar, yang bertindak sebagai anoda adalah elektrodaZn/seng (zink electrode).4. katoda, elektroda positif, tempat terjadinya reaksi reduksi. pada gambar, yang bertindak sebagai katoda adalah elektrodaCu/tembaga (copper electrode).Proses dalam Sel GalvaniPada anoda, logam Zn melepaskan elektron dan menjadi Zn2+yang larut.Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-Pada katoda, ion Cu2+menangkap elektron dan mengendap menjadi logam Cu.Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)hal ini dapat diketahui dari berkurangnya massa logam Zn setelah reksi, sedangkan massa logam Cu bertambah. Reaksi total yang terjadi pada sel galvani adalah:Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)Sel Volta dalam kehidupan sehari hari :1. Sel Kering (Sel Leclanche)Dikenal sebagai batu baterai. Terdiri dari katode yang berasal dari karbon(grafit) dan anode logam zink. Elektrolit yang dipakai berupa pasta campuran MnO2, serbuk karbon dan NH4Cl.Persamaan reaksinya :Katode : 2MnO2 + 2H+ + 2e Mn2O3 + H2OAnode : Zn Zn2+ + 2eReaksi sel : 2MnO2 + 2H+ + Zn Mn2O3 + H2O + Zn22. Sel AkiSel aki disebut juga sebagai sel penyimpan, karena dapat berfungsi penyimpan listrik dan pada setiap saat dapat dikeluarkan . Anodenya terbuat dari logam timbal (Pb) dan katodenya terbuat dari logam timbal yang dilapisi PbO2.Reaksi penggunaan aki :Anode : Pb + SO4 2- PbSO4 + 2eKatode : PbO2 + SO42-+ 4H++ 2e PbSO4 + 2H2OReaksi sel : Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+ 2PbSO4 + 2H2OReaksi Pengisian aki :2PbSO4 + 2H2O Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+3. Sel Perak OksidaSel ini banyak digunakan untuk alroji, kalkulator dan alat elektronik.Reaksi yang terjadi :Anoda : Zn(s) + 2OH-(l) Zn(OH)2(s) + 2eKatoda : Ag2O(s) + H2O(l) + 2e 2Ag(s) + 2OH-(aq)Reaksi Sel : Zn(s) + Ag2O(s) + H2O(l) Zn(OH)2(s) + 2Ag(s)Potensial sel yang dihasilkan adalah 1,34 V4. Sel Nikel Cadmium (Nikad)Sel Nikad merupakan sel kering yang dapat diisi kembali (rechargable). Anodenya terbuat dari Cd dan katodenya berupa Ni2O3 (pasta). Beda potensial yang dihasilkan sebesar 1,29 V. Reaksinya dapat balik :NiO(OH).xH2O + Cd + 2H2O 2Ni(OH)2.yH2O + Cd(OH)25. Sel Bahan BakarSel Bahan bakar merupakan sel Galvani dengan pereaksi pereaksinya (oksigen dan hidrogen) dialirkan secara kontinyu ke dalam elektrode berpori. Sel ini terdiri atas anode dari nikel, katode dari nikel oksida dan elektrolit KOH.Reaksi yang terjadi :Anode : 2H2(g) + 4OH-(aq) 4H2O(l) + 4eKatode : O2(g) + 2H2O(l) + 4e 4OH-(aq)Reaksi sel : 2H2(g) + O2 2H2O(l)

Prinsip-Prinsip Sel Volta dalam Kehidupan Sehari-hari.Sel Volta dapat dibedakan menjadi sel Volta primer, sekunder, dan sel bahan bakar. Sel primer adalah sel yang dibentuk dari katode dan anode yang langsung setimbang ketika menghasilkan arus. Sel sekunder adalah sel yang dapat diperbarui dengan cara mengembalikan elektrodenya ke kondisi awal. Adapun sel bahan bakar adalah sebuah sel yang secara bertahap menghabiskan pereaksi yang disuplai ke elektrode-elektrode dan secara bertahap pula membuang produk-produknya. Tipe-tipe sel Volta beserta contohnya dijelaskan pada uraian berikut.

1) Sel Volta primerSel kering Lechlanche merupakan contoh sel Volta primer. Sel kering atau baterai kering terdiri atas wadah yang terbuat dari seng dan bertindak sebagai anode serta batang karbon sebagai katode. Elektrolit sel ini adalah campuran MnO2, NH4Cl, sedikit air, dan kadang-kadang ditambahkan ZnCl2 dalam bentuk pasta.

Reaksi yang terjadi pada selAnode : Zn(s) Zn2+(aq) + 2 eKatode : 2 MnO2(s) + 2 NH4+(aq) + 2 e Mn2O3(s) + 2 NH3(g) + H2O(l)Reaksi : Zn(s) + 2 MnO2(s) + 2 NH4+(aq)Mn2O3(s) + Zn2+(aq) + 2 NH3(g) + H2O(l)Cara kerja sel kering:a. Elektrode Zn teroksidasi menjadi ion Zn2+Zn Zn2+ + 2 eb. Elektron yang dilepaskan mengalir melalui kawat penghantar menuju elektrode karbon.c. Elektron-elektron pada elektrode karbon mereduksi MnO2 dan NH4+ menjadi Mn2O3 dan NH3.Sel yang sering digunakan sebagai ganti sel kering Lechlanche adalah baterai alkalin. Baterai ini terdiri atas anode seng dan katode mangan dioksida serta elektrolit kalium hidroksida. Reaksi yang berlangsung, yaitu:Anode : Zn(s) + 2 OH(aq) Zn(OH)2(s) + 2 eKatode : 2 MnO2(s) + 2 H2O(l) + 2 e 2 MnO(OH)(s) + 2 OH(aq)Reaksi : 2 MnO2(s) + 2 H2O(l) + Zn(s) 2 MnO(OH)(s) + Zn(OH)2(s)Baterai alkalin ini dapat menghasilkan energi dua kali energi total Lechlanche dengan ukuran yang sama.

2) Sel Volta sekunderSel aki (Accumulator) merupakan contoh sel Volta sekunder. Sel aki terdiri atas elektrode Pb (anode) dan PbO2 (katode). Keduanya dicelupkan dalam larutan H2SO4 30%.

Gambar 2.5 Sel aki (accumulator) merupakan contoh sel Volta sekunderCara kerja sel aki:a. Elektrode Pb teroksidasi menjadi Pb2+Pb(s) Pb2+(aq) + 2 ePb2+ yang terbentuk berikatan dengan SO42 dari larutan.Pb2+(aq) + SO42(aq) PbSO4(s)b. Elektron yang dibebaskan mengalir melalui kawat penghantar menuju elektrode PbO2.c. Pada elektrode PbO2 elektron-elektron dari anode Pb akan mereduksi PbO2 menjadi Pb2+ yang kemudian berikatan dengan SO42 dari larutan.PbO2(s) + 4 H+(aq) + 2 e Pb2+(aq) + 2 H2O(l)Pb2+(aq) + SO42(aq) PbSO4(s)Reaksi yang terjadi pada sel aki dapat ditulis sebagai berikut.Anode : Pb(s) + SO42(aq) PbSO4(s) + 2 eKatode: PbO2(s) + H2SO4(aq) + 2 H+ + 2 e PbSO4(s) + 2 H2O(l)Reaksi : Pb(s) + PbO2(s) + 2 H2SO4 2 PbSO4(s) + 2 H2OPada reaksi pemakaian sel aki, molekul-molekul H2SO4 diubah menjadi PbSO4 dan H2O sehingga konsentrasi H2SO4 dalam larutan semakin berkurang. Oleh karena itu, daya listrik dari aki terus berkurang dan perlu diisi kembali.

3) Sel bahan bakarSel hidrogen-oksigen termasuk jenis sel bahan bakar yang terus-menerus dapat berfungsi selama bahan-bahan secara tetap dialirkan ke dalamnya. Sel ini digunakan pada pesawat ruang angkasa. Sel hidrogen-oksigen terdiri atas anode dari lempeng nikel berpori yang dialiri gas hidrogen dan katode dari lempeng nikel oksida berpori yang dialiri gas oksigen. Elektrolitnya adalah larutan KOH pekat.

Gambar 2.6 Sel hidrogen-oksigen termasuk jenis sel bahan bakar.Cara kerja sel ini adalaha. Gas hidrogen yang dialirkan pada pelat nikel berpori teroksidasi membentuk H2O.2 H2 + 4 OH 4 H2O + 4 eb. Elektron yang dibebaskan bergerak melalui kawat penghantar menuju elektrode nikel oksida.c. Pada elektrode nikel oksida elektron mereduksi O2 menjadi OH.O2 + 2 H2O + 4 e 4 OHReaksi yang terjadi pada sel ini sebagai berikut.Anode : 2 H2(g) + 4 OH(aq) 4 H2O(l) + 4 eKatode : O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e 4 OH(aq)Reaksi : 2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l)Biasanya pada sel ini digunakan platina atau senyawa paladium sebagai katalis.

4)Sel Volta pada akiAki atau accumulator merupakan sel volta yang tersusun atas elektroda Pb dan PbO, dalam larutan asam sulfat yang berfungsi sebagai elektrolit. Pada aki, sel disusun dalam beberapa pasang dan setiap pasang menghasilkan 2 Volt.Aki umumnya kita temui memiliki potensial sebesar 6 Volt (kecil) sebagai sumber arus sepeda motor dan 12 V (besar) untuk mobil. Aki merupakan sel yang dapat diisi kembali, sehingga aki dapat dipergunakan secara terus menerus. Sehingga ada dua mekanisme reaksi yang terjadi. Reaksi penggunaan aki merupakan sel volta, dan reaksi pengisian menggunakan arus listrik dari luar seperti peristiwa elektrolisa. Mekanisme reaksi ditampilkan pada Bagan reaksi.

5) Penerapan Sel Volta Pada BateraiBaterai atau sel kering merupakan salah satu sel volta, yaitu sel yang menghasilkan arus listrik, berbeda dengan aki, batere tidak dapat diisi kembali.Sehingga batere juga disebut dengan sel primer dan aki dikenal dengan sel sekunder.Batere disusun oleh Seng sebagai anoda, dan grafit dalam elektrolit MnO2, NH4Cl dan air bertindak sebagai katoda. Reaksi yang terjadi pada sel kering adalah :

Sel bahan bakar merupakan bagian dari sel volta yang mirip dengan aki atau batere, dimana bahan bakarnya diisi secara terus menerus, sehingga dapat dipergunakan secara terus menerus juga.Bahan baku dari sel bahan bakar adalah gas hidrogen dan oksigen, sel ini digunakan dalam pesawat ruang angkasa, reaksi yang terjadi pada sel bahan bakar adalah :

6) Baterai Nikel-Kadmium

Baterai Nikel-Kadmium merupakan baterai kering yang dapat di isi ulang.Reaksi sel yang terjadi sebagai berikut:Anode : Cd + 2OH- Cd(OH)2 + 2eKatode :NiO2 + 2H2 O + 2e Ni(OH)2 + Ni(OH)2 +Cd + NiO2 + 2H2O Cd(OH)2 + Ni(OH)2Hasil-hasil reaksi pada baterai nikel-kadmium merupakan zat padat yang melekat pada kedua elektrodenya.Pengisian dilakukan dengan membalik arah aliran electron pada kedua electrode.

7) Baterai Perak OksidaSusunan baterai perak oksida yaitu Zn (sebagai anode), Ag2O (sebagai katode), dan pasta KOH sebagai elektrolit.reaksinya sebagai berikut:Anode :Zn + 2OH- Zn(OH)2 + 2eKatode :Ag2O + H2O + 2e 2Ag + 2OH-Baterai perak oksida memiliki potensial sel sebesar 1,5 volt dan bertahan dalam waktu yang lama.Kegunaan baterai jenis ini adalah untuk arloji,kalkulator dan berbagai jenis peralatan elektrolit lainnya..

8) Proses dalam penyepuhan

Elektroplating atau penyepuhan merupakan proses pelapisan permukaan logam dengan logam lain. Misalnya tembaga dilapisi dengan emas dengan menggunakan elektrolit larutan emas (AuCl3).Emas (anoda) : Au(s) Au3+(aq) + 3e (oksidasi)Tembaga (katoda) : Au3+(aq) + 3e Au(s) (reduksi)Dari persamaan reaksi tampak pada permukaan tembaga akan terjadi reaksi reduksi Au3+(aq) + 3e Au(s). Dengan kata lain emas Au terbentuk pada permukaan tembaga dalam bentuk lapisan tipis. Ketebalan lapisan juga dapat diatur sesuai dangan lama proses reduksi. Semakin lama maka lapisan yang terbentuk semakin tebal.

9) Proses SintesaSintesa atau pembuatan senyawa basa, cara elektrolisa merupakan teknik yang handal. Misalnya pada pembuatan logam dari garam yaitu K, Na dan Ba dari senyawa KOH, NaOH, Ba(OH)2, hasil samping dari proses ini adalah terbentuknya serta pada pembuatan gas H2, O2, dan Cl2. Seperti reaksi yang telah kita bahas. Dalam skala industri, pembuatan Cl2 dan NaOH dilakukan dengan elektrolisis larutan NaCl dengan reaksi sebagai berikut:

10) Proses pemurnian logam

Proses pemurnian logam juga mengandalkan proses elektrolisa. Proses pemurnian tembaga merupakan contoh yang menarik dan mudah dilaksanakan. Pemurnian ini menggunakan elektrolit yaitu CuSO4. Pada proses ini tembaga yang kotor dipergunakan sebagai anoda, dimana zat tersebut akan mengalami oksidasi, Cu(s) Cu2+(aq) + 2eReaksi oksidasi ini akan melarutkan tembaga menjadi Cu2+. Dilain pihak pada katoda terjadi reaksi reduksi Cu2+ menjadi tembaga murni. Mula-mula Cu2+berasal dari CuSO4, dan secara terus menerus digantikan oleh Cu2+ yang berasal dari pelarutan tembaga kotor. Proses reaksi redoks dalam elektrolisis larutan CuSO4 adalah :

CuSO4(aq) Cu2+(aq) + SO42(aq)Katoda: Cu2+(aq) + 2e Cu(s)Anoda : Cu(s) Cu2+(aq) + 2ePengotor tembaga umumnya terdiri dari perak, emas, dan platina. Oleh karena E0 unsur Ag, Pt dan Au > dari E0 Cu, maka ketiga logam tidak larut dan tetap berada di anoda biasanya berupa lumpur. Demikian juga jika pengotor berupa Fe atau Zn, unsur ini dapat larut namun cukup sulit tereduksi dibandingkan Cu, sehingga tidak mengganggu proses reduksi Cu.

MACAM-MACAM SEL VOLTA

1. Sel Volta Primer.

a)Sel kering seng-karbon.

Sel kering juga dapat disebutsel Lenchancheataubaterai. Baterai kering ini mendapatkan hak paten penemuan di tahun 1866. Sel Lanchache ini terdiri atas suatu silinder zink berisi pasta dari campuran batu kawi (MnO2), salmiak (NH4Cl), karbon (C), dan sedikit air. Dengan adanya air jadi baterai kering ini tidak 100% kering. Sel ini biasanya digunakan sebagai sumber tenaga atau energi pada lampu, senter, radio, jam dinding, dan masih banyak lagi. Penggunaan logam seng adalah sebagai anoda sedangkan katoda digunakan elektrode inert, yaitu grafit, yang dicelupkan ditengah-tengah pasta. Pasta ini bertujuan sebagai oksidator. Seng tersebut akan dioksidasi sesuai dengan persamaan reaksi di bawah ini:Zn(s) Zn2+(aq)+ 2e- (anoda)Sedangkan katoda terdiri atas campuran dari MnO2dan NH4Cl. Reaksi yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut:2MnO2(s)+ 2NH4+(aq)2e- Mn2O3(s)+ 2NH3(aq)+ H2O(l) (katoda) Katoda akan menghasilkan ammonia, ammonia ini akan bereaksi dengan Zn2+yang dihasilkan di anode. Reaksi tersebut akan membentuk ion yang kompleks [Zn(NH3)4]2+. Sel kering ini tidak dapat digunakan berulang kali dan memiliki daya tahan yang tidak lama. Dan harganya di pasaran sangatlah murah.

b)Baterai alkaline

Baterai alkaine sama dengan sel Lanchache. Baterai alkaline ini menggunakan sebuah larutan elektrolit yang berupa kalium hidroksida (KOH). Oleh karena itu baterai alkaline ini bersifat basa. Baterai alkaline ini memiliki daya tahan yang relatif lama dibandingkan dengan baterai kering atau sel Lanchache. Sel ini menghasilkan arus yang lebih besar dan total muatan yang lebih banyak daripada baterai kering biasa. Baterai ini cocok digunakan pada kamera atau tape recorder, karena mempunyai tegangan sebesar 1,5V. Reaksi yang terjadi pada baterai alkaline ini adalah sebagai berikut:Zn(s)+ 2OH-(aq) Zn(OH)2(s)+ 2e- (anoda)2MnO2(s)+ 2H2O + 2e- 2MnO(OH)(s)+ 2OH-(aq) (katoda)

c)Baterai merkuri

Baterai merkuri ini merupakan satu dari baterai kecil yang dikembangkan untuk usaha perdagangan atau komersial. Anoda seng dan katoda merkuri (II) oksida (HgO) adalah penyusun dari baterai merkuri ini yang dihubungkan dengan larutan elektrolit kalium hidroksida (KOH). Sel ini mempunyai beda potensial 1,4V. Reaksi yang terjadi pada baterai ini adalah:Zn(s)+ 2OH-(aq) ZnO(s)+ H2O + 2e- (anoda)HgO(s)+ H2O + 2e- Hg(l)+ 2OH-(aq) (katoda)Reaksi dari keseluruhan atau disebut reaksi bersih adalah:Zn(s)+ HgO(s) ZnO(s)+ Hg(l)

d)Baterai perak oksida

Baterai perak oksida tergolong tipis dan harganya yang relatif lebih mahal dari baterai-baterai yang lainnya. Baterai ini sangat populer digunakan pada jam, kamera, dan kalkulator elektronik. Perak oksida (Ag2O) sebagai katoda dan seng sebagai anodanya. Reaksi elektrodenya terjadi dalam elektrolit yang bersifat basa dan mempunyai beda potensial sama seperti pada baterai alkaline sebesar 1,5V. Reaksi yang terjadi adalah:Zn(s)+ 2OH-(aq) Zn(OH)2(s)+ 2e- (anoda)Ag2O(s)+ H2O + 2e- 2Ag(s)+ 2OH-(aq) (katoda)

e)Baterai Litium

Terdiri atas litium sebagai anoda dan MnO2sebagai oksidator (seperti pada baterai alkaline). Baterai Litium ini dapat menghasilkan arus listrik yang lebih besar dan daya tahannya lebih lama dibandingkan baterai kering yang berukuran sama. Berikut notasi dari baterai Litium:LiLi+(pelarut non-air)KOH (pasta)MnO2, Mn(OH)3, C

2.Sel Volta Sekunder.

a)Aki timbal

Aki merupakan jenis baterai yang dapat digunakan untuk kendaran bermotor atau automobil. Aki timbal mempunyai tegangan 6V atau 12V, tergantung jumlah sel yang digunakan dalam konstruksi aki timbal tersebut. Aki timbal ini terdiri atas katoda PbO2(timbel(IV) oksida) dan anodanya Pb (timbel=timah hitam). Kedua zat sel ini merupakan zat padat, yang dicelupkan kedalam larutan H2SO4. Reaksi yang terjadi dalam aki adalah:Pb(s)+ SO42-(aq) PbSO4(s)+ 2e- (anoda)PbO2(s)+ 4H+(aq)+ SO42-(aq) + 2e- PbSO4(s)+ 2H2O (katoda) Aki ini dapat diisi ulang dengan mengalirkan lagi arus listrik ke dalamnya. Pengisian aki dilakukan dengan membalik arah aliran elektron pada kedua elektrode. Pada pengosongan aki, anoda (Pb) mengirim elektron ke katoda (PbO2). Sementara itu pada pengisian aki, elektrode timbal dihubungkan dengan kutub negatif sumber arus sehingga Pb2SO4yang terdapat pada elektrode timbal itu direduksi. Berikut reaksi pengisian aki:PbSO4(s)+ H+(aq) +2e- Pb(s)+ HSO4-(aq) (elektrode Pb sebagai katoda)PbSO4(s)+ 2H2O(l) PbO2(s)+ HSO4-(aq)+ 3H+(aq)+ 2e- (elektrode PbO2sebagai anoda)

b)Baterai nikel-kadmium

Baterai nikel-kadmium merupakan baterai kering yang dapat diisi ulang. Sel ini biasanya disebutnicadataubateray nickel-cadmium. Reaksi yang terjadi pada baterai nikel-kadmium adalah:Cd(s)+ 2OH-(aq) Cd(OH)2(s)+ 2e- (anoda)NiO2(s)+ 2H2O + 2e- Ni(OH)2(s)+ 2OH-(aq) (katoda)Reaksi keseluruhan adalah:Cd(s)+ NiO(aq)+ 2H2O(l) Cd(OH)2(s)+ Ni(OH)2(s) Baterai nikel-kadmium merupakan zat padat yang melekat pada kedua elektrodenya. Baterai nikel-kadmium memiliki tegangan sekitar 1,4V. Dengan membalik arah aliran elektron, zat-zat tersebut dapat diubah kembali seperti zat semula.

c)Sel perak seng

Sel ini mempunyai kuat arus (I) yang besar dan banyak digunakan pada kendaran-kendaraan balap. Sel perak seng dibuat lebih ringan dibandingkan dengan sel timbal seng. KOH adalah elektrolit yang digunakan dan elektrodenya berupa logam Zn (seng) dan Ag (perak).

d)Sel natrium belerang

Sel natrium belerang ini dapat menghasilkan energi listrik yang lebih besar dari sel perak seng. Elektrodenya adalah Na (natrium) dan S (sulfur).

3.Sel Bahan Bakar

Sel bahan bakar adalah sel yang menggunakan bahan bakar seperti campuran hidrogen dengan oksigen atau campuran gas alam dengan oksigen. Sel bahan bakar ini biasanya digunakan untuk sumber energi listrik pesawat ulang-alik, pesawat Challenger dan Columbia. Yang berperan sebagai katode adalah gas oksigen dan anodanya gas hidrogen. Masing-masing elektrode dimasukkan kedalam elektrode karbon yang berpori-pori dan masing-masingnya elelktrode digunakan katalis dari serbuk platina.Katoda: menghasilkan ion OH-O2(g)+ 2H2O(l)+ 4e- 4OH-(aq)Anoda: dari katode bereaksi dengan gas H2H2(g)+ 2OH-(aq) 2H2O(l)+ 2e-

Reaksiselnya adalah:O2(g)+ 2H2(g) 2H2O(l)