LAPORAN

Penggunaan Sel Volta dalam kehidupan sehari hari

Disusun oleh :Irma Nurtiana Syafitri (XII IPA 4 / 15)

SMAN 1 SITUBONDOJalan PB. Sudirman No.5A Telp. (0338) 671 524 Fax. (0338) 680331E-Mail : smasa_ganesha@yahoo.co.id Situbondo 68312Tahun ajaran 2012/2013Sel Volta

Sel Volta atau sel galvani adalah sel elektrokimia yang dapat menyebabkan terjadinya energi listrik dari suatu reaksi redoks yang spontan. reaksi redoks spontan dapat mengakibatkan terjadinya energi listrik ini ditemukan oleh Luigi Galvani dan Alessandro Guiseppe Volta.Sel volta terdiri atas elektroda tempat berlangsungnya reaksi oksidasi disebut anoda (electrode negative), dan tempat berlangsungnya reaksi reduksi disebut katoda (electrode positif).Susunan sel volta adalah : Notasi sel : Y / ion Y // ion X / X Logam X mempunyai potensial reduksi yang lebih positif dibanding logam Y , sehingga logam Y bertindak sebagai anoda dan logam X bertindak sebagai katoda. Jembatan garam mengandung ion-ion positif dan ion-ion negative yang berfungsi menetralkan muatan positif dan negative dalam larutan elektrolit.

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 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. 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 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 MnO2 dan NH4Cl yang berperan sebagai larutan elektrolit.Baterai atau sel kering (Lechlanche) merupakan salah satu sel volta, yaitu sel yang menghasilkan arus listrik, tetapi tidak dapat diisi kembali. Sehingga baterai disebut juga dengan 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, (NH4)Cl, sedikit air, dan kadang-kadang ditambahkan ZnCl2 dalam bentuk pasta.

Baterai BiasaBaterai yang sering kita gunakan disebut juga sel kering atau sel Lecanche. Dikatakan sel kering karena jumlah air yang dipakai sedikit (dibatasi).

Reaksi yang terjadi pada sel :Anode : Zn(s) Zn2+(aq) + 2eKatode : 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. Baterai AlkalineSel yang sering digunakan sebagai ganti sel kering Lechlanche adalah baterai alkaline. Pada baterai alkaline dapat dihasilkan energi dua kali lebih besar dibanding baterai biasa. Baterai ini terdiri atas anode seng dan katode mangan dioksida serta elektrolit kalium hidroksida. Dalam sel kering alkaline, 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.

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 Perak OksidaSusunan baterai perak oksida yaitu Zn (sebagai anode), Ag2O (sebagai katode), dan pasta KOH sebagai elektrolit. 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.

Reaksinya sebagai berikut:Anode : Zn + 2OH- Zn(OH)2 + 2eKatode : Ag2O + H2O + 2e 2Ag + 2OH-Reaksi: Zn + Ag2O + H2O Zn(OH)2 + 2Ag

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:Anoda : Zn(s) + 2OH-(aq) ZnO(s) + H2O + 2eKatoda : HgO(s) + H2O + 2e Hg(l) + 2OH-(aq)Reaksi : Zn(s) + HgO(s) ZnO(s) + Hg(l)

Baterai Litium Terdiri atas litium sebagai anoda dan MnO2 sebagai 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 Sel aki (Accumulator) Sel aki (Accumulator) merupakan contoh sel Volta sekunder. Sel aki terdiri atas elektrode Pb (anode) dan PbO2 (katode). Keduanya dicelupkan dalam larutan H2SO4.Aki dapat menghasilkan listrik, Anoda Pb dan katoda PbO2 bereaksi dengan SO42-menghasilkan PbSO4. PbSO4 yang dihasilkan dapat menutupi permukaan lempeng anoda dan katoda. Jika telah terlapisi seluruhnya maka lempeng anoda dan katoda tidak berfungsi. Akibatnya aki berhenti menghasilkan listrik. Pada 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. Cara 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.

Baterai Nikel-KadmiumMirip dengan baterai timbal, sel nikel-kadmium juga (reversibel dapat di isi ulang). 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. Baterai nikel-kadmium merupakan zat padat yang melekat pada kedua elektrodenya. Baterai nikel-kadmium memiliki tegangan sekitar 1,4V.

Reaksi sel yang terjadi sebagai berikut:Anode : Cd + 2OH- Cd(OH)2 + 2eKatode : NiO2 + 2H2O + 2e Ni(OH)2 + 2OHReaksi : Cd + NiO2 + 2H2O Cd(OH)2 + Ni(OH)2

Hasil-hasil reaksi pada baterai nikel-kadmium merupakan zat padat yang melekat pada kedua elektrodenya.Pengisian dilakukan dengan membalik arah aliran electron pada kedua electrode.

Sel Perak SengSel 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).

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 Sel bahan bakar merupakan bagian dari sel volta yang mirip dengan aki atau baterai, 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 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.

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 OH

Reaksi 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.

Penggunaan volta dan elektrolisis dalam kehidupan sehari-hari :

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.

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:

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) + 2e Reaksi 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 Eo unsur Ag, Pt dan Au > dari Eo 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.

7