SEL VOLTA (SEL GALVANI)

Sel Volta adalah sel elektrokimia yang menghasilkan arus listrik dari reaksi kimia berupa reaksi redoks spontan. Prinsip kerja sel Volta adalah sebagai berikut :

1. Energi hasil dari reaksi kini dirubah menjadi energi listrik

2. Reaksi yang berlangsung adalah reaksi redoks

3. Pada katoda terjadi reduksi dan merupakan kutub positif

4. Pada anoda terjadi oksidasi dan merupakan kutub negatif

Jadi katoda positif, Anoda negatif disingkat KPAN yang dibaca KAPAN

KOMPONEN SEL VOLTA

Rangkaian sel elektrokimia pertama kali dipelajari oleh LUIGI GALVANI (1780) dan ALESSANDRO VOLTA (1800). Sehingga disebut sel Galvani atau sel Volta. Keduanya menemukan adanya pembentukan energi dari reaksi kimia tersebut. Energi yang dihasilkan dari reaksi kimia sel Volta berupa energi listrik

Sel Volta terdiri atas elektroda (logam seng dan tembaga) larutan elektrolit (ZnSO4 dan CuSO4), dan jembatan garam (agar-agar yang mengandung KCl). Logam seng dan tembaga bertindak sebagai elektroda. Keduanya dihubungkan melalui sebuah voltmeter. Elektroda tempat berlangsungnya oksidasi disebut Anoda (elektroda negatif), sedangkan elektroda tempat berlangsungnya reduksi disebut Katoda (elektroda positif)

SEL VOLTA

Sel Galvani atau disebut juga dengan sel volta adalah sel elektrokimia yang dapat menyebabkan terjadinya energi listrik dari suatu reaksi redoks yang spontan. reaksi redoks spontan yang dapat mengakibatkan terjadinya energi listrik ini ditemukan oleh Luigi Galvani dan Alessandro 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 elektroda Zn/seng (zink electrode).

4.katoda, elektroda positif, tempat terjadinya reaksi reduksi. pada gambar, yang bertindak sebagai katoda adalah elektroda Cu/tembaga (copper electrode).

Proses dalam Sel Galvani

Pada 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 + H2O

Anode : Zn ” Zn2+ + 2e

Reaksi sel : 2MnO2 + 2H+ + Zn ” Mn2O3 + H2O + Zn2

2. Sel Aki

Sel 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 + 2e

Katode : PbO2 + SO42-+ 4H++ 2e ” PbSO4 + 2H2O

Reaksi sel : Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+ ” 2PbSO4 + 2H2O

Reaksi Pengisian aki :

2PbSO4 + 2H2O ” Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+

3. Sel Perak Oksida

Sel ini banyak digunakan untuk alroji, kalkulator dan alat elektronik.

Reaksi yang terjadi :

Anoda : Zn(s) + 2OH-(l) ” Zn(OH)2(s) + 2e

Katoda : 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 V

4. 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)2

5. Sel Bahan Bakar

Sel 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) + 4e

Katode : O2(g) + 2H2O(l) + 4e → 4OH-(aq)

Reaksi sel : 2H2(g) + O2 → 2H2O(l)

Sel Volta atau Sel Galvani

Alessandro Volta (1745-1927), seorang fisikawan italia berhasil menemukan suatu reaksi kimia yang dapat menghasilkan energi listrik. Penemuan volta berasal dari studi lanjut tentang penemuan “listrik binatang” oleh seorang ahli anatomi Italia, Luigi Galvani (1773-1798). Arus listrik tersebut diperoleh oleh Galvani saat melakukan proses pembedahan pada seekor katak. Pada saat galvani memasukkan logam tembaga dan besi untuk membedah paha katak, ia merasakan getaran singkat semacam arus listrik. Galvani menganggap bahwa arus singkat yang dirasakannnya berasal dari tubuh binatang. Pernyataan Galvani tersebut tidak bertahan lama. Setelah berdasarkan beberapa

percobaan yang dilakukan oleh Volta disimpulkan bahwa arus listrik yang terjadi disebabkan oleh dua logam yang berbeda dalam menggunakan larutan garam atau asam lemah yang ternyata juga menghasilkan arus listrik.

Volta berhasil merancang alat berupa tumpukan dari lempengan logam seng dan perak yang dipisahkan oleh kain basah dari larutan garam atau asam lemah yang menghasilkan arus listrik. Rangkaian alat yang dapat menghasilkan arus listrik dari reaksi kimia rancangan Volta disebut sel Volta. Reaksi kimia yang berlangsung spontan. Bentuk perkembangan dari sel Volta adalah baterai dan aki.

a. Reaksi dalam Sel Volta

Pada reaksi tersebut terjadi serah terima elektron, logam seng (Zn) melepaskan elektron dan membentuk Zn2+. Ion Cu2+ dalam larutan CuSO4 menerima elektorn dan membentuk endapan Cu. Peristiwa ini berjalan terus-menerus hingga semua ion Cu2+ mengendap sebagai logam Cu, sehingga larutan CuSO4 semakin berkurang konsentrasinya. Sebaliknya, endapan Cu pada katode semakin bertambah massanya dalam reaksi tersebut tidak terjadi arus listrik, karena elektron berpindah secara langsung dari logam Zn ke larutan CuSO4. Reaksi redoks spontan akan menghasilkan arus listrik apabila dirangkaikan pada suatu sel volta .

Dalam rangkaian sel volta tersebut logam tembaga (Cu) berfungsi sebagai katode (kutub positif), tempat penerimaan elektron dan logam seng (Zn) berfungsi sebagai anode (kutub negatif), tempat pelepasan elektron. Proses yang berlangsung pada sel volta adalah sebagai berikut:

a. Logam Zn dalam larutan ZnSO4 akan larut sebagai ion Zn2+. Setiap mol Zn2+ akan melepaskan 2 mol elektron, menurut persamaan “setengah reaksi” yaitu:

Zn(s) à Zn2+(aq) + 2e-

Elektron yang dilepaskan olen Zn akan mengalir melalui kawat penghantar menuju ke logam Cu.

b. Larutan CuSO4 terdiri atas ion Cu2+ dan SO42- dengan jumlah yang seimbang. Ion Cu2+ akan menerima elektron dari logam CU dan kemudian mengendap pada katode. Ion Cu2+ mengalami reaksi reduksi menurut persamaan “setengah reaksi” yaitu:

Cu2+(aq) + 2e- à Cu(s)

c. Terjadi peristiwa aliran elektron (serah terima elektron) dari logam Zn sebagai anode ke logam Cu sebagai katode yang menghasilkan potensial listrik. Besarnya potensial listrik tersebut dapat diukur menggunakan voltmeter.

d. Peristiwa serah terima elektron terus berlangsung, sehingga dalam wadah katode larutan CuSO4 semakin berkurang konsentrasinya. Hal tersebut disebabkan ion Cu2+ dalam larutan tereduksi menjadi Cu, yang menyebabkan massa logam Cu yang berfungsi sebagai katode semakin bertambah.

e. Massa logam Zn sebagai anode berkurang karena terlarut sebagai ion Zn2+, sehingga ion Zn2+ dalam ZnSO4 semakin bertambah.

f. Jumlah ion Zn2+ yang berlebihan menyebabkan larutan pada anode, ZnSO4(aq) semakin bermuatan positif, sebaliknya larutan dalam katode yaitu CuSO4 semakin bermuatan negatif.

g. Jembatan garam terdiri atas larutan elektrolit inert seperti KCl atau NH4NO3 yang dilarutkan dalam agar-agar. Elektrolit yang digunakan pada jembatan garam harus bersifat inert supaya tidak bereaksi dengan kedua electrode. Apabila jembatan garam terbuat dari larutan KCl, maka ion K+ akan bergerak ke larutan yang lebih bermuatan negatif (ke arah katode), sebaliknya ion negatif Cl- akan bergerak ke larutan yang bermuatan positif (ke arah anode).

Penulisan reaksi redoks pada sel volta dilambangkan dengan notasi atau diagram sel sebagai berikut:

Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s)

b. Potensial Elektrode Standar

Pada percobaan (gambar di bawah), permukaan logam platina yang bersifat inert mengabsorbsi gas hidrogen, sehingga ion H+ langsung bereaksi dengan gas hidrogen.keseimbangan antara H2 dengan ion H+ yang terbentuk pada permukaan logam platina adalah reaksi oksidasi H2 menjadi H+ dan reaksi reduksi H+ menjadi H2.

Dalam reaksi keseimbangan tersebut nilai potensial hidrogen distandarisasi 0 volt. Hal ini merupakan keputusan internasional. IUPAC yang menyatakan bahwa potensial elektroda standar, E0 berdasarkan kecenderungan reduksi yang terjadi pada electrode, sehingga disebut juga potensial reduksi standar.

2H+ (aq) +2e- ↔ H2 E0= 0 V

Electrode yang lebih mudah mengalami reduksi dibandingkan dengan electrode hidrogen bernilai positif, sebaliknya electrode yang lebih mudah mengalami oksidasi bernilai negatif. Jadi, semakin besar nilai potensial electrode standar, maka electrode tersebut semakin mudah

mengalammi reaksi reduksi. Potensial reduksi merupakan kebalikan dari potensial oksidasinya. Misalnya, nilai potensial electrode Zn2+/Zn = -0,76 V, artinya nilai potensial reduksi standar ion Zn2+ menjadi Zn sebesar +0,76 V.

c. Sel Volta dalam kehidupan

salah satu sumber tenaga listrik yang banyak digunakan saat ini adalah baterai. Keuntungan penggunaan baterai sebagai sumber energi listrik adalah sifatnya yang praktis, murah dan tahan lama. Aplikasi sel volta dalam kehidupan sehari-hari adalah baterai dan accumulator (aki), keduanya bekerja berdasarkan prinsip yang sama yaitu reaksi redoks spontan. Sel volta dibedakan menjadi dua, yaitu:

Sel primer, yaitu sel yang tidak dapat diisi ulang. Misalnya baterai biasa (sel kering), baterai alkali, dan baterai perak oksida.

Sel sekunder, yaitu sel yang dapat diisi ulang (diestrum). Misalnya baterai nikel cadmium, Li-ion Battery dan aki.

Sel-sel tersebut digunakan pada berbagai alat elektronika, seperti jam, kalkulator, lampu senter, radio, dan telepon genggam.