Ringkasan Materi Kimia - Sel Volta - Kelas 12 IPA SMA

 

SEL ELEKTROKIMIA

Sel elektrokimia merupakan suatu sel atau sistem yang dapat menghasilkan energi listrik dari reaksi kimia ataupun sebaliknya. Sel elektrokimia terbagi atas dua jenis, yaitu sel Volta/Galvani dan sel elektrolisis.

Sel Volta/Galvani

Sel Volta atau sel Galvani merupakan jenis sel elektrokimia yang dapat mengubah energi dari reaksi kimia menjadi energi listrik. Reaksi kimia yang dimaksud merupakan reaksi redoks yang spontan.

Gambar Sel Volta
Sumber : Modul Nurul Fikri PPLS IPA

Sel Volta terdiri atas beberapa komponen, yaitu :

1. Elektrode, terdiri atas katode (bermuatan positif) dan anode (bermuatan negatif). Cara mudah mengingat : "KaPAN"  (Katode Positif, Anode Negatif)
2. Elektrolit
3. Jembatan garam, pada kedua ujungnya terdapat tutup berpori
4. Sirkuit luar

Dalam gambar di atas dapat kita dilihat bahwa yang berperan sebagai katode adalah Cu (tembaga), sedangkan anode adalah Zn (seng). Seterusnya, elektrolit pada gambar adalah larutan ZnSO₄

dan CuSO₄.

Dalam sel Volta ada yang dikenal dengan istilah deret Volta, yaitu deret keaktifan logam yang disusun berdasarkan kenaikan potensial elektrode (E^o terkecil ke E^o terbesar). Potensial elektrode merupakan perubahan potensial reduksi pada suatu spesi pada keadaan standar (1M, 1 atm, 25^o C). Berikut deret Volta atau deret keaktifan logam:

K-Ba-Ca-Na-Mg-Al-Mn-Zn-Cr-Fe-Cd-Co-Ni-Sn-Pb-(H)-Sb-Bi-Cu-Hg-Ag-Pt-Au

Pada deret tersebut, semakin ke kiri maka semakin mudah teroksidasi (semakin aktif), sedangkan semakin ke kanan semakin mudah tereduksi. Cara mudah mengingat deret Volta : "Kamu BaCa Naruto Mangan Alumunium Minum Zinc Cair Felm Cadi CoNi Senang Playboy Hah.. Sebab Bisa Cumi Hangus Agak Pait Au.."

Dalam sel Volta, pada bagian katode terjadi reaksi reduksi (logam yang letaknya dalam deret lebih di kanan), sedangkan pada bagian anode terjadi reaksi oksidasi (logam yang letaknya dalam deret lebih ke kiri). Cara mudah mengingat : "KaRAnO" (Katode Reduksi, Anode Oksidasi).

Berikut penjelasan proses terjadinya reaksi pada sel Volta:

1. Pada anode, logam Zn yang dicelupkan pada larutan ZnSO₄ akan terion menjadi Zn²⁺.Sementara elektrolit juga terion menjadi SO₄^2- dan Zn²⁺. Pada saat bersamaan juga terjadi pelepasan elektron sebanyak 2 buah (2e^-) setiap satu Zn²⁺.
2. Elektron-elektron yang terlepas dari anode akan mengalir melalui rangkaian menuju ke katode, sehingga terjadi penerimaan elektron di katode. Sementara itu, ion Cu²⁺ dari pengionan elektrolit CuSO₄ akan mengendap menjadi logam Cu.
3. Pada rangkaian akan terjadi aliran elektron terus-menerus sampai logam pada anode habis terkikis. Selama proses aliran elektron, terhitung pada voltmeter sebesar 1,10 volt. Ini menandakan beda potensial antara katode dan anode adalah 1,10 volt.
4. Pada suatu saat, ion-ion Zn²⁺ akan semakin banyak terhasilkan sehingga pada anode terjadi kelebihan ion positif (kation). Maka ion negatif (anion) dari jembatan garam akan mengalir ke anode, yaitu SO₄^2- ,untuk menyeimbangkan kelebihan ion positif.
5. Sementara itu pada katode akan terjadi kekurangan ion positif dikarenakan ion Cu²⁺ terus mengendap membentuk logam Cu. Maka untuk menyeimbangkan, ion positif dari jembatan garam, yaitu Na⁺, akan mengalir ke katode.
6. Aliran elektron akan berhenti ketika anode habis terkikis, sementara katode akan semakin menebal membentuk logam Cu.

Notasi sel dapat dituliskan seperti berikut:

Anode| ion anode || ion katode | Katode

• Tanda || menunjukkan jembatan garam
• Tanda | memisahkan fasa yang berbeda
• Tanda , (koma) memisahkan fasa yang sama

Berdasarkan contoh gambar, maka notasi sel yang tepatnya adalah Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu

Sedangkan penulisan reaksi redoksnya seperti berikut :

Logam anode + ion katode ----------> ion anode + Logam katode

Maka berdasarkan contoh gambar reaksinya dapat ditulis sebagai berikut:

Oksidasi :              Zn ----------> Zn²⁺ + 2e^-

Reduksi :  Cu²⁺ + 2e^- ----------> Cu

------------------------------------------------------ +

Hasil :        Zn + Cu²⁺  ---------> Zn²⁺ + Cu

Rumus untuk menghitung potensial sel yaitu:

E⁰ sel = E⁰ katode – E⁰ anode

E⁰ sel = E⁰ reduksi – E⁰ oksidasi

Syarat sebuah reaksi dapat berlangsung spontan adalah apabila E⁰ sel > 0. Hal ini berarti haruslah E⁰ katode > E⁰ anode.

Contoh sel Galvani:

1. Sel Primer, merupakan sel yang hanya bisa sekali pakai. Contohnya:

    a. Sel Daniel : Zn + Cu²⁺  ---------> Zn²⁺ + Cu       E⁰ sel = 1,10 V

    b. Sel Leclanche : Zn + 2MnO₂ + 2NH₄Cl ----------> ZnCl₂ + Mn₂O₃ + 2NH₃       E⁰ sel = 1,50 V

2. Sel Sekunder, merupakan sel yang dapat diisi ulang. Contohnya:

    a. Sel Aki : Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ ---------> 2PbSO₄ + 2H₂O            E⁰ sel = 2,04 V

    b. Sel Ni-Cd : Cd + NiO₂ + 2H₂O ---------> Cd(OH)₂ + Ni(OH)₂        E⁰ sel = 1,40 V

3. Sel Bahan Bakar, merupakan sel yang dapat dipakai terus. Contohnya:

    a. Sel Hidrogen : 2H₂ + O₂ ----------> 2H₂O            E⁰ sel = 1,23 V