ELEKTROKIMIA

ELEKTROKIMIA

                           

Reaksi redoks adalah reaksi kimia yang disertai perubahan bilangan oksidasi. Reaksi redoks terdiri dari setengah reaksi reduksi dan setengah reaksi oksidasi. Reaksi reduksi adalah reaksi penurunan bilangan oksidasi atau reaksi penyerapan elektron. Reaksi oksidasi adalah reaksi kenaikan bilangan oksidasi atau reaksi pelepasan elektron.

Reaksi redoks ada yang berlangsung spontan dan ada yang tidak. Reaksi redoks yang berlangsung spontan contohnya reaksi pembakaran dan perkaratan logam. Reaksi redoks spontan digunakan sebagai sumber listrik misalnya pada aki dan batrai. Sebaliknya arus listrik digunakan untuk melangsungkan reaksi redoks tidak spontan yaitu proses elektrolisis. Reaksi elektrolisis digunakan pada penyepuhan dan pada pemurnian berbagai jenis logam.

1.    Pengertian

Elektrokimia adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari hubungan antara energi listrik dengan reaksi kimia.

Listrik sebenarnya adalah aliran elektron dalam medium konduktor. Terjadi karena adanya perbedaan potensial diantara dua titik dalam konduktor tersebut. Beda potensial dapat dibuat bila dihubungkan dengan sumber arus.

2.    Proses Elektrokimia

Hantaran listrik dalam logam hanyalah perpindahan elektron secara fisika. Sedangkan dalam larutan disamping perpindahan ion juga disertai dengan reaksi kimia dikedua elektroda. Salah satu elektroda akan menerima elektron dari larutan dan elektroda lain memberikan elektron ke larutan.

Elektroda yang melepas elektron disebut teroksidasi dan yang menerima elektron disebut tereduksi. Jadi dalam elektrokimia terjadi reaksi reduksi dan oksidasi.

Dalam sel elektrokimia, serah terima elektron dibuat secara tidak langsung yaitu melalui kawat / logam.

Alat untuk membuat interaksi energi kimia dengan energi listrik disebut sel elektrokimia. Sel elektrokimia terbagi 2 yaitu :

a.     Sel Galvani atau sel volta

Adalah alat untuk mengubah energi kimia menjadi energi listrik seperti baterai dan aki.

Pada kedua elektrodanya terjadi reaksi kimia (yang satu tereduksi dan yang lain teroksidasi). Reaksi terjadi bila keduanya dihubungkan dengan kawat logam.

b.     Sel Elektrolisis

Adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi kimia.

Contoh : membuat gas oksigen atau hidrogen dengan mengelektrolisis air, membuat logam aluminium dari oksidanya.

3.    Proses terjadinya arus listrik

a.     Percobaan I

Jika sebatang logam dicelupkan kedalam larutan ion logam, maka terjadi kesetimbangan antara logam dengan larutan ionnya.

Contoh : Logam Cu dicelupkan ke dalam larutan CuSO₄ dan Zn ke dalam ZnSO₄. 

                                  

Pada keduanya tidak terlihat perubahan, tetapi sebenarnya terjadi kesetimbangan :

                       Cu⁺²  + 2e   ⇌   Cu

                       Zn⁺²  + 2e   ⇌  Zn

Artinya : Serah terima elektron terjadi secara langsung dan bolak balik, karena reaksi setimbang, maka mata tidak mampu melihatnya.

b.     Percobaan II

Percobaan I dibalik, batang Zn dilarutkan dengan CuSO₄ dan batang Cu dilarutkan dalam larutan ZnSO₄. Dengan seketika permukaan logam Zn akan ditutupi lapisan tembaga dan sedikit demi sedikit logam Zn larut. Hal ini disebabkan karena ion Cu⁺² dapat tereduksi dengan merampas elektron logam Zn, sehingga Zn teroksidasi.

                                

Reaksinya :

           Zn  +  Cu⁺²   →   Zn⁺²  + Cu 

Ini merupakan contoh reaksi redoks spontan yaitu reaksi yang terjadi dengan sendirinya. Reaksi ini disertai dengan pembebasan energi berupa panas yang ditandai dengan naiknya suhu larutan. Reaksi redoks spontan dapat digunakan sebagai sumber listrik. Arus listrik adalah aliran elektron, tiap elektron membawa muatan listrik sebesar 1,6 x 10^-19 Coulomb.

Sementara logam Cu dalam ZnSO₄ tidak bereaksi karena Zn⁺² tidak dapat merampas elektron dari logam Cu.

        Cu  +  Zn⁺²  ⍆                 

  

Apa hubungan arus listrik dengan reaksi redoks ?

Contoh : Pada reaksi redoks terjadi perpindahan elektron dari reduktor ke oksidator. Pada contoh II elektron berpindah dari Zn ke Cu⁺². Ion Cu⁺² datang ke permukaan logam Zn, menyerap elektron lalu mengendap. Sementara atom Zn setelah melepas elektron  larut sebagai ion Zn⁺².

c.      Percobaan III

Dalam sel tersebut logam seng dicelupkan dalam larutan yang mengandung ion Zn⁺² (larutan ZnSO₄) dan logam tembaga di dicelupkan dalam larutan yang mengandung ion Cu⁺² (larutan CuSO₄). Logam Zn akan larut melepaskan 2 elektron.

                                        Zn   →   Zn⁺²  + 2e

Elektron yang dibebaskan tidak memasuki larutan, tetapi tertinggal pada logam Zn. Elektron tersebut akan mengalir ke logam tembaga melalui kawat penghantar. Ion Cu⁺² akan menangkap elektron dari logam tembaga kemudian mengendap.

                                       Cu⁺²  + 2e    →   Cu

Dengan demikian rangkaian tersebut akan menghasilkan aliran elektron (listrik). Dengan melarutnya logam Zn, labu A menjadi bermuatan positif dan akan menghambat pelarutan logam Zn. Sementara labu B akan bermuatan negatif seiring dengan mengendapnya ion Cu⁺². Sehingga menahan pengendapan ion Cu⁺². Aliran tersebut tidak akan berkelanjutan. Untuk menentralkan muatan listrik di kedua labu, dihubungkan dengan jembatan garam.

Jembatan garam yaitu larutan garam (seperti NaCl atau KNO₃) dalam agar-agar. Ion negatif dari jembatan garam akan bergerak ke labu A untuk menetralkan kelebihan ion Zn⁺², sedangkan ion positif akan bergerak ke labu B untuk menetralkan kelebihan ion SO₄^-2.

Logam seng dan tembaga menjadi kutub-kutub listrik pada rangkaian sel elektrokimia yang disebut elektrode. Elektrode tempat terjadinya oksidasi disebut anode (bermuatan negatif), sedang elektrode tempat terjadinya reduksi disebut katode (bermuatan positif).

       Untuk lebih memahami sel volta amati video percobaan berikut :

                       

4.    Sel Volta atau Sel Galvani

Adalah suatu sistim rangkaian atau sel yang mampu menciptakan energi listrik searah (DC) akibat reaksi redoks yang berlangsung spontan dimana serah terima elektron dilakukan dengan bantuan konduktor logam (sel volta merubah energi kimia menjadi energi listrik, atau merubah reaksi redoks menjadi energi listrik).

a.     Komponen-komponen sel volta :

1.     Wadah yang berisi sistim oksidasi (sel oksidasi)

2.     Wadah yang berisi sistim reduksi (sel reduksi)

3.     Jembatan garam untuk menghubungkan kedua larutan

4.     Jembatan elektron yang terdiri dari konduktor logam

 b.     Reaksi yang terjadi pada sel volta :

1.     Pada kutub negatif atau anoda terjadi reaksi oksidasi

       Zn  →   Zn⁺²  + 2e

2.     Pada kutub positif atau katoda terjadi reaksi reduksi

      Cu⁺²  + 2e  →   Cu

Reaksi sel : terdiri dari  ½ sel oksidasi + ½ sel reduksi

         Oksidasi    : Zn                →     Zn⁺²  + 2e

         Reduksi    : Cu⁺²  + 2e   →     Cu

..............................................................................  +

                                        Zn  +  Cu⁺²    →    Zn⁺²  +  Cu

c.      Notasi Sel Volta

Susunan sel volta dinyatakan dalam notasi singkat :

                          Zn / Zn⁺² // Cu⁺² / Cu

                     (anode – jembatan garam – katode)

Anode digambarkan disebalah kiri dan katode disebelah kanan. Notasi tersebut menyatakan di anode terjadi reaksi oksidasi Zn menjadi Zn⁺², sedangkan di katode terjadi reaksi reduksi Cu⁺² menjadi Cu. Dua garis sejajar (//) yang memisahkan anode dan katode menyatakan jembatan garam, sedangkan garis tunggal menyatakan batas antar fase.

5.    Potensial Elektroda

Adalah potensial sel yang dihasilkan oleh suatu elktroda dengan elektroda hidrogen, dinyatakan dengan lambang E^o.

a.       Potensial Elektroda Standar

Adalah harga potensial elektroda yang diukur pada kondisi standar yaitu pada suhu 25^oC, tekanan 1 atm dan konsentrasi ion 1 M.

b.       Kegunaan potensial elektroda standar :

1.     Untuk memperkirakan mudah atau tidaknya zat teroksidasi atau tereduksi

-         Makin positif harga E^o_red semakin mudah zat tereduksi

-       Makin negatif E^o_red semakin sukar zat tereduksi (semakin mudah zat teroksidasi)

Contoh :

E^o_red Cu⁺² = + 0,34 V

E^o_red Al⁺³ = -1,66 V

E^o_red Pb⁺² = -0,13

Maka :

E^o_red Cu > E^o_red Pb > E^o_red Al

Cu lebih mudah direduksi dari pada Al dan Pb

Al lebih mudah dioksidasi dari pada Cu dan Pb

2.     Memperkirakan E^o_sel dengan rumusan matematik :

E^o_sel = E^o_red zat tereduksi - E^o_red zat teroksidasi

Contoh :

Hitung E^o_sel dari reaksi Fe  +  Pb⁺²  →   Fe⁺²  + Pb

     Jika E^o_red Fe⁺²  = - 0,44 V dan E^o_red Pb⁺² = - 0,13 V

 Maka :

     E^o_sel = E^o_red zat tereduksi - E^o_red zat teroksidasi

              = E^o_red Pb⁺² - E^o_red Fe⁺²

              = - 0,13 V – (- 0,44 V)

              = 0,31 V

3.     Memperkirakan kespontanan reaksi redoks

Jika : E^o_sel berharga positif, reaksi redoks spontan

         E^o_sel berharga negatif, reaksi redoks tidak spontan

         E^o_sel = 0, maka reaksi redoks dalam keadaan setimbang

         Untuk membantu memahami materi ini, perhatikan kesimpulan berikut :

Read More

LARUTAN ELEKTROLIT DAN NONELEKTROLIT

LARUTAN ELEKTROLIT DAN NON ELEKTROLIT

Perhatikan campuran berikut :

Menurut pendapat anda apa perbedaan ketiga campuran tersebut ?

Bagaimanakah ukuran partikel dari ketiganya?

Bagaimana dengan fasa masing-masingnya? 

Tentu saja berbeda bukan ?

Pada kesempatan kali ini, kita akan membahas tentang larutan dan daya hantar listriknya.

Pengertian larutan

Larutan adalah suatu campuran homogen antara dua zat atau lebih dimana partikel-partikel dari komponen-komponen penyusunnya tersebar merata.

Komponen larutan adalah :

a.    Pelarut ( biasanya jumlahnya lebih banyak )

b.    Zat terlarut ( biasanya jumlahnya sedikit )

Larutan biner adalah larutan yang hanya terdiri atas zat terlarut dan pelarut.

Contoh : Larutan garam ( air + garam )

Larutan gula ( air + gula )

Sekarang perhatikan lagi gambar berikut.

Kenapa lampu ada yang menyala dan ada yang tidak?

Coba dengarkan penjelasan berikut :

Dari gambar dan penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa :

Berdasarkan daya hantar listriknya, larutan terbagi 2, yaitu :

a.    Larutan elektrolit

Adalah larutan yang dapat menghantarkan arus listrik.

Zat yang tergolong larutan elektrolit adalah larutan asam, basa dan garam.

Contoh : NH₄OH, H₂SO₄, CH₃COOH, NaOH, HCl

b.    Larutan non elektrolit

Adalah larutan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik.

Zat yang tidak dapat menghantarkan arus listrik adalah air suling dan senyawa organic kecuali asam asetat.

Contoh : Aquades, alcohol, larutan gula, urea

Berikut adalah ciri-ciri larutan elektrolit dan non elektrolit

No	Larutan Elektrolit	Larutan Non Elektrolit
1.	Menghantarkan arus listrik		Tidak menghantarkan arus listrik
2.	Partikel larutan berbentuk ion		Partikel larutan tidak mengion
3.	Pengamatan : Lampu menyala, ada gelembung gas, jarum ampermeter bergerak    atau Lampu tidak menyala, ada gelembung gas, jarum ampermeter bergerak		Pengamatan : Lampu tidak menyala, tidak ada gelembung gas, jarum ampermeter tidak bergerak
4.	Senyawa terlarut berikatan ion, kovalen polar serta gabungan ikatan ion dengan kovalen		Senyawa terlarut berikatan kovalen non polar

Untuk menguji daya hantar larutan tersebut, dapat dirancang alat percobaan sederhana seperti berikut ini :

Di laboratorium biasanya digunakan alat uji yang sudah jadi, ada 2 jenis yaitu :

1.    Amperemeter

2.    Elektrolit tester

      

Berdasarkan kemampuan menghantarkan arus listrik, maka larutan elektrolit juga  dibedakan atas :

1.    Elektrolit Kuat

Adalah larutan yang terurai seluruhnya menjadi ion-ion positif dan negatif dalam pelarut air, sehingga dapat mengantarkan listrik dengan baik.

(Terionisasi sempurna dengan derajat ionisasi atau α = 1)

Yang tergolong larutan elektrolit kuat adalah :

a.    Semua larutan garam

Contoh : AlCl₃, KNO₃, AgCl, NaCl, (NH₄)₂SO₄

b.    Semua larutan asam kuat

Contoh : HCl, H₂SO₄, HBr, HI, HNO₃, HClO₄

c.    Semua larutan basa kuat

Contoh : NaOH, Ba(OH)₂, Ca(OH)₂, KOH

2.    Elektrolit Lemah

Adalah larutan yang terurai sebagian menjadi ion-ion positif dan negatif dalam pelarut air, sehingga dapat mengantarkan listrik dengan baik.

(Terionisasi sebagian dengan 0 < α < 1)

Yang tergolong elektrolit lemah adalah :

a.    Asam lemah

Contoh : CH₃COOH, H₂C₂O₄, HCN, HBrO, H₂S

b.    Basa lemah

Contoh : NH₄OH, Be(OH)­₂

c.    Air

Berikut adalah ciri-ciri larutan elektrolit kuat dan elektrolit lemah

No	Elektrolit Kuat	Elektrolit Lemah
1.	-      Terionisasi sempurna	-      Terionisasi sebagian
2.	-      Derajat ionisasi  α = 1	Derajat ionisasi 0 < α < 1
3.	-      Jumlah partikel ion dalam larutan banyak	Jumlah partikel ion dalam larutan sedikit
4.	Daya hantar listrik kuat	Daya hantar listrik lemah
5.	Pengamatan : Lampu menyala terang dan ada gelembung gas	Pengamatan : Lampu redup atau tidak menyala, ada gelembung gas
6.	Tetapan kesetimbangan sangat besar

Perbedaan larutan elektrolit kuat dan elektrolit lemah bisa diamati pada gambar berikut :

Daya hantar listrik terkait dengan adanya ion-ion zat terlarut yang dapat bergerak bebas dalam larutan. Semakin banyak jumlah ion dalam larutan, maka daya hantar listrik dalam larutan akan semakin baik. Non elektrolit tidak menghantarkan listrik karena dalam larutan terdapat molekul-molekul yang tidak terion.

Adanya ion dalam larutan terjadi karena :

1.    Adanya ikatan ion (Lelehan dan larutan dapat mengantarkan arus listrik)

2.    Adanya ikatan kovalen polar (Larutan dapat mengantarkan arus listrik)

Untuk lebih memahami mengenai Larutan elektrolit dan non elektrolit dapat disimak slide dan video percobaan berikut :

Setelah memahami penjelasan diatas, silahkan simpulkan materi tentang larutan elektrolit dan non elektrolit dengan bahasa sendiri

Untuk menguji sejauh mana kamu memahami materi ini, silahkan kerjakan uji kepahaman berikut :

Uji kepahaman tentang Larutan Elektrolit dan Non Elektrolit - ProProfs » Create Online Quizzes

Ananda pernah makan buah bukan? Setelah mempelajari pembahasan tentang larutan elektrolit dan nonelektrolit, menurut pendapat ananda buah apa saja yang dapat menghantarkan arus listrik? Kenapa? Jawaban dan alasannya silahkan tulis di kolom komentar.

Ket: Gambar, audio, slide dan video diambil dari sumber lain (bagi pihak-pihak terkait terimakasih untuk kontribusinya)

Read More