Makalah ELEKTROKIMIA UTS KIMFIS II

Aplikasi sel volta (tugas kimia fisik )

Aplikasi SEL VOLTA

                         Sel volta adalah sel elektrokimia yang menghasilkan arus listrik. Sel volta ini ditemukan oleh dua orang ahli berkebangsaan Italia. Mereka berdua adalah Alessandro Giuseppe Volta (1745-1827) dan Lugini Galvani (1737-1798).

              Sel volta terdiri dari anoda yang bermuatan negatif dan katoda yang bermuatan positif. Pada anoda terjadi proses oksidasi, oksidasi adalah pelepasan elektron. Sedangkan pada katodanya terjadi proses reduksi, reduksi adalah penangkapan elektron.

Sel volta banyak sekali digunakan pada kehidupan sehari-hari. .

Sel volta dibagi menjadi tiga bagian, yaitu Sel Volta Primer, Sel Volta Sekunder, Sel Bahan Bakar. Ketiga bagian tersebut juga memiliki contoh masing-masing lagi. Oleh karena itu marilah kita lihat pembahasan mengenai macam-macam dari sel volta berikut ini:

1. Baterai kering seng-karbon (sel Leclanche)

Potensial sel dari baterai sekitar 1,5 V dan menurun sejalan dengan lama pemakaian.Sel baterai ini terdiri dari anoda Zn dan katode batang grafit (C). Katode grafit bersifat inert dan diletakan dalam elektrolit berbentuk pasta yang berisi grafit,MnO2, dan NH4Cl.

Penyusun sel kering Reaksi yang terjadi pada sel kering

Anode : Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e-

Katode : 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 e-

b. Elektron yang dilepaskan mengalir melalui kawat penghantar menuju elektrode karbon.

c. Elektron-elektron pada elektrode karbon mereduksi Mn O2 dan NH4  menjadi Mn2O3 dan NH3.

2. Baterai alkaline

Baterai ini digunakan untuk peralatan yang memerlukan arus listrik lebih besar , seperti tape recorder dan mainan. Potensial sel pada baterai sekitar 1,5 Vdan dapat bertahan konstan selama pemakaian.Sel baterai alkaline terdiri dari anoda Zn dan katoda inert grafit. Sesuai namanya reaksi redoks dalam baterai alkaline berlangsung dalam suasana basa.elekrolitnya adalah KOH.

3.Baterai merkuri

Baterai ini digunakan pada jam tangan dan kamera. Potensial sel baterai adalah 1,34 V dan dapat bertahan konstan selama pemakaian. Sel baterai merkuri terdiridari anoda Zn, serta katoda HgO dan karbon. Elektrolitnya adalah KOH.

4.Baterai perak oksida

Baterai ini digunakan pada jam tangan, kamera, dan kalkulator. Umumnya panjang karena arus yang dikeluarkan cukup kecil potensi sel dari baterai sekitar 1,5 V dan dapat bertahan secra konstan selama pemakaian.Sel dari baterai perak oksida terdiri dari anoda Zn dan katoda Ag2O dengan elektrolit KOH.

5.Baterai litium-tionil klorida (Li/SOCl2)

Baterai Li/SOCl2 berukuran kecil. Bentuknya dapat berupa selinder atau cakram (disc). Penggunaannya antara lain untuk back up memori pada kamera, remote control, dan lampu darurat. Baretai memiliki petensial yang sangat besar, sekitar 2,7-3,6 V

Sel baterai Li/SOCL2 terdiri dari anoda Li dan katoda karbon, dimana tionil klorida tereduksi. Elektrolitnya adalah litium aluminium tetraklorida (LiALCl4 ) dalam tionil klorida.

6.Aki atau baterai Pb

Aki umunya digunakan pada mobil untuk menstarter kendaraan tersebut. Aki terdiri dari beberapa sel volta yang dihubungkan secara seri. Setiap sel mempunyai potensial 2 V. jadi, suatu aki dengan potensial 6 V terdiri 3 sel . Suatu aki terdiri dari anoda Pb dan katoda PbO2 dengan elektrolit H2SO4. Anoda dan katoda yang berbentuk pelat menambah luas permukaan elektrode sehingga dapat memperbesar  arus.

Sel aki (accumulator) merupakan contoh sel Volta sekunder Cara kerja sel aki:

1. Elektrode Pb teroksidasi menjadi Pb2++ Pb(s) → Pb2+ (aq) + 2 e-

Pb2+ yang terbentuk berikatan dengan SO42- dari larutan.

Pb2+ (aq) + SO42- (aq) → PbSO4(s)

2. Elektron yang dibebaskan mengalir melalui kawat penghantar menuju elektrode PbO2.
3. 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) + SO2- (aq) → PbSO4(s)

Reaksi yang terjadi pada sel aki dapat ditulis sebagai berikut. Anode : Pb(s) + SO42- (aq) → PbSO4(s) + 2 e-                                   Katode: PbO2(s) + H2SO4(aq) + 2H+ + 2 e- → PbSO4(s) + 2 H2O(l)                 Reaksi : Pb(s) + PbO2(s) + 2 H2SO4 → 2 PbSO4 (s) + 2 H2O Pada 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.

7. Baterai NiMH (nikel metal hidrida )

Baterai NiMH banyak digunakan pada laptop, telpon seluler, camcorder, dan kamera digital.potensialnya hamper sma dengan baterai Ni-Cd,sekitar 1,4 V, tetapi dapat menyimpan ~50 persen energy lebih banyak dari baterai Ni-Cd. Sel dari baterai NiMH terdiri dari anoda Ni(OH)2 dan katoda pada panduan logam yang menyerap hydrogen.Elektrolitnya adalah KOH.

Sel hidrogen-oksigen termasuk jenis sel bahan bakar. Cara kerja sel ini adalah

1. Gas hidrogen yang dialirkan pada pelat nikel berpori teroksidasi membentuk H2O. 2 H2 + 4 OH- → 4 H2O + 4 e-
2. Elektron yang dibebaskan bergerak melalui kawat penghantar menuju elektrode nikel oksida.
3. Pada elektrode nikel oksida elektron mereduksi O2 menjadi OH-.         O2 + 2 H2O + 4e- → 4OH-  . Reaksi yang terjadi pada sel ini sebagai berikut.

Anode : 2 H2(g) + 4OH-(aq) → 4 H2O(l) + 4 e-

Katode : 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. Kesimpulan : Sel Volta mengubah energy kimia menjadi energy listrik. Pada  Sel Volta tersusun dari setengah sel katode dan setengah sel anode dalm larutannya.

Penerapan Sel Volta dapat kita jumpai pada Baterai Kering, Aki, dan sel Bahan Bakar. Reaksi yang terjadi pada baterai kering yaitu, Anode  : Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e-                                  Katode : 2 MnO2(s) + 2NH4+(aq) + 2 e-  → Mn2O3(s) + 2NH3(g) + H2O(l)                Reaksi  : Zn(s) + 2 MnO2(s) + 2 NH4+(aq)→ Mn2O3 (s) + Zn2+(aq) + 2 NH3(g) + H2O(l)

Sedangkan Reaksi yang terjadi pada aki yaitu,                       Anode : Pb(s) + SO42- (aq) → PbSO4(s) + 2 e-                                                              Katode: PbO2(s) + H2SO4(aq) + 2 H+ + 2 e- → PbSO4(s) + 2H2O(l)                     Reaksi : Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4 → 2PbSO4(s) + 2H2O

Dan reaksi yang terjadi pada sel bahan bakar yaitu,                                  Anode :  2 H2(g) + 4OH-(aq)       → 4 H2O(l) + 4 e-                        Katode : O2    (g) + 2 H2O(l) + 4e-  → 4 OH-(aq)                                 Reaksi :  2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) 

8.Baterai ion litium

Baterai ion litium sangat ringan sehingga cocok untuk alat elektronik portable, seperti laptop, telpon seluler, dan camcorder. Baterai ion litium juga memiliki potensial yang besar sekitar 3,6 V.Ada dua tipe baterai ion litium yaitu baterai mangan dan kabolt. Untuk tipe mangan anoda Li1-x Mn2O4 dan katoda grafit. Baterai ini mempunyai umur lebih panjang daripada NiMH dan dapat dilihat dari densitas dayanya yang tinggi (710 Wh/kg) dibanding 60-80 Wh/kg pada NiMH).

Tugas 2 kimia fisik II hubungkan asam kuat dengan teori dalam tabel

1.    Hubungkan asam kuat dengan (tabel) teori hubungan larutan menghantarkan arus dengan jenis ikatan?

Jawab : 

               Asam Kuat : HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄, HClO₃, HClO₄.

Ikatan	Larutan	Lelehan
Ionik	+	+
Kovalen polar	+	-
Kovalen non polar	-	-

     1.     Senyawa kovalen polar

a.      Pengertian kovalen polar

Senyawa kovalen dikatakan polar jika senyawa tersebut memiliki perbedaan keelektronegatifan. Dengan demikian, pada senyawa yang berikatan kovalen terjadi pengutuban muatan. Ikatan kovalen polar  adalah  larutan dapat menghantarkan arus listrik. Sedangkan lelehan tidak. Misalnya dari Asam kuat : HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄, HClO_3.

b.      Ciri-ciri senyawa polar

-           dapat larut dalam air dan pelarut polar lain

-           memiliki kutub + dan kutub - , akibat tidak meratanya distribusi elektron

-           memiliki pasangan elektron bebas (bila bentuk molekul diketahui) atau memiliki perbedaan keelektronegatifan

-           Contoh : alkohol, HCl, PCl3, H2O, N2O5

2.    Senyawa kovalen non polar

a.      Pengertian kovalen non polar

Senyawa kovalen dikatakan non polar jika senyawa tersebut tidak memiliki perbedaan keelektronegatifan. Dengan demikian, pada senyawa yang berikatan kovalen tidak terjadi pengutuban muatan. Ikatan kovalen nonpolar adalah ikatan kovalen yang Pasangan Elektron Ikatannya (PEI) tertarik sama kuat ke arah atom-atom yang berikatan. HClO₄  Senyawa kovalen nonpolar  baik dalam larutan dan lelehan tidak dapat menghatarkan arus listrik.

b.      Ciri-ciri senyawa polar

-           Tidak larut dalam air dan pelarut polar lain

-           Tidak memiliki kutub + dan kutub - , akibat meratanya distribusi electron

-            Tidak memiliki pasangan elektron bebas (bila bentuk molekul diketahui) atau keelektronegatifannya sama

-           Contoh : Cl₂, PCl₅, H₂, N_2, CaCl₂

2.     Perbedaan antara senyawa kovalen polar dan non polar

Kovalen Polar	Kovalen Non Polar
Larut dalam air	Tidak dapat larut dalam air
Memiliki pasangan elektron bebas	Tidak memiliki pasangan elektron bebas

Senyawa kovalen terbagi menjadi senyawa kovalen non polar  HClO₄  dan kovalen polar misalnya : HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄, HClO₃.Senyawa yang berikatan kovalen polarlah yang dapat menghantarkan arus listrik. Kalau kita perhatikan, bahwa HCl merupakan senyawa kovalen di atom bersifat polar, pasangan elektron ikatan tertarik ke atom Cl yang lebih elektro negatif dibanding dengan atom H. Sehingga pada HCl, atom H lebih positif dan atom Cl lebih negatif. Walaupun molekul HCl bukan senyawa ion, jika dilarutkan ke dalam air maka larutannya dapat menghantarkan arus listrik karena menghasilkan ion-ion yang bergerak bebas.
HCl → H+ + Cl- .Sedangkan dalam lelehan tidak.
          Ada senyawa kovalen dan ionik keduanya memiliki ikatan yang kuat tetapi pada senyawa kovalen gaya tarik antar molekulnya lemah. Sedangkan pada senyawa ionik gaya tarik antar molekulnya sangat kuat. Oleh sebab itu pada senyawa ionik diperlukan energi yang lebih tinggi untuk mengalahkan gaya tersebut. Akibatnya senyawa ionik memiliki titik leleh dan titik didih yang lebih tinggi dibanding senyawa senyawa kovalen.

          .