Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

ELEKTROKIMIA PERUBAHAN KIMIA DAN KERJA LISTRIK. Overview Konsep termodinamika tidak hanya berhubungan dengan mesin uap, atau transfer energi berupa kalor.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "ELEKTROKIMIA PERUBAHAN KIMIA DAN KERJA LISTRIK. Overview Konsep termodinamika tidak hanya berhubungan dengan mesin uap, atau transfer energi berupa kalor."— Transcript presentasi:

1 ELEKTROKIMIA PERUBAHAN KIMIA DAN KERJA LISTRIK

2 Overview Konsep termodinamika tidak hanya berhubungan dengan mesin uap, atau transfer energi berupa kalor dan kerjaKonsep termodinamika tidak hanya berhubungan dengan mesin uap, atau transfer energi berupa kalor dan kerja Dalam konteks kehidupan sehari-hari aplikasinya sangat luas mulai dari pemanfaatan baterei untuk menjalankan hampir semua alat elektronik hingga pelapisan logam pada permukaan logam lainDalam konteks kehidupan sehari-hari aplikasinya sangat luas mulai dari pemanfaatan baterei untuk menjalankan hampir semua alat elektronik hingga pelapisan logam pada permukaan logam lain Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara perubahan (reaksi) kimia dengan kerja listrik, biasanya melibatkan sel elektrokimia yang menerapkan prinsip reaksi redoks dalam aplikasinya.Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara perubahan (reaksi) kimia dengan kerja listrik, biasanya melibatkan sel elektrokimia yang menerapkan prinsip reaksi redoks dalam aplikasinya. Ada 2 jenis sel elektrokimia: (1) Sel yang melakukan kerja dengan melepaskan energi dari reaksi spontan dan (2) sel yang melakukan kerja dengan menyerap energi dari sumber listrik untuk menggerakkan reaksi non spontanAda 2 jenis sel elektrokimia: (1) Sel yang melakukan kerja dengan melepaskan energi dari reaksi spontan dan (2) sel yang melakukan kerja dengan menyerap energi dari sumber listrik untuk menggerakkan reaksi non spontan

3 Setengah Reaksi dan Sel Elektrokimia Sel elektrokimia baik yang melepas atau menyerap energi selalu melibatkan perpindahan elektron-elektron dari satu senyawa ke senyawa yang lain dalam suatu reaksi oksidasi reduksiSel elektrokimia baik yang melepas atau menyerap energi selalu melibatkan perpindahan elektron-elektron dari satu senyawa ke senyawa yang lain dalam suatu reaksi oksidasi reduksi Oksidasi adalah hilangnya elektron sedangkan reduksi diperolehnya elektronOksidasi adalah hilangnya elektron sedangkan reduksi diperolehnya elektron Zat pengoksidasi adalah spesies yang melakukan oksidasi, mengambil elektron dari zat yang teroksidasiZat pengoksidasi adalah spesies yang melakukan oksidasi, mengambil elektron dari zat yang teroksidasi Zat pereduksi adalah spesies yang melakukan reduksi memberikan elektron kepada zat yang tereduksiZat pereduksi adalah spesies yang melakukan reduksi memberikan elektron kepada zat yang tereduksi Setelah reaksi zat teroksidasi memiliki bilangan oksidasi lebih tinggi sedangkan zat tereduksi memiliki bilangan oksidasi lebih rendahSetelah reaksi zat teroksidasi memiliki bilangan oksidasi lebih tinggi sedangkan zat tereduksi memiliki bilangan oksidasi lebih rendah

4 Terminologi Redoks

5 Menyeimbangkan Persamaan Redoks Bagi reaksi menjadi dua buah setengah reaksi masing- masing yang mengalami oksidasi dan reduksiBagi reaksi menjadi dua buah setengah reaksi masing- masing yang mengalami oksidasi dan reduksi Seimbangkan atom dan muatan pada masing-masing reaksiSeimbangkan atom dan muatan pada masing-masing reaksi –Mula-mula atom selain O dan H, kemudian O lalu terakhir H –Muatan diseimbangkan dengan menambah elektron (e) disebelah kiri untuk setengah reaksi reduksi dan disebelah kanan untuk setengah reaksi oksidasi Kalikan masing2 setengah reaksi dengan bilangan bulat untuk menyeimbangkan jumlah e yang diperoleh reduksi sama dengan elektron yang dilepas oksidasiKalikan masing2 setengah reaksi dengan bilangan bulat untuk menyeimbangkan jumlah e yang diperoleh reduksi sama dengan elektron yang dilepas oksidasi Jumlahkan kedua buah setengah reaksi tersebutJumlahkan kedua buah setengah reaksi tersebut Periksa apakah atom dan muatan sudah seimbangPeriksa apakah atom dan muatan sudah seimbang

6 Reaksi Redoks suasana asam Cr 2 O 7 2- (aq) + I - (aq)  Cr 3+ (aq) + I 2 (s) (lar asam) 1.Mula-mula bagi reaksi menjadi dua buah setengah reaksi reduksi dan oksidasi 2.Seimbangkan atom dan muatan dimasing-masing setengah reaksi a.Seimbangkan jumlah atom Cr b.Seimbangkan O dengan menambahkan H 2 O c.Seimbangkan H dengan menambahkan ion H + d.Seimbangkan muatan dengan menambah elektron e.Begitupun dengan setengah reaksi oksidasi 3.Kalikan masing-masing setengah reaksi agar jumlah e sama 4.Jumlahkan kedua buah setengah reaksi tersebut menjadi overall 5.Periksa jumlah atom dan muatan Untuk reaksi suasana basa setelah langkah ke4 tambahkan ion OH - dengan jumlah sama dengan ion H +Untuk reaksi suasana basa setelah langkah ke4 tambahkan ion OH - dengan jumlah sama dengan ion H +

7 Soal Latihan Permanganat bereaksi dalam larutan basa dengan ion oksalat membentuk ion karbonat dan mangan dioksida padat seimbangkan reaksi redoks berikut:Permanganat bereaksi dalam larutan basa dengan ion oksalat membentuk ion karbonat dan mangan dioksida padat seimbangkan reaksi redoks berikut: MnO 4 - (aq) + C 2 O 4 2- (aq)  MnO 2 (s) + CO 3 2- (aq) Seimbangkan persamaan reaksi berikut dengan suasana larutan basaSeimbangkan persamaan reaksi berikut dengan suasana larutan basa MnO 4 - (aq) + I - (aq)  MnO 4 2- (aq) + IO 3 - (aq)

8 Sel Elektrokimia Sel Volta (sel galvani) memanfaatkan reaksi spontan (∆G < 0) untuk membangkitkan energi listrik, selisih energi reaktan (tinggi) dengan produk (rendah) diubah menjadi energi listrik. Sistem reaksi melakukan kerja terhadap lingkunganSel Volta (sel galvani) memanfaatkan reaksi spontan (∆G < 0) untuk membangkitkan energi listrik, selisih energi reaktan (tinggi) dengan produk (rendah) diubah menjadi energi listrik. Sistem reaksi melakukan kerja terhadap lingkungan Sel Elektrolisa memanfaatkan energi listrik untuk menjalankan reaksi non spontan (∆G > 0) lingkungan melakukan kerja terhadap sistemSel Elektrolisa memanfaatkan energi listrik untuk menjalankan reaksi non spontan (∆G > 0) lingkungan melakukan kerja terhadap sistem Kedua tipe sel menggunakan elektroda, yaitu zat yang menghantarkan listrik antara sel dan lingkungan dan dicelupkan dalam elektrolit (campuran ion) yang terlibat dalam reaksi atau yang membawa muatanKedua tipe sel menggunakan elektroda, yaitu zat yang menghantarkan listrik antara sel dan lingkungan dan dicelupkan dalam elektrolit (campuran ion) yang terlibat dalam reaksi atau yang membawa muatan

9 Elektroda Elektroda terbagi menjadi dua jenis yaitu anoda dan katodaElektroda terbagi menjadi dua jenis yaitu anoda dan katoda Setengah reaksi oksidasi terjadi di anoda. Elektron diberikan oleh senyawa teroksidasi (zat pereduksi) dan meninggalkan sel melalui anodaSetengah reaksi oksidasi terjadi di anoda. Elektron diberikan oleh senyawa teroksidasi (zat pereduksi) dan meninggalkan sel melalui anoda Setengah reaksi reduksi terjadi di katoda. Elektron diambil oleh senyawa tereduksi (zat pengoksidasi) dan masuk sel melalui katodaSetengah reaksi reduksi terjadi di katoda. Elektron diambil oleh senyawa tereduksi (zat pengoksidasi) dan masuk sel melalui katoda

10 Sel Volta dan Sel Elektrolisa

11 Sel Volta

12 Konstruksi dan Operasi Sel Volta Setengah sel oksidasi: anoda berupa batang logam Zn dicelupkan dalam ZnSO 4Setengah sel oksidasi: anoda berupa batang logam Zn dicelupkan dalam ZnSO 4 Setengah sel reduksi: katoda berupa batang logam Cu dicelupkan dalam CuSO 4Setengah sel reduksi: katoda berupa batang logam Cu dicelupkan dalam CuSO 4 Terbentuk muatan relatif pada kedua elektroda dimana anoda bermuatan negatif dan katoda bermuatan positifTerbentuk muatan relatif pada kedua elektroda dimana anoda bermuatan negatif dan katoda bermuatan positif Kedua sel juga dihubungkan oleh jembatan garam yaitu tabung berbentuk U terbalik berisi pasta elektrolit yang tidak bereaksi dengan sel redoks gunanya untuk menyeimbangkan muatan ion (kation dan anion)Kedua sel juga dihubungkan oleh jembatan garam yaitu tabung berbentuk U terbalik berisi pasta elektrolit yang tidak bereaksi dengan sel redoks gunanya untuk menyeimbangkan muatan ion (kation dan anion) Dimungkinkan menggunakan elektroda inaktif yang tidak ikut bereaksi dalam sel volta ini misalnya grafit dan platinumDimungkinkan menggunakan elektroda inaktif yang tidak ikut bereaksi dalam sel volta ini misalnya grafit dan platinum

13 Notasi Sel Volta Sel Volta dinotasikan dengan cara yang telah disepakati (untuk sel Zn/Cu 2+ )Sel Volta dinotasikan dengan cara yang telah disepakati (untuk sel Zn/Cu 2+ ) Zn(s)|Zn 2+ (aq)║Cu 2+ (aq)|Cu(s) Bagian anoda (setengah sel oksidasi) dituliskan disebelah kiri bagian katodaBagian anoda (setengah sel oksidasi) dituliskan disebelah kiri bagian katoda Garis lurus menunjukkan batas fasa yaitu adanya fasa yang berbeda (aqueous vs solid) jika fasanya sama maka digunakan tanda komaGaris lurus menunjukkan batas fasa yaitu adanya fasa yang berbeda (aqueous vs solid) jika fasanya sama maka digunakan tanda koma Untuk elektroda yang tidak bereaksi ditulis dalam notasi diujung kiri dan ujung kananUntuk elektroda yang tidak bereaksi ditulis dalam notasi diujung kiri dan ujung kanan

14 Sel Volta dengan Elektroda Inaktif Grafit|I 2 (s)|I - (aq)║H + (aq), MnO 4 - (aq), Mn 2+ (aq)|Grafit

15 Soal Latihan Dalam satu bagian sel volta, batang grafit dicelupkan dalam larutan K 2 Cr 2 O 7 dan Cr(NO 3 ) 3 (suasana asam). Pada bagian yang lain logam timah dicelupkan dalam larutan Sn(NO 3 ) 2 jembatan garam menghubungkan kedua bagian. Elektroda timah bermuatan negatif relatif terhadap grafitDalam satu bagian sel volta, batang grafit dicelupkan dalam larutan K 2 Cr 2 O 7 dan Cr(NO 3 ) 3 (suasana asam). Pada bagian yang lain logam timah dicelupkan dalam larutan Sn(NO 3 ) 2 jembatan garam menghubungkan kedua bagian. Elektroda timah bermuatan negatif relatif terhadap grafit Gambarkan diagram sel, tuliskan persamaan reaksi seimbang dan notasi sel volta tersebutGambarkan diagram sel, tuliskan persamaan reaksi seimbang dan notasi sel volta tersebut

16 Potensial Sel (E sel ) Sel volta menjadikan perubahan energi bebas reaksi spontan menjadi energi listrikSel volta menjadikan perubahan energi bebas reaksi spontan menjadi energi listrik Energi listrik ini berbanding lurus dengan beda potensial antara kedua elektroda (voltase) atau disebut juga potensial sel (E sel ) atau gaya electromotive (emf)Energi listrik ini berbanding lurus dengan beda potensial antara kedua elektroda (voltase) atau disebut juga potensial sel (E sel ) atau gaya electromotive (emf) Untuk proses spontan E sel > 0, semakin positif E sel semakin banyak kerja yang bisa dilakukan oleh selUntuk proses spontan E sel > 0, semakin positif E sel semakin banyak kerja yang bisa dilakukan oleh sel Satuan yang dgunakan 1 V = 1 J/CSatuan yang dgunakan 1 V = 1 J/C Potensial sel sangat dipengaruhi oleh suhu dan konsentrasi, oleh karena itu potensial sel standar diukur pada keadaan standar (298 K, 1 atm untuk gas, 1 M untuk larutan dan padatan murni untuk solid)Potensial sel sangat dipengaruhi oleh suhu dan konsentrasi, oleh karena itu potensial sel standar diukur pada keadaan standar (298 K, 1 atm untuk gas, 1 M untuk larutan dan padatan murni untuk solid)

17 Potensial Elektroda Standar (E o setengah-sel ) Potensial elektroda standar adalah potensial yang terkait dengan setengah reaksi yang ada (wadah elektroda)Potensial elektroda standar adalah potensial yang terkait dengan setengah reaksi yang ada (wadah elektroda) Menurut kesepakatan potensial elektroda standar selalu ditulis dalam setengah reaksi reduksiMenurut kesepakatan potensial elektroda standar selalu ditulis dalam setengah reaksi reduksi Bentuk teroksidasi + ne  bentuk tereduksi E o 1/2 selBentuk teroksidasi + ne  bentuk tereduksi E o 1/2 sel Potensial elektroda standar seperti halnya besaran termodinamika dapat dibalik dengan mengubah tandanyaPotensial elektroda standar seperti halnya besaran termodinamika dapat dibalik dengan mengubah tandanya E o sel = E o katoda - E o anodaE o sel = E o katoda - E o anoda

18 Elektroda Hidrogen Standar Ilmuwan telah menyepakati untuk memilih setengah reaksi rujukan dengan nilai 0 untuk reaksi:Ilmuwan telah menyepakati untuk memilih setengah reaksi rujukan dengan nilai 0 untuk reaksi: 2H + (aq, 1 M) + 2e  H 2 (g, 1 atm) E o rujukan = 0 H 2 (g, 1 atm)  2H + (aq, 1 M) + 2e –E o rujukan = 0 Dengan nilai rujukan ini kita bisa menyusun sel volta yang menggunakan elektroda hidrogen standar sebagai salah satu elektrodanya dan mengukur potensial sel dengan alat ukur, kemudian kita dapat menentukan potensial elektroda standar banyak zat secara luasDengan nilai rujukan ini kita bisa menyusun sel volta yang menggunakan elektroda hidrogen standar sebagai salah satu elektrodanya dan mengukur potensial sel dengan alat ukur, kemudian kita dapat menentukan potensial elektroda standar banyak zat secara luas

19 Soal Latihan Suatu sel volta memiliki reaksi antara larutan bromine dan logam ZnSuatu sel volta memiliki reaksi antara larutan bromine dan logam Zn Br 2 (aq) + Zn(s)  Zn 2+ (aq) + 2Br - (aq) E o sel = 1,83 V Hitung E o untuk oksidasi Br - (aq) jika E o Zn = -0,76 V Suatu sel volta memiliki E o sel = 1,39 V berdasarkan reaksi:Suatu sel volta memiliki E o sel = 1,39 V berdasarkan reaksi: Br 2 (aq) + 2V 3+ (aq) + 2H 2 O(l)  2VO 2+ (aq) + 4H + (aq) + 2Br - (aq) Berapa potensial elektroda standar reduksi VO 2+ menjadi V 3+ ?

20 Kekuatan Relatif Oksidator dan Reduktor Semua nilai adalah relatif terhadap elektroda hidrogen standar (referensi)Semua nilai adalah relatif terhadap elektroda hidrogen standar (referensi) 2H + (aq, 1 M) + 2e  H 2 (g, 1 atm) Menurut konvensi semua setengah reaksi ditulis sebagai reaksi reduksi artinya semua reaktan pengoksidasi dan semua produk pereduksiMenurut konvensi semua setengah reaksi ditulis sebagai reaksi reduksi artinya semua reaktan pengoksidasi dan semua produk pereduksi Nilai E o yang diberikan adalah setengah reaksi tertulis, semakin positif nilainya semakin besar kecenderungan reaksi tersebut terjadiNilai E o yang diberikan adalah setengah reaksi tertulis, semakin positif nilainya semakin besar kecenderungan reaksi tersebut terjadi Nilai E o memiliki nilai yang sama tetapi berbeda tanda jika reaksinya kita balikNilai E o memiliki nilai yang sama tetapi berbeda tanda jika reaksinya kita balik Berdasarkan tabel semakin keatas semakin oksidator dan semakin kebawah semakin reduktorBerdasarkan tabel semakin keatas semakin oksidator dan semakin kebawah semakin reduktor

21

22 Reaksi Redoks Spontan Setiap reaksi redoks adalah jumlah dari kedua setengah reaksi, sehingga akan ada reduktor dan oksidator ditiap-tiap sisi reaksiSetiap reaksi redoks adalah jumlah dari kedua setengah reaksi, sehingga akan ada reduktor dan oksidator ditiap-tiap sisi reaksi Berdasarkan tabel maka reaksi spontan (E o sel > 0) akan terjadi antara oksidator (sisi reaktan) dan reduktor (sisi produk) yang terletak dibawahnyaBerdasarkan tabel maka reaksi spontan (E o sel > 0) akan terjadi antara oksidator (sisi reaktan) dan reduktor (sisi produk) yang terletak dibawahnya Misal Cu 2+ (kiri) dan Zn (kanan) bereaksi spontan dan Zn terletak dibawah Cu 2+Misal Cu 2+ (kiri) dan Zn (kanan) bereaksi spontan dan Zn terletak dibawah Cu 2+

23 Soal Latihan Kombinasikan setengah reaksi berikut menjadi 3 buah reaksi redoks spontan, hitung E o sel untuk tiap-tiap reaksi dan urutkan kenaikan sifat oksidator dan sifat reduktor senyawanya!Kombinasikan setengah reaksi berikut menjadi 3 buah reaksi redoks spontan, hitung E o sel untuk tiap-tiap reaksi dan urutkan kenaikan sifat oksidator dan sifat reduktor senyawanya! Apakah reaksi berikut spontanApakah reaksi berikut spontan 3Fe 2+ (aq)  Fe(s) + 2Fe 3+ (aq) Jika tidak, tulis reaksi spontannya, hitung E o sel dan urutkan ketiga spesies besi berdasarkan penurunan kekuatan reduksinya!

24 Reaktifitas Relatif Logam Logam yang dapat menggantikan H 2 dari asam. Ambil salah satu logam, tuliskan reaksi oksidasinya lalu jumlah untuk memperoleh E o sel jika positif maka H 2 akan terlepasLogam yang dapat menggantikan H 2 dari asam. Ambil salah satu logam, tuliskan reaksi oksidasinya lalu jumlah untuk memperoleh E o sel jika positif maka H 2 akan terlepas Logam yang tidak dapat menggantikan H 2, dengan langkah yang sama, namun jika hasilnya E o sel < 0, maka reaksi tidak spontanLogam yang tidak dapat menggantikan H 2, dengan langkah yang sama, namun jika hasilnya E o sel < 0, maka reaksi tidak spontan Logam yang dapat menggantikan H 2 dari air, logam yang terletak dibawah reduksi airLogam yang dapat menggantikan H 2 dari air, logam yang terletak dibawah reduksi air Logam yang dapat menggantikan logam lain dari larutannya, yaitu logam yang terletak dibagian bawah tabel dapat mereduksi logam yang terletak dibagian atas tabelLogam yang dapat menggantikan logam lain dari larutannya, yaitu logam yang terletak dibagian bawah tabel dapat mereduksi logam yang terletak dibagian atas tabel

25 Potensial Sel Standar dan Konstanta Kesetimbangan

26 Soal Latihan Timbal dapat menggantikan perak dari larutannya:Timbal dapat menggantikan perak dari larutannya: Pb(s) + 2Ag + (aq)  Pb 2+ (aq) + 2Ag(s) Hitung K dan ∆G o pada 25 o C untuk reaksi ini! Saat logam kadmium mereduksi Cu 2+ dalam larutan, terbentuk ion Cd 2+ dan logam Cu, jika ∆G o = -143 kJ, hitung K pada 25 o C dan berapa potensial sel sel volta yang menggunakan reaksi ini?Saat logam kadmium mereduksi Cu 2+ dalam larutan, terbentuk ion Cd 2+ dan logam Cu, jika ∆G o = -143 kJ, hitung K pada 25 o C dan berapa potensial sel sel volta yang menggunakan reaksi ini?

27 Pengaruh Konsentrasi terhadap Potensial Sel Sejauh ini potensial sel standar diukur dari potensial setengah sel juga pada keadaan standar sementara kebanyakan sel volta tidak beroperasi pada keadaan standarnyaSejauh ini potensial sel standar diukur dari potensial setengah sel juga pada keadaan standar sementara kebanyakan sel volta tidak beroperasi pada keadaan standarnya Berdasarkan persamaan yang telah diketahui:Berdasarkan persamaan yang telah diketahui: ∆G = ∆G o + RT ln Q sedangkan ∆G = -nFE sel juga ∆G o = -nFE o sel sehingga -nFE sel = -nFE o sel + RT ln Q E sel = E o sel – (RT/nF) ln Q

28 Aplikasi Persamaan Nernst Saat Q [produk] maka E sel > E o selSaat Q [produk] maka E sel > E o sel Saat Q = 1 sehingga [reaktan] = [produk] maka E sel = E o selSaat Q = 1 sehingga [reaktan] = [produk] maka E sel = E o sel Saat Q > 1 sehingga [reaktan] 1 sehingga [reaktan] < [produk] maka E sel < E o sel Jika kita memasukkan nilai R dan T pada 298Jika kita memasukkan nilai R dan T pada 298 E sel = E o sel – (0,0592 V/n) log Q (pada 25 o C)

29 Soal Latihan Seorang kimiawan menyusun sel volta yang terdiri dari elektroda Zn/Zn 2+ dan H 2 /H + pada kondisi [Zn 2+ ] = 0,010 M, [H + ] = 2,5 M dan Tekanan H 2 = 0,30 atmSeorang kimiawan menyusun sel volta yang terdiri dari elektroda Zn/Zn 2+ dan H 2 /H + pada kondisi [Zn 2+ ] = 0,010 M, [H + ] = 2,5 M dan Tekanan H 2 = 0,30 atm Perhatikan sel berdasarkan reaksi berikutPerhatikan sel berdasarkan reaksi berikut Fe(s) + Cu 2+ (aq)  Fe 2+ (aq) + Cu(s) Jika [Cu 2+ ] = 0,30 M berapa [Fe 2+ ] diperlukan untuk meningkatkan E sel 0,25 V diatas E o sel pada 25 o C?

30 Potensial Sel dan Hubungan antara Q dan K Zn(s) + Cu 2+ (aq)  Zn 2+ (aq) + Cu(s) Q = [Zn 2+ ]/[Cu 2+ ]

31 Sel Konsentrasi


Download ppt "ELEKTROKIMIA PERUBAHAN KIMIA DAN KERJA LISTRIK. Overview Konsep termodinamika tidak hanya berhubungan dengan mesin uap, atau transfer energi berupa kalor."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google