Kimia Dasar II, Dept. Kimia, FMIPA-UI, 2009 Bab 5 Elektrokimia

2 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Reaksi Reduksi Oksidasi Reaksi yang melibatkan terjadinya transfer elektron diikuti dengan perubahan bilangan oksidasi pada senyawa atau unsur yang terlibat Oksidasi adalah peristiwa hilangnya elektron dari suatu spesies yang menyebabkan naiknya bilangan oksidasi spesies tersebut Reduksi adalah peristiwa penambahan elektron pada suatu spesies yang menyebabkan turunnya bilangan oksidasi spesies tersebut Agen pengoksidasi adalah reaktan yang mengalami reduksi Agen pereduksi adalah reaktan yang mengalami oksidasi

3 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Terminologi Redoks ProsesZn (s) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu (s) Oksidasi - Reaktan kehilangan elektron - Bilangan oksidasi naik - Reaktan disebut agen pereduksi Zn kehilangan elektron Zn mengalami oksidasi Zn berfungsi sebagai agen pereduksi Bilangan oksidasi Zn naik Reduksi - Elektron reaktan bertambah - Bilangan oksidasi turun - Reaktan disebut agen pengoksidasi Cu 2+ menambah elektron Cu 2+ mengalami reduksi Cu 2+ berfungsi sebagai agen pengoksidasi Bilangan oksidasi Cu turun

4 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Reaksi Redoks dan Reaksi Non Redoks Reaksi Redoks: Reaksi pembakaran (C x H y + O 2 → CO 2 + H 2 O) Reaksi penggabungan (A + B → C) Reaksi dekomposisi (AB → A+ B) Reaksi non redoks: Jenis reaksi penggantian: (AB + CD → AD + CB) Reaksi pengendapan Reaksi asam basa

5 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Menyelesaikan Persamaan Reaksi Redoks 1.Mengenali bahwa reaksi adalah proses oksidasi dan reduksi Bilangan oksidasi Zn naik dari 0 ke +2 dan Cu turun dari +2 menjadi 0 maka reaksi adalah reaksi oksidasi dan reduksi 2.Memisahkan proses menjadi dua buah setengah reaksi Oksidasi : Zn Zn 2+ Reduksi : Cu 2+ Cu 3.Menyeimbangkan massa kedua setengah reaksi Oksidasi : Zn Zn 2+ Reduksi : Cu 2+ Cu

6 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Menyelesaikan Persamaan Reaksi Redoks 6 4. Menyeimbangkan muatan kedua setengah reaksi Oksidasi : Zn → Zn e Reduksi : Cu e → Cu 5.Mengalikan masing-masing persamaan reaksi dengan faktor yang sesuai Oksidasi : Zn → Zn e1X Reduksi : Cu e→ Cu1X 6.Menjumlahkan kedua setengah reaksi untuk menghasilkan persamaan reaksi yang seimbang Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu 7. Menghitung kembali kesetimbangan massa dan muatan

7 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Menyelesaikan Persamaan Reaksi Redoks (dalam larutan asam) 7 Misal : VO 2 + (aq) + Zn (s) → VO 2+ (aq) + Zn 2+ 1.Mengenali bahwa reaksi adalah proses oksidasi dan reduksi Bilangan oksidasi Zn naik dari 0 ke +2 dan V turun dari +5 menjadi +3 maka reaksi adalah reaksi oksidasi dan reduksi 2.Memisahkan proses menjadi dua buah setengah reaksi Oksidasi : Zn → Zn 2+ Reduksi : VO 2 + → VO 2+ 3.Menyeimbangkan massa kedua setengah reaksi Oksidasi : Zn → Zn 2+ Reduksi : VO 2 + → VO 2+ Pada larutan asam, H 2 O ditambahkan pada sisi yang kekurangan oksigen VO H + → VO 2+ + H 2 O

8 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Menyelesaikan Persamaan Reaksi Redoks (dalam larutan asam) 8 5. Menyeimbangkan muatan kedua setengah reaksi Oksidasi : Zn → Zn e Reduksi : VO H + + e → VO 2+ + H 2 O 6.Mengalikan masing-masing persamaan reaksi dengan faktor yang sesuai agar jumlah elektron sama Oksidasi : Zn →Zn e 1X Reduksi : VO H + + e→ VO 2+ + H 2 O 2X 6.Menjumlahkan kedua setengah reaksi untuk menghasilkan persamaan reaksi yang seimbang Zn + 2 VO H + →2 VO H 2 O + Zn Menghitung kembali kesetimbangan massa dan muatan

9 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Menyelesaikan Persamaan Reaksi Redoks (dalam larutan basa) 9 Misal : MnO 4 - (aq) + HO 2 - (aq) → MnO 4 2- (aq) + O 2 (g) 1.Mengenali bahwa reaksi adalah proses oksidasi dan reduksi Bilangan oksidasi O naik dari -1 ke 0 dan Mn turun dari +7 menjadi +6 maka reaksi adalah reaksi oksidasi dan reduksi 2.Memisahkan proses menjadi dua buah setengah reaksi Oksidasi : HO 2 - → O 2 Reduksi : MnO 4 - → MnO Menyeimbangkan massa kedua setengah reaksi Oksidasi : HO 2 - → O 2 Reduksi : MnO 4 - → MnO 4 2- Pada larutan basa, OH - ditambahkan pada sisi yang kelebihan oksigen HO OH - → O 2 + H 2 O + 2e

10 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Menyelesaikan Persamaan Reaksi Redoks (dalam larutan basa) Menyeimbangkan muatan kedua setengah reaksi Oksidasi : HO OH - → O 2 + H 2 O + 2e Reduksi : MnO e → MnO Mengalikan masing-masing persamaan reaksi dengan faktor yang sesuai agar jumlah elektron sama Oksidasi : HO OH - → O 2 + H 2 O + 2e 1X Reduksi : MnO e → MnO X 6.Menjumlahkan kedua setengah reaksi untuk menghasilkan persamaan reaksi yang seimbang HO OH MnO 4 - → O 2 + H 2 O + 2 MnO Menghitung kembali kesetimbangan massa dan muatan

11 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Sel Elektrokimia 11 Ada 2 jenis sel elektrokimia 1.Sel Elektrolisis adalah sel yang membutuhkan suatu sumber arus listrik luar untuk menyebabkan reaksi non spontan 2.Sel Volta/Sel Galvanis adalah sel elektrokimia dimana suatu reaksi kimia spontan dapat menghasilkan energi listrik untuk digunakan pada suatu sirkuit luar.

12 Hanya digunakan di Universitas Indonesia 12 Arus listrik masuk dan keluar dari sel elektrokimia melalui elektroda. Reaksi-reaksi reduksi dan oksidasi terjadi pada permukaan elektroda. Elektroda inert bila elektroda tidak ikut bereaksi Ada 2 jenis elektroda: 1.Katoda tempat reaksi reduksi terjadi 2.Anoda tempat reaksi oksidasi terjadi Sel Elektrokimia Direction of electron flow → Electrode (-) Electrode (+) ↑e-↑e-

13 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Perubahan Kimia yang Menghasilkan Aliran Listrik 13 Kimia Dasar II, Dept. Kimia, FMIPA-UI, Kedua sel terpisah sehingga transfer elektron terjadi melalui suatu sirkuit luar -Masing-masing setengah sel mengandung suatu spesies yang tereduksi dan teroksidasi yang memiliki kontak satu sama lain -Kedua setengah sel tersebut dihubungkan dengan suatu jembatan garam

14 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Elektrolisis : Perubahan Kimia Karena Adanya Energi Listrik 14 Anoda, oksidasi: 2 Cl - Cl 2 (g) + 2e Katoda, reduksi : 2Na + + 2e2 Na(l) 2 Cl Na + 2 Na (l) + Cl 2 (g) E net = -4V

15 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Elektrolisis 15 Anoda, oksidasi : 2I - (aq)I 2 (s) + 2e E o = V Katoda, reduksi :2H 2 O (l) + 2e H 2 (g) + 2OH - (aq) E o = V 2I - (aq) + 2H 2 O (l) I 2 (s) + H 2 (g) + 2OH - (aq) E o net = V

16 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Menghitung Elektron 16 Kuat Arus, I (ampere, A) = muatan listrik (coulombs,C) time (second, s) Time (s) x kuat arus (A) = muatan (C) → mol e → mol reaktan yang terlibat

17 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Potensial Elektrokimia 17 Elektron yang dihasilkan pada anoda bergerak ke katoda dengan gaya elektromotif (emf). Gaya ini timbul karena adanya perbedaan energi potensial listrik elektron antara 2 elektroda. Kerja yang dilakukan sebanding dengan jumlah elektron (jumlah muatan listrik) yang bergerak dari energi potensial tinggi ke energi potensial rendah dan pada beda energi potensial. Kerja listrik = muatan x beda energi potensial W (joule) = 1 volt x 1 coulomb 1 colulomb adalah jumlah muatan yang melalui suatu titik dalam suatu sirkuit dimana arus 1 ampere mengalir selama 1 detik.

18 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Potensial Elektroda standard 18 Potensial elektroda standard adalah jumlah kuantitatif yang menyatakan kecenderungan suatu reaktan dalam keadaan standar untuk menghasilkan produk  G o rxn = -nFE o Reaksi akan menghasilkan produk jika mempunyai nilai E o > nol

19 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Menghitung Potensial E o dalam Suatu Sel Elektrokimia 19 Zn Zn e Cu e Cu Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu Potensial hidrogen standard: 2 H 3 O + (aq)+ eH 2 (g, 1bar) + 2 H 2 O (l) E o = 0.00 V

20 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Menggunakan Potensial Standard 20

21 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Sel Elektrokimia pada Keadaan Tidak Standard 21

22 Hanya digunakan di Universitas Indonesia APLIKASI ELEKTROKIMIA Baterai – Primer / Nonrechargable: baterai alkalin; baterai merkuri, perak; baterai Li – Sekunder / Rechargable: Lead-Acid battery, (Ni-MH) battery, Lithium-ion battery Fuel cell Elektroplating Pencegahan korosi

23 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Baterai Primer 23

24 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Baterai Sekunder 24

25 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Fuel Cell 25

26 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Industri yang berbasis Elektrolisis 26 Elektroplating

27 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Industri yang Berbasis Elektrolisis 27 Produksi NaOH

28 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Korosi 28

29 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Korosi 29

30 Hanya digunakan di Universitas Indonesia Daftar Pustaka Brown, Lemay, Bursten, Murphy, “Chemistry The Central Science”, 11th eds, Pearson Educational International, 2009, hal leclanche-cell-this-heavy-duty-zinc-carbon-primary-battery-is-a-dry-cell- with-an-immobilized- electrolyte/?&results_per_page=1&detail=TRUE&page=105 leclanche-cell-this-heavy-duty-zinc-carbon-primary-battery-is-a-dry-cell- with-an-immobilized- electrolyte/?&results_per_page=1&detail=TRUE&page=105