Amalia Sholehah Jurusan Teknik Metalurgi FT – UNTIRTA SEL ELEKTROKIMIA Amalia Sholehah Jurusan Teknik Metalurgi FT – UNTIRTA

Dasar Teori Tarikan dan tolakan antara dua muatan (Q1 dan Q2) dimana Hk. Coulomb Tarikan dan tolakan antara dua muatan (Q1 dan Q2) dimana F = gaya Coulomb Q = muatan κ = tetapan dielektrik r = jarak antar muatan ε0 = permitivitas ruang bebas

Untuk menggerakkan muatan dari satu titik ke titik lain diperlukan beda potensial listrik Beda potensial diukur antara dua elektroda  salah satunya adalah elektroda pembanding Beda potensial listrik  Daya gerak listrik (DGL)

Sel Elektrokimia Pada sel elektrokimia Penulisan notasi sel - + A K Pada sel elektrokimia Katoda  Reduksi Anoda  Oksidasi Penulisan notasi sel oksidasi || reduksi oksidasi reduksi

Contoh : Zn l Zn2+ ll Cu2+ l Cu Zn l Zn2+ Cu2+ l Cu Garis tunggal menyatakan perbedaan fasa Garis ganda menyatakan perbedaan elektroda Garis putus – putus menyatakan adanya jembatan garam pada sel elektrokimia Jembatan garam diperlukan bila larutan pada anoda & katoda dapat saling bereaksi

Penentuan Eosel Bila Eo > Eo H2  reduksi Eosel  daya gerak listrik (DGL) standar Ditentukan dengan asumsi aktifitas = 1 Nilai Eosel ditentukan dari besarnya potensial elektroda (reduksi) standar  Eo Sebagai standar  Eo Hidrogen Bila Eo > Eo H2  reduksi Bila Eo < Eo H2  oksidasi Eosel = Eored - Eooks

Aspek Termodinamika Meninjau kespontanan reaksi sel elektrokimia Dilihat dari perubahan energi Gibbs standar ΔGo = - n F Eo atau ΔGo = - z F Eo dimana z = n = jumlah elektron yang terlibat F = bilangan Faraday = 96500 C/mol

Persamaan Nernst ΔGo = - n F Eo ΔG = - n F E Jika μi = μio + RTln ai Maka - nFEsel = - nFEosel + RT ln ai Esel = Eosel - ln ai Esel = Eosel - ln K Persamaan Nernst

Pada kesetimbangan  Esel = 0 Eosel = ln K K = dimana K = konstanta kesetimbangan sel

Penentuan pH Menurut Sorenson pH = - log [H+] pH = - log aH+ pH diukur dengan elektroda pengukur dan elektroda pembanding Elektroda pengukur  Elektroda Kaca Elektroda pembanding  Elektroda Kalomel

Pt|H2(g)|H+(aH+)||Cl-|Hg2Cl2|Hg Reaksi setengah sel Notasi sel Pt|H2(g)|H+(aH+)||Cl-|Hg2Cl2|Hg Reaksi setengah sel ½ Hg2Cl2 + e = Hg + Cl-  Eo = 0,2802 V H+ + e = ½ H2(g)  Eo = 0,0000 V Persamaan Nernst Esel = Eosel – 2,303 log K Esel = Eosel – 2,303 log [ox]/[red]

Untuk reaksi sel elektroda kaca dan elektroda kalomel Esel = Eosel – 0,0591 log [ox]/[red] Esel = Eosel – 0,0591 log [aH+]/[PH2/Po] Jika PH2 = Po Esel = Eosel – 0,0591 log [aH+] = 0,2802 V – 0,0591 log [aH+] Esel - 0,2802 = - 0,0591 log [aH+] Esel - 0,2802 = 0,0591 pH

Keaktifan Elektrolit Dinyatakan sebagai keaktifan kation dan anion Merupakan hasil kali molalitas (m) dan koefisien keaktifan () Berlaku untuk elektrolit yang terdisosiasi sempurna Contoh : senyawa MxOy Keaktifan MxOy adalah M+ = kation + = jumlah kation O- = anion - = jumlah anion

dimana

Kekuatan Ion (G.N. Lewis) Digunakan untuk menyatakan konsentrasi elektrolit dengan memperhatikan muatan ion Elektrolit dengan ion bermuatan ganda mempunyai efek lebih besar terhadap koefisien keaktifan dibandingkan elektrolit dengan muatan tunggal (G.N. Lewis)

Teori Debye – Huckel Koefisien keaktifan elektrolit bergatung pada konsentrasinya Pada pengenceran tak terhingga  distribusi ion dianggap acak sempurna  koefisien keaktifan elektrolit = 1 Menurut Debye – Huckel Dalam pelarut air pada suhu 25oC, A = 0,0509 kg1/2mol-1/2

Koefisien keaktifan rata – rata dinyatakan sebagai dengan asumsi +z+ = -z- Teori Debye – Huckel hanya berlaku untuk larutan elektrolit dengan konsentrasi sangat rendah

Aplikasi Sel Elektrokimia : Sel Bahan Bakar (Fuel Cell) Menghasilkan potensial listrik dengan cara “membakar” bahan bakar pada kondisi tertentu Digolongkan menurut suhu kerja Suhu rendah (25 – 100oC) Suhu sedang (100 – 500oC) Suhu tinggi (500 – 1000oC) Suhu sangat tinggi (<1000oC)

Elektrolit dapat berupa asam atau basa

½O2(g) + 2H+ + 2e = H2O(l) Eo = 1,2288 V Dalam elektrolit asam ½O2(g) + 2H+ + 2e = H2O(l) Eo = 1,2288 V 2H+ + 2e = H2(g) Eo = 0 V H2(g) + ½O2(g) = H2O(l) Eo = 1,2288 V Dalam elektrolit basa ½O2(g) + H2O(l) + 2e = 2OH- Eo = 0,4009 V 2H2O(l) + 2e = H2(g) + 2OH- Eo = -0,8279 V

Kelebihan sel bahan bakar : Pada suhu tinggi tidak memerlukan katalis kuat Dapat digunakan untk pesawat ruang angkasa Air yang dihasilkan dapat dikonsumsi Efisiensi ≈ 75% Kerugian sel bahan bakar : Ukuran besar Harga mahal Membutuhkan asupan O2 dan H2 terus menerus agar dapat beroperasi