kimia dasar elektrokimia
TRANSCRIPT
![Page 1: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/1.jpg)
ELEKTROKIMIA
Dr.-Ing Donni Adinata, ST. M.Eng. Sc
![Page 2: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/2.jpg)
Tiga Jenis Elektrokimia
Voltaic CellElectrolytic CellFuel Cell
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 3: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/3.jpg)
PerakTembaga
Setengah reaksi reduksi sebelahkanan:
Ag+(aq) + 2e- → Ag(s)
Secara skematis dapat ditulis:
Cu | Cu2+ || Ag+ | Ag
Sel Elektrokimia
Sel Galvani dan Sel ElektrolisisSel galvani TEMBAGA-PERAK:
Setengah-reaksi oksidasi di gelas piala sebelah kiri:
Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e-
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 4: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/4.jpg)
Penyelesaian:
Sebagai katoda Ag dan anoda Cu sehinggaE0sel = E0 Ag+/Ag – E0 Cu2+/CuE0sel = 0,80 V – 0,34 V = 0,46 V
Potensial yang terbaca juga 0,46 V. Jadi sel dalam kondisistandar
Contoh
Suatu sel tembaga-perak dengan potensial terbaca 0,46 volt. Diketahui E0sel Ag+/Ag = 0,80 V dan E0sel Cu2+/Cu = 0,34 V. Tunjukkanlah bahwa sel dalam keadaan standar
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 5: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/5.jpg)
Disebut juga tegangan selDapat diukur dengan alat voltmeterSel galvani (sel volta): • Sebuah sel elektrokimia yang beroperasi secara spontan• Reaksi kimia menghasilkan energi listrik
Sel elektrolisis: • Sebuah sel dimana potensial luar yang berlawanan
menyebabkan reaksi berlangsung dalam arah berlawanan secara tak spontan
• Energi listrik menyebabkan reaksi kimia terjadi
Selisih Potensial Listrik (E)
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 6: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/6.jpg)
Penurunan
BilanganOksidasi
Menerima Elektron
Menerima Hidrogen
Kenaikan
BilanganOksidasi
Kehilangan Elektron
Kehilangan Hidrogen
OKSIDASI REDUKSI
Menerima Oksigen
Kehilangan Oksigen
O
H
e-
Konsep RedoksUNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 7: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/7.jpg)
Spontanitas Redoks
PRINSIP Jika voltase (E) yang dihitung untuk sebuah
reaksi redoks jumlahnya POSITIF, maka reaksinya akan SPONTAN
Sebaliknya, jika bernilai NEGATIF, maka reaksinya TIDAK AKAN SPONTAN
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 8: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/8.jpg)
Contoh UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 9: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/9.jpg)
Jawaban (1)UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 10: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/10.jpg)
Jawaban (2)
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 11: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/11.jpg)
Jawaban (3)
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 12: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/12.jpg)
Kerja listrik wlistrik = - Q Ewlistrik = - It E
Tanda negatif muncul karena
konvensi termodinamika
Termodinamika menunjukkan sebuah hubungan penting antara perubahan energibebas (∆G), dari suatu reaksi kimia spontan pada suhu dan tekanan konstan, sertakerja listrik maksimum yang mampu dihasilkan dari reaksi
- wlistrik.maks = |∆G| (pada T dan P konstan)
Jika sel difungsikan takreversibel (arus yang besar dimungkinkan untuk mengalir)
∆G = Wlistrik.rev
Jika sel difungsikan reversibel
∆G = Wlistrik = - QE = - nFE(reversibel)
POTENSIAL SEL, ENERGI
BEBAS, DAN KESETIMBANGAN
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 13: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/13.jpg)
Sebuah aki 6,00 V memberikan arus konstan sebesar 1,25 A selama periode1,5 jam. Hitung muatan total Q (dalam coulomb) yang melewati rangkaian
dan kerja listrik yang dilakukan oleh aki
PenyelesaianMuatan total adalah
Q = It = (1,25 C/detik)(1,50 jam)(3600 detik/jam) = 6750 C
Kerja listrik adalah
welek = - Q E = - (6750 C)(6,00 J/C) = - 4,05 x 104 J
Ini adalah kerja yang dilakukan pada aki, sehingga kerja yang dilakukan oleh aki adalah negatifnya dari nilai tersebut, yaitu +40,5 kJ.
Contoh UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 14: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/14.jpg)
Keadaan standar dan tegangan sel
Energi bebas standar (∆G°), ∆G° = - n F E°
Tegangan setengah-selUntuk setengah-sel Zn2+|Zn dan Cu2+|Cu, setiap setengah-sel ditulis sebagaisebuah reduksi:
Zn2+(aq) + 2e- → Zn(s) E° = - 0,76 VCu2+(aq) + 2e- → Cu(s) E° = +0,34 V
Reaksi dengan potensial reduksi yang lebih positif (lebih besar) berlangsungsebagai reaksi reduksi dan terjadi di katoda. Potensial reduksi yang kurangpositif (lebih kecil) berlangsung sebagai reaksi oksidasi di anoda.
Tekanan 1 atm dan suhu tertentuApabila larutan ideal, konsentrasi zat terlarutnya adalah 1 M
∆E° = E°(katoda) - E°(anoda)
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 15: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/15.jpg)
ContohSebuah setengah-sel Zn2+|Zn dihuhubungkan dengan sebuah setengah-selCu2+|Cu untuk membuat sel galvani, dimana [Zn2+] = [Cu2+] = 1,00 M.Tegangan sel pada 25°C diukur sama dengan E° = 1,10 V, dan Cu diamatimelapisi selama berlangsungnya reaksi. Hitung ∆G° untuk reaksi kimia yangberlangsung dalam sel, untuk 1,00 mol seng terlarut.
Penyelesaian
Reaksinya adalahZn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)
Karena Cu adalah produk. Untuk reaksi yang tertulis, dimana 1 mol Zn(s) dan1 mol Cu2+(aq) bereaksi, 2 mol elektron melewati rangkaian luar, sehingga n =2. Oleh karena itu,
∆G° = - n F E° = - (2,00 mol)(96,485 C/mol)(1,10 V)= - 2,12 x 105 J = - 212 kJ
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 16: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/16.jpg)
PERSAMAAN NERNST
)25 (pada ln0257.0
ln
oCQn
VEE
QnF
RTEE
o
o
Q = reaction quotient
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 17: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/17.jpg)
Contoh UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 18: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/18.jpg)
Jawaban (1)UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 19: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/19.jpg)
Jawaban (2)UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 20: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/20.jpg)
Contoh UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 21: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/21.jpg)
Jawaban UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 22: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/22.jpg)
pH MeterUNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 23: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/23.jpg)
ACCUSel Leclanche (sel kering seng-karbon)
Elektroda positif
Katoda grafit
Selubung kertas
Anoda seng
Bubuk basah ZnCl2 dan NH2Cl
MnO2 + grafit
Elektroda negatif
SEL ACCU DAN BAHAN BAKAR
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 24: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/24.jpg)
Reaksi:
Anoda : Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-
Katoda : 2 MnO2(s) + 2NH4+(aq) + 2e- → Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)
Zn(s) + 2 MnO2(s) + 2NH4+(aq) → Zn2+ + Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)
Dalam sel kering alkalin, NH4Cl diganti dengan KOH
Anoda : Zn(s) + 2OH-(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e-
Katoda : 2 MnO2(s) + H2O(l) + 2e- → Mn2O3(s) + 2OH-(aq)
Zn(s) + 2 MnO2(s) + H2O(l) → Zn(OH)2(s) + Mn2O3(s)
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 25: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/25.jpg)
Sel seng-merkuri oksida
Berbentuk kancing (pipih) kecil
Anoda : Campuran merkuri dan sengKatoda : Baja yang kontak dengan HgO(s)Elektrolit : KOH 45%
Anoda : Zn(s) + 2OH-(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e-
Katoda : HgO(s) + H2O(l) + 2e- → Hg(l) + 2OH-(aq)
Zn(s) + HgO(s) + H2O(l) → Zn(OH)2(s) + Hg(l)
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 26: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/26.jpg)
Aki yang dapat diisi ulang
- Aki sekunder- Diisi ulang dengan cara memberikan potensial luar yang
berlawanan arah dengan arus yang mengalir dalam sel
Sel nikel-kadmium (baterai nicad; baterai isi ulang)
Anoda : Cd(s) + 2OH-(aq) → Cd(OH)2(s) + 2e-
Katoda : 2 NiO(OH)(s) + 2H2O(l) + 2e- → 2NiO(OH)(s) + 2OH-(aq)
Cd(s) + 2NiO(OH)(s) + H2O(l) → Cd(OH)2(s) + 2Ni(OH)(s)
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 27: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/27.jpg)
Aki penyimpan timbal-asam (digunakan dalam mobil)
Anoda : Pb(s) + SO42-(aq) → PbSO4(s) + 2e-
Katoda : PbO2(s) + SO42-(aq) + 4H3O+ + 2e- → PbSO4(s) + 6H2O(l )
Pb(s) + PbO2(s) + 2SO42-(aq) + 4H3O+ → 2PbSO4(s) + 6H2O(l)
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 28: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/28.jpg)
Sel Bahan Bakar
Aki : Bila bahan kimia habis, aki harus diisi ulang atau dibuangSel bahan bakar : Dirancang untuk operasi kontinu, dengan reaktan yang
disuplai dan produk diambil secara kontinu
Contoh sel bahan bakar: sel bahan bakar hidrogen-oksigen, yang digunakanpada misi ruang angkasa Amerika
Anoda (karbon berpori, berisi nikel) : H2(g) + 2OH-(aq) → 2H2O(l) + 2e-
Katoda (karbon berpori berisi nikel : ½O2(g) + H2O(l) + 2e- → 2OH-
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 29: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/29.jpg)
Film H2OAnoda
O2
Katoda
H3O+
e-e-Fe2+
Lapisancat
Reaksi anodaFe → Fe2+ + 2e-
Reaksi katoda
½O2 + 2H3O+ + 2e- → 3H2O
Besi
Reaksi kedua: (6+x)H2O(l) + 2Fe2+(ag) + ½O2(g) → Fe2O3.xH2O(s) + 4H3O+(aq)
Reaksi total: 2Fe(s) + 3/2O2(g) + x H2O(l) → Fe2O3. x H2O(l)
Korosi
KOROSI DAN PENCEGAHANNYA
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 30: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/30.jpg)
KorosiBeberapa daerah logam berperan sebagai anoda dan daerah lain sebagai
katodaAnoda : Besi berubah menjadi ion ferro (Fe2+)
Permukaan logam menjadi berlubang (kehilangan logam karenaoksidasi besi dan aliran ion logam ke katoda)
Katoda : Ion ferro yang terbentuk secara simultan pada anoda kemudian
bermigrasi ke katoda, dan selanjutnya dioksidasi oleh O2
membentuk karat (Fe2O3. xH2O)
Pencegahan korosi- Pelapisan logam dengan cat atau plastik
- Pasivasi (pembentukkan lapisan tipis logam oksida di permukaanlogam)
UNIVERSITY INDONESIAOF
![Page 31: Kimia Dasar Elektrokimia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022082211/55cf9b05550346d033a46921/html5/thumbnails/31.jpg)
UNIVERSITY INDONESIAOF