9/30/2015 ELEKTROKIMIA ELEKTROKIMIA ELEKTROKIMIA. Elektrokimia? Elektrokimia?

Transkripsi

1 Elektrokimia? Elektrokimia? Elektrokimia? Cabang ilmu kimia yang inti bahasannya adalah mempelajari proses perpindahan elektron pada reaksi kimia. Reaksi bisa terjadi dengan menghasilkan energi /voltase ataupun dengan bantuan energi dari luar. Kedua proses ini dipelajari dalam elektrokimia. Khusus untuk proses reaksi yang memerlukan bantuan energi dari luar (voltase yang digunakan untuk reaksi), prosesnya dinamakan elektrolisis. Mempelajari elektrokimia tidak lepas dari pengetahuan tentang reduksi dan oksidasi Reduksi mendapatkan 1 atau lebih elektron Oksidasi kehilandan 1 atau lebih elektron

2 Mengapa mempelajari elektrokimia? Elektrokimia dipakai dalam industri baterai Korosi yang merugikan juga merupakan bagian dari elektrokimia Elektrokimia dipakai dalam pembuatan bahan bakar kimia Melakukan rekayasa reaksi untuk keperluan meminimalisasi efek reaksi kimia yang merugikan (cont. electroplating untuk proteksi korosi) Reduksi Oksidasi (Redoks) Ag 2 O + Zn ZnO + 2Ag Reduksi : 2Ag + + 2e - 2Ag => Oxidation Agent Oksidasi : Zn Zn + 2e - => Reduction Agent Reduksi Oksidasi (Redoks) Half reaction bagian reaksi reduksi atau oksidasi yang terjadi dalam reaksi Redoks Oxidation Agent (Agen oksidasi), bagian reaksi yang menerima elektron Reducing Agent (Agen reduksi), bagian reaksi yang melepaskan elektron Reduksi Oksidasi (Redoks) Reduksi Oksidasi langsung : terjadi kontak langsung antara agen reduksi dan oksidasi kurang bermanfaat Reduksi Oksidasi tak langsung kontak antara agen reduksi dan oksidasi terjadi melalui konektor (kabel) aliran elektron dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik

3 Dalam reaksi redoks, dikenal pengukuran mengenai potensial setengah reaksi. Pengertian itu disebut potensial elektroda. Satuan potensial adalah volt Notasi : E o Pengukuran dilakukan dengan memperbandingkan potensial pada elektroda tertentu dengan elektroda standard (referensi) Sebagai referensi dipake hidrogen, dikenal dengan SHE (Standard Hydrogen Electrode) SHE disepakati mempunyai potensial (E o ) = 0.00 V

4 Menghitung Potensial Perhitungan pada kondisi standard E o = E o reduksi + E o oksidasi 2Ag + + 2e - 2Ag E o = +0.80V Zn Zn + 2e - E o = +0.76V Ag 2 O + Zn ZnO + 2Ag E o = +1.56V Menghitung Potensial Perhitungan pada kondisi standard Ag 2 O + Zn ZnO + 2Ag? Menghitung Potensial... Hitung potensial reaksi berikut pada kondisi standard! ( ) CuSO 4 + Zn Cu + ZnSO 4

5 Beberapa terminologi dan formula terkait elektrokimia Teori Nernst Untuk menentukan sebuah reaksi terjadi spontan atau tidak, perhitungan Enthalpy saja tidak cukup. Faktor yang lain yang perlu diperhitungkan adalah Entropy Formula Entropy : S rxn = S product - S reactants Untuk menentukan terjadi spontanitas reaksi, Gibbs memperkenalkan konsep free energy yang menggabungkan faktor enthalpy dan entropy secara bersamaan. Formula free energy Gibbs : G rxn = H rxn - S rxn Untuk menentukan sebuah reaksi terjadi spontan atau tidak, perhitungan Enthalpy saja tidak cukup. Faktor yang lain yang perlu diperhitungkan adalah Entropy Formula Entropy : S rxn = S product - S reactants Untuk menentukan terjadi spontanitas reaksi, Gibbs memperkenalkan konsep free energy yang menggabungkan faktor enthalpy dan entropy secara bersamaan. Formula free energy Gibbs : G rxn = H rxn T x S rxn Tanda DH DS DG Pengaruh temperatur spontan pada semua temperatur tidak spontan pada semua temperatur spontan pada temp. rendah, tetapi + Tidak spontan pada temp. tinggi tidak spontan pada temp. rendah tetapi - akan spontan pada temp. tinggi

6 Menghitung enthalpy dan entropy dari reaksi berikut : N 2 + 3H 2 2NH 3 H rxn = 2x(-46.11) (0 + 3 x 0) = kj/mol S rxn = 2x(192.34) ( x ) = kj/molk N 2 + 3H 2 2NH 3 G rxn = H rxn T x S rxn = (298 x ( ) x 10-3 ) = kj Menghitung enthalpy, entropy dan free energy ( 25 o C) dari reaksi berikut : N 2 + 3H 2 2NH 3 H rxn = 2x(-46.11) (0 + 3 x 0) = kj/mol S rxn = 2x(192.34) ( x ) = J/molK Hitung Enthalpy, Entropi dan Free Energy pada kondisi standard (25 o C) 16H 2 S(g) + 8SO 2 (g) 16H 2 O(l) + 3S 8 (s)?

7 Hitung Enthalpy, Entropi dan Free Energy pada kondisi standard (25 o C) 16H 2 S(g) + 8SO 2 (g) 16H 2 O(l) + 3S 8 (s)? H rxn =(16x(-285.8) + 3x0 ) (16x(-20.6) + 8x(-296.8)) = kj S rxn =(16x x31.8 ) (16x x248.1) = J/K G rxn = x(-4063)x10-3 = kJ (spontan) Hukum Faraday : Relasi muatan dan arus listrik : Q = I x t Q = muatan I = arus t = waktu (detik) Q = nf Q = muatan n = # mol elektron F = tetapan Faraday (96500 C/mol) Hukum Faraday : The amount of a substance produced or consumed in an electrolysis reaction is directly proportional to the quantity of electricity that flows through the circuit. Tetapan : 1 Faraday = x e - 1 Faraday = 1 mol e - 1 mol e - = coulombs 1 ampere = 1 coulombs/second Hukum Faraday : : Untuk setengah reaksi katoda Cu 2+ (aq) + 2e - Cu (s), 2 mol elektron dapat ditransfer untuk setiap mol Cu. Hitung muatan yang dihasilkan untuk 1 mol Cu? Q = nxf = 2 x = = 1.93 x 10 5 C Jika diketahui waktu reaksi adalah 10 jam maka : Q = Ixt => I = Q/t = /(10x3600) = 5.36 A Jika diketahui arus 10 A maka t = Q/I = /10 = = menit = 5.36 jam

8 Free energi dan potensial Hubungan antara perubahan energi bebas reaksi sel elektrokimia dengan potensial sel: G = -nfe Pada keadaan standard (T=298 K) bisa dituliskan G = -nfe o Teori Nernst Continued...