ELEKTROKIMIA. VURI AYU SETYOWATI, S.T., M.Sc TEKNIK MESIN - ITATS

Transkripsi

1 ELEKTROKIMIA VURI AYU SETYOWATI, S.T., M.Sc TEKNIK MESIN - ITATS

2 ELEKTROKIMIA Elektrokimia merupakan ilmu yang mempelajari hubungan antara perubahan (reaksi) kimia dengan kerja listrik, biasanya melibatkan sel elektrokimia yang menerapkan prinsip reaksi redoks dalam aplikasinya. Teknik Mesin - ITATS Kimia Terapan Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc.

3 RUANG LINGKUP ELEKTROKIMIA Teknik Mesin - ITATS Kimia Terapan Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 3

4 JENIS CELL ELEKTROKIMIA Ada jenis sel elektrokimia: (1) Sel yang melakukan kerja dengan melepaskan energi dari reaksi spontan dan (sel galvanik) () () sel yang melakukan kerja dengan menyerap energi dari sumber listrik untuk menggerakkan reaksi non spontan (sel elektrolisis) Teknik Mesin - ITATS Kimia Terapan Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 4

5 PERBEDAAN SEL VOLTA DAN ELEKTROLISIS Faktor Sel Volta atau Sel Galvani Elektrolisis Arah reaksi Spontan Tidak spontan Perubahan energi Anoda Katoda Energi Kimia Energi Listrik Elektroda Negatif Reaksi Oksidasi Elektroda Positif Reaksi Reduksi Energi Listrik Energi Kimia Elektroda Positif Reaksi Oksidasi Aplikasi Baterai Fuel cell Contoh reaksi A (-) : Zn Zn + + e - C (+): Cu + + e - Cu Reaksi sel : Zn + Cu + Zn + + Cu Elektroda Negatif Reaksi Reduksi A (+) : H H + + e - C (-) : O + 4H + + 4e - H O Reaksi sel : H + O H O Teknik Mesin - ITATS Kimia Terapan Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 5

6 REDOKS DALAM ELEKTROKIMIA Teknik Mesin - ITATS Kimia Terapan Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 6

7 Potensial standart Reduksi Teknik Mesin - ITATS Kimia Terapan Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 7

8 Potensial sel volta Beberapa kaidah digunakan untuk menyatakan reaksi dalam sebuah sel, yaitu: Elektrode (Anoda);ion-ion dalam larutan ion-ion dlm larutan; elektrode (Katoda) Garis vertikal sejajar menyatakan jembatan garam yang memisahkan kedua elektrode. Contoh Zn;Zn + Cu + ;Cu Sebuah sel yang terbuat dari elektrode platina dimana reaksi keseluruhannya adalah H + Cl HCl: Pt,H ;H + Cl - ;Cl,Pt

9 Reaksi sel dan Voltase sel Reaksi pada suatu elektrode seringkali sebagai suatu setengah reaksi. Reaksi sel adalah jumlah aljabar dari reaksi-reaksi yang terjadi pada elektrode Contoh: Zn;Zn + Cu + ;Cu, setengah reaksi dan reaksi selnya adalah Zn Zn + +e - (oksidasi pada anode) Cu + + e - Cu (reduksi pada katode) Jumlah: Zn + Cu + Zn + + Cu (reaksi sel) Voltage sel merupakan jumlah potensial oksidasi dan potensial reduksi o sel = o oks + o red = o Zn,Zn + + o Cu +,Cu = V = 1.10 V

10 APLIKASI SEL VOLTA VURI AYU SETYOWATI, S.T., M.Sc TEKNIK MESIN - ITATS

11 APLIKASI SEL VOLTA SOLAR CELL Teknik Mesin - ITATS Kimia Terapan Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 11

12 APLIKASI SEL VOLTA FUEL CELL Teknik Mesin - ITATS Kimia Terapan Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 1

13 APLIKASI SEL VOLTA BATERAI Teknik Mesin - ITATS Kimia Terapan Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 13

14 APLIKASI SEL VOLTA SUPERCAPASITOR Reaksi Oksidasi : W +5 OOOH W +6 O 3 + H + + e -1 Reaksi Reduksi : W +6 O 3 + H + + e -1 W +5 OOOH (discharging) (charging) Teknik Mesin - ITATS Kimia Terapan Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 14

15 APLIKASI SEL VOLTA ELECTROPLATING Teknik Mesin - ITATS Kimia Terapan Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 15

16 APLIKASI SEL VOLTA KOROSI GALVANIK Teknik Mesin - ITATS Kimia Terapan Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 16

17 APLIKASI SEL VOLTA ICCP Teknik Mesin - ITATS Kimia Terapan Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 17

18 APLIKASI ELEKTROLISA VURI AYU SETYOWATI, S.T., M.Sc TEKNIK MESIN - ITATS

19 APLIKASI ELEKTROLISA EKSTRAKSI NATRIUM Teknik Mesin - ITATS Kimia Terapan Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 19

20 APLIKASI ELEKTROLISA EKSTRAKSI ALUMINIUM Teknik Mesin - ITATS Kimia Terapan Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 0

21 Pada sel elektrolisis, reaksi kimia akan terjadi jika arus listrik dialirkan melalui larutan elektrolit. Sel elektrolisis memiliki 3 ciri utama, yaitu : PENGERTIAN ELEKTROLISIS 1. Ada larutan elektrolit yang mengandung ion bebas.. Ada elektroda dalam sel elektrolisis. 3. Ada sumber arus listrik dari luar, seperti baterai yang mengalirkan arus listrik searah (DC).

22 SUSUNAN SEL ELEKTROLISIS Prinsip kerja sel elektrolisis berlawanan dengan sel volta. Susunan rangkaian sel elektrolisis juga berlawanan dengan susunan rangkaian sel volta. Pada sel elektrolisis, anode bermuatan positif (+) dan katode bermuatan negatif (-).

23 ATURAN SEL ELEKTROLISIS 1) Kation yang sukar tereduksi pada katoda sel elektrolisis, yaitu logam alkali (IA), logam alkali tanah (IIA), Al dan Mn. ) Elektroda inert adalah elektroda yang sukar bereaksi, yaitu elektroda Pt, Au dan C.

24 REAKSI-REAKSI SEL ELEKTROLISIS - KATODA 1. Jika kation sukar tereduksi, maka H O tereduksi menjadi H H O e OH H. Jika kation tidak sukar tereduksi, maka kation logam tersebut yang tereduksi menjadi logamnya M x xe 3. Ion H + dari asam tereduksi menjadi H 4. Jika elektrolit berupa lelehan/leburan (tidak mengandung air), maka kation apapun tetap tereduksi menjadi logamnya. M H e H M x xe M

25 REAKSI-REAKSI SEL ELEKTROLISIS - ANODA Jika elektroda tidak inert, maka yang teroksidasi adalah anoda M Jika elektroda inert maka, x 1. Ion OH - dari basa teroksidasi menjadi O. Ion halida teroksidasi menjadi gas halogen 3. Jika ion sisa asam yang mengandung O atau F, maka air teroksidasi menjadi O M xe 4OH O H O 4 X X H O O H 4 4 e e e

26 CONTOH Tuliskan reaksi elektrolisis dari larutan CuSO 4 menggunakan elektroda grafit (karbon)! Berarti Cu + mengalami reduksi dan air mengalami oksidasi. Samakan koefisien elektron ) : ( 4 ) : ( : SO H Cu O O H CuSO e H O O H A Cu e Cu K SO Cu CuSO E

27 HUKUM-HUKUM FARADAY Hukum-hukum Faraday menjelaskan tentang hukum kelistrikan yang berkaitan dengan sel elektrolisis Hukum Faraday I : Massa zat yang dihasilkan (G) berbanding lurus dengan arus listrik yang melalui elektrolisis Hukum Faraday II : Massa zat yang dihasilkan (G) pada elektrolisis sebanding dengan massa ekuivalen zat (ME) tersebut.

28 CONTOH Lelehan Al O 3 dielektrolisis dengan dialiri arus sebesar 100 A. Berapakah massa alumunium yang diperoleh jika elektrolisis terjadi selama 00 detik? (Ar Al = 7). E : K( ) : Al A( ) : O Nilai biloks atau valensi dihitung dalam jumlah 1 mol. Satu mol Al dihasilkan oleh katoda, dengan valensi 3 elektron. Maka massa alumunium yang dihasilkan Al O 3 3 Al 3e 3 O O Al 4e 100x00x G 1, 865gr 96.00x

29 STOKIOMETRI REAKSI ELEKTROLISIS Stoikiometri reaksi elektrolisis didasarkan pada anggapan bahwa arus listrik adalah aliran elektron, oleh karena itu, jumlah mol elektron dapat dihitung Jumlah mol elektron dapat dihitung : ne ixt

30 CONTOH Pada elektrolisis larutan CuSO4, sel dialiri arus sebesar 77 A selama 100 detik. Hitunglah massa endapan Cu dan volume O yang dihasilkan pada elektrolisis pada keadaan STP! (Ar Cu = 63,5) Massa tembaga yang dihasilkan: 77 x100 x63,5 G 5, 4gr x Jumlah mol elektron pada anoda: Gunakan stokiometri reaksi: no = ¼ x 0,8 = 0, mol VO = 0, x,4 = 4,48 L 77x100 ne 0, 8mol

31 SOAL 1. Larutan ZnSO 4 dielektrolisis menggunakan arus listrik 0,1 A selama 1 jam. a).tuliskan reaksi yang terjadi! b).berapa gram Zn yang diendapkan pada katoda? (Ar Zn = 65). Dalam proses eektrolisa, ZnSO 4 akan dilakukan elektrolisis dengan arus listrik 5 ampere selama 10 menit. Bila Ar Zn = 65, tentukan endapan Zn yang terbentuk di katoda 3. Tulislah reaksi elektrolisis larutan NaOH dengan elektroda Pt 4. Arus listrik sebesar i dialirkan ke dalam suatu sel ion Ag + (Ar = 108) dan dalam waktu tertentu mengendapkan sebanyak 1,08 gram perak katoda. Jika jumlah listrik yang sama dialirkan melalui larutan yang mengandung ion X + (Ar = 40), maka jumlah logam X yang diendapkan pada katoda adalah 5. Jika arus 1 F dialirkan ke dalam tiga larutan, yaitu CuSO 4, AuCl 3 dan AgNO 3, maka tentukan perbandingan massa Cu : Au : Ag sesuai dengan perbandingan massa ekivalennya