APLIKASI REAKSI REDOKS DALAM KEHIDUPAN SEHARI HARI Oleh : Wiwik Suhartiningsih Kelas : X-4

Transkripsi

1 APLIKASI REAKSI REDOKS DALAM KEHIDUPAN SEHARI HARI Oleh : Wiwik Suhartiningsih Kelas : X-4 A. DESKRIPSI Anda tentu pernah mengalami kekecewaan, karena barang yang anda miliki rusak karena berkarat. Sepeda, hiasan, mainan, alat dapur yang awalnya bersih menjadi rusak. Secara ekonomi, sangat besar biaya yang harus dikeluarkan untuk memperbaiki atau bahkan menganti barang-barang yang berkarat. Proses perkaratan pada barang-barang dari logam tersebut merupakan proses elektrokimia, dimana logam-logam tersebut berinteraksi dengan zat-zat kimia yang ada di lingkungannya sehingga terjadi reaksi redoks. Apakah proses elektrokimia selalu merugikan kita? Proses elektrokimia yang tidak terkendalikan akanbanyak merugikan kita. Tetapi perkembangan ilmu telah berhasil mengendalikan proses elektrokimia. Anda tentu pernah menggunakan barang-barang hasil proses elektrokimia. Baterai untuk menyalakan radio, kalkulator, atau jam tanganmu merupakan barang yang menggunakan proses elektrokimia. Contoh lain dari proses elektrokimia adalah pelapisan logam dengan logam lain. Coba amati komponen dari sepeda yang putih mengkilap.komponen tersebut terbuat dari besi yang sudah dilapisi krom. Sekarang sudah banyak barang-barang khususnya perhiasan yang berlapiskan perak atau emas. Sel elektrokimia mempelajari perubahandari reaksi kimia untuk menghasilkan listrik, sedangkan pada sel elektrolisisenergi listrik digunakan untuk melangsungkan terjadinya reaksi kimia. Selainitu juga akan dibahas proses perkaratan atau korosi. B. URAIAN MATERI Pada modul sebelumnya telah mempelajari bahwa dalam sebuah reaksi apabila sebuah unsur melepaskan elekron maka reaksi itu dinamakan reaksi oksidasi. Unsur yang melepaskan elektron itu menjadi lebih positif dan bilangan oksidasinya naik. Reaksi reduksi adalah reaksi dimana sebuah unsur menerima elektron. Unsur tersebut menjadi lebih bermuatan negatif dan bilangan oksidasinya turun atau berkurang. Reaksi reduksi dan oksidasi selalu terjadi bersama-sama, dikenal dengan reaksi redoks. Perhatikan barang-barang yang terbuat dari besi, misalnya pagar, tiang bendera, ember, paku dll. Apakah ada yang mengalami perkaratan?. Proses perkaratan yang sedang anda amatimerupakan salah satu contoh reaksi redoks. Logam besi bereaksi dengan oksigen yang ada di udara membentuk karat besi, reaksinya: Bagaimana mungkin bisa begitu mudahnya? Energi dalam reaksi oksidasireduksi dapat digunakan untuk hal-hal yang bermanfaat. Baterai merupakan alat yang memungkinkan hal ini. Ketika Luigi Galvani menggunakan dua logam berlainan untuk menghasilkan arus listrik yang merangsang syaraf kaki katak, dia tidak tahu bahwa ia telah menemukan baterai. Baterai adalah sel elektrokimia. Baterai yang terbuat dari buah-buahan juga sel elektrokimia. Dalam suatu baterai, dua bagian reaksi redoks dipisahkan dan dipakai untuk memindahkan electron melalui kabel. C. KONSEP APLIKASI REDOKS Sel Volta ( Sel Galvani ) Sel elektrokimia di mana reaksi oksidasi-reduksi spontan terjadi dan menghasilkan beda potensial disebut sel galvani. Dalam sel galvani energy kimia diubah menjadi energi listrik. Sel galvani juga sering disebut Sel Volta. Contoh sel galvani adalah baterai.

2 Terkadang perubahan kimia yang terjadi dalam sel galvani dapat dilihat dengan mudah, seperti sel galvani magnesium-tembaga yang ditunjukkan Gambar 1. Karena magnesium lebih mudah teroksidasi daripada tembaga, magnesium melepaskan elektron dan teroksidasi, membentuk ion Mg2+. Potensial anoda magnesium menjadi lebih negatif karena meningkatnya tekanan listrik dari elektron yang lepas. Pada saat yang sama, ion Cu2+ menangkap elektron dari elektroda tembaga dan direduksi ke logam tembaga. Potensial elektroda tembaga menjadi lebih positif karena tekanan listrik turun pada saat elektron dipindahkan dari katoda. Jika kabel dihubungkan pada kedua elektroda, arus mengalir dari elektroda magnesium ke elektroda tembaga, dan voltmeter pada rangkaian luar akan menunjukkan voltase 2,696 V. Energi yang dilepaskan sel dapat digunakan untuk menyalakan radio dengan menghubungkan kabel dari elektroda ke radio. Reaksi keseluruhan sel tembagamagnesium ini adalah reaksi redoks. Mg(s) + Cu 2+( aq) Mg 2+( aq) + Cu(s) Apakah fungsi jembatan garam? Ketika setengah reaksi berlanjut, ion- ion magnesium dilepaskan ke larutan pada anoda, dan ion-ion tembaga pindah ke katoda. Ion-ion harus bisa bergerak bebas antara kedua elektroda untuk menetralkan muatan positif (kation Mg 2+ ) yang dihasilkan pada anoda dan muatan negatif (anion) yang tertinggal pada katoda. Larutan ion-ion dalam jembatan garam dapat menetralkan muatan positif dan negatif dalam larutan dan mencegah timbulnya kelebihan muatan pada elektroda. Reaksi redoks yang sama terjadi jika logam magnesium diletakkan langsung dalam larutan tembaga sulfat, dengan reaksi yaitu: Mg + Cu 2+ Mg 2+ + Cu. Akan tetapi, ini bukan sel galvani karena elektron tidak mengalir melalui rangkaian luar. Elektron bergerak langsung dari logam magnesium ke ion-ion tembaga, membentuk logam tembaga. Ini adalah cara membuatlogam tembaga dari ion-ion tembaga, tapi tidak untuk membangkitkan tenaga listrik. D.SEL VOLTA DALAM KEHIDUPAN SEHARI - HARI Meskipun sel galvani dari magnesium dan tembaga dapat bermanfaat, anda tidak akan mau membawanya bila berkemah. Larutannya basah,gelasnya mudah pecah, dan kapasitasnya terbatas. Untungnya para ilmuwantelah mengembangkan baterai yang lebih baik, lebih kecil, lebih ringan, yang mempunyai voltase lebih tinggi dan awet.bagaimana baterai dirancang? Semakin jauh dua logam semakin besar voltase baterai yang dihasilkan. Jika anda ingin membuat baterai bervoltase tinggi untuk radiomu, anda harus memilih logam yang berjauhan dalam tabel tersebut. Uang logam tembaga dengan paku besi menghasilkan voltase lebih tinggi daripada uang logam dengan nikel karena tembaga lebih jauh dari besi dan dari nikel. Meskipun istilah baterai biasanya mengacu pada sel-sel galvani yang dihubungkan bersama, beberapa baterai hanya mempunyai satu sel. Baterai lain mungkin mempunyai selusin atau lebih. Ketika anda menggunakan baterai untuk menyalakan senter, radio atau CD-player, anda melengkapi rangkaian listrik sel galvani tersebut. Untuk mendapatkan voltase lebih tinggi dari sel dengan beda potensial yang relatif kecil dapat dilakukan dengan menghubungkan sel-sel secara seri.

3 1. BATERAI KARBON-SENG Kalau anda memasukkan dua atau lebih baterai dalam senter, artinya anda menghubungkannya secara seri. Baterai harus diletakkan secara benar sehingga memungkinkan elektron mengalir melalui kedua sel. Baterai yang relatif murah ini adalah sel galvani karbon-seng, dan terdapat beberapa jenis, termasuk standard dan alkaline. Jenis ini sering juga disebut sel kering karena tidak terdapat larutan elektrolit, yang menggantikannya adalah pasta semi padat. Pasta mangan(iv) oksida (MnO2) berfungsi sebagai katoda. Amonium klorida (NH4Cl) dan seng klorida (ZnCl2) berfungsi sebagai elektrolit. Seng pada lapisan luar berfungsi sebagai anoda. Reaksi yang terjadi : anoda : Zn Zn e - katoda : 2MnO 2 + H 2 O + 2e - Mn 2 O 3 + 2OH - Dengan menambahkan kedua setengah reaksi akan membentuk reaksi redoks utama yang terjadi dalam sel kering karbon-seng. Zn + 2MnO 2 + H 2 O Zn2 + + Mn 2 O 3 + 2OH - Baterai ini menghasilkan potensial sel sebesar 1,5 volt. baterai ini bias digunakan untuk menyalakan peralatan seperti senter, radio, CD player, mainan, jam dan sebagainya. 2. BATERAI ALKALI Baterai alkali hampir sama dengan bateri karbon-seng. Anoda dan katodanya sama dengan baterai karbon-seng, seng sebagai anoda dan MnO2 sebagai katoda. Perbedaannya terletak pada jenis elektrolit yang digunakan. Elektrolit pada baterai alkali adalah KOH atau NaOH. Reaksi yang terjadi adalah: anoda: Zn + 2 OH - ZnO + H2O + 2e katoda: 2MnO 2 + H 2 O + 2e - Mn 2 O 3 + 2OH - Potensial sel yang dihasilkan baterai alkali 1,54 volt. Arus dan tegangan pada baterai alkali lebih stabil dibanding baterai karbon-seng. 3. BATERAI NIKEL KADMIUM Baterai nikel-kadmium merupakan jenis baterai yang dapat diisi ulang seperti aki, baterai HP, dll. Anoda yang digunakan adalah kadmium, katodanya adalah nikel dan elektrolitnya adalah KOH. Reaksi yang terjadi: anoda : Cd + 2 OH - Cd(OH) 2 + 2e katoda : NiO(OH) + H 2 O Ni(OH) 2 + OH - Potensial sel yang dihasilkan sebesar 1,4 volt.

4 4. BATERAI PERAK OKSIDA Bentuk baterai ini kecil seperti kancing baju biasa digunakan untuk baterai arloji, kalkulator, dan alat elektronik lainnya. Anoda yang digunakan adalah seng, katodanya adalah perak oksida dan elektrolitnya adalah KOH. Reaksi yang terjadi: anoda : Zn Zn e - katoda : Ag 2 O + H2O + 2e 2Ag + 2 OH - Potensial sel yang dihasilkan sebesar 1,5 volt. 5. AKI Jenis baterai yang sering digunakan pada mobil adalah baterai 12 volt timbal-asam yang biasa dinamakan Aki. Baterai ini memiliki enam sel 2 volt yang dihubungkan seri. Meskipun lebih besar daripada baterai karbon-seng dan relatif berat, baterai jenis ini tahan lama, menghasilkan arus yang lebih besar, dan dapat diisi ulang. Ketika anda menyalakan mesin, baterai ini yang menyediakan listrik untuk menyalakan mobil. Baterai ini juga menyediakan energi untuk kebutuhan yang tidak dapat dipenuhi oleh alternator mobil, seperti menghidupkan radio atau menyalakan lampu jika mesin mati. Menghidupkan lampu atau radio terlalu lama pada saat mesin mati akan menghabiskan baterai karena mesinlah yang mengisi ulang baterai pada saat mobil berjalan. Setiap sel galvani dalam baterai timbal-asam mempunyai dua elektroda-satu terbuat dari lempeng timbal (IV) oksida (PbO2) dan yang lain logam timbal, seperti dalam Gambar 6. Dalam tiap sel logam timbal dioksidasi sedangkan timbal(iv) oksida direduksi. Logam timbal dioksidasi menjadi ion Pb 2+ dan melepaskan dua elektron di anoda. Pb dalam timbal (IV) oksida mendapatkan dua elektron dan membentuk ion Pb 2+ di katoda. Ion Pb 2+ bercampur dengan ion SO4 2- dari asam sulfat membentuk timbal (II) sulfat pada tiap-tiap elektroda. Jadi reaksi yang terjadi ketika baterai timbal-asam digunakan menghasilkan timbal sulfat pada kedua elektroda. PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 2PbSO 4 + 2H 2 O Reaksi yang terjadi selama penggunaan baterai timbal-asam bersifat spontan dan tidak memerlukan input energi. Reaksi sebaliknya, mengisi ulang baterai, tidak spontan karena membutuhkan input listrik dari mobil. Arus masuk ke baterai dan menyediakan energi bagi reaksi di mana timbal sulfat dan air diubah menjadi timbal(iv) oksida, logam timbal dan asam sulfat. 2PbSO 4 + 2H 2 O PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 Asam sulfat bersifat korosif. Anda harus berhati-hati jika bekerja di sekitar baterai mobil, dan buanglah secara benar jika sudah benar-benar habis. Baterai ini biasanya dapat digunakan dan diisi ulang berkali-kali.

5 E. KESIMPULAN Sel volta (sel galvani) adalah Sel elektrokimia di mana reaksi oksidasireduksi spontan terjadi dan menghasilkan beda potensial. Dalam sel galvani energi kimia diubah menjadi energi listrik Jumlah energi yang dihasilkan tergantung pada dua sifat sel: a) jumlah bahan yang ada dan b)beda potensial antara elektrodaelektrodanya. Unsur-unsur dalam deret volta, semakin kekanan semakin mudah direduksi. Potensial standart adalah potensial ketika suatu elektroda dihubungkan dengan elektroda hidrogen. Elektroda hidrogen merupakan elektroda standart yang mempunyai potensial 0 volt. E 0 sel dinyatakan sebagai potensial standar elektroda reduksi dikurangi potensial standar elektroda oksidasi. E 0 sel = E 0 reduksi E 0 oksidasi Jika E 0 sel bernilai positif maka reaksi sel yang terjadi merupakan reaksi spontan. Sel volta dalam kehidupan sehari-hari: baterai karbon-seng, baterai alkali, baterai nikel cadmium, aki.