9/30/2015
ELEKTROKIMIA Elektrokimia ?
ELEKTROKIMIA Elektrokimia ?
ELEKTROKIMIA Hukum Faraday 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 = 6.022 x 1023 e1 Faraday = 1 mol e1 mol e- = 96.485 coulombs 1 ampere = 1 coulombs/second
9/30/2015
ELEKTROKIMIA
ELEKTROKIMIA
Hukum Faraday
Hukum Faraday
Hukum Faraday : Relasi muatan dan arus listrik :
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 ∆Go = -nFEo J.
Q=Ixt Q = muatan I = arus t = waktu (detik)
Q = nF Q = muatan n = # mol elektron F = tetapan Faraday (96500 C/mol)
ELEKTROKIMIA
ELEKTROKIMIA
Hukum Faraday
Teori Nernst
Hukum Faraday : Latihan : Untuk setengah reaksi katoda Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) , 2 mol elektron dapat ditransfer untuk setiam mol Cu. Hitung muatan yang dihasilkan?
Perhitungan energi dan potensial yang dibahas sebelumnya merupakan perhitungan pada kondisi standard. Bagaimana jika perhitungan dilakukan pada nilai konsentrasi/kekentalan bukan 1 mol Nernst memperkenalkan formula
∆G = ∆Go + RT ln Ǫ Q = nxF = 2 x 96500 = 193000 = 1.93 x 105 C Jika diketahui waktu reaksi adalah 10 jam maka : Q = Ixt => I = Q/t = 193000/(10x3600) = 5.36 A Jika diketahui arus 10 A maka t = Q/I = 193000/10 = 19300 = 321.67 menit = 5.36 jam
dimana
R = tetapan gas (8.3145 J/K) T = temperatur mutlak (K) Ǫ = koefisien persamaan kimia
9/30/2015
ELEKTROKIMIA
ELEKTROKIMIA
Teori Nernst
Teori Nernst
Dengan menggabungkan formula
Aplikasi teori Nernst pada kondisi non standard Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu Pada kondisi standard, potensial cell dapat dihitung Cu2+ + 2e- Cu +0.34 V Zn Zn2+ Zn -(-0.76 V) Total potensial Eo = +1.10 V Bagaimana jika kondisi tidak standard, misalkan Cu2+ hanya sebanyak 0.1 M dan Zn = 1 M
∆G = -nFE dan ∆G = ∆Go + RT ln Ǫ didapatkan :
-nFE = -nFEo + RT ln Ǫ E=Eo -
ln Ǫ
ELEKTROKIMIA
ELEKTROKIMIA
Teori Nernst
Teori Nernst
Pada kondisi standard (T=298K / 25oC)
Aplikasi teori Nernst pada kondisi non standard Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu Pada kondisi non standard tersebut, potensial cell dapat dihitung
E = Eo E = Eo Aa + Bb Cc + Dd Ǫ=
| | | | | | | |
.
∗ ∗ .
ln Ǫ log Ǫ
E = Eo -
ln Ǫ
Jika terjadi pada kondisi ruang (T=25oC/ 298 K) E = Eo = 1.10 -
.
log Ǫ .
= 1.0704 V
log
.
9/30/2015
ELEKTROKIMIA
ELEKTROKIMIA
Teori Nernst
Kesetimbangan Reaksi Redoks
Aplikasi teori Nernst pada kondisi non standard Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu Bagaimana jika konsentrasi Cu2+ 0.01 M dan Zn 1 M
Metode setengah reaksi
E = Eo -
ln Ǫ
Jika terjadi pada kondisi ruang E = Eo = 1.10 -
.
(T=25oC/
298 K)
log Ǫ .
log
Cu + Ag+ Cu2+ + Ag Setengah reaksi Cu Cu2+ + 2e2Ag+ + 2e- 2Ag Reaksi total :
melepas 2 emenangkap 1 e- , disetarakan dengan dikalikan 2
Cu + 2Ag+ Cu2+ + 2Ag .
= 1.0409 V
ELEKTROKIMIA
ELEKTROKIMIA
Kesetimbangan Reaksi Redoks
Kesetimbangan Reaksi Redoks
Metode setengah reaksi Metode bilangan oksidasi
Metode bilangan oksidasi Cu + Ag+ Cu2+ + Ag +2
-1
1x Cu + 2x Ag+ 1x Cu2+ + 2x Ag Reaksi total Cu + 2Ag+ Cu2+ + 2Ag
9/30/2015
ELEKTROKIMIA
ELEKTROKIMIA
Sel Galvanis/Sel Elektrokimia
Elektrolisis
Menghasilkan arus listrik, mengubah energi kimia menjadi energi listrik sel elektrokimia/galvanis :
Terdiri dari dua buah elektroda (anoda – katoda) dan larutan elektrolit Adanya jembatan garam menjadi penyeimbang reaksi Reaksi berlangsung secara spontan (∆G = (-)) Terjadi reaksi ketika anoda dan katoda dihubungkan dengan bahan konduktor (kabel) Aliran elektron terjadi dari anoda menuju katoda (kebalikan dengan arah arus) Potensial bisa dihitung dengan tabel potensial standard jika kondisi saat terjadi reaksi pada kondisi standard
Memerlukan arus listrik, mengubah energi listrik energi kimia Kebalikan dari sel galvanis, elektrolisis : Reaksi berlangsung secara tidak spontan (∆G = (+)) Terjadi penguraian larutan elektrolit Arus listrik yang digunakan adalah arus listrik searah Aplikasi Elektrolisis : Pemurnian logam Electroplating/Penyepuhan Rechargeable Batteries Rekayasa material (cont. Perhiasan, bahan Isolator dan Semikonduktor)
ELEKTROKIMIA Sel Galvanis/Sel Elektrokimia
Contoh Sel Galvanis : Yang memakai jembatan garam (salt bridge) Sel Daniel Tanpa jembatan garam Sel Accu (sel basah) Sel Kering (leclanche)
Sel Bahan Bakar Reaktor Hidrogen
ELEKTROKIMIA Elektrolisis
9/30/2015
ELEKTROKIMIA
ELEKTROKIMIA
Elektrolisis
Elektrolisis
Aplikasi hukum Faraday dalam elektrolisis untuk mengukur tingkat perubahan kimia dalam larutan Hukum Faraday I menyatakan massa zat yang timbul pada elektroda berbanding lurus dengan arus yang melintasi larutan Notasi ini dituliskan : w~Q=Ixt w=exIxt
Latihan : Elektrolisis Larutan AgNO3 selama 1 jam digunakan arus listrik 10 ampere. Hitung massa Ag yang mengendap pada katode (Ar Ag = 108) ?
=
Jawab : Ag+ + e- Ag wAg =
gram
=
= 40.29 gram
ELEKTROKIMIA
ELEKTROKIMIA
Elektrolisis
Korosi
Aplikasi hukum Faraday dalam elektrolisis untuk mengukur tingkat perubahan kimia dalam larutan Hukum Faraday I menyatakan massa zat yang timbul pada elektroda berbanding lurus dengan arus yang melintasi larutan Notasi ini dituliskan : w~Q=Ixt w=exIxt
Korosi dapat didefinisikan sebagai perusakan secara bertahap atau kehancuran atau memburuknya suatu logam yang disebabkan oleh reaksi kimia atau electrochemical dengan lingkungannya. Korosi merupakan faktor penting khususnya dalam suatu pabrik proses kimia. Merupakan bagian dari elektrokimia Dengan pengetahuan elektrokimia juga korosi dapat dikendalikan
=
gram
9/30/2015
ELEKTROKIMIA Korosi
ELEKTROKIMIA Dampak Korosi
Reaksi korosi besi 2Fe 2Fe2+ + 4eanoda 2H2O + O2 + 4e- 4OHkatoda 2Fe2+ + 4OH- 2Fe(OH)2 Reaksi total 2Fe + 2H2O + O2 2Fe(OH)2 (karat/korosi)
ELEKTROKIMIA
ELEKTROKIMIA
Dampak Korosi
Penyebab Korosi
1. 2. 3. 4. 6. 7. 8. 9.
Sebagian besar logam secara alamiah (dalam bijih dan mineral) mempunyai sifat sebagai senyawa seperti oksida, sulfida, sulfat, dan lain-lain, karena senyawa-senyawa tersebut merepresentasikan keadaan stabilnya secara termodinamika. Logam-logam tersebut tersuling dari bijihnya setelah mengeluarkan banyak energi.
Aktifitas pabrik dapat terhenti karena kegagalan (failure). Perlengkapan yang terkena korosi harus diganti. Keamanan bahan-bahan yang terjadi korosi menjadi berkurang Susut efisiensi (loss of efficiency). Kontaminasi atau susut produksi, karena tercemar korosi. Keselamatan/keamanan, misalnya dari produk yang mengandung racun. Kesehatan, dari polusi akibat suatu produk atau peralatan yang terkena korosi. Kebocoran akibat pipa berkarat dan keropos
Karenanya, jika sifat logam yang pada dasarnya berubah (contohnya dengan pencampuran), logam akan cenderung mempunyai sifat untuk kembali pada sifat keadaan stabil secara termodinamika. Akan tetapi, logam-logam yang mempunyai sifat dapat mempertahankan pada keadaan dasarnya (contohnya emas), secara alamiah mempunyai resistansi/ketahanan yang baik terhadap korosi. .
