Sel Elektrolisis (pengaruh suhu terhadap H, S, G)
LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA KIMIA FISIK II SEL ELEKTROLISIS (PENGARUH SUHU TERHADAP ∆ G , ∆H , ∆ S ) SELASA, 6 MEI 2014
DISUSUN OLEH: Fikri Sholiha 1112016200028 KELOMPOK 4 1. Fika Rakhmalinda 2. Naryanto
1112016200005 1112016200018
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA JURUSAN PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKLTAS ILMU TARBIYAH DAN KEGURUAN UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2014
LAPORAN PRAKTIKUM/6 Mei 2014
Page 1
Sel Elektrolisis (pengaruh suhu terhadap H, S, G)
A. ABSTRAK Sel elektrolisis merupakan sel elektrokimia yang membutuhkan energi listrik dari luar untuk menimbulkan suatu reaksi kimia (Fitria, 2013:13). Meskipun pada percobaan ini membutuhkan energi listrik untuk reaksi, nilai G energy Gibbs yang dihasilkan lebih besar dari nol sehingga reaksi ini dapat dikatakan berlangsung spontan. Jika ∆G < 0 : proses berlangsung secara spontan. Kenaikan suhu mempengaruhi kenaikan entropinya. Namun, suhu yang tidak konstan pada percobaan ini menyebabkan nilai entropi menyimpang (turun) meskipun pada suhu tinggi. Sel elektrolisis pada percobaan ini bertujuan untuk mengamati pengaruh suhu pada nilai G, S, dan H suatu sistem. Nilai entropi, entalpi, dan energy babas gibbs dipengaruhi oleh perubahan suhu. Umumnya pada percobaan sel elektrolisis terjadi pelepasan dan penerimaan electron pada daerah anoda dan katoda. Reaksi yang terjadi pada sel elektrolisis menimbulkan perubahan, yakni terbentuknya endapan pada elektroda Cu (daerah katoda), dan terbentuk gas oksigen pada elektroda C (daerah anoda).
B.
PENDAHULUAN Sel elektrolisis merupakan sel elektrokimia yang membutuhkan energi listrik dari luar untuk menimbulkan
suatu reaksi kimia (Fitria, 2013:13). Potensial sel total merupakan penjumlahan potensial setengah sel reduksi dan setengah sel oksidasi. E°sel = E°oks + E°red Semakin besar potensial sel, maka kemungkinannya dapat terjadi reaksi akan semakin besar. Tanda potensial sel menunjukkan ke arah mana reaksi yang paling mungkin. Arah reaksi yang mungkin adalah menghasilkan harga positif dari potensial sel. Kemungkinan tersebut berhubungan dengan spontanitas reaksi (Fitria, 2013:25). Dalam termodinamika, perubahan energi bebas Gibbs (∆ G ) merupakan parameter yang menunjukkan kerja maksimum yang bisa diperoleh dari suatu sistem.
∆ G = − n.F .E (Fitria,2013:27).
LAPORAN PRAKTIKUM/6 Mei 2014
Page 2
Sel Elektrolisis (pengaruh suhu terhadap H, S, G) Energi dalam dan entalpi suatu gas ideal hanya tergantung pada suhu, tidak pada tekanan atau volume. Pada pencampuran gas ideal pada suhu tetap, karena tidak ada gaya intermolekul, maka ∆E = ∆H = 0 . Tetapi, ada satu ciri dari sistem yang berubah banyak dengan pencampuran ini: yaitu rusaknya derajat keteraturan. Sifat termodinamika yang berhubungan dengan derajat ketidakteraturan suatu system dinamakan entropi dan dilambangkan dengan S. Pada umumnya entropi yang meningkat menyertai proses-proses yang •
cairan murni atau larutan cairnya terbentuk dari padatan
•
membentuk gas, baik dari padatan atau cairan
•
banyaknya molekul gas meningkat selama reaksi kimia
•
suhu zatnya meningkat. (peningkatan suhu berarti meningkatnya gerakan molekul, baik gerakan getaran atom atau ion dalam padatan, atau gerakan translasi dari molekul dalam cairan atau gas) (Petrucci, 1987:231-233). Energi bebas Gibbs untuk suatu system didefinisikan sebagai
G = H − T .S Dalam memperhitungkan H dan S secara terpisah, dapat kita simpulkan bahwa penurunan H (∆Hnegatif ) dan peningkatan dalam S (∆Spositif ) , keduanya cenderung mengakibatkan perubahan spontan. Pada suhu redah, perubahan entalpi (∆H ) lebih nyata dalam penentuan tanda ∆ G , sedangkan pada suhu tinggi ∆S lebih berperan. (Petrucci, 1987:235-236).
(dA)T ,V
≤0
(4.71)
(dG )T ,P ≤ 0
(4.76)
Jika kita ingin menentukan spontan atau tidaknya suatu proses berdasarkan variable sistem maka dapat digunakan persamaan (4.71) untuk proses pada T, V tetap atau persamaan (4.76) pada T, P tetap. Menurut persamaan yang terakhir ini, arah proses dapat ditentukan, yakni: 1. Jika ∆G < 0 : proses berlangsung secara spontan 2. Jika ∆G = 0 : proses berada dalam kesetimbangan 3. Jika ∆G > 0 : proses berlangsung tidak spontan (Ijang, dan Sri: 114, 115, 118). Hal penting tentang hokum termodinamika ialah bahwa hokum ini memungkinkan entropi mutlak suatu zat. Dimulai dengan mengetahui bahwa entropi suatu zat Kristal murni adalah nol pada 0 K. kita dapat mengukur peningkatan entropi zat bila dipanaskan, katakanlah pada 298 K. perubahan entropi,
LAPORAN PRAKTIKUM/6 Mei 2014
∆S , diberikan oleh
Page 3
Sel Elektrolisis (pengaruh suhu terhadap H, S, G)
∆S = S f − Si =Sf Karena Si adalah nol. Entropi zat pada 298 K, dengan demikian, adalah ∆S atau Sf yang disebut entropi mutlak karena merupakan nilai sejati (true) dan bukan nilai yang diturunkan dengan menggunakan acuan sembarang. Gambar 18.5 menunjukkan perubahan (peningkatan) energy suatu zat terhadap suhu. Pada nol mutlak, nilai entropi zat adalah nol (dengan asumsi zat Kristal sempurna). Sewaktu dipanaskan, entropi meningkat secara bertahap karena gerakan molekul semakin besar.
Gambar 18.5
(Raymond, 2005: 174-175).
C. MATERIAL DAN METODE MATERIAL Alat
Bahan
Power Supply
Kabel
Gelas Kimia 100 ml
Amplas
Termometer
Larutan CuSO4
LAPORAN PRAKTIKUM/6 Mei 2014
Page 4
Sel Elektrolisis (pengaruh suhu terhadap H, S, G) Statif dan Klem
Elektroda C
Kaki tiga dan kasa
Elektroda Cu
Pembakar spirtus
Akuades
Korek Stopwatch Multimeter Neraca ohauss
METODE
No.
Metode
1 2
Bersihkan masing-masing elektroda dengan mengamplas dan mencelupkannya atau membilasnya dengan aquades, kemudian keringkan, dan timbang Masukkan larutaan CuSO4 sebanyak 50 ml ke dalam gelas kimia 100 ml
3
Rangkai alat percobaan dengan rangkaian elektrolisis dan atur power supply pada tegangan 3 volt
4
Pasang elektroda Cu pada katoda dan C pada anoda dan masukkan ke dalam larutan CuSO4
5 6
Panaskan larutan CuSO4 sampai suhu 30°C serta melakukan elektrolisis selama 2 menit dan menjaga suhu tetap konstan pada 30°C selama elektrolisis berlangsung serta mengamati perubahannya Catat arus dan tegangan listrik pada elektrolisis suhu 30°C
7
Matikan power supply, timbang elektroda Cu
8
Lakukan langkah diatas dengan suhu larutan 50°C, dan 70°C
D. HASIL DAN DISKUSI
No.
Suhu (°C)
Tegangan (V)
Arus Listrik (A)
Waktu (Sekon)
1 2 3
30 50 72
3,39 3,46 3,37
0,01 0,02 0,02
120 120 120
LAPORAN PRAKTIKUM/6 Mei 2014
Massa Elektroda Cu (Gram) Sebelum setelah Elektrolisis elektrolisis 1,17
1,25
1,17
1,35
1,17
1,37
Page 5
Sel Elektrolisis (pengaruh suhu terhadap H, S, G)
PERSAMAAN CuSO4 → Cu 2+ + SO42− 2+
+ 2 e − → Cu
Katoda
:
Cu
Anoda
:
2 H 2O → 4 H + + 4e − + O2 2Cu + 2 H 2O → 4 H + + O2 + 2Cu
Pada katoda terjadi reaksi reduksi dari tembaga (II) menghasilkan tembaga. Ion sulfat tidak bereaksi pada anoda, hal ini karena pada anoda terjadi reaksi air menghasilkan gas oksigen serta melepaskan 4 e-.
PERHITUNGAN Diketahui: E° Cu2+ = +0,3419 V E° H2O = +0,076 V •
Cu 2+ + 2e − → Cu
2 H 2O → 4 H + + 4e − + O2
E°sel = E°oks + E°red = 0,076 + 0,3419 = 0,4719 V
•
∆G = − n.F .E = −2.(96500).0,4719 = -91076,7 joule = -91,0767 Kj
1. Pengaruh pada suhu 30°C G, S, H •
∂G −S = ∂T p
∆G ∆S = − T p
(Ijang, dan Sri:117).
LAPORAN PRAKTIKUM/6 Mei 2014
Page 6
Sel Elektrolisis (pengaruh suhu terhadap H, S, G)
− 91,0767 = − = 0,30058 Kj/K 303
•
∆G = ∆H − T .∆S ∆H = ∆G + T .∆S
= (− 91,0767 ) + 303.(0,30058) = -9,6 . 10-4 Kj
2. Pengaruh suhu 50°C terhadap G, S, H •
∆G ∆S = − T p − 91,0767 = − = 0,28197 Kj/K 323
•
∆G = ∆H − T .∆S ∆H = ∆G + T .∆S
= (− 91,0767 ) + 323.(0,28197 ) = -3,9 . 10-4 Kj
3. Pengaruh G, S, H pada suhu 72°C •
∆G ∆S = − T p − 91,0767 = − = 0,26399 Kj/K 345
•
∆G = ∆H − T .∆S
LAPORAN PRAKTIKUM/6 Mei 2014
Page 7
Sel Elektrolisis (pengaruh suhu terhadap H, S, G)
∆H = ∆G + T .∆S
= (− 91,0767 ) + 345.(0,26399) = -1,5 . 10-4 Kj
PEMBAHASAN Pada percobaan sel elektrolisis, elektroda Cu pada kutub katoda mengalami reduksi, sehingga menerima elektron yang dikirim dari daerah anoda (tempat elektroda C berada), sedangkan pada kutub anoda, terdapat elektroda C/elektroda inert; elektroda ini mengalami reaksi oksidasi, sehingga melepaskan elektron-elektron yang dimilikinya dan mengirimkannya ke daerah katoda pada reaksi sel elektrolisis ini. tembaga lebih mudah mengalami reduksi karena memiliki potensial reduksi yang lebih besar, sedangkan pada anoda elektroda C tidak bereaksi; pada kutub anoda ini air mengalami reaksi menjadi asam dan gas oksigen, serta melepas 4 e-. air memiliki potensial oksidasi yang lebih besar dari tembaga sehingga lebih medah mengalami oksidasi. mumnya pada reaksi sel elektrolisis, terbentuk endapan akibat banyaknya elektron yang di terima oleh elektroda pada kutub katoda, sama halnya dengan elektroda Cu (kutub katoda) pada percobaan ini, elektrodanya mengalami pengendapan. Sedangkan pada anoda (elektroda C), terdapat gelembung-gelembung yang menunjukkan adanya gas O2 yang timbul seiring dengan reaksi yang terjadi. Pada reaksi sel elektrolisis ini digunakan pengaruh suhu yang berdampak pada nilai energi Gibbs G, entropi S, serta entalpi H suatu reaksi. Akibatnya terjadi penurunan entalpi dan kenaikan entropi (ketidakteraturan semakin tinggi).
Pada percobaan ini, suhu sebesar 30°C, mempengaruhi nilai entropi, yakni sebanyak 0,30058 KJ/K, sedangkan nilai entalpinya, -9,6 . 10-4 KJ. Suhu sebesar 50°C, mempengaruhi nilai entropi, yakni 0,28197 KJ/K, sedangkan nilai entalpinya, -3,9 . 10-4. Suhu sebesar 72°C, mempengaruhi nilai entropi, yakni sebanyak 0,2399 KJ/K, sedangkan nilai entalpinya, -1,5 . 10-4. Hal ini menunjukkan bahwa, suhu mempengaruhi kenaikan dan penurunan entropi maupun entalpi. Entropi S mengalami kenaikan dengan semakin meningkatnya suhu T (Mirza, 2010). Berdasarkan perhitungan nilai entropi hasil percobaan diatas, terjadi penurunan nilai entropi meskipun diiringi kenaikan temperatur. Hal ini dapat disebabkan pada saat percobaan, suhu yang ditetapkan tidak konstan atau mengalami penurunan suhu dari suhu yang ditetapkan.
Pada
percobaan ini, nilai energi bebas gibbs, G, yakni -91,0767 KJ. Hal ini menunjukkan bahwa reaksi berlangsung secara spontan ∆G < 0 .
LAPORAN PRAKTIKUM/6 Mei 2014
Page 8
Sel Elektrolisis (pengaruh suhu terhadap H, S, G)
E. KESIMPULAN Berdasarkan percobaan kesetimbangan fasa dapat disimpulkan bahwa: 1. Suhu akan mempengaruhi nilai suatu energi gibbs, entropi, dan entalpi dari suatu sistem 2. Pada percobaan ini, kenaikan suhu tidak diiringi dengan kenaikan entropi akibat suhu tidak konstan 3. Energi potensial didapatkan dari penjumlahan potensial reduksi dengan potensial oksidasinya 4. Terjadi pelepasan dan penerimaan elektron pada anoda dan katoda 5. Perubahan reaksi ditunjukkan dengan terbentuknya endapan, dan gelembung gas
F. REFERENSI Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar: Konsep-Konsep Inti, Jilid 2, Edisi ke-tiga. Jakarta: Erlangga. Petrucci. 1987. Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern, Edisi Ke empat-jilid 2, terj. Suminar. Jakarta: Erlangga. Rahmawati, Fitria. 2013. Elektrokimia Tranformasi Energi Kimia-Listrik, Edisi Pertama.Yogyakarta: Graha Ilmu. Rohman, Ijang, dan Sri Mulyani. Common Textbook (Edisi Revisi), Kimia Fisika I. Bandung: Upi Press.
LAPORAN PRAKTIKUM/6 Mei 2014
Page 9
