REDOKS DAN SEL ELEKTROKIMIA Putri Anjarsari, S.Si., M.Pd
[email protected]
PENYETARAN REAKSI REDOKS Dalam menyetarakan reaksi redoks JUMLAH ATOM dan MUATAN harus sama
Metode ½ Reaksi Langkah-langkah: 1. Tuliskan ½ reaksi reduksi / ½ reaksi oksidasi 2. Samakan jumlah atom-atom yang berubah biloksnya. 3. Samakan Jumlah O dan H dengan cara:
a. Suasana Asam * Samakan O dengan menambahkan H2O * Samakan jumlah H dengan Menambah H+
b. Suasana Basa * Samakan O dengan menambah OH- sebanyak 2 x kekurangannya. * Samakan H dengan menambahkan H2O 4. Samakan muatnnya dengan menambahkan elektron ( e- )
Setarakan reaksi : MnO4- +
Fe2+
Mn2+
+7
+2
+2
½ Red,
MnO4-
½ Oks,
Fe2+
+ 8 H+ + 5 e -
½ Red,
MnO4- +
½ Oks,
5 Fe2+
8 H+ + 5 e -
MnO4- + 5 Fe2+ + 8 H+
+
Fe3+ +3
Mn2+
+ 4 H 2O
Fe+3
+ e
x1 x5
Mn2+ + 4 H2O 5 Fe+3 + 5 e Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O
Setarakan reaksi : MnO4- +
Fe2+
MnO2
+7
+2
+4
+
Fe3+ +3
½ Red,
MnO4- + 2 H2O + 3 e -
MnO2
½ Oks,
Fe2+
Fe+3
½ Red,
MnO4- + 2 H2O + 3 e -
½ Oks,
3 Fe2+
MnO4- + 3 Fe2+ + 2 H2O
+ 4 OH+e
x1 x3
MnO2+ + 4 OH3 Fe+3 + 3 e MnO2 + 3 Fe3+ + 4 OH-
Metode Bilangan Oksidasi 1. Tentukan reaksi ½ Reaksi redusi dan ½ Reaksi oksidasi’
2. Samakan atom-atom yang berubah biloksnya. 3. Tentukan perubahan biloksnya.(dikalikan dengan jumlah atomnya) 4. Gunakan perubahan biloksnya sebagai koefisien dengan cara menyilangkan.
5. Setarakan muatanya, dalam suasana basa dengan OH-, dalam asam dengan H+ (sekaligus menyamakan H dan O )
Setarakan reaksi : MnO4- +
Fe2+
Mn2+
+7
+2
+2
+
Fe3+ +3
Biloks turun 5 Biloks naik 1
MnO4- + 5 Fe2+ + 8 H+
Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O
SEL ELEKTROKIMIA SEL VOLTA / GALVANI
MENGHASILKAN LISTRIK
SEL ELEKTROLISA
MEMERLUKAN LISTRIK
Sel Galvani anoda oksidasi
katoda reduksi
Reaksi redoks spontan
19.2
PENULISAN PREAKSI PADA SEL VOLTA Ada 3 cara penulisan 1. Reaksi elektroda : menggambarkan reaksi pada masing-masing elektroda Katoda : Cu2+ + 2 e Anoda : Zn
Cu Zn2+ + 2 e
2. Reaksi Sel: Merupakan penjumlahan dari reaksi elektroda.
Zn + Cu2+
Zn2+ +
Cu
3. Notasi Sel: Menggambarkan perubahan pada ion-ionnya. Zn / Zn2+ // Cu2+/ Cu
Standard Reduction Potentials Standard reduction potential (E0) adalah potensial yang berkaitan dengan reaksi reduksi pada elektroda bila semua zat terlarut berkonsentrasi 1 M dan semua gas pada 1 atm.
Reduction Reaction 2e- + 2H+ (1 M) E0 = 0 V
Standard hydrogen electrode (SHE)
H2 (1 atm)
Potensial Reduksi Standar logam Zn
Zn (s) | Zn2+ (1 M) || H+ (1 M) | H2 (1 atm) | Pt (s) Anode (oxidation):
Zn (s)
Cathode (reduction): 2e- + 2H+ (1 M)
Zn (s) + 2H+ (1 M)
Zn2+ (1 M) + 2eH2 (1 atm)
Zn2+ + H2 (1 atm)
19.3
Standard Reduction Potentials 0 = 0.76 V Ecell
0 ) Standard emf (Ecell 0 0 = E0 Ecell cathode - Eanode
Zn (s) | Zn2+ (1 M) || H+ (1 M) | H2 (1 atm) | Pt (s) 0 = E 0 + - E 0 2+ Ecell H /H2 Zn /Zn 0 2+ 0.76 V = 0 - EZn /Zn 0 2+ EZn /Zn = -0.76 V
Zn2+ (1 M) + 2e-
Zn
E0 = -0.76 V
19.3
Standard Reduction Potentials Cu 0 = 0.34 V Ecell 0
0
o = E Ecell cathode - Eanode 0 2+ 0 Ecell = ECu /Cu – EH +/H 2 0
0
0.34 = ECu2+ /Cu - 0 o
ECu 2+ /Cu = + 0.34 V
Pt (s) | H2 (1 atm) | H+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu (s) Anode (oxidation):
H2 (1 atm)
Cathode (reduction):
2e- + Cu2+ (1 M)
H2 (1 atm) + Cu2+ (1 M)
2H+ (1 M) + 2eCu (s)
Cu (s) + 2H+ (1 M)
Sel Galvani Perbedaan potensial listrik antara katoda dan anoda disebut: • cell voltage (potensial sel) • electromotive force (emf) (gaya gerak listrik • cell potential (potensial sel) Zn (s) + Cu2+ (aq)
Notasi Sel Cu (s) + Zn2+ (aq)
[Cu2+] = 1 M & [Zn2+] = 1 M Zn (s) | Zn2+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu (s)
anoda
katoda 19.2
Berapa E sel yang tersusun atas elektroda Cd dalam 1,0 M Cd(NO3)2 dan elektroda Cr dalam 1,0 M Cr(NO3)3 ? (Data Eo lihat tabel Hal. 57.) Cd2+ (aq) + 2e-
Cd (s) E0 = -0.40 V Cd is the stronger oxidizer
Cr3+ (aq) + 3e-
Cr (s)
Anode (oxidation):
E0 = -0.74 V
Cr3+ (1 M) + 3e- x 2
Cr (s)
Cathode (reduction): 2e- + Cd2+ (1 M) 2Cr (s) + 3Cd2+ (1 M)
Cd will oxidize Cr
Cd (s)
x3
3Cd (s) + 2Cr3+ (1 M)
0 0 = E0 Ecell cathode - Eanode 0 = -0.40 – (-0.74) Ecell 0 = 0.34 V Ecell
19.3
PERSMAAN NERNST Untuk kondisi larutan yang tidak standar (konsentrasi tidak 1 M ) maka Potensial sel ditentukan dengan persamaan Nernst. Esel = Eosel -
0,0592
log K
n EOsel pada keadaan standar (dicari dulu)
n = Jumlah elektron yang terlibat dalam reaksi K = Tetapan kesetimbangan
REAKSI AKAN BERLANGSUNG SPONTAN JIKA MEMILIKI HARGA EOSEL ( + ) REAKSI TIDAK AKAN BERLANGSUNG JIKA MEMILIKI HARGA EOSEL ( - )
Kespontanan reaksi Redoks DG = -nFEcell
DG0
=
0 -nFEcell
n = jumlah elektron yang diserah terimakan J F = 96,500 = 96,500 C/mol V • mol
0 DG0 = -RT ln K = -nFEcell
0 Ecell
(8.314 J/K•mol)(298 K) RT ln K = ln K = nF n (96,500 J/V•mol)
0 Ecell = 0 Ecell
0.0257 V ln K n
0.0592 V log K = n
SEL KOMERSIAL Batteries Dry cell Leclanché cell
Anode: Cathode:
Zn (s) 2NH+4 (aq) + 2MnO2 (s) + 2e-
Zn (s) + 2NH4 (aq) + 2MnO2 (s)
Zn2+ (aq) + 2eMn2O3 (s) + 2NH3 (aq) + H2O (l)
Zn2+ (aq) + 2NH3 (aq) + H2O (l) + Mn2O3 (s)
Batteries
Mercury Battery
Anode: Cathode:
Zn(Hg) + 2OH- (aq) HgO (s) + H2O (l) + 2eZn(Hg) + HgO (s)
ZnO (s) + H2O (l) + 2eHg (l) + 2OH- (aq) ZnO (s) + Hg (l)
Batteries
Solid State Lithium Battery
Batteries
Lead storage battery
Anode: Cathode:
Pb (s) + SO2-4 (aq)
PbSO4 (s) + 2e-
PbO2 (s) + 4H+ (aq) + SO24 (aq) + 2e
Pb (s) + PbO2 (s) + 4H+ (aq) + 2SO42- (aq)
PbSO4 (s) + 2H2O (l)
2PbSO4 (s) + 2H2O (l)
Batteries
A fuel cell is an electrochemical cell that requires a continuous supply of reactants to keep functioning
Anode: Cathode:
2H2 (g) + 4OH- (aq) O2 (g) + 2H2O (l) + 4e2H2 (g) + O2 (g)
4H2O (l) + 4e4OH- (aq) 2H2O (l)
SEL ELEKTROLISIS Kutub +
Kutub Terjadi persaingan untuk mengalami
Terjadi persaingan untuk mengalami
Siapa yang menang ?
Siapa yang menang ? Reduksi.
Oksidasi.
H 2O H 2O SO42SO42-
H 2O H 2O H+
H+
H+
Larutan H2SO4
REAKSI PADA ELEKTRODA Reaksi Pada Katoda ( - ) tergantung pada jenis kationnya (ion positif) * ion logam aktif (Gol I A, II A, Al dan Mn ) tidak direduksi yang direduksi air. 2H2O + 2 e
H2 (g) + 2 OH-
* Kation lain akan direduksi.
Mx+ + x e
M
REAKSI PADA ANODA Dipengaruhi oleh jenis anoda yang digunakan dan jenis
anionnya.
Sisa asam Oksi tidak dioksidasi yang dioksidasi air (SO42- NO3- )
Inert, C, Pt, Au
Anion
2H2O
4H+ + 2 O2 + 4e
Sisa asam lain dan OHdioksidasi
Anoda
2 X-
Anoda tidak inert akan teroksidasi
M
Mx+ + x e
X2 (g) +2e
Tuliskan reaksi yang terjadi di katoda dan anoda pada lektrolisis: a. Larutan KCl elektroda grafit. b. Larutan K2SO4 elektroda grafit. c. Larutan Cu(NO3)2 elektroda Cu d. Lelehan MgCl2 eletroda platina e. Larutan NaOH elektroda grafit
Jawab
A. Katoda (-) Reduksi 2H2O + 2 e --------- H2 + 2OHAnoda (+) Anoda
2 Cl- -------- Cl2 + 2 e
B. Katoda (-) Reduksi 2H2O + 2 e --------- H2 + 2OHAnoda (+) Anoda 2 H2O -------- O2 + 4 H+ 4 e C. Katoda (-) Reduksi Cu2+ + 2 e ------- Cu Anoda (+) Anoda Cu ----------- Cu+2 + 2e D. Katoda (-) Reduksi Mg2+ + 2 e ------- Mg Anoda (+) Anoda 2 Cl- -------- Cl2 + 2 e
HUKUM FARADAY Hukum Faraday I :
Massa zat yang dibebaskan pada elektroda berbanding lurus dengan jumlah listrik ( Q ) yang digunakan. G
≈
Q
Q = i. t
G = i. t Kuat Arus
Hukum Faraday II :
Waktu (detik)
Massa zat yang dibebaskan pada elektroda berbanding lurus dengan massa ekivalen zat itu.
G ≈ ME Ar ME =
Biloks
k=
1 96500 C
G = k . i. t . E G =
i. t . E 96500 C
Hubungan kwantitatif jumlah arus, mol e-, pH dan volum gas F= F=
i. t 96500 C
Mol e- =
C 96500 C
Mol e- =
F = mol e-
i. t 96500 C C 96500 C
Dengan konsep Stoikiometri kita dapat mengubah mol eMol H+ / OHpH Mol e-
Mol Zat
Massa / Volume
Soal: Jika kuat arus sebesar 5 Amper dilewatkan kedalam 1 liter larutan CuSO4 selama 5 menit dengan menggunakan elektroda Pt. Maka tentukanlah : a. Reaksi elektrodanya b. Massa endapan yang terbentuk. Ar Cu 63,5 c. Volume gas yang terbentuk. Diukur pada suhu 27 oC tekanan 1 atm.
d. pH larutan setelah elektrolisis. (volume larutan dianggap idak berubah).
Kerjakan soal-soal latihan yang ada pada buku ! No 45 s/d 50
Menurut Hukum Faraday II.
Massa zat yang dihasilkan dalam elektrolisis berbanding lurus dengan Massa Ekivalen zat. Untuk beberapa sel yang disusun seri berlaku :
G1 : G2 = E1 : E2
ELEKTROLISIS NaCl DENGAN SEL DIAFRAGMA
2 Cl-
Cl2(g) + 2 e-
2 H2O + 2 e-
H2 + 2 OH-
Pada Ruang katoda dihasilkan larutan NaOH yang tercampur dengan NaCl
Purification of Metals Distillation Ni (s) + 4CO (g) NiCO4 (g)
200 0C
70 0C
NiCO4 (g)
Ni (s) + 4CO (g)
Electrolysis Cu (s) (impure) Cu2+ (aq) + 2e-
Cu2+ (aq) + 2eCu (s) (pure)
Zone refining Prinsp : logam yang akan dimurnikan harus dipasang sebagai ANODA Sebagai katoda harus logam murni.
20.2
ELEKTROLISIS NaCl DENGAN SEL MERCURI Anoda
Hg bertindak sebagai katoda
Sebagai hasil sampingan adalah Campuran NaOH dan NaCl. Bagaimana memisahkannya ?
Industrial Electrolysis Processes
Corrosion RUSAKNYA PERMUKAAN LOGAM AKIBAT REAKSI DENGAN UDARA ( O2 dibantu air)
PERLINDUNGAN KATODA / PENGORBANAN ANODA
Prinsip : Logam yang lebih reaktif (Eo kecil) akan lebih dahulu berkarat. Syarat : Logam yang akan digunakan untuk melindungi harus lebih reaktif
Anoda dikorbankan untuk melindungi Katoda
