Kenapa baterai yang dipasang pada jam dinding bisa menggerakan jarum jam? Atau kenapa accumulator bisa membuat sistem listrik di kendaraan berfungsi? Apa yang menjadi penyebab keduanya bisa menghasilkan energi listrik? Pertanyaan ini akan kita jawab dan bahas pada artikel tentang sel volta. Show Pengertian Sel VoltaSel volta merupakan buah pemikiran dari dua orang ilmuwan yaitu Luigi Galvani (1780) dan Alessandro Volta (1800). Keduanya menemukan bahwa arus listrik atau energi listrik dapat terbentuk melalu reaksi atau proses kimia. Reaksi atau proses kimia yang dapat menghasilkan arus listrik tersebut lebih spesifik pada reaksi reduksi dan oksidasi (reaksi redoks). Alat yang dapat menghasilkan listrik dari proses atau reaksi kimia tersebut dinamakan Sel volta. Berdasarkan penjelasan tersebut, maka dalam suatu sel volta terdapat beberapa ciri utama yang membedakannya dengan sel elektrolisis, yaitu: 1. Pada sel volta terjadi pengubahan energi kimia menjadi energi listrik (reaksi kimia yang menghasilkan arus listrik). 2. Elektroda pada sel volta terdiri dari katoda yang bermuatan positif dan anoda yang bermuatan negatif (KPAN). Pada katoda terjadi reaksi reduksi dan pada anoda terjadi reaksi oksidasi. Baca juga: Satuan Konsentrasi Larutan Rangkaian Sel VoltaUntuk memahami rangkaian sel volta, perhatikan gambar berikut: sumber: Buku Kimia Untuk Kelas XII SMA/MA, Puskurbuk, KemdikbudPada gambar rangkaian sel volta tersebut terdapat beberapa komponen yang wajib diketahui dan bisa membedakan dengan dengan rangkaian sel pada elektrolisis. Komponen-komponen tersebut adalah:
Pada gambar tersebut logam Zn mengalami oksidasi (anoda) dan logam Cu mengalami reduksi (katoda). Apa yang mendasari penentuan tersebut? Untuk menemukan jawabannya, mari lanjutkan pembahasan mengenai potensial elektroda. Potensial ElektrodaPotensial elektroda terdiri dari potensial elektroda standar dan potensial sel. Potensial elektroda standar ditentukan dengan cara menghitung potensial reaksi antara suatu elektroda dengan elektroda pembanding yaitu elektroda hidrogen pada suhu 25 oC, konsentrasi ionnya 1 M, dan tekanannya 1 atm. Harga potensial elektroda standar untuk beberapa unsur dapat dilihat pada tabel potensial standar berikut ini: sumber: Buku Kimia Untuk Kelas XII SMA/MA Program IPA, Puskurbuk, KemdikbudHarga potensial standar reduksi pada tabel tersebut dapat dijadikan acuan untuk menentukan reaksi reduksi dan oksidasi pada sel volta. Semakin besar harga potensial standar reduksinya, maka semakin mudah unsur tersebut mengalami reduksi. Sebaliknya semakin kecil harga potensial standarnya, maka semakin mudah unsur mengalami oksidasi. Selain potensial elektroda standar reduksi, ada juga istilah potensial sel. Potensial sel merupakan penjumlahan potensial setengah reaksi oksidasi dan setengah reaksi reduksi. Pada suatu percobaan, harga potensial sel ini dapat ditentukan dengan melihat voltmeter. Namun secara teoritis dapat ditentukan juga melalui persamaan: Esel = E0red – E0oks Untuk memahami penggunaan persamaan tadi, mari kita lihat contoh soal di bawah ini: Berikut ini harga potensial elektroda standar untuk unsur Zn dan Cu. Zn2+ + 2e → Zn E0red = -0,76 Volt Cu2+ + 2e → Cu E0red = +0,34 Volt Tentukan harga potensial sel jika suatu sel volta menggunakan elektroda tersebut! Jawaban: Esel = E0red – E0oks Untuk menentukan reduksi dan oksidasi, perhatikan harga potensial standar pada kedua reaksi tersebut: Zn2+ + 2e → Zn E0red = -0,76 Volt (oksidasi) karena harga E0red lebih kecil daripada E0red Cu Cu2+ + 2e → Cu E0red = +0,34 Volt (reduksi) karena harga E0red lebih besar daripada E0red Zn Maka, potensial selnya adalah: Esel = E0red – E0oks Esel = E0 Cu – E0 Zn Esel = +0,34 – (-0,76) Esel = +1,1 volt Jadi harga potensial sel yang dihasilkan pada sel volta yang menggunakan elektroda Cu dan Zn sebesar +1,1 volt. Untuk menentukan potensial sel juga dapat dilakukan dengan cara persamaan reaksi, adapun caranya:
Berdasarkan hal tersebut, maka persamaan reaksi untuk keduanya adalah: Zn → Zn2+ + 2e E0red = +0,76 Volt Cu2+ + 2e → Cu E0red = +0,34 Volt Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu Esell = +1,1 volt Baca juga: Sifat Koligatif Larutan Notasi SelNotasi sel merupakan notasi yang menggambarkan penyederhanaan dari sebuah proses atau reaksi pada sel volta. Notasi sel ini dituliskan dengan ketentuan: Anoda II katoda Atau secara rinci dituliskan dengan: L (s) I L+ (aq) II M+ (aq) I M (s) Keterangan: L = logam yang mengalami oksidasi M = logam yang mengalami reduksi I = sekat pemisah antara logam dan ion II = jembatan garam yang memisahkan antara reaksi oksidasi dan reduksi Untuk contoh penentuan notasi sel, mari kita gunakan persamaan yang terdapat pada contoh soal sebelumnya. Tuliskan notasi sel untuk sel volta yang menggunakan elektroda berikut: Zn2+ + 2e → Zn E0red = -0,76 Volt Cu2+ + 2e → Cu E0red = +0,34 Volt Jawaban: Berdasarkan nilai potensial elektroda standar, Zn mengalami oksidasi dan Cu mengalami reduksi. Maka notasi sel nya adalah: Zn (s) I Zn2+ (aq) II Cu2+ (aq) I Cu (s) Contoh soal lainnya: Tuliskan notasi sel untuk sel volta yang menggunakan elektroda berikut: Sn2+ + 2e → Sn E0red = -0,25 Volt Ni2+ + 2e → Ni E0red = -0,14 Volt Jawaban: Langkah pertama, berdasarkan nilai potensial standarnya tentukan terlebih dahulu mana yang mengalami oksidasi, mana yang mengalami reduksi. Sn mengalami oksidasi karena nilai potensial elektroda standarnya lebih kecil daripada Ni, maka Ni mengalami reduksi. Selanjutnya tinggal menuliskan notasi sel nya sesuai aturan: L (s) I L+ (aq) II M+ (aq) I M (s) Sn (s) I Sn2+ (aq) II Ni2+ (aq) I Ni (s) Spontanitas ReaksiReaksi pada sel volta terdiri dari reaksi spontan dan reaksi tidak spontan, reaksi spontan merupakan reaksi yang dapat berlangsung pada kondisi standar. Reaksi spontan ini ditandai dengan harga potensial sel nya bernilai positif. Reaksi tidak spontan merupakan reaksi yang tidak dapat berlangsung pada kondisi standar. Reaksi tidak spontan ini ditandai dengan nilai potensial sel yang bernilai negatif. Untuk memprediksi reaksi berlangsung spontan atau tidak bisa menggunakan dua cara, yaitu cara perhitungan sampai menghasilkan potensial sel dan cara menggunakan deret volta. Adapun deret volta yang bisa menjadikan acuan dalam penentuan spontanitas reaksi adalah: sumber: Buku Kimia Untuk SMA/MA Program Ilmu Alam, Puskurbuk KemendikbudContoh soal spontanitas reaksi: Prediksikan reaksi berikut ini apakah berlangsung spontan atau tidak!
Jawaban: 1. Untuk menentukan apakah reaksi Mg (s) + Zn2+ (aq) → Zn (s) + Mg2+ (aq) spontan atau tidak, langkah pertama tentukan dulu spesi mana yang mengalami oksidasi dan reduksi dari reaksi tersebut. Pada reaksi Mg (s) + Zn2+ (aq) → Zn (s) + Mg2+ (aq), Mg mengalami okisdasi (logam menjadi ion), dan Zn mengalami reduksi (ion menjadi logam). Selanjutnya lihat deret volta untuk menentukan posisi Mg dan Zn, pada deret volta Mg berada di sebelah kiri Zn yang berarti Mg lebih mudah mengalami oksidasi dan Zn berada di sebelah kanan yang berarti lebih mudah mengalami reduksi. Berdasarkan penjelasan tersebut terdapat kesesuaian antara reaksi oksidasi dan reduksi sesuai persamaan reaksi: Mg (s) + Zn2+ (aq) → Zn (s) + Mg2+ (aq) dengan deret volta, dengan demikian reaksi tersebut dapat berlangsung pada keadaan standar (reaksi spontan). 2. Pada reaksi Ni2+ (aq) + Cu (s) → Cu2+ (aq) + Ni (s), Ni mengalami reduksi (ion menjadi logam) dan Cu mengalami oksidasi (logam menjadi ion). Selanjutnya lihat deret volta apakah reaksi yang terjadi pada persamaan tersebut sesuai dengan deret volta atau tidak. Pada deret volta, Ni berada disebalah kiri Cu (Ni mudah mengalami oksidasi) dan Cu berada di sebalah kanan Ni (Cu mudah mengalami reduksi). Berdasarkan deret volta ini maka terdapat ketidak sesuaian antara persamaan reaksi dengan deret volta, hal ini menandakan bahwa reaksi Ni2+ (aq) + Cu (s) → Cu2+ (aq) + Ni (s) tidak dapat berlangsung pada keadaan standar (reaksi tidak spontan). Aplikasi dan Kegunaan Sel VoltaPada artikel ini hanya akan dibahas 2 jenis aplikasi sel volta pada beberapa benda yang sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari, yaitu baterai dan aki (accumulator). Berikut penjelasan mengenai keduanya. BateraiBaterai yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari terdiri dari baterai biasa dan baterai alkaline. Lalu seperti apa perbedaan keduanya? Mari kita simak penjelasannya. Baterai biasa sering juga disebut sebagai sel kering atau sel lecanche. Baterai biasa disebut sebagai sel kering dikarenakan jumlah air yang digunakan pada baterai ini dibatasi. Berikut reaksi kimia yang terjadi pada baterai biasa:
Pada baterai alkaline, energi yang dihasilkan dua kali lebih besar daripada energi biasa. Adapun reaksi yang terjadi pada anoda dan katoda yaitu:
Aki atau AccumulatorAki merupakan aplikasi dari sel volta yang memiliki sifat reversible atau bolak balik, pada prinsip kerja sel volta yang terjadi pada aki terjadi reaksi bolak balik, zat yang menjadi hasil reaksi dapat kembali menjadi zat semula. Salah satu perbedaan aki dengan baterai adalah aki yang sudah lemah bisa diisi ulang sehingga bisa kembali digunakan, sementara pada baterai tidak dapat dilakukan pengisian ulang ataupun digunakan kembali. Berikut ini reaksi kimia yang terjadi pada aki sehingga mampu menghasilkan arus listrik:
Baca juga: Sifat Koligatif Larutan Elektrolit Bagaimana paparan mengenai sel voltanya? sudah paham kan? semoga penjelasannya semakin membuka wawasan dan pengetahuan tentang sel volta, dan yang terpenting menyadarkan kita semua bahwa kimia itu dekat dengan kehidupan kita dan banyak manfaat yang bisa diambil dalam keperluan di masyarakat. Referensi: Utami, Budi., et al. (2009). Kimia untuk Kelas XII IPA/MA Program Ilmu Alam. Jakarta: Pusat Perbukuan, Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan. |