SEL VOLTA ATAU SEL GALVANI

 SEL VOLTA ATAU SEL GALVANI

Kompetensi Dasar

3.4   Menganalisis proses yang terjadi dalam sel Volta dan menjelaskan kegunaannya   

4.4   Merancang sel Volta dengan  mengunakan bahan di sekitar           

Indikator Pencapaian Kompetensi Dasar 

1. Menganalisis  proses yang terjadi dalam sel Volta 

2. Menuliskan lambang sel dan reaksi-reaksi yang terjadi pada sel Volta

3. Menghitung potensial sel berdasarkan data potensial standar

4. Menjelaskan prinsip kerja sel Volta dalam kehidupan sehari-hari

5. Mengajukan rancangan sel volta dengan mengunakan bahan di sekitar

Materi Pembelajaran

PETA KONSEP

1.  Prinsip kerja sel Volta atau sel Galvani

     Sel volta adalah sel elektrokimia merubah  energi kimia menjadi energi listrik atau    reaksi redoks         menghasilkan arus listrik

     Contoh:

     Rangkaian sel volta terdiri dari logam Zn dicelupkan dalam larutan ion Zn2+ (missal  ZnSO4) dan         logam Cu dicelupkan dalam larutan ion Cu2+  (missal CuSO4)   

                                          Gambar 1. Diagram sel Volta dan bagian-bagiannya 

                                              (Sumber : https://docplayer.info/35750595)

     Elektroda di mana reaksi oksidasi terjadi disebut anoda,  sedangkan  elektroda di mana reaksi                 reduksi terjadi disebut katoda. Pada sel Volta anoda bermuatan negatif dan katoda bermuatan                   positip. Elektron mengalir dari anoda menuju katoda. Reaksi yang terjadi: 

       Anoda   : Zn(s)                → Zn²⁺(aq) + 2e 

       Katoda  : Cu²⁺(aq) + 2e → Cu(s)

      ---------------------------------------------------------

                 Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)               

       Jadi prinsip kerja sel volta adalah pemisahan reaksi redoks menjadi 2 bagian, yaitu setengah reaksi         oksidasi di anoda dan setengah reaksi reduksi di katoda. Anoda dan katoda dicelupkan dalam                 elektrolit dan dihubungkan dengan jembatan garam dan sirkuit luar. 

     Susunan sel Volta pada gambar diatas dapat dinyatakan dengan notasi singkat yang  disebut notasi          sel/diagram sel, yaitu: 

           Zn(s) / Zn²⁺(aq) // Cu²⁺(aq) / Cu(s)

           Reaksi di Anoda      Reaksi di Katoda

2. Potensial Sel 

    Potensial elektroda yang dibandingkan dengan elektroda hidrogen yang diukur pada suhu 25 oC dan      tekanan 1 atm disebut potensial elektroda standar (Eo).

    Potensial sel volta dapat ditentukan melalui eksperimen dengan menggunakan voltmeter atau                  dihitung berdasarkan data potensial elektroda standar. 

    Untuk menentukan potensial sel standar dengan rumus sebagai berikut. 

                    E°sel = E°oksidasi + E°reduksi 

    Oleh karena setengah reaksi oksidasi memiliki tanda yang berlawanan, maka

                   E°sel = E°reduksi - E°oksidasi 

                        = E°katoda  - E°anoda

                             = E°besar  - E°kecil

Tabel 1. Potensial Elektroda Standar 

(Sumber : https://www.kimia-science7.com/) 

      Contoh: 

      Suatu sel volta tersusun dari elektroda magnesium dan tembaga.

      Bila diketahui:

           Mg²⁺(aq) + 2e →Mg(s)        E° = -2,37 volt

       Cu²⁺(aq) + 2e → Cu(s)         E° = + 0,34 volt

      Tentukan

      a. Logam yang bertidak sebagai katoda dan anoda!

      b. Tuliskan reaksi yang terjadi pada elektroda dan reaksi selnya!

      c. Tuliskan notasi sel!

      d. Berapa potensial sel?

          Jawab:

          a.   Katoda, memiliki E° lebih besar yaitu tembaga (Cu)

                Anoda, memiliki E° lebih kecil, yaitu magnesium (Mg)

         b.   Reaksi katoda (reduksi) :      Cu²⁺(aq) + 2e  → Cu(s)

               Reaksi anoda (oksidasi) :      Mg(s)              → Mg²⁺(aq) + 2e

               --------------------------------------------------------------------------------

                Reaksi sel (redoks) :      Cu²⁺(aq) + Mg(s) → Cu(s) + Mg²⁺(aq)

         c.   Notasi sel :    Mg | Mg²⁺ || Cu²⁺ | Cu

         d.   Esel = E° katoda – E°anoda

                       = 0,34 – (-2,37)

                       = 2,71 volt

3.  Deret Volta 

     Urutan unsur-unsur logam berdasarkan nilai  potensial elektroda standar disebut    deret Volta. 

Gambar 2. Deret keaktifan logam 

      (Sumber : Pustekkom, 2015) 

      Semakin ke kanan sifat oksidator makin kuat (mudah tereduksi) dan semakin ke kiri sifat reduktor          semakin kuat (mudah teroksidasi). Sehingga logam sebelah kiri dapat mendesak (bereaksi,                      mereduksi) ion logam sebelah kanan

      Agar mudah untuk menghafal deret Volta:

      Contoh reaksi berlangsung

           NiSO₄(aq) + Zn(s) → Ni(s) + ZnSO₄(aq)

      Contoh reaksi tidak berlangsung:

           Ni(s) + Zn²⁺(aq) →

       Berlangsungnya reaksi redoks selain dapat ditentukan dengan deret volta dapat juga ditentukan               dengan perhitungan potensial sel. Jika potensial sel hasil perhitungan bertanda positif, reaksi                   berlangsung(spontan). Adapun Jika potensial sel hasil perhitungan bertanda negatif , reaksi tidak             berlangsung(tidak spontan).

       Contoh:

       Diketahui data potensial elektroda standar sebagai berikut:

            Zn²⁺ (aq) + 2e → Zn(s)       E° = - 0,76 volt

       Ag⁺ (aq) + e → Ag(s)         E° = +0,80 volt

       Apakah reaksi berikut dapat berlangsung?

            AgSO₄ + Zn → Ag + Zn SO₄

      Jawab:

       Ag = katoda (E°besar)             Zn = anoda (E°kecil)      

         Esel = E° katoda – E°anoda

                 = 0,80 – (- 0, 76)

                 = 0,80 + 0,76

                 = + 1,56 volt

      Reaksi   AgSO₄ + Zn → Ag + Zn SO₄    berlangsung spontan

4.   Sel Volta dalam Kehidupan Sehari - hari

      Sel Volta dapat dibedakan menjadi sel Volta primer, sekunder, dan sel bahan bakar. Sel primer                adalah sel yang dibentuk dari katode dan anode yang langsung setimbang ketika menghasilkan                arus. Sel sekunder adalah sel yang dapat diperbarui dengan cara mengembalikan elektrodenya ke            kondisi awal. Adapun sel bahan bakar adalah sebuah sel yang secara bertahap menghabiskan                  pereaksi yang disuplai ke elektrode-elektrode dan secara bertahap pula membuang produk-                      produknya.

      a. Sel Volta Primer

         1)  Sel Kering (Baterai)

              Sel ini terdiri atas:

              Anoda : Logam seng (Zn) yang dipakai sebagai wadah.

              Katoda : Batang karbon (tidak aktif).

              Elektrolit : Campuran berupa pasta yang terdiri dari MnO₂, NH₄Cl, karbon, dan sedikit air.

              Reaksi yang terjadi 

              Anoda  :     Zn (s)                                         → Zn²⁺ (aq) + 2e

              Katoda :     2NH₄ ⁺ (aq) + 2MnO₂ (s)  + 2e → Mn₂O₃ (s) + 2NH₃ (aq) + H₂O (l)

            ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

      Zn (s) + 2NH₄⁺ (aq) + 2MnO₂ (s) → Zn²⁺ (aq) + Mn₂O₃ (s) + 2NH₃ (aq) + H₂O (l)

  Gambar 3 Sel kering

                                    (Sumber : http://fiskadiana.blogspot.com/2014/12/)

          2)  Baterai Alkalin

               Baterai alkalin  pada dasarnya sama dengan sel kering, hanya saja bersifat basa karena                             menggunakan KOH sebagai pengganti NH₄Cl dalam pasta. Baterai ini  dapat menghasilkan                   energi dua kali lebih besar dibanding baterai biasa. Sel ini terdiri atas:

               Anoda  :  Logam seng (Zn) digunakan sebagai wadah.

               Katoda :  Oksida mangan (MnO₂).

               Elektrolit   :  Kalium hidroksida (KOH).

               Reaksi yang terkjadi

               Anoda :  Zn(s) + 2OH^– (aq)                  → Zn(OH)₂ (s) + 2e

               Katoda : 2 MnO₂(s)  +2 H₂O(l)  + 2 e → Mn(OH)₂(s)  + 2 OH^–(aq)

             -----------------------------------------------------------------------------------------------

                            Zn(s) + 2H₂O(l) + 2MnO₂(s) → Zn(OH)₂(s) + 2Mn(OH) ₂ (s)

          3)  Baterai perak oksida

               Sel ini terdiri atas  

               Anoda  :  Logam seng (Zn) digunakan sebagai wadah.

               Katoda :  Perak Oksida (Ag₂O)

               Elektrolit   :  Kalium hidroksida (KOH).

               Reaksi yang terjadi

               Anoda :  Zn(s) + 2OH^– (aq)              →  Zn(OH)₂ (s) + 2e

               Katoda:  Ag₂O(s) + H₂O(l) + 2e       →  2Ag(s) + 2OH^– (aq)

           -----------------------------------------------------------------------------------    

                          Zn(s) + H₂O(l) + Ag₂O(s) →  Zn(OH)₂(s) + 2Ag(s)

Gambar 4  baterai perak oksida

                                             (Sumber : http://fiskadiana.blogspot.com/2014/12/)

     b.  Sel Volta Sekunder 

          Aki merupakan jenis baterai yang praktis karena dapat diisi ulang 

          Sel ini terdiri atas 

          Anoda     : Pb

          Katoda     : PbO₂

          Elektrolit   : H₂SO₄. 

          Reaksi penggunaan atau pengosongan aki:

              Anoda : Pb (s) + HSO₄^- (aq)                                      → PbSO₄ (s) + H⁺(aq) + 2e

              Katoda : PbO₂ (s) + HSO₄^- (aq) + 3H⁺ (aq) + 2e      → PbSO₄ (s) + 2H₂O (l)

             ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

                           Pb (s) + PbO₂ (s) + 2HSO₄^- (aq) + 2H⁺ (aq) → 2PbSO₄ (s) + 2H₂O (l)

          Reaksi pengisian aki:

             Anoda : PbSO₄ (s) + 2H₂O (l)     → PbO₂ (s) + 3H⁺ (aq) + HSO₄^- (aq) + 2e

            Katoda : PbSO₄ (s) + H⁺(aq) + 2e → Pb (s) + HSO₄^- (aq)

           ----------------------------------------------------------------------------------------------------------

                  2PbSO₄ (s) + 2H₂O (l) → PbO₂ (s) + Pb (s) + 2HSO₄^- (aq) + 2H⁺ (aq)

Gambar 5 sel aki

     5.  Merancang Sel Volta dari Bahan Sekitar 

          Baterai dari air garam

         Baterai garam dapur merupakan contoh aplikasi sel volta yang  sederhana. Pada dasarnya jika dua           jenis logam yang berbeda dimasukkan dalam larutan elektrolit maka akan didapatkan baterai. 

         Alat dan bahan yang digunakan : kaleng bekas minuman, cutter, gunting, amplas, tisu, gelas,                   sendok, kawat tembaga, lakban, lampu led kecil untuk menguji daya listrik yang dihasilkan, kabel           dengan penjepit buaya, voltmeter untuk mengukur tegangan baterai, air 200 mL, garam 2 sendok

         Hasil percobaan menunjukkan satu sel baterai  menghasilkan tegangan 0,56 Volt.

                                                       Gambar 5. Uji  sel Volta dari garam dapur

            Latihan 

            1.   Diketahui 

                  Ca²⁺(aq) + 2e → Ca(s)         E° = -2,87 volt

      Ag⁺(aq) + e → Ag(s)            E° = +0,80 volt

                 Apakah reaksi berikut : Ca (aq) + 2Ag (aq) → Ca (s) + 2Ag⁺ (aq dapat berlangsung                                spontan?      

           2.   Reaksi redoks berikut belangsung spontan

         Fe + Cu²⁺      →   Fe²⁺ + Cu

                 Gambarlah rangkaian sel volta yang berdasarkan reaksi tersebut. Tulislah juga diagram                           (notasi) sel volta

DAFTAR PUSTAKA

Sudarmo, Unggul. 2014, Kimia untuk SMA /MA kelas III, Surakarta, Erlangga

Setiyana, S.Pd,.M.Eng 2020, Modul Pembelajaran SMA Kimia Kelas XI, Kemendikbud

Sutresna, Nana.2016, Aktif dan Kreatif Belajar Kimia Untuk Sekolah Menegah Atas/Madrasah Aliyah Kelas XII peminatan Matematika dan Ilmu-Ilmu Alam, Bandung, Grafindo Media Pratama.

Utami. Budi dkk,  2009. Kimia  Untuk Untuk SMA dan MA Kelas XII.Ilmu Pengetahuan Alam , Jakarta:Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.  

Partana. Crys Far dan Wiyarsi, Antunidkk,  2009. Mari Belajar Kimia  Untuk Untuk SMA dan MA Kelas XII, Jakarta:Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.  

Sukmanawati, Wening. 2009. Kimia Untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta : Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. 

Pangajuanto, Teguh dan Rahmidi, Tri. 2009. Kimia 3 Untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta : Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional

https://docplayer.info/35750595-Modul-sel-elektrokimia.html(diakses 19 Juni 2021)

https://www.kimia-science7.com/sel-volta-pengertian-rangkaian-notasi-potensial-elektrode-contoh/ (diakses 19 Juni 2021)

http://fiskadiana.blogspot.com/2014/12/beberapa-sel-volta-komersial.html (diakses 19 Juni 2021)

https://www.youtube.com/watch?v=On3ZnxU7l_g(diakses 19 Juni 2021)