Sel volta (sel galvani) adalah sel elektrokimia di mana energi kimia dari reaksi redoks spontan diubah menjadi energi listrik. Prinsip kerja sel volta dalam menghasilkan arus listrik adalah aliran transfer elektron dari reaksi oksidasi di anode ke reaksi reduksi di katode melalui rangkaian luar.
Susunan Sel Volta
Secara umum, sel volta tersusun dari:
- Anode, yaitu elektrode tempat terjadinya reaksi oksidasi.
- Katode, yaitu elektrode tempat terjadinya reaksi reduksi.
- Elektrolit, yaitu zat yang dapat menghantarkan listrik.
- Rangkaian luar, yaitu kawat konduktor yang menghubungkan anode dengan katode.
- Jembatan garam, yaitu rangkaian dalam yang terdiri dari larutan garam. Jembatan garam memungkinkan adanya aliran ion-ion dari setengah sel anode ke setengah sel katode, dan sebaliknya sehingga terbentuk rangkaian listrik tertutup.
Rangkaian sel volta dengan jembatan garam (Sumber: Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.)
Pada gambar di atas, terlihat rangkaian sel volta dengan dua kompartemen. Masing-masing kompartemen merupakan setengah sel. Pada kompartemen kiri, dalam larutan ZnSO4 terjadi setengah reaksi oksidasi Zn menjadi ion Zn2+, sedangkan pada kompartemen kanan, dalam larutan CuSO4 terjadi setengah reaksi reduksi ion Cu2+ menjadi Cu. Logam Zn dan Cu yang menjadi kutub-kutub listrik pada sel volta di atas disebut sebagai elektrode. Logam Zn tempat terjadinya oksidasi Zn disebut anoda. Logam Cu tempat terjadinya reduksi ion Cu2+ disebut katoda. Oleh karena elektron dilepas dari reaksi oksidasi di anoda menuju reaksi reduksi di katoda, maka anoda adalah kutub negatif dan katoda adalah kutub positif.
Kedua kompartemen dihubungkan dengan pipa kaca berbentuk U yang berisi larutan garam seperti NaNO3 atau KCl dalam medium agar-agar yang disebut jembatan garam. Fungsi jembatan garam adalah untuk menetralkan muatan listrik dari kedua kompartemen setelah reaksi redoks dengan menyuplai anion ke kompartemen anoda dan kation ke kompartemen katoda; serta memungkinkan terjadinya migrasi ion-ion pada kedua kompartemen sehingga membentuk rangkaian listrik tertutup. Pada sel volta di atas, dengan jembatan garam KNO3, ion NO3− akan bergerak ke arah anoda untuk menetralkan ion Zn2+ berlebih dari hasil oksidasi Zn; dan ion K+ akan bergerak ke arah katoda untuk menetralkan ion SO42− berlebih dari larutan CuSO4 oleh karena berkurangnya ion Cu2+ setelah tereduksi menjadi logam Cu.
Notasi Sel Volta
Susunan sel volta dapat dinyatakan dengan notasi sel volta yang disebut juga diagram sel. Untuk contoh sel volta di atas, notasi selnya dapat dinyatakan sebagai berikut.
Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu
atau
Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s)
Penulisan notasi sel volta mengikuti konvensi umum sebagai berikut.
- Komponen-komponen pada kompartemen anoda (setengah sel oksidasi) ditulis pada bagian kiri, sedangkan komponen-komponen pada kompartemen katoda (setengah sel reduksi) ditulis pada bagian kanan.
- Tanda dua garis vertikal ( || ) melambangkan jembatan garam yang memisahkan kedua setengah sel.
- Tanda satu garis vertikal ( | ) melambangkan batas fase antara komponen-komponen dengan fase berbeda. Sebagai contoh, Ni(s) | Ni2+(aq) mengindikasikan bahwa Ni padat berbeda fase dengan larutan Ni2+.
- Tanda koma (,) digunakan untuk memisahkan komponen-komponen dalam fase yang sama. Sebagai contoh, suatu sel volta dengan anoda Co dan katoda inert Pt, di mana terjadi oksidasi Co menjadi Co2+ dan reduksi Fe3+ menjadi Fe2+, dinotasikan sebagai berikut.
Co(s) | Co2+(aq) || Fe3+(aq), Fe2+(aq) | Pt(s)
- Jika diperlukan, konsentrasi dari komponen-komponen terlarut ditulis dalam tanda kurung. Sebagai contoh, jika konsentrasi dari larutan Zn2+ dan Cu2+ adalah 1 M keduanya, maka dituliskan seperti berikut.
Zn(s) | Zn2+(aq, 1 M) || Cu2+(aq, 1 M) | Cu(s)
Potensial Sel Standar (E°sel)
Adanya arus listrik berupa aliran elektron pada sel volta disebabkan oleh adanya beda potensial antara kedua elektrode yang disebut juga dengan potensial sel (Esel) ataupun gaya gerak listrik (ggl) atau electromotive force (emf). Potensial sel yang diukur pada keadaan standar (suhu 25°C dengan konsentrasi setiap produk dan reaktan dalam larutan 1 M dan tekanan gas setiap produk dan reaktan 1 atm) disebut potensial sel standar (E°sel). Nilai potensial sel sama dengan selisih potensial kedua elektrode. Menurut kesepakatan, potensial elektrode standar mengacu pada potensial reaksi reduksi.
E°sel = E°katode – E°anode
Katode adalah elektrode yang memiliki nilai E° lebih besar (positif), sedangkan anode adalah elektrode yang memiliki nilai E° lebih kecil (negatif). Data nilai potensial elektrode standar dapat dilihat pada tabel berikut.
Potensial Sel Standar (Sumber: Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.)
Reaksi Redoks Spontan
Kespontanan reaksi redoks dapat diprediksi dari nilai potensial reaksi redoks tersebut. Nilai potensial reaksi redoks sama dengan nilai potensial sel, yaitu selisih antara potensial reduksi katode (reaksi reduksi) dengan potensial reduksi anode (reaksi oksidasi). Suatu reaksi redoks akan berlangsung spontan ke arah pembentukan produk bila potensial reaksinya bernilai positif.
Redoks spontan: E°redoks > 0
Deret Keaktifan Logam (Deret Volta)
Urutan unsur-unsur logam pada tabel potensial elektrode standar disebut juga deret elektrokimia (deret volta). Deret ini memberikan informasi reaktivitas unsur logam dalam suatu reaksi redoks.
- Reaktivitas unsur logam semakin berkurang dari kiri ke kanan.
- Sifat reduktor (daya reduksi) logam semakin berkurang dari kiri ke kanan.
- Kecenderungan logam untuk teroksidasi semakin berkurang dari kiri ke kanan.
- Sifat oksidator (daya oksidasi) logam semakin bertambah dari kiri ke kanan.
- Kecenderungan ion logam untuk tereduksi semakin bertambah dari kiri ke kanan.
Contoh Soal Sel Volta dan Pembahasan
Diketahui potensial elektrode aluminium dan perak sebagai berikut.
Al3+(aq) + 3e− → Al(s) E° = −1,66 V
Ag+(aq) + e− → Ag(s) E° = +0,80 V
a. Tulislah diagram sel volta yang disusun dari kedua elektrode tersebut.
b. Tuliskan reaksi yang terjadi pada sel tersebut.
c. Tentukan potensial standar sel tersebut.
d. Prediksikan apakah reaksi Al(NO3)3(aq) + 3Ag(s) → Al(s) + 3AgNO3(aq) berlangsung spontan pada keadaan standar.
Jawab:
a. Reaksi oksidasi di anode → E° lebih negatif → Al
Reaksi reduksi di katode → E° lebih positif → Ag
Diagram sel: Al | Al3+ || Ag+ | Ag
b. Katode (reduksi) : 3Ag+(aq) + 3e− → 3Ag(s) E°red = +0,80 V
Anode (oksidasi) : Al(s) → Al3+(aq) + 3e− E°red = −1,66 V
Reaksi sel (redoks) : 3Ag+(aq) + Al(s) → 3Ag(s) + Al3+(aq) E°sel = +2,46 V
Perhatian! Nilai potensial elektrode tidak bergantung pada koefisien reaksi.
c. E°sel = E°katode – E°anode = (+0,80 V) − (−1,66 V) = +2,46 V
d. Reaksi ion bersih : Al3+(aq) + 3Ag(s) → Al(s) + 3Ag+(aq)
Reduksi : Al3+(aq) + 3e− → Al(s) E°red (Al3+/Al) = −1,66 V
Oksidasi : 3Ag(s) → 3Ag+(aq) + 3e− E°red (Ag+/Ag) = +0,80 V
E°redoks = E°red (Al3+/Al) – E°red (Ag+/Ag) = (−1,66 V) − (+0,80 V) = −2,46 V
Oleh karena E°redoks < 0, reaksi tidak berlangsung spontan.
Referensi
Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.
Chang, Raymond & Goldsby, Kenneth A. 2016. Chemistry (12th edition). New York: McGraw-Hill Education
Johari, J.M.C. & Rachmawati, M. 2008. Kimia SMA dan MA untuk Kelas XII Jilid 3. Jakarta: Esis
McMurry, John E., Fay, Robert C., & Robinson, Jill K. 2016. Chemistry (7th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.
Petrucci, Ralph H. et al. 2017. General Chemistry: Principles and Modern Applications (11th edition). Toronto: Pearson Canada Inc.
Purba, Michael. 2007. Kimia 3A untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga
Silberberg, Martin S. & Amateis, Patricia. 2015. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (7th edition). New York: McGraw-Hill Education
Artikel: Sel Volta, Deret Volta
Kontributor: Nirwan Susianto, S.Si.
Alumni Kimia FMIPA UI
Materi StudioBelajar.com lainnya:
Leave a Comment