- Bagian dari sel galvanik
- Berfungsi
- Reaksi oksidasi dan reduksi
- Jembatan garam
- Potensi oksidasi dan reduksi
- Representasi simbolis dari sel galvanik
- Aplikasi
- Sel galvanik dalam kehidupan sehari-hari
- Konstruksi sel galvanik buatan sendiri
- bahan
- Proses
- Referensi
The sel galvanik atau sel volta adalah jenis sel elektrokimia yang terdiri dari dua logam yang berbeda direndam dalam dua sel setengah, di mana senyawa dalam larutan mengaktifkan reaksi spontan.
Kemudian, salah satu logam di salah satu setengah sel teroksidasi sedangkan logam di setengah sel lainnya direduksi, menghasilkan pertukaran elektron melalui sirkuit eksternal. Hal ini memungkinkan untuk memanfaatkan arus listrik.
Gambar 1. Skema dan bagian sel galvanik. Sumber: corinto.pucp.edu.pe.
Nama "sel galvanik" untuk menghormati salah satu pelopor eksperimen dengan listrik: dokter dan fisiolog Italia Luigi Galvani (1737-1798).
Galvani menemukan pada tahun 1780 bahwa jika kabel dari logam yang berbeda disambungkan di salah satu ujungnya dan ujung yang bebas disentuh dengan paha katak (mati), maka kontraksi terjadi.
Namun, orang pertama yang membangun sel elektrokimia untuk menghasilkan listrik adalah Alessandro Volta Italia (1745-1827) pada tahun 1800 dan karenanya menjadi nama alternatif dari sel volta.
Bagian dari sel galvanik
Bagian-bagian sel galvanik ditunjukkan pada gambar 1 dan adalah sebagai berikut:
1.- Semicell anodik
2.- Elektroda anodik
3.- Larutan anodik
4.- Semisel katoda
5.- Elektroda katoda
6.- Larutan katodik
7.- Jembatan Saline
8.- Konduktor logam
9.- Voltmeter
Berfungsi
Untuk menjelaskan pengoperasian sel galvanik, kami akan menggunakan yang lebih rendah:
Gambar 2. Model didaktik sel galvanik. Sumber: slideserve.com
Ide dasar dari sel galvanik adalah logam yang mengalami reaksi oksidasi dipisahkan secara fisik dari logam yang direduksi, sedemikian rupa sehingga terjadi pertukaran elektron melalui konduktor luar yang memungkinkan untuk memanfaatkan aliran arus listrik, misalnya untuk menyalakan bola lampu atau led.
Pada gambar 2, pada setengah sel kiri terdapat pita logam tembaga (Cu) yang direndam dalam larutan tembaga sulfat (CuS0 4 ), sedangkan pada sel setengah kanan terdapat pita seng (Zn) yang direndam dalam larutan tembaga. larutan seng sulfat (ZnSO 4 ).
Perlu dicatat bahwa dalam setiap setengah sel logam masing-masing terdapat dalam dua bilangan oksidasi: atom netral logam dan ion logam dari garam dari logam yang sama dalam larutan.
Jika pita logam tidak disambungkan dengan kabel konduktif luar, maka kedua logam dioksidasi secara terpisah dalam selnya masing-masing.
Namun karena mereka terhubung secara elektrik maka terjadi oksidasi di Zn sedangkan akan terjadi reaksi reduksi di Cu. Ini karena derajat oksidasi seng lebih besar dari pada tembaga.
Logam yang teroksidasi memberikan elektron ke logam yang direduksi melalui konduktor luar dan aliran arus ini dapat dimanfaatkan.
Reaksi oksidasi dan reduksi
Reaksi yang terjadi di sisi kanan antara elektroda logam seng dan larutan seng sulfat berair adalah sebagai berikut:
Zn o (s) + Zn 2+ (SO 4 ) 2- → 2 Zn 2+ (ac) + (SO 4 ) 2- + 2 e -
Sebuah atom seng (padat) di permukaan elektroda anoda di setengah sel kanan, dirangsang oleh ion positif seng dalam larutan, melepaskan dua elektron dan dilepaskan dari elektroda, melewati larutan berair sebagai ion positif ganda seng.
Kami menyadari bahwa hasil akhirnya adalah atom seng netral dari logam, melalui hilangnya dua elektron, menjadi ion seng yang menambah larutan air, sehingga batang seng kehilangan satu atom dan larutan memperoleh ion ganda positif.
Elektron yang dilepaskan akan lebih suka bergerak melalui kawat terluar menuju logam setengah sel bermuatan positif lainnya (katoda +). Batang seng kehilangan massa karena atomnya secara bertahap masuk ke dalam larutan air.
Oksidasi seng dapat diringkas sebagai berikut:
Zn o (s) → Zn 2+ (ac) + 2 e -
Reaksi yang terjadi di sisi kiri serupa, tetapi tembaga dalam larutan air menangkap dua elektron (dari setengah sel lainnya) dan diendapkan pada elektroda tembaga. Ketika sebuah atom mengambil elektron, ia dikatakan tereduksi.
Reaksi reduksi tembaga ditulis seperti ini:
Cu 2+ (ac) + 2 e - → Cu o (s)
Massa batang tembaga bertambah, karena ion-ion larutan berpindah ke batang.
Oksidasi terjadi pada anoda (negatif) yang menolak elektron, sedangkan reduksi terjadi pada katoda (positif) yang menarik elektron. Pertukaran elektron terjadi melalui konduktor luar.
Jembatan garam
Jembatan garam menyeimbangkan muatan yang terakumulasi dalam dua setengah sel. Ion positif terakumulasi di setengah sel anodik, sedangkan di sel katodik, kelebihan ion sulfat negatif tetap ada.
Untuk jembatan garam, larutan garam (seperti natrium klorida atau kalium klorida) yang tidak ikut campur dalam reaksi digunakan, yang berada dalam tabung berbentuk U terbalik dengan ujungnya dipasang dengan dinding bahan berpori.
Satu-satunya tujuan jembatan garam adalah agar ion menyaring ke dalam setiap sel, menyeimbangkan atau menetralkan muatan berlebih. Dengan cara ini, aliran arus dihasilkan melalui jembatan garam, melalui ion garam, yang menutup rangkaian listrik.
Potensi oksidasi dan reduksi
Potensi oksidasi dan reduksi standar dipahami sebagai yang terjadi di anoda dan katoda pada suhu 25ºC dan dengan larutan konsentrasi 1M (satu molar).
Untuk seng, potensi oksidasi standarnya adalah E ox = +0,76 V. Sedangkan potensi reduksi standar untuk tembaga adalah E merah = +0,34 V. Gaya gerak listrik (ggl) yang dihasilkan oleh sel galvanik ini adalah : ggl = +0,76 V + 0,34 V = 1,1 V.
Reaksi global sel galvanik dapat ditulis seperti ini:
Zn o (s) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu o (s)
Dengan mempertimbangkan sulfat, reaksi bersihnya adalah:
Zn o (s) + Cu 2+ (SO 4 ) 2- 25ºC → Zn 2+ (SO 4 ) 2- + Cu o (s)
Sulfat adalah pengamat, sedangkan logam bertukar elektron.
Representasi simbolis dari sel galvanik
Sel galvanik pada gambar 2 secara simbolis direpresentasikan sebagai berikut:
Zn o (s) -Zn 2+ (aq) (1M) - Cu 2+ (aq) (1M) -Cu o (s)
Sesuai kesepakatan, logam yang mengoksidasi dan membentuk anoda (-) selalu ditempatkan di sebelah kiri dan ionnya dalam keadaan berair dipisahkan oleh sebuah batang (-). Setengah sel anodik dipisahkan dari katodik satu per dua batang (-) yang mewakili jembatan garam. Di sebelah kanan ditempatkan setengah sel logam yang direduksi dan membentuk katoda (+).
Dalam representasi simbolis dari sel galvanik, ujung kiri selalu logam yang teroksidasi dan logam yang tereduksi ditempatkan di ujung kanan (dalam keadaan padat). Perlu dicatat bahwa pada Gambar 2, setengah sel berada dalam posisi terbalik sehubungan dengan representasi simbolik konvensional.
Aplikasi
Mengetahui potensi oksidasi standar dari logam yang berbeda, adalah mungkin untuk menentukan gaya gerak listrik yang akan dihasilkan oleh sel galvanik yang dibuat dengan logam ini.
Pada bagian ini, kita akan menerapkan apa yang telah disebutkan di bagian sebelumnya untuk menghitung gaya gerak listrik bersih sel yang dibuat dengan logam lain.
Sebagai contoh aplikasi kami mempertimbangkan sel galvanik dari besi (Fe) dan tembaga (Cu). Sebagai data, reaksi reduksi berikut dan potensi reduksi standarnya diberikan, yaitu pada konsentrasi 25ºC dan 1M:
Fe 2+ (ac) + 2 e - → Fe (s). Jaringan E1 = -0.44 V
Cu 2+ (ac) + 2 e - → Cu (s). E2 merah = +0,34 V
Ini diminta untuk menemukan gaya gerak listrik bersih yang dihasilkan oleh sel galvanik berikut:
Fe (s) -Fe 2+ (aq) (1M) - Cu 2+ (aq) -Cu (s)
Dalam sel ini besi teroksidasi dan merupakan anoda dari sel galvanik, sedangkan tembaga mereduksi dan merupakan katoda. Potensial oksidasi besi sama tetapi berlawanan dengan potensial reduksi, yaitu E1 oxd = +0.44.
Untuk mendapatkan gaya gerak listrik yang dihasilkan oleh sel galvanik ini, kita menambahkan potensial oksidasi besi dengan potensial reduksi tembaga:
ggl = E1 oxd + E2 merah = -E1 merah + E2 merah = 0,44 V + 0,34 V = 0,78 V.
Sel galvanik dalam kehidupan sehari-hari
Sel galvanik untuk penggunaan sehari-hari sangat berbeda bentuknya dari yang digunakan sebagai model didaktik, tetapi prinsip operasinya sama.
Sel yang paling umum digunakan adalah baterai alkaline 1.5V dalam presentasi yang berbeda. Nama depan muncul karena ini adalah sekumpulan sel yang terhubung secara seri untuk meningkatkan ggl.
Baterai isi ulang litium juga didasarkan pada prinsip kerja yang sama dengan sel galvanik dan digunakan di ponsel pintar, jam tangan, dan perangkat lain.
Dengan cara yang sama, baterai timbal untuk mobil, sepeda motor dan kapal adalah 12V dan didasarkan pada prinsip operasi yang sama dari sel galvanik.
Sel galvanik digunakan dalam estetika dan regenerasi otot. Ada perawatan wajah yang terdiri dari pengaliran arus melalui dua elektroda berbentuk roller atau sphere yang membersihkan dan mengencangkan kulit.
Denyut arus juga diterapkan untuk meregenerasi otot pada orang yang berada dalam keadaan sujud.
Konstruksi sel galvanik buatan sendiri
Ada banyak cara untuk membangun sel galvanik buatan sendiri. Salah satu yang paling sederhana adalah menggunakan cuka sebagai larutan, paku baja, dan kabel tembaga.
bahan
Gelas plastik sekali pakai
-Cuka putih
-Dua sekrup baja
-Dua lembar kawat tembaga telanjang (tanpa insulasi atau pernis)
-Voltmeter
Proses
-Isi ¾ bagian gelas dengan cuka.
-Gabungkan dua sekrup baja dengan beberapa putaran kawat, biarkan seutas kawat terlepas.
Ujung kawat tembaga yang tidak digulung dibengkokkan menjadi bentuk U terbalik sehingga bertumpu pada tepi kaca dan sekrupnya terendam dalam cuka.
Gambar 3. Sel galvanik dan multimeter buatan sendiri. Sumber: youtube.com
Sepotong kawat tembaga lainnya juga ditekuk dalam bentuk U terbalik dan digantung di tepi kaca dengan posisi berlawanan dengan sekrup yang terendam, sehingga satu bagian tembaga tetap berada di dalam cuka dan bagian lainnya dari kawat tembaga di luar. dari kaca.
Ujung bebas kabel voltmeter dihubungkan untuk mengukur gaya gerak listrik yang dihasilkan oleh sel sederhana ini. Ggl jenis sel ini adalah 0,5V. Untuk menyamakan ggl dari baterai alkaline, perlu untuk membangun dua sel lagi dan menggabungkan ketiganya secara seri, sehingga diperoleh baterai 1.5V.
Referensi
- Borneo, R. Galvanic dan sel elektrolitik. Dipulihkan dari: classdequimica.blogspot.com
- Cedrón, J. Kimia umum. PUCP. Diperoleh dari: corinto.pucp.edu.pe
- Farrera, L. Pengantar elektrokimia. Jurusan Fisikokimia UNAM. Diperoleh dari: depa.fquim.unam.mx.
- Wikipedia. Sel elektrokimia. Diperoleh dari: es.wikipedia.com.
- Wikipedia. Sel galvanik. Diperoleh dari: es.wikipedia.com.