SEL ELEKTROKIMIA: KOMPONEN, CARA KERJANYA, JENIS, CONTOH - KIMIA - 2025

The sel elektrokimia adalah perangkat di mana reaksi kimia lulus di mana energi kimia diubah menjadi energi listrik atau sebaliknya. Sel-sel ini membentuk jantung elektrokimia, jiwa menjadi pertukaran potensial elektron yang dapat terjadi, secara spontan atau tidak, antara dua spesies kimia.

Salah satu dari dua spesies teroksidasi, kehilangan elektron, sementara yang lain tereduksi, mendapatkan elektron yang ditransfer. Umumnya, spesies yang direduksi adalah kation logam dalam larutan, yang dengan mendapatkan elektron akhirnya diendapkan secara elektrik pada elektroda yang terbuat dari logam yang sama. Sebaliknya, spesies yang mengoksidasi adalah logam, berubah menjadi kation logam.

Diagram untuk sel elektrokimia dari Daniel. Sumber: Rehua

Misalnya, gambar di atas mewakili sel Daniel: sel elektrokimia yang paling sederhana. Elektroda seng metalik mengoksidasi, melepaskan kation Zn ²⁺ ke dalam media air. Ini terjadi di wadah ZnSO ₄ di sebelah kiri.

Di sebelah kanan, larutan yang mengandung CuSO ₄ direduksi, mengubah kation Cu ²⁺ menjadi tembaga logam yang diendapkan pada elektroda tembaga. Selama perkembangan reaksi ini, elektron berjalan melalui sirkuit eksternal mengaktifkan mekanismenya; dan oleh karena itu, menyediakan energi listrik untuk operasi tim.

Komponen sel elektrokimia

Elektroda

Arus listrik dihasilkan atau dikonsumsi dalam sel elektrokimia. Untuk memastikan aliran elektron yang memadai harus ada bahan yang merupakan konduktor listrik yang baik. Di sinilah elektroda dan sirkuit eksternal masuk, dilengkapi dengan kabel tembaga, perak atau emas.

Elektroda adalah bahan yang menyediakan permukaan tempat reaksi akan berlangsung di dalam sel elektrokimia. Ada dua jenis tergantung pada reaksi yang terjadi di dalamnya:

-Anoda, elektroda tempat terjadi oksidasi

-Katoda, elektroda tempat terjadi reduksi

Elektroda dapat dibuat dari bahan yang bereaksi, seperti pada kasus sel Daniel (seng dan tembaga); atau, dari bahan lembam, seperti yang terjadi bila terbuat dari platinum atau grafit.

Elektron yang dilepaskan oleh anoda harus mencapai katoda; tetapi tidak melalui solusi, tetapi melalui kabel logam yang menghubungkan kedua elektroda ke sirkuit eksternal.

Pelarutan elektrolit

Larutan yang mengelilingi elektroda juga memainkan peran penting, karena diperkaya dengan elektrolit yang kuat; seperti: KCl, KNO ₃ , NaCl, dll. Ion-ion ini mendukung, sampai batas tertentu, migrasi elektron dari anoda menuju katoda, serta konduksi mereka melalui sekitar elektroda untuk berinteraksi dengan spesies yang akan dikurangi.

Air laut, misalnya, menghantarkan listrik jauh lebih baik daripada air suling, dengan konsentrasi ion yang lebih rendah. Itulah sebabnya sel elektrokimia memiliki pelarutan elektrolit yang kuat di antara komponen-komponennya.

Jembatan Saline

Ion-ion larutan mulai mengelilingi elektroda yang menyebabkan polarisasi muatan. Larutan di sekitar katoda mulai menjadi bermuatan negatif, karena kation sedang direduksi; dalam kasus sel Daniel, kation Cu ²⁺ saat diendapkan sebagai tembaga metalik pada katoda. Dengan demikian, mulai ada defisit muatan positif.

Di sinilah jembatan garam melakukan intervensi untuk menyeimbangkan muatan dan mencegah elektroda agar tidak terpolarisasi. Menuju sisi atau kompartemen katoda, kation dari jembatan garam akan bermigrasi, baik K ⁺ atau Zn ²⁺ , untuk menggantikan Cu ^{2+ yang} dikonsumsi. Sementara itu, NO ₃ ^- anion akan bermigrasi dari jembatan garam menuju kompartemen anoda, untuk menetralkan peningkatan konsentrasi kation Zn ²⁺ .

Jembatan garam terdiri dari larutan garam jenuh, dengan ujungnya ditutupi oleh gel yang dapat ditembus oleh ion, tetapi tidak dapat ditembus air.

Jenis sel elektrokimia dan cara kerjanya

Cara kerja sel elektrokimia tergantung pada jenisnya. Pada dasarnya ada dua jenis: galvanik (atau volta) dan elektrolitik.

Galvanik

Sel Daniel adalah contoh sel elektrokimia galvanik. Di dalamnya, reaksi terjadi secara spontan dan potensi baterainya positif; semakin besar potensinya, semakin banyak listrik yang akan disuplai oleh sel.

Sel atau baterai tepatnya adalah sel galvanik: potensi kimiawi antara dua elektroda diubah menjadi energi listrik ketika sirkuit eksternal menghubungkan keduanya. Dengan demikian, elektron bermigrasi dari anoda, menyalakan peralatan yang terhubung dengan baterai, dan dikembalikan langsung ke katoda.

Elektrolitik

Sel elektrolitik adalah sel yang reaksinya tidak terjadi secara spontan, kecuali jika disuplai dengan energi listrik dari sumber eksternal. Di sini fenomena yang berlawanan terjadi: listrik memungkinkan reaksi kimia non-spontan berkembang.

Salah satu reaksi paling terkenal dan paling berharga yang terjadi dalam jenis sel ini adalah elektrolisis.

Baterai isi ulang adalah contoh sel elektrolitik dan galvanik: baterai diisi ulang untuk membalikkan reaksi kimianya dan menetapkan kembali kondisi awal untuk digunakan kembali.

Contoh

Sel Daniel

Persamaan kimia berikut sesuai dengan reaksi di sel Daniel di mana seng dan tembaga berpartisipasi:

Zn (s) + Cu ²⁺ (aq) → Zn ²⁺ (aq) + Cu (s)

Tetapi kation Cu ²⁺ dan Zn ²⁺ tidak berdiri sendiri melainkan disertai anion SO ₄ ^2- . Sel ini dapat direpresentasikan sebagai berikut:

Zn - ZnSO ₄ - - CuSO ₄ - Cu

Sel Daniel dapat dibangun di laboratorium mana pun, menjadi sangat berulang sebagai praktik dalam pengenalan elektrokimia. Karena Cu ²⁺ diendapkan sebagai Cu, warna biru larutan CuSO ₄ secara bertahap akan memudar.

Sel hidrogen platinum

Bayangkan sebuah sel yang mengonsumsi gas hidrogen, menghasilkan perak metalik, dan pada saat yang sama memasok listrik. Ini adalah sel platina dan hidrogen, dan reaksi umumnya adalah sebagai berikut:

2AgCl (s) + H ₂ (g) → 2Ag (s) + 2H ⁺ + 2Cl ^-

Di sini, di kompartemen anoda kami memiliki elektroda platina inert, terendam dalam air dan dipompa ke dalam gas hidrogen. H ₂ dioksidasi menjadi H ⁺ dan melepaskan elektronnya ke endapan AgCl seperti susu di kompartemen katoda dengan elektroda perak metalik. Pada perak ini AgCl akan berkurang dan massa elektroda akan bertambah.

Sel ini dapat direpresentasikan sebagai:

Pt, H ₂ - H ⁺ - - Cl ^- , AgCl - Ag

Sel Downs

Dan terakhir, di antara sel-sel elektrolitik kita memiliki natrium klorida yang menyatu, yang lebih dikenal sebagai sel Downs. Di sini, listrik digunakan untuk memindahkan volume NaCl cair melalui elektroda, sehingga menyebabkan reaksi berikut:

2Na ⁺ (l) + 2e ^- → 2Na (s) (katoda)

2Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2e ^- (anoda)

2NaCl (l) → 2Na (s) + Cl ₂ (g) (reaksi global)

Dengan demikian, berkat listrik dan natrium klorida, natrium logam dan gas klor dapat dibuat.

Referensi

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia (Edisi ke-8). CENGAGE Learning.
2. Wikipedia. (2020). Sel elektrokimia. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 Januari 2020). Sel Elektrokimia. Diperoleh dari: thinkco.com
4. R. Ship. (sf). Sel Elektrokimia. Diperoleh dari: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Chemicool. (2017). Definisi Sel Elektrokimia. Diperoleh dari: chemicool.com
6. Patricia Jankowski. (2020). Apa itu Sel Elektrokimia? - Struktur & Penggunaan. Belajar. Diperoleh dari: study.com
7. Alkimia (3 Maret 2011). Sel elektrokimia. Kimia dan Sains. Diperoleh dari: laquimicaylaciencia.blogspot.com