Pemaparan Sel Volta

Sel Volta adalah sel elektrokimia yang menghasilkan listrik dari reaksi redoks dan terjadi secara spontan. Pada gambar di atas, telah terjadi reaksi redoks, dimana permukaan logam Zink (Zn) akan segera ditutupi dengan lapisan Tembaga/Cuprum (Cu) dan sedikit demi sedikit logam Zink akan larut.

Elektron berpindah dari Zn ke Cu²⁺. Ion-ion Cu menyelimuti logam Zn, menyerap elektron kemudian mengendap. Adapun atom Zn setelah melepas elektron larut, berubah menjadi Zn²⁺.

Pada reaksi ini tidak timbul arus listrik, karena perpindahan elektron terjadi secara langsung yaitu dari logam Zn ke logam Cu. Kedua logam di atas (Zn dan Cu) harus dipisahkan dengan jembatan garam untuk menghasilkan arus listrik.

Logam Zink dicelupkan dalam larutan yang mengandung ion Zn²⁺ yaitu larutan Zink Sulfat (ZnSO₄) dan logam Cuprum dicelupkan dalam larutan yang mengandung ion Cu₂₊ yaitu Cuprum (II) sulfat. Masing masing logam dihubungkan dengan voltmeter.

Untuk menetralkan muatan pada larutan maka dibuatlah tabung penghubung antara larutan. Tabung ini berisi larutan garam, misal NaCl atau KNO₃ dalam agar-agar dan tabung ini disebut jembatan garam.

Proses, Reaksi, dan Notasinya

Proses yang terjadi pada sel volta yaitu, logam Zink yang dicelupkan dalam larutan Zink Sulfat akan mengalami oksidasi dengan melepaskan dua elektron membentuk ion Zn²⁺.

Elektron yang dilepaskan mengalir melalui kawat penghantar menuju logam Cu dan ditangkap oleh ion sehingga ion Cu²⁺ mengalami reduksi membentuk Cu.

Terjadinya aliran elektron dari logam Zn ke logam Cu ditunjukkan dengan penyimpangan jarum voltmeter. Larutan dalam jembatan garam berfungsi menetralkan kelebihan ion positif (ion Zn²⁺) dalam larutan ZnSO₄ dengan menetralkan kelebihan ion negatif (ion SO₄^2-) dalam larutan.

Elektrode di mana reaksi oksidasi terjadi disebut Anoda. Adapun elektrode di mana reaksi reduksi terjadi disebut Katoda.

Reaksi yang terjadi pada sel Volta dapat ditulis sebagai berikut :

Notasi Sel Volta :

Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu

Potensial Elektrode Standar

Elektrode hidrogen dipilih untuk mengukur potensial sebagai elektrode pembanding. Hidrogen diabsorpsi oleh logam platina murni (inert) sehingga ion H⁺ dari larutan bersentuhan dengan hidrogen.

Potensial sel yang dihasilkan oleh suatu elektrode yang dibandingkan dengan elektrode hidrogen disebut dengan potensial elektrode dengan lambang E.

Jika pengukuran dilakukan pada keadaan standar yaitu pada suhu tekanan 1 atm dengan konsentrasi ion-ion 1 M disebut potensial elektrode standar dengan lambang E⁰. Kondisi ini dapat ditulis sebagai berikut :

Potensial Sel

Potensial sel (E⁰_sel) merupakan beda potensial yang terjadi pada kedua elektrode. Potensial dapat ditentukan dengan cara mengukur potensial listrik yang timbul dari penggabungan dua setengah sel menggunakan voltmeter atau potensiometer.

Potensial sel juga dapat dihitung dengan cara menghitung selisih potensial elektrode yang digunakan.

E⁰_sel = E⁰_katoda – E⁰_anoda
Katoda : Elektrode yang mempunyai harga lebih besar.
Anoda : Elektrode yang mempunyai harga lebih kecil.

Contoh Soal

Pada sel volta diketahui dua elektrode Zn dalam larutan Zn²⁺ dan elektroda Cu dalam Cu²⁺.

a. Tentukan elektrode sebagai anoda dan katoda.
b. Tentukan potensial sel (E⁰_sel).
c. Tuliskan reaksi pada sel volta.

Penyelesaian

Bagaimana hubungan potensial sel dengan reaksi spontan?

Jumlah potensial setengah reaksi reduksi dan setengah reaksi oksidasi reaksi redoks dapat dijelaskan seperti berikut :

E⁰_redoks = E⁰_reduksi – E⁰_oksidasi

Potensial reaksi redoks ini digunakan untuk meramalkan apakah suatu reaksi berlangsung spontan atau tidak.
a. Bila positif, maka reaksi akan terjadi spontan.
b. Bila negatif, maka reaksi tidak akan terjadi spontan.

Contoh:
Diketahui data potensial elektrode sebagai berikut:

Ramalkan apakah reaksi tersebut dapat berlangsung spontan?

Penyelesaian

Oleh karena E⁰ positif, berarti reaksi berlangsung spontan.

Bagaimanakah aliran elektron pada elektrokimia?

Oleh karena sel elektrokimia mempunyai dua kutub, berarti bahwa salah satu dari elektrode tersebut adalah positif (katoda) dan elektrode yang lain adalah negatif, sehingga aliran elektron mengalir secara spontan dari anoda ke katoda.

Deret Volta

Deret volta adalah unsur-unsur logam disusun berdasarkan potensial elektrode standar. Berikut ini adalah deret volta :

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Bi, Cu, Hg, Ag, Pt, Au.

Pada deret volta, dari kiri ke kanan makin mudah mengalami reaksi reduksi atau dari kanan ke kiri makin mudah mengalami reaksi oksidasi.

Logam-logam di sebelah kiri atom H memiliki harga E⁰ negatif, dan logam-logam di sebelah kanan atom H memiliki harga E⁰ positif.