Sel Volta Primer (autosaved).docx

Sel Volta (Laporan Kelompok Kimia)

Oleh: Kelas XII MIPA 3 1. Amanda Viany S 2. Diola Manggoana 3. Kevin Dandy Ganesha Munthe 4. M. Pratama Putra Melindani 5. Rifdah Nuranda R Guru Pembimbing: Rosmaida Sihombng S.Pd.

SMAN 2 Bandar Lampung 2017/18

Sel Volta Primer 1. Baterai Alkalin

Baterai Alkalin merupakan sel kering dengan potensial sama dengan sel lechlance namun lebih tahan lama dan arus listrik yang lebih besar. Menggunakan anoda Zn dan katoda MnO2, elektrolit nya adalah KOH Reaksi elektrodanya sebagai berikut : Katoda : 2MnO2 (s) + 2H2O(l) + 2e -----> 2MnO(OH) (s) + 2OH- (aq) Anoda : Zn (s) + 2OH- (aq) -----> Zn(OH)2 (s) + 2e Potensial baterai alkalin adalah 1,5 Volt Baterai alkalin ini biasa digunakan untuk : kamera, tape recorder, remote 2. Baterai Merkuri

Baterai merkuri ini merupakan satu dari baterai kecil yang dikembangkan untuk usaha perdagangan atau komersial. Anoda seng dan katoda merkuri (II) oksida (HgO) adalah penyusun dari baterai merkuri ini yang dihubungkan dengan larutan

elektrolit kalium hidroksida (KOH). Sel ini mempunyai beda potensial ± 1,4V. Reaksi yang terjadi pada baterai ini adalah: HgO(s) + H2O + 2e- → Hg(l) + 2OH-(aq) (katoda) Zn(s) + 2OH-(aq) → ZnO(s) + H2O + 2e- (anoda) Reaksi dari keseluruhan atau disebut reaksi bersih adalah: Zn(s) + HgO(s) → ZnO(s) + Hg(l) 3. Sel kering Lechlanche merupakan contoh sel Volta primer. Sel kering atau baterai kering terdiri atas wadah yang terbuat dari seng dan bertindak sebagai anode serta batang karbon sebagai katode. Elektrolit sel ini adalah campuran MnO2, NH4Cl, sedikit air, dan kadangkadang ditambahkan ZnCl2 dalam bentuk pasta. Reaksi yang terjadi pada sel :

Cara kerja sel kering: a. Elektrode Zn teroksidasi menjadi ion Zn2+ Zn → Zn2+ + 2 e– b. Elektron yang dilepaskan mengalir melalui kawat penghantar menuju elektrode karbon. c. Elektron-elektron pada elektrode karbon mereduksi MnO2 dan NH4+ menjadi Mn2O3 dan NH3. Sel yang sering digunakan sebagai ganti sel kering Lechlanche adalah baterai alkalin. Baterai ini terdiri atas anode seng dan katode mangan dioksida serta elektrolit kalium hidroksida. Reaksi yang berlangsung, yaitu:

Baterai alkalin ini dapat menghasilkan energi dua kali energi total Lechlanche dengan ukuran yang sama.

Gambar 1. Bagian-bagian sel kering. 4. Baterai Perak Oksida atau Sel Perak Oksida Baterai perak oksida tergolong tipis dan harganya yang relatif lebih mahal dari baterai-baterai yang lainnya. Baterai ini sangat populer digunakan pada jam, kamera, dan kalkulator elektronik. Perak oksida (Ag2O) sebagai katoda dan seng sebagai anodanya. Reaksi elektrodenya terjadi dalam elektrolit yang bersifat basa dan mempunyai beda potensial sama seperti pada baterai alkaline sebesar 1,5V. Reaksi yang terjadi adalah: Zn(s) + 2OH-(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e- (anoda) Ag2O(s) + H2O(l) + 2e- → 2Ag(s) + 2OH-(aq) (katoda)

5. Baterai Litium Terdiri atas litium sebagai anoda dan MnO2 sebagai oksidator (seperti pada baterai alkaline). Baterai Litium ini dapat menghasilkan arus listrik yang lebih besar dan daya tahannya lebih lama dibandingkan baterai kering yang berukuran sama. Berikut notasi dari baterai Litium: Li│Li+ (pelarut non-air)│KOH (pasta)│MnO2, Mn(OH)3,

Sel Volta Sekunder 1. Baterai Nikel Kadmium

Baterai Nikel Kadmium (NiCd) pertama kali ditemukan di Swedia, oleh Waldmar Jungner pada tahun 1899. Namun baru diproduksi secara masal pada tahun 1960an. Baterai jenis ini memiliki tegangan sel sebesar 1,2 Volt dengan kerapatan

energi dua kali lipat dari baterai asam timbal. Baterai NiCd termasuk golongan baterai yang dapat diisi ulang (rechargeable battery). Baterai NiCd menggunakan nikel untuk elektroda positif dan kadmium untuk negative. Baterai nikel kadmium memiliki nilai hambatan intenal yang kecil dan memungkinkan untuk di charge dan discharge dengan rate yang tinggi. Umumnya baterai jenis ini memiliki waktu siklus hingga lebih dari 500 siklus. Salah satu kekurangan baterai jenis nikel kadmium adalah adanya efek ingatan (memory effect) yang berarti bahwa baterai dapat mengingat jumlah energi yang dilepaskan pada saat discharge sebelumnya. Efek ingatan disebabkan oleh perubahan yang terjadi pada struktur kristal elektrode ketika baterai nikel kadmium diisi muatan listrik kembali sebelum seluruh energi listrik yang terdapat pada baterai nikel kadmiun dikeluarkan/digunakan. Selain itu, baterai nikel kadmium juga sangat sensitif terhadap kelebihan pengisian, sehingga perlu perhatian khusus pada saat pengisian muatan listrik pada baterai. Dengan kata lain, pengisian ulang harus dilakukan pada saat daya baterai benar-benar habis. Karena baterai NiCD memiliki memory effect, semakin lama kapasitasnya akan menurun jika pengisian belum benar-benar kosong. Cadmium memiliki energi potensial reduksi standar (Eored) sebesar -0.40 V, sedangkan Eored Nikel sebesar -0.25 V (Daftar Eored beberapa zat terlampir). Oleh karena Eored Nikel lebih besar (lebih mendekati positif, yang berarti kecenderungan mengalami reduksi lebih besar), maka dalam sistem baterai NiCd, yang menggunakan Nikel dan Cadmium sebagai elektroda, elektroda Nikel akan mengalami reduksi (di sebut sebagai katoda), sedangkan elektroda Cadmium mengalami oksidasi (disebut sebagai anoda), selama reaksi spontan yang menghasilkan listrik (discharge). Selanjutnya, elektroda Nikel akan disebut sebagai elektroda positif, sementara elektroda Cadmium disebut sebagai elektroda negatif. Reaksi kimia yang berlangsung di dalam baterai NiCd melibatkan air dan zat elektrolit KOH, serta bersifat dapat balik (reversible). Oleh karena itu, baterai dapat ‘diisi ulang’ ataurechargeable, dengan membalik reaksi yang semula mengubah energi kimia menjadi energi listrik, kepada reaksi balikan yakni, mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Pada reaksi balikan, elektroda yang semula mengalami reduksi akan mengalami oksidasi, begitupun sebaliknya untuk elektroda yang semua mengalami oksidasi akan mengalami reduksi. Sehingga, katoda dan anoda berubah pada reaksi kebalikan.

Selama penggunaan baterai sebagai sumber energi listrik bagi berbagai alat elektronik, baterai NiCd melakukan reaksi kimia. Adapun prinsip Elektrokimia yang bekerja adalah bahwa pada baterai terjadi reaksi oksidasi dan reduksi yang menyebabkan pergerakan elektron, sehingga dihasilkan arus listrik. Berikut ini adalah reaksi kimia yang terjadi selama penggunaan baterai (discharge) : Positif (reduksi) : 2NiOOH + 2H2O + 2e- --> 2Ni(OH)2 + 2OHNegatif (oksidasi) : Cd + 2OH- --> Cd(OH)2 + 2ereaksi net ion : 2NiOOH + 2H2O + Cd --> 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 Salah satu karakteristik baterai NiCd adalah bahwa zat elektrolit tidak berperan secara langsung, tapi berperan dalam transportasi OH-. Sementara itu, apabila seluruh NiOOH telah diubah menjadi Ni(OH)2 dan atau seluruh Cd telah menjadi Cd(OH)2 maka diperlukan 'pengisian ulang' baterai agar ia dapat digunakan kembali. Hal tersebut dilakukan dengan membalik reaksi melalui pemberian arus listrik (sesuai prinsip elektrolisis, mengubah energi listrik menjadi energi kimia). Ketika arus listrik diberikan, maka elektron akan bergerak menuju kutub baterai yang lebih positif dan menyebabkan reaksi kimia kebalikan sebagai berikut : Negatif (reduksi) : Cd(OH)2 + 2e- --> Cd + 2OHPositif (oksidasi) : 2Ni(OH)2 + 2OH- --> 2NiOOH + 2H2O + 2ereaksi net ion : 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 --> 2NiOOH + 2H2O + Cd

Pengaliran arus listrik memaksa terjadinya oksidasi-reduksi di dalam baterai, sehingga kondisi kembali seperti sebelum digunakan. Tetapi, apabila terjadi overcharge (seluruh Ni(OH)2 dan atau Cd(OH)2 telah diubah menjadi NiOOH dan Cd tetapi arus listrik masih tetap dialirkan), maka arus listrik akan tetap memaksa terjadinya oksidasi dan reduksi, dan reaksi tersebut dilakukan pada air sesuai persamaan berikut : Positif : 4OH- --> O2 + 2H2O + 4eNegatif : 2H2O + 4e- --> 2OH- + H2 net ion reaction : 2OH- --> H2 + O2 Tetapi, reaksi antara oksigen dan hidrogen dapat menyebabkan ledakan dalam proses pembentukan air dengan ∆E = -285.8 kJ/mol (∆E = perubahan entalpi, tabel entalpi pembentukan beberapa zat terlampir). Oleh karena itu, gas harus dialirkan secara tepat, atau pembentukan salah satu gas harus dicegah. Hal kedualah yang dilakukan para pembuat baterai NiCd, yakni mencegah pembentukan gas Hidrogen. Untuk melakukan hal tersebut, kapasitas elektroda negatif dibuat lebih besar dibandingkan elektroda positif sehingga, elektroda positif akan 'terisi penuh' lebih dahlu dari elektroda negatif. Baterai NiCd sendiri biasa digunakan di berbagai alat elektronik seperti peralatan remote control, lampu darurat, serta beberapa peralatan tanpa kabel yang lain. Baterai Nikel Cadmium merupakan baterai yang dapat diisi ulang kembali. Baterai ini biasa digunakan pada perangkat elektronik portable, lampu darurat, dll. B a t e r a i i n i m enggu na k an C d s eb a ga i a no da d a n p a st a Ni O ( OH ) sebagai katodanya. Sedangkan elektrolitnya adalah KOH. Reaksi yang terjadi : Reaksi Anoda : Cd(s) + 2OH-(aq) → Cd(OH)2(s) + 2eReaksi Katoda : 2NiO(OH)(s) + 2H2O(l) + 2e → 2Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq) Reaksi Sel : Cd(s) + 2NiO(OH)(s) + 2H2O(l) → Cd(OH)2(s) + 2Ni(OH)2(s) Potensial sel yang dihasilkan sebesar 1,4 volt Kelebihan dari baterai ini adalah tempat yang digunakan sama dengan tempat yang digunakan pada baterai biasa sehingga tidak perlu memodifikasi casing-nya. Selain itu jika dibandingkan dengan baterai biasa, baterai nikel cadmium atau yang lebih dikenal sebagai Baterai NiCad ini, mempunyai daya tahan sedikit di atas baterai biasa (dengan catatan kondisi baterai NiCad ini masih baik). Kekurangan baterai NiCad adalah biaya pembuatannya mahal, kapasitas berkurang jika tidak baterai dikosongkan (memory effect), dan tidak ramah lingkungan (beracun). Solusi : Baterai nikel kadmium sangat sensitif terhadap kelebihan pengisian, sehingga perlu perhatian khusus pada saat pengisian muatan listrik pada baterai. Pada saat pengisian telah selesai maka suhu akan naik dengan cepat (panas meningkat dengan cepat) sehingga charger perlu dimatikan. Karena jika tidak dimatikan akan dapat menyebabkan suhu baterai akan naik terus dan pada akhirnya akan meledak. Dan

logam Cd itu beracun, oleh karena itu penggunaan Cd diganti dengan logam hidrida, misalnya litium hidrida (LiH) 2. Sel Natrium Belerang Sel natrium belerang ini dapat menghasilkan energi listrik yang lebih besar dari sel perak seng. Elektrodenya adalah Na (natrium) dan S (sulfur). 3. Aki Timbal Aki merupakan jenis baterai yang dapat digunakan untuk kendaran bermotor atau automobil. Aki timbal mempunyai tegangan 6V atau 12V, tergantung jumlah sel yang digunakan dalam konstruksi aki timbal tersebut. Aki timbal ini terdiri atas katoda PbO2 (timbel(IV) oksida) dan anodanya Pb (timbel=timah hitam). Kedua zat sel ini merupakan zat padat, yang dicelupkan kedalam larutan H2SO4. Reaksi yang terjadi dalam aki adalah: Pb(s) + SO42-(aq) → PbSO4(s) + 2e- (anoda) PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq) + 2e- → PbSO4(s) + 2H2O (katoda) Aki ini dapat diisi ulang dengan mengalirkan lagi arus listrik ke dalamnya. Pengisian aki dilakukan dengan membalik arah aliran elektron pada kedua elektrode. Pada pengosongan aki, anoda (Pb) mengirim elektron ke katoda (PbO2). Sementara itu pada pengisian aki, elektrode timbal dihubungkan dengan kutub negatif sumber arus sehingga Pb2SO4 yang terdapat pada elektrode timbal itu direduksi. Berikut reaksi pengisian aki: PbSO4(s) + H+(aq) +2e- → Pb(s) + HSO4-(aq) (elektrode Pb sebagai katoda) PbSO4(s) + 2H2O(l) → PbO2(s) + HSO4-(aq) + 3H+(aq) + 2e- (elektrode PbO2 sebagai anoda).

4. Sel Perak Seng Sel ini mempunyai kuat arus (I) yang besar dan banyak digunakan pada kendarankendaraan balap. Sel perak seng dibuat lebih ringan dibandingkan dengan sel timbal seng. KOH adalah elektrolit yang digunakan dan elektrodenya berupa logam Zn (seng) dan Ag (perak)

Sel Bahan Bakar 1. Sel Hidrogen-Oksigen

Sel hidrogen-oksigen termasuk jenis sel bahan bakar yang terus-menerus dapat berfungsi selama bahan-bahan secara tetap dialirkan ke dalamnya. Sel ini digunakan pada pesawat ruang angkasa. Sel hidrogen-oksigen terdiri atas anode dari lempeng nikel berpori yang dialiri gas hidrogen dan katode dari lempeng nikel oksida berpori yang dialiri gas oksigen. Elektrolitnya adalah larutan KOH pekat.

Gambar 2. Sel aki (accumulator) merupakan contoh sel Volta sekunder Cara kerja sel ini adalah : a. Gas hidrogen yang dialirkan pada pelat nikel berpori teroksidasi membentuk H2O. 2 H2 + 4 OH– → 4 H2O + 4 e– b. Elektron yang dibebaskan bergerak melalui kawat penghantar menuju elektrode nikel oksida. c. Pada elektrode nikel oksida elektron mereduksi O2 menjadi OH–. O2 + 2 H2O + 4 e– → 4 OH–

Reaksi yang terjadi pada sel ini sebagai berikut.

Biasanya pada sel ini digunakan platina atau senyawa paladium sebagai katalis.

Gambar 3. Sel hidrogen-oksigen termasuk jenis sel bahan bakar.

Pertanyaan-pertanyaan 1. Perhatikan gambar berikut !

Penulisan notasi sel yang benar adalah ... a. Mn2+|Mn||Zn2+|Zn b. Zn|Mn2+||Cu|Cu2+ c. Zn|Zn2+||Mn2+|Mn d. Mn2+|Zn||Zn2+|Mn e. Mn|Mn2+||Zn2+|Zn Pembahasan : Dari gambar di atas dapat di tarik kesimpulan bahwa anodadalambatarai alkaline adalah Zn dankatodanyaadalah MnO2 jadipenulisannotasiselnyaadalahanoda|ion||ion|katoda. Zn|Zn2+||Mn2+|Mn Jawaban : B

2. Pada baterai nikel kadmiun (NiCd) reaksi katodanya adalah ... a. Cd(s) + 2OH-(aq) → Cd(OH)2(s) + 2eb. Cd(s) + 2NiO(OH)(s) + 2H2O(l) → Cd(OH)2(s) + 2Ni(OH)2(s) c. 2H2O + 4e- --> 2OH- + H2 d. 2NiO(OH)(s) + 2H2O(l) + 2e- → 2Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq) e. Zn(s) + HgO(s) → ZnO(s) + Hg(l) Pembahasan : Reaksi pada nikel cadmium (NiCd) Positif (reduksi) : 2NiOOH + 2H2O + 2e- --> 2Ni(OH)2 + 2OHNegatif (oksidasi) : Cd + 2OH- --> Cd(OH)2 + 2ereaksi net ion : 2NiOOH + 2H2O + Cd --> 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2

Jawaban : D

3. Reaksi Katoda yang terjadi pada Sel-bahan bakar hidrogen-oksigen adalah... a. O2+2H20+4e- 4OHb. 2O2+2H20+4e- 4OHc. O2+H20+4e- 4OHd. O2+2H20  4OH- + 4ee. O2 +4e- 4OHPembahasan :

Jawaban: A

4. Elektroda dari Natrium belerang adalah a. Na dan S b. Mg dan Al c. Mg dan S d. Na dan Mg e. Al dan Na Pembahasan : Sel natrium belerang ini dapat menghasilkan energi listrik yang lebih besar dari sel perak seng. Elektrodenya adalah Na (natrium) dan S (sulfur). Jawaban: A 5. Reaksi elektrode yang terjadi pada baterai perak oksida adalah ... a. Zn(s) + 2OH-(aq) → Zn(OH)2(s) + 2eb. 2 H2 + 4 OH– → 4 H2O + 4 e– c. Pb(s) + SO42-(aq) → PbSO4(s) + 2ed. 2NiO(OH)(s) + 2H2O(l) + 2e- → 2Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq) e. AgO(s) + H2O(l) + 2e- → 2Ag(s) Pembahasan Reaksi elektrode pada baterai perak oksida : Zn(s) + 2OH-(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e- (anoda) Ag2O(s) + H2O(l) + 2e- → 2Ag(s) + 2OH-(aq) (katoda) Jawaban : A

6. Perhatikan pernyataan di bawah ini 1) Litium sebagai anoda 1) Litium sebagai anoda 2) MnO2 sebagai oksidator 3) MnO2 sebagai anoda 4) Litium sebagai katoda Manakah pernyataan di bawah ini yang benar berkaitan dengan baterai litium ... a. 1 dan 3 b. 1, 2, dan 3 c. 1 dan 2 d. 4 saja e. 1, 2, 3, dan 4 Pembahasan Baterai litium terdiri atas litium sebagai anoda dan MnO2 sebagai oksidator (seperti pada baterai alkaline). Baterai Litium ini dapat menghasilkan arus listrik yang lebih besar dan daya tahannya lebih lama dibandingkan baterai kering yang berukuran sama. Jawaban : C 7. Sel volta mempunyai electrode electrode perak (E0 Ag+|Ag = + 0,80 volt) dan seng (E0 Zn2+| Zn = - 0,76) Pernyatan berikut yang tepat adalah . . . . A. Zn + 2Ag+Reaksi sel yaitu Zn2+ + 2Ag B. Diagram selnya yaitu Zn|Zn2+||Ag+|Ag C. Elektron mengalir dari perak ke seng D. Potensial sel sebesar 0,04 Volt E. Perak bertindak sebagai anode Pembahasan : Diketahui potensial reduksi Ag = + 0,80 Volt Zn = - 0,76 Volt Potensial Ag > Zn sehingga Ag mengalami reduksi sedangkan Zn mengalami oksidasi Reaksi : Ag+ + e Ag E0 = + 0,80 x 2 Zn Zn2+ + 2e E0 = + 0,76 x 1 (karena yang diketahui diatas adalah potensial reduksi, sedangkan Zn mengalami oksidasi sehingga harga E0 berubah tanda)

Diagram Sel = Oksidasi || Reduksi = Zn|Zn2+||Ag+|Ag Elektron tentu mengalir dari zat yang mengalami oksidasi (Zn) ke zat yang mengalami reduksi (Ag). Anode = tempat belangsungnya oksidasi = Zn

Katode = tempat berlangsungnya reduksi = Ag Jawaban : B 8. Aki mobil mepunyai elektroda Pb dan PbO2. Perubahan yang terjadi pada waktu aki bekerja adalah . . . . A. Pb dan PbO2 menjadi PbO B. Pb dan PbO2 menjadi PbSO4 C. Pb menjadi PbSO4, sedangkan PbO2 tetap D. Pb menjadi Pb3O4 sedangkan PbO2 menjadi PbO E. Pb menjadi PbO2, sedangkan PbO2 menjadi Pb3¬O4 Pembahasan :

⇒Saat pemakaian aki: ELEKTRODA Pb (anoda) Pb (s) → Pb²⁺ (aq) + 2e Selanjutnya ion Pb²⁺ bereaksi dengan ion SO₄²⁻ yang ada dalam larutan sehingga terbentuk PbSO₄ Pb²⁺ (aq) + SO₄²⁻ (aq) → PbSO₄ (s) ELEKTRODA PbO₂ (katoda) PbO₂ (s) + 4H⁺ (aq) + 2e → Pb²⁺ (aq) + 2H₂O (l) Di samping itu ion Pb²⁺ bereaksi dengan ion SO₄²⁻ Pb²⁺ (aq) + SO₄²⁻ (aq) → PbSO₄ (s) Dengan berubahnya kedua elektroda Pb dan PbO₂ menjadi PbSO₄, setelah pemakaian maka daya aki makin berkurang Secara singkat reaksi pemakaian dan pengisian aki tersebut di atas dapat ditulis: pemakaian Pb (s) + PbO₂ (s) + 2 H₂SO₄ (aq) ⇄ 2 PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l) pengisian Jawaban : C 9. Apa anoda dari batu baterai merkuri A. HgO(s) + H2O + 2e- → Hg(l) + 2OH-(aq) B.Zn(s) + 2OH-(aq) → ZnO(s) + H2O + 2eC.PbSO4(s) + H+(aq) +2e- → Pb(s) + HSO4-(aq) D.PbSO4(s) + 2H2O(l) → PbO2(s) + HSO4-(aq) + 3H+(aq) + 2eE. Mg2+ (aq) + 2e → Mg (s Pembahasan :

Baterai merkuri ini merupakan satu dari baterai kecil yang dikembangkan untuk usaha perdagangan atau komersial. Anoda seng dan katoda merkuri (II) oksida (HgO) adalah penyusun dari baterai merkuri ini yang dihubungkan dengan larutan elektrolit kalium hidroksida (KOH). Sel ini mempunyai beda potensial ± 1,4V. Reaksi yang terjadi pada baterai ini adalah: HgO(s) + H2O + 2e- → Hg(l) + 2OH-(aq) (katoda) Zn(s) + 2OH-(aq) → ZnO(s) + H2O + 2e- (anoda) Jawaban : B