A. Sel Elektrokimia Show
Elektrokimia adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari hubungan antara listrik dan reaksi kimia. Proses elektrokimia berlangsung dalam suatu sel elektrokimia. Sel elektrokimia ada dua jenis, yaitu sel yang menghasilkan listrik dari reaksi redoks yang dinamakan sel Volta dan sel yang menghasilkan reaksi redoks dari listrik yang disebut sel elektrolisis. sel Volta (sel Galvani) adalah sel elektrokimia dimana energy kimia dari reaksi redoks spontan diubah menjadi energy listrik. Prinsip kerja dari sel Volta adalah pemisahan reaksi redoks menjadi dua bagian, yakni setengah reaksi oksidasi di anode dan setengah reaksi reduksi dikatoda
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 Cu2+ 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 SO42¯) dalam larutan. Elektrode di mana reaksi oksidasi terjadi disebut anode. Adapun elektrode di mana reaksi reduksi terjadi disebut katode.Susunan sel Volta dinyatakan dengan notasi singkat yang disebut diagram sel. Notasi tersebut menyatakan bahwa pada anode terjadi reaksi oksidasi Zn menjadi Zn2+. Adapun di katode terjadi reaksi reduksi Cu2+ menjadi Cu. Dua garis sejajar ( ) menyatakan jembatan garam dan garis tunggal sejajar (|) menyatakan batas antarfase. Susunan Sel volta beserta fungsinya : – Anoda : elektroda dimana reaksi oksidasi terjadi, muatannya negative. – Katoda : elektroda dimana reaksi reduksi terjadi, muatannya positive – Elektrolit : zat yang dapat menghantarkan listrik – Rangkaian luar : kawat yang menghubungkan anoda dan katoda – Jembatan garam : menetralkan muatan positif dan negative dalam larutan elektrolit. – Voltameter : Mendeteksi arus listrik B. Persamaan Reaksi Redoks Pada suatu reaksi, perubahan bilangan oksidasi unsur-unsurnya menunjukkan terjadinya reaksi oksidasi dan reduksi. Oksidasi adalah peristiwa kenaikan bilangan oksidasi suatu unsur. Reduksi adalah peristiwa penurunan bilangan oksidasi suatu unsur. 1. Penyetaraan Persamaan Reaksi Redoks Persamaan reaksi redoks dikatakan setara jika jumlah atom dan jumlah muatan di ruas kiri sama dengan jumlah atom dan jumlah muatan di ruas kanan. Pada dasarnya reaksi redoks berlangsung di dalam pelarut air sehingga penyetaraan persamaan reaksi redoks selalu melibatkan ion H+ dan OH–. Terdapat dua metode untuk menyetarakan reaksi redoks, yaitu dengan cara setengah reaksi dan cara bilangan oksidasi. 2. Metode Bilangan Oksidasi Langkah-langkah dalam menyetarakan persamaan reaksi redoks dengan metode bilangan oksidasi adalah seperti berikut.
DAFTAR PUSTAKA: Ratih, Dra. Sains Kimia 3a, Bumi Aksara. Jakarta.2004 Purba Michael. Kimia Untuk SMA Kelas XII. Erlangga. Jakarta.2006
Energi Kimia – Berbicara energi kimia sepertinya tak nyata. Padahal dalam keseharian kita pasti menemukan. Lah kalau menjalin hubungan dengan seseorang kita perlu “chemistry” kok dengan si dia ya kan? Chemistry dalam keseharian diartikan keselarasan rasa antar 2 orang yang terlibat. Bagaimana dengan Energi Kimia? Adakah korelasinya? Pengertian Energi KimiaSebelum membahas energi kimia kita bahas dulu pengertian energi. Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha (kerja) atau melakukan suatu perubahan. Energi kimia adalah energi yang dihasilkan oleh senyawa kimia yang stabil akibat interaksi elektron antar atom atau antar molekul.Jadi kalau ada atom berinteraksi dengan atom akan dihasilkan energi kimia. Tidak jauh seperti manusia, manusia juga kalau saling bertemu ada energi yang dihasilkan, entah itu berupa perasaan yang menyebabkan bahagia atau perasaan sedih yang membuat menangis Energi kimia juga didefinisikan sebagai potensi suatu zat kimia untuk mengalami reaksi kimia lalu berubah menjadi zat lain. Wujud energi kimia hanya dapat terjadi dalam alat penyimpanan energi. Beberapa contoh media penyimpanan energi kimia yang biasa kita temui antara lain baterai, makanan, dan bensin. Pemutusan ikatan antar atom akan menghasilkan energi, ketika atom bergabung lagi membentuk ikatan juga menghasilkan energi. Perubahan energi ini dapat diperkirakan dari energi ikatan berbagai ikatan kimia dalam reaktan dan produk. Ya sama kayak kita, kalau putus dari pacar pasti ada perasaan biasanya sedih tapi ada juga yang bahagia Energi potensial kimia juga merupakan suatu bentuk energi potensial yang berkaitan dengan susunan struktural atom atau molekul. Setiap unsur atau senyawa memiliki energi potensial karena mereka terdiri dari molekul yang senantiasa bergerak atau bergetar. Pengaturan ini mungkin merupakan hasil dari pembentukan ikatan kimia di dalam molekul atau sebaliknya pemutusan ikatan kimia. Energi kimia suatu zat kimia dapat diubah menjadi bentuk energi lain melalui reaksi kimia Macam-macam Energi Kimia1. Energi Kimia menjadi Energi ListrikAda energi listrik dapat diubah menjadi energi kimia dan sebaliknya melalui reaksi elektrokimia. Reaksi kimia yang mampu menghasilkannya adalah reaksi reduksi oksidasi alias redoks. Proses reduksi dan oksidasi di mana terjadi pelepasan atau penerimaan elektron dihasilkan energi listrik. Kok bisa? Gini, oksidasi adalah reaksi pelepasan elektron. Sementara reduksi adalah reaksi penerimaan elektron. Proses serah terima elektron itu akan menghasilkan energi listrik. Alat yang menggunakan konsep ini disebut sel volta. Dinamakan sel Volta karena penemu alat ini adalah Volta. Dia membuat sebuah alat yang bisa menghasilkan listrik. Sebagai sumber listrik alat yang dibuatnya memiliki 2 buah kutub yaitu katoda sebagai kutub positif dan anoda sebagai kutub negatif. Kedua kutub tersebut dibuatnya dari 2 logam yang berbeda. Volta sudah mengukur potensial reduksi atau kemampuan reduksi setiap logam yang disimbolkan E⁰ reduksi. Dengan kemampuan reduksi berbeda akan dihasilkan beda potensial yang memproduksi listrik Misalkan kita membuat sel volta dengan memasangkan 2 buah logam yaitu besi (Fe) dan tembaga (Cu). Fe memiliki E⁰ reduksi -0,44 volt, sementara Cu memiliki E⁰ reduksi Memang yang Fe dan Cu memiliki potensial reduksi, namun ketika mereka dipasangkan, tak mungkin dua-duanya reduksi ,salah satu harus mengalah dan mengalami reduksi. Karena kemampuan reduksi Fe lebih rendah dari Cu sehingga Cu akan melakukan proses reduksi dan Fe oksidasi ketika kedua logam ini dipasangkan. Ternyata besar energi potensial yang dihasilkan adalah + 0,78 volt. E⁰ sel yang dihasilkan di dapat dengan rumus E⁰sel= E⁰reduksi- E⁰oksidasi = +0,34-(-0,44) = + 0,78 Volt Energi potensial ini adalah energi listrik. Angka ini dihasilkan sebagai beda potensial logam Cu dan Fe. Ilustrasi reaksi ion antara Cu dan Fe 2. Energi Kimia menjadi Energi PanasReaksi kimia yang menghasilkan energi panas menjadi pembahasan termokimia. Menurut hukum kekekalan energi, energi tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan artinya energi alam semesta adalah tetap, hanya bentuknya saja yang berubah. Jika ada energi yang menyertai suatu proses kimia, ataupun proses fisika, semata hanya terjadi perpindahan atau perubahan bentuk energi. Nah selanjutnya perubahan energi kita ganti istilahnya dengan sistem. Segala sesuatu di luar sistem kita sebut lingkungan. Dalam termokimia, ada dua jenis reaksi berdasarkan perubahan panas yang terjadi: a. EksotermJumlah energi dari semua bentuk energi yang dimiliki oleh molekul atau partikel zat disebut energi dalam (enternal energy= E). Energi dalam suatu zat atau sistem bisa berubah jika sistem itu menyerap atau melepaskan kalor. Jika zat atau sistem menyerap kalor maka energi dalamnya akan bertambah dan getaran atau gerakan molekulnya akan bertambah. Pertambahan energi dalam ini akan menyebabkan naiknya suhu, perubahan wujud (mencair atau menguap) atau perubahan kimia. Reaksi eksoterm terjadi ketika ada sejumlah panas yang dilepaskan sistem ke lingkungan. Misalkan dalam wadah kita memiliki gelas kemudian kita ukur suhunya 35⁰ C. Setelah itu kita masukkan zat Y. Ternyata setelah kita ukur suhunya naik menjadi 45⁰ C. Pada eksoterm, sistem melepas panas sehingga panasnya bertambah. Panas disini, panas zat X akan bertambah sehingga H awal<H akhir panahnya menuju arah bawah Jika kita cari selisihnya maka ∆H Nya negatif Contoh ½ N2(g) + 3/2 H2→NH3(g) ∆H=- 46 kJ Reaksi pembentukan NH3 melepas energi panas sebesar 46 kJ Analoginya begini b. EndotermReaksi endoterm terjadi ketika ada sejumlah panas yang diserap sistem dari lingkungan. Energi dalam suatu zat atau sistem juga dapat berubah jika mereka melakukan atau menerima kerja (usaha luar). Seperti kita, yang akan mengeluarkan energi jika bergerak,namun jika mager alias malas gerak maka tak banyak energi yang dapat dihasilkan. Jenis kerja yang menyertai perubahan kimia atau proses fisika (perubahan wujud) adalah kerja ekspansi, yaitu kerja yang berhubungan dengan perubahan volume. Kerja, berarti ada volume yang kita perluas atau persempit. Jika suatu zat atau sistem mengembang, maka zat akan mengusir udara atau mengangkat beban diatasnya. Jadi, jika zat atau sistem itu melakukan kerja maka energi dalamnya berkurang, walaupun zat atau sistem itu tidak melepas kalor. Sebaliknya jika sistem menerima kerja (volume berkurang) maka energi sistem bertambah. Untuk reaksi endoterm Misalkan dalam wadah kita memiliki gelas kemudian kita ukur suhunya 35⁰ C. Setelah itu kita masukkan zat X. Ternyata setelah kita ukur suhunya turun menjadi 25⁰C. Ilustrasi endotem Terjadi penurunan suhu karena zat X yang berperan sebagai sistem, menyerap panas dari air. Air berperan sebagai lingkungan. Analoginya begini Pada endoterm, jika suhu lingkungan terdeteksi turun , namun sistem mengambil energi panas sehingga panas nya bertambah. Energi panas disini didefinisikan sebagai entalpi, panas zat X akan bertambah sehingga H awal<H akhir Jika kita cari selisihnya maka ∆H nya positif Contoh : NH3 (g) → ½ N2(g) + 3/2 H2 (g) ∆H=+ 46 kJ Perubahan energi selanjutnya kita sebut perubahan entalpi atau perubahan panas. Perubahan entalpi yang menyertai suatu reaksi bergantung pada suhu dan tekanan pengukurnya. Perubahan entalpi yang diukur pada 25 ⁰C dan tekanan 1 atm, disebut perubahan entalpi standar. Perubahan entalpi tidak dilihat dari kondisi pengukurannya cukup dinyatakan ∆H saja. Persamaan reaksi yang diikuti perubahan entalpi disebut persamaan termokimia. Karena tergolong sifat ekstensif, maka nilai perubahan entalpi yang dituliskan pada persamaan termokimia harus sesuai dengan stoikiometri reaksi, artinya jumlah mol zat yang terlibat dalam reaksi harus sama dengan koefisien reaksi. Jenis-jenis EntalpiInilah beberapa jenis entalpi1. Entalpi pembentukan standarUnsur bereaksi dengan unsur membentuk 1 mol senyawa ternyata bisa menyerap atau melepas energi . Contoh entalpi pembentukan ½ N2(g) + 3/2 H2→NH3(g) ∆H=- 46 kJ Kalau dimisalkan entalpi pembentukan adalah proses membentuk pernikahan AB, misalnya si A bertemu dengan si B lalu mereka menikah dan menjadi satu AB. ada pastinya emosi entah itu sedih atau bahagia. Si A dan B anggaplah unsur dan pernikahan AB sebagai senyawa. Emosi dianalogikan energi panas 2. Entalpi penguraian standarKebalikan dari reaksi pembentukan adalah penguraian, jadi 1 mol senyawa terurai menjadi Unsur dan unsur. Reaksi penguraiannya bisa menyerap atau melepas energi . Contoh entalpi pembentukan NH3(g)→½ N2(g) +3/2 H2 ∆H=- 46 kJ Jadi disini unsur nitrogen bertemu dengan unsur oksigen membentuk senyawa amonia atau NH3 . Jumlah 1 mol ditunjukkan dengan koefisien reaksi NH3 tidak ada yang artinya koefisiennya satu Kalau dimisalkan entalpi penguraian adalah proses perceraian, misalnya AB bercerai dan berpisah masing-masing A dan B mestilah ada emosi entah itu sedih atau bahagia 3. Entalpi pembakaran StandarSelain pembentukan dan penguraian senyawa yang berpotensi menghasilkan energi maka reaksi pembakaran pun mampu menghasilkan energi. Entalpi pembakaran didefinisikan sebagai energi panas yang dihasilkan oleh pembakaran 1 mol unsur atau 1 mol senyawa. Contoh: entalpi pembakaran C C (s) + ½ O2(g) →CO(g) ∆H=- 110,5 kJ Pembakaran 1 mol karbon menghasilkan energi panas sebesar 110,5 kJ Entalpi pembakaran CO C (s) + O2(g) →CO2(g) ∆H=- 393,5 kJ Pembakaran 1 mol CO (karbon monoksida menghasilkan energi panas sebesar 393,5 kJ Entalpi pembakaran melepas energi atau eksoterm karena dihasilkan panas. Contoh-contoh Energi KimiaBanyak contoh-contoh energi kimia yang biasa kita gunakan dalam kehidupan sehari- hari diantaranya 1. BateraiBaterai merupakan contoh dari perubahan energi kimia menjadi energi listrik. Kita menggunakan batu baterai untuk membuat jam dinding tetap bergerak dan remot untuk digunakan. Meskipun saat akan digunakan remot biasanya hilang alias lupa dimana tersimpan Baterai merupakan contoh perubahan energi kimia menjadi energi listrik. Baterai yang relatif murah biasanya adalah sel galvani karbon-seng, dan terdapat beberapa jenis, termasuk standar dan alkaline. Jenis ini sering juga disebut sel kering karena tidak terdapat larutan elektrolit, yang menggantikannya adalah pasta semi padat. Baterai mobil yang digunakan sebagai alat menyimpan energi juga digunakan untuk menyuplai sistem kelistrikan mobil yang dapat kamu pelajari pada buku Pengetahuan Baterai Mobil. Pasta mangan(IV) oksida (MnO2) berfungsi sebagai katoda yang akan menerima elektron. Amonium klorida(NH4Cl) dan seng klorida (ZnCl2) berfungsi sebagai elektrolit. Seng pada lapisan luar berfungsi sebagai anoda. Reaksi yang terjadi :anoda : Zn→Zn2++ 2 e- Zn akan melepaskan 2 elektron kemudian katoda : 2MnO2+ H2O + 2e-→Mn2O3+ 2OH- Dengan menambahkan kedua setengah reaksi akan membentuk reaksi redoks utama yang terjadi dalam sel kering karbon-seng. 2. Baterai AkiBaterai ini memiliki enam sel 2 volt yang dihubungkan seri. Logam timbal dioksidasi menjadi ion Pb2+dan melepaskan dua elektron di anoda. Pb dalam timbal (IV) oksida mendapatkan dua elektron dan membentuk ion Pb2+ di katoda. Ion Pb2+bercampur dengan ion SO42- dari asam sulfat membentuk timbal (II) sulfat pada tiap-tiap elektroda. Jadi reaksi yang terjadi ketika baterai timbal-asam digunakan menghasilkan timbal sulfat pada kedua elektroda.PbO2+ Pb + 2H2SO4→2PbSO4+ 2H2O Reaksi sebaliknya, mengisi ulang baterai, tidak spontan karena membutuhkan input listrik dari mobil. Arus masuk ke baterai dan menyediakan energi bagi reaksi dimana timbal sulfat dan air diubah menjadi timbal(IV) oksida, logam timbal dan asam sulfat .2PbSO4+ 2H2O→PbO2+ Pb + 2H2SO4 3. FotosintesisTanaman hijau mengubah energi matahari menjadi energi kimia (kebanyakan oksigen) melalui proses yang dikenal sebagai fotosintesis. Proses fotosintesis mengubah Karbon dioksida dan air menjadi glukosa dan oksigen. Oksigen yang sangat kita butuhkan saat melakukan pernafasan atau respirasi Reaksi fotosintesis: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 Kegiatan fotosintesis terjadi di siang hari karena memerlukan bantuan sinar matahari. Cobalah mencari pohon di siang hari Jika tak ada bahu untuk bersandar carilah pohon untuk bersandar. Meskipun seperti tak ada kegiatan namun yang satu ini lebih menyehatkan karena banyak oksigen yang baru saja release fresh from the oven istilahnya Selain pohon lebih kuat, kita juga akan merasakan kesegaran karena banyak oksigen yang baru dilepaskan oleh pohon yang sedang berfotosintesis. Dengan bantuan angin sepoi-sepoi dijamin kantuk menyerang. Fotosintesis merupakan reaksi endoterm karena menyerap panas. 4. Pembakaran bahan bakarBensin yang terbakar kemudian menghasilkan tenaga untuk menjalankan kendaraan bermotor. Bensin merupakan jenis dari hidrokarbon reaksi pembakarannya sebagai berikut CxHy + O2→CO2 + H2O Reaksi Pembakaran bahan bakar termasuk reaksi eksoterm berdasarkan harga kalor yang dilepas, dan termasuk entalpi pembakaran berdasarkan jenis reaksi yang terjadi 5. Pencernaan makananDari mulai makanan singgah di mulut, meluncur lewat kerongkongan lalu berenang di lambung dan wara-wiri di usus, banyak reaksi kimia yang menemaninya. Ketika makanan selesai dicerna ada energi yang dihasilkan untuk digunakan dalam beraktifitas. Bagi para penggiat diet, mungkin sudah biasa menghitung berapa kalori yang akan didapatkan dari suatu sumber makanan. Agar tak berlebihan biasanya dihitung kalori yang dibutuhkan oleh tubuh. Jika sampai berlebihan maka kalori yang seharusnya jadi tenaga akan menumpuk di tubuh jadi timbunan lemak ya ‘kan? Jadi sesungguhnya kegemukan terjadi ketika kalori yang digunakan lebih sedikit dari kalori yang masuk 6. Respirasi/ pernapasanProses pernapasan merupakan reaksi kimia yang menghasilkan panas. Maka respirasi kita golongkan eksoterm Reaksinya: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O Ada panas yang dihasilkan oleh proses pernapasan Itulah dia pembahasan energi kimia. Semoga dengan penjelasan ini pengetahuan tentang energi kimia semakin terbuka lebar ya. Energi kimia selama ini telah memberikan segudang manfaat pada kehidupan kita sehari-hari. Semoga setelah mempelajari energi kimia tadi chemistry kita dengan kimia makin baik. Rekomendasi Buku & Artikel Terkait1. Ensiklopedia Kimia Volume 1: Sejarah Kimia, Atom & Molekul 2. Buku Pengayaan Kimia: Atom, Ion, dan Molekul 3. Inti Materi Fisika – Kimia Sma Kls 10,11,12
|