Sel volta adalah sel di mana reaksi kimia antara konduktor berbeda terhubung melalui elektrolit dan jembatan garam menghasilkan energi listrik. Sel volta juga dapat ditenagai oleh reaksi reduksi oksidasi spontan. Pada dasarnya, sel galvanik menyalurkan energi listrik yang dihasilkan oleh transfer elektron dalam reaksi redoks. Energi atau arus listrik dapat dikirim ke sirkuit, seperti di televisi atau bola lampu.
Elektroda setengah sel oksidasi adalah anoda (-), sedangkan elektroda setengah sel reduksi adalah katoda (+) dapat digunakan untuk membantu mengingat pengurangan terjadi di katoda dan oksidasi terjadi di anoda.
Sel galvanik juga disebut sel Daniel atau sel volta.
Pengertian
Sel galvanik juga disebut sel Daniel atau sel volta adalah sel elektrokimia yang menyediakan energi listrik. Sumber energi sel volta adalah reaksi kimia spontan, lebih khusus reaksi redoks spontan. Sebagai contoh, semua baterai terbuat dari satu atau lebih sel volta; baterai menjadi kosong ketika sebagian besar atau semua reaktan mereka telah dikonversi menjadi produk, mengubah energi potensial kimianya menjadi energi listrik.
Sel volta adalah salah satu dari dua jenis dasar sel elektrokimia. Jenis lainnya adalah sel elektrolisis; dalam sel elektrolitik, energi listrik digunakan untuk mendorong reaksi kimia non-spontan. Misalnya, air dapat dipecah menjadi hidrogen dan oksigen dalam sel elektrolitik. Juga, ketika baterai yang dapat diisi ulang, ia beroperasi sebagai sel elektrolisis.
Cara Mengatur Sel volta
Ada dua pengaturan utama untuk sel galvanik. Dalam kedua kasus, setengah reaksi oksidasi dan reduksi dipisahkan dan dihubungkan melalui kawat, yang memaksa elektron mengalir melalui kawat. Dalam satu pengaturan, setengah reaksi terhubung menggunakan disk berpori. Pada pengaturan lain, setengah reaksi terhubung melalui jembatan garam.
Tujuan dari cakram berpori atau jembatan garam adalah untuk memungkinkan ion mengalir di antara setengah reaksi tanpa banyak pencampuran larutan. Ini menjaga netralitas biaya dari solusi. Pemindahan elektron dari setengah sel oksidasi ke setengah sel reduksi menyebabkan penumpukan muatan negatif dalam setengah sel reduksi dan muatan positif dalam setengah sel oksidasi. Jika tidak ada cara bagi ion untuk mengalir di antara larutan, penumpukan muatan ini akan menentang dan setengah aliran elektron antara anoda dan katoda.
Cara kerja sel volta
- Dalam sel volta, ketika elektroda terpapar elektrolit pada antarmuka elektroda-elektrolit, atom-atom elektroda logam memiliki kecenderungan untuk menghasilkan ion dalam larutan elektrolit meninggalkan elektron di elektroda. Sehingga, membuat logam elektroda bermuatan negatif.
- Sementara pada saat yang sama ion logam dalam larutan elektrolit juga, memiliki kecenderungan untuk disimpan pada elektroda logam. Sehingga, membuat elektroda bermuatan positif.
- Dalam kondisi kesetimbangan, pemisahan muatan diamati dan tergantung pada kecenderungan dua reaksi yang berlawanan, elektroda dapat bermuatan positif atau negatif. Oleh karena itu, perbedaan potensial dikembangkan antara elektroda dan elektrolit.
- Perbedaan potensial ini dikenal sebagai potensial elektroda.
- Dari dua elektroda, elektroda tempat oksidasi berlangsung disebut anoda sedangkan elektroda tempat reduksi disebut katoda.
- Anoda memiliki potensi negatif sehubungan dengan solusi sedangkan katoda memiliki potensi positif sehubungan dengan solusi.
- Dengan demikian, perbedaan potensial berkembang antara dua elektroda sel galvanik. Perbedaan potensial ini dikenal sebagai potensial sel.
- Ketika tidak ada arus yang diambil dari sel volta, potensial sel dikenal sebagai gaya gerak sel galvanik.
- Ketika sakelar dinyalakan, karena perbedaan potensial, elektron mengalir dari elektroda negatif ke elektroda positif.
Contoh Sel Volta
Sel volta atau galvanik diperkenalkan sebagai alat untuk mempelajari sifat termodinamik dari garam leburan lebih dari seabad yang lalu. Sel Daniel adalah contoh sel volta yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Dalam sel Daniel, ion tembaga direduksi di katoda sementara seng dioksidasi di anoda.
Reaksi sel Daniel di katoda dan anoda adalah:
- Di katoda: Cu 2+ + 2e– → Cu
- Di anoda: Zn → Zn2+ + 2e–
Baterai Edison
Baterai Edison adalah sel sederhana yang dapat diisi ulang yang ditemukan oleh Thomas Edison. Terdiri dari dua elektroda logam, satu terbuat dari besi, yang lain dari nikel. Selama pengisian awal, lapisan nikel oksida terbentuk pada elektroda nikel.
Elektrolit (cairan ionik antara elektroda) adalah 20-30 persen berat kalium hidroksida dalam air. Peran kalium hidroksida dalam kasus ini adalah meningkatkan konduktivitas ionik untuk menyelesaikan rangkaian listrik – kalium hidroksida tidak dikonsumsi dalam reaksi.
Ketika habis, sel Edison beroperasi sebagai sel volta. Ketika sedang diisi, sel beroperasi sebagai sel elektrolisis.
Persamaan kimia untuk reaksi di elektroda adalah:
Ni2O3 + H2O + 2 e– ⇌ 2 NiO + 2 OH–
Fe + 2 OH– ⇌ Fe(OH)2 + 2 e–
Selama pelepasan, ketika sel menghantarkan energi listrik, reaksi di atas berlangsung ke kanan →.
Selama pengisian, ketika sel mengubah energi listrik menjadi energi potensial kimia, reaksi di atas berlanjut ke kiri ←.
Sel Edison, dengan kedua elektroda berbagi elektrolit yang sama, adalah salah satu sel volta paling sederhana dalam penggunaan praktis; kebanyakan sel volta lebih rumit. Keuntungannya yang luar biasa adalah ketahanannya yang luar biasa terhadap kesalahan seperti pengisian berlebih dan masa kerjanya yang sangat lama, dengan siklus charge-discharge yang hampir tak terbatas.
Kerugian terbesarnya adalah, relatif terhadap keluaran energinya, sangat berat.
Baterai Lithium
Kemajuan teknologi baterai telah mendorong miniaturisasi perangkat elektronik. Tanpa kemajuan ini, perangkat modern seperti ponsel dan tablet akan lebih besar dan lebih rumit.
Inti dari kemajuan ini adalah teknologi ion lithium. Lithium adalah unsur logam dengan kepadatan sangat rendah: pada 0,534 g / cm3 litium setengah padatnya seperti air; lithium mengapung di atas air. Bandingkan ini dengan logam dalam sel Edison, kerapatan nikel adalah 8,908 g / cm3, dan besi adalah 7,874 g / cm3: ini lebih dari 10x lebih tinggi dari kerapatan lithium.
Potensial redoks tinggi Lithium yang dikombinasikan dengan kepadatannya yang rendah membuat ion-ionnya sempurna untuk digunakan sebagai bahan baterai.
Baterai lithium ion tipikal didasarkan pada elektroda berpori yang memungkinkan ion Li untuk masuk dan keluar dari pori-pori mereka. Misalnya, baterai ion lithium yang dapat diisi ulang dapat memiliki elektroda grafit dan elektroda oksida kobalt yang didoping litium dengan elektrolit polioksietilena yang mengandung garam LiPF6.
Ketika baterai seperti itu menyalakan perangkat, atom litium yang dipegang dalam struktur lapisan anoda grafit dioksidasi menjadi ion.
LiC6 → C6 + Li + + e-
Di katoda, ion litium direduksi dalam struktur oksida kobalt.
CoO2 + Li + + e- → LiCoO2
Reaksi-reaksi ini terbalik ketika sel sedang diisi.
Penerapan Sel Volta
1. Pada aki
Reaksi penggunaan aki :
- Anode : Pb + SO4 2- → PbSO4 + 2e
- Katode : PbO2 + SO42-+ 4H++ 2e → PbSO4 + 2H2O
- Reaksi sel : Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+ ” 2PbSO4 + 2H2O
2. Pada Baterai
Batere disusun oleh Seng sebagai anoda, dan grafit dalam elektrolit MnO2, NH4Cl dan air bertindak sebagai katoda.
3. Baterai Nikel-Kadmium
Baterai Nikel-Kadmium sebagai berikut:
- Anoda : Cd + 2OH- Cd(OH)2 + 2e
- Katoda :NiO2 + 2H2 O + 2e Ni(OH)2 + Ni(OH)2 +
- Cd + NiO2 + 2H2O Cd(OH)2 + Ni(OH)2
4. Baterai Perak Oksida
Susunan baterai perak oksida yaitu Zn (sebagai anode), Ag2O (sebagai katode), dan pasta KOH sebagai elektrolit.reaksinya sebagai berikut:
- Anode :Zn + 2OH- Zn(OH)2 + 2e
- Katode :Ag2O + H2O + 2e 2Ag + 2OH-
Reaksi Sel : Zn(s) + Ag2O(s) + H2O(l) ” Zn(OH)2(s) + 2Ag(s)
5. Sel Bahan Bakar
- Anode :2H2 + 4OH- 4H2O + 4e
- Katode :O2 + 2H2O + 4e 4OH- +
2H2 + O2 –> 2H2O
6. Proses dalam penyepuhan
Emas (anoda) : Au(s) → Au3+(aq) + 3e (oksidasi)
Tembaga (katoda) : Au3+(aq) + 3e → Au(s) (reduksi)
Pada permukaan tembaga akan terjadi reaksi reduksi Au3+(aq) + 3e → Au(s). Au terbentuk pada permukaan tembaga dalam bentuk lapisan tipis.
Soal dan jawaban
Apa fungsi sel volta?
Jenis sel elektrokimia adalah sel volta, ini digunakan untuk memasok arus listrik melalui reaksi redoks ke transfer elektron. Sel galvanik adalah contoh bagaimana menggunakan reaksi sederhana antara beberapa elemen untuk memanfaatkan energi.
Bagaimana Anda membuat sel volta?
Sel dasar atau sel volta terdiri dari dua elektroda, satu dari tembaga dan lainnya dari seng dicelupkan ke dalam larutan gelas asam sulfat encer. Arus mengalir dari tembaga ke seng di luar sel dan dari seng ke tembaga di dalam sel ketika kedua elektroda terhubung secara eksternal dengan sepotong kawat.
Mengapa katoda positif dalam sel volta?
Anoda adalah elektroda tempat oksidasi (kehilangan elektron) terjadi; itu adalah elektroda negatif dalam sel volta karena elektron ditinggalkan pada elektroda ketika terjadi oksidasi. Karena itu, katoda adalah elektroda negatif; karena berkurangnya ion positif dari atom logam.
Apakah sel Daniel adalah sel volta?
Kadang-kadang dikenal sebagai sel volta atau sel Daniell adalah sel galvanik. Salah satu contoh sel galvanik adalah baterai rumah tangga biasa. Elektron mengalir dari satu reaksi kimia ke reaksi lainnya terjadi melalui rangkaian eksternal yang menghasilkan arus.
Bagaimana Anda mewakili sel galvanik?
Sel volta dasar dibuat dengan merendam dalam larutan asam sulfat encer, pelat seng dan pelat tembaga. Sel volta adalah sel elektrokimia yang menghasilkan energi listrik menggunakan reaksi kimia. Reaksi terhadap oksidasi dan reduksi dibagi menjadi kompartemen setengah sel.
