Hukum Termodinamika Pertama

Hukum Termodinamika Pertama

Hukum termodinamika pertama (first law of thermodynamics),yang didasarkan pada hukum kekekalan energy,menyatakan bahwa energy dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain,tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.Bagaimana kita mengetahui hal ini?Tidak mungkin membuktikan keabsahan hukum termodinamika pertama jika kita harus menentukan kandungan energi total dalam alam semesta.Bahkan untuk menentukan kandungan energy total dalam 1 gram besi akan luar biasa sulit.Untungnya,kita dapat menguji keabsahan hukum termodinamika pertama dengan hanya mengukur perubahan energy dalam suatu sistem antara keadaan awal  dan keadaan akhir dalam suatu poses.Perubahan energy dalam ∆E dirumuskan dengan

∆E = E_f - E_i

Dimana E_i dan E_f berturut-turut adalah energy dalam system pada keadaan awal dan keadaan akhir.

Energi dalam suatu system mempunyai dua komponen : energy kinetic dan energy potensial.Komponen energy kinetic terdiri dari berbagai jenis gerak molekul dan gerakan elektron dalam molekul.Energi potensial ditentukan oleh interaksi tarik-menarik antara electron-elektron dan inti dan interaksi tolak-menolak antara electron dan antara inti alam molekul tunggal,juga oleh interaksi antara molekul.TIdak mungkin untuk mengukur semua kontribusi ini secara tepat,sehingga kita tidak dapat menghitung energi total suatu system dengan pasti.Di sisi yang lain,perubahan energy dapat ditentukan secara percobaan.

Perhatikan reaksi ntara 1 mol belerang dan 1 mol gas oksigen untuk menghasilkan 1 mol belerang dioksida

S_(s) + O_2(g) à SO_2(g)

Pada kasus ini system terdiri dari molekul reaktan S dan O₂ dan molekul produk SO₂.Kita tidak tahu kandungan energy dalam dari molekul reaktan atau molekul produk,tapi kita dapat mengukur secara tepat perubahan kandungan energy, ∆E yang dirumuskan dengan

∆E   = E (produk) – E(reaktan)

        = kandungan enegi 1 mol SO_2(g) – [ kandungan energy 1 mol S_(s)  + 1 mol O_2(g) ]

Kita menemukan bahwa reaksi ini membebaskan kalor.Jadi,energy produk lebih kecil daripada energy reaktan,dan ∆E bernilai negative.

Dengan menafsirkan pembebasan kalor dalam reaksi ini yang berarti bahwa sebagian energy kimia yang terkandung dalam reaktan telah diubah menjadi energy termal,kita menyimpulkan bahwa perpindahan enrgi dari reaktan ke lingkungan tidak mengubah energi total alam semesta.Jai,jumlah perubahan energy total harus nol :

∆E_sis + ∆E_ling = 0 atau

∆E_sis = -∆E_ling

Dimana subskrip “sis” dan “ling” berturut-turut melambangkan system dan lingkungan.Jadi,jika satu system mengalami perubahan energy ∆E, sisa alam semesta,atau lingkungan,harus mengalami perubahan dalam energy  yang sama besarnya tetapi berlawanan tanda (-∆E_ling) ,energy yang diperoleh di satu tempat harus diiimbangi dengan hilangnya energi ditempat lain.Lebih jauh lagi,karena energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain,energy yang hilang oleh satu system dapat diperoleh kembali oleh system yang lain dengan bentuk yang berbeda.Sebagai contoh,energy yang hilang lewat pembakaran minyak dalam suatu pembangkit daya akan muncul di rumah kita sebagai energy listrik,panas,cahaya,dan seterusnya.

Dalam kimia,kita biasanya tertarik pada perubahan energy yang berkaitan dengan system(yang bisa berupa botol yang mengandung reaktan dan produk),bukan pada lingkungannya.Jadi,bentuk hukum pertama yang lebih berguna adalah

∆E = q + w                                               (6.1)

(Kita hilangkan subskrip”sis”agar sederhana).Persamaan (6.1) menyatakan bahwa perubahan energy dalam ∆E suatu system adalah jumlah kalor q yang dipertukarkan antara system dan lingkungan dan kerja w yang dilakukan pada (atau oleh) system tersebut.Kesepakatan tanda untuk q dan w adalah sebagai berikut : q positif untuk proses endotermik dan negative untuk kerja yang dilakukan oleh system  pada lingkungan.Persamaan (6.1)mungkin terkesan abstrak,tetapi sebenarnya sangat logis.Jika suatu system membebaskan kalor ke lingkungan atau melakukan kerja pada lingungan,kita mengharapkan energi dalamnya turun karena terjadi proses pengurangan energi.Dengan alasan ini,baik q maupun w bertanda negative.Sebaliknya,jika kalor ditambahkan pada system atau jika kerja dilakukan pada system,maka energy dalam system akan meningkat.Pada kasus ini,baik q maupun w bertanda positif.Tabel 6.1 meringkas kesepakatan tanda untuk q dan w

Pengantar Termodinamika

Pengantar Termodinamika

Termokimia adalah bagian dari pembahasan yang lebih luas yang disebut dengan termodinamika (thermodynamics),yaitu ilmu yang mempelajari perubahan antar kalor dan bentuk-bentuk energy yang lain.Hukum-hukum termodinamika menyediakan panduan yang berguna untuk pemahaman energetika dan arah proses.Dalam subbab ini kita akan memusatkan perhatian pada hukum termodinamika pertama,yang secara khusus relevan dengan ilmu termokimia.

Dalam termodinamika,kita mempelajari perubahan-perubahan dalam keadaan system (state a system), yang didefinisikan sebagai nilai-nilai semua sifat makroskopis yang relevan,seperti susunan,energy,suhu,tekanan dan volume.Energi,tekanan,volume,dan suhu dikatakan sebagai fungsi keadaan (state function)-sifat-sifat yang ditentukan oleh keadaan system,terlepas bagaimana keadaan tersebut dicapai.Dengan kata lain,ketika keadaan suatu sistem berubah,besar perubahan dalam setiap fungsi keadaan hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir system dan tidak bergantung pada bagaimana perubahan itu dilakukan.

Keadaan sejumlah tertentu gas ditentukan oleh volume,tekanan dan suhunya.Perhatikan suatu gas pada tekanan 2 atm,suhu 300 K,dan volume 1 L(keadaan awal).Anggaplah suatu proses dilakukan pada suhu konstan,sedemikian rupa sehingga tekanan gas turun menjadi 1 atm.Menurut hukum Boyle,volumenya harus meningkat menjadi 2 L.Jadi keadaan akhirnya adalah pada tekanan 1 atm,suhu 300 K,dan volume 2 L.Perubahan volumenya (∆ V) adalah

                                                     ∆V = V_f - V_i

                                                           = 2L- 1L

                                                           = 1 L

Dengan V₁ dan V₂ berturut-turut menyatakan volume awal dan akhir.Tidak peduli bagaimana kita sampai pada keadaan akhir (misalnya,tekanan gas dapat ditingkatkan dahulu,kemudian diturunkan menjadi 1 atm),perubahan volumenya selalu 1 L.Jadi,volume gas adalah fungsi keadaan.Dengan cara serupa kita dapat menunjukkan bahwa tekanan dan suhu juga merupakan fungsi keadaan.

Energi merupakan fungsi keadaan yang lain.Dengan menggunakan energy potensial sebagai contoh kita menemukan bahwa peningkatan total dalam energy potensial gravitasi adalah sama ketika kita pergi dari titik awal yang sama ke suatu puncak gunung,tidak peduli bagaimana cara kita mencapainya

Perubahan Energi dalam Reaksi Kimia

Perubahan Energi dalam Reaksi Kimia

Seringkali perubahan energy yang berlangsung selama reaksi kimia memiliki sisi praktis yang sama seperti hubungan massa.Sebagai contoh,reaksi pembakaran yang melibatkan bahan bakar seperti gas alam dan minyak bumi dilakukan sehari-hari lebih untuk memanfaatkan eergi termal yang dihasilkannya daripada untuk memanfaatkan jumlah produknya,yatu air dan karbon diksida.

Hampir semua reaksi kimia menyerap atau menghasilkan (melepaskan) energy,umumnya dalam bentuk kalor.Penting bila kita untuk memahami perbedaan antara energy termal dan kalor.Kalor(heat) adalah perpindahan energi termal antara dua benda yang suhunya berbeda.Kita sering mengatakan aliran kalor” dari benda panas kbenda ingin.Walaupun “kalor” itu sering mengandung arti pindahan energy,kita biasanya menyebut “kalor diserap” atau “kalor dibebaskan” ketika menggambarkan perubahan energy yang terjadi sama proses tersebut.Ilmu yang mempelajari perubahan kalor yang menyertai reaksi kimia disebut termokimia(thermochemistry).

Untuk menganalisis perubahan energy yang berkaitan dengan reaksi kimia kita pertama-tama harus mendefinisikan system (system),atau bagian tertentu dari alam yang menjadi perhatian kita.Untuk kimiawan,system biasanya mencakup zat-zat yang terlibat dalam perubahan kimia dan fisika.Sebagai contoh,dalam suatu percobaan penetralan asam-basa,sistem dapat berupa gelas  kimia yang mengandung 50 mL HCl yang ke dalamnya diambahkan 50 mL larutan NaOH.Sisa alam yang berada luar system lingkungan(surrounding)

Terdapat tiga jenis system.Sistem terbuka (open system)dapat mempertukarkan massa dan energy (biasanya dalam bentuk kalor) dengan lingkungannya.Sebagai contoh,system terbuka dapat terdiri dari sejumlah air dalam wadah terbuka,seperti pada gambar 6.1a . Jika kita tutup botol itu,seperti pada gambar 6.1b , sedemikian rupa sehingga tidak ada uap air yang dapat lepas dari atau mengembun ke wadah,maka kita menciptakan system tertutup (closed system) yang memungkinkan perpindahan energy (kalor) tetapi bukan massanya.Dengan menempatkan air dalam wadah yang disekat seluruhnya,maka kita membuat system terisolasi (isolated system),yang tidak memungkinkan perpindahan massa maupun energi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.1c.

Pembakaran gas asetilena (C₂H₂) dalam oksigen adalah satu dari banyak reaksi kimia yang sudah dikenal yang melepaskan sejumlah enegi yang cukup besar

2C₂H_2(g) + 5O_2(g) à4CO_2(g) + 2H₂O_(l) + energy

Pada kasus ini kita menyebut campuran reaksi (asetilena,oksigen,karbon dioksida,dan air)sebagai system dan alam sisanya sebagai lingkungan.Karena energy tidak dapat diciptakan aau dimusnahkan,setiap energi yang hilang dari system harus diterima oleh lingkungannya.Jadi,kalor yang dihasilkan oleh proses pembakaran dipindahkan dari system ke lingkungannya.Setiap proses yang melepaskan kalor(yaitu,perpindahan energy termal ke lingkungan)disebut proses eksotermik( exothermic rocess)(ekso-ialah awalan yang berarti “ke luar” ) Gambar 6.3a menunjukkan perubahan energy pada pembakaran gas asetilena.

Sekarang perhatikan reaksi lain,penguraian merkuri(II) oksida (HgO) pada suhu tinggi

Energy + 2HgO_(s) à 2Hg_(l) + O_2(g)

Ini merupakan contoh proses endotermik (endhotermic process)(endo-adalah awalan yang berarti “ke dalam”),di mana kalor harus disalurkan ke system (yaitu,HgO) oleh lingkungan (Gambar 6.3b)

Dari gambar 6.3 Lo bisa liat bahwa dalam reaksi eksotermik energy total produk lebih kecil daripada energy total reaktan.Perbedaan dalam energy tersebut adalah kalor yang disalurkan oleh system ke lingkungan.Yang sebaliknya terjadi pada reaksi endotermik.Disini,perbedaan antara energi produk dan reaktan sama dengan kalor yang disalurkan ke sistem oleh lingkungan.

Hubungan Energi dalam Reaksi Kimia

Sifat dan Jenis-Jenis Energi

Kita bahas energy nih kali ini.Apa sih Energi?oke langsung aja

“Energi” adalah istilah yang banyak digunakan yang mewakili suatu konsep yang abstrak.Sebagai contoh,ketika kita merasa letih,kita dapat mengatakan kita tidak memiliki energy,dan kita membaca tentang kebutuhan untuk menemukan laternatif sumber energi yang tidak dapat diperbaharui.Tidak seperti materi,energi diketahui dan dikenali melalui akibat-akibatnya.Energi tidak dapat dilihat,disentuh ,dicium,atau ditimbang.

Energi biasa didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja.Sebagai contoh,energy yang terkandung dalam ombak laut dapat dimanfaatkan untuk melakukan kerja yang berguna,tetapi hubungan antara ombak dan kimia sangat sedikit.Kimiawan mendefinisikan kerja(work) sebagai perubahan energy yang langsung dihasilkan oleh suatu proses.Energi kinetic-energi yang dihasilkan oleh benda bergerak-adalah salah satu bentuk energy yang menarik perhatian khusus dari para kimiawan.Benuk energy yang lain mencakup energi radiasi,energi termal,energi kimia,dan energy potensial.

Energi radiasi(radiant energy) atau energy matahari,berasal dari matahari dan merupakan sumber energy utama dari Bumi.Energi matahari memanaskan atmosfer dan permukaan Bumi,merangsang pertumbuhan tanaman melalui proses yang dikenal sebagai fotosintesis,dan mempengaruhi pola iklim dunia.

Energi termal (thermal energy) adalah energy yang berkaitan dengan gerak acak atom-atom dan molekul.Secara umum,energy termal dapat dihitung dari pengukuran suhu.Makin kuat gerakan atom-atom dan molekul dalam suatu materi,makin panas materi itu dan makin besar energy termalnya.Tetapi,kita harus membedakan secara hati-hati antara energy termal dan suhu.Secangkir kopi pada 70^oC mempunyai suhu termal yang tersimpan dalam bak air itu jauh lebih banyak karena volume dan massanya yang lebih besar dibanding kopi tersebut dan karenanya lebih banyak molekul air dan lebih banyak gerakan molekul.

Energi kimia(chemical energy)tersimpan dalam satuan struktur zat kimia,besarnya ditentukan oleh jenis dan susunan atom-atom penyusunannya.Ketika zat-zat terlibat dalam reaksi kimia,energy kimia dilepaskan,disimpan,atau diubah menjadi bentuk energy lainnya.

Energi potensial(potential energy) adalah energy yang tersedia akibat posisi benda.Sebagai contoh,karena ketinggiannya,sebuah batu dipuncak bukit emiliki energy potesial lebih besar dan akan membuat percikan yang lebih besar bila jatuh kedalam air dbandingkan dengan batu serupa yang letaknya lebih di bawahnya.Energi kimia dapat dianggap sebagai suatu bentuk energy potensial karena berkaitan dengan letak relative dan susunan atom-atom dalam suatu zat.

Semua bentuk energy pada prinsipnya dapat diubah dari satu bentuk energy menjadi bentuk energy lainnya.Kita merasa hangat ketika berdiri dibawah sinar matahari karena energi radiasi diubah menjadi energy termal dalam kulit kita.Ketika kita berolah raga,energy kimia yang tersimpan dalam tubuh digunakan untuk menghasilkan energi kinetik.Kamu pasti bisa dong memikirkan banyak contoh lainnya.Walaupun energy dapat memiliki berbagai bentuk yang berbeda yang dapat diubah,ilmuwan telah menyimpulkan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan maupun diciptakan.Ketika satu bentuk energy hilang,bentuk energy yang lain(dengan besar yang sama) pasti akan terbentuk,dan sebaliknya.Asas ini dirangkum dalam hukum kekekalan energy (Law of Conservation of energy).Nilai total energy alam semesta diasumsikan konstan

Deret Kereaktifan Logam

Deret Kereaktifan Logam (Deret Volta)

Susunan unsur-unsur logam berdasarkan potensial elektroda standarnya disebut deret elektrokimia atau deret volta.

Semakin kiri kedudukan suatu logam dalam deret volta maka :

·         Logam semakin reaktif (semakin mudah melepas electron)

·         Logam merupakan reduktor yang semakin kuat

Sebaliknya ,semakin kanan kedudukan logam dalam deret volta,maka :

·         Logam semakin kurang reaktif (semakin sukar melepas electron)

·         Kationnya merupakan oksidator yang semakin kuat

Jadi,logam yang terletak lebih kiri lebih reaktif daripada logam-logam yang dikanannya.Oleh karena itu,logam yang terletak lebih kiri dapat mendesak logam yang lebih kanan dari  senyawanya.

Soal dan Pembahasan Elektrolisis

Baterai

Baterai

Baterai adalah sel galvanic,atau beberapa sel galvanic yang disatukan,yang dapat disatukan sebagai sumber arus listrik searah pada voltase tetap.Meskipun cara kerja baterai pada dasarnya sama dengan sel galvanic,baterai memiliki keunggulan karena sifatnya yang berdiri sendiri dan tidak memerlukan komponen tambahan seperti jembatan garam.Disini kita akan membahas beberapa jenis baterai yang banyak digunakan.

Baterai Sel Kering

Sel kering yaitu sel tanpa komponen cairan,yang paling lazim,ialah sel Lenlanche yang digunakan di lampu senter dan radio transistor.Anoda selnya terbuat dari sebuah kaleng  atau wadah seng yang bersentuhan dengan mangan dioksida (MnO₂) dan sebuah elektrolit.Elektrolit ini terdiri atas ammonium klorida dan seng klorida dalam air,yang ditambahkan pati (amilum) sebagai pengental agar larutan menyerupai pasta sehingga tidak mudah bocor.Sebatang karbon berfungsi sebagai katoda yang direndam di dalam elektrolit ini pada bagian tengah sel.Reaksi selnya adalah

          Anoda :      Zn_(s) àZn²⁺_(aq) + 2e

         Katoda :       2NH₄⁺_(aq) + 2MnO_2(s) + 2e à Mn₂O_3(s) + 2NH_3(aq) + H₂O_(l)

Keseluruhan :    Zn_(s) + 2NH₄⁺_(aq) + 2MnO_2(s) à Zn²⁺ _(aq) + 2NH_3(aq) + H₂O_(l) + Mn₂O_3(s)

Sebenarnya,persamaan ini merupakan bentuk sangat sederhana dari suatu proses yang rumit.Voltase yang dihasilkan oleh sel kering sekitar 1,5 V

Baterai Merkuri

Baterai merkuri banyak digunakan dalam dunia pengobatan dan industry elektronik dan lebih mahal dibandingkan sel kering biasa.Ditempatkan di dalam sebuah silinder baja antikarat,aterai erkuri terdiri atas anoda sng (diamalgamkan dengan sebuah merkuri)yang bersentuhan dengan elektrolit alkali kuat yang mengandung eng ksida dan merkuri(II) oksida.Reaksi selnya adalah

Anoda :                  Zn(Hg) + OH^-_(aq) à ZnO_(s) + H₂O_(l) + 2e

Katoda:                  HgO_(s) + H₂O_(l) + 2e à Hg_(l) + 2OH^-_(aq)

Keseluruhan :        Zn(Hg) + HgO_(s) à ZnO_(s) + Hg_(l)

Karena tidak ada perubahan komposisi elektrolit selama pengoperasian-reaksi sel keseluruhan hanya melibatkan zat padat-baterai merkuri memberikan voltase lebih konstan (1,35 V) dibandingkan sel Lenlanche.Baterai merkuri juga memiliki kapasitas jauh lebih tinggi dan lebih awet.Sifat-sifat ini membuat aterai merkuri ideal untuk digunakan dalam alat pacu jatung,alat bantu dangar,arloji listrik dan pengatur cahaya.

Baterai Bertimbal (Aki)

Baterai bertimbal (aki) yang umum digunakan dimobil terdiriatas enam sel identic yang tersusun secara seri.Setiap sel mempunyai noda timbal an katoda yang terbuat dari timbal dioksida(PbO₂) yang dikemas pada sebuah pelat logam.Baik katoda maupun anoda dicelupkan dalam larutan asam slfat,yang berfungsi sebagai elektrolit.

Reaksi selnya ialah

Anoda : Pb_(s) + SO4^2-(_aq) à PbSO_4(s) + 2e

Katoda : PbO_2(s) + 4H⁺_(aq) + SO4^2- _(aq) + 2e à PbSO_4(s) + 2H₂O_(l)

Keseluruhan : Pb_(s) + PbO_2(s) + 4H⁺_(aq) + 2SO₄^2- _(aq) à 2PbSO_4(s) + 2H₂O_(l)

Pada kondisi kerja normal,setiap sel menghasilkan 2 V , jadi total 12 V dari keenam sel digunakan sebagai catu daya untuk menyalakan rangkaian pengapian mobil dan system listrik lainnya.Aki dapat memberi banyak arus dalam waktu singkat,seperti waktu yang dpakai untuk menyalakan mesin

Tidak seperti sel Leclanche dan baterai merkuri,aki dapat diisi ulang (rechargeable).Pengisian ulang baterai berarti membalik reaksi elektrokimia normal dengan menerapkan voltase eksternal pada katoda dan anoda.(jenis proses ini dinamakan elektrolisis).Reaksi pengisian material awalnya ialah

                          PbSO_4(s) + 2e à Pb_(s) + SO₄^2-_(aq)

                          PbSO_4(s) + 2H₂O_(l) à PbO_2(s) + 4H⁺_(aq) + SO4^2- _(aq) + 2e

Keseluruhan :   2PbSO_4(s) + 2H₂O_(l) à Pb_(s) + PbO_2(s) + 4H⁺ _(aq) + 2SO₄^2-(aq)

Reaksi keseluruhan sepenuhnya berlawanan dengan reaksi sel normal.

Dua aspek kerja aki perlu mendapat perhatin.Pertama,karena reaksi elektrokimia menggunakan asam sulfat,seberapa kurang aki dapat diperiksa dengan mengukur kerapatan elektrolit dengan hydrometer,seperti lazimnya dilakukan di bengkel.Kerapatan cairan dalam aki yang baik dan penuh arus sama atau lebih besar dari 1,2 g/mL.Kedua,orang di daerah dingin kadang-kadang sulit menyalakan mobilnya Karena akinya”mati” perhitungan termodinamika menunjukkan bahwa emf dari banyak sel elektrokimia menurun dengan menurunnya suhu.Namun demikian,untuk baterai timbal,koefisien suhunya adalah sekitar ,5 x 10^-4V/^oC,artinya, penurunan voltase besar 1,5 x 10^-4 V untuk setiap derajat penurunan suhu.Jadi,meskipun perubahan suhunya 40^oC,besarnya penurunan voltase hanyalah sejumlah 6 x 10^-3 V ,yaitu sekitar

(6 x 10-3 V/12 V) x 100 % = 0,05 %

Dari voltase kerja,satu perubahan yang sangat kecil.Penyebab sebenarnya matinya aki ialah meningkatnya viskositas elektrolit karena suhunya menurun.Agar aki dapat berfungsi baik,elektrolit harus bisa menghantar sepenuhnya.Naun,ion bergerak jauh lebih lambat dalam medium yang kental,sehingga resistansi cairan meningkat,mengakibatkan turunnya daya aki.Jika “ aki mati” dihangatkan sampai mendekati suhu kamar pada hari yang dingin,kekuatannya dalam menghantar daya akan kembali.

Aspek Kuantitatif Elektrolisis

Aspek Kuantitatif dari Elektrolisis

Segi kuantitatif dari elektrolisis dikembangkan terutama oleh Mister Faraday nih,seringlah ya lo denger.Ia mengamati bahwa  massa produk yang terbentuk (atau reaktan yang dikonsumsi) pada suatu elektroda berbanding lurus dengan bayaknya listrik yang ditransfer di elektroda itu dan massa olar zat terkait.Contohnya,dalam eletrolisis lelehan NaCl,reaksi katoda menyatakan bahwa satu atom Na dihasilkan ketika itu ion Na⁺ menerima satu eletron dari elektroda.Untuk mereduksi 1 mol ion Na⁺ ,kita harus memasok bilangan Avogadro ( 6,02 x 10²³) electron  katoda.Sebaliknya,stoikiometri dari reaksi anoda menunjukkan bahwa oksidasi dua ion Cl- menghasilkan satu molekul klorin.Jadi,pembentukan 1 mol Cl₂ menghasilkan transfer 2 mol electron dari ion Cl^- ke anoda.Demikian pula,diperlukan 2 mol electron untuk mereduksi 1 mol ion Mg²⁺ dan 3 mol electron untuk mereduksi satu mol ion Al³⁺

Mg²⁺ + 2e à Mg

Al³⁺  + 3e à Al

Dalam suatu percobaan elektrolisis,kita biasanya mengukur arus(dalam ampere,A) yang melewati sel elektrolitik dalam jangka waktu tertentu.Hubungan antara muatan(dalam coulomb,C ) dan arus ialah

1 C = 1 A x 1 s

Dengan kata lain,satu coulomb ialah kuantitas muatan listrik yang melewati sembarang titik pada rangkaian dalam I detik jika arusnya 1 ampere.

Hukum Faraday

Mengulang sedikit yang tadi gue jelasin di atas ya,tentang hukum Faraday,tepatnya menegaskan sih. Oke,pada tahun 1831-1832,jauh sebelum penemuan electron,Michael Faraday dari Inggris,telah menemukan hubungan kuantitatif antara massa zat yang dibebaskan pada elektrolisis dengan jumlah listrik yang digunakan.Penemuan itu disimpulkannya dalam dua hukum sebagai berikut

Hukum Faraday 1 : “Massa zat yang dibebaskan pada elektrolisis (G) berbanding lurus dengan jumlah listrik yang digunakan ( Q ).”

G = Q ………………………..….(2.1)

Jumlah muatan listrik (Q) sama dengan hasil kali dari kuat arus (i) dengan waktu (t).

Q = i x t (coulomb)…………….(2.2)

Jadi persamaan diatas dapat dituliskan sebagai berikut

G = i  x t ………………………….(2.3)

Hukum Faraday 2 : “Massa zat yang dibebaskan pada elektrolisis (G) berbanding lurus dengan massa ekivalen zat itu (ME)”.

G = ME ………………............(2.4)

Penggabungan hukum Faraday I dan II menghasilkan persamaan sebagai berikut

G = k x i x t x ME ……………..(2.5)

Dimana k = tetapan/pembanding . Faraday menemukan nilai K = 1/96500

Jadi,persamaan di atas dapat dinyatakan sebagai berikut

G = ( I x t/96500) xME ………(2.6)

Dimana,  G = massa zat yang dibebaskan(dalam gram)

                i = kuat arus (Ampere)

                t = waktu(sekon)

           ME = Massa ekivalen

Massa ekivalen dari unsur-unsur logam sama dengan massa atom relatif (Ar) dibagi dengan bilangan oksidasinya ( biloks).

           ME = Ar/biloks

Persamaan Nernst

Efek Konsentrasi pada Emf Sel

Sejauh ini kita lebih memusatkan perhatian kita pada reaksi redoks yang reaktan dan produknya berada pada keadaan standar,tetapi kondisi keadaan-standar seringkali sulit,dan kadang kala mustahil dipertahankan.Namun demikian,ada hubungan matematis antara emf sel dan konsentrasi dari reaktan dan produk dalam reaksi redoks pada kondisi keadaan-takstandar.Persamaan ini akan diturunkan pada bahasan subbab ini.

Persamaan Nernst

Kita lihat reaksi redoks dengan jenis

aA   +  bB   à  cC +  dD

Dari persamaan 

∆G = ∆G^o + RT ln Q

Karena  ∆G = -nF dan ∆G^o = - nF^o ,maka persamaan dapat dinyatakan sebagai

-nF =  -nFE^o  +  RT ln Q

Pada kesetimbangan,tidak terdapat transfer bersih electron,sehingga E = 0 dan Q = K, dimana K adalah konstanta kesetimbangan.

Persamaan Nernst memungkinkan kita menghitung E sebagai fungsi dari konsentrasi reaktan dan produk dalam reaksi redoks.Contohnya,untuk sel Daniell

Zn_(s) + Cu²⁺_(aq) à Zn²⁺_(aq) + Cu_(s)

Jika perbandingan [Zn²⁺]/[ Cu²⁺] lebih kecil daripada 1 , ln [Zn²⁺]/[ Cu²⁺] merupakan bilangan negative,ehingga suku kedua disisi kaan persamaan ini positif.Pad kondisi ini E lebih besar dibandingkan emf standar E^o .Jika perbandingannya lebh besar daripada 1, E akan lebih kecil daripada E^o