Senin, 24 Oktober 2011

Sel Elektrokimia

Banyak reaksi reduksi-oksidasi terjadi secara spontan, memberikan dari energi. Sebuah contoh melibatkan reaksi spontan yang terjadi ketika logam seng ditempatkan dalam larutan ion tembaga seperti yang dijelaskan oleh persamaan ion bersih ditunjukkan di bawah ini.
  Cu +2 (aq) + Zn (s) -------> Cu (s) + Zn +2 (aq)
Logam seng perlahan "melarutkan" sebagai oksidasi yang menghasilkan ion-ion yang masuk ke dalam seng solusi. Pada saat yang sama, ion tembaga mendapatkan elektron dan diubah menjadi atom tembaga yang melapisi logam seng atau sedimen ke dasar wadah. Energi yang dihasilkan dalam reaksi ini dengan cepat hilang sebagai panas, tetapi dapat dibuat untuk melakukan pekerjaan yang berguna dengan alat yang disebut, sel elektrokimia. Hal ini dilakukan dengan cara berikut.
Sebuah sel elektrokimia terdiri dua kompartemen atau setengah-sel, masing-masing terdiri dari elektroda dicelupkan dalam larutan elektrolit. Setengah-sel ini dirancang untuk mengandung setengah-reaksi oksidasi dan pengurangan setengah-reaksi secara terpisah.

Setengah-sel, disebut anoda, adalah situs di mana oksidasi seng terjadi seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
  Zn (s) ----------> Zn +2 (aq) + 2e -
Selama oksidasi seng, elektroda seng perlahan akan larut untuk menghasilkan ion seng (Zn +2), yang masuk ke dalam larutan yang mengandung Zn +2 (aq) dan SO 4 -2 (aq) ion.
Setengah-sel, disebut katoda, adalah situs di mana terjadi pengurangan tembaga seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
  Cu +2 (aq) + 2e - Cu -------> (s)
Ketika reduksi ion-ion tembaga (Cu +2) terjadi, atom tembaga menumpuk pada permukaan elektroda tembaga padat.
Reaksi dalam setiap sel setengah tidak terjadi kecuali dua sel setengah terhubung satu sama lain.
Ingatlah bahwa dalam rangka untuk oksidasi terjadi, harus ada reaksi reduksi yang sesuai yang dihubungkan atau "digabungkan" dengan itu. Selain itu, dalam oksidasi reduksi terisolasi atau setengah-sel, ketidakseimbangan muatan listrik akan terjadi, anoda akan menjadi lebih positif seperti kation seng diproduksi, dan katoda akan menjadi lebih negatif sebagai kation tembaga akan dihapus dari solusi. Masalah ini dapat diselesaikan dengan menggunakan "jembatan garam" yang menghubungkan dua sel seperti yang ditunjukkan dalam diagram di bawah. Sebuah "jembatan garam" adalah penghalang berpori yang mencegah pencampuran spontan dari larutan berair dalam kompartemen masing-masing, namun memungkinkan migrasi ion di kedua arah untuk menjaga netralitas listrik. Sebagai reaksi oksidasi-reduksi terjadi, kation (Zn +2) dari anoda bermigrasi melalui jembatan garam ke katoda, sedangkan anion, (SO 4) -2, bermigrasi dalam arah yang berlawanan untuk menjaga netralitas listrik.
Dua setengah sel juga terhubung eksternal. Dalam pengaturan ini, elektron yang disediakan oleh reaksi oksidasi dipaksa untuk melakukan perjalanan melalui sirkuit eksternal ke situs dari reaksi reduksi. Fakta bahwa reaksi terjadi secara spontan setelah setengah sel-sel yang terhubung menunjukkan bahwa ada perbedaan dalam energi potensial. Perbedaan energi potensial disebut kekuatan electomotive (ggl) dan diukur dalam hal volt. Sel seng / tembaga memiliki ggl sekitar 1,1 volt dalam kondisi standar.

Setiap perangkat listrik dapat "disambung" ke dalam sirkuit eksternal untuk memanfaatkan energi potensial yang dihasilkan oleh sel untuk pekerjaan yang bermanfaat. Meskipun energi yang tersedia dari sebuah sel tunggal adalah relatif kecil, sel elektrokimia dapat dihubungkan secara seri untuk meningkatkan output energi mereka. Sebuah aplikasi yang umum dan berguna dari karakteristik ini adalah "baterai". Contohnya adalah baterai timbal-asam yang digunakan dalam mobil. Dalam baterai timbal-asam, setiap sel memiliki anoda logam timbal dan timbal (IV) oksida (timbal dioksida) katoda keduanya yang direndam dalam larutan asam sulfat. Ini sel elektrokimia tunggal menghasilkan sekitar 2 volt. Menghubungkan 6 dari sel-sel dalam seri menghasilkan baterai 12-volt yang ditemukan di mobil yang paling hari ini. Salah satu kelemahan dari ini "sel basah" seperti baterai timbal-asam adalah bahwa hal itu sangat berat dan besar. Namun, seperti banyak lainnya "sel basah", reaksi oksidasi-reduksi yang terjadi dapat dengan mudah dibalik seperti saat ini melalui eksternal seperti yang disediakan oleh alternator sebuah mobil itu. Hal ini memperpanjang masa hidup dan kegunaan dari perangkat seperti sebagai sumber energi.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar