Contoh Soal Pembahasan Penggunaan Data Potensial Elektrode Standar
Potensial elektrode standar (E°) memainkan peran penting dalam kimia, khususnya dalam memahami reaksi redoks dan elektrokimia. Potensial elektrode standar memberikan cara untuk memprediksi arah reaksi redoks dan membandingkan kekuatan oksidator serta reduktor. Artikel ini akan menyajikan beberapa contoh soal pembahasan penggunaan data potensial elektrode standar untuk memperjelas cara penggunaannya dalam situasi nyata.
Pengantar Potensial Elektrode Standar
Potensial elektrode standar mengukur kecenderungan suatu elemen atau senyawa untuk memperoleh atau melepaskan elektron dalam kondisi standar (1 M, 1 atm, dan suhu 25°C). Potensial elektrode standar dinyatakan dalam volt (V) dan sering kali dibandingkan dengan potensial elektrode hidrogen standar (SHE) yang nilainya diambil sebagai 0 V.
Contoh Soal 1: Menentukan Reaksi Spontan
Soal:
Hitung apakah reaksi berikut akan berlangsung spontan:
\[ \text{Zn}^{2+} + \text{Cu} \rightarrow \text{Zn} + \text{Cu}^{2+} \]
Potensial elektrode standar yang diperlukan:
– \(\text{Zn}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Zn} \) \( E° = -0.76 \, \text{V} \)
– \(\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \) \( E° = +0.34 \, \text{V} \)
Pembahasan:
1. Tetapkan Reaksi Half-Cell:
Reaksi half-cell reduksi:
– Oxidation half-reaction: \[\text{Zn}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Zn} \, \text{(Reduction, E° = -0.76 V)} \]
– Reduction half-reaction: \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(Reduction, E° = +0.34 V)} \]
2. Identifikasi Reaksi:
Balik reaksi yang memiliki potensial lebih rendah sehingga menjadi oksidasi:
– \[\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e^{-} \, \text{(Oxidation, E° = +0.76 V)} \]
Reaksi yang tersisa:
– \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(Reduction, E° = +0.34 V)} \]
3. Hitung E° total (Cell potential):
– \[ E°_{\text{cell}} = E°_{\text{reduction}} + E°_{\text{oxidation}} = +0.34 \, \text{V} + (+0.76 \, \text{V}) = +1.10 \, \text{V} \]
Karena potensial sel (E°_{\text{cell}}) positif, reaksi ini spontan.
Contoh Soal 2: Menentukan Potensial Keseimbangan
Soal:
Hitung potensial sel untuk reaksi berikut pada suhu standar:
\[ \text{Fe}^{2+} + \text{Ag} \rightarrow \text{Fe} + \text{Ag}^{+} \]
Potensial elektrode standar:
– \(\text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Fe} \) \( E° = -0.44 \, \text{V} \)
– \(\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag} \) \( E° = +0.80 \, \text{V} \)
Pembahasan:
1. Tetapkan Reaksi Half-Cell:
Reaksi half-cell reduksi:
– \[\text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Fe} \, \text{(Reduction, E° = -0.44 V)} \]
– \[\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag} \, \text{(Reduction, E° = +0.80 V)} \]
2. Identifikasi Half-Reaction:
Balik reaksi yang memiliki nilai negatif lebih kecil (lebih positif):
– \[\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \, \text{(Oxidation, E° = +0.44 V)} \]
Reaksi yang tersisa:
– \[\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag} \, \text{(Reduction, E° = +0.80 V)} \]
3. Hitung E° total (Cell potential):
– \[ E°_{\text{cell}} = E°_{\text{reduction}} + E°_{\text{oxidation}} = +0.80 \, \text{V} + (+0.44 \, \text{V}) = +1.24 \, \text{V} \]
Potensial sel positif menunjukkan reaksi ini berjalan spontan pada kondisi standar.
Contoh Soal 3: Perhitungan Energi Gibbs Bebas
Soal:
Tentukan perubahan energi Gibbs bebas (ΔG) untuk reaksi berikut:
\[ \text{Al} + \text{Cu}^{2+} \rightarrow \text{Al}^{3+} + \text{Cu} \]
Diketahui potensial standar elektrode:
– \(\text{Al}^{3+} + 3e^{-} \rightarrow \text{Al} \) \( E° = -1.66 \, \text{V} \)
– \(\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \) \( E° = +0.34 \, \text{V} \)
Pembahasan:
1. Tetapkan Reaksi Half-Cell:
Reaksi half-cell reduksi:
– \[\text{Al}^{3+} + 3e^{-} \rightarrow \text{Al} \, \text{(Reduction, E° = -1.66 V)} \]
– \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(Reduction, E° = +0.34 V)} \]
2. Identifikasi Reaksi:
Balik reaksi yang memiliki potensial lebih rendah sehingga menjadi oksidasi:
– \[\text{Al} \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3e^{-} \, \text{(Oxidation, E° = +1.66 V)} \]
Reaksi yang tersisa:
– \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(Reduction, E° = +0.34 V)} \]
3. Keseimbangan Elektron:
Samakan jumlah elektron untuk reaksi:
– 2 \(\text{Al} \rightarrow 2\text{Al}^{3+} + 6e^{-} \) \[\text{(Oxidation, E° = +1.66 V)} \]
– 3 \(\text{Cu}^{2+} + 6e^{-} \rightarrow 3\text{Cu} \) \[\text{(Reduction, E° = +0.34 V)} \]
4. Hitung E° total (Cell potential):
– \[ E°_{\text{cell}} = (+0.34 \, \text{V} \times 3) + (+1.66 \, \text{V} \times 2) \]
Kesalahan di sini: Bagi rata-rata:
– \[ E°_{\text{cell}} = +0.34 \, \text{V} + +1.66 \, \text{V} = +2.00 \, \text{V}\]
5. Hitung ΔG:
Rumus: \(\Delta G = -nFE_{\text{cell}}\)
– \[n = 6 \, \text{elektron} \]
– \[F = 96485 \, \text{C/mol} \]
– \[ \Delta G = -6 \times 96485 \, \text{C/mol} \times +2.00 \, \text{V}\]
– \[ = -1157820 \, \text{J/mol} \]
– \[ = -1157.82 \, \text{kJ/mol}\]
Sehingga, ΔG negatif menunjukkan reaksi ini spontan.
Kesimpulan
Data potensial elektrode standar menyediakan cara praktis untuk memprediksi ke arah mana reaksi redoks akan berlangsung, seberapa besar kemungkinannya berlangsung, dan hubungannya dengan perubahan energi Gibbs bebas. Contoh soal di atas mengilustrasikan cara penggunaan data tersebut dalam menentukan spontanitas reaksi redoks dan perhitungan energi yang terkait. Bagi siswa atau siapapun yang belajar kimia, memahami data potensial elektrode standar dan aplikasinya adalah dasar yang esensial dalam memahami reaksi elektrokimia yang lebih kompleks.
