Contoh Soal Pembahasan Perbandingan Sel Volta dan Sel Elektrolisis
Perbandingan antara sel volta dan sel elektrolisis adalah topik yang sangat penting dalam bidang kimia, terutama dalam studi elektrokimia. Keduanya adalah perangkat yang digunakan untuk menghasilkan listrik dari reaksi kimia atau untuk mengarahkan reaksi kimia melalui penerapan energi listrik. Artikel ini akan menyoroti perbedaan utama antara sel volta dan sel elektrolisis melalui contoh soal dan pembahasannya. Tujuannya adalah untuk memberikan pemahaman yang mendalam dan menyeluruh mengenai dua jenis sel tersebut.
Sel Volta
Sel volta, yang juga dikenal sebagai sel galvanik, adalah jenis sel elektrokimia yang menghasilkan arus listrik dari reaksi spontan kimia. Dalam sel volta, reaksi redoks terjadi di mana reduksi dan oksidasi terjadi di elektroda yang berbeda. Untuk memahami lebih dalam, mari kita lihat contoh soal sel volta.
Contoh Soal 1:
Anoda dari sel volta dibuat dari seng (Zn) dan katodanya dari tembaga (Cu). Andaikan konsultasi dengan tabel potensial reduksi standar menunjukkan bahwa potensial reduksi standar (E°) dari Cu²⁺/Cu adalah +0,34 V dan Zn²⁺/Zn adalah -0,76 V. Hitunglah potensial sel standard (E° sel) dari sel volta ini.
Pembahasan:
Pertama-tama, tuliskan reaksi setengah sel untuk oksidasi dan reduksi.
– Anode (Oksidasi): Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻
– Katode (Reduksi): Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)
Potensial sel standard (E° sel) dihitung dari selisih potensial reduksi katode dan anode.
– E° sel = E° katode – E° anode
– E° katode = +0,34 V
– E° anode = -0,76 V
Maka potensial sel standard adalah:
\[ E°_{sel} = 0.34V – (-0.76V) \]
\[ E°_{sel} = 0.34V + 0.76V \]
\[ E°_{sel} = 1.10V \]
Jadi, potensial sel standard untuk sel volta ini adalah 1,10 V.
Sel Elektrolisis
Sel elektrolisis, di sisi lain, menggunakan energi listrik untuk memaksa reaksi kimia non-spontan terjadi. Dalam sel elektrolisis, arus listrik dari sumber eksternal diterapkan untuk mendorong reaksi redoks yang tidak akan terjadi dengan sendirinya. Mari kita lihat contoh soal sel elektrolisis untuk memahami sifat dan prinsip kerjanya.
Contoh Soal 2:
Dalam suatu proses elektrolisis, aluminium dihasilkan dari aluminium oksida (Al₂O₃) cair. Hitunglah jumlah listrik yang diperlukan untuk menghasilkan 1 mol aluminium (Al). Andaikan bahwa satu mol Al memerlukan tiga mol elektron.
Pembahasan:
Menurut persamaan elektrokimia untuk elektrolisis tersebut:
\[ Al^{3+}(aq) + 3e⁻ → Al(s) \]
Diketahui bahwa untuk setiap mol aluminium, diperlukan 3 mol elektron. Menurut hukum Faraday, jumlah listrik (Q) yang dibutuhkan dapat dihitung menggunakan rumus:
\[ Q = n \cdot F \]
di mana:
– n adalah jumlah mol elektron
– F adalah konstanta Faraday (96500 C/mol elektron)
Untuk menghasilkan 1 mol Al:
\[ n = 3 \text{ mol elektron} \]
Sehingga, jumlah listrik (Q):
\[ Q = 3 \cdot 96500 \]
\[ Q = 289500 \text{ C} \]
Jadi, untuk menghasilkan 1 mol aluminium, diperlukan 289500 coulombs listrik.
Perbandingan Sel Volta dan Sel Elektrolisis
Berikut adalah tabel yang merangkum perbedaan utama antara sel volta dan sel elektrolisis:
| Aspek | Sel Volta | Sel Elektrolisis |
|———————–|———————————|———————————–|
| Sumber Energi | Reaksi Kimia | Energi Listrik |
| Tipe Reaksi | Spontan | Non-spontan |
| Anode (-)/Katode (+) | Anode (-), Katode (+) | Anode (+), Katode (-) |
| Tujuan | Menghasilkan listrik | Menginduksi reaksi kimia |
| Aplikasi | Baterai, sel bahan bakar | Plating, pengecoran logam, pemurnian |
Sumber Energi:
Sel volta menghasilkan energi listrik dari reaksi kimia yang spontan, sedangkan sel elektrolisis menggunakan energi listrik dari sumber eksternal untuk memaksa reaksi non-spontan terjadi.
Tipe Reaksi:
Dalam sel volta, reaksi spontan menyebabkan aliran elektron dari anode ke katode melalui sirkuit eksternal. Sementara di sel elektrolisis, arus listrik dari luar digunakan untuk menggerakkan reaksi yang tidak akan terjadi dengan sendirinya.
Anode dan Katode:
Dalam sel volta, anode merupakan elektroda negatif dan katode positif. Di sel elektrolisis, anode adalah positif dan katode negatif. Ini adalah salah satu perbedaan utama yang sering membuat bingung siswa.
Tujuan:
Tujuan utama dari sel volta adalah untuk menghasilkan listrik, sedangkan sel elektrolisis digunakan untuk menginduksi reaksi kimia, seperti pemurnian logam atau elektrolisis air.
Aplikasi:
Sel volta umumnya digunakan dalam baterai dan sel bahan bakar yang menghasilkan listrik yang dapat digunakan untuk berbagai aplikasi. Sel elektrolisis digunakan dalam proses industri seperti pengecoran logam, electroplating, dan pemurnian logam.
Kesimpulan
Baik sel volta maupun sel elektrolisis memainkan peran penting dalam teknologi saat ini. Memahami cara kerja masing-masing jenis sel ini serta cara menghitung berbagai parameter yang terlibat melalui contoh soal adalah kunci untuk menguasai konsep elektrokimia. Melalui pembahasan di atas, kita telah menyoroti perbedaan fundamental antara sel volta dan sel elektrolisis, termasuk sumber energi, tipe reaksi, serta contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Dengan pemahaman yang baik tentang kedua jenis sel ini, Anda akan lebih siap dalam memecahkan berbagai soal terkait dalam ujian kimia serta mengaplikasikannya dalam berbagai alat dan teknologi modern.
