Sel Volta

Susunan Sel Volta

Secara umum, sel volta tersusun dari:
Anode, yaitu elektrode tempat terjadinya reaksi oksidasi.
Katode, yaitu elektrode tempat terjadinya reaksi reduksi.

Elektrolit, yaitu zat yang dapat menghantarkan listrik

Rangkaian luar, yaitu kawat konduktor yang menghubungkan anode dengan katode.
Jembatan garam, yaitu rangkaian dalam yang terdiri dari larutan garam. Jembatan garam memungkinkan adanya aliran ion-ion dari setengah sel anode ke setengah sel katode, dan sebaliknya sehingga terbentuk rangkaian listrik tertutup.


Ilustrasi : Rangkaian sel volta dengan jembatan garam

Pada gambar di atas, terlihat rangkaian sel volta dengan dua kompartemen. Masing-masing kompartemen merupakan setengah sel. 

Pada kompartemen kiri, dalam larutan ZnSO4 terjadi setengah reaksi oksidasi Zn menjadi ion Zn2+, sedangkan :

Pada kompartemen kanan, dalam larutan CuSO4 terjadi setengah reaksi reduksi ion Cu2+ menjadi Cu. 

Logam Zn dan Cu yang menjadi kutub-kutub listrik pada sel volta di atas disebut sebagai elektrode. Logam Zn tempat terjadinya reaksi oksidasi Zn disebut anoda sedangkan Logam Cu tempat terjadinya reaksi reduksi ion Cu2+ disebut katoda. 

Oleh karena elektron dilepas dari reaksi oksidasi di anoda menuju reaksi reduksi di katoda, maka anoda adalah kutub negatif dan katoda adalah kutub positif

Kedua kompartemen dihubungkan dengan pipa kaca berbentuk U yang berisi larutan garam seperti NaNO3 atau KCl dalam medium agar-agar yang disebut Jembatan Garam. 

Fungsi jembatan garam adalah untuk menetralkan muatan listrik dari kedua kompartemen setelah reaksi redoks dengan menyuplai anion ke kompartemen anoda dan kation ke kompartemen katoda; serta memungkinkan terjadinya migrasi ion-ion pada kedua kompartemen sehingga membentuk rangkaian listrik tertutup. 

Pada sel volta di atas, dengan jembatan garam KNO3, ion NO3− akan bergerak ke arah anoda untuk menetralkan ion Zn2+ berlebih dari hasil oksidasi Zn; dan ion K+ akan bergerak ke arah katoda untuk menetralkan ion SO42− berlebih dari larutan CuSO4 oleh karena berkurangnya ion Cu2+ setelah tereduksi menjadi logam Cu.

Notasi Sel Volta

Susunan sel volta dapat dinyatakan dengan notasi sel volta yang disebut juga diagram sel. Untuk contoh sel volta di atas, notasi selnya dapat dinyatakan sebagai berikut.

Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu atau Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s)

Penulisan notasi sel volta mengikuti konvensi umum sebagai berikut.
Komponen-komponen pada kompartemen anoda (setengah sel oksidasi) ditulis pada bagian kiri, sedangkan komponen-komponen pada kompartemen katoda (setengah sel reduksi) ditulis pada bagian kanan.
Tanda dua garis vertikal ( | |) melambangkan jembatan garam yang memisahkan kedua setengah sel.
Tanda satu garis vertikal ( | ) melambangkan batas fase antara komponen-komponen dengan fase berbeda. 

Potensial Sel Standar (E°sel)

Adanya arus listrik berupa aliran elektron pada sel volta disebabkan oleh adanya beda potensial antara kedua elektrode yang disebut juga dengan potensial sel (Esel) ataupun gaya gerak listrik (ggl) atau electromotive force (emf). 

Potensial sel yang diukur pada keadaan standar (suhu 25°C dengan konsentrasi setiap produk dan reaktan dalam larutan 1 M dan tekanan gas setiap produk dan reaktan 1 atm) disebut potensial sel standar (E°sel). 

Nilai potensial sel (E°sel) sama dengan selisih potensial kedua elektrode. 

E°sel = E°katode – E°anode

Katode adalah elektrode yang memiliki nilai E° lebih besar (positif), sedangkan anode adalah elektrode yang memiliki nilai E° lebih kecil (negatif). Data nilai potensial elektrode standar dapat dilihat pada tabel berikut.

Data Potensial Sel Standar (E°)

Kespontanan reaksi redoks dapat diprediksi dari nilai potensial reaksi redoks tersebut. Suatu reaksi redoks akan berlangsung spontan ke arah pembentukan produk bila potensial reaksinya bernilai positif.
Reaksi Redoks spontan jika E°redoks > 0 (bernilai Positif)

Deret Keaktifan Logam (Deret Volta)

Urutan unsur-unsur logam pada tabel potensial elektrode standar disebut juga deret deret volta. Deret ini memberikan informasi reaktivitas unsur logam dalam suatu reaksi redoks.

Keterangan : Reaktivitas unsur logam semakin berkurang dari kiri ke kanan.

dimana :
Sifat reduktor (daya reduksi) logam semakin berkurang dari kiri ke kanan.
Kecenderungan logam untuk teroksidasi semakin berkurang dari kiri ke kanan.
Sifat oksidator (daya oksidasi) logam semakin bertambah dari kiri ke kanan.
Kecenderungan ion logam untuk tereduksi semakin bertambah dari kiri ke kanan.

Contoh Soal :
Diketahui potensial elektrode aluminium dan perak sebagai berikut.
Fe2+(aq) + 2e− → Fe(s)  E° = − 0,44 V
Cu2+(aq) + 2e− → Ag(s) E° = + 0,34 V
a. Tulislah diagram sel volta yang disusun dari kedua elektrode tersebut.
b. Tuliskan reaksi yang terjadi pada sel tersebut.
c. Tentukan potensial standar sel tersebut.
d. Prediksikan apakah reaksi FeSO4aq) + Cu(s) → Fe(s) + CuSO4(aq) berlangsung spontan pada keadaan standar.

Jawab:

a. Reaksi oksidasi di anode → E° lebih negatif → Fe
    Reaksi reduksi di katode → E° lebih positif → Cu
    Diagram sel: Fe | Fe2+ || Cu2+ | Cu

b. Katode (reduksi)     : Cu2+(aq) + 2e− → Cu(s)   E°red = +0,34 V
    Anode (oksidasi)     : Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e−    E°red = −0,44 V                   
    Reaksi sel (redoks) : Cu2+(aq) + Fe(s) → Cu(s) + Fe2+(aq) E°sel = +0,78 V

Perhatian! Nilai potensial elektrode tidak bergantung pada koefisien reaksi.

c. E°sel = E°katode – E°anode = (+0,34 V) − (−1,44 V) = +0,78 V
d. Reaksi ion bersih : Fe2+(aq) + Cu(s) → Fe(s) + Cu2+(aq)
    Reduksi  : Fe2+(aq) + 2e− → Fe(s) ;  E°red (Fe2+/Fe) = −0,44 V
    Oksidasi : Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e− ;  E°red (Cu2+/Cu) = +0,80 V
    E°redoks = E°red Fe2+/Fe) – E°red (Cu2+/Cu) = (−0,44 V) − (+0,34 V) = − 0,78 V
    

Oleh karena E°redoks < 0, reaksi tidak berlangsung spontan.