Kimia Fisika 2 ||Penentuan Persamaan Nernst||

Tujuan
Dapat menentukan Esel suatu reaksi reduksi oksidasi.
Dapat menentukan hubungan antara Esel sebagai fungsi konsentrasi.
Dapat menentukan fungsi Gibbs sebagai fungsi termodinamika reaksi
.

Dasar teori
Potensial sel pada spesies yang mengalami reaksi reduksi dan oksidasi dapat diukur dalam keadaan standar (temperature 298 K dan tekanan 1 atm) yangdinyatakan dalam E0sel. Jika diukur dalam keadaan temperature dan tekanan tertentu dinyatakan sebagai Esel. Setiap spesies mempunyai harga tertentu yang merupakan bilangan bulat yang besarnya dinyatakan sebagai potensial setengah reduksi. Harga potensial setengah reduksi standar dapat diperoleh dalam table harga E0sel. Besarnya potensial setengah oksidasi standar merupakan kebalikan harga potensial reduksi standar, sedangkan besarnya potensial standar untuk reaksi redoks merupakan neto dari kedua reaksi tersebut.

Jika sel galvani yang terdiri dari:

aA + bB ↔ cC + dD

maka besarnya potensial sel galvani tergantung pada aktivitas spesies yang mengalami reaksi sel. Hubungan antara potensial suatu electrode logam-ion-logam dan konsentrasi ion tersebut dalam larutan dinyatakan dalam persamaan Nernst.

∆G = ∆G0 + 2,303 RT log

∆G : perubahan enenrgi bebas

∆G0 : perubahan energy bebas pada 298 K, 1 atm

Α : aktivasi ion

Apabila aktivitas ion dinyatakan dalam konsentrasi, maka persamaan tersebut menjadi:

∆G = ∆G0 + 2,303 RT log

Perubahan energy bebas merupakan kerja yang dilakukan untuk mendorong electron sebesar muatan electron (e) dikalikan bilangan Avogadro (N) yang melewati voltase sebesar Esel. Besarnya N x E dinyatakan sebagai bilangan Faraday = 96.500 C. besarnya ∆G = - n F Esel dan ∆G0 = - n F E0sel sehingga persamaannya sebagai berikut :

-  n F Esel = n F E0sel + 2,303 RT log

Esel = E0sel –  log 

Esel = E0sel –  logK

n : banyaknya electron

F = bilangan faraday

Percobaan ini akan mempelajari suatu sel galvani yang sederhana untuk menentukan Esel suatu reaksi reduksi oksidasi Zn/Zn2+ || Cu2+/Cu.

Alat
  1. Potensiometer
  2. Gelas piala
  3. Gelas ukur
  4. Kabel
  5. Penjepit
  6. Lempeng Cu 6 x2 cm
  7. Lempeng Zn 6 x 2 cm
  8. termometer
  9. kertas amplas
  10. labu takar 25 dan 50 mL
  11. pipet ukur 10 mL
  12. corong
  13. gelas arloji
  14. batang pengaduk
  15. benang jahit putih
  16. IV.      Bahan
  17. CuSO4.5H2O
  18. ZnSO4.7H2O
  19. KNO3
  20. Kertas saring 25 x 10 cm
  21. Tissue

 Langkah kerja
  1. Pembuatan larutan CuSO4 1 M
  2. Timbang 12,475 g CuSO4.5H2O dengan gelas arloji lalu dilarutkan dengan 25 mL akuades dalam gelas piala dan aduk hingga homogeny.
  3. Pindahkan larutan ke dalam labu takar 50 mL dengan corong dan batang pengaduk. Bilas gelas piala dengan air suling.
  4. Tambahkan akuades sampai mendekati tanda batas dan dengan pipet tambahkan akuades sampai batas tanda etsa. Gojog hingga homogeny.
  5. Buat pengenceran untuk membuata larutan CUSO4 0,1; 0,001 dan 0,001 M sebanyak 50 mL.

Pembuatan larutan ZnSO4 1 M

  1. Timbang 7m175 g ZnSO4.7H2O menggunakan gelas arloji lalu larutkan dengan 10 mL akuades dalam gelas piala dan aduk hingga homogeny.
  2. Pindahkan larutan ke dalam labu takar 25 mL dengan menggunakan bantuan corong dan batang pengaduk. Bilas gelas piala dengan air suling.
  3. Tambahkan akuades hingga mendekati tanda etsa dan denganpipet tepatkan. Gojog hingga homogeny.

Pembuatan jembatan garam dari larutan KNO3 jenuh

  1. Masukkan 20 mL akuades dalam gelas piala dan tambahkan KNO3 sambil diaduk.
  2. Tambahkan lagi sampai Kristal KNO3 sudah tidak dapat larut.
  3. Siapkan 4 lembar kertas saring masing-masing digulung sehingga diameter tidak lebih dari 100 mm dan ikat dengan kuat dengan benang jahit.
  4. Celupkan gulungan kertas saring ke dalam larutan KNO3 jenuh sampai semua kertas mengandung KNO3.

Penentuan Esel suatu reaksi reduksi oksidasi

  1. Bersihkan lempeng Cu dan Zn dengan kertas amplas.
  2. Siapkan 2 buah gelas piala dan isi masing-masing dengan 25 mL larutan CuSO4 1 M dan 25 mL larutan ZnSO4 1 M.
  3. Buatlah rangkaian jembatan garam dan ukur voltasenya dengan menggunakan potensiometer. Catat pula suhu dan polaritas kedua elektrodanya.
  4. Ulangi langkah 1 sampai 3 untuk larutan CuSO4 dengan konsentrasi 0,1; 0,01; dan 0,001 M.

Pembahasan

Sel elektrokimia adalah sel yang terdiri dari dua elektroda yang berupa konduktor logam, yang dicelupkan ke dalam elektrolit konduktor ion (yang dapat berupa larutan, cairan, atau padatan). Pada rangkaian ini logam dicelupkan dalam larutan CuSO4 dan logam seng dicelupkan pada larutan ZnSO4 dimana kedua elektroda dihubungkan dengan voltmeter yang berfungsi untuk mengukur perbedaan potensial pada kedua system sedangkan kedua larutan dihubungkan dengan jembatan garam yang terbuat dari kertas saring yang telah dicelupkan dalam larutan KNO3 yang berfungsi sebgai penyetara kation dan anion dalam larutan.

Logam Zn akan melepaskan electron dan tereduksi menjadi Zn2+ dan bergabung dalam larutan ZnSO4, electron yang dilepaskan kemudian mengalir dari elektroda Zn ke elektroda Cu sedangkan ion Cu2+ nya sendiri dari larutan CuSO4 menerima electron yang kemudian ini berubah (tereduksi) menjadi endapan logam Cu. Aliran yang terbentuk antara logam Zn (elektroda Zn) dengan elektroda Cu inilah yang pada akhirnya menyebakan terjadinya beda potensial antara kedua elektroda dan menimbulkan listrik dan alirannya listriknya arah arusnya adalah kebalikan dari arah aliran electron.

Perbedaan potensial ini terukur pada alat pengukur beda potensial yang telah terpasang diantara kedua elektroda (voltmeter) sebagai beda potensial yang dilambangkan E. dan beda potensial yang dihasilkan akan mencapai titik maksimum ketika tidak ada arus mengalir dan inilah yang kemudian disebut Esel.

Jembatan garam berfungsi sebagai penyetara anion dan kation dalam system ini dikarenakan suatu alas an yaitu pada saat electron teralir, maka secara otomatis kation Zn2+ makin bertambah, di dalam larutan ZnSO4 sedangkan disebelhnya terjadi penurunan jumlah ion (kation) Cu2+ karena terus menerus tereduksi menjadi logam Cu padahal secara normalnya seharusnya jumlah antara ionnya (kation) adalah sama, sehingga itulah yang menyebabkan dipasangnya jembatan garam untuk mengimbangi jumlah kation Zn2+ dan Cu2+ dengan SO42-. Pada larutan ZnSO4 akan terdiri dari anion NO32- oleh jembatan garam sesuai dengan jumlah Zn2+ yang makin bertambah sedangkan pada CuSO4 yang semakain kekurangan kation Cu2+, SO42-  yang tersisa akan masuk ke dalam jembatan garam untuk menggantikan posisi NO32- yang terlepas dari jembatan garamnya.

Nilai Esel merupakan suatu nilai yang sangat ditentukan oleh jenis bahan dan konsentrasi bahan serta temperature larutan elektrolit sehingga itulah sebabnya dalam percobaan ini dilakukan pengamatan Esel terhadap perubahan konsentrasi. Dari percobaan ini kita peroleh penjelasan bahwa semakin besar konsentrasiutan elektrolit yang digunakan maka semakin besar beda potensial sel yang dihasilkan. Hal ini karena makin besar konsentrasi dalam suatu larutan maka makin banyak spesi-spesiyang dapat mentranfer electron sehingga beda potensialnya otomatis makin besar.rubahan konsentrasi CuSO4 yang digunakan yaitu 1 ; 0,1 ;  0,01 dan 0,001 M. dan setiap kali larutan CuSO4 ini diganti maka jembatan garamnya pun ikut diganti. Hal ini karena jembatan garam yang telah dipakai artinya telah bereaksi dengan larutan CuSO4 dengan konsentrasi sebelumnya. Begitupun pola pada elektrodanya harus diamplas saat sebelum dipakai dan saat setelah dilakukan penggantian larutan untuk membersihkan endapan yang dihasilkan karena proses ini sangat sensitive sedikit saja pengotor dapat menimbulkan kesalahan yang besar.

Kesimpulan

Dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa Esel suatu reaksi reduksi oksidasi yaitu semakin besar nilai logK maka akan semakin kecil harga Eselnya. Reaksi berjalan spontan karena harga ∆G < 0.

Daftar pustaka

Atkins, PW., 1999, Kimia Fisika Jilid 1 Edisi Keempat, Erlangga, Jkarta.

Dogra, JK., 1990, Kimia Fisik dan Soal-soal, UI pres, Jakarta.

0 Response to "Kimia Fisika 2 ||Penentuan Persamaan Nernst||"

Post a Comment