Kurnia Nur Afifah
Banyak reaksi redoks terjadi secara spontan. Contoh, reaksi spontan yang terjadi yaitu ketika logam seng direaksikan dalam larutan ion tembaga seperti yang ditunjukkan di bawah ini:
Cu2+(aq) + Zn(s) → Cu(s) + Zn2+(aq)
Logam seng perlahan “larut“, oksidasi menghasilkan ion seng yang masuk ke dalam larutan. 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 cepat hilang sebagai panas, tetapi dapat dibuat untuk melakukan pekerjaan yang berguna dengan alat yang disebut, sel elektrokimia. Hal ini dilakukan dengan cara berikut.
1. Sel Elektrokimia
Sel elektrokimia terdiri dari dua kompartemen atau setengah-sel, masing-masing terdiri dari elektroda yang dicelupkan dalam larutan elektrolit. Setengah-sel yang dirancang untuk menghasilkan oksidasi setengah-reaksi dan reduksi setengah-reaksi secara terpisah seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Setengah-sel, disebut anoda, adalah keadaan di mana oksidasi seng terjadi, seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e–
Selama oksidasi seng, elektroda seng perlahan akan larut untuk menghasilkan ion seng (Zn2+), yang masuk ke dalam larutan yang mengandung ion Zn2+(aq) dan ion SO42-(aq).
Setengah-sel yang lain, disebut katoda, adalah keadaan di mana reduksi tembaga terjadi , seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Cu2+(aq) + 2e– → Cu(s)
Ketika pengurangan ion tembaga terjadi, atom tembaga terakumulasi pada permukaan elektroda tembaga padat. Reaksi di setiap setengah sel tidak terjadi kecuali dua setengah sel terhubung satu sama lain.
Ingat, supaya oksidasi terjadi, harus ada reaksi reduksi yang sesuai dan dihubungkan atau “digabungkan” dengan reaksi oksidasi. Selain itu, dalam oksidasi terisolasi atau setengah-sel reduksi, ketidakseimbangan muatan listrik akan terjadi, anoda akan menjadi lebih positif seperti kation Zn, dan katoda akan menjadi lebih negatif sebagai kation Cu akan dihilangkan. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan “jembatan garam” yang menghubungkan dua sel seperti yang ditunjukkan dalam diagram diatas.
2. Jembatan Garam
Jembatan garam adalah penghalang berpori yang mencegah pencampuran spontan dari larutan berair di setiap kompartemen, tetapi memungkinkan migrasi ion di kedua arah untuk mempertahankan netralitas listrik. Sebagai reaksi oksidasi-reduksi, kation (Zn2+) dari anoda bermigrasi melalui jembatan garam ke katoda, sedangkan anion, (SO42-) bermigrasi dalam arah yang berlawanan untuk menjaga netralitas listrik.
Ke dua setengah-sel tersebut juga terhubung secara eksternal. Dalam pengaturan ini, elektron yang disediakan oleh reaksi oksidasi dipaksa untuk melakukan perjalanan melalui lintasan eksternal ke reaksi reduksi. Fakta bahwa reaksi terjadi secara spontan menunjukkan bahwa ada perbedaan dalam energi potensial. Perbedaan energi potensial ini disebut gaya gerak listrik (ggl) dan diukur dalam volt.
Setiap perangkat listrik dapat “disambung” ke dalam lintasan eksternal untuk memanfaatkan energi potensial. Meskipun energi yang tersedia dari satu sel relatif kecil, sel elektrokimia dapat dihubungkan secara seri untuk meningkatkan output energi mereka. Perangkat yang biasa digunakan dari kasus ini adalah “baterai“.
Contohnya adalah baterai timbal-asam, baterai yang digunakan dalam mobil. Dalam baterai timbal-asam, setiap sel memiliki anoda logam timbal dan timbal (IV) oksida (timbal dioksida) katoda yang keduanya direndam dalam larutan asam sulfat. Sel elektrokimia tunggal ini memproduksi sekitar 2 volt.
