Contoh Kegunaan Sel Galvani / Sel Volta dalam Kehidupan

Setiap reaksi kimia memiliki arah kespontanan rekasi, apakah ke kanan (dari rekatan membentuk produk) atau kekiri (produk yang membentuk rekatan). Untuk rekasi redoks, cara termudah untuk melihat apakah suatu reaksi berlangsung spontan kekanan atau kekiri adalah dengan menghitung potensial selnya (E0sel).

Diketahui harga potensial reduksi :

Sn+2(aq) + 2e  Sn(s) E0 = - 0,14 Volt

Fe3+(aq) + e  Fe+2(aq) E0 = + 0,77 Volt

Apakah reaksi dibawah ini berlangsung spontan atau tidak?

2Fe3+ + Sn  2Fe2+ + Sn2+

Reaksi :

2Fe3+ + Sn  2Fe2+ + Sn2+

  +3          0       +2          +2 

Dari perubahan bilangan oksidasi pada reaksi diatas didapatkan :

Zat yang mengalami reduksi = Fe

Zat yang mengalami oksidasi = Sn

Harga potensial Sel = E0red – E0oks = +0,77 – (- 0,14 ) = + 0,91 Volt

Karena harga E0selnya bertanda positif , maka rekasi diatas dapat berlangsung spontan.

Jika seandainya harga potensial selnya berlangsung negative, maka reaksi sebaliknya yang bertanda negative.

Contoh : 

2Ag + Mg2+  2Ag+ + Mg E0sel = - 3, 18 Volt

Reaksi ke kiri berlangsung tidak spontan karena harga potensial selnya bertanda negative.

Reaksi yang berlangsung spontan adalah reaksi sebaliknya yaitu :

2Ag+ + Mg    2Ag + Mg2+

Kita juga dapat menentukan harga konstanta kesetimbangan (Kc) dari suatu reaksi redoks dengan menggunakan harga E0selnya. Rumus yang akan kita gunakan adalah . . . .

E0Sel = Potensial Sel 

R = konstanta yang harganya = 8,314

T = Suhu (dalam Kelvin)

n = jumlah electron yang diserahterimakan dalam reaksi.

F = 96500 C

Kc = Kontanta kesetimbangan.

Hitunglah Kc kesetimbangan untuk reaksi :

2Tl + Sn2+ < 2Tl+ + Sn, jika E0sel = + 0,196 Volt pada suhu 25 derajat C.

E0sel = RT/nF  ln⁡Kc

0,196 = (8,314 x 298)/(2 x 96.500)  ln⁡Kc

Ln Kc = 0,1960/0,0128 = 15,31

Kc = 4,5 x 106

Pemakainan sel galvani atau sel volta sebagai sumber energy telah dipakai mulai dari zaman dahulu. Salah satu manfaat sel galvani dan yang paling besar penggunaannya dalam kehidupan sehari hari adalah sebagai beterai. 

Berdasarkan reaksi yang terjadi di dalam selnya, sel gavani dibedakan menjadi dua macam yaitu sel primer dan sel sekunder. Perbedaan kedunya adalah pada sel primer reaksi berlangsung satu arah, sehingga ketika sumber elektronya habis, maka sel sudah tidak bisa digunakan lagi. Sedangkan sel sekunder adalah sel yang reaksinya dapat balik, sehingga DGL nya dapat dipulihkan kembali dengan membalikkan reaksi. Pembalikan reaksi terjadi dengan menggunkan arus listrik searah atau kita sering menjumpai istilah “Charge” baterai.

Ada beberapa sel primer yang sering digunakan di masyarakat.

Sel kering sel seng karbon (disebut sel Leclance) adalah sel yang terdiri dari batang grafit (karbon) sebagai katoda yang tercelup dalam campuran NH4Cl, MnO2 dan karbon basah. Campuran ini dibungkus bagian bawahnya oleh seng yang berfungsi sebagai anoda. Jika ujung batang grafit dihubungkan dengan seng, maka akan terjadi rekasi :

Anoda : Zn(s)  Zn2+(aq) + 2e

Katoda : 2MnO2(s) + 2NH4+(aq)+ 2e  Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)

Sel ini banyak dimanfaatkan untuk sumber energy pada radio, lampu senter, jam dinding, mainan anak anak dan lain lain. Kelemahan sel ini adalah cepat habis jika dipakai terus menerus, karena zat hasil reaksi menempel pada elektroda sehingga pemakainannya seharusnya juga diistirahatkan untuk memberikan tenaga tambahan. Waktu pakai sel ini reltif pendek sehingga harganya juga realtif murah.

Sel baterai alkali juga menggunakan seng sebagai anoda dan MnO2 sebagai katoda dalam larutan basa (KOH). Seng yang dipakai diberi pori agar permuakannya luas. Dalam sel terjadi rekasi :

Anoda : Zn(s) + 2OH-(aq) Zn(OH)2 + 2e

Katoda : 2MnO2(s) + 2H2O + 2e  Mn(OH)2(s) + 2OH-(aq)

Sel baterai alkali mempunyai kekuatan listrik besar dan poentsialnya 1,5 volt. Sel ini sedikit lebih tahan lama karena hasil rekasinya tidak menggangu permukaan elektroda.

Baterai perak oksida adalah baterai berukuran kecil, tahan lama dan harganya juga relative mahal. Baterai ini bisanyanya digunakan pada alat elektronik yang berukuran kecil seperti jam tangan, kamera, kalkulaot dan sebagainya. Zat yang digunakan sebagai katoda adalah Ag2O dibagian bawah dan seng dibangian atas sebagai anoda. Keduanya dbatasi oleh suatu isolator. Anoda dan katoda nya juga terdapat dalam larutan elektrolitnya.

Reaksi yang terjadi dalam baterai :

Anoda : Zn(s) + 2OH-(aq)  Zn(OH)2(s) + 2e

Katoda : Ag2O(s) + H2O + 2e  2Ag(s) + 2OH-(aq)

Sel ini lebih dikenal dengan nama keren aki, bisanya digunakan sebagai sebagai baterai mobil. Bagian dalam sel ini terdiri dari beberapa sel Galvani yang dihungkan satu dengan yang lain secara seri. Semua anoda dihubungkan menjadi satu begitu juga katodanya. Anodanya terbuat dari logam timbale (Pb) dan katodanya dibuat dari timbale oksida(PbO2). Keduanya tercelup secara terpisah dalam larutan H2SO4 encer. Sepasang elektroda mengahsilkan potensial 2V, tetapi bisanya mengandung 3 dan 6 pasang untuk menghasilkan potensial masing masing 6V dan 12 V.

Reaksi yang terjadi di dalam sel :

Anoda : Pb + SO42-(aq)  PbSO4(s) + 2e

Katoda: PbO2(s) + 4H+(aq) + SO4-2(aq) + 2e  PbSO4(s) + H2O

Reaksi Sel : Pb(s) + PbO2(s) + 4H+(aq) + 2SO4-2(aq)  2PbSO4(s) + 2H2O

Jika poensial selnya sudah 0, berarti jumlah PbSO4 dan H2O yang terbentuk sudah banyak dan H+ dan SO4-2 sudah sedikit. Reaksi sel diatas dapat dibailk dengan memberikan arus searah (DC) yang berlawanan dari luar, sehingga PbSO4 dan H2O bereaksi kembali mebentuk Pb, PbO2, H+ dan SO4-2. Akan tetapi pada prosesnya, biasanya sebagian PbSO4akan melekat pada kedua elektroda sehingga menyulitkan pengecasan. Hal ini dapat diatasi dengan mencuci elektroda dengan air panas dan mengganti larutan H2SO4 nya.

Sel ini sering disebut sel nicad mempunyai cadmium (Cd) sebagai anoda dan NiO2 sebagai katoda dalam larutan lkali (basa).

Reaksi yang terjadi di dalam sel :

Anoda : Cd(s) + 2OH-(aq)  Cd(OH)2(s) + 2e

Katoda : NiO2(s) + 2H2O + 2e  Ni(OH)2 + 2OH-(aq)

Reaksi sel  Cd(s) + NiO2(s) + 2H2O  Cd(OH)2(s) + 2OH-(aq)

Sel ini lebih tahan lama dibandingan sel penyimpanan timbal dan bentuknya mirip dengan sel kering dan mudah dibawa. Tetapi potensial sel yang dihasilkan kecil yaitu 1,4 V. Sel ini lebih disukai untuk alat elektronik seperti kalkulator, kamera dan sebagainya.

Baterai ini adalah baterai yang dapat diisi ulang, tringan, dan menghasilkan potensial listrik yang besar yaitu 3 V. Baterai ini terdiri dari logam litium dalam grafit (LixC6) sebagai anode dan logam litium oksida sebagai katode (LiMn2O4) serta elektrolit LiClO4 dalam etilen karbonat atau pelarut organic. Electron mengalir melalui rangkaian luar sedangkan ion Li+ mengalir dari anode ke katode.

Persamaan reksi yang terjadi :

Anode :LixC6(s)  aLi+ + C6(s)

Katode         : Li1-xMn2O4(s) + aLi+ xe  LiMn2O4(s)

Reaksi sel : LixC6(s) +  Li1-xMn2O4(s)  C6(s) + LiMn2O4(s)

Baterai ion litium banyak digunakan dalam baterai handphone, Laptop dan kamera digital

Sel bahan bakar adalah sel yang mengubah energy pembakaran menjadi energy listrik. Contohnya reaksi O2 dengan H2 menghasilkan molekul H2O. Reaksi ini tidak langsung terjadi, tetapi melaui suatu larutan basa panas. Gas H2dialirkan dalam karbon yang berpori sebagai anoda dan ditambahkan platina sebagai katalis. Sedangkan gas O2 dialirkan kedalam karbon berpori sebagai katoda. 

Reaksi yang terjadi :

Anoda : 2H2(s) + 4OH-(aq)  4H2O(l) + 4e

Katoda : O2(g) + 2H2O(l) + 4e  4OH-(aq)

Reaksi sel : 2H2(g) + O2(g)  2H2O(l)

Sel ini biasanya sebagai sumber tenaga pesawat ruang angkasa. Oleh sebab itu, biasanya dilakukan pada suhu yang tinggi agar air yang dihasilkan dapat menguap kemudian akan diembunkan kemabli sebagai sumber air minum astronot. Agar dihasilkan energy yang besar, biasanya beberasa sel digabung.