Laporan Praktikum Elektrokimia : Sel Galvani

PERCOBAAN IV

ELEKTROKIMIA : SEL GALVANI

       I.           TUJUAN PERCOBAAN

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mempelajari proses reaksi redoks dan penentuan logam sebagai katoda dan anoda pada sel galvani serta penentuan potensial selnya.

    II.            TINJAUAN PUSTAKA

Elektrokimia merupakan ilmu kimia yang mempelajari tentang perpindahan elektron yang terjadi pada sebuah media pengantar listrik (elektroda). Elektroda terdiri dari elektroda positif dan elektroda negatif. Hal ini disebabkan karena elektroda tersebut akan dialiri oleh arus listrik sebagai sumber energi dalam pertukaran elektron. Konsep elektrokimia didasari oleh reaksi reduksi-oksidasi (redoks) dan larutan elektrolit. Reaksi redoks merupakan gabungan dari rekasi reduksi dan oksidasi yang berlangsung secara bersamaan. Pada reaksi reduksi terjadi peristiwa penangkapan elektron sedangkan reaksi oksidasi merupakan peristiwa pelepasan elektron yang terjadi pada media pengantar pada sel elektrokimia (Harahap, 2016).

Sel volta adalah penataan bahan kimia dan penghantar listrik yang memberikan aliran elektron lewat rangkaian luar lewat suatu zat kimia yang teroksidasi ke zat kimia yang direduksi. Dalam sel volta, oksidasi berarti dilepaskannya elektron oleh atom,molekul atau ion dan reduksi berarti diperolehnya elektron oleh partikel-partikel ini (Keenan,1980). Sel elektrokimia yang dibicarakan menghasilkan listrik sebagai hasil perubahan kimia spontan. Sel ini disebut sel galvani (galvanic) atau volta (voltaic). Kemungkinan lain yang dibicarakan kemudian adalah produksi perubahan kimia non spontan melalui pemakaian listrik (Petruci,1985).

 III.            ALAT DAN BAHAN

A.    Alat

            Alat-alat yang digunakan pada percobaan ini adalah tabung reaksi, amplas, gelas beker, gelas arloji, sudip, neraca analitik, 4 potong logam aluminium, logam tembaga, logam besi, logam magnesium, dan logam seng, kawat, pipet tetes, selang plastic, kapas, kulkas dan potensiometer.

B.     Bahan

            Bahan-bahan yang diperlukan pada percobaan ini adalah 1 gram agar-agar, 10 ml aquades, 1 gram KCl,  larutan CuSO₄ 0,1 M, dan larutan ZnSO₄ 0,1 M.

 IV.            PROSEDUR KERJA

A.    Dasar Reaksi Oksidasi-Reduksi

1.    Menyediakan larutan tembaga(II) sulfat 0.1 M, larutan besi(II)sulfat 0.1 M, magnesium sulfat 0.1 M, dan larutan seng sulfat 0.1 M.

2.      Mengambil empat potong logam aluminium dengan ukuran 3 x 0,5 cm. Membersihan dengan amplas.

3.      Menyediakan empat tabung reaksi dan mengisi masing-masing tabung dengan satu jenis larutan sebanyak 2 mL.

4.      Memasukkan sepotong aluminium ke dalam masing-masing tabung tersebut. Mengamati apa yang terjadi dan menuliskan persamaan reaksinya.

5.      Mengulangi tahap 2,3, dan 4 tetapi dengan menggunakan logam tembaga, besi, magnesium, dan seng.

B.     Sel Galvani

1.      Membuat jembatan garam dengan cara melarutkan 1 gram agar-agar dengan 10 mL aquades, kemudian mendidihkan dan menambahkan 1 gram KCl. Selanjutnya, memasukkan larutan garam tersebut dalam selang plastic yang dilengkungkan, menyumbat ujung-ujungnya dengan kapas dan mendinginkan dalam kulkas hingga agak mengeras.

2.      Membuat larutan CuSO₄ 0,1 M dan ZnSO₄ 0,1 M. Memasukkan larutan ke dalam gelas beker masing-masing, dan melengkapi dengan batang logam Cu dan Zn.

3.      Menghubungkan kedua larutan dengan jembatan garam.

4.      Kemudian kedua batang logam (Cu dan Zn) dihubungkan dengan kawat, arus listrik yang dihasilkan dibuktikan dengan potensiometer.

5.      Mengamati perubahan yang terjadi pada masing-masing batang logam dan menuliskan reaksinya, menentukan anode dan katodanya.

6.     
Mencatat angka yang tertera pada potensiometer (Eᵒ sel). Membandingkan dengan nilai Eᵒsel hasil perhitungan. 

    V.            HASIL DAN PEMBAHASAN

A.    Hasil dan Perhitungan

1.      Hasil

a.       Dasar Reaksi Oksidasi-Reduksi

No.	Percobaan	Pengamatan
1.	Menyediakan larutan yang akan diuji.	Tembaga(II) sulfat 0.1 M Besi(II)sulfat 0.1 M Magnesium sulfat 0.1 M Seng sulfat 0.1 M.
2.	Mengambil logam aluminium. Membersihan dengan amplas.	4 potong logam aluminium dengan ukuran 3 x 0,5 cm
3.	Menyediakan empat tabung reaksi dan mengisi masing-masing tabung dengan satu jenis larutan sebanyak 2 mL.	Tabung 1 : 2 ml Tembaga(II) sulfat 0.1 M Tabung 2 : 2 ml Besi(II)sulfat 0.1 M Tabung 3 : 2 ml Magnesium sulfat 0.1 M Tabung 4 : 2 ml Seng sulfat 0.1 M.
4.	Memasukkan sepotong aluminium ke dalam masing-masing tabung tersebut. Mengamati apa yang terjadi dan menuliskan persamaan reaksinya.	·      Aluminium -       3CuSO4  + 2Al ® Al2(SO4)3 + 3Cu Ada sedikit gelembung, ada endapan hitam di permukaann Al, terdapat endapan coklat -       2Al + 3FeSO4 ® Al2(SO4)3 + 3Fe Warna larutan berubah daari hijau menjadi bening -       MgSO4 + Al → Ø Larutan tetap bening dan tidak ada reaksi -       3ZnSO4 + 2Al → Al2(SO4)3 + 3Zn Terbentung endapak seng berwarna abu-abu keperakan
5.	Mengulangi tahap 2,3, dan 4 dengan menggunakan logam tembaga, besi, magnesium, dan seng.	·      Tembaga -       CuSO4 + Cu → Cu2SO4 Larutan semula berwarna biru menjadi putih keruh, dan terdapat endapan putih. -       FeSO4 + Cu → Tidak bereaksi Larutan tetap bening, keruh, tidak ada gelembung. -       MgSO4 + Cu → Tidak bereaksi Larutan bening sedikit kekuningan -       ZnSO4 + Cu → Tidak bereaksi Tidak ada perubahan atau reaksi ·      Besi -       CuSO4 + Fe ® FeSO4 + Cu Warna besi dari abu menjadi merah dan larutan berubah dari warna biru menjadi kehijauan -       FeSO4 + Fe → tidak bereaksi Larutan berwarna kuning. -       Fe + 2MgSO4                Fe(SO4)2 + 2Mg Warna larutan bening, terdapat endapan kuning kehijauan, logam tidak berkarat -       ZnSO4 + Fe → Tidak bereaksi Tidak ada perubahan warna yang terjadi. ·      Magnesium -       CuSO4 + Mg → MgSO4 + Cu Terdapat banyak gelembung, ada endapan hitam saat diangkat coklat, larutan berwarna biru menjadi hijau. -       FeSO4 + Mg → MgSO4 + Fe Logam berkarat, warrna larutan berubah menjadi jingga -       MgSO4 + Mg → Tidak bereaksi Tetap bening, tidak ada reaksi -       ZnSO4 + Mg → MgSO4 + Zn Terbentuk endapan Mg berwarna abu-abu. ·      Seng -       CuSO4 + Zn ® ZnSO4 (aq)+Cu(s) Terdapat banyak gelembung, ada endapan merah coklat, larutan biru menjadi bening. -       FeSO4 + Zn → ZnSO4 + Fe Larutan tetap bening, kuning, dan ada gel -       MgSO4 + Zn → Tidak bereaksi Tetap bening, tidak ada reaksi -       ZnSO4 + Fe → Tidak bereaksi Tidak ada perubahan/reaksi.

b.      Sel Galvani

No	Percobaan	Pengamatan
1.	Membuat jembatan garam dengan cara melarutkan 1 gram agar-agar dengan 10 mL aquades, kemudian mendidihkan dan menambahkan 1 gram KCl. Selanjutnya, memasukkan larutan garam tersebut dalam selang plastik yang dilengkungkan, menyumbat ujung-ujungnya dengan kapas dan mendinginkan dalam kulkas hingga agak mengeras.	-          Massa agar-agar = 1 gram -          Akuades = 10 mL -          Massa KCl = 1 gram
2.	Membuat larutan CuSO4 0,1 M dan ZnSO4 0,1 M. Memasukkan larutan ke dalam gelas beker masing-masing, dan melengkapi dengan batang logam Cu dan Zn.	-
3.	Menghubungkan kedua larutan dengan jembatan garam.	-
4.	Kemudian kedua batang logam (Cu dan Zn) dihubungkan dengan kawat, arus listrik yang dihasilkan dibuktikan dengan potensiometer.
5.	Memasukkan sepotong aluminium ke dalam masing-masing tabung tersebut. Mengamati apa yang terjadi dan menuliskan persamaan reaksinya.	-        Lempeng Cu : menebal (massa bertambah) -        Lempeng Zn : menipis dan keropos Anoda                         : Zn ® Zn2+ + 2e-                Katoda            : Cu2+ + 2e- ® Cu       Reaksi             : Zn + Cu2+ ® Zn2+ + Cu
6.	Mencatat angka yang tertera pada potensiometer (Eᵒ sel). Membandingkan dengan nilai Eᵒ sel hasil perhitungan.

2.      Perhitungan

ZnSO­₄ + CuSO₄

(Oksidasi) Zn ® Cu (Reduksi)

Anoda                   : Zn ® Zn²⁺ + 2e^-                          E° = - 0.76 V

Katoda                  : Cu²⁺ + 2e^- ® Cu                   E° =+0.34 V

Reaksi                   : Zn + Cu²⁺ ® Zn²⁺ + Cu        E° sel = +1.1 V

E° sel = E° reduksi - E° oksidasi

= 0,34 – (- 0,76)

= 0,34 + 0,76

= 1,1 V

B.     Pembahasan

a.       Dasar Reaksi Oksidasi-Reduksi

Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui  proses reaksi oksidasi-reduksi (redoks)  dengan mencampurkan suatu logam dan larutan logam sulfat. Reaksi reduksi adalah reaksi yang terjadi penurunan bilangan oksidasi melalui penangkapan electron. reaksi oksidasi adalah reaksi yang terjadi peningkatan bilangan oksidasi melalui pelepasan electron. Prinsip percobaan ini berdasarkan pada beda potensial suatu logam dengan logam lainnya, dimana logam dengan potensial lebih besar akan mengoksidasi logam dengan potensial lebih rendah sehingga akan terjadinnya reaksi redoks. Urutan beda potensial ini dapat dilihat pada deret volta.

Praktikum ini dilakukan dengan menggunakan larutan uji yaitu tembaga(ii) sulfat, besi(ii) sulfat, magnesium sulfat, dan larutan seng sulfat masing-masing berkonsentrasi 0,1 M yang kemudian dimasukkan kedalam tabung reaksi yang berbeda sebanyak 2 mL. Lalu memasukkan logam Al, Cu, Fe, Mg dan Zn ke-empat masing masing larutan tersebut untuk diketahui perubahannya. Untuk menganalisis hal yang terjadi, diperlukan pemahaman yang baik terkait teori deret volta yang telah disebutkan di atas, dimana apabila suatu logam mengalami oksidasi, maka logam akan meluruh karena terlarut menjadi ion-ion nya, dan apabila suatu logam tereduksi, maka akan membentuk endapan dikarenakan logam yang berupa ion berubah menjadi fase padatannya. Sehingga, Reaksi yang terjadi pada percobaan ini terjadi ditandai dengan terbentuknya endapan dan gas.

Percobaan menggunakan logam aluminium (Al) yang dimasukkan ke dalam larutan tembaga(ii) sulfat, besi(ii) sulfat, magnesium sulfat, dan seng sulfat. Hasil pengamatannya ialah logam Al bereaksi dengan larutan tembaga(ii) sulfat, besi(ii) sulfat, dan seng sulfat. Hal ini dikarenakan logam Al pada reaksi yang terjadi, berubah menjadi ion nya mengalami oksidasi kemudan berikatan dengan ion SO4^2-. Ion logam yang semula berikatan dengan ion SO4^2- mengalami reduksi sehingga menjadi bentuk padatannya yang diandai dengan terbentuknya endapan. Sedangkan, logam Al tidak bereaksi dengan larutan magnesium sulfat karena logam yang akan di oksidasi yaitu Al memiliki nilai potensial sel yang lebih besar dari logam yang akan di reduksi yaitu Mg. Persamaan reaksi yang terjadi yaitu :

                                    2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu

                                     2Al + 3FeSO4 → Al2(SO4)3 + 3Fe

      2Al + 3MgSO4 → Tidak bereaksi

      2Al + 3ZnSO4 → Al2(SO4)3 + 3Zn

Konsep diatas juga digunakan dalam uji menggunakan logam Cu, Fe, Mg, dan  Zn dalam larutan uji yang sama. Persamaan reaksinya sebagai berikut:

      Cu + CuSO4 → Cu2SO4

      Cu + FeSO4 → Tidak bereaksi

      Cu + MgSO4 → Tidak bereaksi

      Cu + ZnSO4 → Tidak bereaksi

      Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

Fe + FeSO4 → Tidak bereaksi

Fe + 2MgSO4 → Fe(SO₄)₂ + 2Mg

Fe + ZnSO4 → Tidak bereaksi

Mg + CuSO4 → MgSO4 + Cu

Mg + FeSO4 → MgSO4 + Fe

Mg + MgSO4 → Tidak bereaksi

Mg + ZnSO4 → MgSO4 + Zn

Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu

Zn + FeSO4 → ZnSO4 + Fe

Zn + MgSO4 → Tidak bereaksi

Zn + ZnSO4 → Tidak bereaksi

b.    Sel Galvani

Percobaan ini bertujuan untuk mempelajari reaksi redoks, penentuan logam sebagai katoda dan anoda pada sel galvani serta penentuan potensial selnya. Prinsip pada percobaan ini adalah berdasarkan perbedaan potensial logam yang dipakai sebagai elektroda. Mekanisme reaksi pada sel volta ialah mengubah energi kimia menjadi energi listrik.

Pengamatan ini menggunakan larutan CuSO₄ 0,1 M dan larutan ZnSO₄ 0,1 M dihubungkan dengan jembatan garam yang dibuat dari 1 gram agar-agar, 10 mL aquades, dan 1 gram KCl. elektode tembaga yang dicelupkan ke dalam larutan ion tembaga(II) yaitu larutan CuSO₄ 0,1 M dan sebuah elektode zink yang dicelupkan ke dalam larutan ion zink(II) yaitu larutan ZnSO₄. Hubungan listrik diantara kedua larutan dihantarkan dengan tabung yang mengandung larutan garam KCl (jembatan garam).  Elektode tembaga dan zink kemudian dihubungkan dengan sirkuit yang mengandung voltmeter impedansi tinggi atau alat pengukur potensial yang lain. 

Fungsi penambahan larutan pada masing-masing gelas beker bertujuan sebagai zat yang akan mengoksidasi logam yang akan dimasukkan dan mereduksi logam yang ada didalam senyawa Logam Sulfat. Fungsi perlakuan dengan dihubungkan dengan jembatan garam dan ujung jembatan ditutup dengan penyumbat berpori agar  menghindarkan kedua larutan bercampur tetapi memungkinkan ion lewat. Penguhubungan dengan arus listrik bertujuan agar proses oksidasi dan reduksi dapat berlangsung yang ditandai dengan peluruhan dan penebalan pada logam.  Pendinginan di kulkas bertujuan untuk membekukan agar-agar supaya dapat dipakai pada saat percobaan. Selama reaksi redoks keseluruhan berjalan, electron mengalir keluar dari anoda (Zn) melalui kawat dan voltmeter menuju katoda (Cu). Elektron berpindah dari elektroda Zn ke elektroda Cu menunjukkan bahwa Zn lebih mudah teroksidasi daripada Cu.

Hasil dari pengamatan percobaan ini adalah Zn dalam larutan ZnSO₄ (Zn²⁺ dan SO₄^2-) semakin terlihat menipis atau keropos karena teroksidasi (massa logam Zn berkurang karena terlarut sebagai ion).

Zn ® Zn²⁺ + 2e^- sehingga ion Zn semakin bertambah dalam larutan dan menyebabkan larutan bermuatan positif (Zn²⁺  bertambah). Sedangkan 2e hasil oksidasi akan mengalir ke larutan CuSO₄ melalui jembatan garam.

 Cu dalam larutan CuSO₄ (Cu²⁺ dan SO₄^2-) semakin terlihat menebal karena ada reaksi reduksi yang menyebabkan logam Cu mengendap (massa logam Cu bertambah).

Cu²⁺ + 2e^- ® Cu, sehingga ion Cu²⁺ semakin berkurang dalam larutan dan menyebabkan larutan bermuatan negative (SO₄^2- lebih banyak).

Maka dari itu dibutuhkan jembatan garam (agar agar dan garam sebagai larutan elektrolit inert) yang mengandung ion ion positif dan ion ion negatif karena berfungsi menetralkan muatan positif dan negatif dalam larutan elektrolit. Na⁺ akan menetralkan kelebihan ion SO₄^2- dalam larutan CuSO_4. Dan Cl^- akan menetralkan kelebihan Zn²⁺ dalam larutan ZnSO₄.

Rekasi yang terjadi pada sel adalah: 

Anoda : Zn → Zn2+ + 2e- E Zn = +0,76 V

Katoda : Cu2+ + 2e- → Cu E Cu = +0,34 V

Reaksi : Zn + Cu2+ → Cu + Zn2+ E Sel = +1.1 V

Dengan notasi sel sebagai berikut:

    Zn | Zn3+ || Cu+ | Cu

 VI.            KESIMPULAN

Kesimpulan yang didapat dari percobaan ini adalah :

1.   Reaksi redoks merupakan gabungan dari rekasi reduksi dan oksidasi yang berlangsung secara bersamaan. Pada reaksi reduksi terjadi peristiwa penangkapan elektron sedangkan reaksi oksidasi merupakan peristiwa pelepasan elektron yang terjadi pada media pengantar pada sel elektrokimia.

2.    Suatu logam akan teroksidasi (reaksi dapat terjadi) jika logam yang mengoksidasi memiliki nilai potensial yang lebih besar dari logam yang teroksidasi. Oksidasi dan reduksi dapat berlangsung yang ditandai dengan peluruhan dan penebalan pada logam

3.  Potensial sel pada rangkaian sel galvani dengan elektroda Cu dan Zn sebesar 1,1 Volt. Besarnya potensial akhir tergantung dari beberapa variabel, seperti konsentrasi spesi ion dan temperatur.

DAFTAR PUSTAKA

Harahap, M. R. 2016. Sel Elektrokimia: Karakteristik dan Aplikasi. CIRCUIT: Jurnal Ilmiah Pendidikan Teknik Elektro, 2(1) : 1-8.

Keenan, C.W.1980. Ilmu kimia untuk universitas edisi keenam Jilid 2. Erlangga, Jakarta.

Petrucci, R. H. 1985. Kimia dasar prinsip dan terapan modern. Erlangga, Jakarta.