Sel Volta dan Korosi

SEL VOLTA

Elektrokimia :     Hubungan Reaksi kimia dengan daya gerak listrik (aliran elektron)

Ø  Reaksi kimia menghasil- kan daya gerak listrik (sel galvani)

Ø  Daya gerak listrik menghasilkan reaksi kimia (sel elektrolisa)

Sel elektrokimia :     sistem yang terdiri dari elektroda yang tercelup pada larutan elektrolit.

 I.            Sel Volta/Gavalni

A.     Prinsip-prinsip sel volta atau sel galvani :

Ø  Gerakan elektron dalam sirkuit eksternal akibat adanya reaksi redoks.

Ø  Aturan sel volta :

·         Terjadi perubahan : energi kimia → energi listrik

·         Pada anoda, elektron adalah produk dari reaksi oksidasi; anoda kutub negatif

·         Pada katoda, elektron adalah reaktan dari reaksi reduksi; katoda = kutub positif

·         Elektron mengalir dari anoda ke katoda

B.     Konsep-konsep Sel Volta

Sel Volta:

1.      Deret Volta/Nerst

a)    Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au

b)   Makin ke kanan, mudah direduksi dan sukar dioksidasi. Makin ke kiri, mudah dioksidasi, makin aktif, dan sukar direduksi.

Prinsip:

1)   Anoda terjadi reaksi oksidasi ; katoda terjadi reaksi reduksi

2)   Arus elektron : anoda → katoda ; arus listrik : katoda → anoda

3)   Jembatan garam : menyetimbangkan ion-ion dalam larutan

c)      Contoh dari sel galvani :

Notasi sel :  Zn/Zn⁺²//Cu⁺²/Cu

/  = potensial ½ sel

// = potensial sambungan Sel (cell junction potential; jembatan garam)

d)      Macam-macam sel volta

1)      Sel Kering atau Sel Leclance

·       Sel ini sering dipakai untuk radio, tape, senter, mainan anak-anak, dll.

·       Katodanya sebagai terminal positif terdiri atas karbon (dalam bentuk grafit) yang terlindungi oleh pasta karbon, MnO₂ dan NH₄Cl₂

·       Anodanya adalah lapisan luar yang terbuat dari seng dan muncul dibagian bawah baterai sebagai terminal negatif.

·       Elektrolit : Campuran berupa pasta : MnO₂ + NH₄Cl + sedikit Air

·       Reaksi anoda adalah oksidasi dari seng Zn(s) → Zn₂+ (aq) + 2e^-

·       Reaksi katodanya berlangsung lebih rumit dan suatu campuran hasil akan terbentuk. Salah satu reaksi yang paling penting adalah  2MnO₂(s) + 2NH₄ + (aq) + 2e^- → Mn₂O₃(s) + 2NH₃(aq) + H₂O

·       Amonia yang terjadi pada katoda akan bereaksi dengan Zn₂+ yang dihasilkan pada anoda dan  membentuk ion Zn(NH₃)₄²⁺.

2)      Sel Aki

·       Katoda: PbO₂

·       Anoda : Pb

·       Elektrolit: Larutan H₂SO₄

·       Reaksinya adalah :

PbO₂(s) + 4H⁺(aq) + SO₄^2-(aq) → PbSO₄(s) + 2H₂O (katoda) Pb (s) + SO₄^2-(aq) → PbSO₄(s) + 2e^- (anoda) PbO₂(s) + Pb (s) + 4H⁺(aq) + 2SO₄^2-(aq) → 2PbSO₄(s) + 2H₂O (total)

·       Pada saat selnya berfungsi, konsentrasi asam sulfat akan berkurang karena ia terlibat dalam reaksi tersebut.

·       Keuntungan dari baterai jenis ini adalah bahwa ia dapat diisi ulang (recharge) dengan memberinya tegangan dari sumber luar melalui proses elektrolisis, dengan reaksi :

2PbSO₄(s)  + 2H₂O → PbO₂(s) + Pb(s) + 4H⁺(aq) + 2SO₄^2-(aq) (total)

·       Kerugian dari baterai jenis ini adalah, secara bentuk, ia terlalu berat dan lagi ia mengandung asam sulfat yang dapat saja tercecer ketika dipindah-pindahkan.

3)      Sel Bahan Bakar

·       Elektroda : Ni

·       Elektrolit : Larutan KOH

·       Bahan Bakar : H₂ dan O₂

4)       Baterai Ni – Cd

·       Disebut juga baterai ni-cad yang dapat diisi ulang muatannya dan yang umum dipakai pada alat-alat elektronik peka. Potensialnya adalah 1,4 Volt.

·       Katoda : NiO₂ dengan sedikit air

·       Anoda : Cd

·       Reaksinya :

Cd(s) + 2OH^- (aq) → Cd(OH)₂(s) + 2e^-

2e^- + NiO₂(s) + 2H₂O → Ni(OH)₂(s) + 2OH^-(aq)

·       Baterai ini lebih mahal dari baterai biasa. 

KOROSI

Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan. Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi.

Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi. Karat logam umumnya adalah berupa oksida atau karbonat. Rumus kimia karat besi adalah Fe₂O₃.nH₂O, suatu zat padat yang berwarna coklat-merah.

Korosi merupakan proses elektrokimia. Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi itu berlaku sebagaianode, di mana besi mengalami oksidasi Fe(s) <–> Fe²⁺(aq) + 2e.

Elektron yang dibebaskan di anode mengalir ke bagian lain dari besi itu yang bertindak sebagai katode, di mana oksigen tereduksi O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e <–> 2H₂O(l)

atau O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e <–> 4OH^-(aq).

Ion besi(II) yang terbentuk pada anode selanjutnya teroksidasi membentuk ion besi(III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi, yaitu karat besi. Mengenai bagian mana dari besi itu yang bertindak sebagai anode dan bagian mana yang bertindak sebagai katode, bergantung pada berbagai faktor, misalnya zat pengotor, atau perbedaan rapatan logam itu.

Korosi dapat juga diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logam bereaksi secara kimiaatau elektrokimia dengan lingkungan. Ada definisi lain yang mengatakan bahwa korosi adalah kebalikan dari proses ekstraksi logam dari bijih mineralnya. Contohnya, bijih mineral logam besi di alam bebas ada dalam bentuk senyawa besi oksida atau besi sulfida, setelah diekstraksi dan diolah, akan dihasilkan besi yang digunakan untuk pembuatan baja atau baja paduan. Selama pemakaian, baja tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi (kembali menjadi senyawa besi oksida).

Deret Volta dan hukum Nernst akan membantu untuk dapat mengetahui kemungkinan terjadinya korosi. Kecepatan korosi sangat tergantung pada banyak faktor, seperti ada atau tidaknya lapisan oksida, karena lapisan oksida dapat menghalangi beda potensial terhadap elektroda lainnya yang akan sangat berbeda bila masih bersih dari oksida.

Korosi atau perkaratan sangat lazim terjadi pada besi.  Besi merupakan logam yang mudah berkarat.  Karat besi merupakan zat yang dihasilkan pada peristiwa korosi, yaitu berupa zat padat berwarna coklat kemerahan yang bersifat rapuh serta berpori.  Rumus kimia dari karat besi adalah Fe₂O₃.xH₂O.  Bila dibiarkan, lama kelamaan besi akan habis menjadi karat.

Dampak dari peristiwa korosi bersifat sangat merugikan.  Contoh nyata adalah keroposnya jembatan, bodi mobil, ataupun berbagai konstruksi dari besi lainnya.Siapa di antara kita tidak kecewa  bila bodi mobil kesayangannya tahu-tahu sudah keropos karena korosi.  Pasti tidak ada.  Karena itu, sangat penting bila kita sedikit tahu tentang apa korosi itu, sehingga bisa diambil langkah-langkah antisipasi.

Peristiwa korosi sendiri merupakan proses elektrokimia, yaitu proses (perubahan / reaksi kimia) yang melibatkan adanya aliran listrik.  Bagian tertentu dari besi berlaku sebagai kutub negatif (elektroda negatif, anoda), sementara bagian yang lain sebagai kutub positif (elektroda positif, katoda).  Elektron mengalir dari anoda ke katoda, sehingga terjadilah peristiwa korosi. Ion besi (II)yang terbentuk pada anoda selanjutnya teroksidasi menjadi ion besi (III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi (karat besi), Fe₂O₃.xH₂O.

Dari reaksi terlihat bahwa korosi melibatkan adanya gas oksigen dan air.  Karena itu, besi yang disimpan dalam udara yang kering akan lebih awet bila dibandingkan ditempat yang lembab.  Korosi pada besi ternyata dipercepat oleh beberapa faktor, seperti tingkat keasaman, kontak dengan elektrolit, kontak dengan pengotor, kontak dengan logam lain yang kurang aktif (logam nikel, timah, tembaga), serta keadaan logam besi itu sendiri (kerapatan atau kasar halusnya permukaan).

Pencegahan korosi

Pencegahan korosi didasarkan pada dua prinsip berikut :

o   Mencegah kontak dengan oksigen dan/atau air

Korosi besi memerlukan oksigen dan air. Bila salah satu tidak ada, maka peristiwa korosi tidak dapat terjadi.  Korosi dapat dicegah dengan melapisi besi dengan cat, oli, logam lain yang tahan korosi (logam yang lebih aktif seperti seg dan krom).  Penggunaan logam lain yang kurang aktif (timah dan tembaga) sebagai pelapis pada kaleng bertujuan agar kaleng cepat hancur di tanah. Timah atau tembaga bersifat mampercepat proses korosi.

o   Perlindungan katoda (pengorbanan anoda)

Besi yang dilapisi atau dihubugkan dengan logam lain yang lebih aktif akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katoda.  Di sini, besi berfungsi hanya sebagai tempat terjadinya reduksi oksigen. Logam lain berperan sebagai anoda, dan mengalami reaksi oksidasi.  Dalam hal ini besi, sebagai katoda, terlindungi oleh logam lain (sebagai anoda, dikorbankan).  Besi akan aman terlindungi selama logam pelindungnya masih ada / belum habis.  Untuk perlindungan katoda pada sistem jaringan pipa bawah tanah lazim digunakan logam magnesium, Mg.  Logam ini secara berkala harus dikontrol dan diganti.

o   Membuat alloy atau  paduan logam yang bersifat tahan karat

misalnya besi dicampur dengan logam Ni dan Cr menjadi baja stainless (72% Fe, 19%Cr, 9%Ni).

Faktor yang berpengaruh

1.      Kelembaban udara

2.      Elektrolit

3.      Zat terlarut pembentuk asam (CO₂, SO₂)

4.      Adanya O₂

5.      Lapisan pada permukaan logam

6.      Letak logam dalam deret potensial reduksi

Mencegah Korosi

1.      Dicat

2.      Dilapisi logam yang lebih mulia

3.      Dilapisi logam yang lebih mudah teroksidasi

4.      Menanam batang-batang logam yang lebih aktif dekat      logam besi dan dihubungkan

5.      Dicampur dengan logam lain

Bagikan Artikel ini