SCE３０９３　Elektrokimia 7 - Sel Voltan

TOPIK 7ELEKTROKIMIA

SEL KIMIA

1

2

Elektrokimia• Elektrokimia – cabang kimia yang mengkaji perhubungan

antara tenaga elektrik dan tindak balas kimia.• Sel Elektrokimia adalah suatu sistem yang terdiri daripada

elektrod yang dimasukkan ke dalam elektrolitnya dimana tindak balas kimia berlaku untuk menghasilkan tenaga elektrik.

• Jenis sistem dalam elektrokimia:– Elektrolit – tindak balas kimia berlaku apabila arus

elektrik melalui larutan – Sel Volta/Sel Galvani – tindak balas spontan yang

menghasilkan tenaga elektrik (contoh: bateri)

• Tindak balas redoks spontan (ch: sel elektrokimia) membenarkan elektron mengalir melalui litar luar.

• Sel elektrokimia terdiri daripada:

2 tindak balas setengah; jambatan garam; voltmeter; elektrod; larutan elektrolit; wayar penyambung

3

4

Sel VoltaSel Volta

CONTOH

5

Zn(p) + Cu2+(ak) → Cu(p) + Zn2+(ak)

• Jika kepingan Zn dimasukkan ke dalam larutan CuSO4, Cu akan terbentuk disekeliling Zn dan Zn akan larut membentuk Zn2+

• Zn secara spontan telah dioksidakan kepada Zn2+ oleh Cu2+

• Cu2+pula secara spontan telah diturunkan kepada Cu oleh Zn• Proses ini berlaku spontan.• Tindak balas ini akan menghilangkan warna biru Cu2+ dan Cu akan terbentuk di kepingan Zn

6

Tindak balas Redoks Spontan

Ch: Mg(p) + Cu2+(ak) → Cu(p) + Mg2+(ak)

- Mg lebih cenderung untuk menghilangkan elektron daripada Cu - Tindak balas ini adalah spontan untuk menghasilkan Cu(p) + Mg2+(ak)

Cu(p) + Mg2+(ak) → Tiada Tindak balas - Mg lebih cenderung untuk menghilangkan elektron daripada Cu - oleh itu atom Cu tidak mendermakan elektron kepada ion Mg2+

7

Siri RedoksLitium Li --> Li+ + e- Kalium K --> K+ + e- Barium Ba --> Ba2+ + 2 e- Calsium Ca --> Ca2+ + 2 e- Natrium Na --> Na+ + e- Magnesium Mg --> Mg2+ + 2 e- Aluminium Al --> Al3+ + 3 e- Mangan Mn --> Mn2+ + 2 e- Zink Zn --> Zn2+ + 2 e- Kromium Cr --> Cr3+ + 3 e- Ferum Fe --> Fe2+ + 2 e- Kobaltum Co --> Co2+ + 2 e- Nikel Ni --> Ni2+ + 2 e- Stanum Sn --> Sn2+ + 2 e- Plumbum Pb --> Pb2+ + 2 e-

Hidrogen H2 --> 2 H+ + 2 e-

Kuprum Cu --> Cu2+ + 2 e- Argentum Ag --> Ag+ + e- Raksa Hg --> Hg2+ + 2 e- Platinum Pt --> Pt2+ + 2 e- Aurum Au --> Au3+ + 3 e-

Paling reaktifPaling mudah dioksidakan

Kecenderungan membebaskan elektron sangat tinggi

Kurang reaktifPaling sukar dioksidakan

Kurang kecenderungan untuk membebaskan elektron 8

Latihan

1. Adakah tindak balas redoks berikut berlaku secara spontan.

i. Fe(p) + Mg2+(ak) → Mg(p) + Fe2+(ak)

ii. Fe(p) + Pb2+(ak) → Fe2+(ak) + Pb(p)

iii. Zn(p) + Ni2+(ak) → Zn2+(ak) + Ni(p)

iv. Zn(p) + Ca2+(ak) → Zn2+(ak) + Ca(p)

9

10

DUA ELEKTROD DISAMBUNGKAN MELALUI LITAR LUAR

Susunan Sel Daniell

11

12

• Tindak balas redoks lengkap berlaku dalam sel galvani• Keseluruhan tindakbalas adalah terdiri daripada dua

setengah sel yang berlaku di anod dan dikatod• Tindak balas berikut di beri:

Zn(p) + Cu2+(ak) → Zn2+(ak) + Cu(p)dua tindak balas setengah adalah:Tindak balas setengah pengoksidaan:

Zn(p) → Zn2+(ak) + 2e- (anod) Tindak balas setengah penurunan:

Cu2+(ak) + 2e- → Cu(p) (katod)• Tindak balas di elektrod:

– Anod: pengoksidaan; elektron dibebaskan; sel menjadi bercas negatif

– Katod: penurunan; elektron digunakan; sel menjadi bercas positif

13

Dalam sel volta, dua setengah sel disambungkan untuk membenarkan elektron mengalir daripada satu elektrod logam ke

logam lain melalui litar luarElektron mengalir melalui litar luar ke elektrod kuprum dimana ion kuprum menerima elektron membentuk logam kuprum

14

Simbol/Notasi/Gambarajah Sel• Gambarajah sel digunakan untuk menjelaskan struktur sel galvani• Bagi sel Zn/Cu, simbol sel galvani adalah:

anod | elektrolit anod elektrolit katod | katod

Zn(p) Zn2+(ak) Cu2+(ak) Cu(p)

= jambatan garam

= pemisah fasa

Tindak balas di anod: bahagian kiri jambatan garam

Tindak balas di katod: bahagian kanan jambatan garam

kedua-dua tindak balas sel setengah adalah tindak balas spontan

logam zink bertindak balas untuk membentuk ion zink dianod

ion kuprum(II) bertindak balas untuk membentuk logam kuprum di katod

Sel Volta Sel Volta ((Menghasilkan arus elektrik: Tenaga kimia tenaga elektrik)

15

Zn dan Cu2+ tidak ada bersentuh secara langsung.

Tindak balas penurunan Cu2+ hanya boleh berlaku jika aliran elektron melalui litar luar iaitu wayar yang menyambungkan kepingan Zn(p) dan kepingan Cu(p) yang dipanggil ELEKTROD.

Sel Volta/Sel Galvani

16

Sel volta adalah terdiri daripada dua “sel setengah”. Pada setiap sel setengah ini tindak balas setengah akan berlaku.

17

Dalam larutan yang mengandungi kepingan Zn, tindak balas sel berikut akan berlaku:

Zn(p) → Zn2+(ak) + 2 e- Pengoksidaan

Dalam larutan yang mengandungi kepingan Cu, tindak balas sel berikut akan berlaku:

Cu2+(ak) + 2 e- → Cu(p) Penurunan 18

Persamaan keseluruhan: Zn (p) → Zn 2+ (ak) + 2e-

Cu 2+ (ak) + 2e- → Cu (p) Zn (p) + Cu 2+ (ak) → Zn 2+ (ak) + Cu (p)

19

Elektrod dimana berlakunya pengoksidaan di panggil ANOD; maka Zn adalah anod. Anod adalah negatif.

Elektrod dimana berlakunya penurunan di panggil KATOD; maka Cu adalah katod. Katod adalah positif.

Semasa logam Zn dioksidakan, elektron mengalir daripada anod (-) melalui litar (wayar) luar ke katod (+) dimana digunakan dalam penurunan Cu2+ ke Cu(p)

20

Jambatan garam (berfungsi untuk melengkapkan litar/membenarkan elektron mengalir melaluinya)

kation bergerak daripada anod ke katod, anion bergerak daripada katod ke anod.

21

Jambatan garam terdiri daripada larutan elektrolit seperti NaNO3 / KNO3 /KCl/H2SO4 dimana ion-ionnya tidak akan bertindak balas dengan ion yang terdapat dalam sel dan dengan elektrod.

Semasa pengoksidaan dan penurunan berlaku, ion-ion dalam jambatan garam akan bergerak ke arah yang diperlukan untuk mengekalkan cas menjadi neutral.

22

Pertimbangkan notasi sel untuk sel elektrokimia berikut:

Zn|Zn2+ (1M)||Fe3+ (1M), Fe2+ (1M)|Pt

Apakah persamaan seimbang bagi tindak balas sel ini?

a.Zn(p) + 2Fe3+(ak) → 2Fe2+(ak) + Zn2+(ak)b.Zn2+(ak) + 2Fe2+(ak) → Zn(p) + 2Fe3+(ak)c.Zn(p) + 2Fe2+(ak) → 2Fe3+(ak) + Zn2+(ak)d.Zn(p) + Fe3+(ak) → Fe2+(ak) + Zn2+(ak)e.Zn(p) + Fe2+(ak) → Fe(p) + Zn2+(ak)

23