cara kerja baterai

Embed Size (px)

Text of cara kerja baterai

KIMIAps2unsKomunitas Kimia Prodi Sains UNS

BERANDA TERAPAN SAINTEK

CARA KERJA BATERAI

15122008

Fathur Rochman/P.Sains/IPA S830208008 BAB I PENDAHULUAN Ilmu bisa terorganisasi berarti proses memperoleh proses pengetahuan, atau pengetahuan cara

yang

diperoleh

lewat

tersebut. Proses

keilmuan adalah

memperoleh pengetahuan secara sistematis tentang suatu sistem Perolehan sistematis ini umumnya berupa metode ilmiah, dan sistem tersebut umumnya adalah alam semesta. Dalam pengertian ini, ilmu sering disebut sebagai sains. Ion adalah atom atau sekumpulan atom yang bermuatan listrik. Ion bermuatan negatif, yang menangkap satu atau lebih elektron, disebut anion, karena dia tertarik menuju anoda. Ion bermuatan positif, yang kehilangan satu atau lebih elektron, disebutkation, karena tertarik ke katoda. Proses pembentukan ion disebut ionisasi. Atom atau kelompok atom yang terionisasi ditandai dengan tikatas jumlah elektron yang hilang atau diperoleh. Ion pertama kali diteorikan oleh Michael Faraday sekitar tahun 1830, untuk menggambarkan bagian melekul yang bergerak ke anoda atau katoda. Namun, mekanisme peristiwa ini baru dideskripsikan pada 1884 oleh Svante August Arrhenius dalam disertasi doktornya di University of Uppsala. Pada mulanya, teori ini tidak diterima (ia memperoleh gelarnya dengan nilai minimum), tetapi disertasinya memenangi Hadiah Nobel Kimia pada 1903. Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari aspek elektronik dari reaksi kimia. Elemen yang digunakan dalam reaksi elektrokimia dikarakterisasikan dengan banyaknya elektron yang dimiliki. Elektrokimia secara umum terbagi dalam dua kelompok, yaitu sel galvanik dan sel elektrolisis. Sel Volta/Galvania: a. terjadi perubahan : energi kimia energi listrik, b. anode = elektroda negatif (-), dan c. katoda = elektroda positif (+). Seln+

atau n-, di mana n adalah

Elektrolisis: a. terjadi perubahan : energi listrik energi kimia, b. anode = elektroda positif (+), dan c. katoda = elektroda neeatif (-). Sel volta terdiri dari beberapa macam, antara lain: 1. Sel Kering atau Sel Leclance yang meliputi: a. Katoda : Karbon, b. Anoda :Zn, dan c. Elektrolit : Campuran berupa pasta : MnO2 + NH4Cl + sedikit Air; 2. Sel Aki yang meliputi: a. Katoda: PbO2, b. Anoda : Pb, c. Elektrolit: Larutan H2SO4, dan d. Sel sekunder; 3. Sel Bahan Bakar yang meliputi: a. Elektroda : Ni, b. Elektrolit : Larutan KOH, dan c. Bahan Bakar : H2 dan O2 ; 4. Baterai Ni Cd yang meliputi: a. Katoda : NiO2 dengan sedikit air, dan b. Anoda : Cd Konsep-konsep sel volta adalah: 1. Deret Volta/Nerst yang meliputi: a. Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au, dan b. Makin ke kanan, mudah direduksi sukar dioksidasi serta sebaliknya Makin ke kiri, mudah dioksidasi sukar direduksi; dan 2. Prinsip yang meliputi: a. Anoda terjadi reaksi oksidasi ; Katoda terjadi reaksi reduksi, b. Arus elektron : anoda katoda ; Arus listrik : katoda anoda, dan c. Jembatan garam: menyetimbangkan ion-ion dalam larutan. BAB II DASAR TEORI

A. RedoksRedoks (singkatan dari reaksi reduksi/oksidasi) adalah istilah yang menjelaskan

berubahnya bilangan oksidasi (keadaan oksidasi) atom-atom dalam sebuah reaksi kimia. Hal ini dapat berupa proses redoks yang sederhana seperti oksidasi karbon yang menghasilkan karbon dioksida, atau reduksi karbon oleh hidrogen menghasilkan metana(CH4), ataupun ia dapat berupa proses yang kompleks seperti oksidasi gula pada tubuh manusia melalui rentetan transfer elektron yang rumit. Istilah redoksberasal dari dua konsep, yaitu reduksi dan oksidasi. Ia dapat dijelaskan dengan mudah sebagai berikut:

Oksidasi menjelaskan pelepasan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion Reduksi menjelaskan penambahan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion.

Gambar Ilustrasi sebuah reaksi redoks

Walaupun cukup tepat untuk digunakan dalam berbagai tujuan, penjelasan di atas tidaklah persis benar. Oksidasi dan reduksi tepatnya merujuk pada perubahan bilangan oksidasi karena transfer elektron yang sebenarnya tidak akan selalu terjadi. Sehingga oksidasi lebih baik didefinisikan sebagai peningkatan bilangan oksidasi, dan reduksi sebagai penurunan bilangan oksidasi. Dalam prakteknya, transfer elektron akan selalu mengubah bilangan oksidasi, namun terdapat banyak reaksi yang diklasifikasikan sebagai redoks walaupun tidak ada transfer elektron dalam reaksi tersebut (misalnya yang melibatkan ikatan kovalen). Reaksi non-redoks yang tidak melibatkan perubahan muatan formal (formal charge) dikenal sebagai reaksi metatesis.

Gambar Besi berkarat Gambar Pembakaran terdiri dari reaksi redoks yang melibatkan radikal bebas B. Oksidator dan reduktorSenyawa-senyawa yang memiliki kemampuan untuk mengoksidasi senyawa lain

dikatakan sebagai oksidatif dan dikenal sebagai oksidator atau agen oksidasi.Oksidator melepaskan elektron dari senyawa lain, sehingga dirinya sendiri tereduksi. Oleh karena ia menerima elektron, ia juga disebut sebagai penerima elektron. Oksidator bisanya adalah senyawa-senyawa yang memiliki unsur-unsur dengan bilangan oksidasi yang tinggi (seperti H2O2, MnO4, CrO3, Cr2O72, OsO4) atau senyawa-senyawa yang sangat elektronegatif, sehingga dapat mendapatkan satu atau dua elektron yang lebih dengan mengoksidasi sebuah senyawa (misalnya oksigen, fluorin, klorin, dan bromin). Senyawasenyawa yang memiliki kemampuan untuk mereduksi senyawa lain dikatakan sebagai reduktif dan dikenal sebagai reduktor atauagen reduksi. Reduktor melepaskan

elektronnya

ke

senyawa

lain,

sehingga

ia

sendiri

teroksidasi.

Oleh

karena

ia

mendonorkan elektronnya, ia juga disebut sebagai penderma elektron. Senyawasenyawa yang berupa reduktor sangat bervariasi. Unsur-unsur logam seperti Li, Na, Mg, Fe, Zn, dan Al dapat digunakan sebagai reduktor. Logam-logam ini akan memberikan elektronnya dengan mudah. Reduktor jenus lainnya adalah reagen transfer hidrida, misalnya NaBH4 dan LiAlH4), reagen-reagen ini digunakan dengan luas dalam kimia organik[1][2], terutama dalam reduksi senyawa-senyawa karbonil menjadi alkohol. Metode reduksi lainnya yang juga berguna melibatkan gas hidrogen (H2) dengan katalis paladium, platinum, atau nikel, Reduksi katalitik ini utamanya digunakan pada reduksi ikatan rangkap dua ata tiga karbon-karbon. Cara yang mudah untuk melihat proses redoks adalah, reduktor mentransfer elektronnya ke oksidator. Sehingga dalam reaksi, reduktor melepaskan elektron dan teroksidasi, dan oksidator mendapatkan elektron dan tereduksi. Pasangan oksidator dan reduktor yang terlibat dalam sebuah reaksi disebut sebagai pasangan redoks.

Contoh reaksi redoksSalah satu contoh reaksi redoks adalah antara hidrogen dan fluorin:

Kita dapat menulis keseluruhan reaksi ini sebagai dua reaksi setengah: reaksi oksidasi

dan reaksi reduksi

Penganalisaan masing-masing reaksi setengah akan menjadikan keseluruhan proses kimia lebih jelas. Karena tidak terdapat perbuahan total muatan selama reaksi redoks, jumlah elektron yang berlebihan pada reaksi oksidasi haruslah sama dengan jumlah yang dikonsumsi pada reaksi reduksi. Unsur-unsur, bahkan dalam bentuk molekul, sering kali memiliki bilangan oksidasi nol. Pada reaksi di atas, hidrogen teroksidasi dari bilangan oksidasi 0 menjadi +1, sedangkan fluorin tereduksi dari bilangan oksidasi 0 menjadi -1. Ketika reaksi oksidasi dan reduksi digabungkan, elektron-elektron yang terlibat akan saling mengurangi: Dan ion-ion akan bergabung membentuk hidrogen fluorida:

C. Reaksi penggantianRedoks terjadi pada reaksi penggantian tunggal atau reaksi substitusi. Komponen redoks dalam tipe reaksi ini ada pada perubahan keadaan oksidasi (muatan) pada atom-atom tertentu, dan bukanlah pada pergantian atom dalam senyawa.

Sebagai contoh, reaksi antara larutan besi dan tembaga(II) sulfat:

Persamaan ion dari reaksi ini adalah: Terlihat bahwa besi teroksidasi: dan tembaga tereduksi:

Contoh-contoh lainnya Besi(II) teroksidasi menjadi besi(III) Fe2+ Fe3+ + e hidrogen peroksida tereduksi menjadi hidroksida dengan keberadaan sebuah asam: H2O2 + 2 e 2 OHPersamaan keseluruhan reaksi di atas adalah:

2Fe2+ + H2O2 + 2H+ 2Fe3+ + 2H2O denitrifikasi, nitrat tereduksi menjadi nitrogen dengan keberadaan asam: 2NO3 + 10e + 12 H+ N2 + 6H2O Besi akan teroksidasi menjadi besi(III) oksida dan oksigen akan tereduksi membentuk besi(III) oksida (umumnya dikenal sebagai perkaratan): 4Fe + 3O2 2 Fe2O3 Pembakaran hidrokarbon, contohnya pada mesin pembakaran dalam,

menghasilkan air, karbon dioksida, sebagian kecil karbon monoksida, dan energi panas. Oksidasi penuh bahan-bahan yang mengandung karbon akan menghasilkan karbon dioksida. Dalam kimia organik, oksidasi seselangkah (stepwise oxidation) hidrokarbon menghasilkan air, dan berturut-turut karboksilat, dan kemudian peroksida. D. Reaksi Redoks dalam Industri alkohol, aldehida atau keton, asam

Proses

utama

pereduksi

biji

logam

untuk

menghasilkan

logam

akan

dibahas

dalampeleburan. Oksidasi digunakan dalam berbagai industri seperti pada produksi produk-produk pembersih. Reaksi redoks juga merupakan dasar dari sel elektrokimia.

E. Reaksi redoks dalam biologi

Gambar asam askorbat (bentuk tereduksi Vitamin C)

Gambar asam dehidroaskorbat (bentuk teroksidasi Vitamin C)Banyak proses biologi yang melibatkan reaksi redoks. Pernapasan sel, contohnya, adalah oksidasi glukosa (C6H12O6) menjadi CO2 dan reduksi oksigen menjadi air. Persamaan ringkas dari pernapasan sel adalah:

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O Proses pernapasan sel juga sangat bergantung pada reduksi NAD+ menjadi NADH dan reaksi baliknya (oksidasi NADH menjadu NAD+). Fotosintesis secara esensial merupaka