sel volta atau Sel Galvani

Alessandro Volta (1745-1927), seorang fisikawan italia berhasil menemukan suatu reaksi kimia yang dapat menghasilkan energi listrik. Penemuan volta berasal dari studi lanjut tentang penemuan “listrik binatang” oleh seorang ahli anatomi Italia, Luigi Galvani (1773-1798). Arus listrik tersebut diperoleh oleh Galvani saat melakukan proses pembedahan pada seekor katak. Pada saat galvani memasukkan logam tembaga dan besi untuk membedah paha katak, ia merasakan getaran singkat semacam arus listrik. Galvani menganggap bahwa arus singkat yang dirasakannnya berasal dari tubuh binatang. Pernyataan Galvani tersebut tidak bertahan lama. Setelah berdasarkan beberapa percobaan yang dilakukan oleh Volta disimpulkan bahwa arus listrik yang terjadi disebabkan oleh dua logam yang berbeda dalam menggunakan larutan garam atau asam lemah yang ternyata juga menghasilkan arus listrik.

Volta berhasil merancang alat berupa tumpukan dari lempengan logam seng dan perak yang dipisahkan oleh kain basah dari larutan garam atau asam lemah yang menghasilkan arus listrik. Rangkaian alat yang dapat menghasilkan arus listrik dari reaksi kimia rancangan Volta disebut sel Volta. Reaksi kimia yang berlangsung spontan. Bentuk perkembangan dari sel Volta adalah baterai dan aki.

a. Reaksi dalam Sel Volta

Pada reaksi tersebut terjadi serah terima elektron, logam seng (Zn) melepaskan elektron dan membentuk Zn²⁺. Ion Cu²⁺ dalam larutan CuSO₄ menerima elektorn dan membentuk endapan Cu. Peristiwa ini berjalan terus-menerus hingga semua ion Cu²⁺ mengendap sebagai logam Cu, sehingga larutan CuSO₄ semakin berkurang konsentrasinya. Sebaliknya, endapan Cu pada katode semakin bertambah massanya dalam reaksi tersebut tidak terjadi arus listrik, karena elektron berpindah secara langsung dari logam Zn ke larutan CuSO₄. Reaksi redoks spontan akan menghasilkan arus listrik apabila dirangkaikan pada suatu sel volta .

Dalam rangkaian sel volta tersebut logam tembaga (Cu) berfungsi sebagai katode (kutub positif), tempat penerimaan elektron dan logam seng (Zn) berfungsi sebagai anode (kutub negatif), tempat pelepasan elektron. Proses yang berlangsung pada sel volta adalah sebagai berikut:

a. Logam Zn dalam larutan ZnSO₄ akan larut sebagai ion Zn²⁺. Setiap mol Zn²⁺ akan melepaskan 2 mol elektron, menurut persamaan “setengah reaksi” yaitu:

Zn(s) à Zn²⁺(aq) + 2e^-

Elektron yang dilepaskan olen Zn akan mengalir melalui kawat penghantar menuju ke logam Cu.

b. Larutan CuSO4 terdiri atas ion Cu²⁺ dan SO₄^2- dengan jumlah yang seimbang. Ion Cu²⁺ akan menerima elektron dari logam CU dan kemudian mengendap pada katode. Ion Cu²⁺ mengalami reaksi reduksi menurut persamaan “setengah reaksi” yaitu:

Cu²⁺(aq) + 2e^- à Cu(s)

c. Terjadi peristiwa aliran elektron (serah terima elektron) dari logam Zn sebagai anode ke logam Cu sebagai katode yang menghasilkan potensial listrik. Besarnya potensial listrik tersebut dapat diukur menggunakan voltmeter.

d. Peristiwa serah terima elektron terus berlangsung, sehingga dalam wadah katode larutan CuSO₄ semakin berkurang konsentrasinya. Hal tersebut disebabkan ion Cu²⁺ dalam larutan tereduksi menjadi Cu, yang menyebabkan massa logam Cu yang berfungsi sebagai katode semakin bertambah.

e. Massa logam Zn sebagai anode berkurang karena terlarut sebagai ion Zn²⁺, sehingga ion Zn²⁺ dalam ZnSO₄ semakin bertambah.

f. Jumlah ion Zn²⁺ yang berlebihan menyebabkan larutan pada anode, ZnSO₄(aq) semakin bermuatan positif, sebaliknya larutan dalam katode yaitu CuSO₄ semakin bermuatan negatif.

g. Jembatan garam terdiri atas larutan elektrolit inert seperti KCl atau NH₄NO₃ yang dilarutkan dalam agar-agar. Elektrolit yang digunakan pada jembatan garam harus bersifat inert supaya tidak bereaksi dengan kedua electrode. Apabila jembatan garam terbuat dari larutan KCl, maka ion K⁺ akan bergerak ke larutan yang lebih bermuatan negatif (ke arah katode), sebaliknya ion negatif Cl^- akan bergerak ke larutan yang bermuatan positif (ke arah anode).

Penulisan reaksi redoks pada sel volta dilambangkan dengan notasi atau diagram sel sebagai berikut:

                             Zn(s) | Zn²⁺(aq) || Cu²⁺(aq) | Cu(s)

b. Potensial Elektrode Standar

Pada percobaan (gambar di bawah), permukaan logam platina yang bersifat inert mengabsorbsi gas hidrogen, sehingga ion H⁺ langsung bereaksi dengan gas hidrogen.keseimbangan antara H₂ dengan ion H⁺ yang terbentuk pada permukaan logam platina adalah reaksi oksidasi H₂ menjadi H⁺ dan reaksi reduksi H⁺ menjadi H₂.

            Dalam reaksi keseimbangan tersebut nilai potensial hidrogen distandarisasi 0 volt. Hal ini merupakan keputusan internasional. IUPAC yang menyatakan bahwa potensial elektroda standar, E⁰ berdasarkan kecenderungan reduksi yang terjadi pada electrode, sehingga disebut juga potensial reduksi standar.

                                    2H⁺ (aq) +2e^- ↔ H₂ E⁰= 0 V

            Electrode yang lebih mudah mengalami reduksi dibandingkan dengan electrode hidrogen bernilai positif, sebaliknya electrode yang lebih mudah mengalami oksidasi bernilai negatif. Jadi, semakin besar nilai potensial electrode standar, maka electrode tersebut semakin mudah mengalammi reaksi reduksi. Potensial reduksi merupakan kebalikan dari potensial oksidasinya. Misalnya, nilai potensial electrode Zn²⁺/Zn = -0,76 V, artinya nilai potensial reduksi standar ion Zn²⁺ menjadi Zn sebesar +0,76 V.

c. Sel Volta dalam kehidupan

            salah satu sumber tenaga listrik yang banyak digunakan saat ini adalah baterai. Keuntungan penggunaan baterai sebagai sumber energi listrik adalah sifatnya yang praktis, murah dan tahan lama. Aplikasi sel  volta dalam kehidupan sehari-hari adalah baterai dan accumulator (aki), keduanya bekerja berdasarkan prinsip yang sama yaitu reaksi redoks spontan. Sel volta dibedakan menjadi dua, yaitu:

1. Sel primer, yaitu sel yang tidak dapat diisi ulang. Misalnya baterai biasa (sel kering), baterai alkali, dan baterai perak oksida.
2. Sel sekunder, yaitu sel yang dapat diisi ulang (diestrum). Misalnya baterai nikel cadmium, Li-ion Battery dan aki.

Sel-sel tersebut digunakan pada berbagai alat elektronika, seperti jam, kalkulator, lampu senter, radio, dan telepon genggam.