Elektrokimia adalah bagian dari ilmu kimia yang mempelajari hubungan antra perubahan zat dan arus listrik di dalam sel. Sel elektrokimia merupakan suatu sel yang terdiri dari dua elektrode dan larutan elektrolit. Sel elektrokimia terdiri dari dua macam sel yaitu sel volta dan sel elektrolisis. Sel volta berbeda dengan sel elektrolisis dimana dalam sel elektrolisis proses yang terjadi yaitu energi listrik yang ada dimanfaatkan untuk mendorong sebuah reaksi kimia yang tidak spontan sehingga dapat berlangsung. Hal ini tentu berkebalikan dengan prinsip pada sel volta.

Pengertian Sel Volta

Sel volta atau disebut juga dengan sel galvani merupakan proses dimana reaksi kimia yang terjadi mampu menghasilkan suatu energi listrik. Dalam sel volta ini reaksi terjadi diantara konduktor yang saling terhubung dan dalam suatu sistem elektrolit sehingga dapat terjadi aliran listrik melalui elektroda tersebut.

Sel volta juga dapat terjadi dengan adanya reaksi oksidasi dan reduksi atau kita kenal dengan reaksi redoks yang terjadi secara spontan. Secara sederhana, energi listrik dalam sel volta dihasilkan melalui proses transfer elektron yang terjadi ketika reaksi redoks berlangsung. Energi listrik ini dapat kita gunakan dalam berbagai hal seperti sebagai daya dalam gadget, televisi, dan lain sebagainya.

Ciri-ciri Sel Volta:

1. Terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik
2. Terjadi reaksi redoks spontan (Eºsel-nya bertanda positif)
3. Mempunyai kutub katode dan anode
4. Terjadi reaksi reduksi di katode dan oksidasi di anode dengan singkatan KARAOS (Katode reduksi ; Anode oksidasi)
5. Untuk penentuan jenis kutub katode dan anodenya, digunakan singkatan KPAN (Katode positif ; Anode negatif)
6. Adanya jembatan garam, saklar, dan voltmeter untuk membuat reaksi berlangsung

Pengertian Jembatan Garam

Jembatan garam dalam elektrokimia adalah suatu peralatan laboratorium yang digunakan untuk menghubungkan setengah sel reduksi dan oksidasi dari suatu sel galvani (sel volta), salah satu jenis sel elektrokimia. Jembatan garam ini menjaga netralitas listrik di antara sirkuit internal, mencegah sel bereaksi dengan cepat menuju kesetimbangan.

Jika tidak digunakan jembatan garam, larutan di salah satu setengah sel akan terkumpul muatan negatif dan larutan di setengah sel yang lain akan terkumpul muatan positif ketika reaksi berjalan, sehingga dengan cepat mencegah reaksi lebih lanjut, karenanya menghambat produksi listrik. Jembatan garam biasanya terdapat dalam dua jenis: tabung gelas dan kertas saring.

Fungsi Jembatan Garam

Jembatan garam merupakan salah satu bagian dari susunan sel volta yang menghubungkan antara katoda dengan anoda. Jembatan garam, biasanya berupa tabung berbentuk "U" yang terisi penuh dengan larutan garam pekat yang mengandung garam kalium klorida yang memberikan jalan bagi ion untuk bergerak dari satu tempat ke tempat lainnya untuk menjaga larutan agar muatan listriknya tetap netral.

Karena konsentrasi larutan elektrolit pada jembatan garam lebih tinggi daripada konsentrasi elektrolit di kedua bagian elektroda, maka ion negatif dari jembatan garam masuk ke salah satu setengah sel yang kelebihan muatan positif dan ion positif dari jembatan garam berdifusi ke bagian lain yang kelebihan muatan negatif.

Prinsip Kerja Sel Volta

Dengan adanya jembatan garam terjadi aliran electron yang kontinu melalui kawat pada rangkaian luar dan aliran ion-ion melalui larutan sebagai akibat dari reaksi redoks yang spontan yang terjadi pada kedua elektroda.

Sedangkan fungsi agar-agar dalam jembatan garam, yaitu di antaranya menjaga agar larutan elektrolit di satu bagian elektroda tidak mengalir ke bagian elektroda lainnya saat permukaan kedua larutan elektrolit di kedua elektrolit berbeda.

Logam Zn teroksidasi membentuk ion  dan melepas dua elektron. Kedua elektron ini akan bergerak menuju elektrode Cu. Kelebihan elektron pada elektrode Cu akan diterima oleh ion  yang ada pada larutan Cusehingga ion  akan tereduksi menjadi padatan Cu.

Ketika reaksi berlangsung, dalam larutan Zn akan kelebihan ion   (hasil oksidasi). Demikian juga dalam larutan Cu akan kelebihan ion   karena ion  berubah menjadi logam Cu yang mengendap pada elektrode Cu. 

Kelebihan ion   akan dinetralkan oleh ion  dari jembatan garam, demikian juga kelebihan ion  akan dinetralkan oleh ion  dari jembatan garam yang berfungsi untuk menetralkan kelebihan ion-ion hasil reaksi redoks. 

Persamaan reaksi ionnya: Zn(s) + C (aq) → Z (aq) + Cu(s) 

Persamaan reaksi setengah selnya: 

Pada elektrode Zn: Zn(s) → Z(aq) + 2e– 

Pada elektrode Cu: C(aq) + 2e– → Cu(s)

Jika tanpa jembatan garam, maka reaksi berlangsung hanya sesaat sebab tidak ada spesi yang menetralkan kelebihan ion-ion hasil reaksi redoks dan akhirnya reaksi akan berhenti. Dalam sel elektrokimia, tempat terjadinya reaksi oksidasi (elektrode Zn) disebut anoda sebagai kutub negatif, sedangkan tempat terjadinya reaksi reduksi (elektrode Cu) disebut katoda sebagai kutub positif. Untuk mempermudah maka ada penyingkatan Kared-Anoks atau Katoda-Reduksi dan Anoda Oksidasi serta KPAN atau Katoda Positif, Anoda Negatif.

Kegunaan Sel Volta dalam Kehidupan Sehari-hari

Dalam kehidupan sehari-hari, arus listrik sangat diperlukan. Namun, tentu saja tidak bisa selalu bergantung terhadap listrik yang dari sumber pembangkit. Tidak mungkin kita selalu menyalakan benda elektronik dengan menyambungkan kabel ke sumber listrik. Ada kalanya kita butuh menggunakan benda elektronik tanpa menyambungkan kabel. Maka terciptalah baterai. Baterai itu ternyata salah satu kegunaan dari sel volta.

1. Baterai Biasa

Baterai ini sering digunakan dan sering disebut dengan sel kering atau sel Lecanche. Kenapa dikatakan sel kering? Karena penggunaan air di baterai ini sangat dibatasi.

Sel tersebut terdiri atas:
Anode: logam seng (Zn) yang dipakai untuk wadah.
Katode: Batang karbon (C) yang tidak aktif.
Elektrolit: Campuran MnO2, NH4Cl, dan sedikit H2O.

2. Baterai Alkaline

Kalau dilihat dari bentuknya, tentu baterai alkaline mirip dengan baterai biasa. Tapi kalau urusan energi yang dihasilkan, baterai alkaline menghasilkan dua kali lebih besar dibandingkan baterai biasa. Perbedaan dasarnya hanya katode dan elektrolit yang digunakan.

Sel tersebut terdiri atas:
Anode: logam seng (Zn) yang dipakai untuk wadah.
Katode: Oksida mangan (MnO2).
Elektrolit: Kalium Hidroksida (KOH).

3. Baterai Perak Oksida

Anode yang digunakan pada baterai perak oksida sama dengan yang digunakan pada baterai biasa dan baterai alkaline. Susunan baterai perak oksida yaitu Zn sebagai anode, Ag2O sebagai katode, dan KOH sebagai elektrolit.

Baterai perak oksida memiliki potensial sel sebesar 1,5 volt dan mampu bertahan dalam waktu yang lama. Kegunaan baterai jenis ini adalah untuk arloji, kalkulator, dan berbagai jenis peralatan elektrolit lainnya.

4. Sel Aki

Sel Aki merupakan contoh sel volta bersifat reversibel. Apa itu reversibel? Yaitu hasil reaksi dapat diubah menjadi zat semula, biasa disebut reaksi bolak-balik. Pada sel aki ini, ada istilah isi ulang. Jadi kalau energinya lemah bisa diisi ulang.

Sel aki terdiri atas:
Anode: Lempeng logam tumbal (Pb).
Katode: Lempeng logam oksida timbal (PbO2).
Elektrolit: Larutan asam sulfat (H2SO4) encer.

Pada saat sel aki menghasilkan arus listrik maka anode Pb dan katode PbO2 akan berubah membentuk PbSO4. Ion H+ dari H2SO4 berubah menjadi H2O sehingga konsentrasi H2SO4 berkurang. Sel aki dapat diisi/disetrum kembali sehingga konsentrasi H2SO4 kembali seperti semula.

5. Sel Bahan Bakar

Sel bahan bakar merupakan sel yang menggunakan bahan bakar campuran hidrogen dengan oksigen atau campuran gas alam dengan oksigen. Bahan bakar (pereaksi) tersebut dialirkan secara terus menerus. Gas oksigen dialirkan ke katode melalui suatu bahan berpori yang menjadi katalis reaksi dan gas hidrogen dialirkan ke anode.

Ikuti tulisan menarik Nabila Amalia lainnya di sini.