1.3 - Sel Kimia

Struktur dan Perubahan Tenaga

• Sel kimia, sel voltan atau sel Galvani mempunyai dua elektrod berlainan yang disambungkan melalui litar luar serta elektrolit yang membenarkan pergerakan ion.

• Tindak balas redoks spontan menukarkan tenaga kimia kepada tenaga elektrik.

• Pengoksidaan berlaku di anod (terminal negatif), penurunan di katod (terminal positif) dan elektron mengalir dari anod ke katod.

• Dua sel setengah disambung dengan titian garam atau dipisahkan oleh pasu berliang untuk pergerakan ion dan kenutralan elektrik.

• Dalam sel ringkas Mg/Cu dengan larutan kuprum(II) klorida, magnesium ialah anod: $\mathrm{Mg}\to \mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}$; kuprum ialah katod: $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}\to \mathrm{Cu}$.

• Arus konvensional mengalir dalam litar luar daripada terminal positif kepada terminal negatif, bertentangan arah aliran elektron.

Sel Daniell dan Notasi Sel

• Dalam sel Daniell:
  • anod: $\mathrm{Zn}(\mathrm{p})\to \mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}(\mathrm{ak})+2{\mathrm{e}}^{-}$;
  • katod: $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}(\mathrm{ak})+2{\mathrm{e}}^{-}\to \mathrm{Cu}(\mathrm{p})$;
  • keseluruhan: $\mathrm{Zn}(\mathrm{p})+\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}(\mathrm{ak})\to \mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}(\mathrm{ak})+\mathrm{Cu}(\mathrm{p})$.
• Notasi sel meletakkan anod di kiri dan katod di kanan. Garis tunggal memisahkan fasa; garis ganda mewakili titian garam atau pemisah berliang: $\mathrm{Zn}(\mathrm{p})\mid \mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}(\mathrm{ak})\parallel \mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}(\mathrm{ak})\mid \mathrm{Cu}(\mathrm{p})$
• Dengan $E^0(\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}/Cu)=+0.34\mathrm{V}$ dan $E^0(\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}/Zn)=-0.76\mathrm{V}$: $E_{\text{sel}}^0=(+0.34)-(-0.76)=+1.10\mathrm{V}$
• Gunakan platinum sebagai elektrod lengai jika sel setengah hanya mengandungi ion atau gas.

Eksperimen 1A — Voltan Sel Kimia

• Tujuan: Menentukan voltan sel kimia menggunakan pasangan logam berlainan.

• Pernyataan masalah: Bagaimanakah pasangan logam berlainan yang dicelup dalam elektrolit mempengaruhi voltan sel?

• Hipotesis: Semakin besar beza nilai $E^0$ pasangan logam, semakin besar bacaan voltan.

• Pemboleh ubah:

  • dimanipulasikan: pasangan logam;
  • bergerak balas: bacaan voltan;
  • dimalarkan: isi padu dan kepekatan elektrolit.

• Definisi secara operasi bagi sel kimia: Voltmeter menunjukkan bacaan apabila pasangan logam berlainan dicelup ke dalam elektrolit.

• Bahan: Kepingan logam berlainan dan larutan garam ion logam yang sesuai berkepekatan $1.0\mathrm{mol}\mathrm{d}{\mathrm{m}}^{-3}$.

• Radas: Kertas pasir, voltmeter dan wayar penyambung dengan klip buaya, bersama radas yang sesuai untuk sel ringkas atau dua sel setengah.

• Pengukuran: Voltan sel, terminal negatif (anod) dan terminal positif (katod) bagi setiap pasangan logam dalam sel ringkas atau dua sel setengah bersambung.

• Hubungan: Semakin besar perbezaan keupayaan elektrod, semakin besar voltan sel; $E_{\text{sel}}^0=E_{\text{katod}}^0-E_{\text{anod}}^0$.