SEL DANIELL

Sel elektrokimia - struktur peranti yang terdiri daripada bahan-bahan kimia yang menghasilkan voltan elektrik; penggubah tenaga kimia kepada tenaga elektrik.

Sel Daniell - binaan yang dikemukakan oleh John Frederic Daniell (Inggeris 1790 - 1845). Binaan asal adalah logam zink yang direndam di dalam asid sulfurik yang digandingkan dengan kuprum yang direndam di dalam larutan kuprum(II) sulfat. Kemudiannya didapati bahawa voltan yang lebih stabil diperoleh jika asid sulfurik digantikan dengan larutan zink sulfat. Jika larutan di dalam sel tersebut berkepakatan 1 mol kg-1 (larutan 1 m), maka sell tersebut dinamakan sel Daniell standard. Sel standard ini mempunyai keupayaan 1.10 V. Apa yang berlaku adalah: Di "kotak" anod: Zn(p) ¾® Zn2+(ak) + 2e (pengoksidaan) Di "kotak" katod: Cu2+(ak) + 2e ¾® Cu(p) (penurunan) Setiap kali satu atom Zn melarut dan satu atom Cu memendak, DUA elektron berpindah dari kotak anod ke kotak katod. Kecenderungan tindak balas Zn(p) ¾® Zn2+(ak) + 2e adalah lebih besar daripada tindak balas Cu(p) ¾® Cu2+(ak) + 2e. Akibat kecenderungan ini, tindak balas kebalikannya, Cu2+(ak) + 2e ¾® Cu(p) "dipaksa" berlaku.

Setiap sel elektrokimia terbina daripada dua sel-setengah. Setiap sel setengah tersebut mempunyai keupayaan masing-masing. Dalam sel Daniell standard, keupayaan sel setengah adalah:

PENENTUAN KEUPAYAAN STANDARD

Keupayaan elektrod standard secara bersendirian tidak boleh diukur, kerana, litar tidak boleh dilengkapkan. Keupayaan standard diukur berdasarkan satu keupayaan standard yang dipilih. Keupayaan standard yang dipilih adalah elektrod hidrogen dengan keupayaan standard bernilai 0 volt. Elektrod ini berupa renihan gas hidrogen bertekanan 1 bar (1 atm) pada 25°C yang berkeseimbangan dengan larutan H⁺ berkepekatan 1 molal (1 m); dengan platinum digunakan sebagai konduktor. Persamaan setengah elektrod ini adalah:

NOTASI STANDARD ELEKTROD DAN SEL

Keupayaan standard sesuatu elektrod, E^o, adalah ukuran kecenderungan bagi tindak balas penurunan. Oleh sebab itu keupayaan elektrod standard disebut juga sebagai keupayaan penurunan. Misalnya bagi elektrod kuprum,

Notasi standard bagi elektrod adalah: Cu²⁺|Cu

Dalam notasi ini, perubahan keadaan kimia, Cu²⁺ kepada Cu ditulis dari kiri ke kanan sebagai lintasan penurunan. Tanda "|" menunjukkan sempadan antara fasa, Cu²⁺(ak) kepada Cu(p).

Bagi elektrod zink dalam sel Daniell, notasi standardnya adalah: Zn²⁺|Zn

bagi mewakili tindak balas penurunan. Dengan demikian nilai keupayaan penurunannya menjadi negatif.

Namun demikian, apabila dua sel-setengah digandingkan, ia ditulis dari kiri ke kanan mengikut "arah pergerakan elektron", iaitu anod ke katod. Bagi sel Daniell, notasi standard adalah,

Zn|Zn²⁺ ¦¦ Cu²⁺|Cu

Tanda "¦¦" menunjukkan sesekat porus atau jambatan garam. Dalam notasi ini, elektron dibebaskan oleh Zn (dan membentuk Zn²⁺), bergerak di litar luar dan diambil oleh Cu²⁺ untuk membentuk Cu. Sel-setengah di sebelah kiri "¦¦" adalah ANOD (mengalami pengoksidaan) manakala sel-setengah di sebelah kanan adalah katod (mengalami penurunan). Di litar luar elektron bergerak dari anod ke katod. Kerana itu seringkali anod ditandakan negatif dan katod ditandakan positif.

Sel Daniell standard terbina daripada elektrolit yang berkepekatan 1 molal (1 m). Kepekatan juga berupa sebahagian daripada notasi standard. Jadi notasi sel Daniel standard adalah:

Zn|Zn²⁺ (1 m) ¦¦ Cu²⁺ (1 m)|Cu, E^o = 1.10 V

Keupayaan sel, E, dihitung secara: Keupayaan penurunan katod MINUS Keupayaan penurunan anod

Dalam kes sel Daniell, E^o = E_katod - E_anod = 0.7618 - (-0.3419) = 1.1037 V

Keadaan-keadaan lain dalam notasi sel elektrokimia boleh juga dimasukkan. Misalnya,

Pt, H₂(1 bar)|H⁺ (1 m) ¦¦ Cu²⁺ (1 m)|Cu, E^o = 0.34 V

Dala notasi ini, anod adalah gas hidrogen berktekanan 1 bar yang bekeseimbangan dengan larutan H⁺ berkepekatan 1 molal (m) dan menggunakan pepejal platinum sebagai konduktor. Manakala katod pula adalah logam kuprum yang terendam dalam larutan Cu²⁺ berkepekatan 1 molal (1 m). Tindak balas sel ini adalah:

Dalam sel elektrokimia,

Pt, H₂(1 bar)|H⁺ (1 m) ¦¦ Cl^– (1 m)|AgCl(p)|Ag, E^o = 0.3337 V

katod terdiri daripada logam argentum, Ag, yang bersentuhan dengan pepejal argentum klorida dan kedua-duanya terendam dalam larutan KCl dengan kepekatan ion Cl^– 1 molal (1 m). Tindak balas sel:

Dalam sel elektrokimia,

Pt, H₂(1 bar)|H⁺ (1 m) ¦¦ Cl^– (0.1 m)|Hg₂Cl₂(p)|Hg, E^o = 0.22233 V

katod adalah merkuri yang bersentuhan dengan merkuri(I) klorida yang terendam di dalam larutan kalium klorida 0.1 m atau larutan tepu kalium klorida. Tindak balas sel:

Kita boleh menggandingkan sebarang tindak balas setengah untuk membina sel elektrokimia hipotetik.

Contoh:

Daripada senarai E^o standard dalam jadual:

Gandingan dua tindak balas setengah ini menghasilkan sel elektrokimia:

Misalkan:

Jika kita membuat gandingan sebaliknya,

Nilai E^o yang negatif menunjukkan bahawa gandingan di atas adalah "terbalik", iaitu anod sepatutnya menjadi katod dan katod menjadi anod.

Dengan cara yang sama, bagi pasangan tindak balas setengah,

Gandingan, misalkan

E^o = –2.868 – (–0.1262) = – 2.7418 V

Yang menunjukkan susunan sel yang betul adalah: Ca|Ca²⁺ ¦¦ Pb²⁺ | Pb, E^o = 2.7418 V