Elektrokimia

STRUKTUR LAPISAN GANDA LISTRIK

Lapisan Ganda Listrik

Kebanyakan elektrokimia bergantung proses yang terjadi pada antar muka elektroda dan larutan ion. Masalah kinetika yang kita pelajari dalam bab ini addalah laju pengeluaran elektron dari elektroda. Ukuran laju ini adalah rapatan arus j, yaitu arus lisssstrik per satuan luas (fluks muatan). Pembahassan kita akan mengutamakan sifat yang mengontrol besaran tersebut. Dalam sel elektrolisa, yaitu aruss listrik dari luar, pengendapan dan evolusi gas yang cukup besar, hanya terjadi jika potensial yang diberikan, melebihi potensial sel arus-nol, dengan kuantitas yang disebut potensial lebih. Kita akan menentukan hubungan antara potensial lebih dengan arus, dan melihat apakah yang menentukan nilai tersebut. Potensial lebih dengan arus, dan melihat apakah yang menentukan nilai tersebut. Potensial sel galvani, yaitu sel elektrokimia dengan reaksi spontan yang menghasilkan listrik, lebih kecil sel itu menghasilkan arus, dari pada jika tidak akan menentukan hubungan yang memungkinkan kiita menghitung potensial sel kerja.

Elektrokimia Dinamika

Konsekuensi ekonomi dari elektrokimia, hampir tak terhitung. Kebanyakan metode modern untuk mengbangkitkan listrik, tidak efisien. Pengembangan sel bahan bakar dapat mengubah produksi dan penyebaran energi.  Sekarang ini, kita menghasilkan energi secara tak efisien, untuk membuat barang, yang kemudian rusak karena korosi. Setiap tahap dari rangkaian pemborosan ini, dapat diperbaiki dengan mengetahui lebih dalam tentang proses elektrokimia. Demikian pula, teknik yang timbul dari elektrosintesis organik dan anorganik, dengan elektroda merupakan kompoonen aktif proses inndustri, bergantung pada pengetahuan terinci tentang faktor yang mempengaruhi lajunya. Salah satu contoh adalah produksi nilon, yang adiponitril disintesis secara komersial dengan penggan dengan reduktif elektrolik (hidrodimerisasi) akrilonitril.

Proses pada Elektroda

Jika kita hanya tertarik pada sifat keseimbanga, kita tidak perlu mengetahui secara rinci tentang pemisahan muatan yang berperan pada sellisih potensial antarmuka (seperti  juga kita tidak perlu menentukan mekanisme reaksi saat membahas keseimbangan? Walaupun demikian, penjelasan tentang antarmuka menjadi penting jika kita tertarik pada laju transfer muatan.

Lapisan rangkap listrik

Elektroda menjadi bermuatan positif relatif terhadap larutan didekatnya jika elektron meninggalkannya dan mengurangi konsentrasi lokal kation di dalam larutan. Model antarmuka yang paling primitif yaitu berupa lapisan rangkap listrik yang terdiri dari lembaran bermuatan positif pada permukaan elektroda, dan lembaran bermuatan negatif di dekatnya didalam larutan (atau sebaliknya).

B. Transfer Muatan

Laju Transfer muatan

Jika  reaksi elektroda bersifat heterogen, kita biasa menyatakan lajunya sebagai kuantitas material, yang dihasilkan persatuan luas elektroda, per satuan waktu (jadi, sebagai fluks produk). Oleh karena itu, hukum laju heterogen orde- pertama, mempunyai bentuk: Kuantitas yang dihasilkan  per satuan luas per satuan waktu  = k [ j ]. Dengan [ j ]  merupakan konsentrasi molar spesies yang bersangkutan, dalam larutan.  Karena di sebelah kiri dinyatakan dalam  kuantitas per satuan luas per satuan waktu, dan [ j ]  merupakan kuantitas per satuan volume, maka k mempunyai dimensi: panjang per satuan waktu ( cm s-1).  Jika konsentrasi molar material teroksidasi dan tereduksi di luar lapisan rangkap adalah [oks] dan [red] maka laju reduksi Oks adalah : Laju reduksi Oks = k_e [oks]

dan laju oksidasi Red : 

                        Laju oksidasi Red = k_s [red]

(Notasi k_e dan k_s dijelaskan di bawah ini)

Kita akan membahas reaks pada elektroda, dengan ion  direduksi oleh transfer satu elektron dalam tahap penentu laju 2.  Maka, rapatan arus netto pada elektroda, adalah selisih rapatan arus yang berasal dari reduksi Oks dan oksidasi Red.  Karena proses redoks pada elektroda berkaitan dengan transfer satu elktron per peristiwa reaksi, maka rapatan arus J yang timbul dari proses redoks , adalah dikalikan dengan muatan yang ditransfer per mol reaksi, yang dinyatakan dengan konstanta faraday.  Oleh karena itu, terdapat rapatan arus katoda dengan besaran :

                                    J_c = Fk_c [Oks]

yang timbul dari reduksi, dan rapatan arus anoda yang berlawanan, dengan besaran :

                                    J_c = Fk_a [Red]

yang timbul dari oksidasi3.   Rapatan arus netto pada elektroda ( Gambar 30.4) selisihnya adalah :

j = j_a – j_c = Fk_a [Red] - Fk_c [Oks]

---

2 Kalimat terakhir ini penting ; dalam pengendapan kadmium, misalnya, hanya satu elektron yang diransfer dalam tahap penentu laju, walaupun keseluruhan pengendapan berkaitan dengan transfer dua elektron.

3  Katoda adalah tempat reduksi karenanya, arus katoda adalah arus yang timbul dari reduksi.

Anoda adalah tempat oksidasi,  sehingga arus anoda adalah arus yang timbul dari oksidasi.