Rangkuman
Sel volta adalah sel elektrokimia yang menghasilkan arus listrik. Sel volta ini ditemukan oleh dua orang ahli berkebangsaan Italia. Mereka berdua adalah Alessandro Giuseppe Volta (1745-1827) dan Lugini Galvani (1737-1798).
Ciri khas dari sel volta adalah menggunakan jembatan garam. Jembatan garam berupa pipa U yang diisi agar-agar yang mengandung garam kalium klorida. Sel volta terdiri dari anoda yang bermuatan negatif dan katoda yang bermuatan positif. Pada anoda terjadi proses oksidasi, oksidasi adalah pelepasan elektron. Sedangkan pada katodanya terjadi proses reduksi, reduksi adalah penangkapan elektron.
Sel volta banyak sekali digunakan pada kehidupan sehari-hari. Sel volta yang biasa digunakan pada kehidupan manusia seperti jenis-jenis baterai dan aki (accu). Baterai dan aki sangatlah berbeda, perbedaan ini dapat dilihat dari setelah pemakaian kedua benda tersebut. Baterai apabila sudah terpakai tidak dapat digunakan lagi karena sudah tidak ada lagi arus listrik pada baterai tersebut. Sedangkan, aki apabila arus listriknya sudah habis dapat diisi lagi dengan mengalirkan arus listrik. Sel volta dibagi menjadi tiga bagian, yaitu Sel Volta Primer, Sel Volta Sekunder, Sel Bahan Bakar. Ketiga bagian tersebut juga memiliki contoh masing-masing lagi.
MACAM-MACAM SEL VOLTA
1. Sel Volta Primer.
a) Sel kering seng-karbon.
Sel kering juga dapat disebut sel Lenchanche atau baterai. Baterai kering ini mendapatkan hak paten penemuan di tahun 1866. Sel Lanchache ini terdiri atas suatu silinder zink berisi pasta dari campuran batu kawi (MnO2), salmiak (NH4Cl), karbon (C), dan sedikit air. Dengan adanya air jadi baterai kering ini tidak 100% kering.
Sel ini biasanya digunakan sebagai sumber tenaga atau energi pada lampu, senter, radio, jam dinding, dan masih banyak lagi. Penggunaan logam seng adalah sebagai anoda sedangkan katoda digunakan elektrode inert, yaitu grafit, yang dicelupkan ditengah-tengah pasta. Pasta ini bertujuan sebagai oksidator. Seng tersebut akan dioksidasi sesuai dengan persamaan reaksi di bawah ini:
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e- (anoda)
Sedangkan katoda terdiri atas campuran dari MnO2 dan NH4Cl. Reaksi yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut:
2MnO2(s) + 2NH4+(aq) 2e- → Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l) (katoda)
Katoda akan menghasilkan ammonia, ammonia ini akan bereaksi dengan Zn2+ yang dihasilkan di anode. Reaksi tersebut akan membentuk ion yang kompleks [Zn(NH3)4]2+. Sel kering ini tidak dapat digunakan berulang kali dan memiliki daya tahan yang tidak lama. Dan harganya di pasaran sangatlah murah.
b) Baterai alkaline
Baterai alkaine sama dengan sel Lanchache. Baterai alkaline ini menggunakan sebuah larutan elektrolit yang berupa kalium hidroksida (KOH). Oleh karena itu baterai alkaline ini bersifat basa. Baterai alkaline ini memiliki daya tahan yang relatif lama dibandingkan dengan baterai kering atau sel Lanchache.
Sel ini menghasilkan arus yang lebih besar dan total muatan yang lebih banyak daripada baterai kering biasa. Baterai ini cocok digunakan pada kamera atau tape recorder, karena mempunyai tegangan sebesar 1,5V. Reaksi yang terjadi pada baterai alkaline ini adalah sebagai berikut:
Zn(s) + 2OH-(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e- (anoda)
2MnO2(s) + 2H2O + 2e- → 2MnO(OH)(s) + 2OH-(aq) (katoda)
c) Baterai merkuri
Baterai merkuri ini merupakan satu dari baterai kecil yang dikembangkan untuk usaha perdagangan atau komersial. Anoda seng dan katoda merkuri (II) oksida (HgO) adalah penyusun dari baterai merkuri ini yang dihubungkan dengan larutan elektrolit kalium hidroksida (KOH). Sel ini mempunyai beda potensial ± 1,4V. Reaksi yang terjadi pada baterai ini adalah:
Zn(s) + 2OH-(aq) → ZnO(s) + H2O + 2e- (anoda)
HgO(s) + H2O + 2e- → Hg(l) + 2OH-(aq) (katoda)
Reaksi dari keseluruhan atau disebut reaksi bersih adalah:
Zn(s) + HgO(s) → ZnO(s) + Hg(l)
d) Baterai perak oksida
Baterai perak oksida tergolong tipis dan harganya yang relatif lebih mahal dari baterai-baterai yang lainnya. Baterai ini sangat populer digunakan pada jam, kamera, dan kalkulator elektronik. Perak oksida (Ag2O) sebagai katoda dan seng sebagai anodanya. Reaksi elektrodenya terjadi dalam elektrolit yang bersifat basa dan mempunyai beda potensial sama seperti pada baterai alkaline sebesar 1,5V. Reaksi yang terjadi adalah:
Zn(s) + 2OH-(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e- (anoda)
Ag2O(s) + H2O + 2e- → 2Ag(s) + 2OH-(aq) (katoda)
e) Baterai Litium
Terdiri atas litium sebagai anoda dan MnO2 sebagai oksidator (seperti pada baterai alkaline). Baterai Litium ini dapat menghasilkan arus listrik yang lebih besar dan daya tahannya lebih lama dibandingkan baterai kering yang berukuran sama. Berikut notasi dari baterai Litium:
Li│Li+ (pelarut non-air)│KOH (pasta)│MnO2, Mn(OH)3, C
2. Sel Volta Sekunder.
a) Aki Timbal
Aki merupakan jenis baterai yang dapat digunakan untuk kendaran bermotor atau automobil. Aki timbal mempunyai tegangan 6V atau 12V, tergantung jumlah sel yang digunakan dalam konstruksi aki timbal tersebut. Aki timbal ini terdiri atas katoda PbO2 (timbel(IV) oksida) dan anodanya Pb (timbel=timah hitam). Kedua zat sel ini merupakan zat padat, yang dicelupkan kedalam larutan H2SO4. Reaksi yang terjadi dalam aki adalah:
Pb(s) + SO42-(aq) → PbSO4(s) + 2e- (anoda)
PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq) + 2e- → PbSO4(s) + 2H2O (katoda)
Aki ini dapat diisi ulang dengan mengalirkan lagi arus listrik ke dalamnya. Pengisian aki dilakukan dengan membalik arah aliran elektron pada kedua elektrode. Pada pengosongan aki, anoda (Pb) mengirim elektron ke katoda (PbO2). Sementara itu pada pengisian aki, elektrode timbal dihubungkan dengan kutub negatif sumber arus sehingga Pb2SO4 yang terdapat pada elektrode timbal itu direduksi. Berikut reaksi pengisian aki:
PbSO4(s) + H+(aq) +2e- → Pb(s) + HSO4-(aq) (elektrode Pb sebagai katoda)
PbSO4(s) + 2H2O(l) → PbO2(s) + HSO4-(aq) + 3H+(aq) + 2e- (elektrode PbO2 sebagai anoda)
b) Baterai Nikel-Kadmium
Baterai nikel-kadmium merupakan baterai kering yang dapat diisi ulang. Sel ini biasanya disebut nicad atau bateray nickel-cadmium. Reaksi yang terjadi pada baterai nikel-kadmium adalah:
Cd(s) + 2OH-(aq) → Cd(OH)2(s) + 2e- (anoda)
NiO2(s) + 2H2O + 2e- → Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq) (katoda)
Reaksi keseluruhan adalah:
Cd(s) + NiO(aq) + 2H2O(l) → Cd(OH)2(s) + Ni(OH)2(s)
Baterai nikel-kadmium merupakan zat padat yang melekat pada kedua elektrodenya. Baterai nikel-kadmium memiliki tegangan sekitar 1,4V. Dengan membalik arah aliran elektron, zat-zat tersebut dapat diubah kembali seperti zat semula.
c) Sel Perak Seng
Sel ini mempunyai kuat arus (I) yang besar dan banyak digunakan pada kendaran-kendaraan balap. Sel perak seng dibuat lebih ringan dibandingkan dengan sel timbal seng. KOH adalah elektrolit yang digunakan dan elektrodenya berupa logam Zn (seng) dan Ag (perak).
d) Sel Natrium Belerang
Sel natrium belerang ini dapat menghasilkan energi listrik yang lebih besar dari sel perak seng. Elektrodenya adalah Na (natrium) dan S (sulfur).
3. Sel Bahan Bakar
Sel bahan bakar adalah sel yang menggunakan bahan bakar seperti campuran hidrogen dengan oksigen atau campuran gas alam dengan oksigen. Sel bahan bakar ini biasanya digunakan untuk sumber energi listrik pesawat ulang-alik, pesawat Challenger dan Columbia. Yang berperan sebagai katode adalah gas oksigen dan anodanya gas hidrogen. Masing-masing elektrode dimasukkan kedalam elektrode karbon yang berpori-pori dan masing-masingnya elelktrode digunakan katalis dari serbuk platina.
Katoda: menghasilkan ion OH-
O2(g) + 2H2O(l) + 4e- → 4OH-(aq)
Anoda: dari katode bereaksi dengan gas H2
H2(g) + 2OH-(aq) → 2H2O(l) + 2e-
Reaksi selnya adalah:
O2(g) + 2H2(g) → 2H2O(l)
PERLINDUNGAN KATODIK (CATHODIC PROTECTION)
Untuk mencegah terjadinya proses korosi dalam kurun waktu tertentu sesuai dengan design life yang diinginkan, maka dipasanglah suatu anoda buatan di luar logam yang akan diproteksi. Daerah anoda adalah suatu bagian logam yang kehilangan elektron. Ion positifnya meninggalkan logam tersebut dan masuk ke dalam larutan yang ada sehingga logam tersebut berkarat. Terlihat disini karena perbedaan potensial maka arus elektron akan mengalir dari anoda yang dipasang dan akan menahan melawan arus elektron dari logam didekatnya, sehingga logam tersebut berubah menjadi daerah katoda. Inilah yang disebut Cathodic Protection.
Manfaat dan Kegunaan Cathodic Protection
Banyak keuntungan yang didapat dari Cathodic Protection. Cathodic Protection merupakan pemilihan yang umum pada lapisan struktur untuk melengkapi control korosi pada suatu area, dimana lapisan tersebut berkemungkinan mengalami kerusakan.
Contoh Jenis system Struktur yang diproteksi dengan Cathodic Protection, ialah;
1. Onshore dan Offshore Pipelines
2. Ships’ hulls
3. Storage tank bases
4. Jetties dan struktur pelabuhan
5. Baja, tubular, dan tiang pondasi
6. Offshore platform, floating, dan subsea structure
Keuntungan dari penggunaan cathodic protection system
1. Memperpanjang umur asset.
2. Mengurangi biaya perawatan.
3. Aman terhadap lingkungan.
Facilitas yang mungkin menggunakan Cathodic Protection sebagai control corosi, meliputi;
1. Underground fuel storage tanks and ground level tank bottoms.
2. fuel distribution system.
3. elevasi dan ground level water storage tank interiors.
4. System distribusi air.
5. System distribusi gas alami.
6. Memampatkan system distribusi udara.
7. Saluran pembuangan api (Flare).
8. Sewage lift stations.
9. Tiang baja pada seawall, alat penahan pelindung tiang pada dermaga, dan struktur baja dibawah permukaan air yang lain.
10. Concrete reinforcing steel.
Persyaratan pada semua system Cathodic Protection
1. Sistem CP harus berfungsi.
2. Sistem CP harus didesain dengan benar.
3. Sistem CP harus diperiksa secara berkala setiap 6 bulan.
4. Sistem CP harus diuji paling cepat setiap 3 tahun.
5. Harus menyimpan catatan uji CP pada dua kali pengujian terakhir.
Persyaratan tambahan untuk mempengaruhi arus pada system CP
1. Harus memeriksa perbaikan paling cepat setiap 6 hari untuk memastikannya
2. Kita harus menyimpan data pada 3 inspeksi terakhir.
3. Jika kita memperbaiki tidak sesuai dengan cara kerjanya, maka tidak sesuai dengan system CP.
Factor desain
Pada awal pertimbangan, perubahan untuk menggabungkan desain lebih awal dan sebelum fase kontruksi pada struktur. Untuk struktur bawah tanah kemungkinan perlu untuk mengunjungi tempat atau rute pipeline, untuk mendapatkan tambahan informasi pada area resistivity yang sedikit tersedianya tenaga listrik, dan adanya kekeliruan arus atau kemungkinan adanya interaksi yang lain.
Desain pada system Cathodic Protection untuk struktur baru, diantaranya mencangkup;
1. Kebutuhan arus
2. Daya tahan tanah pada anoda
3. Petunjuk dan lokasi pada anoda atau system anoda
4. Persediaan kebutuhan listrik
5. Test dan fasilitas pengawas
Pada Cathodic Protection memiliki 2 sistem, yaitu :
1. Galvanic ( Sacrificial Anode) system
Galvanic system juga biasa disebut sacrificial anode system, karena anoda ( biasanya zinc atau magnesium ) melindungi korosi pada pertahanan logam. Sacrificial anode merupakan penghubung secara langsung pada struktur untuk melindung salah satu sambungan besi atau penghubung kawat timah pada mesin. Sacrificial anode menggunakan tangki yang berlapis baja sebagai pertahanan korosi. Sacrificial anode banyak mengaliri listrik yang aktif daripada baja, jadi they corrode first protecting the steel. Katode yang telah habis harus diganti dengan melanjutkan pertahanan korosi.
Keuntungan dan kerugian pada Sacrificial Anode, meliputi :
a). Keuntungan :
- Tidak ada persediaan tenaga.
- Pemasangannya tidak rumit.
- Pemeliharaannya tidak rumit.
- Arusnya tidak dapat kembali.
b). Kerugian :
- Arus tergantung pada area anode.
- Pengiriman besar tidak praktis.
- Perlindungannya hanya pada bawah air.
- Mahalnya penopang pada persediaan DC ( ICCP ).
- Pemasangan listrik untuk susunan anode yang besar harus cukup besar untuk mengurangi kegagalan daya tahan
2. Impressed current ( Rectifier ) system
Anode ini dipasang pada dasar tanah yang mana menjadi pelindung struktur. Arus listrik mengaliri anode sampai kawat terus terkubur.
Cara penggunaanya dengan cara mengubah arus AC-DC.
Arus yang mengalir dari anode, melewati tanah ke tanki dan kembali lagi ke perbaikan semula. Mempengaruhi aliran arus kearah tangki sehingga aliran arus yang normal meninggalkan tangki.
Keuntungan dan kerugian pada Impressed current, meliputi :
Keuntungan :
- Arusnya flexible.
- Pemasangan listrik tidak membutuhkan besar sejak voltase dapat menyesuaikan untuk hilangnya daya tahan.
Kerugian :
- Persediaan arus DC harus ditopang.
- Arus harus tidak pernah menjadi penghubung kesalahan arah.
- Perlindungan arus dibutuhkan jika anoda permanen digunakan.
Perbedaan antara system galvanic dan impressed current :
• Galvanic:
(a). Tidak ada pengaruh kekuatan dari luar.
(b). Menggunakan voltasi.
(c). Ada batasan arus
(d). Membutuhkan arus yang kecil.
(e). Menggunakan lingkungan resistivity yang rendah.
(f). Biasanya ada campur tangan sehingga ada gangguan.
(g). Monitor kurang dibutuhkan.
• Impressed:
(a). Adanya pengaruh kekuatan dari luar.
(b). Menggunakan berbagai macam voltase.
(c). Tidak ada batasan arus.
(d). Membutuhkan arus yang besar.
(e). Menggunakan hamper semua lingkungan resistivity.
(f). Harus memperhatikan gangguan dari struktur lain.
(g). Frekuensi monitor sangat dibutuhkan.
Anode terdiri atas 3 macam, yaitu :
1) Anode pod
- Pod terdiri paling sedikit 4 tipe anode platform, 4 Heater Treater anodes, struktur kerangka penopang, dan point dasar untuk Tie- Back Cables pada clamp.
- Pod merupakan penghubung paling sedikit 2 tie- back cables untuk penghubung pada clamp.
2) Anode sled
- Sled harus terdiri paling sedikit 4 tipe platform anode dan struktur kerangka sebagai penopang.
- Semua komponen struktur kerangka pada Sled dibuat dari baja carbon dengan ASTM A- 36.
- Sled terpasang pada penghubung paling sedikit 2 tie- back cable dari clamp.
3) Anode mat
- Saling terhubungnya kabel listirik dengan concrete block.
- Beberapa block melekat pada anode silinder.
- Biasanya dipasang 2 tie- back cables.
CLAMP
- Clamp dibuat dari baja carbon, menurut ASTM A- 36.
- Clamp memiliki ukuran khusus pada suatu member ( clamp dengan diameter 16” dipasang pada member dengan diameter 16” juga ).
- Setiap clamp paling sedikit menggunakan 2 tie- back cables.
PENYEPUHAN (ELECTROPLATING)
Sistem elektrokimia meliputi sel elektrokimia dan reaksi elektrokimia. Sel elektrokimia yang menghasilkan listrik karena terjadinya reaksi spontan di dalamnya di sebut sel galvani. Sedangkan sel elektrokimia di mana reaksi tak-spontan terjadi di dalamnya disebut sel elektrolisis. Peralatan dasar dari sel elektrokimia adalah dua elektroda-umumnya konduktor logam-yang dicelupkan ke dalam elektrolit konduktor ion (yang dapat berupa larutan maupun cairan) dan sumber arus. Karena didasarkan pada reaksi redoks, pereaksi utama yang berperan dalam metode ini adalah elektron yang di pasok dari suatu sumber listrik. Sesuai dengan reaksi yang berlangsung, elektroda dalam suatu sistem elektrokimia dapat dibedakan menjadi katoda, yakni elektroda di mana reaksi reduksi (reaksi katodik) berlangsung dan anoda di mana reaksi oksidasi (reaksi anodik) berlangsung.
Aplikasi utama dari metoda elektrokimia adalah untuk electroplating. Industri yang bergerak dalam bidang electroplating menerima penyepuhan peralatan teknik maupun perbaikan lapisan logam. Dalam produksi benda-benda logam, suatu benda yang terbuat dari logam atau aliase logam seringkali disalut dengan suatu lapisan tipis logam lain. Penyepuhan (electroplating) dimaksudkan untuk melindungi logam terhadap korosi atau untuk memperbaiki penampilan.
Pada penyepuhan, logam yang akan disepuh dijadikan katode, sedangkan logam penyepuhnya sebagai anode. Kedua elektroda ini dicelupkan dalam larutan garam dari logam penyepuh dan dihubungkan dengan sumber arus searah.
Perhatikan pada gambar diatas kita mempunyai logam yang siap disepuh. Garam NiCl2 terionisasi dalam air menjadi ion Ni++ dan dua ion Cl- . Sel terdiri dari dua setengah sel yang elektodenya dihubungkan dengan kawat beraliran listrik searah. Logam yang akan disepuh dihubungkan dengan kabel pada kutub negative baterai sedangkan logam nikel dihubungkan dengan kutub positif baterai.
Objek yang disepuh menjadi bermuatan negative dan menarik ion positif Ni++ menuju objek, kemudian electron mengalir dari anoda ke katoda. Ion Ni++ tertarik ke katoda dan direduksi menjadi Ni(p). Jadi, logam nikel (anoda) melarut sebagai Ni++ dalam larutan, menyediakan pengganti nikel utuk logam yang akan disepuh, dan mempertahankan larutan nikel klorida dalam sel.
Untuk setiap ion Ni++ , 2 elektron digunakan untuk menetralisasi muatan positif dan mereduksi atom dari logam Ni++ . Jumlah perubahan kimia yang dihasilkan sebanding dengan besarnya muatan listrik yang melewati sel elektrolisis. Selama energi baterai tetap ada, nikel terus melarut dari anode dan menyalut katoda.
Untuk logam-logam berikut ini, larutan yang digunakan adalah sebagai berikut.
(1). Kromium : asam kromium dengan asam belerang
(2). Nikel : nikel sulfat dengan asam boric dan nikel klorida
(3). Cadmium : cadmium sianida dengan natrium sianida dan natrium hidroksida, cadmium sianida dalam larutan alkalis
(4). Seng : seng sulfat dengan asam boric, seng sianida dengan natrium sianida, seng sianida dalam larutan alkali, seng klorida dalam asam hidroklorida
(5). Tembaga : tembaga sulfat asam belerang, tembaga sulfat dengan natrium sianida dalam larutan alkali, tembaga sianida dengan sodium sianida dalam larutan alkali
(6). Perak : perak sianida dalam larutan alkali, perak sianida dengan kalium dalam larutan alkali.
Faktor yang mempengaruhi dalam usaha untuk memperoleh salutan yang tebalnya seragam dan melekat kuat pada logam dasarnya adalah:
(1). Bersihnya permukaan yang akan disalut
(2). Voltase
(3). Kemurnian larutan
(4). Temperature
(5). Konsentrasi ion yang akan disepuhkan
(6). Konsentrasi total ion-ion dalam larutan itu
