BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Lampiran 2. Materi Kelas Kontrol
148
REAKSI REDOKS
Dalam kehidupan sehari-hari kita tidak akan lepas dari reaksi reduksi oksidasi. Proses kebakaran hutan, perkaratan
besi, pembakaran di sebuah mesin kendaraan dan metabolisme makanan dalam tubuh manusia merupakan contoh reaksi oksidasi- reduksi. Dalam kenyataannya, secara tidak tampak semua proses yang menyediakan energi untuk panas bangunan, tenaga kendaraan, dan memenuhi orang-orang untuk bekerja merupakan peran reaksi oksidasi- reduksi. Setiap waktu kita memulai
mengendarai mobil, menyalakan kalkulator, melihat jam digital, mendengarkan radio, kita tergantung pada reaksi oksidasi-reduksi terhadap tenaga baterai dalam masing-masing alat ini.
A. Perkembangan Reaksi Redoks 1. Ditinjau Dari Keterlibatan Oksigen
Diantara reaksi pertama dipelajari oleh ilmuan zaman dahulu yaitu reaksi yang melibatkan oksigen. Pembakaran bahan bakar dan reaksi dari logam dengan oksigen menghasilkan oksida yang dideskripsikan dengan kata oksidasi. Kehilangan oksigen dari logam oksida menghasilkan logam pada unsur menghasilkan sesuatu yang dideskripsikan sebagai reduksi. Jadi, oksidasi adalah reaksi yang melibatkan oksigen sedangkan reduksiadalah reaksi yang melepaskan atau kehilangan oksigen (Brady, 2012)
Tenaga dihasilkan oleh sebuah baterai Alkali AA, sebuah baterai litium dan baterai merkuri hasil dari reaksi oksidasi-reduksi
149
2. Ditinjau dari Pelepasan dan Penangkapan Elektron
Pada tahun 1789, seorang ahli kimia yaitu Antonie Lavoisier menemukan bahwa pembakaran melibatkan reaksi dari bahan-bahan kimia dalam bahan bakar yang bervariasi seperti kayu dan batu bara tidak hanya dengan udara tapi lebih spesifiknya dengan oksigen dalam udara. Seiring berjalannya waktu, ilmuan menyadari bahwa beberapa reaksi sebenarnya sebuah kasus istimewa dari kebanyakan fenomena umum, salah satunya yaitu elektron ditransfer dari satu zat ke zat lain. Secara bersama, reaksi transfer elektron dinamakan sebagai reaksi oksidasi-reduksi (redoks). Kata oksidasi digunakan untuk mendeskripsikan kehilangan elektron dari satu reaktan, dan reduksi mendeskripsikan perolehan elektron dari zat lain. Sebagai contoh reaksi antara natrium dan klorin menghasilkan natrium klorida melibatkan kehilangan elektron oleh natrium (oksidasi oleh natrium) dan penangkapan elektron oleh klorin (reduksi oleh klorin). Kita dapat menuliskan perubahan ini dalam persamaan yang melibatkan elektron sebagai berikut:
Na → Na+ + e (oksidasi)
Cl2+ 2e → 2Cl- (reduksi)
Kita dapat mengatakan bahwa natrium merupakan zat yang teroksidasi dan klorin merupakan zat yang tereduksi.
3. Ditinjau dari Perubahan Bilangan Oksidasi
Bilangan oksidasi merupakan . oksidasi merupakan reaksi kenaikan bilangan oksidasi. Sedangkan reaksi reduksi merupakan reaksi penurunan bilangan oksidasi.
150 Aturan untuk menentukan bilangan oksidasi: Aturan Digunakan pada Pernyataan
1 Unsur Bilangan oksidasi suatu atom dalam sebuah unsur adalah 0.
2 Ion monoatomik Bilangan oksidasi suatu atom dalam ion monoatomic sama dengan muatan ion tersebut. 3 Oksigen Bilangan oksidasi oksigen yaitu -2 pada
kebanyakan senyawa. (Sebuah pengecualian yaitu O dalam H2O2 dan peroksida lain dimana
bilangan oksidasinya yaitu -1)
4 Hidrogen Bilangan oksidasi hidrogen adalah +1 dalam kebanyakan senyawa. (bilangan oksidasi hidrogen adalah -1 pada senyawa biner dengan sebuah logam sebagai contoh CaH2.)
5 Halogen Bilangan oksidasi fluorin adalah -1 pada semua senyawa. Masing-masing senyawa dalam halogen yaitu Cl, Br, I mempunyai bilangan oksidasi -1 dalam senyawa biner kecuali ketika unsur lain adalah halogen lain diatasnya pada tabel periodik atau unsur lainnya adalah oksigen. 6 Senyawa dan ion Jumlah bilangan oksidasi atom dalam sebuah senyawa adalah nol. Jumlah bilangan oksidasi atom dalam ion poliatomik sama dengan muatan ionnya.
151 (Ebbing & Gammon, 2009)
C. Penentuan Oksidator dan Reduktor dalam Reaksi Redoks
Dalam suatu persamaan reaksi redoks supaya terjadi, satu zat harus menerima elektron dari zat lain. Zat yang menerima elektron disebut agen pengoksidasi yaitu agen yang mengijinkan zat lain untuk menghilangkan elektron dan menjadi teroksidasi. Dengan cara yang sama, zat yang menyediakan elektron dinamakan agen pengoksidasi karena zat tersebut membantu sesuatu yang lain menjadi tereduksi. Secara singkatnya dapat dijelaskan sebagai berikut:
Agen pereduksi adalah sebuah zat yang teroksidasi. Agen pengoksidasi merupakan sebuah zat yang tereduksi. (Brady, 2012)
D. Penyetaraan Reaksi Redoks 1. Metode Bilangan Oksidasi
Prinsip penyetaraan reaksi redoks menggunakan metode bilangan oksidasi adalah dengan menyamakan jumlah elektron yang dilepaskan oleh agen pereduksi atau reduktor dan elektron yang diikatkan oleh agen pengoksidasi atau oksidator. Banyaknya elektron yang dilepas atau diterima ditentukan melalui perubahan bilangan oksidsi yang terjadi. Langkah-langkah penyetaraan reaksi redoks menggunakan metode bilangan oksidasi adalah sebagai berikut. Setarakan reaksi berikut.
K2Cr2O7(aq) + H2C2O4(aq) + H2SO4(aq) → K2SO4(aq) + Cr2(SO4)3(aq) +CO2(g) + H2O(l)
Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut:
a. Carilah unsur yang mengalami perubahan oksidasi.
152
+1 +6 -2 +1 +3 -2 +1 +6 -2 +1 +6 -2 +3 +6 -2 +4 -2 +1 -2
b. Setarakan jumlah unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi tersebut K2Cr2O7(aq) + H2C2O4(aq) + H2SO4(aq) → K2SO4(aq) + Cr2(SO4)3(aq) +2CO2(g) + H2O(l)
c. Tentukan jumlah perubahan bilangan oksidasi tersebut. jika jumlah unsur lebih dari satu, kalikan perubahan bilangan oksidasi itu dengan jumlah unsur.
K2Cr2O7(aq) + H2C2O4(aq) + H2SO4(aq) → K2SO4(aq) + Cr2(SO4)3(aq) +2CO2(g) + H2O(l)
d. Setarakan jumlah perubahan bilangan oksidasinya
K2Cr2O7(aq) + H2C2O4(aq) + H2SO4(aq) → K2SO4(aq) + Cr2(SO4)3(aq) +2CO2(g) + H2O(l)
Angka pengalinya digunakan untuk mengalikan koefisien zat
2. Metode Setengah Reaksi
Dalam metode ion-elektron, kita membagi proses oksidasi dan reduksi ke persamaan individual yang disebut setengah-reaksi yang seimbang secara terpisah. Masing-masing setengah-reaksi dibuat untuk mematuhi kriteria baik untuk persamaan ion yang seimbang: kedua atom dan muatan harus seimbang. Kemudian, kita menggabungkan setengah-reaksi yang seimbang untuk mendapatkan persamaan setengan ionik yang sepenuhnya seimbang. Dalam menyeimbangkan setengah-reaksi, kita harus memperhitungkan bahwa bagi banyak reaksi redoks dalam larutan air, H+ atau ion OH- memainkan peran penting, seperti halnya molekul air. Misalnya, ketika larutan K2Cr2O7 dan FeSO4 dicampur, keasaman dari
oksidasi reduksi oksidasi reduksi 1 x 2 =2 3 x 2 = 6 2 x 3 6 x 1
153
campuran menurun sebagai ion dikromat, Cr2O72-, mengoksidasi Fe2+ (Gambar
6.2). Hal ini karena reaksi akan menggunakan H+ sebagai reaktan dan menghasilkan H2O sebagai produk. Dalam reaksi lainnya, OH dikonsumsi, sementara di yang lain,
H2O adalah reaktan. Fakta lain adalah bahwa dalam banyak kasus produk (atau
bahkan reaktan) dari reaksi redoks akan berbeda tergantung pada keasaman dari larutan. Sebagai contoh, dalam larutan asam, MnO4- Dikurangi dengan Mn2+ ion,
tetapi dalam larutan netral atau sedikit basa, produk reduksi larut yang MnO2.
Karena faktor-faktor ini, reaksi redoks umumnya dilakukan dalam larutan yang mengandung baik asam atau basa berlebih, sehingga sebelum kita dapat menerapkan metode ion-elektron, kita harus tahu apakah reaksi terjadi dalam asam atau larutan basa. Secara umum langkah metode penyetaraan setengah reaksi reduksi dan oksidasi adalah sebagai berikut:
a. Suasana asam
Langkah-langkah penyetaraan reaksi redoks dalam suasana asam adalah sebagai berikut.
1. Menuliskan semua bilangan oksidasi atom-atom unsur yang terlibat dalam reaksi.
2. Menuliskan setengah reaksi oksidasi dan setengah reaksi reduksi secara terpisah.
3. Menyetarakan jumlah atom yang teroksidasi dan tereduksi.
4. Menyetarakan jumlah atom oksigen dengan cara menambahkan molekul H2O pada ruas yang kekurangan atom oksigen.
5. Menyetarakan jumlah hidrogen dengan menambahkan H+ pada ruas yang kekurangan atom H.
6. Menyetarakan jumlah muatan ruas kiri dan ruas kanan dengan menambahkan elektron di ruas yang jumlah muatannya lebih besar.
7. Menjumlahkan setengah reaksi oksidasi dengan setengah reaksi reduksi. Contoh soal :
Reaksi yang dideskripsikan oleh persamaan 2 berikut digunakan untuk menentukan konsentrasi ion sulfit dalam air limbah dari pabrik kertas. Tulislah persamaan yang setara untuk reaksi pada larutan asam ini.
154 Penyelesaian
Langkah 1.Tulislah persamaan setengah berdasarkan spesies yang menjalani oksidasi dan reduksi. BO sulfur naik dari +4 pada SO32- menjadi
+6 pada SO42-. BO Mn turun dari +7 pada MnO4- menjadi +2 pada
Mn2+. Persamaan setengahnya adalah SO32- (aq) → SO42- (aq)
MnO4- (aq) → Mn2+ (aq)
Langkah 2. Setarakan banyaknya atom pada setiap persamaan setengah dengan urutan sebagai berikut:
Atom selain H dan O
Atom O dengan menambahkan H2O dengan koefisien yang sesuai
Atom H dengan menambahkan H+ dengan koefisien yang sesuai
Atom lain (S dan Mn) sudah setara dalam persamaan setengah. Untuk menyetarakan atom O, kita tambahkan satu molekul H2O di kiri sisi persamaan
setengah pertama dan empat di sisi kanan persamaan setengah kedua. SO32- (aq) + H2O (l) → SO42- (aq)
MnO4-(aq) → Mn2+ (aq) + 4 H2O (l)
Untuk menyetarakan atom H, kita tambahkan dua ion H+ di sisi kanan
persamaan setengah pertama dan delapan di sisi kiri persamaan setengah kedua.
SO32- (aq) + H2O (l) → SO42- (aq) + 2 H+ (aq)
MnO4- (aq) + 8 H+ (aq) → Mn2+ (aq) + 4 H2O (l)
Langkah 3. Setarakan muatan listrik pada setiap persamaan setengah. Tambahkan sejumlah elektron seperlunya untuk menyamakan muatan listrik pada kedua sisi persamaan setengah. Dengan melakukan ini anda akan melihat bahwa persamaan setengah yang elektronnya muncul di sisi kanan adalah persamaan setengah oksidasi. Persamaan setengah lainnya dengan elektron pada sisi kiri adalah persamaan setengah reduksi.
Oksidasi : SO32- (aq) + H2O (l) → SO42- (aq) + 2 H+ (aq) + 2 e-
155
Reduksi : MnO4- (aq) + 8 H+ (aq) + 5 e-→ Mn2+ (aq) + 4 H2O (l)
(muatan netto pada setiap sisi, +2) Langkah 4. Dapatkan persamaan redoks keseluruhan dengan menggabungkan
kedua persamaan setengah. Kalikan persamaan setengah oksidasi dengan 5 dan persamaan setengah reduksi dengan 2. Ini menghasilkan 10 e- pada setiap sisi persamaan keseluruhan. Suku- suku ini saling meniadakan. Elektron tidak boleh muncul pada persamaan akhir.
Keseluruhan:
5 SO32- (aq) + 5 H2O (l) → 5 SO42- (aq) + 10 H+ (aq) + 10 e-
2 MnO4- (aq) + 16 H+ (aq) + 10 e-→ 2Mn2+ (aq) + 8 H2O (l)
5 SO32- (aq) + 2 MnO4- (aq) + 5 H2O (l) + 16 H+(aq) → 5 SO42- (aq) + 2Mn2+
(aq) +8 H2O (l) + 10
H+ (aq)
Langkah 5.Sederhanakan. Persamaan keseluruhan tidak boleh mengandung spesies yang sama di kedua sisi. Kurangkan 5 H2O dari setiap sisi
persamaan pada langkah 4. Ini menyisakan 3 H2O di kanan. Juga
dikurangkan 10 H+ dari setiap sisi, menyisakan 6 H+ di kiri.
5 SO32- (aq) + 2 MnO4- (aq) + 6 H+(aq) → 5 SO42- (aq) + 2Mn2+ (aq) +3 H2O (l)
Langkah 6. Verifikasi. Cek persamaan keseluruhan untuk memastikan persamaan ini sudah setara dalam hal banyaknya atom dan muatan listrik. Contohnya tunjukkan bahwa pada persamaan setara dari langkah 5, muatan netto pada setiap sisi persamaan adalah -6. (6 x 2-) + (2 x 1-) + (6 x 1+) = (5 x 2-) + (2 x 2+) = -6
b. Suasana Basa
1. Menuliskan semua bilangan oksidasi atom-atom unsur yang terlibat dalam reaksi.
2. Menuliskan setengah reaksi oksidasi dan setengah reaksi reduksi secara terpisah.
3. Menyetarakan jumlah atom yang teroksidasi dan tereduksi.
4. Menyetarakan jumlah atom oksigen dengan cara menambahkan OH- pada ruas yang kekurangan atom oksigen.
156
5. Menyetarakan jumlah hidrogen dengan menambahkan H2O pada ruas yang
kekurangan atom H.
6. Menyetarakan jumlah muatan ruas kiri dan ruas kanan dengan menambahkan elektron di ruas yang jumlah muatannya lebih besar.
7. Menjumlahkan setengah reaksi oksidasi dengan setengah reaksi reduksi. Contoh soal :
Setarakan persamaan untuk reaksi yang ion sianidanya teroksidasi menjadi ion sianat oleh ion permanganate dalam larutan basa dan permanganate sendiri tereduksi menjadi MnO2(s).
MnO4- (aq) + CN-(aq) → MnO2(s) + OCN- (aq)
Penyelesaian:
Reaksi setengah dan reaksi keseluruhan mula-mula diperlakukan seolah-olah terjadi dalam suasana asam dan akhirnya persamaan keseluruhan disesuaikan mejadi larutan basa.
Langkah 1. Tuliskan persamaan setengah untuk reaksi setengah oksidasi dan reduksi dan setarakan atom Mn, C dan N.
MnO4-(aq) → MnO2(s)
CN-(aq) → OCN- (aq)
Langkah 2. Setarakan atom O dan atom H pada persamaan setengah. Tambahkan H2O dan atau H+ seperlunya. Pada persamaan setengah MnO4- ada
empat O di kiri dan dua di kanan. Penambahan 2 H2O menyetarakan O
di kanan. Berhubung sekarang ada empat H di kanan, kita perlu menambahkan 4 H+ di kiri untuk menyetarakannya. Pada persamaan setengah CN- ada satu O di kanan tetapi tidak ada satu pun di kiri sehingga H2O harus ditambahkan di kiri dan 2 H+ di kanan.
MnO4- (aq) + 4H+(aq) → MnO2(s) + 2 H2O (l)
157
Langkah 3. Setarakan muatan listrik pada persamaan setengah dengan cara menambahkan sejumlah elektron yang benar.
Reduksi : MnO4- (aq) + 4H+ (aq) + 3 e-→ MnO2(s) + 2 H2O (l)
Oksidasi : CN- (aq) + H2O (l) → OCN- (aq) + 2H+ (aq) + 2 e-
Langkah 4. Gabungkan persamaan setengah untuk mendapatkan persamaan redoks keseluruhan. Kalikan persamaan setengah reduksi dengan dua dan persamaan setengah oksidasi dengan tiga untuk mendapatkan 6 e- yang sama di setiap persamaan setengah. Lakukan peniadaan yang benar untuk 2H+ dan H2O.
2MnO4- (aq) + 8H+ (aq) + 6 e-→ 2MnO2(s) + 4 H2O (l)
3 CN- (aq) + 3 H2O (l) → 3 OCN- (aq) + 6H+ (aq) + 6 e-
Keseluruhan : 2MnO4- (aq) + 3CN- (aq) + 2H+(aq) → 2MnO2(s) +3OCN- (aq) +
H2O(l)
Langkah 5. Ubahlah dari medium asam ke medium basa dengan menambahkan 2OH- pada kedua sisi persamaan keseluruhan; gabungkan 2H+ dan
2OH- membentuk 2 H
2O dan sederhanakanlah.
2MnO4- (aq) + 3CN- (aq) + 2H+ (aq) + 2OH- (aq)→ 2MnO2(s) +3OCN- (aq) +
H2O(l) + 2OH- (aq)
2MnO4- (aq) + 3CN- (aq) + 2 H2O(l) → 2MnO2(s) +3OCN- (aq) + H2O(l) + 2OH-
(aq)
Kurangkan satu molekul H2O dari setiap sisi untuk mendapatkan persamaan redoks
keseluruhan yang setara untuk reaksi 1.
2MnO4- (aq) + 3CN- (aq) + 2 H2O(l) → 2MnO2(s) +3OCN- (aq) + H2O(l) + 2OH-
(aq)
Langkah 6. Verifikasi. Cek persamaan keseluruhan akhir untuk memastikan sudah setara dalam hal banyaknya atom maupun muatan listrik. Contohnya tunjukkan bahwa persamaan yang setara dari langkah 5, muatan netto pada setiap sisi persamaan adalah -5.
158
E. Penerapan Reaksi Redoks Dalam Kehidupan Sehari-hari
Reaksi redoks terjadi pada hampir di setiap elemen dalam tabel periodic unsur dan terjadi pada jumlah yang besar keseluruhan proses alam, biologi dan industri. Contohnya adalah sebagai berikut.
a. Pembakaran adalah proses terbakarnya bahan bakar dengan bantuan oksigen di atmosfer. Bensin, minyak bakar, gas alam, kayu, kertas dan bahan organic lainnya dari karbon dan hidrogen merupakan bahan bakar yang paling umum. Bahkan beberapa logam seperti magnesium dan kalsium akan terbakar di dalam udara.
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l)
Metana (gas alam)
b. Pemutihan menggunakan reaksi redoks untuk pewarnaan ulang atau mewarnai agar lebih cerah. Rambut hitam diputihkan menjadi coklat muda, pakaian diputihkan untuk menghilangkan noda, bubur kayu diputihkan untuk membuat kertas putih dan lain sebagainya. Ketepatan agen pengoksidasi yang digunakan tergantung pada situasi, hidrogen peroksida (H2O2) digunakan untuk rambut,
natrium hipoklorit (NaOCl) digunakan untuk pakaian dan unsur klorin digunakan untuk memutihkan bubur kayu, tetapi prinsipnya selalu sama. Dalam berbagai kasus, pengotor warna dimusnahkan oleh reaksi dengan agen pengoksidasi kuat.
c. Metalurgi, ilmu dari mengekstraksi dan memurnikan logam dari bijihnya yang menggunakan proses redoks. Contohnya logam zink dipersiapkan dengan reduksi dari ZnO dengan batu arang, sebuah bentuk dari karbon:
ZnO(s) + C(s) → Zn(s) + CO(g)
d. Korosi adalah keburukan dari sebuah logam dengan oksidasi, peserti perkaratan besi dalam kelembaban udara. Konsekuensi ekonomi dari perkaratan sangat besar. Konsekuensi tersebut sudah diperkirakan bahwa hingga satu dari empat besi yang diproduksi di US digunakan untuk mengganti jembatan, bangunan dan bangunan lain yang sudah dihancurkan oleh korosi. (kenaikan titik di rumus Fe2O3.H2O untuk karat mengindikasikan bahwa satu molekul air di asosiasikan
dengan masing-masing Fe2O3 dalam sebuah cara yang tiidak dapat dijelaskan).
4Fe(s) + 3O2(g)
�2�
159
e. Pernafasan adalah sebuah proses dari bernafas dan menggunakan oksigen untuk banyak reaksi redoks secara biologi yang menyediakan energi yang dibutuhkan oleh organisme hidup. Energy dilepaskan dari molekul makanan secara lambat dan dalam kompleks, jalur multi langkah tetapi keseluruhan hasil dari pernafasan sama dengan reaksi pembakaran. Sebagai contoh glukosa bereaksi dengan oksigen membentuk karbondioksida dan uap air sesuai dengan persamaan dibawah ini.
C6H12O6 + 6O2→ 6CO2 + 6H2O + energi