3 redoks dan elektrokimia

Sulist yani, M. Si.



Reaksi oksidasi: perubahan kimia suat u

spesies (at om, unsur, molekul ) melepaskan

elekt ron.

Cu

→

Cu

2+

+ 2e



Reaksi reduksi: perubahan kimia suat u

spesies (at om, unsur, molekul ) menangkap

elekt ron.

F + 2e

→

2F

-

Reaksi oksidasi-reduksi selalu berj alan



Keadaan oksidasi-reduksi dapat diket ahui dari

bilangan oksidasi, yait u muat an list rik at om it u

yang dihit ung menurut suat u kaidah t ert ent u.



Kaidah dasar keadaan oksidasi

-

Dalam senyawa ion biner: keadaan oksidasi

adalah muat an per at om.

cont oh: PbCl

₂

;

Pb memiliki muat an +2 sehingga biloksnya +II

Cl memiliki muat an -1 sehingga biloksnya -I

-

Dalam senyawa kovalen at au ion: elekt ron yang

t erlibat dalam pembent ukan ikat an t idak

 Biloks unsur bebas = nol

 Biloks hidrogen dalam senyawa +I kecuali dalam senyawa hidrida logam = -I.

Cont oh: NH₃, N lebih elekt ronegat if daripada H sehingga semua elekt ron ikat an diberikan pada N. Biloks N = -3 ; H = +1.

CaH₂, Ca kurang elekt ronegat if daripada H sehingga semua elekt ron ikat an diberikan pada H. Biloks Ca = +2 ; H = -1.

 Biloks O dalam senyawa umumnya –2 kecuali dalam peroksida = -1.

 Hasil penj umlahan biloks + dan biloks – dalam suat u molekul at au senyawa = nol.

 Hasil penj umlahan biloks + dan biloks – dalam seluruh at om unt uk set iap ion sama dengan muat an ion it u sendiri.

Cont oh: H₂SO₄: 2H+ _{dan SO} 4

1. Met ode Bilangan Oksidasi

Cont oh: Reaksi ant ara kalium permanganat dengan nat rium sulf it

dengan adanya asam sulf at akan membent uk kalium sulf at , mangan(II) sulf at , nat rium sulf at , dan air.

Langkah 1

Kalium permanganat + nat rium sulf it + asam sulf at

→

kalium sulf at + mangan(II) sulf at + nat rium sulf at + air

Langkah 2

KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂SO₄

→

K₂SO₄ + MnSO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

Langkah 3

+1 +7 -2 2(+1) +4 3(-2) +1 +6 4(-2) 2(+1)+6 4(-2) +2 +6 4(-2) 2(+1) +6 4(-2) 2(+1) -2

Langkah 4

Tulislah persamaan parsial dari reaksi oksidasi dan reduksinya Oksidasi: S+4

→

_S+6 _{+ 2e x 5}

Reduksi: Mn+7 _{+ 5e}

→

_Mn+2 _{x 2}

Langkah 5

Melet akkan koef isien di depan pereaksi-produk yang mengandung unsur-unsur it u dalam persamaan reaksi

keseluruhan. Banyaknya elekt ron pada oksidasi sama dengan pada reduksi

2KMnO₄ + 5Na₂SO₃ + ?H₂SO₄

→

K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + ?H₂O

Langkah 6

Spesies t ersisa (H₂SO₄ dan H₂O) dit ent ukan oleh banyaknya mol spesies yang diperlukan unt uk memberimbangkan persamaan.

Di sebelah kanan ada 8 S sehingga di sebelah kiri diberi koef isien 3 pada H₂SO₄.

2KMnO₄ + 5Na₂SO₃ + 3H₂SO₄

→

K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + ?H₂O

- Jumlah at om O dan at om H diset arakan. At om O di sebelah kiri ada 35 sedangkan di sebelah kanan ada 32 t idak t ermasuk H₂O. At om H di sebelah kiri ada 6. Agar set ara persamaan menj adi:

2. Met ode Ion Elekt ron

Met ode ion elekt ron dipusat kan pada part ikel-part ikel yang diduga benar-benar ada dalam larut an dan berperan sert a dalam berlangsungnya

reaksi.

Cont oh: Reaksi ant ara nat rium bikromat dan asam klorida menghasilkan nat rium klorida, kromium(III) klorida, air, dan klor.

Langkah 1

Nat rium bikromat + asam klorida

→

nat rium klorida + kromium(III) klorida + air + klor

Langkah 2

Na₂Cr₂O₇ + HCl

→

NaCl + CrCl₃ + H₂O + Cl₂

Langkah 3

Tuliskan bent uk ion unt uk t iap zat 2Na+ _{+ Cr}

2O72- + H+ + Cl-

→

Na+ + Cl- + Cr3+ + 3Cl- + H2O + Cl2

Langkah 4

Tuliskan biloks masing-masing ion

+1 +6 7(-2) (+1) -1 +1 -1 +3 -1 +1 -2 0

2Na+ _{+ Cr}

Ion-ion yang mengalami perubahan biloks

2(+6) -2 -1 +3 0

Cr₂O₇2- _{+ Cl}-

→

_Cr3+ _{+ Cl} 2

reduksi oksidasi

Langkah 5

Menyet arakan masing-masing j umlah at om dan muat annya

Reaksi reduksi

Cr₂O₇2-

→

_2Cr3+ _{+ 7H} 2O

Cr₂O₇2- _{+ 14H}+

→

_2Cr3+ _{+ 7H} 2O

Kemudian j umlah muat an dengan cara memberikan sej umlah elekt ron pada ruas kiri.

Cr₂O₇2- _{+ 14H}+ _{+ 6e}

→

_2Cr3+ _{+ 7H} 2O (-2) + (+14) + (-6) = (+6) + 0

Reaksi oksidasi

2Cl-

→

_Cl 2

2Cl-

→

_Cl

Langkah 6

Menj umlahkan persamaan oksidasi dengan persamaan reduksi sekaligus menyamakan j umlah elekt ron yang dilepas dengan j umlah elekt ron yang dit erima.

Cr₂O₇2- _{+ 14H}+ _{+ 6e}

→

_2Cr3+ _{+ 7H}

2O x 1

2Cl-

→

_Cl

2 + 2e x 3

Cr₂O₇2- _{+ 14H}+ _{+ 6Cl}- _{+ 6e}

→

_2Cr3+ _{+ 7H}

2O + 3Cl2 + 6e

Fakt or di sebelah kanan yang sama dengan f akt or di sebelah kiri saling meniadakan, sehingga diperoleh:

Cr₂O₇2- _{+ 14H}+ _{+ 6Cl}-

→

_2Cr3+ _{+ 7H}

2O + 3Cl2

Langkah 6

Persamaan keseluruhan yang berimbang adalah:

 Sel gavani merupakan suat u rangkaian dimana zat -zat di

dalamnya mengalami reaksi oksidasi-reduksi yang berlangsung secara spont an.

 Syarat -syarat sel galvani

- Bahan pengoksidasi dan pereduksi t idak t erj adi kont ak f isik sat u

sama lain, t et api t erdapat pada kompart emen t erpisah yang

disebut set engah sel. Tiap set engah sel t erdiri dari elekt roda dan larut an.

- Bahan pengoksidasi dan pereduksi dalam set engah sel dapat

berupa elekt roda at au zat padat yang diendapkan pada elekt roda at au gelembung gas di sekit ar elekt roda at au zat t erlarut dalam larut an di mana elekt roda berada.

- Larut an kedua set engah sel dihubungkan dengan j embat an garam

sehingga ion dapat bergerak di ant ara keduanya. Jembat an garam berupa elekt rolit , misalnya t embaga sulf at , seng sulf at , kalium sulf at , nat rium klorida, kalium klorida, dan kalium nit rat .

 Cont oh reaksi sel galvani:

Zn + CuSO₄

→

ZnSO₄ + Cu

SO₄2- _SO 4

2-Zn2+ _Cu2+

Zn _Cu

Penat aan dua set engah sel memungkinkan: 1. Aliran elekt ron melalui suat u penghant ar

dari at om Zn ke ion t embaga

2. Dif usi ion + dan ion – sehingga larut an t et ap net ral bahkan di dekat logam sekalipun.

Elekt roda yang t erj adi reaksi oksidasi disebut anoda. Elekt roda yang t erj adi reaksi reduksi disebut kat ida.

Pot ensial Sel

Suat u reaksi di dalam sebuah sel Volt a dirumuskan:

anode; ion-ion dalam larut an / / ion-ion dalam larut an; kat ode Cont oh: Zn; Zn2+_{/ / Cu}2+_{; Cu}

Jembat an garam

Sebuah sel menggunakan elekt roda plat ina dan reaksi keseluruhan: H₂ + Cl₂

→

2HCl

Persamaan reaksi sel Volt a dit ulis: Pt ; H₂; H+ _{/ / Cl}-_{; Cl}

2; Pt

Volt ase st andar sel:

ε

o

=

ε

o



Walt her Nerst , ahli kimia f isika pada t ahun 1889

mengemukakan hubungan pot ensial sel eksperimen dengan

pot ensial sel st andar.

ε

sel

=

ε

osel

– (RT/ nF) ln Q

R = t et apan gas, 8, 314 JK-1_mol-1 T = t emperat ur mut l ak

n = banyaknya mol el ekt ron

F = bil angan Faraday, 96500 Cmol-1 Q = t et apan keset imbangan

Pada 25o_{C (29 K) dan mengkonversi ln ke log, maka persamaan Nerst} menj adi:

ε

sel

=

ε

osel

– (0, 0591/ n) log Q



Pada reaksi sel:

p

A +

q

B

→

r

C +

s

D



Elekt rolisis adalah penguraian zat -zat dalam

larut an asam, basa, garam, leburan dari

basa, sert a garam yang dipanaskan akibat

dilalui oleh arus list rik.



Elekt rolisis merupakan kebalikan dari sel

volt a. Pada sel volt a, suat u proses kimia

menghasilkan arus list rik, sedangkan pada

elekt rolisis arus list rik dari luar sel

mengakibat kan t erj adinya reaksi kimia.



Hukum Faraday I

Jumlah zat yang t erj adi/ t erlepas pada t iap-t iap elekt roda

berbanding lurus dengan j umlah list rik yang mengalir

melalui larut an selama elekt rolisis.

G = e . I . t at au G = (Mr/ nF) . I . T

Ket erangan:

G = massa zat dalam gram (g)

I = kuat arus dalam ampere (A)

t = wakt u dalam det ik (s)

e = massa ekivalen

F = bilangan Faraday = 96500 Cmol

-1



Hukum Faraday II

Bila sej umlah list rik t ert ent u dialirkan melalui beberapa

larut an elekt rolit maka j umlah berat zat yang t erj adi

berbanding lurus dengan berat ekivalennya.

Cont oh: Pada elekt rolisis larut an CuSO

₄

, AgNO

₃

, HCl, maka

BE Cu : BE Ag : BE H

Reaksi Redoks pada Proses Elekt rolisis

1) Reaksi reduksi pada kat ode

Ion posit if akan mengal ami reduksi pada kat ode, kecual i kat ion yang berasal dari l ogam IA, IIA, Al dan Mn dal am bent uk l arut an air t idak akan mengal ami reduksi, mel ainkan H₂O yang t ereduksi menj adi H₂ dan OH-_. Ion l ogam IA, IIA, Al , dan Mn akan mengal ami reduksi apabil a berbent uk l el ehan.

2H₂O (l ) + 2e → H₂(g) + 2OH

-2) Reaksi oksidasi pada anode

Tidak sel amanya ion negat if mengal ami oksidasi pada anode. Jika el ekt rode anode t erbuat dari l ogam akt if (sel ain l ogam Pt , Au, dan C) yang mengal ami oksidasi adal ah el ekt rode t ersebut .

Pada el ekt rode inert dan ion negat if mengandung O sepert i SO₄2-_{, NO} 3-, dan PO₄3- _{maka yang mengal ami oksidasi adal ah air.}

2H₂O (l ) → 4H+ _{(aq) + O}

Korosi

-Korosi adalah perubahan suat u logam menj adi senyawanya.

- Dari t eori elekt rokimia, suat u logam mengalami korosi j ika pada

permukaan logam t erdapat lapisan-lapisan yang bert indak sebagai anode dan lapisan lain bert indak sebagai kat ode.

Fe

→

Fe2+ _{+ 2e}

- Reaksi reduksi dalam suasana asam: 2H+ _{+ 2e}

→

_H 2

- Reaksi reduksi dalam suasana basa: H₂O + 1/ 2O₂ + 2e

→

2OH

-Ion Fe2+ _{kemudian bereaksi dengan ion-ion OH}-_{: Fe}2+ _{+ OH}-

→

_Fe(OH) 2

Fe(OH)₂ + 1/ 2O₂

→

H₂O + Fe₂O₃. H₂O (endapan coklat )