Daftar Isi
Daftar
Isi...
... 1
A.
PENDAHULUAN...
...
2
B. URAIAN
MATERI...
... 3
C.
KONSEP APLIKASI
REDOKS...
...
6
I. Penerapan Reaksi Redoks Dalam
Industri...
6
II. Penerapan Reaksi Redoks Dalam
Biologi...
10
D.
KESIMPULAN...
... 11
Daftar
APLIKASI REAKSI REDOKS DALAM
KEHIDUPAN SEHARI – HARI
A. PENDAHULUAN
Dalam kehidupan sehari – hari banyak sekali peristiwa yang berkaitan dengan reaksi redoks. Peristiwa metabolisme yang ada pada tubuh kita, respirasi pada tumbuh – tumbuhan, peluncuran roket menuju ruang angkasa. Semua peristiwa mengalami pembakaran dengan oksigen. Pembakaran ini merupakan suatu reaksi redoks.
Anda tentu pernah mengalami kekecewaan, karena barang yang anda miliki rusak karena berkarat. Sepeda, hiasan, mainan, alat dapur yang awalnya bersih menjadi rusak. Secara ekonomi, sangat besar biaya yang harus dikeluarkan untuk memperbaiki atau bahkan menganti barang-barang yang berkarat. Proses perkaratan pada barang-barang dari logam tersebut merupakan proses elektrokimia, dimana logam-logam tersebut berinteraksi dengan zat-zat kimia yang ada di lingkungannya sehingga terjadi reaksi redoks. Apakah proses elektrokimia selalu merugikan kita?
Proses elektrokimia yang tidak terkendalikan akan banyak merugikan kita. Tetapi perkembangan ilmu telah berhasil mengendalikan proses elektrokimia. Anda tentu pernah menggunakan barang-barang hasil proses elektrokimia. Baterai untuk menyalakan radio, kalkulator, atau jam tanganmu merupakan barang yang menggunakan proses elektrokimia.
Contoh lain dari proses elektrokimia adalah pelapisan logam dengan logam lain. Coba amati komponen dari sepeda yang putih mengkIlap.Komponen tersebut terbuat dari besi yang sudah dilapisi krom. Sekarang sudah banyak barang-barang khususnya perhiasan yang berlapiskan perak atau emas.
Contoh reaksi redoks yang merugikan : (Gb. 1) Perkaratan Besi (Gb. 2) Kebakaran
B. URAIAN MATERI
Redoks (singkatan dari reaksi reduksi/oksidasi) adalah istilah yang menjelaskan berubahnya bilangan oksidasi (keadaan oksidasi) atom-atom dalam sebuah reaksi kimia.
Hal ini dapat berupa proses redoks yang sederhana seperti oksidasi karbon yang menghasilkan karbon dioksida, atau reduksi karbon oleh hidrogen menghasilkan metana(CH4), ataupun ia dapat berupa proses yang kompleks seperti oksidasi gula pada tubuh manusia melalui rentetan transfer elektron yang rumit.
Istilah redoks berasal dari dua konsep, yaitu reduksi dan oksidasi. Ia dapat dijelaskan dengan mudah sebagai berikut:
Oksidasi menjelaskan pelepasan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion Reduksi menjelaskan penambahan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion.
Walaupun cukup tepat untuk digunakan dalam berbagai tujuan, penjelasan di atas tidaklah persis benar. Oksidasi dan reduksi tepatnya merujuk pada perubahan bilangan oksidasi karena transfer elektron yang sebenarnya tidak akan selalu terjadi. Sehingga oksidasi lebih baik didefinisikan sebagai peningkatan bilangan oksidasi, dan reduksi sebagai penurunan bilangan oksidasi. Dalam prakteknya, transfer elektron akan selalu mengubah bilangan oksidasi, namun terdapat banyak reaksi yang diklasifikasikan sebagai "redoks" walaupun tidak ada transfer elektron dalam reaksi tersebut (misalnya yang melibatkan ikatan kovalen).
Ilustrasi sebuah reaksi redoks
Oksidator dan reduktor
Senyawa-senyawa yang memiliki kemampuan untuk mengoksidasi senyawa lain dikatakan sebagai oksidatif dan dikenal sebagai oksidator atau agen oksidasi. Oksidator melepaskan elektron dari senyawa lain, sehingga dirinya sendiri tereduksi. Oleh karena ia "menerima" elektron, ia juga disebut sebagai penerima elektron. Oksidator bisanya adalah senyawa-senyawa yang memiliki unsur-unsur dengan bilangan oksidasi yang tinggi (seperti H2O2, MnO4−, CrO3, Cr2O72−, OsO4) atau senyawa-senyawa yang sangat elektronegatif, sehingga dapat mendapatkan satu atau dua elektron yang lebih dengan mengoksidasi sebuah senyawa (misalnya oksigen, fluorin, klorin, dan bromin).
Senyawa-senyawa yang memiliki kemampuan untuk mereduksi senyawa lain dikatakan sebagai reduktif dan dikenal sebagai reduktor atau agen reduksi. Reduktor melepaskan elektronnya ke senyawa lain, sehingga ia sendiri teroksidasi. Oleh karena ia "mendonorkan" elektronnya, ia juga disebut sebagai penderma elektron. Senyawa-senyawa yang berupa reduktor sangat bervariasi. Unsur-unsur logam seperti Li, Na, Mg, Fe, Zn, dan Al dapat digunakan sebagai reduktor. Logam-logam ini akan memberikan elektronnya dengan mudah. Reduktor jenus lainnya adalah reagen transfer hidrida, misalnya NaBH4 dan LiAlH4), reagen-reagen ini digunakan dengan luas dalam kimia organik[1][2], terutama dalam reduksi senyawa-senyawa karbonil menjadi alkohol. Metode reduksi lainnya yang juga berguna melibatkan gas hidrogen (H2) dengan katalis paladium, platinum, atau nikel, Reduksi katalitik ini utamanya digunakan pada reduksi ikatan rangkap dua ata tiga karbon-karbon.
Cara yang mudah untuk melihat proses redoks adalah, reduktor mentransfer elektronnya ke oksidator. Sehingga dalam reaksi, reduktor melepaskan elektron dan teroksidasi, dan oksidator mendapatkan elektron dan tereduksi. Pasangan oksidator dan reduktor yang terlibat dalam sebuah reaksi disebut sebagai pasangan redoks.
Salah satu contoh reaksi redoks adalah antara hidrogen dan fluorin:
H
2+ F
2= 2HF
Kita dapat menulis keseluruhan reaksi ini sebagai dua reaksi setengah: reaksi oksidasi
H
2→
2H
++ 2
e-dan reaksi reduksi
F
2+ 2
e-→
2F
-Penganalisaan masing-masing reaksi setengah akan menjadikan keseluruhan proses kimia lebih jelas. Karena tidak terdapat perbuahan total muatan selama reaksi redoks, jumlah elektron yang berlebihan pada reaksi oksidasi haruslah sama dengan jumlah yang dikonsumsi pada reaksi reduksi.
Unsur-unsur, bahkan dalam bentuk molekul, sering kali memiliki bilangan oksidasi nol. Pada reaksi di atas, hidrogen teroksidasi dari bilangan oksidasi 0 menjadi +1, sedangkan fluorin tereduksi dari bilangan oksidasi 0 menjadi -1.
Dan ion-ion akan bergabung membentuk hidrogen fluorida:
Reaksi penggantian
Redoks terjadi pada reaksi penggantian tunggal atau reaksi substitusi. Komponen redoks dalam tipe reaksi ini ada pada perubahan keadaan oksidasi (muatan) pada atom-atom tertentu, dan bukanlah pada pergantian atom dalam senyawa.
Sebagai contoh, reaksi antara larutan besi dan tembaga(II) sulfat:
Persamaan ion dari reaksi ini adalah:
Terlihat bahwa besi teroksidasi:
dan tembaga tereduksi:
Contoh-contoh lainnya :
Besi(II) teroksidasi menjadi besi(III)
hidrogen peroksida tereduksi menjadi hidroksida dengan keberadaan sebuah asam:
H2O2 + 2 e− → 2 OH−
Persamaan keseluruhan reaksi di atas adalah:
2Fe2+ + H2O2 + 2H+ → 2Fe3+ + 2H2O
denitrifikasi, nitrat tereduksi menjadi nitrogen dengan keberadaan asam:
2NO3− + 10e− + 12 H+ → N2 + 6H2O
Besi akan teroksidasi menjadi besi(III) oksida dan oksigen akan tereduksi membentuk besi(III) oksida (umumnya dikenal sebagai perkaratan):
4Fe + 3O2 → 2 Fe2O3
Dalam kimia organik, oksidasi seselangkah (stepwise oxidation) hidrokarbon menghasilkan air, dan berturut-turut alkohol, aldehida atau keton, asam karboksilat, dan kemudian peroksida.
C. KONSEP APLIKASI REDOKS
I. Penerapan Reaksi Redoks dalam Industri
Berikut ini adalah penerapan reaksi reduksi oksidasi dalam bidang industri :
a. Sel Volta ( Sel Galvani )
Sel elektrokimia di mana reaksi oksidasi-reduksi spontan terjadi dan menghasilkan beda potensial disebut sel galvani. Dalam sel galvani energy kimia diubah menjadi Iimbal listrik. Sel galvani juga sering disebut Sel Volta. Contoh sel galvani adalah baterai.
elektroda tembaga dan direduksi ke logam tembaga. Potensial elektroda tembaga menjadi lebih positif karena tekanan listrik turun pada saat IimbaleI dipindahkan dari katoda. Jika kabel dihubungkan pada kedua elektroda, arus mengalir dari elektroda magnesium ke elektroda tembaga, dan voltmeter pada rangkaian luar akan menunjukkan voltase 2,696 V.
Energi yang dilepaskan sel dapat digunakan untuk menyalakan radio dengan menghubungkan kabel dari elektroda ke radio. Reaksi keseluruhan sel tembaga-magnesium ini adalah reaksi redoks.
Mg(s) + Cu2+(aq) IMg2+(aq) + Cu(s)
Apakah fungsi jembatan garam? Ketika setengah reaksi berlanjut, ion- ion magnesium dilepaskan ke larutan pada anoda, dan ion-ion tembaga pindah ke katoda. Ion-ion harus Iimb bergerak bebas antara kedua elektroda untuk menetralkan muatan positif (kation Mg2+) yang dihasilkan pada anoda dan muatan
IimbaleI (anion) yang tertinggal pada katoda. Larutan ion-ion dalam jembatan garam dapat menetralkan muatan positif dan IimbaleI dalam larutan dan mencegah timbulnya kelebihan muatan pada elektroda. Reaksi redoks yang sama terjadi jika logam magnesium diletakkan langsung dalam larutan tembaga sulfat, dengan reaksi yaitu:
Mg + Cu2+ Mg2+ + Cu.
Akan tetapi, ini bukan sel galvani karena IimbaleI tidak mengalir melalui rangkaian luar. Elektron bergerak langsung dari logam magnesium ke ion-ion tembaga, membentuk logam tembaga. Ini adalah cara membuatlogam tembaga dari ion-ion tembaga, tapi tidak untuk membangkitkan tenaga listrik.
SEL VOLTA DALAM KEHIDUPAN SEHARI – HARI
Meskipun sel galvani dari magnesium dan tembaga dapat bermanfaat, anda tidak akan mau membawanya bila berkemah. Larutannya basah,gelasnya mudah pecah, dan kapasitasnya terbatas. Untungnya para ilmuwantelah mengembangkan baterai yang lebih baik, lebih kecil, lebih ringan, yang mempunyai voltase lebih tinggi dan awet.Bagaimana baterai dirancang? Semakin jauh dua logam semakin besar voltase baterai yang dihasilkan. Jika anda ingin membuat baterai bervoltase tinggi untuk radiomu, anda harus memilih logam yang berjauhan dalam Iimba tersebut. Uang logam tembaga dengan paku besi menghasilkan voltase lebih tinggi daripada uang logam dengan nikel karena tembaga lebih jauh dari besi dan dari nikel. Meskipun istilah baterai biasanya mengacu pada sel-sel galvani yang dihubungkan bersama, beberapa baterai hanya mempunyai satu sel. Baterai lain mungkin mempunyai selusin atau lebih. Ketika anda menggunakan baterai untuk menyalakan senter, radio atau CD-player, anda melengkapi rangkaian listrik sel galvani tersebut. Untuk mendapatkan voltase lebih tinggi dari sel dengan beda potensial yang IimbaleI kecil dapat dilakukan dengan menghubungkan sel-sel secara seri.
1. BATERAI KARBON-SENG
dan alkaline. Jenis ini sering juga disebut sel kering karena tidak terdapat larutan elektrolit, yang menggantikannya adalah pasta semi padat.
Pasta mangan(IV) oksida (MnO2) berfungsi sebagai katoda. Amonium klorida (NH4Cl) dan seng klorida (ZnCl2) berfungsi sebagai elektrolit. Seng pada lapisan luar berfungsi sebagai anoda.
Reaksi yang terjadi :
anoda : Zn Zn2+ + 2 e
-katoda : 2MnO2 + H2O + 2e- Mn2O3 + 2OH
-Dengan menambahkan kedua setengah reaksi akan membentuk reaksi redoks utama yang terjadi dalam sel kering karbon-seng.
Zn + 2MnO2 + H2O Zn2+ + Mn2O3 + 2OH
-Baterai ini menghasilkan potensial sel sebesar 1,5 volt. -Baterai ini bias digunakan untuk menyalakan peralatan seperti senter, radio, CD player, mainan, jam dan sebagainya.
2. BATERAI ALKALI
Baterai alkali Iimbal sama dengan bateri karbon-seng. Anoda dan katodanya sama dengan baterai karbon-seng, seng sebagai anoda dan MnO2 sebagai katoda. Perbedaannya terletak pada jenis elektrolit yang digunakan. Elektrolit pada baterai alkali adalah KOH atau NaOH. Reaksi yang terjadi adalah:
anoda: Zn + 2 OH- ZnO + H2O + 2e
katoda: 2MnO2 + H2O + 2e- Mn2O3 + 2OH
-Potensial sel yang dihasilkan baterai alkali 1,54 volt. Arus dan tegangan pada baterai alkali lebih stabil IimbaleIIg baterai karbon-seng.
3. BATERAI NIKEL KADMIUM
Baterai nikel-kadmium merupakan jenis baterai yang dapat diisi ulang seperti aki, baterai HP, dll. Anoda yang digunakan adalah Iimbale, katodanya adalah nikel dan elektrolitnya adalah KOH. Reaksi yang terjadi:
anoda : Cd + 2 OH- Cd(OH)
2 + 2e
katoda : NiO(OH) + H2O Ni(OH)2 + OH
-Perkaratan Besi Perkaratan Besi Perkaratan Besi Perkaratan Besi Perkaratan Besi Perkaratan Besi
Potensial sel yang dihasilkan sebesar 1,4 volt.
4. BATERAI PERAK OKSIDA
Bentuk baterai ini kecil seperti kancing baju biasa digunakan untuk baterai arloji, kalkulator, dan alat elektronik lainnya. Anoda yang digunakan adalah seng, katodanya adalah perak oksida dan elektrolitnya adalah KOH. Reaksi yang terjadi:
anoda : Zn Zn2+ + 2 e
-katoda : Ag2O + H2O + 2e 2Ag + 2 OH
-Potensial sel yang dihasilkan sebesar 1,5 volt.
5. AKI
Jenis baterai yang sering digunakan pada mobil adalah baterai 12 volt Iimbale-asam yang biasa dinamakan Aki. Baterai ini memiliki enam sel 2 volt yang dihubungkan seri. Meskipun lebih besar daripada baterai karbon-seng dan IimbaleI berat, baterai jenis ini tahan lama, menghasilkan arus yang lebih besar, dan dapat diisi ulang. Ketika anda menyalakan mesin, baterai ini yang menyediakan listrik untuk menyalakan mobil. Baterai ini juga menyediakan Iimbal untuk kebutuhan yang tidak dapat dipenuhi oleh alternator mobil, seperti menghidupkan radio atau menyalakan lampu jika mesin mati. Menghidupkan lampu atau radio terlalu lama pada saat mesin mati akan menghabiskan baterai karena mesinlah yang mengisi ulang baterai pada saat mobil berjalan.
Setiap sel galvani dalam baterai Iimbale-asam mempunyai dua elektroda-satu terbuat dari lempeng Iimbale (IV) oksida (PbO2) dan yang lain logam Iimbale, seperti dalam Gambar 6. Dalam tiap sel logam Iimbale dioksidasi sedangkan Iimbale(IV) oksida direduksi. Logam Iimbale dioksidasi menjadi ion Pb2+ dan
melepaskan dua IimbaleI di anoda. Pb dalam Iimbale (IV) oksida mendapatkan dua IimbaleI dan membentuk ion Pb2+ di katoda. Ion Pb2+ bercampur dengan ion SO4
2-dari asam sulfat membentuk Iimbale (II) sulfat pada tiap-tiap elektroda. Jadi reaksi yang terjadi ketika baterai Iimbale-asam digunakan menghasilkan Iimbale sulfat pada kedua elektroda.
PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
Reaksi yang terjadi selama penggunaan baterai Iimbale-asam bersifat spontan dan tidak memerlukan input Iimbal. Reaksi sebaliknya, mengisi ulang baterai, tidak spontan karena membutuhkan input listrik dari mobil. Arus masuk ke baterai dan menyediakan Iimbal bagi reaksi di mana Iimbale sulfat dan air diubah menjadi Iimbale(IV) oksida, logam Iimbale dan asam sulfat.
2PbSO4 + 2H2O PbO2 +
Pb + 2H2SO4
Asam sulfat bersifat
korosif. Anda harus berhati-hati
jika bekerja di sekitar baterai
mobil, dan buanglah secara
benar jika sudah benar-benar
habis. Baterai ini biasanya dapat
digunakan dan diisi ulang
berkali-kali.
b. Pengolahan
Salah satu penerapan konsep reaksi redoks dalam kehidupan sehari-hari adalah dalam bidang pengolahan limbah. Prinsip dasar yang dipergunakan adalah teroksidasinya bahan-bahan anorganik maupun organik, sehingga lebih mudah diolah lebih lanjut.
Limbah merupakan salah satu pencemar lingkungan yang perlu dipikirkan cara-cara mengatasinya. Untuk menjaga dan mencegah lingkungan tercemar akibat akumulasi limbah yang semakin banyak, berbagai upaya telah banyak dilakukan untuk memperoleh teknik yang tepat dan efisien sesuai kondisi lokal.
Berbagai tipe penanganan limbah cair dengan melibatkan mikroorganisme telah dikerjakan di Indonesia, yaitu sedimentasi, kolam oksidasi, trickling filter, lumpur aktif (activated sludge), dan septic tank. Pada uraian ini akan kita pelajari salah satu saja, yaitu teknik lumpur aktif.
Proses lumpur aktif merupakan sistem yang banyak dipakai untuk penanganan limbah cair secara aerobik. Lumpur aktif merupakan metode yang paling efektif untuk menyingkirkan bahan-bahan tersuspensi maupun terlarut dari air limbah. Lumpur aktif mengandung mikroorganisme aerobik yang dapat mencerna limbah mentah. Setelah limbah cair didiamkan di dalam tangki sedimentasi, limbah dialirkan ke tangki aerasi. Di dalam tangki aerasi, bakteri heterotrofik berkembang dengan pesatnya. Bakteri tersebut diaktifkan dengan adanya aliran udara (oksigen) untuk melakukan oksidasi bahan-bahan organik. Bbakteri yang aktif dalam tangki aerasi adalah Escherichia coli, Enterobacter, Sphaerotilus natans, Beggatoa,
Achromobacter, Flavobacterium, dan Pseudomonas. Bakteri-bakteri tersebut
membentuk gumpalan-gumpalan atau flocs. Gumpalan tersebut melayang yang kemudian mengapung di permukaan limbah.
II. Penerapan Reaksi Redoks dalam Biologi
Banyak proses biologi yang melibatkan reaksi redoks. Reaksi ini berlangsung secara simultan karena sel, sebagai tempat berlangsungnya reaksi-reaksi biokimia, harus melangsungkan semua fungsi hidup. Agen biokimia yang mendorong terjadinya oksidasi terhadap substansi berguna dikenal dalam ilmu pangan dan kesehatan sebagai oksidan. Zat yang mencegah aktivitas oksidan disebut antioksidan.
Pernapasan sel, contohnya, adalah oksidasi glukosa (C6H12O6) menjadi CO2 dan reduksi oksigen menjadi air. Persamaan ringkas dari pernapasan sel adalah:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
Proses pernapasan sel juga sangat bergantung pada reduksi NAD+ menjadi NADH dan reaksi baliknya (oksidasi NADH menjadu NAD+). Fotosintesis secara esensial merupakan kebalikan dari reaksi redoks pada pernapasan sel:
Energi biologi sering disimpan dan dilepaskan dengan menggunakan reaksi redoks. Fotosintesis melibatkan reduksi karbon dioksida menjadi gula dan oksidasi air menjadi oksigen. Reaksi baliknya, pernapasan, mengoksidasi gula, menghasilkan karbon dioksida dan air. Sebagai langkah antara, senyawa karbon yang direduksi digunakan untuk mereduksi nikotinamida adenina dinukleotida (NAD+), yang kemudian berkontribusi dalam pembentukan gradien proton, yang akan mendorong sintesis adenosina trifosfat (ATP) dan dijaga oleh reduksi oksigen. Pada sel-sel hewan, mitokondria menjalankan fungsi yang sama. Lihat pula Potensial membran.
Istilah keadaan redoks juga sering digunakan untuk menjelaskan keseimbangan antara NAD+/NADH dengan NADP+/NADPH dalam sistem biologi seperti pada sel dan organ. Keadaan redoksi direfleksikan pada keseimbangan beberapa set metabolit (misalnya laktat dan piruvat, beta-hidroksibutirat dan asetoasetat) yang antarubahannya sangat bergantung pada rasio ini. Keadaan redoks yang tidak normal akan berakibat buruk, seperti hipoksia, guncangan (shock), dan sepsis.
Kiri : asam dehidroaskorbat (bentuk teroksidasi vitamin C) Kanan : asam askorbat (bentuk tereduksi vitamin C)
D. KESIMPULAN
Sel volta (sel galvani) adalah Sel elektrokimia di mana reaksi oksidasi- reduksi spontan terjadi dan menghasilkan beda potensial. Dalam sel galvani energi kimia diubah menjadi energi listrik Jumlah energi yang dihasilkan tergantung pada dua sifat sel: a) jumlah bahan yang ada dan b)beda potensial antara elektroda-elektrodanya. Unsur-unsur dalam deret volta, semakin kekanan semakin mudah direduksi.
Potensial standart adalah potensial ketika suatu elektroda dihubungkan dengan elektroda hidrogen. Elektroda hidrogen merupakan elektroda standart yang mempunyai potensial 0 volt.
E0sel dinyatakan sebagai potensial standar elektroda reduksi dikurangi potensial
standar elektroda oksidasi.
E0sel = E0reduksi – E0oksidasi
Jika E0 sel bernilai positif maka reaksi sel yang terjadi merupakan reaksi
spontan. Sel volta dalam kehidupan sehari-hari: baterai karbon-seng, baterai alkali, baterai nikel cadmium, aki.
Penerapan reaksi redoks dalam proses pengolahan limbah dilakukan dengan cara mengaktifkan beberapa bakteri seperti Escherichia coli, Enterobacter,
Sphaerotilus natans, Beggatoa, Achromobacter, Flavobacterium, dan Pseudomonas
dengan adanya aliran udara (oksigen) untuk melakukan oksidasi di dalam tangki aerasi yang berisi limbah mentah untuk dicerna oleh bakteri-bakteri tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
http://www.chem-is-try.org
http://www.e-dukasi.net
http://an-hayuu.blogspot.com
