Reaksi Oksidasi Reduksi dan Elektrokimia

 

REAKSI REDOKS DAN ELEKTROKIMIA

 
I. Definisi Reaksi Redoks
Reaksi reduksi-oksidasi atau reaksi redoks adalah proses transfer satu atau lebih elektron dari satu   substansi ke substansi yang lain dalam suatu reaksi kimia.Reaksi redoks terdiri atas reaksi oksidasi dan reaksi reduksi. Reaksi oksidasi adalah reaksi pelepasan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion. Reaksi reduksi adalah reaksi penambahan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion. Untuk mengetahui dalam suatu reaksi kimia apakah termasuk reaksi redoks atau tidak yaitu dengan bilangan oksidasi, bilangan oksidasi menandakan apakah suatu atom bermuatan netral, kelebihan elektron, atau kekurangan elektron. Bilangan oksidasi didapat dari besar muatan dari atom tersebut, apabila bermuatan netral maka bilangan oksidasinya bernilai 0, bermuatan positif maka bernilai +, dan bermuatan negatif bernilai -.
 RED
 II. Penyetaraan Reaksi Redoks
            Untuk menyetarakan reaksi redoks terdapat dua metode yaitu, metode bilangan oksidasi dan metode setengah reaksi.
            A. Metode Bilangan Oksidasi
Metode bilangan oksidasi didasarkan pada pengertian bahwa jumlah peningkatan bilangan oksidasi dari reduktor sama dengan jumlah penurunan bilangan oksidasi dari oksidator. Oleh karena itu,  pada metode bilangan oksidasi  jumlah semua bilangan oksidasi pada reaksi  harus bernilai 0. Tahap-tahap dalam penyetaraan reaksi redoks dengan metode bilangan oksidasi:
1.      Menuliskan persamaan reaksi redoks yang belum setara.
2.      Menyetarakan semua atom pada persamaan kecuali atom H dan O.
3.      Menuliskan bilangan oksidasi semua atom.
4.      Menentukan atom yang mengalami perubahan bilangan oksidasi serta menghitung besar perubahan bilangan oksidasi.
5.      Menyetarakan jumlah kenaikan bilangan oksidasi pada atom yang teroksidasi dengan jumlah penurunan bilangan oksidasi pada atom yang tereduksi dengan faktor terkecil dari masing-masing jumlah kenaikan dan penurunan bilangan oksidasi.
6.      Menyetarakan muatan pada reaksi dengan menambah ion H+ (dalam suasana asam) atau ion OH- (dalam suasana basa).
7.      Menyetarakan atom H dan O dengan menambahkan H2O pada bagian dengan jumlah atom H yang lebih sedikit.
Berikut ini adalah contoh penyetaraan reaksi redoks dengan metode bilangan oksidasi  pada reaksi ion :
MnO4-(aq) + Br  (aq) → Mn2+ (aq) + Br2(aq) …..(1)

1. Tahap pertama adalah menyetarakan semua jumlah atom  selain O dan H dalam persamaan. Dalam contoh reaksi maka mula-mula kita menambahkan koefisien 2 pada ion  Br -

2TT
4. Langkah berikutnya adalah menghitung jumlah bilangan oksidasi yang terdapat pada atom yang mengalami oksidasi dan reduksi, koefisien dalam persamaan juga disertakan dalam perhitungan bilangan oksidasi atom tersebut. Pada persamaan (2)  terdapat 2 Br - menjadi Br2 sehingga total perubahan bilangan oksidasi atom Br adalah 0- 2×(-1)  = +2. Sementara bilangan oksidasi Mn pada MnO4- adalah +7 dan pada Mn2+ menjadi +2 sehingga total perubahan bilangan oksidasinya menjadi +2 – +7 = -5.
 

5. Setelah mendapatkan perubahan bilangan oksidasi masing-masing  atom lalu kita mengalikan total dari perubahan bilangan oksidasi agar perubahan bilangan oksidasi pada atom yang mengalami oksidasi = atom yang mengalami reduksi. Pada atom Br perubahan bilangan oksidasinya +2 sementara Mn -5 maka kita mengalikan  perubahan bilangan oksidasi Br dengan 5 dan Mn dengan 2 sehingga kedua perubahan bilangan oksidasi menjadi +10 dan -10. Sehingga pada koefisien reaksi kita mengalikan 5 untuk pada setiap atom Br dan 2 untuk atom Mn.

3RRSR2222LAST
ELEKTROKIMIA
 

Elektrokimia adalah bidang ilmu kimia yang mempelajari perubahan energi kimia menjadi energi listrik atau sebaliknya.

  • Sel – sel Elektrokimia

Suatu sel elektrokimia terdiri dari dua elektroda, yang disebut katoda dan anoda, dalam larutan elektrolit. Pada elektroda katoda terjadi reaksi reduksi. Sedangkan reaksi oksidasi terjadi pada anoda. Sel elektrokimia dapat dibagi menjadi
1. Sel Volta / Sel Galvani à  merubah energi kimia menjadi energi listrik
Contoh : batere (sel kering), accu
2. Sel Elektrolisis à merubah energi listrik menjadi energi kimia
Contoh : penyepuhan, pemurnian logam

sel-galvani2sel-elektrolisisSel volta dan sel elektrolisis
  • Potensial Elektroda Standar (Eo)

Potensial elektroda standar suatu elektroda adalah daya gerak listrik yang timbul karena pelepasan elektron dari reaksi reduksi. Karena itu, potensial elektroda standar sering juga disebut potensial reduksi standar. Potensial ini relatif karena dibandingkan dengan elektroda hidrogen sebagai standar. Nilai potensial elektroda standar dinyatakan dalam satuan Volt (V). Untuk elektroda hidrogen, Eo nya adalah 0,00V.
– Bila Eo > 0  à  cenderung mengalami reduksi (bersifat oksidator)
– Bila Eo < 0  à  cenderung mengalami oksidasi (bersifat reduktor)

  • Potensial Standar Sel (Eosel)

Potensial standar sel adalah nilai daya gerak listrik sel yang besarnya sama dengan selisih potensial reduksi standar elektroda yang mengalami reduksi dengan potensial reduksi standar elektroda yang mengalami oksidasi.
Eosel  =  Eoreduksi  –  Eooksidasi
Contoh :
Hitung Eosel untuk reaksi berikut :

  1. Zn  +  Cu2+  à  Zn2+  + Cu

Jawab :
Zn2+  +  2e  =  Zn                                       Eo = -0,76 V
Cu2+  +  2e  = Cu                                        Eo = 0,34 V
Karena Eo Cu > Eo Zn, maka
Cu à mengalami reduksi
Zn à mengalami oksidasi
Eosel  =  Eoreduksi  –  Eooksidasi
=  {0,34  –  (-0,76)} V
Eosel  =  1,1 V

  • Persamaan Nernst

Esel = Eosel – ln
Contoh :
Hitung nilai Esel untuk reaksi pada 25oC
Zn  +  Cu2+  à  Zn2+  + Cu
Bila diketahui konsentrasi Zn2+ = 0,4 M dan konsentrasi Cu2+ = 0,2 M !
Jawab :
Esel = Eosel – ln
Dari contoh soal Eosel, diketahui Eosel untuk reaksi di atas adalah 1,1 V.
Esel = Eosel – ln
Esel = 1,1 V – 8,9.10-3 V
Esel = 1,09 V

  • Elektrolisis

Ketika arus listrik dialirkan melalui senyawa ionik dan senyawa tersebut mengalami reaksi kimia, maka terjadilah peristiwa elektrolisis. Zat yang mengalami elektrolisis disebut elektrolit. Elektrolisis adalah proses yang sangat penting dalam industri. Proses ini digunakan dalam industri – industri estraksi atau pemurnian logam.
Untuk menentukan berat zat yang dihasilkan pada proses elektrolisis, digunakan hukum Faraday, yaitu
                w = E x F
w = berat zat hasil elektrolisis
E = massa ekivalen zat elektrolisis
F = jumlah arus listrik
E =   atau   E =
Ar = massa atom relatif
Mr = massa molekul relatif
n  = jumlah elektron yang terlibat
F =
i = arus (ampere)
t = waktu (detik)
w =  x

  • Kespontanan Reaksi

Suatu reaksi dapat dikatakan spontan apabila memenuhi persyaratan termodinamika, yaitu energi bebas Gibbsnya (DGo) sama dengan nol. Nilai DGo dapat ditentukan dari potensial standar sel dengan rumus
DGo = – n F Eosel
Dengan demikian, dapat ditarik kesimpulan bahwa bila suatu sel mempunyai Eosel positif, maka DGo akan negatif dan reaksinya spontan.

Elektrokimia

Keadaan standar didefinisikan sebagai keadaan pada 25o C (298.15 K), pada keaktifan satu untuk semua zat dalam sel elektrokimia pada sel dengan arus nol pada tekanan 1 bar (105 Pa).  Untuk reaksi yang melibatkan ion H+, keadaan standar adalah pH = 0 (sekitar konsentrasi asam 1 molar).
Dalam kasus elektrode hidrogen digunakan sebagai potensial elektrode standar, gas hidrogen 1 atm (aH2 = 1) dikontakkan perlahan dengan elektroda platinum-hitam yang dibenamkan dalam larutan asam kuat dengan keaktifan, aH+ = 1.  Potentialnya diungkapkan sebagai:
potensial
dan menurut definisi E0 = 0 dalam keadaan standar.  Elektroda hidrogen dalam keadaan standar disebut sebagai elektrode hidrogen standar atau NHE.  Walaupun potensial reduksi biasanya diungkapkan dengan rujukan NHE standar, elektrode hidrogen sukar ditangani.  Oleh karena itu elektrode kalomel jenuh atau Ag/AgCl digunakan sebagai elektroda rujukan untuk pengukuran elektrokimia sehari-hari dan potensial percobaan  diukur terhadap elektroda ini atau dikonversi pada nilai NHE.  Bila nilai NHE diset menjadi 0, nilai SCE 0.242 V, dan Ag/AgCl adalah 0.199 V.
Reaksi redoks terjadi hanya bila pasangan redoks ada dan reaktannya dapat berupa oksidator atau reduktor bergantung pasangan reaksinya. Kemampuan relatif redoksnya dapat diungkapkan secara numerik dengan memberikan potensial reduksi setengah reaksinya,  E0 (Tabel 3.1). Perubahan energi bebas reaksi berhubungan dengan E0,
perubahan energi bebas
n adalah jumlah elektron yang diserahterimakan dan f adalah konstanta Faraday, 96500 C.mol-1.
potensial reduksi standar
Misalnya, untuk dua reaksi
dua reaksi]
Tidak berlangsung bebas, tetapi bila H+ (aq) dan Zn(s) ada, reaksi  redoks akan berlangsung.  Persamaan yang menyatakan reaksi yang berlangsung didapat bila reaksi ke-2 dikurangi dengan persamaan reaksi pertama
reaksi pertama
Perubahan energi bebas reaksi redoks keseluruhan adalah selisih perubahan energi masing-masing setengah reaksi.
setengah reaksi
Karena setengah sel pada dasarnya hanya imajiner dan umumnya digunakan sebagai pasangan, perubahan energi bebas ∆G01 untuk H+ diset 0.  Dalam hal ini karena didapat hasil percobaan ∆G0 sebesar -147 kJ, maka ∆G02 bernilai 147 kJ.  Potensial E0 yang berkaitan dengan ∆G0setengah reaksi disebut potensial reduksi standar.
reduksi standar
Maka
maka
Potensial standar berbagai setengah reaksi ditentukan dengan menggunakan prosedur yang mirip dengan yang disebutkan tadi (Tabel 3.1). E0 reaksi redoks dapat dihitung dengan mengkombinasikan E0 setengah reaksi ini.
Bila E0 reaksi redoks positif, ∆G0 bernilai negatif dan reaksi berlangsung spontan.  Akibatnya selain menggunakan perubahan energi bebas potensial reduksi juga dapat digunakan untuk menentukan kespontanan reaksi. Semakin besar potensial reduksi semakin kuat kemampuan oksidasinya. Nilai positif atau negatif berdasarkan nilai potensial reduksi proton adalah 0, dan harus dipahami bahwa nilai positif tidak harus berarti mengoksidasi, dan nilai negatif bukan berarti mereduksi. Deretan yang disusun berdasarkan kekuatan redoks disebut deret elektrokimia

Tinggalkan komentar

Berikan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s