REAKSI REDOKS DAN ELEKTROKIMIA

Gambar 2.1 Proses perkaratan besi

Sumber: Ensiklopedi Sains dan Kehidupan

Pada pelajaran bab kedua ini, akan dipelajari tentang penyetaraan reaksi

redoks, potensial sel, korosi, dan sel elektrolisis.

Bab 2

Reaksi Redoks dan Elektrokimia

Di kelas X kita  sudah mempelajari pengertian oksidasi dan reduksi. Pada peristiwa oksidasi dan reduksi, sebelum dan sesudah terjadi reaksi, atom-atom yang terlibat mengalami perubahan bilangan oksidasi. Dalam pokok bahasan ini akan dipelajari persamaan reaksi redoks, konsep-konsep elektrokimia, hubungan reaksi redoks dengan elektrokimia, dan penggunaan konsep dan elektrokimia dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya penggunaan aki pada mobil, baterai pada handphone.

Hubungan antara reaksi oksidasi reduksi (redoks) dengan energi listrik dapat dipelajari dalam elektrokimia. Elektrokimia merupakan ilmu kimia yang mempelajari hubungan timbal balik antara perubahan kimia dengan gejala kelistrikan. Dalam elektrokimia akan dipelajari transfer elektron melalui sirkuit luar sebagai gejala listrik dan reaksi redoks yang terlibat di dalamnya. Transfer elektron pada reaksi redoks di dalam larutan berlangsung melalui hubungan langsung antara partikel berupa atom, molekul, atau ion yang saling melakukan serah terima elektron.

Gambar 2.2

Penggunaan konsep redoks

dan elektrokimia

A.        Persamaan Reaksi Redoks

Persamaan reaksi redoks dikatakan setara jika jumlah atom dan jumlah muatan di ruas kiri sama dengan jumlah atom dan jumlah muatan di ruas kanan. Pada dasarnya reaksi redoks berlangsung di dalam pelarut air sehingga penyetaraan persamaan reaksi redoks selalu melibatkan ion H+ dan OH–. Terdapat dua metode untuk menyetarakan reaksi redoks, yaitu dengan cara setengah reaksi dan cara bilangan oksidasi.

1. Penyetaraan reaksi redoks dengan cara setengah reaksi

Metode untuk menyetarakan reaksi redoks dengan cara setengah reaksi lebih praktis dibanding cara bilangan oksidasi. Cara ini dapat berlangsung dalam suasana asam maupun basa.

a. Penyetaraan reaksi redoks dengan cara setengah reaksi dalam suasana asam

Hal-hal yang perlu dilakukan untuk menyetarakan reaksi redoks dengan cara setengah reaksi dalam suasana asam adalah sebagai berikut.

1) Ditulis perubahan ion yang terjadi.

2) Bagian yang kekurangan oksigen ditambahkan H2O.

3) Bagian yang kekurangan hidrogen ditambahkan H+.

4) Menyamakan muatan ruas kiri dan ruas kanan dengan menambahkan elektron.

5) Menjumlahkan setengah reaksi oksidasi dengan setengah reaksi reduksi dan pada akhir reaksi jumlah elektron dihilangkan.

b. Penyetaraan reaksi redoks dengan cara setengah reaksi dalam suasana basa Hal-hal yang perlu dilakukan untuk menyetarakan reaksi redoks dengan cara setengah reaksi dalam suasana basa adalah sebagai berikut.

1) Ditulis perubahan ion yang terjadi.

2) Bagian yang kekurangan oksigen ditambahkan OH–.

3) Bagian yang kekurangan hidrogen ditambahkan H2O.

4) Menyamakan muatan ruas kiri dan ruas kanan dengan menambahkan elektron.

5) Menjumlahkan setengah reaksi oksidasi dengan setengah reaksi reduksi dan pada akhir reaksi jumlah elektron dihilangkan.

Contoh soal:

Setarakan reaksi-reaksi berikut!

 Cu(s) + HNO3(aq) Cu(NO3)2(aq) + NO(g) + H2O(l)

Jawab: . Reaksi ion: Cu(s) + NO3 –(aq)  Cu2+(aq) + NO(g) 1) Cu(s)  Cu2+(s) + 2 e– (oksidasi) NO3 –(aq) + 3 e– 􀁯 NO(g) (reduksi) 2) Cu(s)  Cu2+(s) + 2 e– NO3–(aq) + 4 H+(aq) + 3 e–  NO(g) + 2 H2O(l) 3) Cu(s)   Cu2+(s) + 2 e–                                            3x NO3–(aq) + 4 H+(aq) + 3 e–  NO(g) + 2 H2O(l)                      2x 3 Cu(s) + 8 H+(aq) + 2 NO3 –(aq)   3 Cu2+(s) + 2 NO(g) + 4 H2O(l) Dalam persamaan molekular: 3 Cu(s) + 8 H+(aq) + 2 NO3 –(aq) 3 Cu3+(s) + 2 NO(g) + 4 H2O(l) 6 NO3–                                                                                 6 NO3–(aq) 3 Cu(s) + 8 HNO3(aq)  3 Cu(NO3)2(aq) + 2 NO(g) + 4 H2O(l)

 

                                                                                                                       

 

2. Penyetaraan reaksi redoks dengan cara bilangan oksidasi

Langkah-langkah menyetarakan persamaan reaksi redoks dengan cara bilangan oksidasi sebagai berikut.

a. Menentukan unsur-unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi dan menuliskan di atas lambang atomnya.

+12                  +6                                +6                   +4

K2Cr2O7 + H2C2O4 + H2SO4  K2SO4 + Cr2(SO4)3 + CO2 + H2O

b. Menyamakan unsur-unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi.

K2Cr2O7 + H2C2O4 + H2SO4  K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 2 CO2 + H2O

c. Menentukan jumlah elektron yang dibebaskan dan jumlah electron yang ditangkap berdasarkan perubahan bilangan oksidasi dan jumlah atom yang mengalami perubahan bilangan oksidasi.

+12                  +6                                                        +6            +8

K2Cr2O7(aq) + H2C2O4(aq) + H2SO4(aq)   K2SO4(aq) + Cr2(SO4)3(aq) + 2 CO2(g) + H2O(l)

d. Menyamakan jumlah elektron yang diterima dan jumlah elektron yang dilepaskan dengan mengalikannya.

e. Tentukan koefisien reaksi zat-zat lain. Reaksi di atas yang belum berisi koefisiennya adalah

H2SO4, K2SO4, dan H2O. Jumlah atom S di sebelah kiri = 1, jumlah atom S di sebelah kanan = 4, sehingga koefisien H2SO4 = 4. Koefisien K2SO4 = 1. Jumlah atom H di ruas kiri = 14, jumlah atom H di ruas kanan = 2, sehingga koefisien H2O = 7. Jadi, persamaan reaksinya:

K2Cr2O7(aq) + 3 H2C2O4(aq) + 4 H2SO4(aq) K2SO4(aq) + Cr2(SO4)3(aq) + 6 CO2(g) + 7 H2O(l)

B. Reaksi Redoks dalam Sel Elektrokimia

Sel elektrokimia merupakan suatu sistem yang terdiri natas dua elektrode, yaitu katode dan anode, serta larutan elektrolit sebagai penghantar elektron. Pada katode terjadi reaksi reduksi dan pada anode terjadi reaksi oksidasi.

Ada dua macam sel elektrokimia, yaitu sebagai berikut.

1. Sel Volta (Sel Galvani)

Dalam sel ini energi kimia diubah menjadi energi listrik atau reaksi redoks menghasilkan arus listrik.

2. Sel Elektrolisis

Dalam sel ini energi listrik diubah menjadi energi kimia atau arus listrik menghasilkan reaksi redoks. Bila logam seng dimasukkan ke dalam larutan tembaga (II) sulfat (CuSO4) terjadi reaksi sebagai berikut.