1. Konsep reaksi redoks berdasarkan penggabungan dan pelepasan
oksigen
Pada uraian di atas digambarkan bahwa besi akan lebih cepat
berkarat ketika cat telah mengelupas, mengapa? Hal ini terkait dengan
keberadaan oksigen. Ketika oksigen bereaksi dengan permukaan besi
maka akan terjadi reaksi antara oksigen dan besi. Reaksi yang terjadi
adalah reaksi oksidasi, yaitu penggabungan oksigen dengan logam besi
membentuk karat besi.
Pada konsep ini reduksi oksidasi didefinisikan:
Oksidasi adalah penggabungan oksigen dengan unsur atau senyawa.
Reduksi adalah pelepasan oksigen dari senyawanya.
Contoh reaksi oksidasi:
- penggabungan oksigen dengan unsur
4Fe + 3O2 -> 2Fe2O3
C + O2 -> CO2
- penggabungan oksigen dengan senyawa
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O
2CO + O2 -> 2CO2
Contoh reaksi reduksi:
- Pelepasan oksigen dari senyawanya
2Fe2O3 -> 4Fe + 3O2
2Ag2O -> 4Ag + O2
2. Konsep reaksi redoks berdasarkan penggabungan dan pelepasan
elektron
Beberapa reaksi reduksi oksidasi tidak melibatkan oksigen, sehingga
konsep reduksi oksidasi perlu diperluas. Misalnya pada reaksi Na + Cl ?
NaCl.
Untuk menjelaskan konsep reduksi oksidasi dapat ditinjau dari serah
terima elektron.
Pada konsep ini reduksi oksidasi didefinisikan:
Oksidasi adalah pelepasan elektron
Reduksi adalah penerimaan elektron
Contoh:
- reaksi antara Na dan Cl2 membentuk NaCl
Pada reaksi ini Na melepaskan 1 elektron yang kemudian diterima Cl
2Na + Cl2 -> 2NaCl
atau Na + ½Cl2 -> NaCl
serah terima elektron yang terjadi:
Na -> Na+ + e Na melepas elektron (oksidasi)
½Cl2 + e -> Cl- Cl menerima elektron (reduksi)
- reaksi antara Ca dan Cl2 membentuk CaCl2
Pada reaksi ini Ca melepaskan 2 elektron yang kemudian diterima Cl
Ca + Cl2 -> CaCl2
serah terima elektron yang terjadi:
Ca -> Ca2+ + 2e Ca melepas elektron (oksidasi)
Cl2 + 2e -> 2Cl- Cl menerima elektron (reduksi)
3. Konsep reaksi redoks berdasarkan perubahan bilangan oksidasi
Pada reaksi redoks yang kompleks akan sulit menentukan atom mana
yang melepas atau menerima elektron. Para ahli kimia mengatasi hal ini
dengan mengkaitkan reaksi oksidasi dan reduksi dengan perubahan
bilangan oksidasi.
BILANGAN OKSIDASI
Bilangan oksidasi (bilok atau bo) adalah bilangan yang menunjukkan
muatan yang disumbangkan oleh atom unsur tersebut pada molekul atau ion
yang dibentuknya. Misalnya pada NaCl yang terbentuk melalui ikatan ion,
maka bilangan oksidasi Na adalah +1 dan bilangan oksidasi Cl adalah -1.
Untuk senyawa HCl yang terbentuk melalui ikatan kovalen, H lebih
elektropositif mempunyai bilangan oksidasi +1, sedangkan Cl lebih
elektronegatif mempunyai bilangan oksidasi -1.
Secara umum, untuk dua atom yang berikatan secara ionik maupun kovalen
berlaku:
- Atom unsur dengan keelektronegatifan lebih besar akan mempunyai
bilangan oksidasi negatif.
- Atom unsur dengan keelektronegatifan lebih kecil (lebih elektropositif)
mempunyai bilangan oksidasi positif.
Berikut ini bebrapa aturan yang dapat membantu menentukan bilangan
oksidasi suatu atom.
Aturan 1:
Bilangan oksidasi atom dalam unsur bebas sama dengan 0 (nol)
Contoh: bilok atom pada unsur Fe, Na, Cu, H2, Cl2, Br2, I2, O2 = 0
Aturan 2:
Bilangan oksidasi ion monoatom sama dengan muatan ionnya.
Contoh - bilok ion Fe2+ = +2
- bilok ion Na+ = +1
- bilok ion Cl- = -1
- bilok ion S2- = -2
Aturan 3:
Bilangan oksidasi logam golongan IA (Li, Na, K, Rb, Cs) dalam senyawa = +1
Bilangan oksidasi logam golongan IIA (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) dalam senyawa
=+2
Contoh - bilok Na dalam NaOH = +1
- bilok K dalam KCl = +1
- bilok Mg dalam MgO = +2
- bilok Ca dalam CaCl2 = -2
Aturan 4:
Bilangan oksidasi H dalam senyawa umumnya = +1
Bilangan oksdasi H dalam senyawa hidrida logam = -1
Contoh - bilok H dalam HCl, H2O, NH3 = +1
- bilok H dalam NaH, CaH2 = -1
Aturan 5:
Bilangan oksidasi oksigen (O) dalam senyawa umumnya =-2 (senyawa
oksida)
Bilangan okidasi oksigen (O) dalam senyawa peroksida = -1
Bilangan oksidasi oksigen (O) dalam senyawa peroksida = - ½
Bilangan oksidasi oksigen (O) dalam senyawa biner fluorida = +2
Contoh - bilok O dalam Na2O, CaO = -2
- bilok O dalam NaO, CaO2 = -1
- bilok O dalam NaO 2, KO2 = - ½
- bilok O dalam OF2 = +2
Aturan 6:
Jumlah bilangan oksidasi dalam senyawa netral = 0
Jumlah bilangan oksidasi dalam ion poliatom = muatan ionnya
Contoh - dalam senyawa H2SO4
2 x bilok H + bilok S + 4 x bilok O = 0
- dalam ion Cr2O7
2-
2 x bilok Cr + 7 x bilok O = -2
Dengan memahami aturan di atas kita dapat menentukan bilangan oksidasi
suatu atom dalam senyawa atau ion.
Contoh
Tentukan bilangan oksidasi Cl dalam CaCl2
Bilok Ca = +2 (aturan 3)
(bilok Ca) + (2 x bilok Cl) = 0
2 + (2 x bilok Cl) = 0
bilok Cl = -1
Tentukan bilangan oksidasi S dalam H2SO4
Bilok H = +1 (aturan 4)
Bilok O = -2 (aturan 5)
(2 x bilok H) + (bilok S) + (4 x bilok O) = 0 (aturan 6)
(2 x 1) + (bilok S) + (4 x (-2)) = 0
2 + bilok S – 8 = 0
bilok S = +6
Tentukan bilok Cr dalam Cr2O7
-2
Bilok O = -2 (aturan 5)
(2 x bilok Cr) + (7 x bilok O) = -2 (aturan 6)
(2 x bilok Cr) + (7 x (-2)) = -2
2 x bilok Cr = 12
bilok Cr = +6
PERUBAHAN BILANGAN OKSIDASI DALAM REAKSI OKSIDASI
REDUKSI
Setelah memahami cara menentukan bilangan oksidasi suatu atom,
kita dapat menentukan reaksi oksidasi reduksi berdasarkan perubahan
bilangan oksidasi.
Oksidasi adalah pertambahan bilangan oksidasi
Reduksi adalah penurunan bilangan oksidasi.
Zat yang atom unsurnya mengalami oksidasi disebut reduktor, sedangkan zat
yang atom unsurnya mengalami reduksi disebut oksidator.
Oksidator adalah zat yang mengalami reduksi
Reduktor adalah zat yang mengalami oksidasi
Contoh
Reaksi pengambilan biji besi dari oksidanya ditunjukkan oleh reaksi berikut
Fe2O3 + 3CO -> 2Fe + 3CO2
a. Tentukan zat manakah yang tereduksi dan teroksidasi
b. Tentukan oksidator dan reduktor
Jawab
a. Untuk menentukan zat yang tereduksi dan zat yang teroksidasi ikuti
langkah berikut:
- tentukan bilok masing-masing atom
- tentukan atom yang mengalami kenaikan bilok.
- tentukan atom yang mengalami penurunan bilok.
+3 -2 +2 -2 0 +4 -2
Fe2O3 + 3CO -> 2Fe + 3CO2
Bilangan oksidasi Fe turun dari +3 menjadi 0, jadi Fe2O3 tereduksi
menjadi Fe.
Bilangan oksidasi C naik dari +2 menjadi +4, jadi CO tereduksi menjadi
CO2
b. Oksidator adalah CO, reduktor adalah Fe2O3
MENYETARAKAN PERSAMAAN REAKSI REDOKS
Seperti halnya perubahan kimia yang lain, reaksi oksidasi dan reduksi
juga ditunjukkan oleh persamaan kimia. Karena itu persamaan redoks juga
harus disetarakan. Apakah anda dapat menyetarakan reaksi pada perkaratan
besi tersebut? Dengan cepat anda tentu dapat menyelesaikannya.
Sekarang kita perhatikan reaksi redoks berikut:
C + HNO3 => CO2 + NO2 + H2O,
apakah anda dapat menyetarakan reaksi tersebut? Jika anda menyetarakan
reaksi redoks dengan cara coba-coba, maka anda akan sering mengalami
kesulitan. Untuk mempermudah menyetarakan reaksi redoks, dapat
menggunakan cara bilangan oksidasi dan cara setengah reaksi. Masingmasing
cara tersebut memuat langkah-langkah yang dapat menuntun anda
dalam menyetarakan reaksi redoks. Dengan cara ini anda harus ingat bahwa
persamaan reaksi kimia dapat ditambah, dikurangi, dan dikalikan.
CARA BILANGAN OKSIDASI
Untuk menyetarakan reaksi redoks dengan cara bilangan oksidasi,
anda harus dapat menentukan bilangan oksidasi unsur yang ada dalam suatu
senyawa. Jika anda sudah memahami cara menentukan bilangan oksidasi,
anda dapat menyetarakan reaksi redoks dengan mudah. Langkah-langkah
dalam menyetarakan persamaan reaksi redoks dengan cara bilangan oksidasi
adalah:
Langkah 1 : Setarakan jumlah unsur, selain O dan H, yang mengalami
perubahan bilangan oksidasi dengan memberi koefisien.
Langkah 2 : Tentukan reaksi oksidasi dan reaksi reduksi dengan cara
menuliskan perubahan bilangan oksidasi.
Langkah 3 : Samakan jumlah elektron yang diterima dan yang dilepas
dengan cara mengalikan dengan angka tertentu.
Langkah 4 : Setarakan jumlah oksigen dengan menambah H2O.
Langkah 5 : Setarakan jumlah Hidrogen dengan menambahkan H+ .
Kim. 07. Reaksi Reduksi dan Oksidasi 15
Agar lebih jelas, perhatikan contoh berikut untuk menyetarakan reaksi:
MnO4
- + Cl- => Mn2+ + Cl2
Langkah 1
MnO4
- + 2Cl- => Mn2+ + Cl2
Di ruas kanan tedapat 2 atom Cl, sehingga Cl- di ruas kiri diberi koefisien 2
Langkah 2
MnO4
- + 2Cl- => Mn2+ + Cl2
+7 2x(-1) +2 0
Perubahan bilangan oksidasi Mn dari +7 menjadi +2 =5
Perubahan bilangan oksidasi Cl dari 2x(-1) menjadi 0 = 2
Langkah 3
2MnO4
- + 10Cl- => 2Mn2+ + 5Cl2
Jumlah elektron yang diterima Mn=5 dan elektron yang dilepas Cl=2. Agar
jumlah elektron yang diterima sama dengan elektron yang dilepas, maka Mn
dikalikan 2 dan Cl dikalikan 5.
Langkah 4
2MnO4
- + 10Cl- + 16H+ => 2Mn2+ + 5Cl2 +8H2O
Di ruas kiri terdapat 8 atom oksigen dari 2MnO4
- , tambahkan 8H2O di ruas
kanan. Akibat penambahan H2O, di ruas kanan terdapat 16 atom hidrogen
dari 8H2O, tambahkan 16H+ di ruas kiri.
Sekarang coba anda hitung jumlah tiap-tiap atom yang terdapat di
ruas kiri dan ruas kanan, apakah sudah setara?. Kemudian hitung juga
muatan di ruas kiri dan kanan, apakah sama? Jika jumlah atom dan muatan
di ruas kiri dan kanan maka reaksi redoks tersebut sudah setara.
Anda telah mempelajari konsep tentang asam dan basa, sekarang
perhatikan reaksi yang sudah setara di atas. Pada reaksi tersebut terdapat ion
H+ di ruas kiri, apa artinya? Adanya ion H+ menunjukkan bahwa reaksi
tersebut berlangsung pada suasana asam.
Anda tentu mempertanyakan, bagaimana jika reaksi berlangsung pada
suasana basa? Untuk menyetarakan reaksi redoks pada suasana basa, dapat
dilakukan dengan menetralkan ion H+ pada langkah terakhir dengan ion OH-
(H+ + OH- => H2O). Tambahkan OH-di ruas kiri dan kanan sebanyak ion H+.
Untuk memperoleh gambaran yang lebih jelas perhatikan contoh berikut.
Cl2 + IO3
- ? IO4
- + Cl- (basa)
Jika anda mengikuti langkah 1 hingga 5 maka akan diperoleh :
Cl2 + IO3
- + H2O=> IO4
- +2Cl- + 2H+
Untuk mengubah menjadi suasana basa, tambahkan 2OH- pada kedua ruas.
Di ruas kanan akan terjadi reaksi netralisasi 2H+ + 2OH- => 2H2O
Cl2 + IO3
- + H2O => IO4
- + 2Cl- + 2H+
2OH- 2OHCl2
+ IO3
- + H2O+ 2OH- =>IO4
- +2Cl- + 2H2O
Cl2 + IO3
- + 2OH- => IO4
- +2Cl- + H2O
CARA SETENGAH REAKSI
Untuk menyetarakan reaksi redoks dengan cara setengan reaksi ikuti
langkah-langkah berikut:
Langkah 1 : Pisahkan reaksi redoks menjadi reaksi reduksi dan reaksi
oksidasi.
Langkah 2 : Setarakan jumlah unsur, selain O dan H, yang mengalami
perubahan bilangan oksidasi dengan memberi koefisien.
Langkah 3 : Tambahkan H2O untuk menyetarakan atom oksigen dan
Kim. 07. Reaksi Reduksi dan Oksidasi 17
tambahkan H+ untuk menyetarakan atom hidrogen.
Langkah 4 : Tambahkan elektron untuk menyetarakan muatan.
Langkah 5 : Menyamakan jumlah elektron yang dilepas pada reaksi
oksidasi dengan jumlah elektron yang diterima pada reaksi
reduksi, kemudian jumlahkan kedua reaksi tersebut.
Contoh, Setarakan reaksi redoks berikut
Cr2O7
2- + Fe2+=> Cr3+ + Fe3+ (asam)
Langkah 1
Cr2O7
2- ? Cr3+
Fe2+ ? Fe3+
Langkah 2
Cr2O7
2- ? 2Cr3+
Fe2+ ? Fe3+
Pada reaksi reduksi jumlah Cr di ruas kiri adalah 2, maka di ruas kanan ion
Cr2+ diberi koefisien 2, sedangkan pada reaksi oksidasi jumlah Fe di ruas kiri
dan kanan sama, maka tidak perlu penambahan koefisien
Langkah 3
Cr2O7
2- + 14H+ ? 2Cr3+ + 7H2O
Fe2+ ? Fe3+
Pada reaksi reduksi, jumlah O dalam Cr2O7
2- adalah 7, maka di ruas kanan
perlu ditambahkan 7 H2O, berikutnya akibat penambahan 7H2O di ruas
kanan terdapat 14 atom H, maka di ruas kiri perlu ditambah 14 H+. Pada
reaksi oksidasi tidak terdapat atom O, sehingga tidak terjadi penambahan
H2O dan H+.
Kim. 07. Reaksi Reduksi dan Oksidasi 18
Langkah 4
Cr2O7
2- + 14H+ + 6e- ? 2Cr3+ + 7H2O
Fe2+ ? Fe3+ + e-
Pada reaksi reduksi jumlah muatan di ruas kiri adalah -2 + 14 = 12, jumlah
muatan di ruas kanan 2 x 3 + 0 = 6. Agar muatan sama maka di ruas kiri
ditambah 6 e-.
Pada reaksi oksidasi jumlah muatan di ruas kiri = 2 dan di ruas kanan = 3,
maka di ruas kanan ditambah 1e-.
Langkah 5
Cr2O7
2- + 14H+ + 6e- ? 2Cr3+ + 7H2O
6Fe2+ ? 6Fe3+ + 6e-
__________________________________________ +
Cr2O7
2- + 14H+ + 6Fe2+ ? 2Cr3+ + 7H2O + 6Fe3+
Pada reaksi reduksi jumlah elektron= 6 sedangkan pada reaksi oksidasi
jumlah elektron 1, maka pada reaksi oksidasi harus dikalikan 6.
Sekarang coba anda hitung apakah jumlah atom dan jumlah muatan,
apakah reaksi sudah setara?
Untuk menyetarakan reaksi redoks dalam suasana basa dapat
dilakukan seperti pada cara bilangan oksidasi, yaitu menetralkan H+ dengan
