Reaksi Redoks

Reaksi Redoks

Reaksi dengan oksigen lazim disebut reaksi oksidasi. Sebaliknya reaksi pelepasan oksigen disebut reduksi. Sebenarnya, reduksi dan oksidasi berlangsung secara simultan (bersamaan), sehingga penamaan yang lebih tepat adalah reaksi reduksi-oksidasi atau reaksi redoks.

Reaksi redoks banyak kita temukan dalam kehidupan sehari-hari, maupun dalam industri. Beberapa contohnya yaitu perkaratan logam, reaksi pembakaran, respirasi, dan proses pengolahan logam dari bijihnya.

Pengertian oksidasi dan reduksi itu sendiri telah mengalami perkembangan. Pada awalnya, reaksi oksidasi-reduksi dikaitkan dengan pengikatan dan pelepasan oksigen, kemudian dikembangkan menjadi proses serah-terima elektron dan perubahan bilangan oksidasi. Salah satu penerapan reaksi redoks yaitu pengolahan limbah dengan metode lumpur aktif.

1. Perkembangan Konsep Reduksi-Okidasi

1. Oksidasi-Reduksi sebagai Pengikatan dan Pelepasan Oksigen
   Oksidasi adalah pengikatan oksigen.
   Reduksi adalah pelepasan oksigen.
   Contoh oksidasi :

1. Perkaratan logam, misalnya besi.
   4Fe_(s) + 3O_2(g)         2Fe₂O_3(s)
2. Pembakaran gas alam (CH₄).
   CH_4(g) + 2O_2(g)                      CO_2(g) + 2H₂O_(g)
3. Oksidasi glukosa dalam tubuh.
   C₆H₁₂O_6(aq) + 6O_2(g)                  6CO_2(g) + 6H₂O_(†)
4. Oksidasi belerang oleh KClO₃
   3S_(s) + 2KClO_3(s)                    2KCl_(s) + 3SO_2(g)  
   Sumber oksigen pada reaksi oksidasi disebut oksidator.
   Contoh reduksi :

1. Reduksi bijih besi (Fe₂O₃ , hematit) oleh  karbon monoksida (CO).
   2Fe₂O_3(s) + 3CO_(g)                    2Fe_(s) + 3CO_2(g)
2. Reduksi kromium (III) oksida oleh aluminium.
   Cr₂O_3(s) + 2Al_(s)                      Al₂O_3(s) + 2Cr_(s)
3. Reduksi tembaga (II) oksida oleh gas hidrogen.
   CuO_(s) +H_2(g)                             Cu_(s) + H₂O_(g)
   Zat yang menarik oksigen pada reduksi disebut reduktor.

2.  Reaksi redoks sebagai reaksi perpindahan elektron

Apakah reaksi logam magnesium dengan larutan hidrogen klorida yang dapat ditulis seperti persamaan reaksi dibawah ini juga termasuk reaksi redoks? Mg_(s) + 2HCl_(aq)                  MgCl_2(aq) + H_2(g)

Jika diperhatikan reaksi tersebut tidak melibatkan oksigen. Untuk dapat menjawab pertanyaan tersebut perhatikan kembali reaksi logam natrium dengan oksigen membentuk natrium oksida

    4 Na_(s) + O_2(g)                 2 Na₂O_(s)

Dalam reaksi tersebut logam Na mengikat oksigen sehingga dikatakan mengalami oksidasi. Senyawa Na2O merupakan senyawa ionik, jadi senyawa tersebut terdiri atas ion Na+ dan ion O2-. Peristiwa pembentukan ion-ion tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:

Na_(s)               Na⁺ + e^-

O_2(g) + 2e^-                 O^2-_(g)

Dalam reaksi tersebut logam natrium melepaskan elektron, padahal logam natrium mengalami peristiwa oksidasi. Jadi dapat dikatakan bahwa oksidasi adalah peristiwa pelepasan elektron. Sekarang perhatikan reaksi logam magnesium dengan larutan hidrogen klorida yang reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut:

Mg_(s) + 2HCl_(aq)                 MgCl_2(aq) + H_2(g) atau

Mg_(s)                 Mg²⁺_(aq) + 2e^- (pelepasan electron, oksidasi)

2H⁺_(aq)+ 2e^-                 H_2(g) (penerimaan electron, reduksi)

Mg(s) + 2 H+(aq) —> Mg2+(aq) + H2(g)

Dalam reaksi di atas logam magnesium bertindak sebagai pereduksi (reduktor)dan ion hidrogen bertindak sebagai pengoksidasi (oksidator) . Reaksi oksidasi selalu diikuti dengan reaksi reduksi, dan sebaliknya reaksi reduksi juga tidak mungkin terjadi tanpa reaksi oksidasi. Karena itu gabungan kedua reaksi tersebut dinamakan reaksi redoks. Sedangkan reaksi oksidasi saja disebut setengah reaksi oksidasi dan reaksi reduksi disebut setengah reaksi reduksi.

3. Reaksi redoks sebagai reaksi perubahan bilangan oksidasi.

Bilangan oksidasi suatu unsur menyatakan banyaknya elektron yang dapat dilepas atau diterima maupun digunakan bersama dalam membentuk ikatan dengan unsur lain. Sehingga bilangan oksidasi dapat positip, nol atau negatif. Dalam suatu senyawa, unsur yang lebih elektronegatif mempunyai bilangan oksidasi negatif. Untuk menentukan bilangan oksidasi suatu zat harus mengikuti aturan tertentu. Sebagai contoh:

Unsur F merupakan unsur paling elektronegatif, oleh karena itu didalam senyawanya F selalu mempunyai bilangan oksidasi -1.

Unsur O merupakan unsur yang keelektronegatifannya sangat besar dan didalam senyawanya, atom O selalu mempunyai bilangan oksidasi -2, kecuali dalam senyawa OF₂ (bilangan oksidasi O = +2), dan dalam senyawa peroksida, H₂O₂, Na₂O₂, K₂O, BaO₂ (bilangan oksidasi O = -1)

Unsur hidrogen dalam senyawa H2O, NH3, HCl mempunyai bilangan oksidasi +1, karena atom H kurang elektronegatif dibanding unsur yang lain, tetapi dalam senyawa LiH, NaH, MgH2, BaH2 (senyawa hidrida logam) atom H mempunyai bilangan oksidasi +1.

Cara menentukan bilangan oksidasi:

1. Bilangan oksidasi unsur-unsur bebas, yaitu unsur yang tidak terikat dengan unsur lain = 0
2. Jumlah aljabar bilangan oksidasi unsur-unsur dalam senyawa atau molekul netral = 0
3. Jumlah aljabar bilangan oksidasi unsur-unsur penyusun ion adalah sama dengan muatan ion tersebut.
4. Dalam senyawanya, bilangan oksidasi unsur-unsur golongan IA (Li, Na, K, Rb, Cs) = +1, golongan IIA (Be, Mg, Ca, Sr, Ba) = +2 dan golongan IIIA = +3.
5. Dalam senyawa ida (senyawa tanpa oksigen) bilangan oksidasi halogen = -1, unsur-unsur golongan VIA = -2 dan nitrogen = -3
   
   

Menentukan bilangan oksidasi ( Biloks ) unsur yang belum masuk aturan di atas. Contoh :

Tentukan biloks Sulfur pada asam sulfat H₂SO₄

Jawab :

(2 x biloks H ) + Biloks S + ( 4 x Biloks O ) = 0

( 2 x 1 ) + Biloks S + ( 4 x- 2 ) = 0

2 + bilok S -8 = 0

Biloks S = 8-2

Biloks S = 6

Selanjutnya cara atas dapat diketahui perubahan bilangan oksidasi yang terjadi dalam suatu reaksi oksidasi-reduksi.

Dari contoh diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa reduksi adalah penguragan bilangan oksidasi dan oksidasi adalah bertambahnya bilangan oksidasi.

             Bagaimana menentukan biloks atom yang memiliki lebih dari satu bilangan oksidasi, seperti yang terdapat dalam senyawa poliatom, misalnya FeSO₄, Fe₂(SO₃)₃, KCrO₃, dan K₂Cr₂O₇  ? Biloks atom dalam senyawa ion poliatom dapat ditentukan dengan mudah jika Anda mengetahui muatan setiap ion.
            Dalam senyawa FeSO₄, atom Fe dan S memiliki biloks lebih dari satu sehingga sukar menentukan biloksnya secara langsung. Akan tetapi, jika Anda mengetahui muatan setiap ion, misalnya ion Fe = 2+ dan ion SO4 = 2– (aturan d) maka biloks Fe dan S dapat ditentukan. Agar lebih mudah, perhatikan reaksi penguraian FeSO₄ berikut.
 FeSO4(s) →Fe2+(aq) + SO4 2–(aq)
             Menurut aturan b, biloks ion sama dengan muatannya maka biloks Fe = +2. Biloks S ditentukan dengan cara yang sama seperti pada contoh soal sebelumnya, hasilnya biloks S = +6. Jadi, biloks atom-atom dalam FeSO₄ adalah Fe = +2, S = +6, dan O = –2.
Contoh Soal Menentukan Bilangan Oksidasi Atom dalam Senyawaa Poliatom (5) :
Tentukan biloks atom-atom dalam Fe₂(SO₃)₃.
Pembahasan :
Muatan ion dalam Fe₂(SO₃)₃ adalah
Fe³⁺ = +3 dan SO₂^2- = –2
Biloks Fe = +3
Biloks total ion SO₃^2- = –2
Biloks O dalam SO₃^2- = –2
Biloks S dalam SO₃^2- = {biloks S + 3 (biloks O) = –2}.
Jadi, biloks S dalam SO₃^2- = +4.

Gambar-gambar reaksi Redoks

1. Perkaratan Besi

2. Pembakaran Kayu

Salah satu contoh reaksi dalam kehidupan sehari-hari yaitu pengolahan air kotor. Air kotor mengandung berbagai macam limbah, seperti bahan organik, lumpur, minyak, oli, bakteri patogen, virus, garam-garaman, pestisida, detergen, logam berat, dan berbagai macam limbah plastik. Oleh karena itu, air kotor harus proses untuk mengurangi sebanyak mungkin limbah-limbah tersebut.

Pengolahan air limbah biasanya dibagi dalam 3 tahap, yaitu tahap primer, tahap sekunder, dan tahap tersier. Pengolahan tahap primer dimaksudkan untuk memisahkan sampah yang tidak larut air, seperti lumpur, oli, dan limbah kasar lainnya. Hal ini dapat dilakukan dengan penyaringan dan pengendapan (sedimentasi). Tahap sekunder dimaksudkan untuk menghilangkan BOD (Biochemical Oxygen Demand), yaitu dengan cara mengoksidasinya. Selanjutnya, tahap tersier dimaksudkan untuk menghilangkan sampah lain yang masih ada, seperti limbah organik beracun, llogam berat, dan bakteri. Pengolahan tahap tersier dilakukan untuk pengolahan air bersih. Pada bagian berikut akan dibaha salah satu cara pengolahan air limbah pada tahap sekunder, yaitu cara lumpur aktif (activated sludge process).

Lumpur aktif adalah lumpur yang kaya dengan bakteri aerob, yaitu bakteri yang dapat menguraikan limbah organik yang dapat mengalami biodegradasi (oxygen-demanding materials). Gambar dibawah ini adalah salah satu contoh diagram alur pengolahan limbah.

Bakteri aerob mengubah sampah organik dalam air limbah menjadi biomassa dan gas CO₂. Sementara nitrogen organik diubah menjadi amonium dan nitrat, fosforus organik diubah menjadi fosfat.

Biomassa hasil degradasi tetap berada dalam tangki aerasi hingga bakteri melewati masa pertumbuhan cepatnya (log phase). Setelah itu akan mengalami flokulasi membentuk padatan yang lebih mudah mengendap. Dari tangki pengendapan, sebagian lumpur dibuang, sebagian lain disirkulasikan ke dalam tangki aerasi. Kombinasi antara bakteri dalam konsentrasi tinggi dan lapar (dalamlumpur yang sirkulasi) dengan jumlah nutrien yang banyak (dalam air kotor), memungkinkan ppenguraian dapat berlangsung dengan cepat. Penguraian dengan metode lumpur aktif hanya memerlukan beberapa jam, jauh lebih cepat dibandingkan dengan penguraian serupa yang terjadi secara alami dalam selokan atau air sungai.

Daftar Pustaka

Purba,Michael.KIMIA untuk SMA Kelas X.2006.Jakarta.Penerbit Erlangga.