KESETIMBANGAN KIMIA : KESETIMBANGAN REDOKS

 KESETIMBANGAN REDOKS

Oleh : Bagus Julian Tri Kusuma (@Z20-BAGUS)

Abstrak

     Redoks 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. 

Kata kunci : Redoks, Oksidasi, Reduksi, dan elektron

Pendahuluan

     Kesetimbangan redoks adalah konsep kunci dalam kimia yang melibatkan pertukaran elektron antara zat kimia dalam suatu reaksi. Istilah "redoks" sendiri merupakan singkatan dari reduksi dan oksidasi, dua proses yang terjadi secara simultan dalam reaksi redoks. Artikel ini akan menjelaskan dasar-dasar kesetimbangan redoks, bagaimana reaksi redoks terjadi, dan bagaimana konsep ini berperan dalam pemahaman kimia modern.

Rumusan Masalah

A. Apa yang dimaksud dengan Definisi Oksidasi dan Reduksi ?

B. Jelaskan Konstanta Kesetimbangan Redoks dalam sel Elektrokimia ?

Tujuan

A. Untuk mengetahui Definis Oksidasi dan Reduksi

B. Untuk Memahami Konstanta Kesetimbangan Redoks dalam sel Elektrokimia

Pembahasan

A. Definisi Oksidasi

     Oksidasi adalah pelepasan elektron dari sebuah molekul, atom, atau ion. Hal ini berbeda dengan reduksi, yang merupakan penambahan elektron dari sebuah molekul, atom, atau ion. Dalam kimia, keadaan oksidasi adalah indikator derajat oksidasi sebuah atom dalam suatu senyawa kimia. Keadaan oksidasi berupa bilangan bulat, dapat berupa nilai positif, negatif, ataupun nol. Untuk unsur senyawa murni, keadaan oksidasinya adalah nol.

 

Contoh reaksi oksidasi terjadi pada reaksi atom C mengikat O₂ membentuk CO₂. Menurut konsep redoks berdasarkan pengikatan dan pelepasan oksigen, reaksi tersebut merupakan reaksi oksidasi. Alasannya karena terdapat pengikatan oksigen di dalam reaksi.

 

Konsep Redoks

                     

Teori klasik

Teori klasik mengatakan oksidasi adalah proses penangkapan oksigen dan kehilangan hidrogen. Di sisi lain, reduksi adalah proses kehilangan oksigen dan penangkapan hidrogen.

Teori modern

Konsep redoks mengalami perkembangan dengan dilakukannya berbagai percobaan sehingga memunculkan teori modern. Teori ini menyatakan bahwa oksidasi adalah proses yang menyebabkan hilangnya satu atau lebih elektron dari dalam zat. Zat yang mengalami oksidasi menjadi lebih positif.

Contoh beberapa reaksi oksidasi berdasarkan konsep pengikatan oksigen dapat dilihat seperti berikut :

Perhatikan contoh beberapa reaksi yang diberikan di atas bahwa Fe, S, dan SO₂ berturut – turut menjadi Fe₂O₃, SO₂, dan SO₃ setelah mengikat oksigen. Sehingga dapat dikatakan bahwa C, Fe, S, dan SO₂ telah mengalami reaksi oksidasi.

2. Definisi Reduksi

     Reduksi adalah reaksi penangkapan elektron atau reaksi penurunan bilangan oksidasi, sedangkan reduktor merupakan zat yang melakukan proses reduksi terhadap zat lainnya. Reduksi merupakan peristiwa reaksi yang mengalami penurunan bilangan oksidasi dan kenaikan elektron.

Berdasarkan penjelasan tersebut, reduksi dapat dikatakan merupakan reaksi ketika suatu zat kehilangan oksigen. Ada beberapa istilah dalam reduksi, yaitu:

·       Reduksi data

Reduksi data adalah suatu bentuk analisis dengan tujuan, menajamkan, mengarahkan, menggolongkan, mengorganisasi data, dan membuang sesuatu yang tidak perlu dengan cara sedemikian rupa, sehingga mendapat kesimpulan final yang dapat ditarik dan diverifikasi.

Reduksi data adalah merangkum, memilih hal-hal pokok, memfokuskan kepada hal-hal penting yang sesuai dengan topik penelitian, mencari tema, dan polanya, yang pada akhirnya memberikan gambaran lebih jelas dan mempermudah untuk melakukan pengumpulan data selanjutnya.

·       Reaksi reduksi

Reaksi reduksi adalah reaksi ketika suatu atom mengalami penurunan bilangan oksidasi. Dapat dikatakan bahwa reaksi reduksi adalah reaksi ketika suatu zat kehilangan oksigen.

Reaksi reduksi terjadi pada reaksi SO₃ yang melepaskan oksigen (O₂) dan membentuk SO₂. Contoh beberapa reaksi reduksi berdasarkan konsep pengikatan oksigen dapat dilihat seperti berikut :

Perhatikan reaksi reduksi nomor 2 dan 3, terlihat bahwa KClO₃ dan KNO₃ masing – masing melepaskan oksigen menjadi KCl dan KNO₂. Sehingga KClO₃ dan KNO₃ di sini mengalami reaksi reduksi.

Pada reaksi termit menghasilkan besi cair yang sering digunakan untuk mengelas benda – benda dari besi. Persamaan untuk reaksinya diberikan seperti berikut.

2 Al(s) + Fe₂O₃ (s) → 2 Fe(l) + Al₂O₃ (s)

Al mengikat oksigen membentuk  Al₂O₃ berarti Al mengalami oksidasi. Fe₂O₃ melepaskan oksigen membentuk Fe. Jadi dapat dikatakan bahwa senyawa Fe₂O₃ mengalami reduksi.          

B. Konstanta Kesetimbangan Redoks dalam sel Elektrokimia

 

Konstanta kesetimbangan reaksi redoks sel elektrokimia dapat dihitung menggunakan persamaan Nernst dan hubungan antara potensial sel standar dan energi bebas. Contoh soal ini menunjukkan cara mencari konstanta kesetimbangan reaksi redoks sel.

Dua setengah reaksi berikut digunakan untuk membentuk sel elektrokimia :
Oksidasi:
SO ₂ (g) + 2 H ₂ 0(ℓ) → SO ₄ ^- (aq) + 4 H ⁺ (aq) + 2 e ^-   E° _ox = -0,20 V
Reduksi:
Cr ₂ O ₇ ^2- (aq) + 14 H ⁺ (aq) + 6 e ^- → 2 Cr ³⁺ (aq) + 7 H ₂ O(ℓ) E° _merah = +1.33 V
Berapa apakah tetapan kesetimbangan reaksi sel gabungan pada 25°C?

Langkah 1: Gabungkan dan setarakan kedua setengah reaksi :Setengah reaksi oksidasi menghasilkan 2 elektron dan setengah reaksi reduksi memerlukan 6 elektron. Untuk menyetarakan muatan, reaksi oksidasi harus dikalikan dengan 3.
3 SO ₂ (g) + 6 H ₂ 0(ℓ) → 3 SO ₄ ^- (aq) + 12 H ⁺ (aq) + 6 e ^-
+ Cr ₂ O ₇ ^2- (aq) + 14 H ⁺ (aq) + 6 e ^- → 2 Cr ³⁺ (aq) + 7 H ₂ O(ℓ)
3 SO ₂ (g) + Cr ₂ O ₇ ^2- (aq) + 2 H ⁺ (aq) → 3 SO ₄ ^- (aq) + 2 Cr ³⁺ (aq) + H ₂ O(ℓ)
Dengan menyetarakan persamaan , sekarang kita mengetahui jumlah total elektron yang dipertukarkan dalam reaksi . Reaksi ini menukar enam elektron.

Langkah 2: Hitung potensial sel : Contoh soal EMF sel elektrokimia
ini menunjukkan cara menghitung potensial sel suatu sel dari potensial reduksi standar. E° _sel = E° _ox + E° _merah E° _sel = -0,20 V + 1,33 V E° _sel = +1,13 V

Langkah 3: Temukan konstanta kesetimbangan, K.
Ketika suatu reaksi berada pada kesetimbangan, perubahan energi bebas sama dengan nol.

Perubahan energi bebas sel elektrokimia berhubungan dengan potensial sel persamaan:
ΔG = -nFE _sel
dimana
ΔG adalah energi bebas reaksi
n adalah jumlah mol elektron yang ditukar dalam reaksi
F adalah konstanta Faraday ( 96484,56 C/mol)
E adalah potensial sel.

Contoh potensial sel dan energi bebas menunjukkan cara menghitung energi bebas reaksi redoks. Jika ΔG = 0:, selesaikan _sel E 0 = -nFE _sel E _sel = 0 V Artinya, pada kesetimbangan, potensial sel adalah nol. Reaksi berlangsung maju dan mundur dengan kecepatan yang sama, artinya tidak ada aliran elektron bersih. Tanpa aliran elektron, tidak ada arus dan potensial sama dengan nol. Sekarang sudah cukup informasi yang diketahui untuk menggunakan persamaan Nernst untuk mencari konstanta kesetimbangan.

Persamaan Nernstnya adalah:
E _sel = E° _sel - (RT/nF) x log ₁₀ Q
dimana
E _sel adalah potensial sel
E° _sel mengacu pada potensial sel standar
R adalah konstanta gas (8,3145 J/mol·K)
T adalah suhu absolut
n adalah jumlah mol elektron yang ditransfer oleh reaksi sel
F adalah konstanta Faraday (96484,56 C/mol)
Q adalah hasil bagi reaksi

** Contoh soal persamaan Nernst menunjukkan cara menggunakan persamaan Nernst untuk menghitung potensial sel sel non-standar.**

Pada kesetimbangan, hasil bagi reaksi Q adalah konstanta kesetimbangan, K. Jadi persamaannya adalah:
E _sel = E° _sel - (RT/nF) x log ₁₀ K
Dari atas kita mengetahui persamaan berikut:
E _sel = 0 V
E° _sel = +1,13 VR
= 8,3145 J/mol·K
T = 25 °C = 298,15 K
F = 96484,56 C/mol
n = 6 (enam elektron ditransfer dalam reaksi)

Selesaikan K:
0 = 1,13 V - [(8,3145 J/mol·K x 298,15 K)/(6 x 96484,56 C/mol)]log 10 K -1,13 V = - ( _0,004 V
)log ₁₀ K
log ₁₀ K = 282,5
K = 10 ^282,5
K = 10 ^282,5 = 10 ^0,5 x 10 ²⁸²
K = 3,16 x 10 ²⁸²
Jawaban :
Tetapan kesetimbangan reaksi redoks sel adalah 3,16 x 10 ²⁸² .

Kesimpulan

Dengan memahami kesetimbangan redoks, kita dapat melihat bagaimana reaksi kimia melibatkan interaksi elektron, mengubah energi, dan memainkan peran kunci dalam berbagai aspek kehidupan

Daftar Pustaka

Hudlický, Miloš (1996). Reductions in Organic Chemistry. Washington, D.C.: American Chemical Society.

Hudlický, Miloš (1990). Oxidations in Organic Chemistry. Washington, D.C.: American Chemical Society.

Harmoko, Jati (2018-02-17). "5 Penerapan Reaksi Redoks dalam Bidang Industri". MateriKimia.

Langitasari, I., (2016), Analisis Kemampuan Awal Multi Level Representasi Mahasiswa Tingkat I Pada Konsep Reaksi Redoks, Jurnal Kimia dan Pendidikan, Vol 1 No1, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Banten.