KIMIA ORGANIK : DAUR ULANG PLASTIK

 DAUR ULANG PLASTIK

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

Abstrak

     Kimia Organik adalah bidang ilmu yang mempelajari tentang struktur, sifat-sifat, perubahan, komposisi, reaksi dan sintesis senyawa yang mengandung atom karbon tidak hanya senyawa hidrokarbon, tetapi juga senyawa yang mengandung unsur lain, seperti hidrogen, nitrogen, oksigen, halogen fosfor, silikon dan sulfur.

Kata kunci : Kimia organik, perubahan komposisi, silikon

Pendahuluan

     Daur ulang bahan kimia adalah istilah luas yang digunakan untuk menggambarkan serangkaian teknologi baru dalam industri pengelolaan limbah yang memungkinkan plastik didaur ulang, yang sulit atau tidak ekonomis untuk didaur ulang secara mekanis.

Dengan mengubah sampah plastik kembali menjadi bahan kimia dasar dan bahan baku kimia, proses daur ulang bahan kimia berpotensi meningkatkan tingkat daur ulang secara signifikan dan mengalihkan sampah plastik dari tempat pembuangan sampah atau pembakaran.

Rumusan Masalah

A. Jelaskan apa yang dimaksud Plastik ?

B. Jelaskan apa yang dimaksud Polimer ?

C. Jelaskan jenis – jenis Plastik ?

D. Jelaskan Teknologi dan Penerapannya ?

Tujuan

A. Untuk mengetahui pengertian plastic

B. Untuk mengetahui pengertian polimer

C. Untuk memahami jenis – jenis plastic

D. Untuk mengetahui dan memahami tentang teknologi dan penerapannya

Pembahasan

A. Pengertian plastic

Plastik adalah material jenis polimer yang tersusun atas rantai monomer serta bersifat ringan. Plastik ditemukan pertama kali oleh Alexander Parker melalui pengolahan bahan organik dari selulosa. 

Kala itu, Parker memberi nama produk temuannya sebagai parkesine. Seiring zaman, mulai banyak ilmuwan yang mengembangkannya hingga diperoleh plastik seperti sekarang. 

Umumnya, plastik yang digunakan sekarang ini tidak berasal dari bahan alami, melainkan dari hasil cracking minyak Bumi yang berbentuk serbuk putih. Dalam penerapannya, plastik bisa ditemukan dalam bentuk lembaran, lempengan, dan film.

 

B. Pengertian polimer

Polimer adalah material berbentuk rantai molekul panjang dan berulang. Hasil ini didapatkan dari proses bernama polimerisasi. Ada berbagai macam polimer. Selain itu, karakteristik pun berbeda-beda. Semuanya tergantung dari sifat molekul yang membentuk serta bagaimana proses pembentukannya. 

Ada beberapa polimer yang memiliki sifat lentur. Contohnya seperti karet dan polister. Namun, juga ada polimer dengan sifat keras dan kuat, yakni kaca dan epoksi.

C. Jenis – Jenis plastic

1. Polyethylene (PE)

     Polietilena (disingkat PE) (IUPAC: Polietena) adalah termoplastik yang digunakan secara luas oleh konsumen produk sebagai kantong plastik. Sekitar 80 juta metrik ton plastik ini diproduksi setiap tahunnya. Polietilena adalah polimer yang terdiri dari rantai panjang monomer etilena (IUPAC: etena). Di industri polimer, polietilena ditulis dengan singkatan PE, perlakuan yang sama yang dilakukan oleh Polistirena (PS) dan Polipropilena (PP). Molekul etena C2H4 adalah CH2=CH2. Dua grup CH2 bersatu dengan ikatan ganda. Polietilena dibentuk melalui proses polimerisasi dari etena. Polietilena bisa diproduksi melalu proses polimerisasi radikal, polimerisasi adisi anionik, polimerisasi ion koordinasi, atau polimerisasi adisi kationik.

Kemasan polietilen banyak digunakan untuk mengemas buah-buahan, sayursayuran segar, roti, produk pangan beku dan tekstil. Setiap metode menghasilkan tipe polietilena yang berbeda. Polietilena terdiri dari berbagai jenis berdasarkan kepadatan dan percabangan molekul. Sifat mekanis dari polietilena bergantung pada tipe percabangan, struktur kristal, dan berat molekulnya.

2. HDPE         
     HDPE dicirikan dengan densitas yang melebihi atau sama dengan 0.941 g/cm3. HDPE memiliki derajat rendah dalam percabangannya dan memiliki kekuatan antar molekul yang sangat tinggi dan kekuatan tensil. HDPE bisa diproduksi dengan katalis kromium/silika, katalis Ziegler-Natta, atau katalis metallocene. HDPE digunakan sebagai bahan pembuat botol susu, botol/kemasan deterjen, kemasan margarin, pipa air, dan tempat sampah.

3. POLYETHYLENE TEREPHTALATE (PET)

     Polyethylene terephtalate yang sering disebut PET dibuat dari glikol (EG) dan terephtalic acid (TPA) atau dimetyl ester atau asam terepthalat (DMT). sifat-sifat PET : PET merupakan keluarga polyester seperti halnya PC. Polymer PET dapat diberi penguat fiber glass, atau filler mineral. PET film bersifat jernih, kuat, liat, dimensinya stabil, tahan nyala api, tidak beracun, permeabilitas terhadap gas, aroma maupun air rendah.    
PET engineer resin mempunyai kombinasi sifat-sifat: kekuatan (strength)-nya tinggi, kaku (stiffness), dimensinya stabil, tahan bahan kimia dan panas, serta mempunyai sifat elektrikal yang baik. PET memiliki daya serap uap air yang rendah, demikian juga daya serap terhadap air.
PET dapat diproses dengan proses ekstrusi pada suhu tinggi 518- 608 oF, selain itu juga dapat diproses dengan tehnik cetak injeksi maupun cetak tiup. Sebelum dicetak sebaiknya resin PET dikeringkan lebih dahulu (maksimum kandungan uap air 0,02 %) untuk mencegah terjadinya proses hidrolisa selama pencetakan. Penggunaan PET sangat luas antara lain : botol-botol untuk air mineral, soft drink, kemasan sirup, saus, selai, minyak makan. 

4. Polipropilena         
     Pengolahan lelehnya polipropilena bisa dicapai melalui ekstrusi dan pencetakan. Metode ekstrusi (peleleran) yang umum menyertakan produksi serat pintal ikat (spun bond) dan tiup (hembus) leleh untuk membentuk gulungan yang panjang untuk nantinya diubah menjadi berbagai macam produk yang berguna seperti masker muka, penyaring, popok dan lap.

Teknik pembentukan yang paling umum adalah pencetakan suntik, yang digunakan untuk berbagai bagian seperti cangkir, alat pemotong, botol kecil, topi, wadah, perabotan, dan suku cadang otomotif seperti baterai. Teknik pencetakan tiup dan injection-stretch blow molding juga digunakan, yang melibatkan ekstrusi dan pencetakan. 

5. POLYSTIRENE (PS)         
     Polistirena adalah sebuah polimer dengan monomer stirena, sebuah hidrokarbon cair yang dibuat secara komersial dari minyak bumi. Pada suhu ruangan, polistirena biasanya bersifat termoplastik padat, dapat mencair pada suhu yang lebih tinggi. Stirena tergolong senyawa aromatik.
Polistirena pertama kali dibuat pada 1839 oleh Eduard Simon, seorang apoteker Jerman.
Ketika mengisolasi zat tersebut dari resin alami, dia tidak menyadari apa yang dia telah temukan. Seorang kimiawan organik Jerman lainnya, Hermann Staudinger, menyadari bahwa penemuan Simon terdiri dari rantai panjang molekul stirena, sebagai polimer plastik.

Polistirena padat murni adalah sebuah plastik tak berwarna, keras dengan fleksibilitas yang terbatas yang dapat dibentuk menjadi berbagai macam produk dengan detail yang bagus. Penambahan karet pada saat polimerisasi dapat meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan kejut. Polistirena jenis ini dikenal dengan nama High Impact Polystyrene (HIPS). Polistirena murni yang transparan bisa dibuat menjadi beraneka warna melalui proses compounding. Polistirena banyak dipakai dalam produk-produk elektronik sebagai casing, kabinet dan komponen-komponen lainya. Peralatan rumah tangga yang terbuat dari polistirena, a.l: sapu, sisir, baskom, gantungan baju, ember.

 

D. Teknologi dan Penerapannya

     Daur ulang kimia berbeda dengan daur ulang mekanis yang menggunakan proses menyiapkan polimer limbah untuk digunakan kembali, tanpa mengubah struktur kimia bahan secara signifikan. Daur ulang mekanis memproses aliran polimer tunggal yang terpisah, yang dicuci, digranulasi, dan kemudian diekstrusi kembali untuk membuat pelet daur ulang yang siap untuk aplikasi pencetakan. Proses daur ulang bahan kimia berdasarkan depolimerisasi dan daur ulang bahan baku, memecah rantai hidrokarbon panjang dalam plastik menjadi fraksi hidrokarbon yang lebih pendek atau menjadi monomer menggunakan proses kimia, termal, atau katalitik. Pemurnian, di sisi lain, berkaitan dengan penggunaan pelarut untuk menghilangkan aditif dari polimer.

Daur ulang bahan baku adalah bagian dari daur ulang bahan kimia yang namanya diambil dari keluaran utama yang dihasilkan, yaitu bahan baku petrokimia. Istilah 'daur ulang bahan baku' digunakan untuk membedakan proses termal yang mengubah limbah plastik menjadi bahan baku untuk pabrik petrokimia, dengan proses kimia yang memurnikan aliran limbah plastik (yaitu pemurnian) atau memecah produk limbah menjadi monomer (yaitu depolimerisasi). ) untuk pemrosesan ulang atau repolimerisasi lebih lanjut.

1. Pemurnian

adalah proses di mana plastik dilarutkan dalam pelarut (atau pelarut) yang sesuai, setelah itu serangkaian langkah pemurnian dilakukan untuk memisahkan polimer dari aditif dan kontaminan. Setelah polimer dilarutkan dalam pelarut, polimer tersebut dapat dikristalisasi secara selektif. Jika suatu pelarut dapat melarutkan polimer yang diinginkan atau semua polimer lain kecuali polimer target, maka pelarut tersebut dapat digunakan untuk pelarutan selektif. Persyaratan penting untuk ini adalah memiliki pelarut selektif. Output yang dihasilkan adalah polimer yang diendapkan, yang idealnya tidak terpengaruh oleh proses tersebut dan dapat diformulasi ulang menjadi plastik.

Bahan Baku Sasaran

-  PVC, PS, PE dan PP

Produk

-  Polimer plastik “yang dimurnikan”.

Status Teknologi

Ini adalah teknologi baru dan upaya sedang dilakukan untuk meningkatkannya ke tingkat yang layak secara komersial. Umumnya sampah plastik dikumpulkan sebagai polimer campuran. Oleh karena itu, tantangan utamanya adalah pemisahan dan daur ulang komponen sampah secara selektif.

2. Depolimerisasi

     (terkadang disebut sebagai kemolisis) adalah kebalikan dari polimerisasi dan menghasilkan molekul monomer tunggal atau fragmen polimer yang lebih pendek dikenal sebagai oligomer. Monomer identik dengan yang digunakan dalam pembuatan polimer dan oleh karena itu, plastik yang dibuat dari depolimerisasi memiliki kualitas yang serupa dengan monomer murni. Kerugian utama depolimerisasi kimia adalah bahwa depolimerisasi hanya dapat diterapkan pada polimer 'kondensasi' seperti PET dan poliamida. Bahan ini tidak dapat digunakan untuk penguraian sebagian besar polimer 'tambahan' (misalnya PP, PE, PVC) yang merupakan mayoritas aliran sampah plastik.

Bahan Baku Sasaran

-  Polikondensat, yang meliputi poliester (PET), poliamida (PA), dan poliuretan

Produk

-  Monomer dari polikondensat daur ulang

Status Teknologi

Sejumlah pabrik industri yang melakukan degradasi PET saat ini beroperasi, terutama berdasarkan perlakuan metanolisis dan glikolisis. Proses hidrolitik kurang maju, sebagian besar digunakan pada skala laboratorium dan pabrik percontohan, meskipun beberapa proyek sedang dikembangkan untuk aplikasi komersial dalam beberapa tahun mendatang. Proses berbasis ammonolisis dan aminolisis merupakan pengobatan yang kurang mapan dan berkembang dengan baik. Glikolisis dan hidrolisis saat ini merupakan metode kemolisis yang paling banyak digunakan untuk membalikkan reaksi polimerisasi poliuretan. Depolimerisasi kimia poliamida terutama dilakukan melalui hidrolisis.

 3. Daur Ulang Bahan Baku

     Daur ulang bahan baku adalah proses termal apa pun yang mengubah polimer menjadi molekul yang lebih sederhana, untuk membentuk bahan baku untuk pemrosesan jenis petrokimia. Dua proses utama di sini adalah pirolisis dan gasifikasi. Keluaran dari daur ulang bahan baku adalah bahan kimia dasar (misalnya hidrokarbon atau syngas), yang perlu diproses lebih lanjut untuk menghasilkan polimer. Hal ini memungkinkan fleksibilitas untuk digunakan kembali dalam industri petrokimia.

Kesimpulan

     Plastik merupakan bahan kimiawi yang bukanlah bahan yang alami, melainkan bahan buatan atau sintetis. Plastik-plastik yang telah menjadi sampah, berbahaya dan sulit dikelola. Diperlukan waktu puluhan bahkan ratusan tahun untuk membuat sampah plastik itu benar-benar terurai. Namun yang menjadi persoalan adalah dampak negatif sampah plastik ternyata sebesar fungsinya juga. Plastik jika digunakan tidak sesuai dengan fungsinya sangat berbahaya, jika dibuang tanpa adanya penanganan yang khusus pun berbahaya bagi lingkungan. Sampah plastik tidak dapat dibuang begitu saja ke tanah. Dibutuhkan waktu 1000 tahun agar plastik dapat terurai oleh tanah secara terdekomposisi atau terurai dengan sempurna. Ini adalah sebuah waktu yang sangat lama. Saat terurai, partikel-partikel plastik akan mencemari tanah dan air tanah. Karena sifatnya yang sulit terurai, plastik juga penyebab banjir karena menyumbat saluran-saluran air. Sehingga pada saat musim penghujan tiba mengakibatkan banjir. Jika dibakar, sampah plastik akan menghasilkan asap beracun yang berbahaya bagi kesehatan yaitu jika proses pembakaranya tidak sempurna, plastik akan mengurai di udara sebagai dioksin. Senyawa ini sangat berbahaya bila terhirup manusia.

Daftar Pustaka

Imam Murjianto, 2005. Sifat dan Karakateristik Material Plastik dan Bahan Aditif.. Journal Traksi. Vol. 3. No. 2

IAPD. 2012. Introduction to Plastics. 11th edition.

 Brydson, J.A. 1999. Plastic Material. Seventh Edition. Butterworh-Heinemann

Tarmizi I.D. 2015. Kimia Lingkungan. Padang : Universitas Negeri Padang.

ELEKTROKIMIA : APLIKASI BATERAI DAN SEL BAHAN BAKAR

 APLIKASI BATERAI DAN SEL BAHAN BAKAR

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

Abstrak

     Proses elektrokimia digunakan dalam banyak cara dan penggunaannya kemungkinan akan meningkat karena proses tersebut dapat menggantikan situasi kimia yang menimbulkan polusi dengan situasi elektrokimia yang tidak menimbulkan polusi. Inovasi lebih lanjut dalam desain baterai, termasuk baterai baru dan teknologi sel bahan bakar, telah menghasilkan banyak aplikasi baru.

Kata kunci : Elektrokimia, kimia, teknologi baterai, dan teknologi sel bahan bakar

Pendahuluan

     Baterai modern hadir dalam berbagai bentuk untuk mengakomodasi berbagai aplikasi, mulai dari baterai kancing kecil yang menyediakan kebutuhan daya sederhana seperti jam tangan hingga baterai sangat besar yang digunakan untuk memasok energi cadangan ke jaringan listrik kota. Beberapa baterai dirancang untuk aplikasi sekali pakai dan tidak dapat diisi ulang ( sel primer ), sementara baterai lainnya didasarkan pada reaksi sel yang dapat dibalik dan memungkinkan pengisian ulang oleh sumber daya eksternal ( sel sekunder ). Bagian ini akan memberikan ringkasan aspek elektrokimia dasar dari beberapa baterai yang familiar bagi sebagian besar konsumen, dan akan memperkenalkan perangkat elektrokimia terkait yang disebut sel bahan bakar yang dapat menawarkan peningkatan kinerja dalam aplikasi tertentu.

Rumusan Masalah

A. Jelaskan pengertian dan jenis – jenis teknologi baterai dan reaksinya !!

B. Jelaskan pengertian sel bahan bakar ?

Tujuan

A. Untuk mengetahui dan memahami jenis – jenis Baterai

B. Untuk mengetahui pengertian sel bahan bakar

Pembahasan

A. Pengertian dan jenis – jenis baterai

Teknologi Baterai

     Penyimpanan elektrokimia listrik dilakukan pada baterai. Perangkat tersebut adalah sel elektrokimia dan terdiri dari dua elektroda per unit. Saat listrik yang akan disimpan diterima di pelat sel, ia mengubah zat di pelat tersebut menjadi zat baru yang memiliki energi lebih tinggi daripada zat lama. Ketika listrik diinginkan tersedia kembali, terminal baterai dihubungkan ke beban dan zat pada pelat baterai mengubah dirinya menjadi seperti semula, mengeluarkan listrik sebagai produk reaksi elektrokimianya. 

Jenis – jenis teknologi baterai :

1. Baterai sekali pakai

     Baterai primer yang umum adalah sel kering , yang menggunakan kaleng seng sebagai wadah dan anoda (“–”) terminal dan batang grafit sebagai katoda (“+” terminal). Kaleng Zn diisi dengan pasta elektrolit yang mengandung mangan(IV) oksida, seng(II) klorida, amonium klorida, dan air. Batang grafit direndam dalam pasta elektrolit untuk melengkapi sel. Reaksi sel spontan melibatkan oksidasi seng:

Zn ( s ) ⟶ Zn2 + ( aq ) + 2e-         (anoda)

dan reduksi mangan (IV)

2MnO2 ( s ) + 2NH4Cl ( aq ) + 2e- ⟶ M N2HAI3 ( s ) + 2NH3 ( aq ) + H2HAI ( aku ) + 2Kl-(katoda)

yang bersama-sama menghasilkan reaksi sel:

2MnO2 ( s ) + 2NH4Cl ( aq ) + Zn ( s ) ⟶ Zn2 + ( aq ) + MN2HAI3 ( s ) + 2NH3( aq ) + H2HAI ( aku ) + 2Kl-              (sel)

Tegangan ( potensial sel ) sel kering kira-kira 1,5 V. Sel kering tersedia dalam berbagai ukuran (misalnya D, C, AA, AAA). Semua ukuran sel kering terdiri dari komponen yang sama, sehingga menunjukkan tegangan yang sama, namun sel yang lebih besar mengandung jumlah reaktan redoks yang lebih besar dan oleh karena itu mampu mentransfer muatan dalam jumlah yang lebih besar. Seperti sel galvanik lainnya, sel kering dapat dihubungkan secara seri untuk menghasilkan baterai dengan keluaran tegangan lebih besar, jika diperlukan.

2. Baterai Alkaline

     Baterai alkaline dikembangkan pada tahun 1950-an untuk meningkatkan kinerja sel kering, dan dirancang menggunakan pasangan redoks yang sama. Seperti namanya, baterai jenis ini menggunakan elektrolit alkali, seringkali kalium hidroksida. Reaksinya adalah

Baterai alkaline dapat menyalurkan energi sekitar tiga hingga lima kali lipat energi sel kering seng-karbon dengan ukuran serupa. Baterai alkaline rentan terhadap kebocoran kalium hidroksida, sehingga harus dikeluarkan dari perangkat untuk penyimpanan jangka panjang. Meskipun beberapa baterai alkaline dapat diisi ulang, sebagian besar tidak. Upaya untuk mengisi ulang baterai alkaline yang tidak dapat diisi ulang sering kali menyebabkan pecahnya baterai dan kebocoran elektrolit kalium hidroksida.

Baterai alkaline dirancang sebagai pengganti yang lebih baik untuk baterai seng-karbon (sel kering).

3. Baterai Sekunder ( Isi Ulang )

     Baterai nikel-kadmium , atau NiCd terdiri dari katoda berlapis nikel, anoda berlapis kadmium, dan elektroda kalium hidroksida. Pelat positif dan negatif, yang dicegah korslet oleh pemisah, digulung menjadi satu dan dimasukkan ke dalam wadah. Ini adalah desain “jelly-roll” dan memungkinkan sel NiCd mengalirkan lebih banyak arus dibandingkan baterai alkaline berukuran.

Jika dirawat dengan benar, baterai NiCd dapat diisi ulang sekitar 1000 kali. Kadmium adalah logam berat beracun sehingga baterai NiCd tidak boleh dipecah atau dibakar, dan baterai tersebut harus dibuang sesuai dengan pedoman limbah beracun yang relevan.

Baterai NiCd menggunakan desain “jelly-roll” yang secara signifikan meningkatkan jumlah arus yang dapat dihasilkan baterai dibandingkan dengan baterai alkaline berukuran serupa.

4. Baterai Litium ion ( Isi ulang )

     Baterai litium ion adalah salah satu baterai isi ulang yang paling populer dan digunakan di banyak perangkat elektronik portabel. Reaksinya adalah

Stoikiometri variabel reaksi sel menyebabkan variasi tegangan sel, tetapi untuk kondisi tertentu, x biasanya tidak lebih dari 0,5 dan tegangan sel kira-kira 3,7 V. Baterai litium populer karena dapat menghasilkan arus dalam jumlah besar, lebih ringan dibandingkan baterai sejenis lainnya, menghasilkan voltase yang hampir konstan saat habis dayanya, dan hanya kehilangan daya secara perlahan saat disimpan.

 Dalam baterai litium ion, muatan mengalir saat ion litium ditransfer antara anoda dan katoda.

5. Baterai Asam Timbal

     Baterai asam timbal adalah jenis baterai sekunder yang biasa digunakan pada mobil. Harganya murah dan mampu menghasilkan arus tinggi yang dibutuhkan oleh motor starter mobil. Reaksi yang terjadi pada baterai asam timbal adalah

Setiap sel menghasilkan 2 V, jadi enam sel dihubungkan secara seri untuk menghasilkan aki mobil 12 V. Baterai asam timbal berat dan mengandung elektrolit cair kaustik, H ₂ SO ₄ ( aq ), namun sering kali masih menjadi baterai pilihan karena kepadatan arusnya yang tinggi. Karena baterai ini mengandung timbal dalam jumlah besar, baterai harus selalu dibuang dengan benar.

Baterai asam timbal di mobil Anda terdiri dari enam sel yang dihubungkan secara seri untuk menghasilkan 12 V.

B. Pengertian Sel Bahan Bakar

     Sel bahan bakar adalah sel galvanik yang menggunakan bahan bakar tradisional yang mudah terbakar, paling sering hidrogen atau metana, yang secara terus menerus dimasukkan ke dalam sel bersama dengan oksidan. Di dalam sel, bahan bakar dan oksidan mengalami reaksi kimia redoks yang sama seperti saat dibakar, namun melalui elektrokimia yang dikatalisis yang secara signifikan lebih efisien. Misalnya, sel bahan bakar hidrogen pada umumnya menggunakan elektroda grafit yang tertanam dengan katalis berbasis platinum untuk mempercepat dua reaksi setengah sel :

Dalam sel bahan bakar hidrogen ini, oksigen dari udara bereaksi dengan hidrogen, menghasilkan air dan listrik.

Jenis sel bahan bakar ini umumnya menghasilkan tegangan sekitar 1,2 V. Dibandingkan dengan mesin pembakaran internal, efisiensi energi sel bahan bakar yang menggunakan reaksi redoks yang sama biasanya lebih dari dua kali lipat (~20%–25% untuk mesin dibandingkan ~50 %–75% untuk sel bahan bakar). Sel bahan bakar hidrogen umumnya digunakan pada misi luar angkasa, dan prototipe untuk kendaraan pribadi telah dikembangkan, meskipun teknologinya masih relatif belum matang.

Kesimpulan

     Dengan memahami prinsip elektrokimia dan menerapkannya dalam teknologi baterai dan sel bahan bakar, kita dapat mengembangkan solusi inovatif untuk menyediakan sumber energi yang lebih efisien dan ramah lingkungan.

Daftar Pustaka

Cacciola, G., Antonucci, V., Freni, S. (2001) Technology up date and new strategies on fuel cells. J. Power Source.

Carbone, A., Pedicini, R. Portale, G., Longo, A. D’Ilario, L.D., Passalacqua, E. (2006) Sulphonated poly (ether ether ketone) membranes for fuel cell application: Thermal and structural characterisation. J. Power Source.

Carrette, L., Friedrich, K.A., Stimming, U. 2001. Fuel Cells – Fundamentals and Applications. Fuel Cells.

haeruddin, dkk. (2021). Desain Penyeimbangan Sel Baterai Lithium Ion dengan Teknik Cell to Cell Charging Mode pada Battery Management System (BMS). Jurnal ECOTIPE.

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.