MAPEL KIMIA BAB 2 REAKSI REDOKS DAN ELEKTROKIMIA

Elektrokimia merupakan cabang dari ilmu kimia yang secara khusus mempelajari hubungan listrik dan reaksi kimia. Proses-proses elektrokimia merupakan reaksi redoks (oksidasi-reduksi) di mana energi yang dihasilkan dari reaksi spontan dikonversi menjadi energi listrik atau di mana energi listrik digunakan untuk mendorong suatu reaksi nonspontan untuk terjadi.

Pada reaksi kimia, atom-atom hanya disusun ulang, tidak ada yang diciptakan ataupun dimusnahkan. Kemudian, ada beberapa hal khusus yang perlu diperhatikan. Elektron ditransfer dari satu substansi ke substansi lainnya, sehingga perlu diperhatikan dari mana dan ke mana elektron ditransfer serta besarnya muatan yang dibawa elektron-elektron tersebut. Jadi, ada 3 faktor yang perlu diperhatikan dalam menyetarakan persamaan reaksi redoks: (1) jumlah atom, (2) jumlah elektron yang ditransfer, dan (3) jumlah muatan reaktan dan produk.

Penyetaraan Reaksi Redoks

Ada 2 metode dalam menyetarakan persamaan reaksi redoks:

Metode Perubahan Biloks

1. Menentukan biloks masing-masing substansi dan mengidentifikasi atom/ion mana yang mengalami perubahan biloks.

2. Menuliskan jumlah elektron yang dilepaspada oksidasi dan jumlah elektron yang diterima pada reduksi berdasarkan jumlah perubahan biloks (bisa dibantu dengan menggambar garis antara atom/ion yang mengalami oksidasi dan yang mengalami reduksi)

3. Menghitung koefisien reaksi reaktan dengan bilangan bulat terkecil yang dapat menyetarakan jumlah elektron yang ditransfer selama oksidasi dan selama reduksi, lalu menyetarakan koefisien reaktan dan produk.

4. Menyetarakan atom O dengan H2O(l), lalu menyetarakan atom H dengan H+(aq)

Untuk reaksi redoks dalam larutan suasana basa:

5. Menambahkan OH−(aq) pada reaktan dan produk dengan jumlah sesuai dengan jumlah H+(aq)

6. Mengkombinasi H+(aq) dan OH−(aq) pada sisi yang sama membentuk H2O(l), dan menghilangkan jumlah H2O(l) yang sama pada kedua sisi

Metode Setengah-Reaksi (metode ion-elektron)

1. Membagi persamaan reaksi ke dalam 2 setengah-reaksi: oksidasi dan reduksi

2. Menyetarakan atom-atom selain H dan O pada masing-masing setengah-reaksi

3. Menyetarakan atom O dengan H2O(l), lalu menyetarakan atom H dengan H+(aq)

4. Menyetarakan muatan dengan elektron (e−)

5. Mengalikan koefisien masing-masing setengah-reaksi dengan bilangan bulat tertentu agar jumlah e−yang dilepas dalam setengah-reaksi oksidasi sama dengan jumlah e− yang diterima dalam setengah-reaksi reduksi

6. Menggabungkan kedua setengah-reaksi yang sudah setara tersebut menjadi satu persamaan reaksi, lalu menghilangkan jumlah spesi-spesi yang sama pada kedua sisi

Untuk reaksi redoks dalam larutan suasana basa:

7. Menambahkan OH−(aq) pada reaktan dan produk dengan jumlah sesuai dengan jumlah H+(aq)

8. Mengkombinasi H+(aq) dan OH−(aq) pada sisi yang sama membentuk H2O(l), dan menghilangkan jumlah H2O(l) yang sama pada kedua sisi

Contoh soal Reaksi Redoks

MnO4−(aq) + C2O42−(aq) → MnO2(s) + CO32−(aq)

Setarakan persamaan reaksi redoks dalam larutan suasana basa di atas dengan menggunakan metode:

(a) perubahan biloks

(b) setengah-reaksi

Elektrokimia merupakan cabang ilmu kimia yang membahas hubungan reaksi redoks dengan energi listrik. Keduanya berlangsung dalam sebuah alat yang disebut sel elektrokimia. 

Sel Elektrokimia terbagi menjadi dua jenis, yaitu sel volta/galvani dan sel elektrolisis. Sel volta mengubah energi kimia menjadi energi listrik sedangkan sel elektrolisis mengubah energi listrik menjadi energi kimia.

Tabel perbandingan sel volta dan sel elektrolisis

1. Sel Volta

 a. Reaksi Redoks Spontan

 Reaksi redoks spontan adalah reaksi redoks yang terjadi dengan sendirinya.

Misalnya apabila logam seng dicelupkan ke dalam larutan tembaga(II)sulfat, CuSO4. Lihat gambar berikut,

Logam seng (Zn) akan larut dengan melepas elektron membentuk ion seng (Zn2+), sementara ion tembaga (Cu2+) menangkap elektron dari logam seng dan membentuk endapan tembaga (Cu). Dalam reaksi tersebut terjadi transfer elektron secara langsung dari logam Zn ke ion Cu2+. Reaksi yang terjadi, 

Zn + Cu2+ → Zn2++ Cu

b. Rangkaian Sel Volta

Transfer elektron secara langsung pada reaksi di atas tidak akan menghasilkan arus listrik, oleh karena itu Luigi Galvani dan Alessandro Guiseppe Volta menemukan cara untuk menghasilkan arus listrik yaitu memisahkan logam Zn dan ion Cu2+ di wadah yang berbeda dalam suatu rangkaian yang disebut sel volta.

Rangkaian Sel volta

Pada rangkaian sel volta di atas, logam Zn dicelupkan ke dalam larutan ZnSO4 dan logam Cu dicelupkan ke dalam larutan CuSO4,  kemudian dihubungkan dengan voltmeter melalui kabel penghantar listrik, selanjutnya diberi jembatan garam.

Setelah rangkaian terhubung dengan baik, lempengan logam Zn teroksidasi menjadi ion Zn2+ yang akan larut di dalam larutan ZnSO4 dan melepas elektron. 

Zn → Zn2++ 2e

Elektron yang dilepas akan mengalir melalui kabel listrik melewati voltmeter menuju lempengan logam Cu. Kemudian elektron tersebut akan ditangkap oleh ion Cu2+ yang berasal dari larutan CuSO4 membentuk endapan Cu.

 Cu2+ + 2e → Cu 

 Elektron mengalir dari anoda ke katoda, sedangkan aliran arus sebaliknya mengalir dari katoda ke anoda.

Faktanya tanpa jembatan garam, elektron tidak mengalir. Hal ini karena terjadinya kelebihan muatan pada kedua wadah yang berisi larutan ZnSO4 dan larutan CuSO4. Di wadah pertama yang berisi larutan ZnSO4 akan mengalami kelebihan muatan positif karena terbentuk ion Zn2+ hasil reaksi oksidasi logam Zn, sementara di wadah kedua akan mengalami kelebihan muatan negatif SO42-karena ion Cu2+ jumlahnya berkurang.

Jembatan garam berfungsi untuk menetralkan kelebihan muatan pada kedua larutan tersebut, ion Na+ akan bergerak menuju larutan CuSO4 untuk menetralkan kelebihan muatan negatif dan ion SO42- bergerak menuju larutan ZnSO4  yang kelebihan muatan positif.

Lempengan logam Zn dan Cu disebut elektroda, elektroda tempat terjadinya reaksi oksidasi disebut anoda sedangkan elektroda tempat terjadinya reaksi reduksi disebut katoda. Logam yang bertindak sebagai anoda pada sel volta di atas adalah Zn, sementara Cu bertindak sebagai katoda. Anoda dalam sel volta disebut juga elektroda negatif dan katoda sebagai elektroda positif.

c. Diagram Sel Volta

Reaksi yang terjadi di kedua elektroda dapat dinyatakan dengan diagram sel atau notasi sel. Reaksi oksidasi ditulis di sebelah kiri sedangkan reduksi di sebelah kiri.

Sehigga reaksi sel volta di atas dapat ditulis :  Zn I Zn2+ II Cu2+I Cu

Dua garis sejajar menyatakan jembatan garam.

    a. Deret Volta
    

    b. Potensial Elektroda
    c. Potensial Sel

2. Sel Elektrolisis

a. Kaedah Elektrolisis

b. Aspek Kuantitatif Elektrolisis

        Hukum Faraday I

 Massa zat yang dihasilkan pada elektrolisis berbanding lurus dengan muatan listrik yang dialirkan.

        Hukum Faraday II

 Massa zat-zat yang dihasilkan oleh muatan listrik yang sama sebanding dengan berat ekivalen dari zat-zat tersebut.

Klik LINK Pembahasan Reaksi REDOKS

Klik LINK Pembahasan Sel Volta 

 

Klik LINK untuk mengerjakan PR 1

Klik LINK untuk mengerjakan QUIZ

Reaksi Redoks – Referensi
– Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.
– Chang, Raymond. 2010. Chemistry (10th edition). New York: McGraw Hill
– Gilbert, Thomas N. et al. 2012. Chemistry: The Science in Context (3rd edition). New York: W. W. Norton & Company, Inc.
– Jenkins, et al. 2003. Nelson Chemistry 12. Toronto: Thomson Nelson.
– Jespersen, Neil D., Brady, James E., & Hyslop, Allison. Chemistry: The Molecular Nature of Matter (6th edition). New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.
– Petrucci, Ralph H. et al. 2011. General Chemistry: Principles and Modern Applications (10th edition). Toronto: Pearson Canada Inc.
– Purba, Michael. 2006. Kimia 3A untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga.
– Silberberg, Martin S. 2009. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (5th edition). New York: McGraw Hill