ii
Untuk memperkaya sumber belajar di lingkungan pendidikan diperlukan campur tangan perguruan tinggi yang memiliki ilmuwan, peneliti, innovator, dan co-kreator dalam bidang teknologi informasi dan komunikasi serta berpengetahuan dalam bidangnya. Idealnya, apabila sumber belajar ini mampu diakses oleh banyak pengguna, murah, dan dinamis, seyogyanya dapat diproduksi oleh dosen di perguruan tinggi dalam rangka menumbuh kembangkan technopreneurship perguruan tinggi. Alhamdulillah, melalui program kerjasama antara Institut Teknologi Sepuluh Nopember dengan Direktorat Pembelajaran dan Kemahasiswaan Ditjen Dikti ini telah dikembangkan konten pembelajaran untuk siswa SMA Kelas XII dengan topik Reaksi Redoks dan Elektrokimia. Konten pembelajaran ini dikemas dalam bentuk Buku Sekolah Interaktif, disamping modul berbasis Web (e-materi) sebagai pendampingnya. Buku Sekolah Interaktif dan e-materi ini sebagai contoh dalam pengembangan e-materi sekaligus contoh bagi penyusunan Buku Sekolah Elektronik. Buku Sekolah Interaktif dan e-materi ini merupakan sarana yang ampuh bagi siswa dan mahasiswa untuk belajar tanpa mengenal keberadaannya dan waktunya. Ketersediaan Buku Sekolah Interaktif dan e-materi semacam ini diharapkan dapat memberikan kontribusi bagi pembelajaran yang sangat efisien, karena sumber belajar yang sama dapat digunakan oleh ribuan orang dalam waktu yang bersamaan. Pembelajaran akan menarik terutama bagi siswa, karena informasi yang dihadirkan dalam sarana ini mudah dipahami, menyenangkan, membuat peserta belajar semakin penasaran untuk lebih tahu, dan murah. Konten yang lengkap dan jelas akan menumbuhkan minat belajar dan akan semakin digemari sampai tumbuhnya masyarakat yang cerdas, kaya pengetahuan, bahkan sampai berkemampuan mengembangkan ilmu pengetahuannya melalui percobaan, penelitian, kajian yang akhirnya akan berdaya dengan pengembangan kompetensinya. Pada program ini, e-materi dikembangkan dengan strategi objek pembelajaran dimana materi pelajaran dipecah ke dalam bagian-bagian kecil menggunakan prinsip keberbutiran dan mewujudkannya sebagai objek lepasan yang dapat dilepas dan dirangkai kembali hingga dapat menjalankan mekanisme share dan reuse objek pembelajaran. Mekanisme share dan reuse dalam pengembangan dan manajemen konten pembelajaran sangat mendukung program berbagi e-materi sehingga dapat membantu untuk membudayakan berbagi ilmu-pengetahuan, teknologi dan seni. Demikian, semoga bermanfaat. TIM PENYUSUN
iii
iv
Ecell
potensial sel atau electromotive force (disingkat emf) atau
Eo
potensial reduksi standar
W
massa yang dihasilkan
i
arus listrik
t
lama waktu
Ar
massa atom relative
val
jumlah elektron
Me
massa ekuivalen
|
perbedaan fase
||
jembatan garam
v
vi
DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL DAFTAR ISI
V VII
1 PENGANTAR REAKSI REDOKS & ELEKTROKIMIA
1
2 REAKSI OKSIDASI-REDUKSI
7
2.1 PENGANTAR 2.2 DEFINISI REAKSI REDOKS 2.3 PENYETARAAN REAKSI OKSIDASI-REDUKSI 2.3.1 PENYETARAAN DENGAN METODE BILANGAN OKSIDASI 2.3.2 PENYETARAAN DENGAN METODE SETENGAH REAKSI 2.4 RINGKASAN 2.5 LATIHAN 2.6 ASESMEN
7 8 11 11 13 17 18 20
3 ELEKTROKIMIA
23
3.1 PENGANTAR 3.2 SEL VOLTA/ SEL GALVANI 3.2.1 ANODE DAN KATODE 3.2.2 POTENSIAL SEL 3.2.2.1 Potensial Reduksi Standar 3.2.2.2 Potensial elektrode positif 3.2.2.3 Potensial elektrode negatif 3.2.2.4 Latihan 3.2.3 REAKSI SEL 3.2.4 APLIKASI SEL VOLTA 3.2.4.1 Baterai Primer 3.2.4.2 Baterai Sekunder 3.2.4.3 Reserve Baterai 3.2.4.4 Sel Bahan Bakar/ Fuel Cell 3.3 SEL ELEKTROLISIS 3.3.1 HUKUM FARADAY 3.3.2 APLIKASI ELEKTROLISIS 3.3.2.1 Pemurnian logam tembaga 3.3.2.2 Penyepuhan logam 3.3.2.3 Produksi Aluminium 3.3.2.4 Produksi Natrium
23 24 25 29 30 31 33 34 36 37 40 42 43 44 47 50 54 54 57 58 60
vii
3.4 KOROSI 3.4.1 PENYEBAB KOROSI 3.4.2 PENCEGAHAN KOROSI 3.4.3 PERKARATAN DAN PENCEGAHANNYA DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI 3.5 RINGKASAN 3.6 LATIHAN 3.7 ASESMEN
61 62 63 64 65 66 68
DAFTAR ISTILAH
71
DAFTAR PUSTAKA
73
viii
Dalam kehidupan kita sehari-hari sangat banyak hal-hal yang terkait dengan reaksi oksidasi reduksi (redoks) dan elektrokimia. Teknologi maju seperti telepon genggam, kalkulator, jam, tape recorder yang kita jumpai sehari-hari menggunakan baterai yang melibatkan sel elektrokimia. Bahkan, dengan teknologi siliconchip, barang-barang tersebut memungkinkan untuk dibuat dalam ukuran sangat kecil dan hanya dikemas menjadi satu barang multifungsi. Contoh lain yang kita temukan, terjadi secara alami yaitu perkaratan besi. Perkaratan (korosi) adalah sebuah peristiwa yang secara alamiah dapat terjadi pada semua logam di alam ini. Besi adalah suatu logam yang memiliki sifat paling mudah mengalami perkaratan, sedangkan emas dan perak cukup sulit mengalami perkaratan dan dikenal sebagai logam mulia. Peristiwa perkaratan tersebut adalah sebuah contoh proses reaksi oksidasi-reduksi yang umum terjadi di sekitar kita.
Gambar 1 Baterai sebagai Aplikasi dari Sel Volta
Gambar 2 Perkaratan Logam
Penyepuhan logam seperti yang digunakan dalam industri perhiasan emas, peralatan logam rumah tangga seperti sendok, panci dan sebagainya, adalah hasil dari reaksi reduksi maupun oksidasi yang berlangsung secara terus menerus. Proses ini menghasilkan pengendapan ion logam pada katode dengan cara elektrolisa. Cara ini juga dimanfaatkan untuk melindungi besi dari perkaratan.
Gambar 3 Poduk Perhiasan Hasil Penyepuhan Logam
1
Pada bagian topik bahasan reaksi redoks dan elektrokimia ini, akan dipelajari tentang reaksi oksidasi-reduksi, hubungan antara reaksi redoks dengan konsep listrik (fisika), dan seberapa besar listrik yang dihasilkan dalam sebuah sel volta. Selain itu, jenis dan banyaknya zat yang diperoleh dalam sebuah sel elektrolisis akan dipelajari sebagai dasar dari proses penyepuhan logam seperti beberapa contoh tersebut di atas.
Gambar 4 Poduk Rumah Tangga Hasil Penyepuhan Logam
Setelah menyelesaikan belajar, latihan, dan asesmen menggunakan e-materi ini pembelajar akan mampu mencapai Standar Kompetensi berikut: • Menerapkan konsep reaksi oksidasi-reduksi dalam sistem elektrokimia yang melibatkan energi listrik dan kegunaannya dalam mencegah korosi dan dalam industri. Untuk mencapai Standar Kompetensi tersebut, pembelajar harus terlebih dahulu mencapai Kompetensi Dasar sebagai berikut: • Menjelaskan konsep reaksi oksidasi-reduksi. • Menerapkan konsep reaksi oksidasi-reduksi dalam sistem elektrokimia yang melibatkan energi listrik dan kegunaannya dalam mencegah korosi dan dalam industri. Menerapkan konsep reaksi oksidasi-reduksi dan elektrokimia dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari
Menjelaskan konsep reaksi oksidasi-reduksi
Menerapkan konsep reaksi oksidasi-reduksi dalam sistem elektrokimia yang melibatkan energi listrik dan kegunaannya dalam mencegah korosi dan dalam industri Gambar 5 SK-KD Reaksi Redoks dan Elektrokimia
2
Untuk memfasilitasi proses belajar, latihan, dan asesmen dalam upaya mencapai Standar Kompetensi dan Kompetensi Dasar tersebut di atas, e-materi ini disajikan dalam organisasi materi seperti diperlihatkan pada Gambar 6. Pertama, pembelajar mempelajari topik Reaksi Redoks, kemudian dilanjutkan dengan mempelajari topik Elektrokimia. Untuk memudahkan dalam mempelajari kedua topik ini, masing-masing diuraikan ke dalam beberapa subtopik sehingga pembelajar dapat mengatur progres belajar dengan kejelasan batas-batasnya. Dengan menyelesaikan kedua topik ini tentunya diharapkan pembelajar dapat mencapai SK-KD sebagaimana yang telah ditetapkan.
Reaksi Redoks dan Elektrokimia 1. Reaksi Reduksi-Oksidasi 1.2 Penyetaraan Reaksi Redoks
2.1 Sel Volta/Galvani
2.2 Sel Elektrolisis
2.3 Korosi 2.3.3 Aplikasi Pencegahan Korosi 2.3.2 Pencegahan Korosi
2.3.1 Penyebab Korosi
2.2.2 Aplikasi Sel Elektrolisis
2.2.1 Hukum Faraday
2.1.4 Aplikasi Sel Volta
2.1.3 Reaksi Sel
2.1.2 Potensial Sel
2.1.1 Anode/katoda
1.2.2 Metode Setengah Reaksi
Definisi Reaksi Redoks
1.2.1 Metode Bilangan Oksidasi
1.1
2. Elektrokimia
Gambar 6 Peta konsep bahasan Reaksi Oksidasi-Reduksi dan Elektrokimia
E-Materi Reaksi Redoks dan Elektrokimia ini dapat diikuti dan dipelajari oleh pembelajar yang telah memenuhi prasyarat sebagai berikut: • mampu menyetarakan Reaksi Kimia • mampu melakukan perhitungan Kimia (stoikiometri dan konsep mol) Prasyarat ini pada umumnya telah dimiliki oleh pembelajar pada jenjang pendidikan Sekolah Menengah Atas Kelas XII.
3
Untuk mempelajari e-materi dengan topik reaksi oksidasi-reduksi dan elektrokimia ini disarankan untuk: 1. memperhatikan peta konsep untuk mengetahui bahasan topik ini secara keseluruhan serta bagian-bagiannya. 2. membaca e-materi ini serta mengikuti langkah-langkah yang telah dituliskan serta mengerjakan contoh soal dan latihan soal tambahan yang diberikan 3. melakukan percobaan yang disarankan dalam e-materi ini untuk membantu meningkatkan pemahaman materi yang dipelajari dan membuktikan teori yang dipelajari 4. untuk membuktikan konsep dan teori yang dipelajari dengan peristiwa dalam kehidupan sehari-hari, e-materi ini dilengkapi dengan video terkait dengan topik yang dibahas baik yang terjadi dalam kehidupan nyata maupun animasi untuk membantu memahami materi yang disampaikan 5. untuk menghitung potensial sel, selain dilakukan dengan percobaan, dilakukan juga dengan pendekatan menggunakan laboratorium kering (dry laboratory). Dengan animasi dalam laboratorium kering ini akan membantu pembelajar memahami konsep menghitung potensial sel.
4
Buku sekolah interaktif ini dipublikasikan dalam format PDF dan tersedia juga dalam format MS Word (.docx). Pada bagian demonstrasi dan simulasi di dalam buku sekolah interaktif ini, pembelajar dapat berinteraksi sebagaimana diilustrasikan sebagai berikut: Interaksi dalam Dokumen Format Word (.docx)
-
Klik ganda pada area video untuk menyaksikan demonstrasi atau simulasi
Interaksi dalam Dokumen Format PDF
-
-
Klik ganda pada area video untuk menyaksikan demonstrasi atau simulasi Animasi atau video dapat dikendalikan melalui player control yang terletak di bagian bawah area video. Klik kanan tetikus di area video untuk menu tambahan, antara lain menampilkan fullscreen.
5
6
Konsep reaksi oksidasi-reduksi atau dikenal dengan reaksi redoks adalah berdasarkan pengikatan dan pelepasan oksigen, penyerahan dan penerimaan elektron serta peningkatan dan penurunan bilangan oksidasi. Topik reaksi oksidasi-reduksi ini telah Anda pelajari di kelas X pada topik bahasan Daya Hantar dan Reaksi Redoks. Pada bahasan di kelas X tersebut, Anda mempelajari konsep reaksi redoks yang diterapkan dalam memberi tatanama suatu senyawa dan dalam contoh untuk masalah lingkungan.Pada bagian bahasan reaksi oksidasi-reduksi di kelas XII ini, Anda akan mempelajari reaksi tersebut untuk diterapkan dalam kehidupan sehari-hari seperti baterai, sel aki, penyepuhan dan pemurnian logam, pencegahan perkaratan (korosi) dan sel bahan bakar (fuel cell).
Gambar 7 Kerangka Pembahasan Reaksi Redoks
Reaksi yang terjadi ketika logam seng ditambahkan ke dalam asam klorida adalah
Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)
Selama reaksi tersebut berlangsung terjadi kenaikan bilangan oksidasi atom Zn dari 0 menjadi +2 dan penurunan bilangan oksidasi atom hidrogen dari +1 menjadi 0. 0
oksidasi
+2
Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g) +1
reduksi
0
Reaksi kimia yang melibatkan kenaikan dan penurunan bilangan oksidasi oleh satu atau beberapa atom seperti pada contoh diatas disebut sebagai reaksi oksidasi-reduksi atau dikenal dengan reaksi redoks.
7
Oksidasi merupakan zat yang kehilangan elektron, sedangkan reduksi adalah zat yang menerima elektron.
Demonstrasi
Dapat dikatakan bahwa reaksi oksidasi-reduksi adalah reaksi yang melibatkan transfer elektron. Elektron yang dilepaskan oleh zat yang mengalami oksidasi akan diterima oleh zat yang mengalami reduksi. Reaksi pada persamaan (1), elektron ditransfer dari atom Zn (yang mengalami oksidasi) ke atom hidrogen (yang mengalami reduksi). Transfer elektron yang terjadi seperti pada reaksi diatas dapat menghasilkan energi dalam bentuk panas dan berjalan spontan seperti yang dapat dilihat pada Video 1 dan Gambar 8. Transfer elektron yang terjadi selama reaksi oksidasi reduksi dapat pula digunakan untuk memproduksi energi dalam bentuk listrik. Selain itu, energi listrik dapat digunakan untuk proses terjadinya reaksi kimia yang tidak spontan. Bagaimana kita bisa mengindikasikan suatu reaksi kimia mengalami oksidasi atau reduksi? Pertama, kita dapat menuliskan bilangan oksidasi masing-masing zat yang terlibat dalam suatu reaksi seperti pada Reaksi (2). Dengan menuliskan masing-masing bilangan oksidasi zat yang terlibat selama reaksi, maka kita dapat dengan mudah mengetahui perubahan bilangan oksidasi yang terjadi. Bilangan oksidasi atom Zn meningkat dari 0 menjadi +2 sedangkan pada atom hidrogen terjadi penurunan bilangan oksidasi dari +1 menjadi 0.
Video 1 Reaksi Zn dengan Asam Klorida http://www.youtube.com/watch?v=oQz 5YEsx7Fo
Perhatikan reaksi yang terjadi pada logam seng (Zn) yang dimasukkan ke dalam asam klorida dalam Video 1.
Ilustrasi
Gambar 8 Reaksi logam Zn yang Ditambahkan dalam Asam Klorida
8
Pada reaksi oksidasi reduksi diatas terlihat secara jelas adanya transfer elektron. Atom Zn kehilangan elektronnya, sehingga bermuatan positif, Zn2+, sedangkan hidrogen H+(aq) menerima elektron membentuk H2(g). Disisi lain, terdapat reaksi yang melibatkan perubahan bilangan oksidasi, tetapi kita tidak bisa mengatakan apakah zat tersebut melepaskan atau menerima elektron. Perhatikan pada pembakaran gas hidrogen berikut: 0
oksidasi
+1
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g)
0 reduksi -2 Hidrogen mengalami oksidasi dari bilangan oksidasi 0 menjadi +1, sedangkan oksigen mengalami reduksi dengan indikasi menurunnya bilangan oksidasi dari 0 menjadi –2. Oleh sebab itu, Reaksi (3) merupakan reaksi oksidasi-reduksi. Tetapi, karena air bukanlah senyawa ionik, maka tidak terjadi transfer elektron dari hidrogen ke oksigen seperti pada proses pembentukan air tersebut. Secara umum, kita tidak bisa menyatakan bilangan oksidasi suatu atom dari muatannya dalam suatu komponen kimia. Dalam reaksi oksidasi-reduksi, harus terjadi proses oksidasi dan reduksi. Dengan kata lain, jika salah satu zat mengalami oksidasi, maka zat lain harus mengalami reduksi. Kita dapat membayangkan bahwa adanya zat yang mengalami oksidasi merupakan awal terjadinya reaksi reduksi pada zat lain. Oleh karena itu, zat yang dioksidasi disebut agen pereduksi dan zat yang direduksi disebut sebagai agen pengoksidasi. Pada contoh reaksi oksidasi-reduksi diatas, Zn (s) adalah agen pereduksi dan O2 (g) adalah agen pengoksidasi.
9
No 1
Soal-Jawab S O A L
Identifikasikan mana dari phospine, PH3 yang mengalami oksidasi dan reduksi serta tentukan mana yang menjadi agen pengoksidasi dan agen pereduksi. Phospine, PH3, ini merupakan gas yang sangat beracun, mudah terbakar dalam udara membentuk phosphorus (V) oksida dan uap air. Kesetimbangan reaksi yang terjadi adalah :
2PH3(g) + 4O2(g) → P2O5(s) + 3H2O(g) J A W A B
Langkah pertama kita menuliskan bilangan oksdasi masing – masing spesi dalam reaksi tersebut
2 PH3(g) + 4O2(g) → P2O5(s) + 3H2O(g) -3
+1
0
+5 -2
+1 -2
Kita dapat dengan mudah melihat bahwasannya phosphor mengalami kenaikan bilangan oksidasi dari -3 menjadi +5, sedangkan atom oksigen mengalami penurunan bilangan oksidasi dari 0 menjadi -2. Jadi, phosphorus mengalami oksidasi, PH3(g) sebagai agen pereduksi dan atom oksigen mengalami reduksi, O2(g) sebagai agen pengoksidasi. 2
10
S O A L
Identifikasi spesi yang berperan sebagai agen pengoksidasi dan agen pereduksi dalam reaksi kimia dibawah ini:
J A W A B
Al merupakan agen pereduksi dan MnO4-(aq) merupakan agen pengoksidasi
2H2O(g) + Al(s) + MnO4-(aq) → Al(OH)4-(aq) + MnO2(s)
Setelah mampu mengindikasi suatu reaksi oksidasi-reduksi, selanjutnya diperlukan pengetahuan tentang cara menyetarakan reaksi oksidasi reduksi. Seperti halnya reaksi kimia umumnya, untuk menyetarakan reaksi oksidasi-reduksi haruslah memenuhi kesetimbangan massa, yaitu jumlah setiap element/atom harus sama antara kedua sisi. Khusus untuk reaksi oksidasi-reduksi, ketika kita akan menyetarakannya, terdapat suatu aturan tambahan, yaitu jumlah elektron yang terlibat selama reaksi, baik yang dilepas oleh agen pereduksi maupun yang diterima oleh agen pengoksidasi haruslah sama. Ada dua cara untuk menyetarakan reaksi, yaitu: a. Metode Bilangan Oksidasi, dan b. Metode Setengah Reaksi.
Prinsip penyetaraan reaksi oksidasi-reduksi menggunakan metode bilangan oksidasi adalah dengan menyamakan jumlah elektron yang dilepaskan oleh agen pereduksi atau reduktor dan elektron yang diikatkan oleh agen pengoksidasi atau oksidator. Banyaknya elektron yang dilepas ataupun diterima ditentukan melalui perubahan bilangan oksidasi yang terjadi. Dalam reaksi redoks, H2O sering terlibat di dalam reaksi, sehingga molekul H2O perlu dituliskan dalam persamaan reaksi. Begitu pula ion H+ dan OH-, kadang-kadang perlu dituliskan dalam persamaan reaksi redoks untuk menyatakan apakah reaksi berlangsung dalam suasana asam atau basa.
Sebagai contoh, barium klorit, Ba(ClO2)2, dapat disintesis dengan mereaksikan peroksida H2O2 dengan klorin dioksida, ClO2, dalam larutan barium hidroksida Ba(OH)2. Persamaan reaksi yang terjadi adalah :
Ba2+(aq) + 2OH-(aq) + H2O2(aq) + ClO2(aq) → Ba(ClO2)2(s) + H2O(l) + O2(g)
11
Marilah kita setarakan reaksi tersebut mengikuti tahapan langkah berikut: NO 1
LANGKAH KEGIATAN Menentukan bilangan oksidasi atom – atom yang terlibat selama reaksi :
Ba2+(aq) + 2OH-(aq) + H2O2(aq) + ClO2(aq) → Ba(ClO2)2(s) + H2O(l) + O2(g) 2+ 2
-2 +1
+1 -1
+4 -2
+2 +3 -2
+1 -2
0
Menentukan atom yang mengalami perubahan bilangan oksidasi yang terjadi:
+1 Ba2+(aq) + 2OH-(aq) + H2O2(aq) + ClO2(aq) → Ba(ClO2)2(s) + H2O(l) + O2(g) -1 3
Menentukan koefisien pengali: Koefisien yang diperlukan adalah 1 untuk H2O2(aq) dan 1 untuk ClO2(aq), sehingga, Ba2+(aq) + 2OH-(aq) + H2O2(aq) + ClO2(aq) → Ba(ClO2)2(s) + H2O(l) + O2(g)
4
Menyetarakan reaksi yang terjadi: Koeffisien 2 untuk atom Cl, dan 2 untuk H2O(l) agar hydrogen dan oksigen dikedua sisi setara. Maka persamaan reaksi yang terjadi adalah : Ba2+(aq) + 2OH-(aq) + H2O2(aq) + 2ClO2(aq) → Ba(ClO2)2(s) + 2H2O(l) + O2(g)
12
Secara umum, metode penyetaraan setengah reaksi reduksi dan oksidasi adalah: Langkah
Aktivitas
1
Menuliskan setengah reaksi yang terjadi dan menentukan spesi yang mengalami reduksi atau oksidasi. Menyetarakan jumlah atomnya, sementara abaikan H dan O. Menyetarakan atom O dan H dengan cara penambahan H+, OH-, atau H2O. Menyetarakan muatan kedua sisinya dengan penambahan elektron. Menambahkan kedua reaksi.
2 3 4 5
Marilah kita menyetarakan reaksi oksidasi-reduksi dengan metode setengah reaksi untuk contoh reaksi berikut ini. Cr2O72-(aq) + Cl-(aq) → Cr3+(aq) + Cl2(g) (dalam larutan asam)
NO
LANGKAH KEGIATAN
1
Menuliskan setengah reaksi yang terjadi dan Menentukan spesi yang mengalami reduksi atau oksidasi. Setengah reaksi yang terjadi adalah : Cr2O72-(aq) → Cr3+(aq) Cl-(aq) → Cl2(g)
2
Menyetarakan jumlah atomnya, sementara abaikan H dan O Pada reaksi yang pertama dilakukan penyetaraan jumlah atom dikedua ruas. Jumlah atom Cr ruas kiri berjumlah dua, sedangkan ruas kanan berjumlah satu, sehingga koefisien 2 ditambahkan pada produknya. Tetapi, pada ruas kiri (reaktan) terdapat 7 atom O sedangkan pada ruas kanan (produk) tidak terdapat atom oksigen sama sekali.
13
NO
LANGKAH KEGIATAN Untuk reaksi Cl-(aq) → Cl2(g) Setengah reaksi lain dapat disetarakan, Cl produk memiliki 2 atom, sedangkan Cl pada reaktan hanya satu atom. Oleh karena itu, perlu dilakukan penambahan koefisien 2 pada sisi reaktannya. 2Cl-(aq) → Cl2(g)
3
Menyetarakan atom O dan H dengan cara penambahan H+, OH-, atau H2O Karena jumlah atom O pada ruas kanan dan kiri tidak sama, maka perlu ditambahkan 7H2O pada ruas kanannya dan dilakukan penambahan 14 atom H+ diruas kiri (reaktan) untuk penyetaraan reaksi. 14H+(aq) + Cr2O72-(aq) → 2Cr3+(aq) + 7H2O(l)
4
Menyetarakan muatan kedua sisinya dengan penambahan elektron Setelah reaksi setara dalam jumlah atomnya, maka langkah selanjutnya adalah penyetarakan muatannya. Pada reaktan, muatannya berjumlah +12, sedangkan pada produk muatannya berjumlah +6, sehingga perlu dilakukan penambahan 6e diruas kiri. 6e + 14H+(aq) + Cr2O72-(aq) → 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) Untuk reaksi kedua Cl-(aq) → Cl2(g) Pada ruas kiri muatannya berjumlah -2, sedangkan diruas kanan muatannya berjumlah 0, sehingga penambahan elektron dilakukan pada ruas kanan sebesar 2e. 2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e
5
Menambahkan kedua reaksi dan mengalikan kedua setengah reaksi dengan faktor tertentu agar elektron yang terlibat saling meniadakan Langkah terakhir adalah penambahan kedua setengah reaksi agar menghasilkan reaksi secara lengkapnya, dengan syarat elektron yang terlibat harus meniadakan satu sama lainnya, maka setengah reaksi yang pertama (Cr2O72-(aq)) dikalikan dengan faktor pengali 1 dan setengah reaksi yang kedua dikalikan dengan faktor pengali 3 agar elektron dikedua persamaan saling meniadakan. (x1) 6e + 14H+(aq) + Cr2O72-(aq) → 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) 2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e (x3) maka, 6e + 14H+(aq) + Cr2O72-(aq) → 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) 6Cl-(aq) → 3Cl2(g) + 6e 14H+(aq)+Cr2O72-(aq) +6Cl-(aq) → 2Cr3+(aq) +7H2O(l) + 3Cl2(g)
14
Marilah kita menyetarakan reaksi oksidasi-reduksi dengan metode setengah reaksi untuk contoh reaksi berikut ini. CN-(aq) + MnO4-(aq) → CNO-(aq) + MnO2(s) (dalam suasana basa)
NO
LANGKAH KEGIATAN
1
Menuliskan setengah reaksi yang terjadi dan Menentukan spesi yang mengalami reduksi atau oksidasi.
Setengah reaksi yang terjadi adalah : CN-(aq) → CNO-(aq) MnO4-(aq) → MnO2(s) 2
Menyetarakan jumlah atomnya, sementara abaikan H dan O Pada persamaan yang pertama, CN-(aq) → CNO-(aq), jumlah atom C dan N sama. Tetapi pada produknya terdapat atom O. Selanjutnya dilakukan pada setengah reaksi yang kedua, yaitu MnO4-(aq) → MnO2(s). Jumlah atom Mn pada kedua ruas telah setara. Tetapi jumlah atom O belum setara.
3
Menyetarakan atom O dan H dengan cara penambahan H+, OH-, atau H2O Karena pada reaksi pertama terdapat atom O diruas kanan atau produk, maka diruas kiri harus dilakukan penambahan atom O yang diperoleh dari ion OH- karena reaksi dilakukan pada suasana basa, sehingga reaksi menjadi OH-(aq) + CN-(aq) → CNO-(aq) Jumlah atom O dan H dikedua ruas tidak sama, sehingga perlu dilakukan penyetaraan dengan penambahan atom H2O dan koefisien 2 untuk penyetaraan kedua ruas. 2OH-(aq) + CN-(aq) → CNO-(aq) + H2O(l) Penyetaraan selanjutnya dilakukan pada setengah reaksi yang kedua. Jumlah atom Mn pada kedua ruas telah setara. Tetapi jumlah atom O belum setara, sehingga dilakukan penyetaraan dengan langkah penambahan H2O pada kedua ruas dan elektron. 3e + 4H2O(l) + MnO4-(aq) → MnO2(s) + 2H2O(l) + 4OH-(aq)
15
NO 4
LANGKAH KEGIATAN Menyetarakan muatan kedua sisinya dengan penambahan elektron Langkah selanjutnya adalah menyetarakan muatan yang terlibat dalam reaksi tersebut. Ruas kiri jumlah muatannya -3, sedangkan ruas kanan -1, sehingga perlu dilakukan penambahan 2e pada ruas kanan agar reaksi setara. 2OH-(aq) + CN-(aq) → CNO-(aq) + H2O(l) + 2e Kedua setengah reaksi yang telah disetarakan adalah : 2OH-(aq) + CN-(aq)
→ CNO-(aq) + H2O(l) + 2e
3e + 4H2O(l) + MnO4-(aq) → MnO2(s) + 2H2O(l) + 4OH-(aq) 5
Menambahkan kedua reaksi dan mengalikan kedua setengah reaksi dengan faktor tertentu agar elektron yang terlibat saling meniadakan Reaksi total yang terjadi adalah : 2OH-(aq) + CN-(aq) → CNO-(aq) + H2O(l) + 2e 3e + 4H2O(l) + MnO4 (aq) → MnO2(s) + 2H2O(l) + 4OH-(aq)
(x3) (x2)
sehingga → 3CNO-(aq) + 3H2O(l) + 6e 6OH-(aq) + 3CN-(aq) 6e + 8H2O(l) + 2MnO4-(aq) → 2MnO2(s) + 4H2O(l) + 8OH-(aq) 6OH-(aq) + 3CN-(aq) + H2O(l) + 2MnO4-(aq) → 2MnO2(s) + 3CNO-(aq) + 2OH-(aq)
16
Pengertian Oksidasi-Reduksi
Contoh
a) berdasarkan penambahan dan pengurangan oksigen, reaksi oksidasi adalah penambahan oksigen pada suatu zat, sedangkan reduksi adalah pelepasan oksigen dari senyawanya.
reaksi oksidasi: 2Fe(s) + O2(g) --> 2FeO(s) C(s) + O2(g) --> CO2(g) reaksi reduksi: 2CuO(s) --> 2Cu(s) + O2(g) 2Fe2O3(s) --> 4FeO(s) + O2(g)
b) berdasarkan pelepasan dan penangkapan elektron, reaksi oksidasi adalah reaksi pelepasan elektron, sedangkan reaksi reduksi adalah reaksi penangkapan elektron.
reaksi oksidasi: Fe2+ = Fe3+ + e Cu = Cu2+ + 2e reaksi reduksi: Cl2 + 2e = 2 Cl2 H+ + 2e = H2
c) berdasarkan perubahan bilangan oksidasi, reaksi oksidasi adalah reaksi yang mengakibatkan peningkatan bilangan oksidasi, sedangkan reduksi adalah reaksi yang mengakibatkan penurunan bilangan oksidasi.
reaksi oksidasi Mg + 2 HCl = Mg2+ + H2 Fe + 3HCl = Fe3+ + 3Cl- + H2 reaksi reduksi 2H+(aq) + 2e- → H2(g)
17
Berikut ini langkah-langkah percobaan untuk simulator di atas. Langkah 1 2 3 4 5
18
Aktivitas pilihlah pasangan pengoksidasi dan pereduksi dengan cara memberikan tanda centang pada kotak yang tersedia klik SUBMIT untuk menjalankan reaksi oksidasi-reduksi tersebut perhatikan persamaan setengah reaksi tersebut. Seimbangkan sesuai dengan konsep menyeimbangkan reaksi oksidasi-reduksi yang telah Anda pelajari. Klik VOID untuk memilih H2O atau OH- atau H+. masukkan nilai koefisien untuk menyeimbangkan reaksi oksidasi dan reduksi tersebut bila sudah selesai, klik SUBMIT. Bila jawaban Anda masih salah, akan muncul komentar “no, modify” . Cobalah lagi mengulangi hingga mendapatkan jawaban yang benar.
No 1
Soal-Jawab Setarakan reaksi kimia berikut ini: Mn2+(aq) + NaBiO3(s) → Bi3+(aq) + MnO4-(aq) Jawaban 2Mn2+(aq) + 5NaBiO3(s) + 14H+(aq) → 5Bi3+(aq) + 2MnO4-(aq) + 5Na+(aq) + 7 H2O(l)
2
Setarakan reaksi berikut: NO2-(aq) + Al(s) → NH3(g) + Al(OH)4-(aq) Jawaban NO2-(aq) + 2Al(s) +7 H2O(l) + OH-(aq)→ NH3(g) + 2Al(OH)4-(aq)
19
No
Pertanyaan
1
Yang dimaksud dengan reduktor adalah : a Zat yang mengalami reaksi reduksi b Zat yang mengalami reaksi oksidasi c Zat yang menangkap elektron pada reaksi redoks d Zat yang mengalami penurunan bilangan oksidasi pada reaksi redoks e Zat yang melepaskan atom oksigen pada reaksi redoks
2
Jika diketahui bilangan oksidasi dari atom Cl adalah dari −1 sampai dengan +7, maka senyawa berikut yang tidak dapat menjadi oksidator adalah: a ClO2− b ClO3− c Cl2 d Cl− e ClO−
3
Pengertian dari reaksi disproporsionasi adalah sebuah reaksi yang… a Terjadi oksidasi dan reduksi secara bersamaan b Terjadi oksidasi dan reduksi secara berimbang c Terjadi oksidasi dan reduksi pada satu zat d Terjadi reduksi saja e Terjadi oksidasi saja
4
5
20
Jika diketahui reaksi redoks :
Al + NO3− → Al(OH)3 + NH3. maka diperoleh Al dan NO3− sebanyak a 8 Al dan 3 NO3− b 3 Al dan 8 NO3− c 3 Al dan 3 NO3− d 8 Al dan 8 NO3− e 3 Al dan 4 NO3− Tentukan nilai a, b, c, d, e, f, dan g dari reaksi berikut: CrI3 + b KOH + c Cl2 → d K2CrO4 + e KIO4 + f KCl + g H2O a 2, 64, 27, 2, 6, 54, 32 b 2, 27, 2, 64, 6, 54, 32 c 2, 64, 27, 6, 2, 54, 32 d 2, 64, 27, 2, 6, 32, 54 e 2, 64, 22, 7, 6, 54, 32
No
Pertanyaan
6
Banyaknya Fe2+ yang dapat dioksidasi oleh 1 mol Cr2O72− yang menghasilkan Fe3+ dan Cr3+ adalah a 1 mol b 2 mol c 3 mol d 4 mol e 6 mol
7
Jika diketahui persamaan reaksi redoks (belum setara) : KMnO4 + H2C2O4 + H+ → CO2 + Mn2+ + H2O maka jumlah KMnO4 0,1 M yang dibutuhkan untuk mengoksidasi 200mL H2C2O4 0.2M adalah a 160 mL b 200 mL c 120 mL d 80 mL e 320mL
8
Jumlah elektron yang digunakan dalam reaksi redoks berikut ini adalah : Sn + NO3- → Sn4+ + N2O a 1 elektron b 2 elektron c 3 elektron d 4 elektron e 5 elektron
9
Koefisien HCl dalam reaksi redoks berikut ini adalah : KMnO4 + H2C2O4 + HCl → CO2 + MnCl2 + H2O + KCl a 6 b 7 c 8 d 9 e 10
10
H2O2 dalam reaksi berikut bertindak sebagai : H2O2 + MnO4- → O2 + Mn2+ a Oksidator b Reduktor c Oksidator dan Reduktor d Molekul Spectator e Ion Spectator
21
22
Anode
Elektrode tempat terjadinya proses oksidasi. Dalam sel Volta disebut sebagai elektrode negatif.
Baterai
Sumber energi yang portable yang merupakan kumpulan sel Volta yang disusun secara seri.
Katode
Elektrode tempat terjadinya proses reduksi. Dalam sel Volta disebut sebagai elektrode positif.
Korosi
Proses teroksidasinya suatu logam dalam kehidupan sehari-hari, besi yang teroksidasi disebut dengan karat dengan rumus Fe 2O3.xH2O.
Oksidasi
Proses kimia yang mana spesi kimia mengalami pelepasan satu atau lebih elektron. Oksidasi merupakan kebalikan dari reduksi.
Potensial Sel
Beda potensial antara elektrode-elektrode dari suatu sel.
Reduksi
Proses kimia yang mana spesi kimia mengalami peningkatan satu atau lebih elektron. Reduksi merupakan kebalikan dari oksidasi.
Sel Bahan-bakar Sel Elektrolisis
Sebuah sel elektrokimia yang memanfaatkan energi listrik untuk menjalankan reaksi kimia yang secara alamiah tidak dapat berlangsung (memiliki nilai potensial sel negatif).
Setengah sel
Kompartemen anode atau katode dari sebuah sel elektrokimia, menyertakan semua reaksi yang terjadi pada elektrode tertentu.
Setengah reaksi
Reaksi redoks yang terjadi dalam setengah sel, terjadi pada anode atau pada katode.
71
72
1. 2. 3. 4. 5.
Brown, T.L. dan LeMay, H.E. Chemistry-The Central Science. Fifth. Ney Jersey USA : Prentice-Hall, Inc, 1991. Johari, J.M.C. dan Rachmawati, M. Chemistry 3A. s.l. : PT. Penerbit Erlangga, 2011. Zumdahl, S.S. Chemistry. Second . USA : D.C. Heath and Company, 1989. Rahayu, I. Praktis Belajar Kimia. s.l. : PT. Visindo Media Persada, 2009. Utami, B. dkk. Kimia Untuk SMA dan MA Kelas XII. . s.l. : Pusat Perbukuan, 2009.
73
74
Untuk memperkaya sumber belajar di lingkungan pendidikan diperlukan campur tangan perguruan tinggi yang memiliki ilmuwan, peneliti, innovator, dan co-kreator dalam bidang teknologi informasi dan komunikasi serta berpengetahuan dalam bidangnya. Idealnya, apabila sumber belajar ini mampu diakses oleh banyak pengguna, murah, dan dinamis, seyogyanya dapat diproduksi oleh dosen di perguruan tinggi dalam rangka menumbuh kembangkan technopreneurship perguruan tinggi. Alhamdulillah, melalui program kerjasama antara Institut Teknologi Sepuluh Nopember dengan Direktorat Pembelajaran dan Kemahasiswaan Ditjen Dikti ini telah dikembangkan sumber belajar untuk siswa SMA Kelas XII dengan topik Reaksi Redoks dan Elektrokimia. Sumber belajar ini dikemas dalam bentuk Buku Sekolah Interaktif, disamping modul berbasis Web (e-materi) sebagai pendampingnya. Buku Sekolah Interaktif dan e-materi ini sebagai contoh dalam pengembangan e-materi sekaligus contoh bagi penyusunan Buku Sekolah Elektronik. Buku Sekolah Interaktif dan e-materi ini merupakan sarana yang ampuh bagi siswa dan mahasiswa untuk belajar tanpa mengenal keberadaannya dan waktunya. Ketersediaan Buku Sekolah Interaktif dan e-materi semacam ini diharapkan dapat memberikan kontribusi bagi pembelajaran yang sangat efisien, karena sumber belajar yang sama dapat digunakan oleh ribuan orang dalam waktu yang bersamaan. Pembelajaran akan menarik terutama bagi siswa, karena informasi yang dihadirkan dalam sarana ini mudah dipahami, menyenangkan, membuat peserta belajar semakin penasaran untuk lebih tahu, dan murah. Konten yang lengkap dan jelas akan menumbuhkan minat belajar dan akan semakin digemari sampai tumbuhnya masyarakat yang cerdas, kaya pengetahuan, bahkan sampai berkemampuan mengembangkan ilmu pengetahuannya melalui percobaan, penelitian, kajian yang akhirnya akan berdaya dengan pengembangan kompetensinya. Pada program ini, e-materi dikembangkan dengan strategi objek pembelajaran dimana materi pelajaran dipecah ke dalam bagian-bagian kecil menggunakan prinsip keberbutiran dan mewujudkannya sebagai objek lepasan yang dapat dilepas dan dirangkai kembali hingga dapat menjalankan mekanisme share dan reuse objek pembelajaran. Mekanisme share dan reuse dalam pengembangan dan manajemen konten pembelajaran sangat mendukung program berbagi e-materi sehingga dapat membantu untuk membudayakan berbagi ilmu-pengetahuan, teknologi dan seni.
75
