KEGIATAN BELAJAR

Orientasi Masalah

 

Dalam kehidupan sehari-hari kita menyaksikan makanan segar berubah jadi busuk atau basi dalam waktu tertentu; beras berubah jadi nasi setelah dimasak; nyala kembang api yang indah pada malam tahun baru berasal ledakan kecil senyawa logam (garam logam);  pagar, paku, dan rantai yang terbuat dari besi akan berkarat setelah lama dipakai; bunyi petasan meledak; kayu dibakar menjadi arang dan asap; nyala api biru pada kompor gas terjadi karena ada pembakaran gas dari dalam tabung yang berubah jadi energi panas yang digunakan untuk memasak; motor dan mobil dapat bergerak karena ada pembakaran bensin dari dalam tangki yang berubah jadi energi gerak. Semua peristiwa tersebut terjadi karena ada reaksi kimia. Khususnya reaksi reduksi dan oksidasi. Bagaimana konsep dari reaksi oksidasi dan reduksi dapat menjelaskan beberapa kejadian diatas? 

sebelum menjawab pertanyaan diatas, yuk kita pahami terlebih dahulu konsep dari reaksi reduksi dan oksidasi!

Uraian Materi

Dalam mempelajari reaksi redoks, terjadi perekmbangan dalam konsepnya. Dimulai dari konsep pelepasan dan pengikatan oksigen, pelepasan dan pengikatan elektron serta penurunan dan peningkatan bilangan oksidasi.

1.         Konsep Pelepasan dan Pengikatan Oksigen

Pada awalnya, konsep reaksi reduksi dan oksidasi (redoks) sebatas hanya pada reaksi yang melibatkan pelepasan dan pengikatan oksigen.

Reaksi Reduksi ketika terjadi pelepasan oksigen oleh suatu senyawa, contohnya:

2HgO(s) → 2Hg(l) + O₂(g)

Reaksi Oksidasi ketika unsur atau senyawa mengikat oksigen, contohnya:

2Na(s) + O₂(g) → Na₂O(s)

2.         Konsep Pelepasan dan Pengikatan Elektron

Konsep Reaksi redoks selanjutnya dijelalaskan dengan  mengguanakn konsep transfer elektron. Berdasarkan konsep ini dapat ditunjukkan bahwa peristiwa reaksi oksidasi berlangsung secara bersamaan. Namun cara ini hanya mudah digunakan untuk senyawa-senyawa ion saja sedangkan tidak untuk senyawa kovalen.

Misalkan:

Na(s) + Cl₂(g) → NaCl(s)

Reaksi oksidasi adalah pelepasan elektron

Na(s) → Na⁺(s) +  e ^-

Reaksi reduksi adalah reaksi pengikatan elektron

Cl₂(g) + e ^-  → Cl^-(s)

3.         Konsep Penurunan dan Peningkatan Bilangan Oksidasi (Biloks)

Konsep reaksi redoks yang lebih universal untuk menjawab permasalahan yang terjadi yakni konsep reaksi redoks berdasarkan perubahan bilangan oksidasi. Reaksi redoks yang sukar dijelaskan dengan konsep pelepasan dan pengikatan oksigen serta konsep transfer eleketron dapat dengan mudah dijelaskan menggunakan konsep perubahan bilangan oksidasi.

Bilangan oksidasi dapat ditentukan dengan menggunakan ketentuan-ketentuan berikut:

1) Bilangan oksidasi unsur bebas (tidak bersenyawa) memiliki bilangan oksidasi 0. Yang merupakan unsur bebas yakni suatu atom, molekul homodiatomik (molekul yang atom penyususnnya hanya 1 jenis), atau molekul homopoliatomik.

Contohnya seperti Na, O₂, S₈, dll.

2) Jumlah bilangan oksidasi dari atom-atom penyusun senyawa netral hasilnya 0. Artinya, bilangan oksidasi dalam sebuah senyawa netral tersebut apabila dijumlahkan  hasilnya 0.

Contohnya:

Pada senyawa H₂SO₄ , (2 x biloks atom H) + (1 x biloks atom S) + (4 x biloks atom O) = 0

3) Jumlah bilangan oksidasi dari atom-atom penyusun uatu ion poliatomik adalah sama dengan muatan ion tersebut.

Contoh:

Pada ion Cr₂O₇^2-, (2 x biloks atom Cr) + (7 x biloks atom O) = -2

4)  Unsur unsur tertentu memiliki bilangan oksidasi tertentu ketika membentuk suatu senyawa.

ü  Atom-atom golongan IA (Li, Na, K, Rb,Cs, dan Fr) dalam senyawa selalu mempunyai bilangan oksidasi +1

ü  Atom-atom golongan IIA (Be, Mg, Ca, Sr, Ba) dalam senyawa selalu mempunyai bilangan oksidasi +2

ü  Atom-atom golongan IIIA (B, Al,Ga) dalam senyawa selalau mempunyai bilangan oksidasi +3

ü  Atom Hidrogen (H) di dalam senyawa umumnya mempunyai bilangan oksidasi +1, kecuali dalam hidrida logam (hidrogen yang berikatan dengan atom golongan IA, IIA, atau IIIA) seperti LiH, CaH₂, AlH₃, yang mempunyai bilangan oksidasi -1.

ü  Atom oksigen (O) di dalam senyawa misalnya: H2O, umumnya mempunyai bilangan oksidasi -2, kecuali pada senyawa peroksida (H₂O₂, Na₂O, dan BaO₂)  memiliki bilangan oksidasi -1, sedangkan pada OF₂ bilangan oksidasinya +2

5)   Atom flour mempunyai bilangan oksidasi -1.

6) Unsur- unsur selain yang disebutkan diatas terutama unsur-unsur golongan transisi biasanya memiliki bilangan oksidasi lebih dari 1, seperti unsur Fe yang memiliki bilangan oksidasi +2 atau +3.

Contoh:

Tentukan bilangan oksidasi atom belerang pada H₂S.

Penyelesaian:

H₂S merupakan senyawa netral, maka Jumlah bilangan oksidasi dari atom-atom penyusunnya adalah 0 (ketentuan no 2).

Dari  ketentuan biloks atom H diketahui +1(ketentuan no 4), maka:

(2 x biloks atom H) + (1 x biloks atom S) = 0

(2 x 1) + (biloks atom S) = 0

Biloks atom S = -2

 

Tentukan bilangan oksidasi atom S pada ion SO₄^2-

Penyelesaian:

SO₄^2-merupakan ion poliatomik, maka jumlah bilangan oksidasi dari atom-atom penyusunnya adalah muatan ion itu sendiri yaitu -2 (ketentuan no 3).

Dari ketentuannya biloks atom O diketahui -2 (ketentuan no 4), maka:

(1 x biloks atom S) + (4 x biloks atom O) = -2

biloks atom S + (4 x (-2)) = -2

biloks atom S + (-8) = -2

biloks atom S = -2 + 8

biloks atom S = +6

c.    Reaksi redoks berdasarkan bilangan oksidasi

Mengidentifikasi reaksi redoks melalui bilangan oksidasi dilihat dari perubahan bilangan oksidasinya sebelum bereaksi (zat reaktan) dan sesudah bereaksi (zat produk). Reaksi oksidasi ditandai dengan naiknya bilangan oksidasi (biloks zat reaktan <  biloks zat produk). Sedangkan reaksi reduksi ditandai dengan turunnya bilangan oksidasi (biloks zat reaktan > biloks zat produk). Zat yang mengalami oksidasi disebut dengan reduktor. Sedangkan zat yang mengalami reduksi disebut dengan oksidator. 

Contoh:

H₂(g)+ O₂(g) → H₂O(g)

Penyelesaian:

Ø  Menentukan bilangan oksidasi dari masing- masing atom

H₂ merupakan unsur bebas sehingga nilai biloksnya 0

O₂ merupakan unsur bebas sehingga nilai biloksnya 0

H₂O merupkan senyawa netral yang jumlah biloks dari atom-atom=0, maka

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

(2 x 1) + (-2) = 0

2 – 2 = 0

(ruas kanan dan ruas kiri sama-sama 0)

Maka pada senyawa H₂O, 

Biloks atom H = +1 dan Biloks atom O = -2

Ø  Tuliskan pada reaksi kimianya, bandingkan bilangan oksidasi antar atom yang sama antara ruas kiri dan ruas kanan, tentukan mana yang biloksnya naik, mana yang turun

 H₂ mengalami oksidasi sehingga merupakan Reduktor

O₂ mengalami reduksi sehingga merupakan Oksidator

Fenomena Reaksi Reduksi dan Oksidasi dalam Kehidupan Sehari-hari

Dalam kehidupan sehari-hari banyak fenomena yang dapat dijelaskan dengan menggunakan konsep reaksi reduksi oksidasi. Dengan menggunakan konsep reduksi dan oksidasi ini didapatkan alternatif-alternatif penyelesaian fenomena yang merugikan (seperti perkaratan logam, penyakit yang diakibatkan oleh radikal bebas, dll), sebagai kepentingan industri, ataupun sebagai pengetahuan saja. Berikut contoh penjelasan fenomena dari reaksi redoks (reduksi dan oksidasi)   

Perkaratan Besi (Korosi Besi)

Proses korosi merupakan contoh lain dari reaksi redoks dalam kehidupan sehari-hari. Saat kontak dengan logam, misalnya sebuah pintu besi, beberapa atom oksigen yang ada dalam air mengoksidasi besi (atau logam) dan, dengan demikian, mengarah pada pembentukan ion hidrogen bebas. Ion hidrogen yang dihasilkan bergabung dengan oksigen untuk menghasilkan air, dan seluruh siklus dimulai lagi.

Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi reduksi oksidasi (redoks) antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya, yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan. Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi. Pada peristiwa korosi, logam mengalami reaksi oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reaksi reduksi. Karat logam umumnya berupa oksida atau karbonat. Rumus kimia karat besi adalah Fe₂O₃.nH₂O, suatu zat padat yang berwarna coklat-merah.

Korosi merupakan proses kimia (pada korosi kering) atau proses elektrokimia (pada korosi basah). Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi itu berlaku sebagai anoda, di mana besi mengalami oksidasi.

Fe(s) → Fe₂⁺(aq) + 2e^–

Elektron yang dibebaskan di anoda mengalir ke bagian lain dari besi itu yang bertindak sebagai anoda, di mana oksigen tereduksi.

O₂(g) + 4H⁺ (aq) + 4e^- →  2H₂O(g)  atau

O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e^- →  4OH^– (aq)

Reaksi Oksidasi lanjutan

2Fe₂⁺(aq) + O₂(g) + (2+n)H₂O  → Fe₂O₃.nH₂O(s) (senyawa karat) + 4H⁺(aq)

Ion besi (II) yang terbentuk pada anoda selanjutnya teroksidasi membentuk ion besi(III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi, yaitu karat besi. Mengenai bagian mana dari besi itu yang bertindak sebagai anoda dan bagian mana yang bertindak sebagai katoda, bergantung pada berbagai faktor, misalnya zat pengotor atau perbedaan kerapatan muatan listrik dari logam itu. Penyebab utama terjadinya korosi besi adalah adanya oksigen di udara dan air.

sumber:https://www.youtube.com/watch?v=avyLUuE4w3I

Besi tidak akan berkarat di udara kering atau di air yang bebas dari oksigen. Jadi baik oksigen maupun air merupakan senyawa yang penting dalam korosi. Proses korosi ini juga dipercepat oleh adanya asam dan elektrolit, kontak dengan logam yang lebih tidak reaktif seperti tembaga (Cu), dan karat itu sendiri.

Korosi adalah masalah ekonomi yang serius, sekitar 15% dari produksi besi tahunan digunakan untuk mengganti besi yang tidak dapat digunakan lagi karena korosi. Korosi dapat menyerang hanya bagian luar saja dan benda logam masih dapat berfungsi, akan tetapi karat yang ada akan merusak pemandangan. Selain itu, korosi juga dapat menyerang bagian dalam dan merusak seluruh struktur, hal ini sangat berbahaya, untuk itu diperlukan lapisan pelindung. Dilihat dari jenis lingkungannya, korosi dapat terjadi pada lingkungan kering, basah, atmosfer, dan tanah.

Karena oksigen dan air merupakan hal yang penting dalam korosi, maka cara yang terbaik untuk mencegah terjadinya korosi adalah dengan melindungi logam dari kedua senyawa tersebut. Beberapa cara melindungi diantaranya adalah : modifikasi lingkungan, modifikasi sifat logam, menggunakan lapisan pelindung, dan proteksi katodik.

1.          Modifikasi lingkungan

         Dapat dilakukan dengan :

a.    Menghilangkan semua senyawa yang mendorong terjadinya korosi diantaranya oksigen, asam, garam, uap air, dan partikel padat. Menghilangkan oksigen terlarut dalam air dapat dilakukan secara fisik yaitu deaerasi atau secara kimia yaitu dengan menambahkan zat pereduksi seperti N₂H₄, Na₂SO₃, dan lainnya. Asam dapat dinetralkan dengan kapur, sedangkan garam dapat dihilangkan dengan menggunakan resin penukar ion. Uap air di udara dapat dihilangkan dengan menggunakan silica gel, sedangkan partikel padat diudara dapat dihilangkan dengan menyaring dengan saringan yang sesuai.

b.   Menghambat reaksi korosi dengan menambahkan senyawa inhibitor ke dalam lingkungan. Inhibitor adalah senyawa anorganik (anodik dan katodik) atau organik yang ditambahkan dalam jumlah kecil ke lingkungan korosif di sekitar logam atau kombinasi logam (alloy), dan inhibitor akan menghambat kecepatan korosi. Seperti telah dibahas sebelumnya, bahwa reaksi korosi adalah reaksi redoks pada sel elektrokimia yang menghasilkan arus listrik. Inhibitor merupakan senyawa yang dapat  digunakan untuk mengurangi perbedaan potensial, apabila senyawa tersebut menghambat arus listrik pada anoda maka disebut inhibitor anodik, sedangkan yang menghambat arus listrik pada katoda disebut inhibitor katodik. Pada reaksi anoda, digunakan inhibitor anodik seperti Na₂CrO₄ atau NaNO₂ (zat pengoksidasi) untuk mencegah pengendapan Fe(OH)₂, dengan tidak terbentuknya endapan Fe(OH)₂ maka proses korosi berhenti. Pada reaksi katoda, digunakan inhibitor katodik seperti ZnSO₄ atau MgSO₄ untuk mencegah reduksi O₂ menjadi ion OH^– pada katoda. Inhibitor pengoksidasi dan indikator alkalin hanya efektif digunakan pada larutan netral atau basa. Pada larutan asam dapat digunakan inhibitor organik seperti senyawa organik yang mengandung sulfur atau nitrogen.

2.         Modifikasi sifat logam

Memodifikasi lingkungan untuk mengurangi efek korosi tidak selalu merupakan cara yang baik atau cara yang dapat dilakukan. Pada pabrik kimia, penggunaan inhibitor mungkin akan menyebabkan masalah kontaminasi, yang mengakibatkan produk tidak sesuai untuk dipasarkan atau digunakan. Untuk itu dapat dipilih logam atau alloy dengan sifat yang sesuai, atau memodifikasi sifat logam melalui alloy-ing (penambahan logam lain), refining (pemurnian), dan annealing (penguatan). Pada keadaan asam, alloy-ing digunakan untuk mencegah korosi dengan cara mempasifkan, menetralkan, dan menghambat.

3.         Lapisan pelindung

Tujuan utama dari lapisan pelindung adalah melindungi permukaan logam dari kontak dengan oksigen dan uap air di udara.

4.         Proteksi katodik

Metoda ini sesuai untuk struktur yang terendam dalam larutan atau terkubur dalam tanah yang menghantar listrik. Metoda ini melibatkan perubahan potensial elektrokimia dari logam untuk mencegah atau sekurang-kurangnya mengurangi pelarutan logam tersebut. Logam yang akan dilindungi difungsikan sebagai katoda sehingga terlindungi dari proses korosi. Dengan demikian perlu dicari logam yang lebih tidak mulia untuk dijadikan anoda. Untuk melindungi baja, digunakan Mg, Zn, Al, atau alloy sebagai logam yang dikorbankan (anoda). Untuk melindungi Cu, dapat digunakan baja karbon sebagai anoda. Pipa untuk mengalirkan air minum, minyak, dan gas, perlu dilindungi dengan menyambungkan dengan logam yang lebih tidak mulia sebagai anoda pada tempat-tempat sepanjang pipa.

wow, ternyata banyak sekali fenomena disekitar kita yang dapat dijelaskan oleh konsep reaksi reduksi dan oksidasi ini yaa.. yuk coba ikuti langkah-langkah dibawah untuk semakin paham konsep dari reaksi redoks

Pengorganisasian, Petunjuk Penyelidikan Tugas Belajar serta Pengembangan dan Penyajian Hasil Karya

Untuk lebih mudah memecahkan masalah  tesebut, ikuti langkah-langkah berikut:

1.     1. Carilah teman untuk berdiskusi bisa 2 – 3 orang teman

2. Tentukanlah 1-2 masalah/fenomena dalam kehidupan sehai-hari yang berkaitan dengan reaksi redoks akan didiskusikan

3. Diskusikanlah dengan temanmu dari penyebab tejadinya fenomena tersebut, bagaimana poses terjadinya (reaksi kimia) , manfaatnya, hingga cara mengatasinya dan apapun yang ingin didiskusikan

4. Carilah sumber-sumber yang berkaitan dengan fenomena tersebut melalui buku, internet, jurnal, atau sumber informasi lainnya.

5.   Susunlah hasil diskusi Anda dalam bentuk sekreatif mungkin (word/ppt/video)

6. Kumpulkan hasil diskusi dengan membagikan link google drive/youtube/blog/dll (jika disimpan di google drive/youtube/blog/dll) kemudian kirimkan link tersebut di kolom komentar.

7.  Tanyakan hal-hal yang perlu ditanyakan melalui kolom komentar yang ada di blog ini

8.  Persentasikanlah Hasil diskusimu di depan kelas (optional)

Menganalisis dan Mengevaluasi Proses Pemecahan Masalah

Setelah mengerjakan diskusi di atas,  

Yuk kunjungi link dibawah ini:

Tugas Evaluasi

Halaman Selanjutnya