PENYETARAAN REAKSI REDOKS

A.       Tujuan pemelajaran

          Setelah kegiatan belajar diharapkan anda dapat:

1.               Menyetarakan reaksi redoks dengan cara setengah reaksi (ion elektron)

2.               Menyetarakan reaksi redoks dengan cara perubahan bilangan oksidasi (PBO)

B.       Materi

Persamaan Ion Untuk Reaksi REDOKS

Berikut akan dijelaskan bagaimana mengerjakan setengah-reaksi elektron untuk proses oksidasi dan reduksi, kemudian bagaimana menggabungkan setengah-reaksi tersebut untuk mendapat persamaan ion untuk reaksi redoks secara utuh. Ini merupakan pelajaran yang penting dalam kimia anorganik.

1.       Setengah-Reaksi Elektron
 1.1    Apakah setengah-reaksi elektron?
          Ketika magnesium mereduksi tembaga(II)oksida dalam suhu panas menjadi tembaga, persamaan ion untuk reaksi itu adalah:

Kita dapat membagi persamaan ion ini menjadi dua bagian, dengan melihat dari sisi magnesium dan dari sisi ion tembaga(II) secara terpisah. Dari sini terlihat jelas bahwa magnesium kehilangan dua elektron, dan ion tembaga(II) yang mendapat dua elektron tadi.

Kedua persamaan di atas disebut "setengah-reaksi elektron" atau "setengah-persamaan" atau "setengah-persamaan ionik" atau "setengah-reaksi", banyak sebutan tetapi mempunyai arti hal yang sama.
          Setiap reaksi redoks terdiri dari dua setengah-reaksi. Pada salah satu reaksi terjadi kehilangan elektron (proses oksidasi), dan di reaksi lainnya terjadi penerimaan elektron (proses reduksi).

1.2     Mengerjakan setengah-reaksi elektron dan menggunakannya untuk

          membuat persamaan ion
          Pada contoh di atas, kita mendapat setengah-reaksi elektron dengan memulai dari persamaan ion kemudian mengeluarkan masing-masing setengah-reaksi dari persamaan tersebut. Itu merupakan proses yang tidak benar.

Pada kenyataannya, kita hampir selalu memulai dari setengah-reaksi elektron dan menggunakannya untuk membuat persamaan ion.

Contoh 1: Reaksi antara klorin dan ion besi(II)
 Gas klorin mengoksidasi ion besi(II) menjadi ion besi(III). Pada proses ini,  

 klorin direduksi menjadi ion klorida. Sebagai permulaan kita buat dahulu

 masing-masing setengah-reaksi.
Untuk klorin, seperti kita ketahui klorin (sebagai molekul) berubah menjadi ion klorida dengan reaksi sebagai berikut:

Pertama, kita harus menyamakan jumlah atom di kedua sisi:

Penting untuk diingat, jumlah atom harus selalu disamakan dahulu sebelum melakukan proses selanjutnya. Jika terlupa, maka proses selanjutnya akan menjadi kacau dan sia-sia.

Kemudian untuk menyempurnakan setengah-reaksi ini kita harus menambahkan sesuatu. Yang bisa ditambah untuk setengah-reaksi adalah:

* Elektron
* Air
* Ion hidrogen (H⁺) (kecuali jika reaksi terjadi dalam suasana basa, jika demikian yang bisa ditambahkan adalah ion hidroksida (OH^-)

Dalam kasus contoh di atas, hal yang salah pada persamaan reaksi yang kita telah buat adalah muatannya tidak sama. Pada sisi kiri persamaan tidak ada muatan, sedang pada sisi kanannya ada muatan negatif 2 (untuk selanjutnya disingkat dengan simbol : 2-).

          Hal itu dapat dengan mudah diperbaiki dengan menambah dua elektron pada sisi kiri persamaan reaksi. Akhirnya didapat bentuk akhir setengah-reaksi ini:

Proses yang sama juga berlaku untuk ion besi(II). Seperti telah diketatahui, ion besi(II) dioksidasi menjadi ion besi(III).

Jumlah atom dikedua sisi telah sama, tetapi muatannya berbeda. Pada sisi kanan, terdapat muatan 3+, dan pada sisi kiri hanya 2+.
Untuk menyamakan muatan kita harus mengurangi muatan positif yang ada pada sisi kanan, yaitu dengan menambah elektron pada sisi tersebut:

1.3           Mengabungkan setengah reaksi untuk mendapat persamaan ion

          untuk reaksi redoks
Sekarang kita telah mendapatkan persamaan dibawah ini:

Terlihat jelas bahwa reaksi dari besi harus terjadi dua kali untuk setiap molekul klorin. Setelah itu, kedua setengah-reaksi dapat digabungkan.

Tapi jangan berhenti disitu! Kita harus memeriksa kembali bahwa semua dalam keadaan sama atau setara, baik jumlah atom dan muatannya. Sangat mudah sekali terjadi kesalahan kecil (tapi bisa menjadi fatal!) terutama jika yang dikerjakan adalah persamaan yang lebih rumit.

Pada persamaan terakhir, terlihat bahwa tidak ada elektron yang diikutsertakan. Pada persamaan terakhir ini, di kedua sisi sebenarnya terdapat elektron dalam jumlah yang sama, jadi saling meniadakan, dapat dicoret, dan tidak perlu ditulis dalam persamaan akhir yang dihasilkan.

Contoh 2: Reaksi antara hidrogen peroksida dan ion manganat(VII)
          Persamaan reaksi pada contoh 1 merupakan contoh yang sederhana dan cukup mudah. Tetapi teknik atau cara pengerjaannya berlaku juga untuk reaksi yang lebih rumit dan bahkan reaksi yang belum dikenal.
          Ion manganat(VII), MnO₄^-, mengoksidasi hidrogen peroksida, H₂O₂, menjadi gas oksigen. Reaksi seperti ini terjadi pada larutan kalium manganat(VII) dan larutan hidrogen peroksida dalam suasana asam dengan penambahan asam sulfat.
Selama reaksi berlangsung, ion manganat(VII) direduksi menjadi ion mangan(II).
          Kita akan mulai dari setengah-reaksi dari hidrogen peroksida

Jumlah atom oksigen telah sama/ setara, tetapi bagaimana dengan hidrogen?
          Yang bisa ditambahkan pada persamaan ini hanyalah air, ion hidrogen dan elektron. Jika kita menambahkan air untuk menyamakan jumlah hidrogen, jumlah atom oksigen akan berubah, ini sama sekali salah.
          Yang harus dilakukan adalah menambahkan dua ion hidrogen pada sisi kanan reaksi:

Selanjutnya, kita perlu menyamakan muatannya. Kita perlu menambah dua elektron pada sisi kanan untuk menjadikan jumlah muatan di kedua sisi 0.

Sekarang untuk setengah-reaksi manganat(VII): Ion manganat(VII) berubah menjadi ion mangan(II).

Jumlah ion mangan sudah setara, tetapi diperlukan 4 atom oksigen pada sisi kanan reaksi. Satu-satunya sumber oksigen yang boleh ditambahkan pada reaksi suasana asam ini adalah air.

Dari situ ternyata ada tambahan hidrogen, yang juga harus disetarakan. Untuk itu, kita perlu tambahan 8 ion hidrogen pada sisi kiri reaksi.

Setelah semua atom setara, selanjutnya kita harus menyetarakan muatannya. Pada tahapan reaksi diatas, total muatan disisi kiri adalah 7+ (1- dan 8+), tetapi pada sisi kanan hanya 2+. Jadi perlu ditambahkan 5 elektron pada sisi kiri untuk mengurangi muatan dari 7+ menjadi 2+.

Dapat disimpulkan, urutan pengerjaan setengah reaksi ini adalah:

• Menyetarakan jumlah atom selain oksegen dan hidrogen.
• Menyetarakan jumlah oksigen dengan menambah molekul air (H₂O).
• Menyetarakan jumlah hidrogen dengan menambah ion hidrogen (H+).
• Menyetarakan muatan dengan menambah elektron. 

1.4     Menggabungkan setengah-reaksi untuk membuat persamaan reaksi
Kedua setengah-reaksi yang sudah kita dapat adalah: 

Supaya dapat digabungkan, jumlah elektron dikedua setengah-reaksi sama banyak. Untuk itu setengah-reaksi harus dikali dengan faktor yang sesuai sehingga menghasilkan jumlah elektron yang setara. Untuk reaksi ini, masing-masing setengah reaksi dikalikan sehingga jumlah elektron menjadi 10 elektron.

Tapi kali ini tahapan reaksi belum selesai. Dalam hasil persamaan reaksi, terdapat ion hidrogen pada kedua sisi reaksi

Persamaan ini dapat disederhanakan dengan mengurangi 10 ion hidrogen dari kedua sisi sehingga menghasilkan bentuk akhir dari persamaan ion ini. Tapi jangan lupa untuk tetap memeriksa kesetaraan jumlah atom dan muatan! 

Sering terjadi molekul air dan ion hidrogen muncul di kedua sisi persamaan reaksi, jadi harus selalu diperiksa dan kemudian disederhanakan. 

Contoh 3: Oksidasi etanol dengan kalium dikromat(VI) suasana asam
          Tehnik yang telah dijelaskan tadi dapat juga digunakan pada reaksi yang melibatkan zat organik. Larutan kalium dikromat(VI) yang diasamkan dengan asam sulfat encer dapat digunakan untuk mengoksidasi etanol, CH₃CH₂OH, menjadi asam etanoat, CH₃COOH.
          Sebagai oksidator adalah ion dikromat(VI), Cr₂O₇^2-, yang kemudian tereduksi menjadi ion kromium (III), Cr³⁺.

Pertama kita akan kerjakan setengah-reaksi etanol menjadi asam etanoat.
- Tahapan reaksi seperti contoh sebelumnya, dimulai dengan menulis reaksi utama yang terjadi, yang diketahui dari soal.

- Setarakan jumlah oksigen dengan menambah molekul air pada sisi kiri:

- Tambahkan ion hidrogen pada sisi kanan untuk menyetarakan jumlah hidrogen:

- Selanjutnya, setarakan muatan dengan menambah 4 elektron pada sisi kanan sehingga menghasilkan total muatan nol pada tiap sisi:

Setengah reaksi untuk dikromat(VI) agak rumit dan jika tidak teliti dapat menjebak:
          - Buat persamaan reaksi utama:

        - Setarakan jumlah kromium. Hal ini sering dilupakan, dan jika ini terjadi  

          akan fatal, karena hasil reaksi selanjutnya akan salah. Jumlah muatan  

           akan salah, faktor pengali yang digunakan juga akan salah. Sehingga

          keseluruhan persamaan reaksi akan salah.

        - Kemudian setarakan oksigen dengan menambah molekul air:

        - Setarakan jumlah hidrogen dengan menambah ion hidrogen:

        - Selanjutnya setarakan muatannya. Tambah 6 elektron pada sisi kiri sehingga jumlah

          muatan menjadi 6+ pada tiap sisi.

1.5     Menggabungkan setengah-reaksi untuk mendapat persamaan reaksi
Sejauh ini setengah reaksi yang telah kita dapat adalah:

Untuk menyelesaikan persamaan ini kita harus mengubah jumlah elektron, dengan jumlah terkecil yang dapat habis dibagi 4 dan 6, yaitu 12. Jadi faktor pengali untuk persamaan ini adalah 3 dan 2.

Dapat dilihat ada molekul air dan ion hidrogen pada kedua sisi persamaan. Ini dapat disederhanakan menjadi bentuk akhir persamaan reaksi:

e.       Reaksi Redoks Dalam Suasana Basa
          Menyelesaikan soal persamaan setegah-reaksi dalam suasana basa lebih rumit daripada yang telah dijelaskan pada bagian-bagian sebelumnya. Disini akan dijelaskan bagaimana mengerjakan persamaan setengah-reaksi redoks dalam suasana basa, dan bagaimana menggabungkannya untuk mendapat persamaan ion yang lengkap.
 Ketika mengerjakan setengah-reaksi seperti diatas, kita hanya dapat menambahkan:

                     * elektron
                     * air
                     * ion hidrogen (kecuali reaksi dalam suasana basa, dapat  

                       menambahkan ion hidroksida)
 Ketika mengerjakan reaksi dalam suasana asam atau netral, urutan pengerjaannya biasanya:
* Menyetarakan atom, selain oksigen dan hidrogen.
* Menyetarakan oksigen dengan menambahkan molekul air.
* Menyetarakan hidrogen dengan menambahkan ion hidrogen.
* Menyetarakan muatan dengan menambahkan elektron.

 

1.       Bagaimana perbedaan dengan reaksi dalam susana basa?
          Permasalahan dalam pengerjaan ini adalah molekul air dan ion hidrogen yang ditambahkan untuk menyetarakan persamaan reaksi dalam suasana basa mengandung hidrogen dan oksigen.
          Untuk menyetarakan oksigen, kita dapat menambahkan H₂O atau OH^- pada persamaan. Begitu juga ketika ingin menyetarakan hidrogen. Bagaimana kita tahu harus memulai dengan apa?
          Dalam beberapa kasus, dapat jelas terlihat bagaimana mengerjakan soal menggunakan ion hidroksida. Tetapi jika tidak, kita dapat mengerjakan setengah-reaksi seperti pengerjaan reaksi dalam suasana asam yang telah dijelaskan sebelumnya, yaitu dengan menulis molekul air, ion hidrogen, dan elektron.
          Ketika diperoleh setengah-reaksi yang setara, kita ubah persamaan tersebut dalam suasana basa. Untuk lebih jelas kita akan lihat contoh berikut.

 

Contoh :

Persamaan reaksi dalam contoh ini mungkin belum anda kenal. Tetapi itu bukan masalah, yang penting adalah bagaimana mengerjakan persamaan reaksinya.

1) Oksidasi kobalt(II) menjadi kobalt(III) dengan hidrogen peroksida
Jika kita menambahkan larutan amonia berlebih ke dalam larutan mangandung ion kobalt(II), kita akan mendapat ion kompleks, ion heksaaminkobalt(II), Co(NH₃)₆²⁺. Ion ini dioksodasi dengan cepat oleh larutan hidrogen peroksida menjadi ion heksaaminkobalt(III),Co(NH₃)₆³⁺.Larutan amonia, jelas, bersifat basa.
Setengah-reaksi untuk kobalt cukup mudah. Dimulai dengan menulis apa yang kita tahu dari soal.

Semua atom sudah setara, hanya muatan yang belum setara. Dengan menambah satu elektron pada sisi kanan akan menyetarakan muatan, yaitu 2+.

Setengah-reaksi hidrogen peroksida juga tidak terlalu sulit, kecuali kita belum tahu apa hasil reaksi dari hidrogen peroksida ini, jadi kita harus menebak. Persamaan akan setara jika kita buat 2 ion hidrogen pada sisi kanan.

Kemudian kita hanya perlu menambah 2 elektron pada sisi kiri untuk menyetarakan muatan.

2.       Menggabungkan setengah-reaksi untuk mendapat persamaan reaksi
           Yang telah kita dapat sejauh ini adalah:

Perkalian dan penjumlahan setengah reaksi:

Dan selesai, satu contoh yang mudah!

 

 Contoh 2.

          Oksidasi besi(II)hidroksida oleh udara
Jika kita menambah larutan natrium hidroksida ke dalam larutan senyawa besi(II), kita            akan mendapat endapan hijau besi(II)hidroksida. Endapan ini cepat dioksidasi oleh                oksigen dari udara manjadi endapan jingga-coklat besi(III)hidroksida. Setengah-reaksi untuk besi(II)hidroksida sangat sederhana. 

Kita mulai dengan yang  kita tahu dari soal.

Kita jelas perlu ion hidroksida lain pada sisi kiri. Ini bahkan lebih sederhana dan mudah dari contoh sebelumnya

Untuk menyetarakan muatan, kita tambah satu elektron pada sisi kanan

Setengah reaksi untuk oksigen tidak terlalu mudah. Kita tidak tahu apa hasil reaksi yang terbentuk.

Tidak pasti apakah kita perlu menyetarakan oksigen dengan molekul air atau ion hidroksida pada sisi kanan. Untuk soal ini, kita akan buat seolah-olah reaksi dalam suasana asam.
         

          Pada kasus ini, kita hanya dapat menyetarakan oksigen dengan menambah molekul air pada sisi kanan

Setarakan hidrogen dengan menambah ion hidrogen pada sisi kiri.

Lalu, setarakan muatan dengan menambah 4 elektron

Sekarang kita dapat setengah reaksi yang setara. Permasalahannya kini, persamaan itu hanya jika dalam suasana asam. Reaksi yan gkita kerjakan adalah suasana basa, dengan ion hidroksida bukan ion hidrogen.
          Jadi, kita harus menyingkirkan ion-ion hidrogen. Tambahkan ion hidroksida secukupnya pada kedua sisi persamaan sehingga dapat menetralkan semua ion hidrogen. Karena persamaan ini telah setara, kita harus menambah ion hidroksida dalam jumlah yang sama pada kedua sisi untuk mempertahankan kesetaraannya.

Ion hidrogen dan ion hidroksida pada sisi kiri akan menjadi 4 molekul air.

Akhirnya, ada molekul air pada kedua sisi persamaan. Kita dapat meniadakan molekul air pada salah satu sisi.

Jangan lupa untuk memeriksa kembali bahwa semua penyetaraan telah diselesaikan.

3.       Menggabungkan setengah-reaksi untuk mendapat persamaan reaksi
          Dari sini, pengerjaan selanjutnya sama dengan yang sebelumnya telah kita kerjakan berulang-ulang. Kita telah mendapat dua setengah-reaksi

Persamaan untuk besi harus terjadi 4 kali untuk dapat menyediakan elektron yang cukup bagi oksigen

Perhatikan bahwa ion hidroksida pada masing-masing sisi saling meniadakan.

Contoh 3.
Reduksi ion manganat(VII) menjadi ion manganat(VI) oleh ion hidroksida
          Reaksi ini agak tidak jelas, tetapi tidak terlalu sulit untuk dikerjakan dan disetarakan. Ion hidrogen tidak biasanya berperan sebagai reduktor (zat pereduksi).
          Larutan ungu gelap kalium mannganat(VII) direduksi perlahan menjadi larutan hijau gelap kalium manganat(VI) oleh larutan kalium hidroksida. Dari reaksi ini juga dihasilakan gelembugn oksigen.
          Setengah-reaksi untuk perubahan ion manganat(VII) menjadi ion manganat(VI) cukup mudah (tentu saja jika kita tahu rumus molekulnya).

Lalu bagaimana dengan ion hidroksida utnuk menghasilkan gas oksigen. Akan sangat sulit untuk mengerjakan setengah-reaksi secara langsung, kita akan buat dengan urutan yang biasa. 

Tuliskan apa yang kita tahu dari soal, setarakan oksigen pada reaksi.

Setarakan hidrogen dengan menambah ion hidrogen

Kemudian setarakan muatan

Singkirkan ion hidrogen dengan menambah ion hidroksida dengan jumlah yang cukup pada kedua sisi persamaan

Selesaikan persamaan diatas.

4.       Menggabungkan setengah-reaksi untuk mendapat persamaan reaksi
Sejauh ini, yang telah kita dapat adalah:

Reaksi mangan harus terjadi 4 kali untuk menghabiskan 4 elektron yang dihasilkan dari persamaaan setengah-reaksi hidroksida.

Persamaan kimia ini mungkin belum anda kenal, tetapi mengerjakannya tidak terlalu sulit!

Contoh 4.
Oksidasi kromium(III) menjadi kromium(VI)
          Jika kita menambahkan larutan natium hidroksida berlebih ke dalam larutan yang mengandung ion kromium(III), kita akan mendapat larutan hijau gelap yang mengandung ion kompleks heksahidroksokromat(III), Cr(OH)₆^3-.
          Zat ini dapat dioksidasi menjadi ion kromat(VI), CrO₄^2-, yang berwarna kuning terang, dengan memanaskannya dengan larutan hidrogen peroksida.
Kita tadi telah mengerjakan setengah-reaksi hidrogen peroksida yang berperan sebagai oksidator dalam suasana basa.

Jadi, sekarang kita hanya perlu mengerjakan setengah-reaksi ion kromium. Yang kita tahu dari soal adalah:

Pada soal ini pun tidak jelas dimana harus menempatkan ion hidroksida atau molekul air, jadi kita kerjakan seolah-olah dalam suasana asam. Dengan cara ini, kita mulai dengan menyetarakan oksigen dengan menambah molekul air

Untuk mendapat 6 oksigen pada tiap sisi, kita perlu dua air pada sisi kanan.

Lalu setarakan hidrogen dengan menambah ion hidrogen

Dan setarakan muatan dengan menambah elektron.

Akhirnya, ubah dari suasana asam menjadi suasana basa dengan menambah ion hidrogen dengan jumlah yang cukup pada kedua sisi untuk mengubah ion hidrogen menjadi air.

Dan selesaikan persamaan

5.       Menggabungkan setengah-reaksi untuk mendapat persamaan reaksi
          Kedua setengah reaksi yang kita dapat adalah:

Jika kita mengali satu persamaan dengan 3 dan yang lain dengan 2, akan menghasilkan total elektron yang ditransfer adalah 6.

Akhirnya, selesaikan ion hidrogen yang ada pada kedua sisi sehinga menghasilkan persamaan ion akhir.

C.       Rangkuman

          Setiap reaksi redoks terdiri dari dua setengah-reaksi. Pada salah satu reaksi terjadi kehilangan elektron (proses oksidasi), dan di reaksi lainnya terjadi penerimaan elektron (proses reduksi).

          Menyetarakan persamaan reaksi redoks dapat dilakukan dengan cara ½ reaksi reduksi dan ½ reaksi oksidasi, aliran elektron dari reduktor ke oksidator yaitu dengan cara bilangan oksidasi

Ketika mengerjakan setengah-reaksi kita hanya dapat menambahkan:

                     * elektron

                     * air

                     * ion hidrogen (kecuali reaksi dalam suasana basa, dapat  

                       menambahkan ion hidroksida)

Ketika mengerjakan reaksi dalam suasana asam atau netral, urutan pengerjaannya biasanya:

* Menyetarakan atom, selain oksigen dan hidrogen.

* Menyetarakan oksigen dengan menambahkan molekul air.

* Menyetarakan hidrogen dengan menambahkan ion hidrogen.

* Menyetarakan muatan dengan menambahkan elektron.

I. Metode Perubahan Bilangan Oksidasi

1.     Setarakan atom-atom yang mengalami perubahan biloks

2.    Tentukan biloks unsur-unsur tersebut dan tentukan perubahannya

3.    Samakan kedua perubahan biloks

4.    Tentukan jumlah muatan diruas kiri dan kanan

5.    Samakan muatan dengan cara :

II.  Metode Setengah Reaksi

1.     Tuliskan persamaan setengah reaksi reduksi dan setengah reaksi 

        oksidasi

2.    Setarakan unsur-unsur yang mengalami perubahan biloks

3.    Tambahkan satu molekul H2O :

a.  pada yang kekurangan atom O, jika reaksi berlangsung dalam        suasana asam

b.  pada yang kelebihan atom O, jika reaksi berlangsung dalam suasana basa 

4.  Setarakan atom hidrogen dengan ion H+ , jika suasana asam atau      dengan ion OH ^–, jika suasana basa

5.  Setarakan muatan dengan penambahan elektron

6.  Jumlahkan kedua persamaan setengah reaksi dengan menyamakan elekton       

      

II