elektrokimia reaksi reduksi -oksidasi filereaksi elektrokimia dapat terjadi pada :-reaksi kimia yang...

13
30-Aug-16 1 ELEKTROKIMIA Reaksi Reduksi - Oksidasi LABORATORIUM KIMIA FISIKA Jurusan Kimia - FMIPA Universitas Gadjah Mada (UGM) Drs. Iqmal Tahir, M.Si. Laboratorium Kimia Fisika,, Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 55281 Tel : 0857 868 77886; Fax : 0274-545188 Email : [email protected] atau [email protected] Website : http://iqmal.staff.ugm.ac.id http://iqmaltahir.wordpress.com LABORATORIUM KIMIA FISIKA Jurusan Kimia – FMIPA, UGM ELEKTROKIMIA Reaksi elektrokimia dapat terjadi pada : -Reaksi kimia yang disebabkan oleh arus listrik dari luar (eksternal) Contoh reaksi pada proses elektrolisis -Reaksi kimia spontan yang menghasilkan arus listrik Contoh reaksi pada baterai. Reaksi kimia ini akan melibatkan transfer elektron secara langsung antara molekul dan / atau atom yang disebut reaksi reduksi-oksidasi (redoks). Secara umum, elektrokimia menggambarkan keseluruhan reaksi dari reaksi redoks secara individual yang terpisah tetapi tetap saling terhubung oleh sebuah sirkuit listrik eksternal dan elektrolit intervensi. Sel galvanik / sel voltaik Sel elektrolitik

Upload: others

Post on 28-Oct-2019

59 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

30-Aug-16

1

ELEKTROKIMIAReaksi Reduksi - Oksidasi

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia - FMIPAUniversitas Gadjah Mada (UGM)

Drs. Iqmal Tahir, M.Si.

Laboratorium Kimia Fisika,, Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 55281

Tel : 0857 868 77886; Fax : 0274-545188 Email :

[email protected] atau [email protected]

Website :http://iqmal.staff.ugm.ac.id

http://iqmaltahir.wordpress.com

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

ELEKTROKIMIAReaksi elektrokimia dapat terjadi pada :-Reaksi kimia yang disebabkan oleh arus listrik dari luar (eksternal)Contoh reaksi pada proses elektrolisis

-Reaksi kimia spontan yang menghasilkan arus listrikContoh reaksi pada baterai.

Reaksi kimia ini akan melibatkan transfer elektron secara langsung antara molekul dan / atau atom yang disebut reaksi reduksi-oksidasi (redoks).

Secara umum, elektrokimia menggambarkan keseluruhan reaksi dari reaksi redoks secara individual yang terpisah tetapi tetap saling terhubung oleh sebuah sirkuit listrik eksternal dan elektrolit intervensi.

Sel galvanik / sel voltaik

Sel elektrolitik

30-Aug-16

2

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Dasar-dasar reaksi redoks

Reaksi redoks :

Zn (s) Zn2+ + 2 e-

Cu2+ + 2 e- Cu (s) Zn (s) + Cu2+ Zn2+ + Cu (s)

Reaksi oksidasi adalah kehilangan elektron dan reduksi menarik elektron. Kedua proses terjadi secara simultan.Oksidasi akan menaikkan bilangan oksidasi, sedangkan reduksi akan menurunkan bilangan oksidasi.

Reaksi oksidasiReaksi reduksi

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Dasar-dasar reaksi redoks

Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)

+10 0+2

30-Aug-16

3

Menyeimbangkan reaksi redoks dengan metoda reaksi paro

• Metoda reaksi paro dilakukan dengan membagi suatu reaksi redoks menjadi reaksi paro oksidasi dan reaksi paro reduksi.

• Cara ini tidak merefleksikan pemisahan secara fisik pada reaksi elektrokimia.

• Metoda ini tidak memerlukan penandaan bilangan oksidasi.

• Metoda ini lebih mudah diterapkan jika reaksi dilakukan pada kondisi larutan asam atau larutan basa.

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Langkah penyelesaian metoda reaksi paro

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Membagi reaksi utama menjadi dua bagian reaksi paro, setiapreaksi paro harus memiliki salah satu spesies dalam bentuk oksidasidan bentuk reduksinya.

Setimbangkan atom-atom dan muatan pada setiap reaksi parotersebut : Pertama kali seimbangkan atom-atom selain O dan H, selanjutnya atom

O dan kemudian atom H.

Muatan disetimbangkan dengan penambahan elektron di sisi kiri untukreaksi reduksi dan di sisi kanan untuk reaksi oksidasi.

Jika diperlukan, kalikan salah satu atau kedua reaksi paro denganbilangan bulat sehingga memenuhi syarat :

Jumlah e- yang diperlukan pada reaksi reduksi

=

Jumlah e- yang dilepaskan pada reaksi oksidasi.

Jumlah reaksi paro yang sudah setimbang ini ke dalam bentukreaksi redoks total.

30-Aug-16

4

Menyeimbangkan reaksi redoks pada suasana asam / basaPada suasana asam :Larutan asam mengandung ion H+ dan H2O. Untuk itu digunakan ion H+ guna menyeimbangkan jumlah atom H.

Pada suasana basa :Pada larutan basa mengandung ion OH- dan H2O. Untuk menyeimbangkan dilakukan cara yang sama seperti pada suasana asam dan kemudian tambahkan satu ion OH- pada kedua sisi persamaan.Untuk setiap ion OH- dan ion H+ yang muncul pada kedua sisi yang sama akan membentuk satu molekul H2O.Kelebihan molekul H2O akan dieliminasi pada langkah akhir saat mengeliminasi elektron dan spesies yang sama.

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Menyeimbangkan reaksi redoks

Langkah 1: Bagi menjadi dua reaksi paro.

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Contoh 1

Fe + Cl2 Fe3+ + Cl-

Fe Fe3+

Cl2 Cl-

Langkah 2: Seimbangkan atom dan muatan pada dua reaksi paro.

Fe Fe3+ + 3e-

Cl2 + 2e- 2 Cl-

30-Aug-16

5

Langkah 3: Kalikan tiap reaksi paro, jika diperlukan, dengan bilangan bulat, sehingga jumlah e- yang dilepaskan pada reaksi oksidasi sama dengan jumlah e- yang diterima pada reaksi reduksi.

Reaksi paro reduksi memerlukan 6 e- , sementara reaksi oksidasi hanya ada 2e- yang dilepaskan sehingga reaksi ini harus dikalikan 3.

Langkah 4: Jumlahkan kedua reaksi paro, hilangkan semua semua spesies yang sama-sama ada di kanan dan di kiri, elektron harus tereliminasi.

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

2Fe + 3Cl2 2Fe3+ + 6Cl-

(Fe Fe3+ + 3e- ) X 2

( Cl2 + 2e- 2 Cl- ) X 3

2Fe 2Fe3+ + 6e-

3 Cl2 + 6e- 6 Cl-

Menyeimbangkan reaksi redoks dalam suasana asam

Cr2O72-(aq) + I-(aq) → Cr3+(aq) + I2(s)

Langkah 1: Bagi menjadi dua reaksi paro.

Cr2O72- → Cr3+

I- → I2

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Contoh 2

30-Aug-16

6

Menyeimbangkan atom selain O dan H:

Karena tidak ada atom O atau H maka langsung dilakukan menyeimbangkan muatan dengan penambahan elektron:

Untuk reaksi paro I-/I2

2I- → I2

2I- → I2 + 2e-

Ini adalah reaksi paro oksidasi. I-

mengalami oksidasi dan spesies ini disebut agen pereduksi.Bilangan oksidasi I naik dari -1 menjadi 0.

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Langkah 2: Seimbangkan atom dan muatan pada dua reaksi paro.

Cr2O72- → 2Cr3+Menyeimbangkan atom selain O dan H:

Menyeimbangkan atom O dengan penambahan molekul H2O:

Cr2O72- → 2Cr3+ + 7H2O

Untuk reaksi paro Cr2O72-/Cr3+ :

Menyeimbangkan atom H dengan penambahan ion H+ :

14H+ + Cr2O72- → 2Cr3+ + 7H2O

Menyeimbangkan muatan dengan penambahan elektron : 6e- + 14H+ + Cr2O7

2- → 2Cr3+ + 7H2O

Ini adalah reaksi paro reduksi. Cr2O72-

mengalami reduksi dan spesies ini disebut sebagai agen pengoksidasi.Bilangan oksidasi Cr turun dari +6 menjadi +3.

Langkah 3: Kalikan tiap reaksi paro, jika diperlukan, dengan bilangan bulat, sehingga jumlah e- yang dilepaskan pada reaksi oksidasi sama dengan jumlah e- yang diterima pada reaksi reduksi.

6e- + 14H+ + Cr2O72- → 2Cr3+ + 7H2O

3(2I- → I2 + 2e-)

Reaksi paro reduksi memerlukan 6 e- , sementara reaksi oksidasi hanya ada 2e- yang dilepaskan sehingga reaksi ini harus dikalikan 3.

6I- → 3I2 + 6e-

Langkah 4: Jumlahkan kedua reaksi paro, hilangkan semua semua spesies yang sama-sama ada di kanan dan di kiri, elektron harus tereliminasi.

6I- → 3I2 + 6e-

6I-(aq) + 14H+(aq) + Cr2O72-(aq) → 3I2(s) + 7H2O(l) + 2Cr3+(aq)

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

30-Aug-16

7

Contoh 3

Ion permangatan bereaksi dalam suasana basa dengan ion oksalat membentuk ion karbonat dan mangan dioksida padatan. Seimbangan reaksi antara NaMnO4 dan Na2C2O4 dalam suasana basa tersebut !

MnO4-(aq) + C2O4

2-(aq) → MnO2(s) + CO32-(aq) [basa]

Jawaban:

Langkah1: Bagi menjadi dua reaksi paro.

MnO4- → MnO2

C2O42- → CO3

2-

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Menyeimbangkan reaksi redoks dalam suasana basa

Seimbangkan atom-atom selain O dan H:

Seimbangkan atom O dengan menambahkan molekul H2O :

MnO4- → MnO2

C2O42- → 2CO3

2-

MnO4- → MnO2 + 2H2O

2H2O + C2O42- → 2CO3

2-

Seimbangkan atom H dengan menambah ion H+ :

4H+ + MnO4- → MnO2 + 2H2O

2H2O + C2O42- → 2CO3

2- + 4H+

Seimbangkan muatan dengan penambahan elektron:

3e- + 4H+ + MnO4- → MnO2 + 2H2O [reduksi]

2H2O + C2O42- → 2CO3

2- + 4H+ + 2e- [oksidasi]

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Langkah 2: Seimbangkan atom dan muatan pada dua reaksi paro.

30-Aug-16

8

Langkah 3: Kalikan setiap reaksi paro dengan bilangan bulat sehingga jumlah e- yang dilepaskan pada proses oksidasi sama dengan jumlah e- yang diterima pada reaksi reduksi.

6e- + 8H+ + 2MnO4- → 2MnO2 + 4H2Ox 2

6H2O + 3C2O42- → 6CO3

2- + 12H+ + 6e-x 3

Langkah 4: Jumlahkan kedua reaksi paro, hilangkan semua semua spesies yang sama-sama ada di kanan dan di kiri, elektron harus tereliminasi.

6e- + 8H+ + 2MnO4- → 2MnO2 + 4H2O

6H2O + 3C2O42- → 6CO3

2- + 12H+ + 6e-

2MnO4- + 2H2O + 3C2O4

2- → 2MnO2 + 6CO32- + 4H+

2 4

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

2MnO4- + 2H2O + 3C2O4

2- + 4OH- → 2MnO2 + 6CO32- + 4H2O

Pada suasana basa. Tambahkan OH- pada kedua sisi untuk menetralkan H+, dan menghilangkan H2O.

2MnO4- + 2H2O + 3C2O4

2- + 4OH- → 2MnO2 + 6CO32- + [4H+ + 4OH-]

2

Bentuk persamaan akhir yang seimbang adalah :

2MnO4-(aq) + 3C2O4

2-(aq) + 4OH-(aq) → 2MnO2(s) + 6CO32-(aq) + 2H2O(l)

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

30-Aug-16

9

Soal latihan. Selesaikan beberapa kasus pada system campuran berikut dan selesaikan sehingga diperoleh persamaan reaksi redoks yang setimbang !

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

A) H2(g) + Cl2 (g) 2HCl(g)H2 oxidized Cl2 reduced

B) S(s) + Cl2 (g) SCl2(g)S oxidized Cl2 reduced

C) N2 + 2O2 2NO2N2 oxidized O2 reduced

D) 2Li + F2 2LiFLi oxidized F2 reduced

E) H2 + S H2SH2 oxidized S reduced

Soal latihan. Selesaikan beberapa kasus pada system campuran berikut dan selesaikan sehingga diperoleh persamaan reaksi redoks yang setimbang !

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

(aq)Mn (aq)Fe (aq)Fe (aq)MnO 232-4

(aq)Ag(CN) (g)O (aq)CN Ag(s) -2

Basic2

-

Dalam suasana asam

Dalam suasana basa

MnO4–(aq) + Br–(aq) Mn2+(aq) + Br2(aq)

30-Aug-16

10

Memperkirakan reaksi yang terjadi Reaktivitas relatif suatu logam dapat digunakan

untuk memperkirakan apakah suatu reaksi redoks dapat terjadi secara spontan.

Pada reaksi redoks, elektron dapat berpindah dari agen pereduksi (RA) pada agen pengoksidasi (OA).

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Disusun suatu tabel urutan logam disusunberdasarkan penurunan reaktivitas atau kemampuanbereaksi secara kimia di dalam larutan.

Memperkirakan reaksi yang terjadi Unsur-unsur logam yang relatif paling aktif

terdapat di bagian atas.

Reaktivitas menurun mengikuti urutan daftar unsur

Pada kondisi biasa, setiap unsur pada logam dapat menggantikan unsur lain yang terdapat di bagian bawahnya sebagai ion pada elektrolit.

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Emas terletak di bagian bawah sendiri, relatif paling stabil.

30-Aug-16

11

Memperkirakan reaksi yang terjadi

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Unsur yang lebih aktif akan menggantikan unsur yang relatif kurang aktif. Logam menggantikan logam lain atau H

Cu + 2 AgNO3 Cu(NO3)2 + 2 AgMg + 2 HCl MgCl2 + H2

Nonlogam menggantikan non logam2 KI + Br2 2 KBr + I2

Karbon menggantikan logam dalam bentuk oksidanya3 C + Fe2O3 3 CO + 2 Fe

Reaksi-reaksi tersebut selalu reaksi redoks

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Contoh kasus : Cu + 2 AgNO3 Cu(NO3)2 + 2 Ag

30-Aug-16

12

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Contoh kasus

Al + Zn(NO3)2 Al (NO3)3 + Zn

Aluminum terletak lebih tinggi dari sengsehingga dapat menggantikan seng padasenyawa Zn(NO3)2

Mg akan bereaksi dengan Cu2+ membentuk Mg2+ dan logam Cu.Hal ini terlihat bahwa Mg di atas logam Cu dalam deret aktivitas.

Kebalikannya Cu tidak bereaksi dengan Mg2+

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Contoh kasus

30-Aug-16

13

Contoh kasus Emas adalah logam yang

stabil.

Emas terletak di bagian bawah sendiri,

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

Bagaimana cara melarutkan emas ?

Jawab :

1. Mencampurkan logam emas dalamlogam yang berada di atasnyadalam deret reaktivitas.

Logam apa ?

2. Menggunakan arus listrik dari luar. Reverse electroplating.

Hg = Raksa