ii reaksi redoks

Download II Reaksi Redoks

Post on 18-Jul-2015

520 views

Category:

Documents

4 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

1

REAKSI KIMIA ANORGANIK

TIM KIMIA ANORGANIK

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

PRINSIP DASAR REAKSI ANORGANIK

2

TUJUAN INSTRUKTIONAL UMUM (TIU)Setelah menyelesaikan mata kuliah ini mahasiswa diharapkan dapat menjelaskan gaya-gaya kimia, terjadinya reaksi redoks, pembentukan ikatan pada senyawa koordinasi dan logam transisi.

TUJUAN INSTRUKTIONAL KHUSUS (TIK)Menjelaskan aspek thermodinamika dan kinetika reaksi oksidasi reduksi

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

PRINSIP DASAR REAKSI ANORGANIKSUB POKOK BAHASAN

3

1. Aspek thermodinamika reaksi 2. Reaksi reduksi oksidasi 3. Ekstraksi logam secara reduksi dan oksidasi 4. Potensial reduksi 5. Faktor Kinetika, Over potensial 6. Kestabilan redoks dalam air 7. Disproporsionasi 8. Diagram Latimer

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

Aspek thermodinamika dan kinetika reaksi Parameter termodinamika untuk perubahan keadaan : mendeskripsikan ikatan kimia, struktur dan reaksi Manfaat Konsep Termodinamika: 1. Apakah struktur suatu senyawa akan stabil 2. Kemungkinan kespontanan reaksi 3. Perhitungan kalor reaksi 4. Penentuan mekanisme reaksi 5. Pemahaman elektrokimia

4

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

5

REAKSI OKSIDASI -REDUKSIEkstraksi Unsur

Oksidasi adalah reaksi dimana suatu unsur bereaksi dengan oksigen dan dirubah menjadi suatu oksidaReduksi adalah reaksi yang melibatkan perubahan senyawa oksida logam menjadi logam

Di bidang industri reaksi reduksi merupakan teknik yang sangat penting untuk mengubah bijih logam menjadi logam. Sebaliknya unsur-unsur halogen dapat diperoleh melalui oksidasi senyawa halogen.

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

Ekstraksi Unsur Secara ReduksiLogam di alam = dalam bentuk oksida (bijih) Pengubahan: 1. Oksida logam Logam (diperlukan suhu yang tinggi) 2. Oksida logam Logam(pemanasan dan zat pereduksi seperti karbon)

6

3. Sulfida logam atau senyawa logam lainnya Oksida Logam 2 Cu2S(s) + 3 O2(g) 2 Cu2O(s) + 2 SO2(g) 4. Reduksi elektotermal (proses Pidgeon) MgO(s) + C(s) Mg(l) + CO(g) Pengaruh suhu terhadap reduksi oleh karbon dapat dijelaskan secara termodinamika.

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

7

Data termodinamika digunakan untuk menjelaskan: 1. Apakah suatu reaksi akan berlangsung secara spontan 2. Pereduksi yang digunakan 3. Kondisi reaksi yang dilakukan Pada suhu dan tekanan tetap : (energi bebas Gibbs reaksi ) G = -

Reaksi spontan

Energi bebas Gibbs dapat dinyatakan sebagai energi bebas Gibbs standar (G) yang dihubungkan dengan konstanta kesetimbangan : G = - R T ln KNilai G = - tercapai jika K > 1 dan reaksi akan terjadi (dapat berlangsung)

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

8

Reduksi oksida logam oleh karbon: (a) (b) (c) 2C(s) + 1/2O2(g) 1/ C 1/ O 2 (s) + 2 2(g) 1/ O CO(g) + 2 2(g) CO(g) 1/2CO2(g) CO2(g) G (C, CO) G (C, CO2) G (CO, CO2)

Reaksi oksidasi logam dituliskan sebagai berikut : (d) x M(s atau l) + 1/2O2(g) MxO(s) G (M, MxO) Untuk mencapai G = Energi bebas standar reaksi a, b atau c harus lebih negatif daripada d

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

9

(a d)

MxO(s) + C(s) xM(s atau l) + CO(g) G = G(C, CO) - G (M, MxO) MxO(s) + 1/2C(s) xM(s atau l) + 1/2CO2(g) G = G(C, CO2) - G (M, MxO) MxO(s) + CO(g) xM(s atau l) + CO2(g) G = G(CO, CO2) - G (M, MxO)

(b d) (c d)

Secara umum energi bebas Gibbs untuk reaksi tersebut adalah : G = G (C) - G (M) G = - maka reaksi spontan Informasi lengkap hubungan G dengan suhu diberikan melalui Diagram Ellingham

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

10

Diagram Ellingham :Plot dari energi bebas Gibbs pembentukan senyawa oksida terhadap temperatur

Temperatur (C)Jurusan Kimia FMIPA Universitas Syiah Kuala

11

Slope dari grafik pada diagram menunjukkan bahwa entropi reaksi Sdan dG/dT = - S

Semakin tinggi entropi reaksi maka slope G semakin besar.Jika konsumsi bersih (netto) pereaksi gas dalam reaksi oksidasi makaentropi reaksi bernilai negatif dan slope yang dihasilkan positif.

Hal ini adalah untuk pembentukan oksida logam dan oksidasi COmenjadi CO2. Oksidasi C(s) menjadi CO(g) menyebabkan peningkatan jumlah molekul gas dan menghasilkan entropi reaksi positif, dalam hal ini slope adalah negatif.

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

12

Energi Gibbs reaksi

Temperatur (C)C CO dapat mereduksi MxO M

Perpotongan grafik oksida logam dengan pereduksi karbonUniversitas Syiah Kuala

Jurusan Kimia FMIPA

13

Pada temperatur dimana garis C, CO berada di atas garis oksida logam: G = G(C, CO) - G (M, MxO) G = + Reaksi reduksi (a) (d) tidak spontan

Pada temperatur dimana garis C, CO berada di bawah garis oksida logam: G = G(C, CO) - G (M, MxO) G = Reaksi reduksi (a) (d) spontan

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

14

1. Pada temperatur dimana garis C, CO berada di bawah garis oksida logam, karbon dapat digunakan untuk mereduksi oksida logam dan karbon teroksidasi menjadi CO 2. Pada temperatur dimana garis C, CO2 berada di bawah garis oksida logam, karbon dapat digunakan untuk mereduksi oksida logam dan karbon teroksidasi menjadi CO2 3. Pada temperatur dimana garis CO, CO2 berada di bawah garis oksida logam, karbon monoksida dapat digunakan untuk mereduksi oksida logam dan karbon monoksida teroksidasi menjadi CO2

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

15

Prinsip yang sama dapat digunakan untuk jenis reaksi reduksi menggunakan pereduksi yang lain.

Diagram Ellingham dapat digunakan untuk mengetahui apakah logam M dapat digunakan sebagai zat pereduksi untuk oksida logam lainnya (MO).Reaksi : MO + M M + MO Akan berlangsung jika: G = G(M, MO) - G(M, MO) G = (Garis MO berada di bawah garis MO, M menggantikan Karbon)

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

16

(a) (b)

M(s atau l) + 1/2O2(g) MO(s) M(s atau l) + 1/2O2(g) MO(s)

G (M, MO) G (M, MO)

(a b) MO(s) + M(s atau l) M(s atau l) + MO(s)

Contoh: Pada Diagram Ellingham terlihat bahwa pada temperatur di atas 2200C grafik SiO2 berada di bawah grafik MgO, dengan demikian Mg dapat digunakan untuk mereduksi SiO2 pada temperatur di bawah 2200C. Di atas temperatur 2200C, Si dapat mereduksi MgO

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

Bijih

17

Penerapan di industri: Ffaktor utama: Bijih dan karbon adalah berupa padatan:

Skema diagram furnace pembakaranudara udara

besi

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

18

Ekstraksi Unsur Secara OksidasiDigunakan untuk mengekstraksi unsur-unsur halogen. Energi bebas gibss standar untuk reaksi oksidasi ion Cl- dalam air adalah positif (diperlukan reaksi elektrolisis)2Cl-(aq) + 2H2O(l) 2OH-(aq) + H2(g) + Cl2(g) G = +422 KJ mol-1

Perbedaan potensial minimum = 2,2 V (karena ditulis sebagai n = 2 mol).

Reaksi tersebut bersaing dengan reaksi berikut : 2 H2O(l) 2 H2(g) + O2(g) G = +414 KJ mol-1

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

19

Kecepatan reaksi oksidasi air sangat lambat. Reduksi membutuhkan overpotensial ( = potensial yang harus digunakan selain nilai kesetimbangan sebelum kecepatan reaksi yang signifikan tercapai) yang tinggi. 1. Elektrolisis air laut menghasilkan: Cl2, H2 dan larutan NaOH dan bukan O2. 2. Elektrolisis larutan fluorida menghasilkan: O2 dan bukan F2 3. Elektrolisis campuran KF anhidrat dan HF 4. Halogen lain yang lebih mudah dioksidasi (Br2 dan I2) diperoleh dari oksidasi larutan halidanya dengan Cl2

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

20

Logam yang diperoleh melalui reaksi oksidasi adalah logam yang secara alami diperoleh sebagai logam (contoh : emas). Pemisahan emas dilakukan dengan melarutkan emas tersebut sehingga memudahkan oksidasinya dan membentuk kompleks dengan ion CN-. Ion kompleks [Au(CN)2]- dapat direduksi menjadi logamnya dengan suatu logam yang reaktif seperti Zn. Reaksi yang terjadi adalah: 2 [Au(CN)2]-(aq) + Zn(s) Au(s) + [Zn(CN)4]2-(aq)

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

Potensial ReduksiBerlangsungnya suatu reaksi reduksi-oksidasi selain dapat diperkirakan melalui energi bebas Gibbs juga dapat dinyatakan melalui perbedaan potensial. Reaksi redoks merupakan jumlah dua reaksi setengah sel, pada reaksi reduksi setengah sel, suatu zat menerima elektron sedangkan pada reaksi oksidasi setengah sel suatu zat kehilangan elektron. Contoh: pasangan redoks: 2H+(aq) + 2e- H2(g) Zn(s) Zn2+(aq) + 2eReduksi Oksidasi

21

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

22

Energi bebas standar untuk reduksi ion Zn2+ dapat ditentukan secara eksperimen sebagai berikut :Zn2+(aq) + H2(g) + 2e- Zn(s) + 2H+(aq) G = + 147 kJmol-1

Karena kontribusi energi bebas reaksi reduksi setengah sel adalah nol maka ditulis :

Zn2+(aq) + 2e-

Zn(s)

G = + 147 kJmol-1

Perubahan energi bebas reaksi berhubungan dengan E:

G = - n F E n = jumlah elektron yang diserahterimakan F = konstanta faraday (96500 Cmol-1)Jurusan Kimia FMIPA Universitas Syiah Kuala

23

Tanda negatif dari rumus G = - n F E menunjukkan bahwa reaksi akan berlangsung apabila nilai G < 0 atau E > 0. Misalnya untuk dua reaksi: Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) 2H+(aq) + 2e- H2(g) G2 = - n FE2 G1 = - n FE1

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Syiah Kuala

24

Melalui reaksi setengah sel: