2.89k likes | 7.56k Vues
Redoks dan Elektrokimia. Tim Kimia FTP. KONSEP ELEKTROKIMIA. Dalam arti yang sempit elektrokimia adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari peristiwa-peristiwa yang terjadi di dalam sel elektrokimia.
E N D
RedoksdanElektrokimia Tim Kimia FTP
KONSEP ELEKTROKIMIA • Dalam arti yang sempit elektrokimia adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari peristiwa-peristiwa yang terjadi di dalam sel elektrokimia. • Sel jenis ini merupakan sistem yang terdiri atas 2 buah elektrode dan larutan elektrolit, peristiwa yang terjadi didalamnya adalah proses perpindahan elektron (reaksi redoks).
DefinisiRedoks Pengertianlebihluas reaksikimiadimanaterjadiperubahanbilanganoksidasi Pengertian lama reaksikimiadimanaterjadipengikatandanpelepasanoksigen
BilanganOksidasi??? • adalahmuatansuatu atom / unsurdalamsuatumolekul / senyawa yang ditentukankarenaperbedaanhargaelektronegatifitas.
PenentuanBilanganOksidasi • Bilanganoksidasisetiap atom dlmunsurbebasadalah nol. MisalnyaunsurCl = 0, B = 0 • Bilanganoksidasi ion suatu atom samadenganmuatan ion tersebut. a. Na+ biloks Na adalah +1 b. Fe3+ biloks Fe adalah +3 3. Padasuatusenyawaatau ion, umumnyabiloks atom untuk : a. Golongan IA adalah +1 b. Golongan VIIA adalah -1 4. Bilanganoksidasi H dalamsenyawaadalah +1, kecualipadasenyawahidrida ( NaH, LiH, CaH2 ) bilanganoksidasi H = -1.
Bilanganoksidasi O dlmsenyawaadalah -2, kecualipadasenyawaperoksidaseperti H2O2bilanganoksidasi O adalah -1. Dan pd senyawasuperoksidaseperti KO2, RbO2biloks O adalah -½. Sementarauntuksenyawa OF2biloks O adalah +2. • Jumlah total biloks atom dlmsuatusenyawaadalah nol. Dan jumlah total biloksuntuksenyawabermuatanadalahbesarnyasamadenganmuatannya. a. H2SO4 total bilokssamadengannol b. CO32- total bilokssamadengan -2
Reaksioksidasidptmempunyai 3 pengertian : a. Reaksiygmenyebabkanterjadinyakenaikanbiloks. Misalnya : K K+ + e 0 +1 b. Reaksipengikatanoksigen. Misalnya : C + O2 CO2 0 + +4 c. Reaksipelepasanhidrogen. Misalnya : CH4 C + 2H2 -4 0
Reaksireduksidptmempunyai 3 pengertian : • Reaksiygmenyebabkanterjadinyapenurunanbiloks. Misalnya : K+ K + e +1 0 b. Reaksipelepasanoksigen. Misalnya : CO2 C + O2 +4 0 c. Reaksipengikatanhidrogen. Misalnya : C + 2H2 CH4 0 -4
ReaksiAutoredoks / ReaksiDisproporsionasi 0 -1 reduksi Cl2 + 2OH- Cl- + ClO- + H2O oksidasi 0 +1
Penyetaraanredoks • Metodesetengahreaksiredoks • Metodebilanganoksidasi
Metodesetengahreaksiredoks • Tuliskerangkadasar ½ reaksireduksidankerangka ½ reaksioksidasi Contoh: K2Cr2O7 + HClKCl + CrCl3 + Cl2 + H2O Reduksi: Cr2O72-Cr3+ Oksidasi: Cl- Cl2 • Setarakan atom unsur yang mengalamiperubahanbilanganoksidasi Reduksi: Cr2O72-2Cr3+ Oksidasi: 2Cl-Cl2
Setarakanoksigendanhidrogen • Dalamlarutanasamataunetral : Tambahkan 1 H2O untuksetiapkekurangan 1 atom O, lalusetarakankekurangan atom H denganmenambahkan H+ • Dalamlarutanbasa : Tambahkan 2 atom OH-padasetiapkekurangan 1 atom O, kemudiansetarakankekurangan H dengan H2O (padaruas yang lainnya) Reduksi : Cr2O72- + 14H+2Cr3+ + 7H2O Oksidasi : 2Cl- Cl2
Jikaadaspesi lain, selainunsur yang mengalamiperubahanbilanganoksidasi, makasetarakanspesi yang bersangkutanpadaruaslainnya Contoh : Pb PbSO4menjadiPb + SO4 PbSO4 • Setarakanmuatandenganmenambahkanelektronpadaruas yang kelebihanmuatan Reduksi : Cr2O72- + 14H+ + 6e-2Cr3+ + 7H2O Oksidasi : 2Cl- Cl2 + 2e-
Samakanjumlahelektronpada ½ reaksireduksidan ½ reaksioksidasi Reduksi : Cr2O72- + 14H+ + 6e-2Cr3+ + 7H2O (dikali 1) Oksidasi : 2Cl- Cl2 + 2e- (dikali 3) Redoks : Cr2O72- + 14H+ + 6Cl-2Cr3+ + 3Cl2 + 7H2O • Dikembalikanpadareaksiawal, menjadi ; K2Cr2O7 + 14HCl 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H2O • Jadi, persamaanredokslengkapnya : K2Cr2O7 + 14HCl 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H2O
Metodebilanganoksidasi • Tentukanunsur yang mengalamiperubahanbiloks, dantuliskanbilanganoksidasinya. +7 +2 +3 +2 KMnO4+ FeSO4 + H2SO4 K2SO4 + Fe2(SO4)3 + MnSO4 +H2O • Menyetarakanunsur yang mengalamiperubahanbiloksdenganmemberikoefisien yang tepat. KMnO4+ 2FeSO4 + H2SO4 K2SO4 + Fe2(SO4)3 + MnSO4 +H2O
Menentukanjumlahpertambahanbilanganoksidasidariunsur yang mengalamioksidasidanjumlahpenurunanbilanganoksidasiunsurygmengalamireduksi • Samakankoefisienmasing-masingsenyawadenganmenyetarakansesuaiperubahanbiloks (dikalikandenganfaktor x) 2KMnO4 + 10FeSO4 + H2SO4 K2SO4 + 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 +H2O
Setarakanunsurlainnyadalamurutankation, anion, hidrogen, oksigen. 2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 K2SO4 + 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 +8H2O • Kation K sudahsetara, Anion SO42-belumsetarayaitudiruaskananada 18 SO42-sedangkandiruaskiriada 10, jaditambahkankoefisien 8 pada H2SO4. Lalusetarakanhidrogendanoksigen. • Jadipersamaanredokslengkapnya : 2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 K2SO4 + 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 +8H2O
Latihan Setarakanpersamaanberikut : • aCu(s) + bHNO3(aq) cCu(NO3)2(aq) + dNO(g) +eH2O(l) • aAg + bHNO3 cAgNO3 + dNO2 + eH2O
Selelektrokimia Adaduajenisselelektrokimia, yaitu : • Selvolta : reaksiredoksakanmenghasilkanaruslistrik (terjadiperubahanenergikimiamenjadienergilistrik). Contoh: baterai, aki • Selelektrolisis : arusalammenimbulkanreaksiredoks (terjadiperubahanenergilistrikmenjadienergikimia). Contoh: penyepuhanlogam.
Selvolta • Elektronmengalirdarilogam Zn (anode) menuju Cu melaluikawatpenghubung, dan Zn mengalamioksidasimenjadi ion Zn2+. Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- • Elektron yang dilepaskanmengalirmelaluirangkaiankawatmenujukatode (logam Cu). Ion Cu2+akanmengambilelektrondarilogamtembaga, sehinggaterjadireduksi ion Cu2+menjadiendapantembaga. Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) Akibatnyalama kelamaanlogam Zn larut, sedangkankatode(logam Cu) semakintebalkarenaterbentuknyaendapantembaga, danmenghasilkanaliranelektron (listrik).
Sel Volta • Sel Volta adalahselelektrokimia yang menghasilkanaruslistriksebagaiakibatterjadinyareaksipadakeduaelektrodasecaraspontan. • Misal : sebatanglogamsengdimasukkankedalamlarutansengsulfatdanlogamtembagakedalamlarutantembagasulfat • Logamsengmempunyaikecenderunganuntukmelarutmembentuk ion seng, Zn 2+,tetapiseba-liknya ion sengdalamlarutanmempunyaikecen-derunganuntukmengendapsebagai atom Zn.
Dalamwaktusingkattercapaikesetimbangan yang dapatdinyatakansebagai ; Zn ====== Zn 2+ + 2 e • Kecenderungan Zn untukmelarutlebihbesardaripadakecenderungan Zn 2+untukmengendap, makakesetimbanganagakkekanan, sehinggapadalogam Zn akankelebihanelektron, yang memberikanmuatannegatifpadalogam. Ion-ion sengdalamlarutanakanterorientasidenganmuatannegatif
Sedangkanuntuktembagasedikitberbeda. Disinikecenderungan Cu 2+untukmengendap(sebagai Cu) lebihbesardaripadakecenderungan Cu untukmelarutsehinggakedudukankesetimbangan : Cu 2+ + 2 e ======= Cu Logam Cu kekuranganelektrondanlogaminilebihpositifterhadaplarutan Jikakeduaelektrodadigabungkanmenjadisel Volta , kelebihanelektronpadaelektroda Zn akanmengalirkeelektroda Cu dimanaterdapatkekuranganelektron.
Karenakehilanganelektronmaka Zn akanmelarutmenghasilkanelektron, sedangkan ion-ion Cu2+ akanterusmengendapsebagai ion Cu • Padaelektroda Zn terdapatkelebihanelektronjadibertidaksebagaielektroda negative(-) disebutanoda, karenadisiniterjadisetengahreaksioksidasi. Zn Zn 2+ + 2 e- • Elektroda Cu yang kekuranganelektronbertindaksenagaielektrodapositif (+) disebutkatoda, setengahreaksi yang terjadiadalah : Cu 2+ + 2 e- Cu
Jumlahdarikeduasetengahseliniadalahrekasisel : Anoda (oksidasi) Zn Zn 2+ + 2 e Katoda (reduksi) Cu 2+ + 2 e Cu ________________________________________ Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu • Dari reaksiinidihasilkanaruslistrik. • Catatan : Jembatangaram yang digunakanpadapembuatanseliniadalahsebuahpipa U yang berisielektrolit ( KClatau KNO3) dan agar-agar padat yang digunakansebagaikontaklistrikantarakedualarutanelektrolitdalamsel Volta. • Diagram sel : Zn I Zn2+ II Cu2+ I Cu Anode Katode
Katoda (muatanpositif ) reduksi • Anoda (muatannegatif) oksidasi • Dalamsuatuselgalvani Eokatode> Eoanode
Denganmenggunakanpotensialelektrodestandardibawahini: Cr2O72-(aq)+14H+(aq)+6e 2Cr3+(aq)+ 7H2O Eo= +1,33 V Zn2+(aq) + 2e-Zn(s)Eo= - 0,76 V Makapotensialselnyaadalah.... Eosel = Eo (katode) + Eo (anode)
Selelektrolisis • Reaksielektrolisistergolongreaksitidakspontan, yaitumemerlukanpengaruhenergilistrik. • Elektron(listrik) memasukilarutanmelaluikutubnegatif (katode). Spesitertentudalamlarutanmenyerapelektrondarikatodedanmengalamireduksi. • Spesi lain melepaselektrondi anode danmengalamioksidasi. • Katoda (muatannegatif) reduksi • Anoda (muatanpositif) oksidasi
Elektrolisis • Pada sel elektolisis arus listrik dari sumber diluar sel dialirkan kedalam larutan di dalam sel. Ion-ion positif (kation) bermigrasi ke elektroda negatif dan ion-ion negatipf (anion) bermigrasi ke elektroda positif • Elektrolit yang digunakan bisa sebagai leburan dan sebagai larutan. • Pada proses penggunaan elektrolit kemungkinan terjadi reduksi atau oksidasi dari molekul-molekul air harus pula diperhatikan. Misal ; pengendapan logam pada katoda , maka potensial elektron dan atau konsentrasi ion dalam larutan perlu diperhatikan.
Elektrolisis Leburan Elektrolit • elektrolisis ini penting dalam pembuatan logam-logam aktif seperti natrium, magnesium dan alumunium. Elektrolisis MgCl2 cair Anoda (oksidasi) : 2 Cl Cl2 + 2e Katoda (reduksi) : Mg 2+ + 2 e Mg Reaksi sel : MgCl2 Mg + Cl2
Elektrolisis Larutan Elektrolit • elektolisis ini lebih rumit dari elektrolisis leburan elektrolit , karena adanya molekul-molekul pelarut yang dapat pula dioksidasi (pada anoda) atau direduksi (pada katoda).Jadi pada elektroda ada beberapa kemungkinan reaksi,contoh elektrolisis dalam air. Elektrolisis lar. NaCl dengan elektroda lamban : oksidasi : 2 Cl Cl2 + 2e Reduksi : 2 H2O + 2 e H2 + 2 OH-
Penggunaan Elektrolisis • Elektrolisis adalah proses yang penting dalam industri. Proses ini digunakan untuk pembuatan logam –logam natrium, magnesium, alumunium, pembuatan hidrogen peroksida , gas hidrogen dan zat-zat lain. Gas Hidrogen yang dihasilkan pada proses ini sangat murni untuk itu sangat baik digunakan pada proses hidrogenasi minyak dalam pembuatan margarin. • Proses elektrolisis juga digunakan dalam Elektroplating dimana permukaan logam dilapisi logam lain yang lebih mulia . Misal tembaga dilapisi krom.
ElektrolisislarutanHCldenganelektrode Pt, reaksinya: 2HCl (aq) 2H+ (aq) + 2Cl ¯ (aq) • Anode: 2Cl ¯ (aq) Cl2 (g) + 2e¯ (Oksidasi) • Katode: 2H+ (aq) + 2e¯ H2 (g) (Reduksi) • Total: 2HCl (aq) H2 (g) + Cl2 (g) (Redoks)
Latihan • Tulisanreaksielektrolisisjikalarutan AgNO3dielektrolisismenggunakanelektroda (anode) inert Pt!
AgNO3 Ag+ + NO3- • Katode : Ag+ + e- Ag (dikali 4) • Anode : 2H2O 4H+ + O2 + 4e- (dikali 1) • Redoks : 4Ag+ + 2H2O 4Ag + 4H+ + O2
Hukum Faraday • Hukum Faraday I : “massazat yang dibebaskanpadaelektolisis (m) berbandinglurusdenganjumlahlistrik yang digunakan (Q)”. m = Q m = i. t
Hukum Faraday • Hukum Faraday II : “ massazat yang dibebaskanpadaelektrolisis (m) berbandinglurusdenganmassaekuivalenzatitu (e)”. m = e
Hukum Faraday • PenggabunganHukum Faraday I dan II menghasilkanpersaamaan: • k : faktorpembanding =
CONTOH Untukmengendapkansebanyak 13 g Cr (Ar Cr = 52) darilarutan CrCl3denganarussebesar 3 A ( 1 F = 96.500 C) diperlukanwaktu.... • m = 13 g • i= 3 A • ValensiCr pada CrCl3adalah +3.
Latihan • Sebanyak 1 L larutan CrCl3 1,0 M dielektrolisisdenganarus 6,0 A. Waktu yang diperlukanuntukmengendapkansemualogamkromium (Ar Cr = 52, ArCl = 35,5; 1F = 96500) adalah …detik
Jawab • Mol CrCl3 = 1 L x 1,0 mol/L = 1 mol • Massa CrCl3 = mol x Mr = 1 mol x 158,5 g/mol = 158,5 gram • CrCl3(aq) Cr3+(aq) + 3Cl- • Cr3+(aq) + 3e- Cr(s) • t = 147069 detik
HOMEWORK 1. Setarakanlahreaksiredoksdibawahini : a. Fe3+ + Sn2+ Fe2+ + Sn4+ b. MnO4 + H2SO3 SO42- + Mn2+ c. HPO32- + OBr- Br- + PO43- ( dalamsuasanabasa ) 2. Elektrolisislelehan magnesium dilakukandenganelektrodegrafit yang dialiriarus 1000 ampere selama 386 detik, maka volume gas klorin yang terbentukdi anode yang diukurpadakeadaansamadengan 4 L gas N2 (P, T) mempunyaimassa 2,8 g adalah …… L