PROG. STUDI KIMIA F. SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SUNAN KALIJAGA YOGYAKARTA

Fitrilia Silvianti Yogyakarta, 5 Desember 2011

Reaksi Redoks dan Elektrokimia

Proses elektrokimia adalah reaksi oksidasi-reduksi di mana:

Energi yang dilepas oleh reaksi spontan diubah menjadi listrik atau Energi listrik digunakan agar reaksi nonspontan dapat terjadi

Redoks = Reduksi - OksidasiReaksi Redoks Reaksi di mana satu spesi menerima elektron dan spesi lainnya kehilangan elektron. Kedua proses tersebut harus terjadi.Ingat reaksi asam-basa Bronsted di mana terjadi transfer proton. Ada yang menerima proton, dan ada yang memberi proton.

0

0

2+ 2-

2Mg (s) + O2 (g)2MgO2 + 4e-

2MgO (s)

2Mg2+ + 4e- setengah-reaksi oksidasi (melepas e-)2O2setengah-reaksi reduksi (menerima e-)

Reduksi Melibatkan Penerimaan elektron. (bilangan oksidasi )

Oksidasi Melibatkan Pelepasan elektron. (bilangan oksidasi )Agen pengoksidasi - reaktan reduksi

O 0Agen pereduksi - reaktan oksidasi

-2 O2+2 Mg2+

Mg 0

Bilangan OksidasiJumlah muatan yang dimiliki suatu atom dalam molekul (senyawa ionik) jika elektron-elektronnya berpindah seluruhnya.Perubahan bilangan oksidasi SELALU terjadi dalam reaksi redoks.

Aturan untuk Menentukan Bilangan Oksidasi1. Setiap atom dalam unsur bebas (dlm keadaan tidak bergabung) dan senyawa kovaen murni memiliki bilangan oksidasi nol.

Na, Be, K, Pb, H2, O2, P4 = 02. Pada ion monoatomik, bilangan oksidasinya sesuai dengan muatan ion tersebut.

Li+, Li = +1; Fe3+, Fe = +3; O2-, O = -219

3. Bilangan oksidasi oksigen biasanya 2. Pada H2O2 dan O22- adalah 1.4. Bilangan oksidasi hidrogen adalah +1 kecuali bila hidrogen berikatan dengan logam dlm bentuk senyawa biner. Dalam kasus ini, bilangan oksidasinya 1.

5. Logam-logam golongan IA adalah +1, logam IIA +2 dan fluorin selalu 1.6. Dlm molekul netral, jumlah bilangan oksidasi semua atom penyusunnya harus nol. Dlm. ion poliatomik, jumlah bilangan oksidasi semua unsur dlm. ion tsb. harus sama dengan muatan total ion.19.1

Berapakah bilangan oksidasi dari atom-atom dalam HCO3- ?

HCO3Dari aturan kita ketahui:

O = -2C dapat kita peroleh:

H = +1

3x(-2) + 1 + ? = -1 C = +4

Berapakah bilangan oksidasi Mn dalam senyawa dan ion berikut ini? Mn - unsur Mn2+ - ion biloks = 0 biloks = +2 biloks = +4 logam

takberwarnacoklat

MnO2 - senyawa MnO4- - ion MnO4-2 - ion

+4 + (2x(-2)) = 0biloks = +7 ungu

+7 + (4x(-2)) = -1 biloks = +6 hijau

+6 + (4x(-2)) = -2

Mn memiliki paling tidak 5 tingkat oksidasi.

Menyetarakan Reaksi RedoksReaksi dalam larutan asam, netral, atau basa dapat disetarakan.MnO4- + HSO3asam MnO4- + HSO3netral MnO4- + HSO3 Setarakan massa. MnO42- + SO4-2 MnO2 + SO4-2 Mn2+ + SO4-2

basa

Setarakan muatan. Setarakan jumlah elektron yang pindah (anggap elektron sebagai reaktan).

Menyetarakan Persamaan RedoksOksidasi Fe2+ jadi Fe3+ oleh Cr2O72- dalam larutan asam?1. Tulis persamaan taksetara reaksi dalam bentuk ionik.

Fe2+ + Cr2O72-

Fe3+ + Cr3+

2. Pisahkan persamaan menjadi dua setengah-reaksi.+2 +3

Oksidasi:+6

Fe2+Cr2O72-

Fe3++3

Reduksi:

Cr3+

Kita dapat melihat tabel potensial reduksi standar untuk setengah-reaksi.

6e- + 14H+ + Cr2O72Fe2+

2Cr3+ + 7H2O Fe3+ + 1e-

CATATAN: Kita balik arahnya untuk reaksi oksidasi (tabel ini untuk potensial reduksi).

3. Setarakan atom-atom selain O dan H dalam masing-masing setengah-reaksi. Cr2O722Cr3+ 4. Untuk reaksi dalam asam, tambahkan H2O utk menyetarakan atom O dan tambahkan H+ untuk menyetarakan atom H.

Cr2O7214H+ + Cr2O72-

2Cr3+ + 7H2O 2Cr3+ + 7H2O

5. Tambahkan elektron pd salah satu sisi dari masing-masing setengah-reaksi untuk menyetarakan muatan.Fe2+ 6e- + 14H+ + Cr2O72Fe3+ + 1e2Cr3+ + 7H2O

19.1

6. Jika diperlukan, samakan jumlah elektron dalam kedua setengah-reaksi dengan cara mengalikan setengah-reaksi dengan koefisien yang sesuai. 6Fe2+ 6e- + 14H+ + Cr2O726Fe3+ + 6e2Cr3+ + 7H2O

7. Jumlahkan kedua setengah-reaksi dan setarakan persamaan akhirnya. Jumlah elektron pada kedua sisi harus saling meniadakan. oksidasi: 6Fe2+ 6Fe3+ + 6e-

reduksi:

6e- + 14H+ + Cr2O72-

2Cr3+ + 7H2O

14H+ + Cr2O72- + 6Fe2+

6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O

Reaksi totalnya harus setara jika setengah-reaksinya setara.

8. Periksa apakah jumlah atom dan muatannya sama di kedua sisi. 14x1 2 + 6x2 = 24 = 6x3 + 2x3 14H+ + Cr2O72- + 6Fe2+ 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O

9. Untuk reaksi dalam larutan basa, tambahkan OH- pada kedua sisi persamaan untuk setiap H+ yang muncul pada persamaan akhir.

19.1

Menyetarakan Reaksi RedoksSetarakan reaksi dalam larutan asam. MnO4- + HSO3Mn2+ + SO4-2 reduksi: MnO4Mn2+tambah H2O utk setarakan O tambah H+ utk setarakan H

MnO4MnO4- + 8 H+

Mn2+ + 4 H2O Mn2+ + 4 H2O+2 + 0 butuh 5 e-

tambah elektron utk starakan muatan + 8 -1

MnO4- + 8 H+ + 5 eoksidasi: HSO3SO4-2tambah H2O utk setarakan O tambah H+ utk setarakan H

Mn2+ + 4 H2O SO4-2 SO4-2 + 3 H+-2 + 3 butuh2 e-

HSO3- + H2O HSO3- + H2O-1 + 0

tambah elektron utk setarakan muatan

HSO3- + H2O

SO4-2 + 3 H+ + 2 e-

Samakan jumlah elektron dalam kedua setengah-reaksi denagn mengalikan setengah-reaksi dengan koefisien yang sesuai.

2x(MnO4- + 8 H+ + 5 e5x(HSO3- + H2O

Mn2+ + 4 H2O) SO4-2 + 3 H+ + 2 e- )

2 MnO4- + 16 H+ + 10 e- + 5 HSO3- + 5 H2O 2 Mn2+ + 1 8 H2O + 5 SO4-2 + 15 H+ + 10 e3

2 MnO4- + H+ + 5 HSO3Periksa:H Mn 1+5=3x2 2=2

2 Mn2+ + 3 H2O + 5 SO4-2 S 5=5

O 8 + 15 = 3 + 20

muatan - 2 + 1 - 5 = 4 - 10 -6 = -6

menyetarakan reaksi dalam larutan netral. MnO4- + HSO3MnO2 + SO4-2 reduksi: MnO4MnO2MnO2 + 2 H2O SO4-2 SO4-2 + 3 H+ + 2 ePilih setengah-reaksi dengan produk netral dari tabel.

MnO4- + 4 H+ + 3 eoksidasi: HSO3HSO3- + H2O

Gunakan setengah-reaksi seperti sebelumnya.

Samakan jumlah elektron dalam kedua setengah-reaksi dengan mengalikan setengah-reaksi dengan koefisien yang sesuai.

2x(MnO4- + 4 H+ + 3 e3x(HSO3- + H2O

MnO2 + 2 H2O) SO4-2 + 3 H+ + 2 e- )

2 MnO4- + 8 H+ + 6 e- + 3 HSO3- + 3 H2O 2 MnO2 + 4 H2O + 3 SO4-2 + 9 H+ + 6 e1 1

2 MnO4- + 3 HSO32 MnO2 + H2O + 3 SO4-2 + H+ Periksa: S 3=3 H 3=2+1 muatan -2 - 3 = 0 + 0 - 6 + 1 Mn 2=2 -5 = -5 O 8 + 9 = 4 + 1 + 12

Menyetarakan reaksi dalam larutan basa. MnO4- + HSO3MnO42- + SO4-2 reduksi: MnO4MnO42Tambah elektron utk setarakan muatan.

MnO4- + eoksidasi: HSO3-

MnO42SO4-2 SO4-2 + 3 H+ + 2 e-

Gunakan setengah-reaksi seperti sebelumnya.

HSO3- + H2O

Samakan jumlah elektron dalam kedua setengah-reaksi dengan mengalikan setengah-reaksi dengan koefisien yang sesuai.

2x(MnO4- + e1x(HSO3- + H2O2 MnO4- + 2 e- + HSO3- + H2O

MnO42-) SO4-2 + 3 H+ + 2 e- )2 MnO42- + SO4-2 + 3 H+ + + 2 e-

2 MnO4- + HSO3- + H2O 2 MnO42- + SO4-2 + 3 H+ Periksa: S 1=1 H 1+2=3 muatan -2 - 1 = - 4 - 2 + 3 Mn 2=2 -3 = -3 O 8+3+1=8+4 Kenapa muncul 3 H+ ??? larutan ini seharusnya bersifat basa2 MnO4- + HSO3- + H2O 2 MnO42- + SO4-2 + 3 H+

3x(OH- + H+ 2 MnO4- + HSO3- + 3 OHperiksa: H 1+3=4 Mn 2=2 O 8+3+3=8+4+2

H2O)

Penetralan H+

2 MnO42- + SO4-2 + 2 H2OS 1=1 muatan -2 - 1- 3 = -4 - 2 + 0 -6 = -6

Kimia Redoks dan Energi ListrikKonduksi listrik muatan listrik bergerak

Dalam Logam:muatan listrik yang bergerak adalah elektron

Selisih potensial listrik disebabkan oleh elektron yang bergerak (mirip dengan gaya gravitasi yang menyebabkan benda bergerak)resistansi berinterferensi dengan aliran elektron biasanya gerakan atom rangkaian - elektron bergerak dalam siklus, harus mempunyai tempat tujuan dan ada elektron lain yang menggantikan tempatnya arus listrik laju gerakan muatan-muatan / waktu

S ym b o l C h a rg e P o te n tia l D iffe re n c e R e s is ta n c e C u rre n t Q E R I

U n its C o u lo m b s (c) F a ra d a ys (F ) V o lts (V ) O hm s ( )

A m p e re s (A )

I=

Q waktu

1A= 1C / 1 s

C=A. s 1 Faraday muatan = muatan 1 mol elektron = 96.500 C

Energi = 1 J = (1 V) . (1 C)E=IR Hukum Ohm

Konduksi baik jika potensialnya tinggi dan resistansinya rendah.

Dalam larutan (atau cairan senyawa ion pada suhu yang cukup tinggi untuk meleleh): muatan listrik yang bergerak adalah ion-ion

kation (muatan positif) bergerak menuju ke muatan negatif anion (muatan negatif) bergerak menuju muatan positif

Sel elektrokimia Rangkaian yang terdiri dari konduktor elektrolit dan konduktor logam Elektroda - menghubungkan konduktor logam dan konduktor elektrolit

Sel Elektrokimiaanoda oksidasi katoda reduksi

reaksi redoks spontan

Menarik anion

Menarik kation 19.2

Sel ElektrokimiaSelisih potensial listrik antara anoda dan katoda disebut: voltase sel

gaya elektromotif (emf) potensial sel Diagram sel Zn (s) + Cu2+ (aq) Cu (s) + Zn2+ (aq) [Cu2+] = 1 M & [Zn2+] = 1 M anoda katoda Zn (s) | Zn2+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu (s)Tanda || utk memisahkan setengah sel Tanda | utk memisahkan reaktan/fasa tiap setengah sel 19.2

Jembatan GaramHubungan elektrolitik antara dua setengah-sel yang melengkapi rangkaian Tabung mengandung larutan garam inert (biasanya KNO 3)

Dua Tipe SelSel elektrokimia - butuh sumber dc = pompa elektron (contoh: baterai) elektron dipaksa bergerak satu arah, tidak bergantung pada kespontanan energi listrik digunakan agar reaksi nonspontan dapat terjadi elektron digerakkan ke katoda oleh pompa elektron sehngga terjadi reduksi.

Dua Tipe Sel

Sel Volta atau Sel Galvanik - listrik pasif (tidak butuh sumber dc) elektron bergerak karena reaksi spontan Memanfaatkan kimia untuk memperoleh energi

elektron diambil dari katoda dengan reduksi, mengakibatkan elektron bergerak ke arah katoda Dapat digunakan sebagai sumber dc untuk sel elektrolitik.

Bagaimana kita tahu reaksi spontan? Apakah potensial listrik? Bagaimana konsentrasi mempengaruhi proses?

Gaya elektromotif (emf) adalah potensial listrik sel

E (emf)

units = volts (V)

emf adalah selisih potensial antara anoda dan katoda