Hand Out Hukum Faraday

Hand out hukum Faraday berikut disusun untuk memenuhi tugas work shop PPG (Program Profesi Guru) di Universitas Negeri Malang. Untuk teman-teman yang membutuhkan hand out tersebut silakan download filenya di sini. Postingan kali ini tidak bisa ditulis secara llangsung karena terlalu banyak rumus.

Penyetaraan Reaksi Redoks

                   Pada semua reaksi kimia selalu berlaku hukum kekekalan massa. Oleh karena itu pada persamaan reaksi diberikan koefisien tertentu dan koefisien tersebut menyatakan mol atom yang terdapat pada reaktan dan produk. Berdasarkan hukum kekekalan massa maka jumlah mol pada reaktan harus sama dengn jumlah mol yang terdapat pada produk.

                 Reaksi-reaksi redoks yang sederhana dapat diselesaikan dengan cepat tanpa diperlukan suatu langkah penyetaraan yang khusus, namun untuk reaksi yang cukup kompleks penyetaraan diperlukan cara-cara khusus. Hingga saat ini dikenal dua metoda khusus penyetaraan redoks yaitu metoda bilangan oksidasi dan metoda stengah reaksi.

Metoda Bilangan Oksidasi (Oxidation Number Method)

                  Penyetaraan reaksi dengan metode bilangan oksidasi didasarkan pada perubahan bilangan oksidasi yang dari spesi yang mengalami oksidasi atau reduksi. Berikut beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam cara ini, yaitu:

– Jumlah bilangan oksidasi unsur yang dioksidasi harus sama dengan jumlah berkurangnya bilangan oksidasi unsur yang direduksi.

– Jumlah (aljabar) muatan ion pada reaktan dan produk harus sama. Tetapi terkadang ion-ion yang tidak mengalami perubahan bilangan oksidasi sering tidak ditulis.

– Suasana berlangsungnya reaksi.

 

               Tahap-tahap penyetaran reaksi redoks beserta aplikasinya pada penyetaraan reaksi redoks yang berlangsung dalam suasana asam:

Tahap 1: Identifikasi unsur-unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi pada reaktan maupun produk.

Tahap 2: Samakan jumlah atom unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi diruas kiri dengan ruas kanan dengan memberi koefisien yang sesuai.

Tahap 3: Hitung jumlah bertambah dan berkurangnya bilangan oksidasi.

Tahap 4: Samakan jumlah bertambah dan berkurangnya bilangan oksidasi. Pada tahap ini jumlah berkurang bilangan oksidasi Mn menjadi Mn²⁺ (tahap 3) dikali dengan koefisien Cl¯ dan Cl₂, begitupun sebaliknya jumlah bertambahnya bilangan oksidasi Cl¯ menjadi Cl₂ dikali dengan koefisien MnO₄ dan Mn²⁺.

Tahap 5: Samakan jumlah muatan-muatan ion diruas kiri dan kanan dengan menambah ion H⁺, karena reaksi berlangsung dalam suasana asam.

Tahap 6: Menambah H₂O pada pada ruas yang kekurangan atom H untuk menyetarakan jumlah atom H di ruas kiri dan kanan.

 

 

                  Penyetaraan reaksi redoks yang berlangsung dalam suasana basa pada dasarnya sama dengan tahap-tahap penyetaraan reaksi redoks yang berlangsung dalam suasana asam. Perbedaannya terletak pada tahap 5 yakni pada suasana asam ditambah H⁺ sedangkan pada suasana basa ditambah OH¯ untuk menyamakan jumlah muatan reaktan dengan produk. Berikut contoh menyetarakan reaksi redoks yang berlangsung dalam suasan basa untuk reaksi berikut:

Tahap 1: Identifikasi unsur-unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi pada reaktan maupun produk.

Tahap 2: Samakan jumlah atom unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi diruas kiri dan kanan dengan memberi koefisien yang sesuai.

Tahap 3: Hitung jumlah bertambah dan berkurangnya bilangan oksidasi.

Tahap 4: Samakan jumlah bertambah dan berkurangnya bilangan oksidasi.

Tahap 5: Samakan jumlah muatan-muatan ion diruas kiri dan kanan dengan menambah ion OH¯, karena reaksi berlangsung dalam suasana basa.

Tahap 6: Menambah H₂O pada pada ruas yang kekurangan atom H untuk menyetarakan jumlah atom H di ruas kiri dan kanan.

Metode Setengah Reaksi

                   Tahap-tahap menyetarakan reaksi redoks dengan metode setengah reaksi (half reaction method) atau metode ion elektron berbeda dengan metode bilangan oksidasi tetapi memberikan hasil akhir yang sama. Berikut beberapa hal yang perlu diperhatikan pada cara ini, yaitu:

– Persamaan reaksi redoks merupakan penjumlahan dua setengah reaksi.

– Jumlah elektron yang dilepaskan pada oksidasi sama dengan jumlah elektron yang ditangkap pada reaksi reduksi.

– Suasana berlangsungnya reaksi.

 

Contoh soal

Setararakan reaksi-reaksi berikut yang berlangsung dalam suasana asam:

Tahap 1: Identifikasi unsur-unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi.

 

       Dari bilangan oksidasi yang telah dihitung dari masing-masing spesi diketahui biloks Cr turun dari +6 menjadi +3 sedangkan Cl tambah dari -1 menjadi +1. Maka pada reaksi ini Cr mengalami reduksi dan Cl mengalami oksidasi.

Tahap 2: Menulis secara terpisah spesi yang mengalami osidasi dengan yang mengalami reduksi (setengah reaksi).

Tahap 3: Setarakan jumlah atom yang mengalami oksidasi dan reduksi diruas kiri dan kanan dengan memberi koefisien yang sesuai.

Tahap 4: Setarakan jumlah atom O dengan menambahkan H₂O pada sisi yang kekurangan atom O.

Tahap 5: Setarakan jumlah atom H, dengan menambahkan ion H⁺ pada sisi yang kekurangan atom H.

Tahap 6: Setarakan jumlah muatan dengan menambahkan elektron pada sisi setengah reaksi yang kelebihan muatan positif. Untuk reaksi oksidasi elektron selalu ditambahkan ruas kanan sedangkan reaksi reduksi selalu ditambah disebelah kiri.

Tahap 7: Gabungkan dua setengah reaksi kemudian menyamakan jumlah elektron yang dilepaskan pada reaksi oksidasi dengan jumlah elektron yang diterima pada reaksi reduksi. Bagian yang sama dapat dicoret.

 

 

                     Untuk reaksi yang berlangsung dalam suasana basa tahap-tahap penyetaraan seperti pada suasana asam, perbedaan terletak pada tahap akhir. Misalnya setarakan reaksi berikut yang berlangsung dalam suasana basa:

Tahap 1: Mengidentifikasi unsur-unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi.

Tahap 2: Menulis secara terpisah spesi yang mengalami osidasi dengan yang mengalami reduksi (setengah reaksi).

Tahap 3: Setarakan jumlah atom yang mengalami oksidasi dan reduksi diruas kiri dan kanan dengan memberi koefisien yang sesuai.

Tahap 4: Setarakan jumlah atom O dengan menambahkan H₂O pada sisi yang kekurangan atom O.

Tahap 5: Setarakan jumlah atom H, dengan menambahkan ion H⁺ pada sisi yang kekurangan atom H.

Tahap 6: Setarakan jumlah muatan dengan menambahkan elektron pada sisi setengah reaksi yang kelebihan muatan positif atau kurang negatif. Untuk reaksi oksidasi elektron selalu ditambahkan ruas kanan sedangkan reaksi reduksi selalu ditambah disebelah kiri.

Tahap 7: Gabungkan dua setengah reaksi kemudian menyamakan jumlah elektron yang dilepaskan pada reaksi oksidasi dengan jumlah elektron yang diterima pada reaksi reduksi.

 

           Karena reaksi berlangsung dalam suasana basa maka ion H⁺ yang ada harus dinetralkan. Hal ini dapat dilakukan dengan cara menambah ion OH¯ pada kedua ruas dan ion OH¯ yang ditambahkan sama dengan jumlah ion H⁺ yang ada. Pada reaksi di atas terdapat 10 ion H⁺ maka ditambahkan 10 ion OH¯. Jadi persamaannya dapat ditulis sebagai:

10 ion H⁺ dan 10OH¯ pada reaktan (ruas kiri) dapat bergabung membentuk 10 molekul air.

10 molekul air yang terbentuk di kurangi 2 molekul air di produk (ruas kanan) sehingga persamaan reaksinya menjadi:

sel galvani dan sel elektrolisis

SEL GALVANI

sel galvani

Sel galvani atau sel volta merupakan salah satu sel elektrokimia yang dapat menghasilkan energi listrik, karena terjadinya reaksi redoks secara spontan. Salah satu contoh sel galvani yaitu sel Daniell. Sel daniel yang telah dimodifikasi dapat dilihat pada gambar. Dalam suatu sel galvani perpindahan elektron terjadi secara tidak langsung (melalui kawat), karena kedua setengah reaksi dipisahkan ke dalam dua tempat yang dihubungkan dengan jembatan garam atau pembatas partisi berpori. Jembatan garam biasanya dibuat dari pipa berisi elektrolit KCl atau KNO3 yang diikatkan dengan agar-agar, yang berfungsi untuk memelihara kenetralan muatan pada masing-masing setengah sel.
Pada sel galvani masing-masing sel mengandung sebuah elektroda dan suatu elektrolit. Elektroda yang digunakan merupakan suatu konduktor listrik yang tidak bereaksi dengan larutan elektrolit. Elektroda dengan kutub negatif disebut anoda dan merupakan tempat berlangsung reaksi oksidasi, sedangkan katoda adalah elektroda dengan kutub negatif dan merupakan tempat berlangsung reaksi reduksi.

cara kerka jembatan garam
Untuk menetralkan kelebihan dan kekurangan muatan ini jembatan garam yang kaya akan ion, melepaskan ion negatif pada pada sel yang mengalami reaksi oksidasi dan melepaskan ion positif pada sel yang mengalami reaksi reduksi. Misalkan jembatan garam yang digunakan adalah KNO3, maka ion NO3‾ dilepaskan pada sel yang mengalami oksidasi dan K+ dilepaskan pada sel yang mengalami reduksi.

SEL ELEKTROLISIS

electrolysis

Istilah elektrolisis berasal dari kata elektro (listrik) dan lisis yang berarti penguraian. Jadi secara singkat elektrolisis dapat diartikan sebagai penguraian suatu zat atau senyawa oleh orus listrik, sedangkan peralatan yang digunakan untuk elektrolisis disebut sel elektrolisis.
Pada sel galvani reaksi redoks berlangsung secara spontan dan reaksi yang terjadi disertai pembebasan sejumlah energi. Pada proses elektrolisis reaksi redoks berlangsung tidak spontan, agar reaksi redoks dapat berlangsung maka diperlukan sejumlah energi dari luar. Energi yang diperlukan pada proses elektrolisis merupakan arus listrik searah. Penguraian zat-zat elektrolit dengan arus listrik searah disebut eletrolisis.
Sel elektrolisis pada dasarnya hampir sama dengan sel Galvani tetapi tidak digunakan jembatan garam dan voltmeter diganti menggunakan sumber arus (biasanya baterai). Sel elektrolisis terdiri dari dua buah elektroda yang masing-masing dihubungkan dengan kutub-kutub sumber arus dan dimasukkan kedalam bejana yang berisi zat elektrolit. Elektroda yang digunakan biasanya berupa elektroda inert (sukar bereaksi) seperti platina, karbon (grafit) dan Emas.
Elektroda yang dihubungkan dengan kutub negatif sumber arus disebut katoda (─) sedangkan elektroda yang dihubungkan dengan kutub positif sumber arus disebut anoda (+). Saat elektrolisis dilakukan ion-ion yang bermuatan positif (kation) akan teroksidasi dan menempel pada elektroda yang digunakan pada katoda sehingga apabila dilakukan penimbangan massa katoda bertambah, sedangkan ion-ion yang bermuatan negatif (anion) akan tereduksi pada anoda sehingga elektroda yang diletakan pada anoda massannya tidak berubah (tetap). Proses elektrolisis umunya terdiri dari dua tipe yaitu elektrolisis lelehan (leburan) dan elektrolisis larutan.

bilangan oksidasi

Beberapa ketentuan menentukan bilangan oksidasi unsur-unsur:

1. Bilangan oksidasi unsur bebas (tidak berikatan dengan unsur lain) sama dengan nol. Misalnya Na, Mg, Fe, O, Cl₂, H₂, P₄ dan S₈.
2. Bilangan oksidasi ion sederhana/monoatom sama dengan muatannya. misalnya:

• Ion K⁺ bilangan oksidasinya +1
• Ion F^– bilangan oksidasinya -1
• Ion Mg²⁺ bilangan oksidasinya +2
• Ion O^2- bilangan oksidasinya -2.

3)      Bilangan oksidasi unsur hidrogen dalam senyawa selalu +1 dan -1 pada senyawa hibrida seperti LiH, NaH dan BaH₂.

4)      Bilangan oksidasi F dalam senyawa selalu -1.

5)      Bilangan oksidasi oksigen dalam semua senyawa adalah -2, kecuali pada senyawa peroksida biloks O = –1 dan pada senyawa oksifluorida (OF₂) = +2

6)      Bilangan oksidasi unsur logam dalam senyawa selalu positif dan nilainya sama dengan valensi logam tersebut. Misalnya biloks logam gol.IA = +1, gol.IIA = +2, gol.IIIA = +3

7)      Bilangan oksidasi unsur golongan VIIA dalam senyawa biner dengan logam adalah -1. Misalnya pada senyawa NaCl, MgCl, FeCl₃.

8)      Jumlah bilangan oksidasi unsur-unsur dalam suatu senyawa = 0, Misalnya: Biloks S pada H₂SO₄ ditentukan dengan cara:

H₂SO₄ = 0

( 2 x biloks H) + S + (4 x biloks O)         = 0

(2×1) + S + (4x(-2))                                = 0

2 + S – 8                                                 = 0

S                                                             = 8–2

S                                                             = +6

9)      Jumlah bilangan oksidasi unsur-unsur dalam suatu ion poliatom sama dengan muatannya. Misalnya

Biloks Cr pada Cr₂O₇^2-

Cr₂O₇^2- =  -2

Cr₂ + ( 7 x biloks O )   = -2

Cr₂ + ( 7 x (-2) )           = -2

Cr₂ – 14                       = -2

Cr₂ = 14 – 2

Cr                                = 12 / 2 = +6