REAKSI TRANSFER ELEKTRON dan KESETIMBANGAN REAKSI REDOKS

1.      Reaksi Transfer Elektron

Reaksi transfer elektron ada dua jenis yakni reduksi (menangkap elektron sebagian atau keseluruhan) dan oksidasi (kehilangan elektron sebagian atau keseluruhan). Oksidator merupakan zat yang mengoksidasi zat lain sedangkan reduktor adalah zat yang mereduksi zat lain. Ada dua unsur yang khas pada reakso redoks yakni adanya unsur bebas dan adanya perubahan bilangan oksidasi. Unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi adalah unsur (elemen) bebas dan semua atom dalam senyawa kecuali H, O, Golongan IA dab IIA dalam tabel periodik.

Salah satu contoh reaksi redoks adalah antara hidrogen dan fluorin:

Kita dapat menulis keseluruhan reaksi ini sebagai dua reaksi setengah:

reaksi oksidasi

dan reaksi reduksi

Penganalisaan masing-masing reaksi setengah akan menjadikan keseluruhan proses kimia lebih jelas. Karena tidak terdapat perbuahan total muatan selama reaksi redoks, jumlah elektron yang berlebihan pada reaksi oksidasi haruslah sama dengan jumlah yang dikonsumsi pada reaksi reduksi.

Unsur-unsur, bahkan dalam bentuk molekul, sering kali memiliki bilangan oksidasi nol. Pada reaksi di atas, hidrogen teroksidasi dari bilangan oksidasi 0 menjadi +1, sedangkan fluorin tereduksi dari bilangan oksidasi 0 menjadi -1.

Ketika reaksi oksidasi dan reduksi digabungkan, elektron-elektron yang terlibat akan saling mengurangi:

Dan ion-ion akan bergabung membentuk hidrogen fluorida:

2.      Sel Galvanik

Sel galvani adalah sel elektrokimia yang dapat menghasilkan energi listrik yang disebabkan oleh terjadinya reaksi redoks yang spontan. Contoh sel galvani adalah sel Daniell yang gambarnya dapat dilihat pada gambar 1. Jika kedua elektrodanya dihubungkan dengan sirkuit luar, dihasilkan arus litrik yang dapat dibuktikan dengan meyimpangnya jarum galvanometer  yang dipasang pada rangkaian luar dari sel tersebut.

Gambar 1. Sel Daniell

Sel Daniell sering pula dimodifikasi seperti yang terlihat pada gambar 2. Kedua setengah sel dihubungkan dengan jembatan garam

   

Gambar 2. Sel Daniell dengan jembatan garam

 Ketika sel Daniell digunakan sebagai sumber listrik terjadi perubahan dari Zn menjadi Zn²⁺ yang larut

            Zn(s)  à Zn²⁺(aq) + 2e^-             (reaksi oksidasi)

Hal ini dapat diketahui dari semakin berkurangnya massa Zn sebelum dan sesudah reaksi. Di sisi lain, elektroda Cu semakin bertambah massanya karena terjadi pengendapan Cu dari Cu²⁺ dalam larutan.

            Cu²⁺(aq) +  2e^-  à   Cu(s)         (reaksi reduksi)

Pada sel tersebut elektroda Zn bertindak sebagai anoda dan elektroda Cu sebagai katoda.

Ketika sel Daniell “disetting”, terjadi arus elektron dari elektroda seng  (Zn) ke elektroda tembaga (Cu) pada sirkuat luar. Oleh karena itu logam seng bertindak sebagai kutub negatif dan logam  tembaga sebagai kutub positif. Bersamaan dengan itu pada larutan dalam sel tersebut terjadi arus positif dari kiri ke kanan sebagai akibat dari mengalirnya sebagian ion Zn²⁺ (karena dalam larutan sebelah kiri terjadi kelebihan ion Zn²⁺ dibandingkan dengan ion SO₄^2-yang ada).

Reaksi total yang terjadi pada sel Daniell adalah :

Zn(s) +  Cu²⁺(aq)  à  Zn²⁺(aq) + Cu(s)

Reaksi tersebut merupakan reaksi redoks yang spontan yang dapat digunakan untuk memproduksi listrik melalui suatu rangkaian sel elektrokimia

3.      Persamaan Nernst

Kebergantungan potensial elektroda pada konsentrasi telah dibahas. Untuk persamaan sel umum,

aA +bB   xX + yY (10.20)

potensial sel diberikan oleh persamaan Nernst.

E = E^θ – (RT/nF) ln([X]^x[Y]^y)/([A]^a[B]^b) (10.21)

E^θ adalah potensial elektroda normal (potensial elektroda semua zat dalam reaksi sel dalam keadaan standar), n jumlah elektro yang terlibat dalam reaksi, F adalah tetapan Faraday, [A]. dsb, adalah konsentrasi molar masing-masing ion yang terlibat.

Contoh soal 10.6 persamaan Nernst

K₂Cr₂O₇/ H₂SO₄ adalah oksidan yang dikenal baik, dan reaksi elektrodanya adalah

Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6e^-–> 2Cr³⁺ + 7H₂O (E^θ = 1,29 V)

Hitung potensial elektroda ini pada kondisi berikut. (gunakan nilai ini lnx = 2,303 logx, 2,303RT/F = 0,0592 V pada 25°C).

1.      [Cr₂O₇^2-] = [Cr³⁺] = [H⁺] = 1,0 mol dm^-3

2.      [Cr₂O₇^2-] = [Cr³⁺] = 1,0 mol dm^-3, [H⁺] = 10^-7 mol dm^-3

4.      Elektrode

Elektroda adalah konduktor yang digunakan untuk bersentuhan dengan bagian atau media non-logam dari sebuah sirkuit (misal semikonduktor, elektrolit atau vakum). Elektroda dalam sel elektrokimia dapat disebut sebagai anoda atau katoda, kata-kata yang juga diciptakan oleh Faraday. Anoda ini didefinisikan sebagai elektroda di mana elektron datang dari sel elektrokimia dan oksidasi terjadi, dan katoda didefinisikan sebagai elektroda di mana elektron memasuki sel elektrokimia dan reduksi terjadi. Setiap elektroda dapat menjadi sebuah anoda atau katoda tergantung dari tegangan listrik yang diberikan ke sel elektrokimia tersebut. Elektroda bipolar adalah elektroda yang berfungsi sebagai anoda dari sebuah sel elektrokimia dan katoda bagi sel elektrokimia lainnya.

5.      Potensial

Pengukuran potensial sel dapat di gunakan untuk membandingkan kecenderungan logam-logam atau spesi lain ntuk mengalami oksidasi atau reduksi. Misalnya, jika elektrode Zn  Zn²⁺  diganti dengan elektrode Ag/Ag⁺, ternyata elektron mengalir dari elektrode Cu ke elektrode Ag menghasilkan potensial standar (E⁰_sel ) = 0,45 volt. Jadi, tembaga lebih mudah teroksidasi perak. Berdasarkan data di atas, urutan kecenderungan teroksidasi dari logam-logam Zn, Cu, dan Ag adalah Zn > Cu > Ag.
Untuk membandingkan kecenderungan oksidasi atau reduksi dari suatu elektrode, telah ditetapkan suatu elektrode pembanding, yaitu elektrode hidrogen. Elektrode hidrogen terdiri atas hidrogen yang dialirkan ke dalam larutan asam (H⁺) melalui logam inert, yaitu platina. Potensial sel yang dihasilkan oleh suatu elektrode (M) dengan elektrode hidrogen disebut potensial elektrode itu dan dinyatakan dengan lambang E⁰. Apabila pengukuran dilakukan pada kondisi standart, yaitu pada suhu 25⁰C dengan konsentrasi ion-ion 1 M dengan tekanan gas 1 atm, disebut potensial elektrode standar dan diberi lambang E⁰. 

Elektrode yang lebih mudah mengalami reduksi dibandingkan terhadap elektrode hidrogen mempunyai potensial elektrode bertanda positif (diberi tanda positif), sedangkan elektrode yang lebih sukar mengalami reduksi diberi negatif.

Menurut kesepakatan (konvensi), potensial elektrode dikaitkan dengan reaksi reduksi. Jadi, potensial elektrode sama dengan potensial reduksi. Adapun potensial oksidasi sama nilainya dengan potensial reduksi, tetapi tandanya berlawanan.