Materi Reaksi Redoks

REDOKS

A.  Bilangan Oksidasi (Biloks)

1.     Pengertian Bilangan Oksidasi (Biloks)

Bilangan oksidasi adalah bilangan positif atau negatif yang menunjuk pada muatan suatu spesies bila elektron-elektron dianggap terdistribusi pada atom-atom menurut aturan tertentu. Aturan distribusi ini adalah secara ionik bagi spesies heteronuklir yang artinya terjadi perpindahan elektron kepada atom yang lebih bersifat elektronegatif, dan secara kovalen murni bagi spesies homonuklir.

Reaksi reduksi-oksidasi (redoks) melibatkan adanya transfer elektron, dengan demikian terjadi perubahan tingkat atau bilangan oksidasi spesies yang bersangkutan.

Oleh karena itu untuk mengetahui jumlah elektron yang terlibat perlu identifikasi tingkat oksidasi atau bilangan oksidasi yang terlibat dalam reaksi.

2.     Aturan Bilangan Oksidasi

Atas batasan yang telah dijabarkan di atas, maka bilangan oksidasi dapat ditentukan oleh aturan berikut:

1. Bilangan oksidasi untuk setiap atom unsur adalah nol.
2. Bilangan oksidasi ion monoatomik adalah sama dengan muatan ion yang bersangkutan.
3. Jumlah aljabar bilangan oksidasi suatu spesies poliatomik netral adalah nol, dan suatu spesies poliatomik asam dengan muatan ion yang bersangkutan.
4. Dalam suatu senyawa, unsur yang lebih elektronegatif mempunyai bilangan oksidasi negatif, dan unsur yang lebih elektropositif mempunyai bilangan oksidasi positif.
5. Untuk suatu senyawa yang dalam molekulnya tersusun lebih dari satu atom yang sama, dikenal adanya bilangan oksidasi rata-rata maupun bilangan oksidasi individual bagi masing-masing atom berdasarkan ikatannya.

Aturan nomor 5 mengindikasikan bahwa atom unsur yang sama dalam satu molekul dapat memiliki tingkat oksidasi yang berbeda, dan ini sebagai akibat kedudukan ikatan yang berbeda pula. Sebagai contoh adalah senyawa Na₂S₂O₃. Dalam senyawa tersebut setiap atom natrium dan oksigen masing-masing mempunyai bilangan oksidasi +1 dan +2, tetapi kedua atom belerang sesungguhnya mempunyai bilangan oksidasi individual yang berbeda yaitu +5 untuk atom S_pusat dan -1 untuk atom S_terminal, sehingga atom S mempunyai tingkat oksidasi rata-rata +2. Perbedaan tingkat oksidasi atom S dalam senyawa tersebut memang ditunjukkan oleh perbedaan sifat reaksinya sebagaimana sifat ikatannya. Atom S dan O masing-masing mempunyai 6 elektron valensi, dan dengan adanya 2 elektron tambahan (dari dua atom Na) menghasilkan formula konfigurasi oktet elektron model Lewis, S₂O₃^2-. Pertimbangan sifat elektronegativitas menyarankan bahwa ke enam elektron valensi atom S_pusat lebih tertarik ke arah tiga atom oksigen, dan sepasang elektron ikatan S-S berada di tengah-tengah antara keduanya sehingga kedua atom belerang dalam lingkungan elektronik yang berbeda. Akibatnya, tingkat oksidasinya pun berbeda pula. Tiap atom O menjadi seolah-olah kelebihan 2 elektron dan dengan demikian mempunyai tingkat oksidasi -2. Sepasang elektron ikatan S-S dimiliki bersama dengan kekuatan elektronegativitas yang sama pula sehingga masing-masing atom S mendapat 1 elektron. Dengan demikian, diperoleh tingkat oksidasi +5 (= +6 -1) untuk atom S_pusat, dan -1 untuk atom S_terminal.

3.     Perbedaan Biloks dengan Muatan Formal

Perlu diingat bahwa perbedaannya dengan konsep muatan formal yaitu bahwa konsep ini mengasumsikan pada ikatan kovalen murni sehingga pasangan elektron ikatan selalu dimiliki bersama dengan kekuatan yang sama antara dua atom yang berbeda elektronegativitasnya. Sedangkan konsep bilangan oksidasi mengasumsikan pada ikatan ionik antara dua atom yang berbeda sehingga pasangan elektron ikatan selalu berpihak kepada atom yang lebih elektronegativitasnya lebih tinggi. Dalam molekul CO menurut struktur elektronik Lewis, masing-masing atom mempunyai muatan formal -1 untuk atom C dan +1 untuk atom O, tetapi mempunyai tingkat oksidasi +2 untuk atom atom C dan -2 untuk atom O.

B.  Polar dan Nonpolar

1.     Pengertian Polaritas

Polaritas atau kepolaran adalah pemisahan muatan listrik yang mengarah ke molekul atau gugus yang memiliki momen dipol.Polaritas molekul tergantung pada perbedaan elektronegativitas antara atom-atom dalam suatu senyawa dan struktur senyawa yang tidak simetris. Polaritas berpengaruh terhadap beberapa sifat fisik suatu bahan kimia yaitu tegangan permukaan, kelarutan, titik leleh dan titik didih. Molekul polar berinteraksi melalui gaya antarmolekul dipol-dipol dan ikatan hidrogen.

Molekul air bersifat polar. Hal itu disebabkan karena adanya perbedaan muatan, yaitu muatan positif (merah) dan negatif (biru)

Polaritas Ikatan

C.  Gaya van der Waals

1.     Pengertian Gaya van der Waals

Ada banyak sekali ikatan kimia yang mempengaruhi sifat fisika dan kimia suatu bahan kimia. Salah satunya adalah gaya van der Waals. Definisi gaya van der Waals adalah jumlah gaya tarik menarik atau tolak menolak antar molekul (atau antar bagian dalam molekul yang sama) selain yang disebabkan oleh ikatan kovalen maupun interaksi elektrostatik ion dengan molekul netral atau bermuatan lainnya. Istilah gaya van der Waals mencakup beberapa istilah berikut:

1. Gaya antara dua dipol permanen
2. Gaya antara suatu dipol permanen dan dipol induksi (gaya Debye)
3. Gaya antara dua dipol induksi sementara (gaya dispersi London)

Sebagai tambahan, nama van der Waals diambil dari nama saintis Belanda yaitu Johannes Diderik van der Waals.

Tokek dapat menempel di dinding karena adanya gaya van der Waals

2.     Penjelasan Gaya van der Waals

Gaya van der Waals termasuk gaya tarik menarik dan tolak menolak antara atom, molekul, dan permukaan serta antar molekul lainnya. Yang menyebabkan berbeda adalah ikatan kovalen dan ionik yang disebabkan oleh korelasi dalam polarisasi fluktuasi partikel terdekat.

            Gaya van der Waals relatif lebih lemah dibandingkan ikatan kovalen. Namun demikian tetap memiliki peranan yang besar dalam kimia supramolekul, biologi struktural, polimer, nanoteknologi, kimia permukaan, dan fisika bahan padat. Gaya van der Waals juga mempunyai pengaruh terhadap senyawa organik, termasuk kelarutan pada media polar dan non polar.

Gaya intermolekuler mempunyai empat peranan besar:

1. Komponen repulsif yang dihasilkan dari prinsip pengecualian Pauli yang mencegah runtuhnya molekul.
2. Gaya elektrostatik tarik menarik dan tolak menolak antara gaya permanen (dalam hal ion molekuler), dipol (dalam hal molekul tanpa titik inversi), quadrupol, dan umumnya antara moltipolar permanen. Interaksi elektrostatik sering disebut sebagai interaksi Keesom.
3. Induksi (yang disebut sebagai polarisasi), yang mana merupakan interaksi antara multipolar pada satu molekul dengan multipolar induksi lainnya, Interaksi ini seringkali disebut gaya Debye.
4. Dispersi (sering dinamai gaya Fritz), yang mana interaksi tarik menarik anatara molekul berpasangan, termasuk atom non-polar, yang muncul dari interaksi multipolar sementara.

Seluruh gaya intermolekuler / van der Waals bersifat anisotropik, yang artinya tergantung ada orientasi relatif molekul, kecuali pada dua gas mulia.

Elektron tidak selalu dibagi rata antara dua atom yang berikatan. Satu atom mungkin lebih kuat untuk menarik elektron ke dirinya sendiri dibanding dengan atom lain. Hal tersebut dapat mengakibatkan adanya dipol-dipol antarmolekul. Tarikan ini disebut sebagai elektronegativitas. Pembagian elektron yang tidak merata dalam ikatan mengakibatkan pembentukan dipol listrik, yaitu pemisahan muatan listrik positif dan negatif. Muatan parsial dilambangkan sebagai δ+ (delta plus) dan δ- (delta minus). Simbol tersebut diperkenalkan oleh Christopher Ingold dan istrinya Hilda Usherwood pada tahun 1926.

Atom dengan elektronegativitas tinggi seperti fluor, oksigen, dan nitrogen mempunyai kemampuan menarik elektron lebih besar dari atom dengan elektronegativitas yang lebih rendah. Dalam suatu ikatan, hal ini dapat mengakibatkan pembagian elektron antar atom yang tidak merata. Elektron akan ditarik lebih dekat ke atom dengan elektronegativitas yang lebih tinggi.

Ikatan dapat dikategorikan menjadi dua jenis yaitu nonpolar dan polar. Sebuah ikatan nonpolar terjadi ketika elektronegativitas atom yang berikatan adalah sama sehingga perbedaan muatannya adalah nol. Ikatan polar lebih tepat disebut ikatan ion dan terjadi ketika terdapat perbedaan elektronegativitas yang cukup besar antara dua atom yang berikatan. Polar dan nonpolar lebih merujuk pada ikatan kovalen. Penentuan polaritas ikatan kovalen dapat menggunakan cara numerik, yaitu menghitung perbedaan elektronegativitas atom yang saling berikatan. Pada skala Pauling, jika hasilnya adalah antara 0,4 dan 1,7 secara umum akan disebut sebagai ikatan kovalen polar.

D.  Reaksi Pengendapan

1.     Pengertian Reaksi Pengendapan

Pengendapan (presipitasi) adalah reaksi pembentukan padatan dalam larutan atau di dalam padatan lain selama reaksi kimia. Pengendapan juga dapat terjadi karena adanya difusi dalam padatan. Ketika reaksi terjadi dalam larutan cair, padatan terbentuk disebut sebagai endapan. Bahan kimia yang menyebabkan adanya padatan disebut sebagai pengendap. Tanpa kekuatan energi gravitasi yang cukup untuk membawa partikel-partikel padat ke bawah bersama-sama, maka endapan akan tetap sebagai suspensi. Setelah terjadi sedimentasi, endapan dapat disebut sebagai pelet. Cairan yang sudah tidak mempunyai endapan supernatant. Untuk lebih jelas, perhatikan gambar di bawah ini.

2.     Penjelasan Pengendapan

Pengendapan dapat terjadi jika konsentrasi senyawa melebihi kelarutan. Pengendapan dapat terjadi dengan cepat dari larutan jenuh. Pengendapan erat kaitannya dengan hasil kali kelarutan (Ksp).

Dalam padatan, pengendapan terjadi jika konsentrasi salah satu padatan berada di atas batas kelarutan. Pengendapan padatan sering digunakan untuk mensintesis nanoclusters.

Tahap penting dari proses presipitasi adalah nukleasi. Pembentukan partikel padatan meliputi pembentukan antarmuka, yang memerlukan beberapa energi didasarkan pada energi permukaan relatif padatan atau larutan. Jika tidak, maka akan terjadi kejenuhan.

3.     Reaksi Kimia Pengendapan

Contoh dari reaksi pengendapan adalah ketika larutan perak nitrat (AgNO₃) ditambahkan ke dalam larutan yang mengandung kalium klorida (KCl). Maka akan terbentuk endapan putih perak klorida (AgCl).

AgNO₃ (aq) + KCl (aq) → AgCl (s) + KNO₃ (aq)

     Reaksi ini dapat ditulis dengan menekankan pada disosiasi ion. Hal ini dikenal sebagai persamaan ion.

Ag⁺ (aq) + NO₃^- (aq) + K⁺ (aq) + Cl^- (aq) → AgCl (s) + K⁺ (aq) + NO₃^- (aq)

Suatu cara untuk menjelaskan reaksi endapan dikenal sebagai reaksi ion bersih. Dalam hal ini, setiap ion pendukung (tidak berperan terhadap reaksi)  akan dihilangkan. Persamaan di atas disederhanakan menjadi seperti berikut:

Ag⁺ (aq) + Cl^- (aq) → AgCl (s)

4.     Warna Endapan

Banyak senyawa yang mengandung ion logam menghasilkan endapan dengan warna yang khas. Berikut ini adalah warna khas untuk berbagai logam. Namun demikian, banyak dari senyawa ini dapat menghasilkan warna yang sangat berbeda.

Senyawa	Warna
Emas	Oranye
Krom	Hijau tua, hijau keruh, oranye, ungu, kuning, coklat
Kobalt	Warna merah muda
Tembaga	Biru
Besi(II)	Hijau
Besi(III)	Coklat kemerahan
Mangan	Merah muda pucat
Nikel	Hijau