Mengajar Kimia

Oksidasi ialah perubahan kimia dimana suatu atom atau kelompok atom melepaskan elektron, dan reduksi ialah perubahan kimia dimana suatu atom atau kelompok atom menerima elektron. Definisi ini berlaku secara sederhana dalam hal unsur-unsur atau ion-ion unsur. Transformasi yang mengubah atom netral menjadi ion positif berlangsung dengan melelepaskan elektron dank arena itu, proses tersebut merupakan suatu proses oksidasi. Contoh : Fe  Fe²⁺ +2e^-  Elektron (e^-) dituliskan secara eksplisit pada bagian kanan persamaan reaksi dan menjaga kesamaan muatan total pada kedua belah persamaan itu. Demikian pula transformasi unsur netral menjadi anion harus diikuti oleh pertambahan elektron, dan karena itu termasuk proses reduksi. Oksidasi dan reduksi selalu berlangsung secara serentak, dan jumlah elektron yang dilepaskan pada oksidasi harus sama dengan jumlah elektron yang didapatkan pada reduksi. (Rosenberg, 1987:144 )

Peserta didik biasanya sulit menentukan spesies yang mengalami oksidasi atau reduksi, selain itu juga agak sukar untuk menentukan jumlah elektron yang dipindahkan dalam reaksi. Kesukaran ini dapat dianalisis menggunakan konsep bilangan oksidasi atau kadang disebut sebagai tingkat oksidasi. Beberapa aturan di bawah ini dapat digunakan untuk menentukan bilangan oksidasi, bila ada dua aturan yang tampak bertentangan maka digunakan aturan yang urutanya lebih awal.

1.        Bilangan oksidasi atom dalam sebuah unsur bebas adalah 0.

2.        Jumlah bilangan oksidasi atom-atom dalam sebuah molekul netral adalah nol.

3.        Bilangan oksidasi sebuah ion sama dengan muatan ion tersebut (baik besar maupun tandanya).

4.        Bilangan oksidasi oksigen dalam senyawa, umumnya -2 kecuali peroksida sama dengan -1

5.        Bilangan oksidasi hidrogen dalam senyawa umumnya +1 kecuali dalam senyawa hidirida sama dengan -1. (Bird, 1987: 217-218)

 Elektrokimia merupakan cabang dari ilmu kimia yang mempelajari reaksi hubungan antara perubahan (reaksi) kimia dengan kerja listrik, biasanya melibatkan sel elektrokimia yang menerapkan prinsip reaksi redoks dalam aplikasinya. Sel elektrokimia baik yang melepas atau menyerap energi selalu melibatkan perpindahan elektron-elektron dari satu senyawa ke senyawa yang lain dalam suatu reaksi oksidasi reduksi.

Sel elektrokimia terbagi menjadi dua, yaitu sel yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik, dan sel yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Untuk sel elektrokimia yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik disebut juga dengan sel Galvani / sel Volta. Listrik ini dihasilkan karena terjadi reaksi redoks yang spontan. Reaksi redoks terjadi pada bagian sel yang disebut dengan elektroda. Elektroda ini ada dua macam, yaitu anoda, tempat terjadinya reaksi oksidasi dan katoda, tempat reaksi reduksi berlangsung. Oksidasi bisa dikatakan sebagai reaksi pelepasan elektron, menerima oksigen, kenaikan bilangan oksidasi atau kehilangan hidrogen. Sedangkan reduksi mempunyai arti sebaliknya. Masing-masing sel dihubungkan dengan sesuatu yang bisa untuk menghantarkan elektron. Biasanya digunakan garam amonium atau nitrat yang dimasukkan dalam pipa U (sel Galvani sederhana). Elektrodanya menggunakan logam yang di masukkan dalam larutan yang berisi ion logam tersebut.

Apabila elektroda dihubungkan, maka pada kutub anoda terjadi pelepasan elektron, dan elektron akan berpindah menuju katoda untuk melakukan reaksi reduksi. Anoda akan semakin tipis karena mengalami oksidasi dan katoda akan semakin tebal karena terjadi peristiwa reduksi / pengendapan pada logamnya. Perpindahan elektron dari anoda ke katoda ini menimbulkan arus listrik yang bisa dimanfaatkan, sampai akhirnya logam di anoda akan habis dan aliran elektron berhenti, sehingga logam ini harus diganti dengan yang baru. Sel-sel seperti ini bisa dijumpai dalam kehidupan sehari-hari, misalnya baterai dan aki.

Sel yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia yang lebih dikenal dengan sel elektrolisis sedikit berbeda dengan sel Galvani. Pada sel ini dibutuhkan energi listrik untuk “memaksa” berlangsungnya reaksi redoks yang tidak spontan, yaitu penguraian larutan elektrolit menjadi unsur-unsurnya. Pada sel ini juga dibutuhkan elektroda, tapi yang sering dipakai adalah elektroda inert, misalnya karbon atau platina. Elektroda ini tidak ikut bereaksi, melainkan hanya menyediakan permukaannya sebagai tempat berlangsungnya reaksi. Kedua elektroda ini dimasukkan dalam larutan elektrolit dalam satu wadah. Sumber arus listrik akan memberikan elektron ke katoda dan elektron ditangkap oleh kation (ion positif), jadi pada permukaan katoda terjadi reaksi reduksi terhadap kation. Pada saat yang sama, anion (ion negatif) melepaskan elektron, dan elektron ini bergerak menuju sumber arus melewati anoda. Pada anoda terjadi reaksi oksidasi anion. Elektrolisis mempunyai banyak penerapan yang digunakan dalam industri-industri, misalnya pada industri pelapisan logam.

Dalam sel elektrokimia maupun elektrolisis, harus diperhatikan jenis dan posisi zat yang digunakan. Penempatan zat yang salah bisa menyebabkan reaksi tidak berlangsung. Untuk menentukannya, bisa digunakan tabel potensial reduksi standar ( E^o ) sebagai acuan. Apabila harga E^o zat lebih kecil, maka zat tersebut harus mengalami oksidasi, berarti posisinya berada pada anoda, dan jika E^o zat lebih kecil, maka zat itu akan mengalami reduksi sehingga berada pada posisi katoda. Khusus untuk elektrolisis, ion logam yang harga E^o-nya lebih kecil dari -0,83 v (E^o air) maka yang akan di elektrolisis adalah air tersebut, bukan logamnya.

Beberapa kaidah umum untuk meramalkan reaksi yang terjadi pada elektroda selama proses elektrolisis adalah :

1.        Katoda terbuat dari logam, sedang kation adalah logam alkali atau alkali tanah:

·            Pada katoda dibebaskan H₂

·            Reaksinya : 2H₂O + 2e^-  H₂(g) + 2OH^-

2.        Katoda terbuat dari logam, sedang kation adalah logam selain logam alkali atau alkali tanah:

·            Logam akan diendapkan pada katoda, misal Cu²⁺ + 2e^-  Cu(s)

3.        Anoda terbuat dari logam inert seperti Pt, C, dan seterusnya:

·       Bila anion dalam larutan mengandung oksigen, misalnya SO₄^2- akan dibebaskan O₂. Reaksinya 2H₂O 4H⁺ + O₂(g) + 4e^—

·       Bila anion dalam larutan lebih mudah teroksidasi dari H2O misalnya Cl-, Br-, maka anion tersebut akan dioksidasi. Reaksinya: 2Cl^-  2e^- + Cl₂

4.        Anoda terbuat dari logam reaktif:

·       Anoda akan larut, misal Ag  Ag⁺ + e^- (Bird, 1987 :235)

Dapat dilihat, bahwa reaksi-reaksi redoks terjadi bersamaan, entah itu pada zat yang berbeda atau sama. Jika hanya satu unsur / atom yang mengalami reaksi redoks, maka disebut  autoredoks atau disproporsionasi. Reaksi redoks yang dapat dijumpai di dalam kehidupan sehari-hari misalnya peristiwa perkaratan yang merugikan manusia. Sudah banyak cara yang bisa digunakan untuk mengatasinya, antara lain dengan memberikan lapisan yang tidak akan mengalami reaksi reduksi maupun oksidasi, misalnya cat. Bisa juga melapisi dengan logam yang tidak mengalami korosi, misalnya krom, perak, dll. Cara yang lain adalah dengan mengorbankan logam lain untuk mengalami korosi. Misalnya besi yang dilapisi dengan logam seng. Maka seng akan mengalami oksidasi, sehingga harus dilakukan penggantian logam seng secara periodik.