Penyesuaian reaksi redoks dengan metode setengah reaksi atau ion elektron

Reaksi redoks atau reaksi reduksi oksida adalah proses kimia di mana transfer bersih elektron terjadi dari satu spesies kimia yang teroksidasi ke spesies lain yang tereduksi . Jenis reaksi ini sulit disesuaikan dengan metode tradisional seperti coba-coba, sehingga metode alternatif telah dikembangkan untuk memfasilitasi proses tersebut. Salah satu metode ini adalah metode setengah reaksi, juga dikenal sebagai metode ion elektron .

Apa metode setengah reaksi atau ion elektron?

Metode setengah reaksi terdiri dari serangkaian langkah yang harus diikuti untuk menyetarakan atau menyesuaikan persamaan reaksi redoks. Metode ini didasarkan pada gagasan bahwa proses redoks sebenarnya terdiri dari penggabungan dua proses yang dapat dianggap terpisah, yaitu oksidasi dan reduksi.

Dalam metode setengah reaksi atau metode ion elektron, persamaan setengah reaksi oksidasi dan reduksi disesuaikan secara terpisah untuk kemudian menggabungkan kedua persamaan tersebut menjadi persamaan global yang sudah seimbang.

Oksidasi dan reduksi setengah reaksi

Oksidasi adalah proses kimia di mana sebuah atom atau sekelompok atom kehilangan atau melepaskan satu atau lebih elektron . Proses ini tentu menyiratkan peningkatan keadaan oksidasi dari beberapa atom yang membentuk spesies asli.

Di sisi lain, reduksi dipahami sebagai proses kebalikan dari oksidasi. Reduksi adalah proses kimia di mana spesies kimia mendapatkan satu atau lebih elektron . Ketika ini terjadi, keadaan oksidasi dari beberapa atom yang menyusun spesies kimia ini berkurang, karena menerima elektron yang muatannya negatif.

Dua bagian dari proses yang sama

Elektron bebas adalah spesies yang sangat tidak stabil, sehingga reaksi oksidasi adalah proses yang tidak dapat terjadi secara mandiri, kecuali dalam kondisi yang sangat khusus. Dengan kata lain, tidak dapat terjadi bahwa sebuah atom secara spontan melepaskan elektron tanpa basa-basi lagi, dan elektron ini tetap, bisa dikatakan, “melayang-layang”. Ini hanya terjadi dalam kondisi yang sangat energik, seperti dalam plasma, atau ketika suatu bahan dibombardir dengan beberapa jenis radiasi energi tinggi. Akibatnya, reaksi oksidasi hanya dapat terjadi jika pada saat yang sama spesies lain mampu menerima elektron yang dilepaskan.

Mengingat hal ini, oksidasi dan reduksi tidak dapat dianggap sebagai reaksi kimia itu sendiri, melainkan merupakan dua bagian dari proses yang sama, oleh karena itu disebut setengah reaksi atau setengah reaksi, meskipun istilah yang terakhir jarang digunakan dalam literatur kimia Spanyol.

Metode setengah reaksi untuk mengatur reaksi redoks

Selanjutnya akan dijelaskan langkah-langkah menyetarakan persamaan reaksi redoks dengan menggunakan metode ion elektron atau metode setengah reaksi.

Perlu dicatat bahwa metode ini memiliki dua varian tergantung pada apakah reaksi dilakukan dalam media asam atau dalam media basa. Dalam banyak literatur, kedua metode ini dirinci secara terpisah, mengikuti langkah-langkah yang sedikit berbeda selama tahapan proses yang berbeda. Namun, reaksi yang disesuaikan redoks dalam media asam dapat dengan mudah diubah menjadi media basa melalui tiga langkah yang sangat sederhana. Karena alasan ini, menurut kami akan lebih mudah untuk mempelajari cara mengatur reaksi dalam media asam (yang lebih mudah) dan kemudian mengubahnya menjadi media basa jika perlu.

Untuk mengilustrasikan proses ini, kita akan mencocokkan reaksi redoks berikut yang terjadi dalam medium basa:

Langkah 0 (opsional): Pisahkan semua spesies ionik terlarut untuk mendapatkan persamaan ionik

Proses penyesuaian dengan metode ion elektron jauh lebih sederhana jika semua ion pengamat dikeluarkan dari setengah reaksi, yaitu semua ion yang tidak terlibat langsung dalam oksidasi atau reduksi tetapi tetap ada dalam reaksi. bagian dari senyawa ion asli.

Langkah pertama untuk melakukannya adalah memisahkan semua spesies ionik terlarut, yaitu garam, asam, dan basa. Ion-ion yang muncul di kedua sisi persamaan sama sekali tidak berubah akan menjadi ion penonton. Dalam kasus contoh kita, persamaan ion akan menjadi seperti ini:

Melihat persamaan ini, jelas bahwa kation kalium tidak terlibat dalam reaksi dan karenanya merupakan ion penonton. Kemudian, persamaan ion bersih yang akan kita sesuaikan, setelah menghilangkan ion ini, adalah:

Langkah ini tidak selalu diperlukan, karena dalam beberapa kasus kita mulai langsung dari persamaan ion total (persamaan di mana ion penonton tidak ada lagi), dan dalam kasus lain, persamaannya sangat sederhana sehingga keberadaan ion ini tidak mengganggu proses penyesuaian reaksi.

Langkah 1: Identifikasi spesies yang teroksidasi dan tereduksi.

Langkah selanjutnya melibatkan penentuan keadaan oksidasi semua atom yang ada dalam persamaan kimia, untuk mengetahui atom mana yang mengalami perubahan keadaan oksidasi. Harus ada setidaknya satu atom yang teroksidasi dan satu yang tereduksi, dan bahkan mungkin atom yang sama (dalam hal ini kita berada di hadapan jenis reaksi redoks tertentu yang disebut dismutasi).

Artikel ini tidak bertujuan untuk memberikan penjelasan lengkap tentang cara menentukan bilangan oksidasi, tetapi mari kita ingat sebagai aturan dasar bahwa:

• Zat unsur memiliki tingkat oksidasi 0.
• Keadaan oksidasi kation dan anion monoatomik sesuai dengan muatannya.
• Dalam semua oksida dan oksianion, oksigen memiliki -2 tingkat oksidasi.
• Dengan pengecualian hidrida, yang tingkat oksidasinya adalah -1, hidrogen selalu memiliki tingkat oksidasi +1 di semua senyawa yang menjadi bagiannya.
• Keadaan oksidasi lainnya dihitung sedemikian rupa sehingga jumlah semua keadaan oksidasi cocok dengan muatan bersih spesies yang bersangkutan.

Persamaan berikut menyajikan keadaan oksidasi dari semua spesies yang terlibat dalam contoh kita:

Seperti yang bisa kita lihat, atom yang mengubah tingkat oksidasi adalah mangan dan yodium. Mangan dalam ion permanganat direduksi dari +7 menjadi +4 sedangkan iodida dioksidasi menjadi unsur yodium, berubah dari -1 menjadi 0 tingkat oksidasi.

Langkah 2: Pisahkan reaksi keseluruhan menjadi setengah reaksi oksidasi dan reduksi.

Sekarang setelah kita mengetahui spesi mana yang teroksidasi dan tereduksi, kita dapat membagi keseluruhan reaksi menjadi dua setengah reaksi:

Perhatikan bahwa, karena ion hidroksida tidak terlibat langsung dalam proses oksidasi atau reduksi, mereka tidak termasuk dalam setengah reaksi.

Langkah 3: Setarakan kedua setengah reaksi secara terpisah seolah-olah berada dalam media asam.

Seperti yang dijelaskan di awal, apakah reaksi terjadi dalam media asam atau basa, kita akan mulai menyesuaikannya seolah-olah terjadi dalam media asam. Nantinya, jika perlu, akan diubah menjadi media dasar. Penyesuaian setengah reaksi dalam media asam terdiri dari 5 langkah berikut, yang dapat diterapkan secara bersamaan untuk kedua setengah reaksi:

• Sesuaikan jumlah atom yang mengubah keadaan oksidasi.

Dalam kasus kami, reduksi tidak menyebabkan perubahan apa pun, karena ada satu mangan di setiap sisi, tetapi oksidasi menyebabkan:

• Sesuaikan apa pun selain oksigen atau hidrogen, tambahkan ion penonton jika perlu.

Dalam contoh kita ini tidak perlu, karena kita menghapus semua ion spektator di awal.

• Sesuaikan jumlah oksigen dengan menambahkan molekul air di tempat yang hilang.

Dalam kasus kami, perlu untuk menyesuaikan jumlah oksigen dalam setengah reaksi reduksi, tetapi tidak dalam oksidasi:

• Sesuaikan jumlah hidrogen dengan menambahkan proton (H ⁺ ) yang hilang:

Sekali lagi, oksidasi tetap tidak berubah karena tidak melibatkan atom hidrogen, tetapi dalam reduksi kita perlu menyesuaikannya:

• Sesuaikan muatan listrik total dengan menambahkan elektron (e ^– ) di mana ada muatan negatif yang hilang atau kelebihan muatan positif (Kiat: mereka hampir selalu berada di sisi yang sama dengan proton):

Seperti dapat dilihat, dalam setengah-reaksi reduksi, muatan bersih pada produk adalah 0, tetapi pada reaktan terdapat muatan bersih +4 – 1 = +3, yaitu, ada kelebihan muatan positif. Untuk alasan ini, kita harus menambahkan tiga elektron pada sisi reaktan untuk mengkompensasi kelebihan muatan ini:

Di sisi lain, dalam kasus oksidasi, terdapat muatan bersih –2 pada sisi reaktan dan 0 pada produk, sehingga tidak ada muatan negatif pada produk, sehingga 2 elektron harus ditambahkan pada sisi ini untuk menyeimbangkan. biaya:

Petunjuk

Perlu dicatat bahwa penambahan elektron dengan prosedur ini (memperlakukan mereka seolah-olah mereka ion, maka nama metode ion-elektron) dilakukan secara independen dari tingkat oksidasi dari berbagai spesies yang terlibat. Namun, sangat penting bahwa jumlah elektron dan penempatannya cocok dengan perubahan yang diamati dalam keadaan oksidasi.

Jadi, dalam setengah-reaksi reduksi, elektron harus selalu berada di sisi kiri persamaan dan dalam oksidasi mereka harus selalu berada di sisi kanan, seperti yang terjadi pada contoh kita.

Juga, jumlah elektron harus sesuai dengan perubahan keadaan oksidasi. Mangan direduksi dari +7 menjadi +4, sehingga terjadi perubahan -3 pada keadaan oksidasinya, konsisten dengan penambahan 3 elektron. Dalam kasus iodida, ini berubah dari -1 menjadi 0 sesuai dengan perubahan +1, tetapi ada dua iodida, jadi dua elektron dilepaskan, bukan satu, seperti yang disajikan dalam persamaan masing-masing.

Langkah 4: Kalikan masing-masing setengah-reaksi dengan jumlah elektron yang lain, sederhanakan faktornya jika memungkinkan.

Langkah ini berusaha menyamakan jumlah elektron yang dilepaskan selama oksidasi dengan jumlah elektron yang ditangkap oleh reduksi. Ini memastikan bahwa tidak ada elektron “yatim” pada akhir reaksi atau tidak ada elektron yang hilang. Jika kedua setengah reaksi melepaskan atau mengambil jumlah elektron yang sama, langkah ini tidak diperlukan.

Dalam contoh kita, setiap setengah reaksi oksidasi melepaskan 2 elektron, tetapi setiap setengah reaksi reduksi membutuhkan 3, jadi oksidasi perlu terjadi 3 kali untuk setiap 2 kali reduksi terjadi:

Hasilnya adalah:

Langkah 5: Tambahkan kedua setengah reaksi untuk mendapatkan persamaan ion bersih yang seimbang.

Jumlah dari kedua setengah reaksi ini menghasilkan persamaan ion bersih yang disesuaikan dalam media asam:

Langkah 6 (hanya untuk media basa): Ubah media asam menjadi media basa.

Pada akhir langkah 5 kita telah memiliki persamaan ion bersih yang disesuaikan dalam media asam. Namun, reaksi dapat terjadi dalam basa daripada media asam. Jika demikian, persamaan sebelumnya harus diubah menjadi media dasar. Ini dilakukan melalui tiga langkah sederhana:

• Tambahkan satu ion hidroksida (OH ^– ) ke setiap sisi persamaan untuk setiap proton (H ⁺ ) yang ada.

Dalam kasus kami, 8 ion hidroksida harus ditambahkan dari setiap sisi:

• Gabungkan hidroksida dan proton yang berada di sisi yang sama untuk membentuk molekul air.

Dalam kasus kami, dalam reaktan ada 8 hidroksida dan 8 proton yang dinetralkan untuk membentuk 8 molekul air:

• Jika perlu, sederhanakan molekul air yang berulang di kedua sisi persamaan.

Langkah terakhir ini menghasilkan persamaan ion bersih yang seimbang dalam medium basa. Dalam kasus reaksi yang kita sesuaikan, setelah membentuk 8 molekul air, kita dapat melihat bahwa hanya empat dari delapan molekul ini yang benar-benar berpartisipasi dalam reaksi, karena empat lainnya tetap tidak berubah dalam produk. Menyederhanakan empat molekul air berulang ini memberikan persamaan redoks yang disesuaikan:

Langkah 7 (opsional): Tambahkan ion penonton untuk mendapatkan persamaan molekul keseluruhan

Langkah ini tidak selalu diperlukan, karena persamaan ion bersih merupakan representasi yang lebih akurat dari proses kimia yang sebenarnya terjadi. Namun, ini penting untuk melakukan perhitungan stoikiometri. Dalam hal ini, jika Anda ingin mendapatkan persamaan molekul global, Anda hanya perlu menambahkan ion penonton sebagai lawan dari semua spesies yang muncul dalam persamaan ion bersih.

Dalam contoh ini, satu-satunya ion pengamat adalah kation kalium (K ⁺ ), jadi kita akan menggunakannya untuk menetralkan semua anion yang ada dalam reaksi:

Akhirnya, setelah menyatukan masing-masing ion, kita mendapatkan persamaan yang disesuaikan hanya dalam spesi netral:

Referensi

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Kimia (edisi ke-11). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Generalik, E. (2021, 22 Januari). Menyetarakan reaksi redoks dengan metode ion-elektron . periodni.com. https://www.periodni.com/en/method_of_semi-reactions.php

Lavado S., A., & Yenque D., JA (2005). Prosedur terpadu untuk menyetarakan reaksi redoks menggunakan metode Ion-Elektron . Redalyc. https://www.redalyc.org/pdf/816/81680214.pdf