Reaksi Berikut Yang Merupakan Reaksi Reduksi Adalah

Konsep Reaksi Redoks

Pendahuluan

Redoks
adalah istilah yang menjelaskan berubahnya bilangan oksidasi (keadaan oksidasi) atom-atom dalam sebuah reaksi kimia. Hal ini dapat berupa proses redoks yang sederhana seperti oksidasi karbon yang menghasilkan karbon dioksida, atau reduksi karbon oleh hidrogen menghasilkan metana (CH₄), ataupun ia dapat berupa proses yang kompleks seperti oksidasi gula pada tubuh manusia melalui rentetan transfer elektron yang rumit.

Istilah redoks berasal dari dua konsep, yaitu
reduksi
dan
oksidasi, dapat dijelaskan dengan mudah sebagai berikut:

• Oksidasi
  menjelaskan
  pelepasan elektron
  oleh sebuah molekul, atom, atau ion
• Reduksi
  menjelaskan
  penambahan elektron
  oleh sebuah molekul, atom, atau ion.

Walaupun cukup tepat untuk digunakan dalam berbagai tujuan, penjelasan di atas tidaklah persis benar. Oksidasi dan reduksi tepatnya merujuk pada perubahan bilangan oksidasi karena transfer elektron yang sebenarnya tidak akan selalu terjadi, sehingga:

• Oksidasi
  didefinisikan sebagai peningkatan bilangan oksidasi
• Reduksi
  didefinisikan sebagai penurunan bilangan oksidasi.

Dalam praktiknya, transfer elektron akan selalu mengubah bilangan oksidasi, namun terdapat banyak reaksi yang diklasifikasikan sebagai “redoks” walaupun tidak ada transfer elektron dalam reaksi tersebut (misalnya yang melibatkan ikatan kovalen). Reaksi non-redoks yang tidak melibatkan perubahan muatan formal (formal charge) dikenal sebagai
reaksi metatesis.

Pengertian konsep reaksi reduksi-oksidasi telah mengalami tiga tahap perkembangan sebagai berikut:

1. Konsep Reaksi Reduksi-Oksidasi Berdasarkan Pengikatan dan Pelepasan Oksigen
2. Konsep Reaksi Reduksi-Oksidasi Berdasarkan Pengikatan dan Pelepasan Elektron
3. Konsep Reaksi Reduksi-Oksidasi Berdasarkan Pertambahan dan Penurunan Bilangan Oksidasi

Redoks Berdasarkan Pengikatan dan Pelepasan Oksigen

• Reduksi
  adalah reaksi pelepasan oksigen dari suatu senyawa.
  Reduktor
  adalah zat yang menarik/mengikat oksigen pada reaksi reduksi atau zat yang mengalami reaksi oksidasi.
• Oksidasi
  adalah reaksi pengikatan (penggabungan) oksigen oleh suatu zat.
  Oksidator
  adalah sumber oksigen pada reaksi oksidasi atau zat yang mengalami reduksi.

Contoh: Reaksi Fe₂O₃
+ 3C → 2Fe + 3CO ditulis sebagai berikut.

Penjelasan: Fe₂O₃
melepaskan/memberikan oksigen kepada C dan membentuk Fe, sedangkan C mengikat/menangkap oksigen dari Fe₂O₃
dan membentuk CO. Dengan demikian, Fe₂O₃
mengalami reduksi atau sebagai oksidator, sedangkan C mengalami oksidasi atau sebagai reduktor.

Redoks Berdasarkan Pengikatan dan Pelepasan Elektron

Selain oksigen, elektron yang terkandung pada senyawa maupun unsur dapat menimbulkan reaksi redoks. Berikut penjelasannya.

• Reduksi
  adalah reaksi pengikatan elektron.
  Reduktor
  adalah zat yang melepaskan electron atau zat yang mengalami oksidasi.
• Oksidasi
  adalah reaksi pelepasan elektron.
  Oksidator
  adalah Zat yang mengikat electron atau zat yang mengalami reduksi.

Contoh: reaksi: H₂
+ F₂
→ 2HF.  Reaksi tersebut dapat ditulis sbb:

Penjelasan:
Untuk membentuk senyawa hidrogen fluorida, molekul H₂
melepaskan 2 elektron menjadi 2H⁺
: H₂
→ 2H+ + 2e-, sedangkan molekul F₂
menangkap/mengikat 2 elektron menjadi 2F^–
: F₂
+ 2e- → 2F^–
. Dengan demikian: H₂
mengalami oksidasi atau sebagai reduktor, sedangkan F₂
mengalami reduksi atau sebagai oksidator.

Redoks Berdasarkan Pertambahan dan Penurunan Bilangan Oksidasi

Konsep reaksi redoks yang melibatkan perpindahan elektron ini hanya bisa terjadi pada senyawa ionik aja, sedangkan senyawa kovalen tidak. Oleh karena itu, muncul konsep redoks yang ketiga, yaitu berdasarkan perubahan bilangan oksidasi (biloks). Berdasarkan konsep perubahan bilangan oksidasi:

• Reduksi
  adalah reaksi yang mengalami penurunan bilangan oksidasi.
  Reduktor
  adalah zat yang mereduksi zat lain dalam reaksi redoks atau zat yang mengalami oksidasi.
• Oksidasi
  adalah reaksi yang mengalami kenaikan bilangan oksidasi.
  Oksidator
  adalah zat yang mengoksidasi zat lain dalam reaksi redoks atau zat yang mengalami reaksi reduksi.

Contoh:Reaksi Fe₂O₃
+ 3C → 2Fe + 3CO ditulis sebagai berikut.

Bilangan oksidasi adalah muatan positif dan negatif pada suatu atom. Unsur yang biloksnya positif, biasanya merupakan atom-atom unsur logam, seperti Na, Fe, Mg, Ca, dan unsur logam lainnya. Sementara itu, unsur yang biloksnya negatif, biasanya atom-atom unsur nonlogam, seperti O, Cl, F, dan unsur nonlogam lainnya.

Terdapat delapan aturan dalam menentukan bilangan oksidasi suatu atom, antara lain adalah sebagai berikut.

1. Bilangan oksidasi unsur bebas dalam bentuk atom dan molekul adalah 0.
   Contoh:

• • Unsur bebas berbentuk atom: C, Ca, Cu, Na, Fe, Al, Ne = 0
  • Unsur bebas berbentuk molekul: H₂, O₂, Cl₂, P₄, S₈
    = 0

2. Bilangan oksidasi ion monoatom (1 atom) dan poliatom (lebih dari 1 atom) sesuai dengan jenis muatan ionnya.
   Contoh:

• • Bilangan oksidasi ion monoatom Na⁺, Mg²⁺, dan Al³⁺
    berturut-turut adalah +1, +2, dan +3.
  • Bilangan oksidasi ion poliatom NH₄
    ⁺, SO₄
    ^{2
    -,}
    dan PO₄
    ^{3
    –}
    berturut-turut adalah +1, -2, dan -3.

3. Bilangan oksidasi unsur pada golongan logam IA, IIA, dan IIIA sesuai dengan golongannya.

• • IA = H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr = +1.
    Contoh:
    Bilangan oksidasi Na dalam senyawa NaCl adalah +1.
  • IIA = Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra = +2.
    Contoh:
    Bilangan oksidasi Mg dalam senyawa MgSO₂
    adalah +2.
  • IIIA = B, Al, Ga, In, Tl = +3.
    Contoh:
    Bilangan oksidasi Al dalam senyawa Al₂O₃
    adalah +3.

4. Bilangan oksidasi unsur golongan transisi (golongan B) lebih dari satu. Contoh:

• • Bilangan oksidasi Cu = +1 dan +2.
  • Bilangan oksidasi Au = +1 dan +3.
  • Bilangan oksidasi Sn = +3 dan +4.

5. Jumlah bilangan oksidasi unsur-unsur yang membentuk ion = jumlah muatannya.
   Contoh:
   NH4+ = +1
6. Jumlah bilangan oksidasi unsur-unsur yang membentuk senyawa = 0.
   Contoh:
   H₂O = 0 ( H = +2, ) = -2, jadi 2-2 = 0)
7. Bilangan oksidasi hidrogen (H) bila berikatan dengan logam = -1. Bila H berikatan dengan non-logam = +1.
   Contoh: Biloks H dalam AlH₃
   = -1.
8. Bilangan oksidasi oksigen (O) dalam senyawa peroksida = -1. Bilangan oksidasi O dalam senyawa non-peroksida = -2.
   Contoh: Biloks O dalam BaO₂
   = -1.

Contoh Soal-1

Perhatikan reaksi berikut ini:

Penjelasan:

• Persamaan reaksi ruas kiri:
  Fe merupakan unsur golongan transisi (golongan B) yang memiliki biloks lebih dari satu, disini bilok Fe = +3; unsur O dalam senyawa Fe₂O₃
  (bukan non-peroksida) maka biloks O = -2; C adalah unsur bebas maka biloks C = 0.
• Persamaan reaksi ruas kanan:
  Fe merupakan unsur bebas maka biloks Fe = 0; C dalam CO merupakan unsur yang berbentuk ion bermuatan +2 maka biloks C = +2; O terikat dalam CO yang bukan senyawa non-peroksida maka biloks O = -2.

• Dari bilangan biloks dalam reaksi (dari kiri ke kanan) terlihat bahwa Fe mengalami penurunan biloks dari +3 menjadi 0, O tidak mengalami perubahan biloks, dan C mengalami peningkatan biloks dari 0 menjadi +2.
  Dengan demikian:

1. 1. Fe mengalami reduksi atau sebagai oksidator yang mengoksidasi C menjadi CO.
   2. C mengalami oksidasi atau sebagai reduktor yang mereduksi Fe₂O₃
      menjadi Fe.
   3. O tidak mengalami mengalami reaksi redoks karena biloks-nya tetap (tidak berubah).
   4. Jumlah total biloks unsur-unsur yang membentuk senyawa Fe₂O₃
      adalah: (2 x biloks Fe) + (3 x biloks O) = (2 x 3) + (3 x (-2) = 6 – 6 = 0.
   5. Jumlah total biloks unsur-unsur yang membentuk CO adalah: (1 x biloks C) + (1 x biloks O) = 2 + (-2) = 0.

Contoh Soal-2

Reaksi:
Mg(s) + 2HCl ——> MgCl₂(aq) + H₂(g), digambarkan sebagai berikut:

Penjelasan:

• Reaksi ruas kiri:
  Mg merupakan unsur bebas, jadi biloks Mg = 0. Kemudian, biloks H pada senyawa 2HCl bernilai +1 karena unsur H berikatan dengan unsur lain dan H merupakan golongan IA. Selanjutnya, karena H = +1, berarti Cl = -1 agar total biloks 2HCl = 0.
• Reaksi ruas kanan:
  biloks Mg pada senyawa MgCl adalah +2 karena Mg berikatan dan merupakan unsur golongan IIA. Karena Cl memiliki indeks 2, maka biloks Cl = -1, agar total biloks MgCl₂
  = 0. Kemudian, karena H₂
  merupakan unsur bebas, maka biloksnya bernilai 0.
• Dengan demikian (dari kiri ke kanan):
  

1. 1. Unsur Mg mengalami kenaikan biloks dari 0 menjadi +2, sehingga mengalami reaksi oksidasi atau sebagai reduktor yang mereduksi HCl menjadi H₂.
   2. Unsur H mengalami penurunan biloks dari +1 menjadi 0, sehingga mengalami reaksi reduksi atau sebagai oksidator yang mengoksidasi Mg menjadi MgCl₂.

Menyeimbangkan reaksi redoks

Untuk menuliskan keseluruhan reaksi elektrokimia sebuah proses redoks, diperlukan penyeimbangan komponen-komponen dalam reaksi setengah. Untuk reaksi dalam larutan, hal ini umumnya melibatkan penambahan ion H⁺, ion OH^–, H₂O, dan elektron untuk menutupi perubahan oksidasi.

Media asam

Pada media asam, ion H+ dan air ditambahkan pada reaksi setengah untuk menyeimbangkan keseluruhan reaksi. Sebagai contoh, ketika mangan(II) bereaksi dengan natrium bismutat:

Reaksi ini diseimbangkan dengan mengatur reaksi sedemikian rupa sehingga dua setengah reaksi tersebut melibatkan jumlah elektron yang sama (yakni mengalikan reaksi oksidasi dengan jumlah elektron pada langkah reduksi, demikian juga sebaliknya).

Reaksi diseimbangkan:

14H⁺
(aq) + 2Mn²⁺
(aq) + 5NaBiO₃
(s) → 7H₂O (l) + 2MnO4^–
(aq) + 5Bi³⁺
(aq) + 5Na⁺
(aq)

Hal yang sama juga berlaku untuk sel bahan bakar propana di bawah kondisi asam:

Dengan menyeimbangkan jumlah elektron yang terlibat:

Persamaan diseimbangkan:

C₃H₈
+ 5O₂
→ 3CO₂
+ 4H₂O

Media basa

Pada media basa, ion OH- dan air ditambahkan ke reaksi setengah untuk menyeimbangkan keseluruhan reaksi. Sebagai contoh, reaksi antara kalium permanganat dan natrium sulfit:

Dengan menyeimbangkan jumlah elektron pada kedua reaksi setengah di atas:

Persamaan diseimbangkan:

2KMnO₄
+ 3Na₂SO₃
+ H₂O → 2MnO₂
+ 3Na₂SO₄
+ 2KOH

Reaksi redoks dalam industri

Kita dapat melihat penggunaan reaksi redoks dalam ekstraksi logam dimana dengan menggunakan zat pereduksi yang sesuai, oksidasi logam dapat dikurangi menjadi besi di tanur tinggi dengan menggunakan karbon sebagai zat pereduksi.

Fe₂O₃
+ 3C → 2Fe + 3CO

Oksidasi juga digunakan dalam proses produksi produk-produk pembersih dan pengoksidasi amonia untuk menghasilkan asam nitrat, yang digunakan di sebagian besar pupuk.

Reaksi redoks merupakan dasar pembuatan sel elektrokimia atau baterai yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari untuk menjalankan sejumlah gadget dan peralatan kecil dan besar. Misalnya, aki digunakan untuk memasok semua kebutuhan listrik dari mobil, truk, bus, kereta api, pesawat terbang, dan lain-lain. Demikian pula, energi listrik yang dibutuhkan dalam kapsul ruang diperoleh dengan reaksi hidrogen dan oksigen pada sel bahan bakar yang menggunakan oksigen dan elektroda hydrogen.

Reaksi redoks dalam biologi

Banyak proses biologi yang melibatkan reaksi redoks. Reaksi ini berlangsung secara simultan karena sel, sebagai tempat berlangsungnya reaksi-reaksi biokimia, harus melangsungkan semua fungsi hidup. Agen biokimia yang mendorong terjadinya oksidasi terhadap substansi berguna dikenal dalam ilmu pangan dan kesehatan sebagai oksidan. Zat yang mencegah aktivitas oksidan disebut antioksidan.

Pernapasan sel, contohnya, adalah oksidasi glukosa (C₆H₁₂O₆) menjadi CO₂
dan reduksi oksigen menjadi air. Persamaan ringkas dari pernapasan sel adalah:

C₆H₁₂O₆
+ 6O₂
→ 6 CO₂
+ 6H₂O

Proses pernapasan sel juga sangat bergantung pada reduksi NAD+ menjadi NADH dan reaksi baliknya (oksidasi NADH menjadu NAD+). Fotosintesis secara esensial merupakan kebalikan dari reaksi redoks pada pernapasan sel:

6CO₂
+ 6H₂O + light energy → C₆H₁₂O6 + 6O₂

Energi biologi sering disimpan dan dilepaskan dengan menggunakan reaksi redoks. Fotosintesis melibatkan reduksi karbon dioksida menjadi gula dan oksidasi air menjadi oksigen. Reaksi baliknya, pernapasan, mengoksidasi gula, menghasilkan karbon dioksida dan air. Sebagai langkah antara, senyawa karbon yang direduksi digunakan untuk mereduksi nikotinamida adenina dinukleotida (NAD+), yang kemudian berkontribusi dalam pembentukan gradien proton, yang akan mendorong sintesis adenosina trifosfat (ATP) dan dijaga oleh reduksi oksigen. Pada sel-sel hewan, mitokondria menjalankan fungsi yang sama. Lihat pula Potensial membran.

Istilah keadaan redoks juga sering digunakan untuk menjelaskan keseimbangan antara NAD+/NADH dengan NADP+/NADPH dalam sistem biologi seperti pada sel dan organ. Keadaan redoksi direfleksikan pada keseimbangan beberapa set metabolit (misalnya laktat dan piruvat, beta-hidroksibutirat dan asetoasetat) yang antarubahannya sangat bergantung pada rasio ini. Keadaan redoks yang tidak normal akan berakibat buruk, seperti hipoksia, guncangan (shock), dan sepsis.

Siklus redoks

Berbagai macam senyawa aromatik direduksi oleh enzim untuk membentuk senyawa radikal bebas. Secara umum, penderma elektronnya adalah berbagai jenis flavoenzim dan koenzim-koenzimnya. Seketika terbentuk, radikal-radikal bebas anion ini akan mereduksi oskigen menjadi superoksida. Reaksi bersihnya adalah oksidasi koenzim flavoenzim dan reduksi oksigen menjadi superoksida. Tingkah laku katalitik ini dijelaskan sebagai siklus redoks.

Contoh molekul-molekul yang menginduksi siklus redoks adalah herbisida parakuat, dan viologen dan kuinon lainnya seperti menadion.

Referensi

• Hudlický, Miloš (1996). Reductions in Organic Chemistry. Washington, D.C.: American Chemical Society. hlm. 429. ISBN 0-8412-3344-6.
• Hudlický, Miloš (1990). Oxidations in Organic Chemistry. Washington, D.C.: American Chemical Society. hlm. 456. ISBN 0-8412-1780-7.
• Harmoko, Jati (2018-02-17). “5 Penerapan Reaksi Redoks dalam Bidang Industri”. MateriKimia. Diakses tanggal 2020-09-30.
• “gutier.doc” (PDF). Diakses tanggal 2008-06-30.