Redoks (singkatan dari reaksi
reduksi/oksidasi) 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(CH
4), 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. Ia dapat dijelaskan dengan mudah sebagai berikut:
|
Dua bagian dalam sebuah reaksi redoks |
|
Besi berkarat |
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 lebih baik
didefinisikan sebagai
peningkatan bilangan oksidasi, dan reduksi
sebagai
penurunan bilangan oksidasi. Dalam prakteknya, 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.
|
Pembakaran terdiri dari reaksi redoks yang melibatkan radikal
bebas |
Oksidator dan reduktor
Senyawa-senyawa yang memiliki kemampuan untuk meng
oksidasi
senyawa lain dikatakan sebagai
oksidatif dan dikenal sebagai
oksidator atau
agen oksidasi. Oksidator
melepaskan elektron dari senyawa lain, sehingga dirinya sendiri
tereduksi. Oleh karena ia "menerima" elektron, ia juga disebut sebagai
penerima
elektron. Oksidator bisanya adalah senyawa-senyawa yang memiliki
unsur-unsur dengan bilangan oksidasi yang tinggi (seperti
H2O2,
MnO4−,
CrO3,
Cr
2O
72−,
OsO4)
atau senyawa-senyawa yang sangat
elektronegatif, sehingga
dapat mendapatkan satu atau dua elektron yang lebih dengan mengoksidasi
sebuah senyawa (misalnya
oksigen,
fluorin,
klorin, dan
bromin).
Senyawa-senyawa yang memiliki kemampuan untuk me
reduksi
senyawa lain dikatakan sebagai
reduktif dan dikenal sebagai
reduktor atau
agen reduksi. Reduktor
melepaskan elektronnya ke senyawa lain, sehingga ia sendiri teroksidasi.
Oleh karena ia "mendonorkan" elektronnya, ia juga disebut sebagai
penderma
elektron. Senyawa-senyawa yang berupa reduktor sangat bervariasi.
Unsur-unsur
logam
seperti Li, Na, Mg, Fe, Zn, dan Al dapat digunakan sebagai reduktor.
Logam-logam ini akan
memberikan elektronnya dengan mudah.
Reduktor jenus lainnya adalah
reagen transfer hidrida, misalnya
NaBH
4 dan LiAlH
4), reagen-reagen ini digunakan
dengan luas dalam
kimia organik[1][2],
terutama dalam reduksi senyawa-senyawa
karbonil
menjadi
alkohol.
Metode reduksi lainnya yang juga berguna melibatkan gas hidrogen (H
2)
dengan
katalis
paladium,
platinum, atau
nikel,
Reduksi
katalitik ini utamanya digunakan pada reduksi ikatan rangkap dua
ata tiga karbon-karbon.
Cara yang mudah untuk melihat proses redoks adalah, reduktor
mentransfer elektronnya ke oksidator. Sehingga dalam reaksi, reduktor
melepaskan elektron dan teroksidasi, dan oksidator mendapatkan elektron
dan tereduksi. Pasangan oksidator dan reduktor yang terlibat dalam
sebuah reaksi disebut sebagai
pasangan redoks.
Contoh reaksi redoks
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:
Reaksi penggantian
Redoks terjadi pada
reaksi
penggantian tunggal atau
reaksi
substitusi. Komponen redoks dalam tipe reaksi ini ada pada perubahan
keadaan oksidasi (muatan) pada atom-atom tertentu, dan bukanlah pada
pergantian atom dalam senyawa.
Sebagai contoh, reaksi antara larutan besi dan tembaga(II) sulfat:
Persamaan ion dari reaksi ini adalah:
Terlihat bahwa besi teroksidasi:
dan tembaga tereduksi:
Contoh-contoh lainnya
- Besi(II) teroksidasi menjadi besi(III)
- H2O2 + 2 e− → 2 OH−
Persamaan keseluruhan reaksi di atas adalah:
- 2Fe2+ + H2O2 + 2H+ → 2Fe3+
+ 2H2O
- 2NO3− + 10e− + 12 H+ → N2
+ 6H2O
- Besi akan teroksidasi menjadi besi(III) oksida dan oksigen akan
tereduksi membentuk besi(III) oksida (umumnya dikenal sebagai perkaratan):
- 4Fe + 3O2 → 2 Fe2O3
- Pembakaran
hidrokarbon,
contohnya pada mesin pembakaran dalam, menghasilkan air, karbon dioksida, sebagian kecil karbon monoksida, dan energi
panas. Oksidasi penuh bahan-bahan yang mengandung karbon
akan menghasilkan karbon dioksida.
- Dalam kimia organik, oksidasi seselangkah (stepwise
oxidation) hidrokarbon menghasilkan air, dan berturut-turut alkohol,
aldehida atau keton, asam karboksilat, dan kemudian peroksida.
Reaksi
redoks dalam industri
Proses utama pereduksi bijih logam untuk menghasilkan logam
didiskusikan dalam artikel
peleburan.
Oksidasi digunakan dalam berbagai industri seperti pada produksi
produk-produk pembersih.
Reaksi redoks juga merupakan dasar dari
sel
elektrokimia.
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
(C
6H
12O
6) menjadi
CO2 dan reduksi
oksigen
menjadi
air.
Persamaan ringkas dari pernapasan sel adalah:
- C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2
+ 6 H2O
- 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:
- 6 CO2 + 6 H2O + light energy → C6H12O6
+ 6 O2
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.
[3]PDF (2.76 MiB)
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:
Hal yang sama juga berlaku untuk
sel bahan bakar propana
di bawah kondisi asam:
Dengan menyeimbangkan jumlah elektron yang terlibat:
Persamaan diseimbangkan:
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: