Reaksi Redoks

Reaksi redoks, singkatan dari "reduksi-oksidasi," adalah jenis reaksi kimia di mana terjadi perubahan oksidasi dan reduksi antara molekul-molekul yang terlibat. Dalam reaksi redoks, satu zat kehilangan elektron (proses oksidasi) sementara zat lainnya mendapatkan elektron (proses reduksi). Reaksi redoks sangat umum dalam berbagai proses kimia, termasuk reaksi pembakaran, metabolisme dalam tubuh, dan reaksi elektrokimia.

Redoks sering dihubungkan dengan terjadinya perubahan warna lebih sering dari pada yang diamati dalam reaksi asam-basa. Reaksi redoks melibatkan pertukaran elektron dan selalu terjadi perubahan bilangan oksidasi dari dua atau lebih unsur  dari reaksi kimia. Persamaan reaksi redoks agak lebih sulit ditulis dan dikembangkan dari persamaan reaksi biasa yang lainnya karena jumlah zat yang dipertukarkan dalam reaksi redoks sering kali lebih dari satu. 

Sama halnya dengan persamaan reaksi lain, persamaan reaksi redoks harus disetimbangkan dari segi muatan dan materi, penyeimbangan materi biasanya dapat dilakukan dengan mudah sedangkan penyeimbangan muatan agak sulit. Karena itu perhatian harus dicurahkan pada penyeimbangan muatan. Muatan berguna untuk menentukan faktor stoikiometri. Menurut batasan umum reaksi redoks adalah suatu proses serah terima elektron antara dua system redoks.

Dalam sejarahnya istilah oksidasi diterapkan untuk proses-proses dimana oksigen diambil oleh suatu zat. Maka reduksi dianggap sebagai proses dimana oksigen diambil dari dalam suatu zat. Kemudian penangkapan hidrogen juga disebut reduksi, sehingga kehilangan hidrogen harus disebut oksidasi. 

Sekali lagi reaksi-reaksi lain dimana baik oksigen maupun hidrogen tidak ambil bagian belum dapat dikeolmpokkan sebagai oksidasi atau reduksi sebelum didefinisikan oksidasi dan reduksi yang paling umum, yang didasarkan pada pelepasan dan pengambilan elektron. Dengan melihat contoh-contoh reaksi dari reaksi redoks , dapat ditarik kesimpulan umum dan dapatlah didefinisikan okdidasi dan reduksi dengan cara berikut. Oksidasi adalah suatu proses yang mengakibatka hilangnya satu elektron atau lebih dari dalam zat (atom, ion atau molekul). Bila suatu unsur dioksidasi, keadaan oksidasinya berubah ke harga yang lebih positif. Suatu zat pengoksidasi adalah yang memperoleh elektron, dan dalam proses itu zat itu direduksi. 

Definisi oksidasi ini sangat umum, karena itu berlaku juga untuk proses dalam zat padat, lelehan maupun gas. Sedangkan reduksi sebaliknya adalah suatu proses yang mengakibatkan diperolehnya satu elektron atau lebih zat (atom, ion atau molekul). Bila suatu unsur direduksi, keadaan oksidasi berubah menjadi lebih negatif (kurang positif). Jadi, suatu zat pereduksi adalah zat yang kehilangan elektron, dalam proses itu zat ini dioksidasi. Definisi reduksi ini juga sangat umum dan berlaku juga untuk proses dalam zat padat, leleham maupun gas.

Partikel (unsur, ion, atau senyawa) yang dapat mengokdidasi partkel lain disebut pengoksidasi, tetapi ia sendiri tereduksi. Sebaliknya partikel yang mereduksi partikel lain disebut pereduksi, tetapi ia sendiri teroksidasi. Reaksi redoks dapat terjadi bila suatu pengoksidasi bercampur dengan zat lain yang dapat teroksidasi, atau perediksi bercampur dengan zat yang dapat tereduksi. Dari perubahan masing-masing dapat ditetukan pereaksi dengan hasil reaksi beserta koefisiennya masing-masing.

Redoks adalah reaksi kimia yang disertai perubahan bilangan oksidasi. Setiap reaksi redoks terdiri atas reaksi-reaksi reduksi dan reaksi oksidasi. Reaksi oksidasi adalah reaksi kimia yang ditandai kenaikan bilangan oksidasi. Sedangkan reaksi reduksi adalah reaksi kimia yang ditandai penurunan bilangan bilangan oksidasi. Bilangan oksidasi didefinisikan sebagai muatan yang dimiliki suatu atom jika seandainya elektron diberikan kepada atom yang lain yang keelektronegatifannya lebih besar. Jika kedua atom diberikan maka atom yang keelektronegatifannya lebih kecil lebih positif sedangkan atom yang keelektronegatifannya lebih besar memiliki bilangan oksidasi negatif .

Perubahan penting yang terjadi dalam suatu reaksi reduksi-oksidasi paling mudah terlihat dengan cara memisahkan reaksi reaksi keseluruhan ke dalam dua setengah reaksi. Dalam setengah-reaksi oksidasi atom-atom tertentu mengalami peningkatan bilangan oksidasi, dan elektron tampak pada sebelah kanan persamaan setengah-reaksi. Dalam setengah reaksi reduksi, bilangan oksidasi dari atom-atom tertentu menurun, dan elektron pada sebelah kiri dari persamaan reaksi. Dalam suatu persamaan oksidasi reduksi keselurahan, jumlah elektron yang sama harus tampak dalam masing-masing persamaan setengah reaksi. Ketentuan ini merupakan dasar dari persamaan keseimbangan oksidasi-reduksi 

Konsep reaksi oksidasi reduksi ditinjau dari pelepasan dan pengikatan elektron. Konsep yang dimaksud reaksi redoks adalah reaksi yang di dalamnya terjadi perpindahan elektron secara berurutan dari satu spesi ke spesi yang lainnya. Menurut konsep ini, reaksi redoks terdiri atas dua reksi yaitu reaksi oksidasi dan reaksi reduksi. Reaksi oksidasi adalah reaksi pelepasan elekron, sedangkan reaksi reduksi adalah reaksi pengikatan elektron. Reaksi oksidasi maupun reakksi reduksi tidak dapat berlangsung sendiri-sendiri, namun selalu berlangsung secara bersamaan. Ketika ada elektron yang lepas, maka harus ada spesi yang menangkapnya. Elektron yang lepas pada reaksi oksidasi sama dengan elektron yang diikat pada reaksi reduksi. Masing- masing reaksi (oksidasi dan reduksi) disebut reaksi paruh (setengah reaksi), karena diperlukan dua buah setengah reaksi untuk membentuk sebuah reaksi. Dilepasnnya elektron oleh suatu unsur selama oksidasi ditandai dengan meningkatnya bilangan oksidasi unsur tersebut. Reduksi terjadi penurunan bilangan oksidasi karena diperolehnya elektron oleh unsur tersebut. Reaksi redoks dalam elektrokimia merupakan proses dari elektrokimia tersebut dan mengandung energi yang dapat dilepas oleh reaksi spontan untuk diubah menjadi energi listrik.

Bilangan oksidasi (biloks) adalah jumlah muatan yang dimiliki atom atau unsur jika bergabung dengan atom atau unsur lain. Bilangan oksidasi atau tingkat oksidasi diterangkan berdasarkan komposisi senyawa, keelektronegatifan relatif unsur, dan menurut beberapa aturan (Surawan, 2013). Bilangan oksidasi suatu unsur dalam unsur bebas maupun senyawanya, dapat ditentukan dengan aturan sebagai berikut: 

a. Bilangan oksidasi unsur bebas adalah nol. 

Contoh: Bilangan oksidasi atom-atom pada Ne, O2, P4, C, Na adalah nol. 

b. Bilangan oksidasi ion monoatom sama dengan muatan ionnya. 

Contoh: Bilangan oksidasi Na + = +1, bilangan oksidasi Mg 2+ = +2. 

c. Jumlah bilangan oksidasi untuk semua atom dalam senyawa adalah nol. 

Contoh: Jumlah bilangan oksidasi atom Cu dan atom O dalam CuO adalah nol. 

d. Jumlah bilangan oksidasi atom-atom ion poliatom sama dengan muatan ion poliatomnya. 

Contoh: Jumlah bilangan oksidasi atom O dan atom H dalam OH - adalah -1. 

 e. Bilangan oksidasi unsur-unsur golongan IA dalam senyawanya adalah +1, sedangkan bilangan oksidasi unsur golongan IIA dalam senyawa adalah +2. 

Contoh: Biloks K dalam KCl adalah +1. Biloks Mg dalam MgSO4 dan Ca dalam CaSO4 adalah +2. 

f. Bilangan oksidasi unsur golongan VIIA dalam senyawa biner logam adalah -1. 

Contoh: Bilangan oksidasi Cl dalam NaCl, MgCl2, dan FeCl3 adalah -1. 

g. Bilangan oksidasi hidrogen dalam senyawanya adalah +1, kecuali dalam hidrida, logam hidrogen mempunyai bilangan oksidasi -1. Contoh: Bilangan oksidasi H dalam H2O, NH3, dan HCl adalah +1. Bilangan oksidasi H dalam NaH dan CaH2 adalah -1. 

h. Bilangan oksidasi oksigen dalam senyawanya adalah -2, kecuali peroksida (biloks oksigen = 1) dan senyawa biner dengan fluor (biloks oksigen = +2). 

Contoh: Bilangan oksidasi O dalam H2O adalah -2. Bilangan oksidasi O dalam OF2 adalah +2. Bilangan oksidasi O dalam peroksida, seperti H2O2 dan BaO2 adalah -1.

Reaksi redoks dapat diidentifikasi melalui konsep bilangan oksidasi, yang menggambarkan distribusi elektron dalam molekul. Bilangan oksidasi menunjukkan apakah suatu unsur dalam senyawa tersebut kehilangan atau mendapatkan elektron dalam reaksi.

Ada dua bagian penting dalam setiap reaksi redoks:

1. Oksidasi
   Ini terjadi ketika suatu zat kehilangan elektron. Oleh karena itu, bilangan oksidasi atom atau ion dalam zat ini meningkat. Zat yang mengalami oksidasi disebut "zat tereduksi" karena ia menyumbangkan elektron kepada zat lain.
2. Reduksi
   Ini terjadi ketika suatu zat mendapatkan elektron. Bilangan oksidasi atom atau ion dalam zat ini menurun. Zat yang mengalami reduksi disebut "zat teroksidasi" karena ia menerima elektron dari zat lain.

Fungsi Reaksi Redoks

1. Energi
   Reaksi redoks adalah sumber utama energi dalam banyak proses biologis dan industri. Dalam proses metabolisme, misalnya, oksidasi senyawa organik seperti glukosa menghasilkan energi yang digunakan oleh sel. Di bidang industri, reaksi redoks digunakan dalam pembangkit listrik, seperti dalam sel bahan bakar.
2. Penggunaan Bahan Bakar
   Banyak bahan bakar yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari melibatkan reaksi redoks. Misalnya, pembakaran bahan bakar fosil seperti bensin dan batu bara melibatkan oksidasi molekul-molekul dalam bahan bakar oleh oksigen dari udara, menghasilkan energi dan produk sampingan seperti karbon dioksida dan air.
3. Elektrokimia
   Reaksi redoks menjadi dasar bagi banyak proses elektrokimia. Contohnya adalah sel elektrokimia seperti baterai dan sel elektrolisis, di mana reaksi redoks terjadi secara spontan atau dipaksa dengan bantuan aliran arus listrik.
4. Perubahan Warna
   Beberapa reaksi redoks dapat menghasilkan perubahan warna dalam larutan atau padatan. Ini digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti uji kualitatif untuk mendeteksi keberadaan suatu zat atau analisis kimia kuantitatif.
5. Korosi
   Korosi adalah reaksi redoks yang terjadi ketika logam bereaksi dengan oksigen dan air, menghasilkan produk korosi seperti karat pada besi. Meskipun ini umumnya dianggap sebagai efek negatif, pemahaman tentang reaksi redoks ini membantu dalam mengembangkan metode perlindungan terhadap korosi.
6. Fotosintesis
   Proses fotosintesis dalam tumbuhan melibatkan reaksi redoks. Di dalam kloroplas, cahaya matahari menginduksi reaksi redoks yang mengubah karbon dioksida dan air menjadi glukosa dan oksigen dengan bantuan klorofil.
7. Detoksifikasi: Beberapa reaksi redoks digunakan dalam proses detoksifikasi dalam tubuh manusia dan makhluk hidup lainnya. Enzim-enzim yang berfungsi menghilangkan racun dari tubuh seringkali melibatkan reaksi redoks.
8. Analisis Kimia
   Reaksi redoks digunakan dalam analisis kimia untuk mengidentifikasi dan mengukur jumlah senyawa tertentu dalam sampel. Misalnya, reagen yang mengalami perubahan warna ketika terjadi reaksi redoks digunakan dalam uji kualitatif dan kuantitatif.
9. Industri Kimia
   Banyak proses kimia dalam industri menggunakan reaksi redoks. Contoh-contoh termasuk produksi logam, elektroplating, produksi bahan kimia, dan banyak lagi.

Ciri Reaksi Redoks

1. Perubahan Bilangan Oksidasi
   Ciri paling khas dari reaksi redoks adalah perubahan bilangan oksidasi (jumlah muatan elektron) atom atau ion dalam senyawa. Atom atau ion yang mengalami oksidasi mengalami peningkatan bilangan oksidasi, sedangkan atom atau ion yang mengalami reduksi mengalami penurunan bilangan oksidasi.
2. Transfer Elektron
   Reaksi redoks melibatkan transfer elektron antara zat-zat yang terlibat dalam reaksi. Zat yang mengalami oksidasi melepaskan elektron, sedangkan zat yang mengalami reduksi menerima elektron. Transfer elektron ini menciptakan arus listrik dalam reaksi elektrokimia.
3. Bentuk Setengah Reaksi
   Reaksi redoks sering dipecah menjadi dua setengah reaksi terpisah: reaksi oksidasi dan reaksi reduksi. Setiap setengah reaksi menunjukkan perubahan bilangan oksidasi dan transfer elektron yang terjadi pada zat tersebut.
4. Lawan Arah Reaksi
   Reaksi oksidasi dan reaksi reduksi selalu terjadi bersama-sama. Zat yang mengalami oksidasi adalah agen reduksi (mengurangi zat lain dengan memberikan elektron), sedangkan zat yang mengalami reduksi adalah agen oksidasi (mengoksidasi zat lain dengan menerima elektron).
5. Perubahan dalam Senyawa
   Reaksi redoks sering kali menghasilkan perubahan dalam senyawa kimia. Zat-zat yang terlibat dalam reaksi dapat membentuk senyawa baru setelah transfer elektron terjadi.
6. Energi dan Panas
   Beberapa reaksi redoks melepaskan atau menyerap energi dalam bentuk panas. Reaksi yang melepaskan energi dalam bentuk panas disebut reaksi eksotermik, sementara reaksi yang menyerap energi disebut reaksi endotermik.
7. Penggunaan Elektrode
   Reaksi redoks sering kali melibatkan penggunaan elektrode, yang merupakan permukaan penghantar listrik di dalam larutan elektrolit. Ini umum dalam sel elektrokimia dan proses elektrolisis.
8. Pemindahan Ion
   Dalam beberapa reaksi redoks, selain transfer elektron, juga terjadi pemindahan ion antara larutan. Ini terjadi dalam elektrolisis dan proses elektrokimia di mana ion-ion bergerak melalui elektrolit.

Contoh Reaksi Redoks

1. Oksidasi Logam
   Contoh: Reaksi besi (Fe) dengan oksigen (O2) menghasilkan karat (Fe2O3). Reaksi: 4Fe + 3O2 -> 2Fe2O3
2. Pembakaran Bahan Bakar
   Contoh: Pembakaran hidrogen (H2) dalam udara menghasilkan air (H2O). Reaksi: 2H2 + O2 -> 2H2O
3. Fotosintesis
   Contoh: Proses fotosintesis dalam tumbuhan mengubah karbon dioksida (CO2) dan air (H2O) menjadi glukosa (C6H12O6) dan oksigen (O2) menggunakan energi matahari. Reaksi: 6CO2 + 6H2O + energi matahari -> C6H12O6 + 6O2
4. Sel Bahan Bakar
   Contoh: Reaksi dalam sel hidrogen-oksidase menghasilkan air dan energi listrik. Reaksi: 2H2 + O2 -> 2H2O
5. Elektrolisis
   Contoh: Elektrolisis natrium klorida (NaCl) menghasilkan natrium (Na) dan klorin (Cl2). Reaksi: 2NaCl -> 2Na + Cl2
6. Baterai
   Contoh: Baterai seng-karbon menghasilkan listrik melalui reaksi redoks antara seng (Zn) dan ion-ion hidrogen (H+). Reaksi: Zn + 2H+ -> Zn2+ + H2
7. Korosi Logam
   Contoh: Korosi besi (Fe) menghasilkan karat (Fe2O3) akibat reaksi dengan oksigen (O2) dan air (H2O). Reaksi: 4Fe + 3O2 + 6H2O -> 4Fe(OH)3
8. Redoks dalam Biologi
   Contoh: Respirasi seluler dalam tubuh manusia mengoksidasi glukosa (C6H12O6) menjadi karbon dioksida (CO2) dan air (H2O) dengan melepaskan energi. Reaksi: C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O + energi
9. Redoks dalam Kimia Analitik
   Contoh: Penggunaan larutan iodin (I2) untuk menguji keberadaan tiosulfat dalam sampel air limbah. Reaksi: 2S2O3^2- + I2 -> S4O6^2- + 2I^-
10. Korosi Logam dalam Lingkungan
    Contoh: Korosi alumunium (Al) dalam lingkungan asam menghasilkan gas hidrogen (H2). Reaksi: 2Al + 6H+ -> 2Al^3+ + 3H2

Pada percobaan  dipelajari beberapa reksi redoks, yakni reaksi dari beberapa logam. Pada pengamatan yang pertama pencampuran antara larutan Pb(NO3)2 dengan logam Al terjadi reaksi dengan terbentuknya endapan logam Pb yang berwarna coklat dimana yang tereduksi adalah Pb dan yang teroksidasi adalah Logam Al. Selanjutanya pencampuran antara larutan Zn(NO3)2 dengan logam Al terjadi reaksi dengan terbentuknya endapan logam Zn, yang tereduksi adalah Zn dan yang teroksidasi adalah logam Al. Serta reaksi antara pencampuran larutan Pb(NO3)2 dengan logam Fe terjadi reaksi dengan terbentuknya endapan logam Pb yang berwarna coklat yang bertibdak sebagai oksidator adalah Zn dan yang bertindak sebagai reduktor adalah logam Fe. Namun pada pengamatan kali ini, ada beberapa pencampuran yang tidak menghasilkan reaksi redoks yakni reaksi antara NaNO3 dengan logam Al dan logam Fe serta pencampuran antara Zn(NO3)2 dengan logam Fe. Hal ini disebabkan karena sifat dari beberapa logam pada deret volta. Semakin ke kanan maka logam tersebut makin mudah tereduksi, semakin ke kiri logam tersebut semakin sulit untuk tereduksi dengan kata lain lebih mudah untuk melakukan oksidasi. Serta suatu logam hanya dapat mereduksi logam yang terdapat di sebelah kanannya dalam deret volta hal ini dilihat dari potensial oksidasi  dan reduksinya.

Reaksi redoks (reduksi-oksidasi) adalah proses yang sangat umum dan penting dalam berbagai aspek kehidupan sehari-hari. Berikut beberapa contoh reaksi redoks yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari:

1. Respirasi Seluler:

   • Dalam proses ini, glukosa (C6H12O6) dioksidasi menjadi karbon dioksida (CO2), dan oksigen (O2) direduksi menjadi air (H2O). Reaksi ini menghasilkan energi yang digunakan oleh sel-sel untuk menjalankan berbagai fungsi.
   • Persamaan kimia:C6H12O6+6O26CO2+6H2O+energi (ATP) 

2. Fotosintesis:

   • Tumbuhan mengubah karbon dioksida dan air menjadi glukosa dan oksigen dengan bantuan sinar matahari. Ini adalah proses kebalikan dari respirasi seluler.
   • Persamaan kimia:6CO2+6H2O+cahayaC6H12O6+6O2

3. Pembakaran:

   • Pembakaran adalah reaksi antara bahan bakar (seperti kayu, gas, atau bensin) dengan oksigen yang menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi dalam bentuk panas dan cahaya.
   • Contoh reaksi pembakaran metana (CH4):CH4+2O2CO2+2H2O+energi 

4. Korosi:

   • Korosi adalah proses oksidasi logam oleh oksigen dan air di lingkungan, menghasilkan karat pada besi atau logam lainnya.
   • Reaksi pembentukan karat (oksida besi):4Fe+3O2+6H2O4Fe(OH)3

5. Proses Elektrokimia:

   • Baterai dan aki kendaraan adalah contoh dari proses elektrokimia di mana reaksi redoks terjadi untuk menghasilkan listrik.
   • Contoh pada baterai zinc-karbon:
     • Reaksi di anoda:ZnZn2++2e 
     • Reaksi di katoda:2MnO2+2NH4++2eMn2O3+2NH3+H2O 

6. Pemutihan:

   • Produk pemutih sering menggunakan senyawa yang dapat melepaskan oksigen aktif, seperti natrium hipoklorit (NaOCl), yang mereduksi dan mengoksidasi senyawa organik penyebab noda sehingga noda hilang.
   • Reaksi pemutihan:NaOCl+H2OHOCl+NaOH
   •                                        HOClH++OCl 
   • Oksidator ini mengoksidasi zat warna, yang biasanya merupakan molekul organik, sehingga noda menjadi tidak berwarna.

Reaksi redoks memiliki peranan yang sangat penting dalam berbagai proses alamiah dan industri, serta dalam berbagai aktivitas sehari-hari manusia.