Penyetaraan Reaksi Redoks

Penyetaraan Reaksi Redoks. Persamaan reaksi yang melibatkan redoks biasanya sukar untuk disetarakan dengan cara biasa sebagaimana Anda pelajari di Kelas X, tetapi memerlukan metode khusus. Ada dua metode untuk menyetarakan reaksi redoks, yaitu metode perubahan biloks (P ) dan metode setengah reaksi. Metode PBO melibatkan perubahan biloks, sedangkan metode setengah reaksi melibatkan pelepasan dan penerimaan elektron.

1. Penyetaraan Reaksi Redoks Metode PBO. Metode ini didasarkan pada kekekalan muatan, yakni kenaikan biloks atom teroksidasi harus sama dengan penurunan biloks atom tereduksi. Perhatikanlah persamaan reaksi redoks berikut.

HNO₃ + Cu₂O ⎯→⎯ Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

Atom yang mengalami perubahan biloks dapat ditentukan melalui pemeriksaan setiap atom. Dari hasil ini diketahui bahwa atom N dan Cu mengalami perubahan biloks.

Berdasarkan prinsip kekekalan muatan, setiap atom yang mengalami perubahan biloks harus disetarakan dengan cara mengubah koefisien reaksinya. Atom yang tidak mengalami perubahan biloks tidak perlu disetarakan pada tahap penyetaraan biloks, tetapi disetarakan pada tahap akhir untuk memenuhi Hukum Kekekalan Massa.

Pada persamaan reaksi tersebut, biloks atom N berubah dari +5 menjadi +2 (terjadi penurunan biloks sebesar 3 satuan). Pada atom Cu, terjadi perubahan biloks dari +1 menjadi +2 (terjadi kenaikan biloks). Oleh karena ada dua atom Cu, kenaikan total biloks Cu adalah 2 satuan. Perubahan biloks atom-atom pada reaksi tersebut dapat dinyatakan dalam bentuk diagram berikut.

Oleh karena kenaikan biloks Cu harus sama dengan penurunan biloks N maka atom Cu harus dikalikan dengan faktor 3. Atom N dikalikan dengan faktor 2 sehingga diperoleh:

Persamaan reaksi menjadi:

2HNO₃ + 3Cu₂O ⎯→⎯ 6Cu(NO₃)₂ + 2NO + H₂O

Walaupun atom N yang mengalami perubahan biloks telah disetarakan, tetapi ada atom N lain yang muncul sebagai ion NO₃^– dalam senyawa Cu(NO₃)₂. Untuk memenuhi kekekalan massa, kekurangan 12 ion NO₃^– disetarakan dengan menambahkan 12 molekul HNO₃ pada ruas kiri sehingga persamaan menjadi:

14HNO₃ + 3Cu₂O ⎯→⎯ 6Cu(NO₃)₂ + 2NO + H₂O

Atom N dan Cu sudah setara, tetapi molekul H₂O belum setara. Untuk menyetarakannya, samakan atom H atau O pada kedua ruas dengan mengubah koefisien H₂O. Persamaan reaksi menjadi:

14HNO₃(aq) + 3Cu₂O(s) ⎯→⎯ 6Cu(NO₃)₂(aq) + 2NO(g) + 7H₂O(l)

Dengan demikian, reaksi-reaksi kimia yang melibatkan reaksi redoks dapat disetarakan.
Tahap-tahap untuk menyetarakan persamaan reaksi dengan cara PBO adalah sebagai berikut.
1. Tentukan biloks semua atom untuk mengetahui atom-atom mana yang mengalami perubahan biloks.
2. Pasangkan oksidator dan produknya, reduktor dan produknya menggunakan diagram seperti pada contoh.
3. Tambahkan koefisien pada pasangan tersebut jika terjadi perbedaan jumlah atom (seperti pada atom Cu).
4. Tentukan perubahan biloks, baik reduktor maupun oksidator. Nilai perubahan ini merupakan faktor penyetara, yang dikalikan dengan koefesien reaksinya.
5. Setarakan atom-atom lain yang tidak mengalami reduksi dan oksidasi untuk memenuhi Hukum Kekekalan Massa.
6. Periksalah apakah persamaan sudah setara, baik massa maupun muatannya.

Contoh Penyetaraan Reaksi Redoks dengan Metode PBO

Logam seng bereaksi dengan asam nitrat menurut reaksi berikut.
Zn(s) + 2HNO₃(aq) ⎯→ Zn(NO₃)₂(aq) + H₂ (g)
Setarakan persamaan reaksi redoks tersebut dengan metode PBO.
Jawab:

Tahap 1
Menentukan atom yang mengalami perubahan biloks. Pada reaksi ini atom Zn dan N

Tahap 2–3
Menentukan pasangan oksidator dan reduktor serta menyetarakan jumlah atomnya.

Tahap 4
Menentukan nilai perubahan biloks dan menyetarakannya.

Hasil penyetaraan muatan adalah
4Zn + HNO₃ ⎯→ 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃

Tahap 5
Setarakan atom-atom yang lain dengan cara memeriksa jumlah atom-atomnya.
Atom N: ada 10 atom N di ruas kanan, tambahkan 9 HNO₃ di ruas kiri agar atom N sama dengan ruas kanan.
4Zn + 10HNO₃ ⎯→ 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃
Atom O: ada 30 atom O di ruas kiri dan 27 atom O di ruas kanan, tambahkan 3 H₂O di ruas kanan sehingga jumlah atom O sama.
4Zn + 10HNO₃ ⎯→ 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O
Atom H juga harus disetarakan dengan cara memeriksanya di kedua ruas. Persamaan reaksi yang sudah setara dan lengkap dengan fasanya adalah sebagai berikut.
4Zn(s) + 10HNO₃(aq) ⎯→⎯ 4Zn(NO₃)₂ (aq) + NH₄NO₃(aq) + 3H₂O(l)

Tahap 6
Periksalah apakah persamaan reaksi redoks di atas sudah memenuhi kekekalan massa dan muatan.

2. Penyetaraan Reaksi Redoks Metode Setengah Reaksi
Penyetaraan persamaan redoks dengan metode setengah reaksi didasarkan pada transfer elektron. Untuk mengetahui jumlah elektron yang ditransfer dilakukan pemisahan persamaan ke dalam dua setengah reaksi. Masing-masing setengah reaksi disetarakan, kemudian digabungkan kembali untuk memperoleh persamaan reaksi redoks yang setara, baik muatan maupun massanya.

a. Reaksi Redoks dalam Suasana Asam
Tinjau reaksi ion MnO₄^– dan Fe²⁺ dalam suasana asam dengan persamaan kerangka sebagai berikut.

MnO₄^– + Fe²⁺ ⎯→ Mn²⁺ + Fe³⁺

Tahap-tahap penyetaraan dengan metode ini adalah sebagai berikut.
1. Memisahkan persamaan kerangka ke dalam dua setengah reaksi. Setengah reaksi oksidasi dan setengah reaksi reduksi.
MnO₄^– ⎯⎯→ Mn²⁺ (reaksi reduksi)
Fe²⁺ ⎯⎯→ Fe³⁺ (reaksi oksidasi)
2. Menyetarakan jumlah atom-atomnya sesuai Hukum Kekekalan Massa.
3. Menyetarakan muatan listrik (kekekalan muatan) dengan cara menambahkan elektron pada ruas kiri (untuk reaksi reduksi) dan ruas kanan (untuk reaksi oksidasi).
4. Menggabungkan kedua setengah reaksi untuk menyetarakan persamaan reaksi, baik muatan maupun massanya.

b. Penyetaraan Setengah Reaksi Reduksi. Pada setengah reaksi reduksi, atom Mn disetarakan dengan cara menyamakan koefisien pereaksi dan produknya. Penyetaraan atom O dilakukan dengan menambahkan H2O pada ruas kanan.
MnO₄^– ⎯⎯→ Mn²⁺ + 4H₂O

Kelebihan atom H di ruas kanan disetarakan dengan menambahkan asam (ion H⁺) pada ruas kiri (ingat suasana asam).
MnO₄^– + 8H⁺ ⎯⎯→ Mn²⁺ + 4H₂O

Muatan listrik di ruas kiri ada +7 dan di ruas kanan ada +2. Untuk menyetarakannya, tambahkan lima elektron pada ruas kiri.
MnO₄^– + 8H⁺ + 5e^– ⎯⎯→ Mn²⁺ + 4H²O (setengah reaksi reduksi)

Periksalah apakah persamaan sudah setara muatan dan massanya.

c. Penyetaraan Setengah Reaksi Oksidasi
Setengah-reaksi oksidasi untuk besi sudah setara ditinjau dari jumlah atom, tetapi muatannya belum setara. Jadi, tambahkan satu elektron pada ruas kanan persamaan.

Fe²⁺ ⎯⎯→Fe³⁺ + e^– (setengah reaksi oksidasi)

Tahap akhir adalah menggabungkan kedua setengah reaksi untuk menghilangkan elektron dalam kedua setengah reaksi sebab elektron tidak muncul dalam persamaan reaksi netral. Penghilangan elektron dapat dilakukan dengan perkalian silang jumlah elektronnya.

Persamaan akhir menjadi:

MnO₄^– + 8H⁺ + 5Fe²⁺ ⎯⎯→ Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O

Periksalah apakah muatan dan massanya sudah setara.

Contoh Penyetaraan Persamaan Redoks dalamSuasana Asam dengan Metode Setengah Reaksi
Setarakan reaksi redoks berikut menggunakan metode setengah reaksi yang diasumsikan terjadi dalam suasana asam.
CH₃OH + Cr₂O₇^2– ⎯⎯→ CH₂O + Cr³⁺
Jawab:
Tahap 1
CH₄O ⎯⎯→ CH₂O (reaksi oksidasi)
Cr₂O₇^2– ⎯⎯→ Cr³⁺ (reaksi reduksi)
Tahap 2
CH₄O ⎯⎯→ CH₂O + 2H⁺
Cr₂O₇^2– + 14H⁺ ⎯⎯→ 2Cr³⁺ + 7H₂O

Tahap 3
CH₄O → CH₂O + 2H⁺ + 2e^–
Cr₂O₇^2– + 14H⁺ + 6e^– ⎯⎯→2Cr³⁺ + 7H₂O

Tahap 4
CH₄O ⎯⎯→ CH₂O + 2H⁺ + 2e^– (× 3)
Cr₂O₇^2– + 14H⁺ + 6e^– ⎯⎯→ 2Cr³⁺ + 7H₂O (× 1)
3CH₄O + Cr₂O₇^2– + 8H⁺ ⎯⎯→ 3CH₂O + 2Cr³⁺ + 7H₂O

Pemeriksaan muatan dan massa:

Evaluasi	Ruas Kiri	Ruas Kanan
Muatan	6+	6+
Atom C	3	3
Atom H	20	20
Atom O	10	10
Atom Cr	2	2

Dengan demikian, kekekalan muatan dan massa terpenuhi.

d. Reaksi Redoks dalam Suasana Basa atau Netral
Penyetaraan reaksi di atas terjadi dalam suasana asam. Cirinya adalah penambahan ion H+ ketika penyetaraan. Bagaimana menyetarakan reaksi redoks dalam suasana basa atau netral? Penyetaraan setengah-reaksi dalam suasana basa atau netral dilakukan dengan menambahkan basa (ion OH), untuk menyetarakan atom O atau H. Tinjaulah reaksi berikut yang dilakukan dalam suasana basa.
MnO₄^– + SO₃^2– ⎯⎯→ MnO₂ + SO₄^2–

Caranya sama seperti dalam suasana asam. Akan tetapi, setelah reaksi digabungkan, untuk menyetarakan atom O dan H ditambahkan OH^–pada kedua ruas persamaan.

Contoh Penyetaraan Reaksi Redoks dalam Suasana Basa dengan Metode Setengah Reaksi
Setarakan reaksi berikut menggunakan metode setengah reaksi dalam suasana basa. Persamaan kerangkanya:
MnO₄^– + SO₃^2– ⎯⎯→ MnO₂ + SO₄^2–

Jawab:
Tahap 1
MnO₄^– ⎯⎯→ MnO₂ (reaksi reduksi)
SO₃^2– ⎯⎯→ SO₄^2– (reaksi oksidasi)

Tahap 2
MnO₄^– + 4H⁺ ⎯⎯→ MnO₂ + 2H₂O
SO₃^2– + H₂O ⎯⎯→ SO₄^2– + 2H⁺

Tahap 3
MnO₄^– + 4H⁺ + 3e^– ⎯⎯→ MnO₂ + 2H₂O
SO₃^2– + H₂O ⎯⎯→ SO₄^2– + 2H⁺ + 2e^–

Tahap 4

MnO₄^– + 4H⁺ + 3e^– ⎯⎯→ MnO₂ + 2H₂O (× 2)
SO₃^2– + H₂O ⎯⎯→ SO₄^2– + 2H⁺ + 2e^– (× 3)
2MnO₄^– + 2H⁺ + 3SO₃^2– ⎯⎯→ 2MnO₂ + H₂O + 3SO₄^2–

Pada persamaan di atas terdapat 2H⁺. Untuk menetralkannya tambahkan 2OH^–pada kedua ruas persamaan. Persamaan menjadi:

2MnO₄^– + (2H⁺ + 2OH^–) + 3SO₃^2– ⎯⎯→ 2MnO₂ + H₂O + 3SO₄^2– + 2OH^–

Penambahan OH^– akan menetralkan H⁺ menjadi H₂O. Oleh karena di ruas kanan ada H₂O maka terjadi penghilangan H2O pada salah satu ruas sehingga persamaan menjadi:

2MnO₄^– + H₂O + 3SO₃^2– ⎯⎯→ 2MnO₂ + 3SO₄^2– + 2OH^–

Periksalah apakah muatan dan massanya sudah setara sesuai kaidah kekekalan.

Evaluasi	Ruas Kiri	Ruas Kanan
Muatan	8	8
Atom Mn	2	2
Atom S	3	3
Atom O	18	18
Atom H	2	2