Bilangan Oksidasi, Zat Redoks, dan Penyetaraan Setengah Reaksi

Apa yang dicatat oleh bilangan oksidasi

Bilangan oksidasi adalah muatan yang akan dimiliki suatu atom jika setiap ikatan antara atom yang berbeda bersifat ionik sepenuhnya, dengan elektron yang dipakai bersama diberikan kepada atom yang lebih elektronegatif; elektron yang dipakai bersama antara atom identik dibagi sama rata. Ini adalah hitungan formal, bukan muatan yang terukur. Dalam air, oksigen ditetapkan −2 dan setiap hidrogen +1, meskipun muatan parsial yang sebenarnya jauh lebih kecil.

Oksidasi adalah kenaikan bilangan oksidasi, yang sesuai dengan pelepasan elektron. Reduksi adalah penurunan bilangan oksidasi, penerimaan elektron. Keduanya selalu terjadi bersamaan, karena elektron yang dilepaskan oleh satu spesi harus diterima oleh spesi lain. Dalam setiap persamaan redoks, total kenaikan bilangan oksidasi sama dengan total penurunannya, dan setiap metode penyetaraan bertumpu pada kesamaan itu.

Menentukan bilangan oksidasi menurut urutan prioritas

Terapkan aturan dari atas daftar ke bawah. Ketika dua aturan bertentangan, yang lebih tinggi menang, dan atom terakhir yang tidak diketahui dalam suatu rumus ditemukan dengan selisih.

Untuk ion dihidrogen fosfat, H₂PO₄⁻: 2(+1) + P + 4(−2) = −1, sehingga P = +5. Untuk ion tetrationat, S₄O₆²⁻: 4S + 6(−2) = −2, sehingga keempat atom belerang berjumlah +10 dan rata-ratanya +2.5. Hasil pecahan berarti atom unsur yang sama berada dalam lingkungan yang berbeda dan bilangan yang dilaporkan adalah rata-rata. Magnetit, Fe₃O₄, rata-ratanya +8/3 karena mengandung satu Fe²⁺ untuk setiap dua Fe³⁺.

• Atom dalam unsur murni adalah 0 (Fe, O₂, S₈).
• Ion monoatomik sama dengan muatannya (Mg²⁺ adalah +2, Br⁻ adalah −1).
• Bilangan oksidasi dalam suatu rumus berjumlah sama dengan muatan keseluruhannya.
• Fluorin adalah −1 dalam semua senyawanya.
• Logam golongan 1 adalah +1 dan logam golongan 2 adalah +2 dalam senyawa.
• Hidrogen adalah +1 dengan nonlogam dan −1 dalam hidrida logam seperti NaH.
• Oksigen biasanya −2, tetapi −1 dalam peroksida (H₂O₂), −½ dalam superoksida (KO₂), dan +2 dalam OF₂.
• Klorin, bromin, dan iodin biasanya −1, kecuali ketika berikatan dengan oksigen atau halogen yang lebih ringan.

Menamai oksidator dan reduktor

Oksidator menerima elektron dan menyebabkan sesuatu yang lain teroksidasi, sehingga ia sendiri tereduksi. Reduktor memberikan elektron dan ia sendiri teroksidasi. Sebutkan seluruh spesinya, bukan hanya satu atom.

Perhatikan 2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l). Besi naik dari +2 ke +3, sehingga Fe²⁺ teroksidasi dan merupakan reduktor. Oksigen turun dari −1 dalam peroksida menjadi −2 dalam air, sehingga H₂O₂ tereduksi dan merupakan oksidator. Hidrogen tetap +1 sepanjang reaksi. Dua ion besi masing-masing melepaskan satu elektron dan dua atom oksigen peroksida masing-masing menerima satu, sehingga dua elektron dilepaskan dan dua diterima.

Satu spesi dapat memainkan kedua peran. Dalam Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O, satu atom klorin berubah dari 0 ke −1 dan yang lain dari 0 ke +1. Ini adalah disproporsionasi, dan Cl₂ adalah oksidator sekaligus reduktor.

Penyetaraan setengah reaksi dalam larutan asam

Memisahkan oksidasi dari reduksi memungkinkan Anda menyetarakan setiap perpindahan elektron sendiri-sendiri, lalu menggabungkan kedua bagian sehingga elektronnya saling meniadakan. Air menyediakan atom oksigen dan H⁺ menyediakan atom hidrogen karena itulah spesi yang benar-benar ada dalam air yang bersifat asam.

Contoh soal 1. Dalam asam, dikromat mengoksidasi nitrit: Cr₂O₇²⁻ + NO₂⁻ → Cr³⁺ + NO₃⁻. Kromium berubah dari +6 ke +3 dan nitrogen dari +3 ke +5. Setengah oksidasi: NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻, dengan muatan −1 di kedua sisi. Setengah reduksi: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O, dengan muatan +6 di kedua sisi. Enam elektron itu sesuai dengan dua atom kromium yang masing-masing berubah tiga satuan.

Kalikan setengah oksidasi dengan 3 sehingga kedua bagian melibatkan 6e⁻, lalu jumlahkan: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3NO₂⁻ + 3H₂O → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃⁻ + 6H⁺. Coret 6H⁺ dan 3H₂O dari masing-masing sisi: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3NO₂⁻ → 2Cr³⁺ + 3NO₃⁻ + 4H₂O. Pemeriksaan: Cr 2 dan 2; N 3 dan 3; O 7 + 6 = 13 dan 9 + 4 = 13; H 8 dan 8; muatan −2 + 8 − 3 = +3 dan +6 − 3 = +3.

• Pisahkan persamaan kerangka menjadi setengah oksidasi dan setengah reduksi.
• Setarakan setiap unsur kecuali O dan H.
• Setarakan O dengan menambahkan H₂O, lalu setarakan H dengan menambahkan H⁺.
• Setarakan muatan dengan menambahkan elektron ke sisi yang lebih positif.
• Kalikan kedua bagian agar elektronnya sama, jumlahkan, dan coret apa pun yang ada di kedua sisi.
• Periksa atom dan muatan, dan pastikan tidak ada elektron yang tersisa.

Mengubah metode untuk larutan basa

Dalam larutan basa, OH⁻ melimpah dan persamaan akhir tidak boleh mengandung H⁺. Setarakan seolah-olah larutan bersifat asam, lalu tambahkan OH⁻ yang cukup ke kedua sisi untuk mengubah setiap H⁺ menjadi air. Menambahkan spesi yang sama ke kedua sisi menjaga persamaan tetap setara.

Contoh soal 2. Hipoklorit mengoksidasi kromium(III) hidroksida menjadi kromat dalam basa: Cr(OH)₃ + ClO⁻ → CrO₄²⁻ + Cl⁻. Kromium berubah dari +3 ke +6 dan klorin dari +1 ke −1. Setengah oksidasi: Cr(OH)₃ + H₂O → CrO₄²⁻ + 5H⁺ + 3e⁻. Setengah reduksi: ClO⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O. Kelipatan persekutuan terkecil dari 3 dan 2 adalah 6, sehingga gandakan bagian pertama dan lipat tigakan bagian kedua.

Menjumlahkan dan mencoret menghasilkan 2Cr(OH)₃ + 3ClO⁻ → 2CrO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 4H⁺ + H₂O. Tambahkan 4OH⁻ ke kedua sisi; di sisi kanan, 4H⁺ + 4OH⁻ menjadi 4H₂O. Akhir: 2Cr(OH)₃(s) + 3ClO⁻(aq) + 4OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 3Cl⁻(aq) + 5H₂O(l). Pemeriksaan: Cr 2 dan 2; Cl 3 dan 3; O 6 + 3 + 4 = 13 dan 8 + 5 = 13; H 6 + 4 = 10 dan 10; muatan −7 di setiap sisi.

Kesalahan umum dalam pembukuan redoks

Sebagian besar kesalahan redoks adalah kesalahan pembukuan, dan masing-masing memiliki pemeriksaan khusus.

Sebagai uji akhir, pastikan dengan bilangan oksidasi saja bahwa elektron yang dilepaskan sama dengan elektron yang diterima. Dalam contoh soal 2, dua atom kromium masing-masing melepaskan 3 elektron (6 secara total) dan tiga atom klorin masing-masing menerima 2 (juga 6).

• Menyebut atom sebagai zat redoks: tulis bahwa Cr₂O₇²⁻ adalah oksidator, bukan kromium.
• Menghitung perubahan per atom tetapi tidak per rumus: Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ memerlukan 6 elektron, bukan 3.
• Menaruh elektron di sisi yang salah: elektron adalah produk dalam setengah oksidasi dan pereaksi dalam setengah reduksi. Jika pemeriksaan muatan gagal, lihat bagian ini lebih dahulu.
• Menyetarakan oksigen dengan O, O₂, atau O²⁻ alih-alih H₂O. Ion oksida bebas tidak ada dalam air.
• Meninggalkan H⁺ dalam jawaban larutan basa, atau lupa mencoret air setelah menambahkan OH⁻.
• Menganggap oksigen selalu −2: periksa peroksida, superoksida, dan ikatan O–F.
• Mencampur notasi: bilangan oksidasi ditulis dengan tanda lebih dahulu (+3); muatan ion ditulis dengan angka lebih dahulu (3+).