BAB 8
REAKSI REDOKS

Saat ini, reaksi redoks didefenisikan sebagai reaksi pemindahan elektron. Bagi kuliah pada tingkat yang rendah, kita juga menggunakan pengertian historis mengenai pemindahan “oksigen” atau atom “O”, kemudian bagi kuliah yang lebih tinggi, defenisi historis ini diperluas sehingga mencakup perwakilan pemindahan elektron.
Pada dasarnya, istilah pengurangan historis tidaklah lazim dengan konsep sekarang dari reaksi redoks. Hal ini bisa ditelusuri dari ilmuan Jerman, Joachim Jungius atau Junge (1587-1657) yang menjelaskan metamorfosis mineral menjadi logam padat sebagai reduksi (1). Melalui pemanasan, hal yang biasa pada masa Jungius, untuk mengurangi cinnabar (sulfida perak merak padat) menjadi merkuri; oleh karena itu, jumlah besar dari cairan merkuri telah dan diisi, sebagai contoh, dalam hal dekoratif dari peraturan-peraturan Spanyol.
Istilah oksidasi kemudian dikembangkan sesudah penemuan oksigen. C.W. Scheele, yang telah menemukan oksigen pada tahun 1771, menjelaskan gas ini sebagai “udara api”. Priestly, seorang advokat dari teori phlogistone, memberi nama oksigen “udara dephlogist” (1). Kemungkinan, Lavoiser memiliki penghargaannya terhadap Scheele dan Priestly untuk adherensi/penempelan yang non-kritis terhadap teori phlogistone dan kenyataannya, bahwa dia menggunakan skala untuk mengukur massa oksigen. Oleh karena itu, dia dinyatakan sebagai penemu oksigen yang sebenarnya.
Lavoiser menempatkan penekanan besar pada laboratorium kimianya mengenai metodelogi yang tepat pada ukuran yang tepat dan pencatatan. Pada awalnya, memperhatikan konfirmasi eksperimentil dari teori phlogiston Stahl – dia mempercayai bahwa peningkatan berat selama pembakaran logam adalah benar-benar jumlah berat yang sama yang hilang dalam peralatan yang tersegel. Melalui reaksi timbal balik – termolisis dari oksid merkuri – dia akhirnya dapat menunjukkan bahwa ini mencakup 2 elemen: merkuri dan oksigen. Dengan hal ini, dia mengambil alih defenisi elemen Boyle; bagaimana pun juga dia memiliki agenda yang berkelanjutan. Dia membedakan antara materie dan principe, materie menurut Lavoiser dapat dilihat mata, materi sulfur – berwarna kuning dan meleleh menjadi cairan cahaya. Asam sulfur, sebagai perbandingannya menggabungkan prisip sulfur dan oksigen: prinsip yang menciptakan asam. Elemen baru dikenal sebagai oxygenium (Lat.-Yunani: pembentukan asam), sebab dia menganggap bahwa oksigen yang ditemukan semuanya asam (1). Secara keseluruhan, Lavoiser yang menciptakan istilah oksidasi, untuk menyatakan reaksi di mana elemen bereaksi dengan oksigen membentuk oksid.
Pada awalnya, istilah oksidasi dan reduksi tidak seluruhnya bertentangan: reduksi berhubungan dengan pemisahan logam dari senyawa logam, dan oksidasi adalah reaksi dengan oksigen. Bagaimana pun juga, sejalan dengan waktu, arti dari reduksi berubah cenderung ke reaksi, di mana oksigen dilepaskan. Dalam hal ini, reduksi dan oksidasi telah berpasangan secara istilah – kepada 2 jenis reaksi kimia, di mana satu mewakili kebalikan dari yang lainnya.
Dengan penemuan Thomson mengenai elektron pada tahun 1897 dan perkembangan dari konsep yang berhubungan dengan hilangnya elektron dan mendapatkan atom atau ion, istilah oksidasi dan reduksi telah berubah menjadi hilangnya elektron dan munculnya elektron berubah pada awal abad 20.
Bagaimana pun juga, dengan defenisi ini muncul perubahan arti yang dapat dipertimbangkan. Ketika defenisi oksigen didasarkan pada oksidasi zat, sebagai contoh, pada partikel yang paling kecil: atom Fe dioksidasi dibawah pelepasan 2 atom menjadi ion Fe2-. Dengan cara yang sama, atom atau ion yang lain diturunkan melalui penambahan elektron. Oleh karena itu korespondensi oksidasi dan reduksi selalu ada, dan ketika berbicara mengenai reaksi reduksi-oksidasi atau disebut reaksi redoks.

Atom Fe  ion Fe2+ + 2e- oksidasi
2 atom Cl + 2e-  2 Cl- reduksi ion
Fe + Cl2  Fe2+ + (Cl-)2 reaksi redoks

Ditambahkan lagi, defenisi yang diperluas dapat berdasarkan pada bilangan oksidasi dari atom dalam molekul. Oksidasi adalah proses di mana sekeliling elektronik dari satu atom dalam molekul atau perubahan senyawa ion-yaitu-dengan cara ini, ikatan polar terbentuk, di mana khususnya atom O menguraikan elektron tetangga sekelilingnya. Dengan defenisi ini, perubahan bilangan oksidasi seperti contoh berikut ini.



Bilangan oksidasi dari satu atom S dalam molekul S8 didefenisikan sebagai 0, yang meningkat menjadi +IV untuk sebuah atom S pada molekul SO2. Reduksi dari atom O dalam molekul O2 menjadi atom O dalam molekul SO2, jumlah oksidasi menurun dari 0 ke –II. Jumlah angka romawi yang digunakan dalam jumlah oksidasi harus dibalikkan untuk arus atom yang biasa dalam molekul atau ion, angka Arab dinyatakan sebagai jumlah/angka untuk ion.
Sama seperti yang dinyatakan sebelumnya: jumlah oksidasi tidak berhubungan dengan unsur-unsur tapi partikel. Dalam hal ini atom-atom tertentu dalam satu molekul menunjukkan

Tabel 8.1 Defenisi Redoks [2]
Defenisi Oksidasi Reduksi
1
2
3 Masuknya oksigen
Hilangnya elektron
Peningkatan bilangan oksidasi Hilangnya oksigen
Masuknya elektron
Penurunan bilangan oksidasi

Bilangan oksidasi khusus: atom C menunjukkan bilangan oksidasi dari –IV dalam molekul CH4, atom C dalam molekul CO2 menunjukkan tingkatan oksidasi +IV. Ketiga defenisi dari oksidasi dan reduksi dirangkum pada tabel 8.1 [2].
Juga, dalam reaksi asam-basa, asam pertama didefenisikan pada tingkat unsur. Bagaimana pun juga, berdasarkan teori Bronsted, partikel paling kecil dapat menghasilkan proton atau mengambil proton, partikelnya adalah asam dan basa. Kesulitan yang sama muncul; siswa tidak dapat selalu berhasil memutuskan apakah tingkat makroskopik dari unsur atau tingkat sub-mikroskopik dari partikel diciptakan. Konsep yang salah dalam hal ini dan masalah lain yang harus dijelaskan dan diklarifikasi.


8.1 Konsep yang salah

Seperti pada perkembangan historis dari konsep redoks, defenisi dari pengikatan oksigen pada pelajaran awal merubah transfer elektron pada pelajaran lanjutan. Sejalan dengan pelajaran mengenai perubahan struktur atom. Setelah perkenalan dari defenisi oksigen, ada kepercayaan bahwa oksigen tercakup dalam setiap reaksi redoks. Alasannya, pertama adalah syllabel yang secara semantik berhubungan dengan oksigen (oxygenium, oxide) dan dengan reaksi pembakaran dalam udara atau oksigen yang dialirkan pada pelajaran awal.
Schmidt (3) menjelaskan pelajaran yang sesuai. Pada pelajaran ini, hampir 5000 pelajar harus memutuskan yang manakah reaksi yang didaftarkan termasuk reaksi redoks; reaksi dari asam hydrochloric dengan (1) magnesium (2) magnesium oksida (3) magnesium hidroksida. Tentu saja kita mengetahui bahwa: (1) diidentifikasikan sebagai reaksi redoks (2) dan (3) sebagai reaksi asam-basa dalam (2) ion H3O+(g) bereaksi dengan ion O2- dari oxide dan (3) ion H2O+(aq) bereaksi dengan ion OH- dari hydrosid.
Hampir separuh dari para siswa pada tempat lanjutan dan sepertiga sekolah dasar memilih jawaban yang benar. Siswa yang tersisa menandai jawaban oksigen yang berhubungan dan memberikan penjelasan seperti, “(2) dan (3) mengandung oksigen, yang sangat penting dalam reaksi redoks (kelas 12, tingkat tinggi); oksigen diperlukan dalam setiap reaksi redoks, jadi (1) tidak bisa menjadi reaksi redoks (tingkat 11, pelajaran dasar)”[3]. Schmidt menyatakan komentar siswa-siswanya: “Oksidasi berarti suatu reaksi di mana oksigen terlibat. Akhiran “oxide” menunjukkan bahwa (2) sama dengan (3) adalah reaksi redoks” [4].
Konsep oksigen kelihatan begitu kuat sehingga Schmidt [2] menceritakan mengenai reaksi asam-basa khusus: “Garnet dan Treagust, tahun 1992, bertanya pada siswa SMA apakah persamaan benar atau tidak

CO32- + 2H+  H2O + CO2

mewakili reaksi redoks. Semua siswa dengan jawaban benar menggunakan metode bilangan oksidasi. Siswa yang menjawab tidak benar memiliki dua alasan. Satu menganggap bahwa ion karbonat memberi oksigen dalam bentuk karbon dioksida dan oleh karena itu dikurangi. Yang lain menyatukan jumlah bilangan oksidasi terhadap jenis poliatomik dengan menggunakan arus mereka. CO32- diberikan bilangan oksidasi -2 dan CO2 bilangan oksidasinya 0. Sebagai akibatnya, reaksi ‘CO32-  CO2 ‘ dinyatakan sebagai oksidasi. Dalam hal yang sama, reaksi “H3O+  H2O” dapat diidentifikasikan sebagai reduksi: ion hidronium harus mendapatkan elektron transformasi dari hidronium untuk memberikan air pada molekul dan harus dikurangi” [2].
Sumfleth [5] bertanya pada siswa kelas 6-12 di Jerman untuk memberikan penjelasan mengenai reaksi umum dari paku besi dalam campuran tembaga sulfat. Dia mencatat jawaban yang salah yang dapat dihubungkan kembali dengan konsep sebelumnya seperti konsepsi yang salah yang dibuat sekolah. Khususnya, siswa di tingkat 6-8 (15% dari jumlah seluruh siswa) menjelaskan formasi dari pewarnaan tembaga dengan “sedimentasi, berpegang pada, melekat pada atau pewarnaan zat pada paku besi” atau “tembaga sulfat mewarnai paku besi, tembaga sulfat melekat di atasnya, seperti warna sepotong kayu ditempatkan dalam satu tempat pengeringan dan kemudian dikeringkan”. Tentu saja – penjelasan-penjelasan ini didasarkan pada pengamatan sehari-hari [5]. Separuh dari siswa tingkat 7 menebak ” tarik-menarik dari unsur ” sebagai alasannya, siswa lainnya menyebutkan pre-magnetik yang ada – kemungkinan hal itu disebabkan oleh paku besi. Bagaimanapun juga, para siswa hanya menyebutkan pengamatan mereka dengan kata-kata, satupun tidak bisa menyalahkan mereka dengan ide yang terdahulu.
Bahwa di kelas SMA, pembahasan ini tetap ada – mereka hanya dibebani dengan istilah khusus ”tembaga yang terlepas dari sulfat dan didasarkan pada besi, tembaga sulfat dikurangi, atom tembaga menarik elektron, paku besi dapat menyerap ion dari senyawa” [4]. Pernyataan ini menggambarkan bahwa istilah individu dapat dipelajari dan siswa merasa harus menggunakannya. Bagaimanapun juga, kelihatan seolah-olah merasa kebetulan dipisahkan dengan tujuan memberikan penampilan dari beberapa bentuk latar belakang ilmiah.
Test yang lebih jauh dari Sumfleth [5] dan Stachelsheid [6] adalah test asosiasi, yang berhubungan dengan banyak jawaban, beberapa konsep salah ditemukan. Hal yang menarik adalah tingkat kekeringan dimana istilah individu dan penjelasan korelasi diberikan. Ketiga dari hal yang dipertanyakan menjelaskan istilah reaksi redoks benar-benar dikencangkan ”reaksi redoks adalah penambahan dari reduksi dan oksidasi, terdiri dari satu oksidasi dan satu reduksi” [6]. Dalam test asosiasi, istilah oksidasi digunakan jauh lebih banyak (58%) dan reduksi(43%) atau reaksi redoks (41%) dan dihubungkan dengan oksigen. Dalam hubungannya dengan pembakaran, siswa juga menyebutkan oksidasi (21%) lebih sering dari reduksi (3%) atau reaksi redoks (5%). Istilah agen yang teroksidasi dan agen yang tereduksi adalah benar-benar dijelaskan (15% dari siswa). Hanya 6% dari siswa melaporkan bahwa agen yang teroksidasi mendapatkan elektron dan mereka sendiri tereduksi dan begitu juga sebaliknya [6].
Banyak referensi lainnya menunjukkan konsep yang salah dalam reaksi redoks, khususnya dengan interpretasi dari voltase dan arus listrik pada elektrolisis atau sel Galvanic. Oleh karena itu, Marohn [7] mencari model logam dimana siswa mengembangkannya dengan cara membahas sel Galvanic. Sebagai tambahan, Garnett ddan Treagust menemukan kesulitan konseptual dalam hal sirkuit elektrik [8] dan sel elektrolisis [9], sama dengan pekerjaan Ogade dan Bradley pada proses elektroda [10], Sanger dan Greenbowe menyelidiki konsep siswa yang salah secara umum pada elektrokimia [11] atau aliran arus pada senyawa elektrolit dan larutan garam [12]. Ini sulit dihindari – khususnya mengenai hal alamiah dari elektron sebagai gelombang dan/atau partikel, yang berhubungan dengan elektromagnet dan akibatnya. Oleh karena itu, penekanan disini adalah memperhatikan defenisi dasar dapat menggambarkannya sendiri.
Penelitian Empiris. Pada paragraf selanjutnya, hasil kami sendiri dari penelitian empiris dinyatakan. Dengan bantuan kuisioner, Vitali Heints [13] melaksanakan pembelajaran baru di SMA Jerman di mana reaksi redoks dinyatakan sebagai perpindahan elektron. Beberapa masalah didasarkan pada pra-konsep yang berhubungan dengan pembakaran yang telah dinyatakan pada bab 3. Bagaimana pun juga, pada Masalah 1 dari kuisioner, informasi mengenai pembakaran tembaga dipertanyakan, sedangkan di Masalah 2, diperbandingkan dengan reaksi tembaga dan klorin.
Reaksi logam dengan oksigen dan klorin. Dalam hal ini, kita mencoba untuk mendapatkan informasi bagaimana siswa menjelaskan konsep mereka mengenai reaksi logam-oksigen: pada saat oksigen dipindahkan atau pemindahan elektron dan bagaimana defenisi yang dipilih dipakai pada reaksi logam-klorin. Poin lain yang menarik perhatian adalah untuk menentukan jika defenisi yang dipilih dibahas dengan oksidasi atau reduksi dari unsur atau partikel.

Masalah 1 Selembar tembaga tipis dilipat menjadi amplop kecil dan dipanaskan dengan api yang hangat. Tembaga merah menjadi hitam pada bagian luarnya, dan pada bagian dalamnya tetap berwarna merah. Hal ini disebabkan oleh:

 Reaksi pembakaran sedang terjadi [A]
 Jelaga hitam terjadi pada bagian luar [B]
 Reaksi redoks terjadi [C]
 Atom tembaga berubah warna [D]

Piliha kedua [B] adalah pilihan yang paling menarik dan dipilih oleh 59% dari jumlah keseluruhan siswa. Jawaban yang benar [C] dipilih 21%, pilihan [A] dan [D] oleh 18% dan 4% dari jumlah siswa. Kepopularitasan dari pilihan [B] dapat dilihat dari kurangnya pengalaman kerja dari kimia praktikal. Kelihatannya bahwa banyak siswa tidak mengetahui perbedaan antara “pembakaran kuning” dan “pembakaran biru”. Kebanyakan dari penjelasan [B] sebagai berikut: “Jelaga terbentuk melalui nyala pembakaran atau api pembakaran”. Sebagai tambahan, siswa tidak mengerti dengan jelas mengenai peranan oksigen dalam proses pembakaran, mereka mencari penjelasan pada kehidupan sehari-hari: “oksigen dibakar dan jelaga terjadi, oksigen dibakar dan karbon dioksida terbentuk, pembakaran oksigen dapat menghasilkan CO, CO2, C”.

Masalah 2 Sekeping tembaga tipis dibakar dan ditempatkan pada tabung gas yang diisi dengan gas klorin berwarna kuning. Tembaga bercahaya dan unsur hijau muncul sebab:

 Tembaga bereaksi dengan klorin [A]
 Klorin membentuk asam hidroklorik dan logam dibuang [B]
 Reaksi asam-basa terjadi [C]
 Klorin menghancurkan atom tembaga [D]

Jawaban yang paling dipilih adalah jawaban yang benar [A] yaitu 61%. Bagaimanapun juga 7% dari siswa memilih pilihan lain, khususnya [D] setelah [A], oleh karena itu kita bisa mengatakannya hanya 54% yang menjawabnya. Pilihan [B] [C] dan [D] dipilih 10%, 4% dan 3%. Penjelasan yang diberikan satu siswa pada kelas lanjutan yaitu “Tidak ada O2 jadi tidak ada CuO yang dapat dibentuk, bahkan juga reaksi redoks terjadi tetapi hanya dengan klorin”. Disamping pengetahuan defenisi yang diperlukan, sebuah pemindahan elektron tidak ditambahkan pada interpretasi, bahkan pada siswa yang lebih tinggi (lanjutan), lebih senang bekerja dengan defenisi oksigen yang lebih umum – defenisi yang diperluas hanya digunakan jika tidak ada hubungan yang jelas terhadap oksigen.
Korosi. Berhubungan dengan kenyataan bahwa korosi mempunyai peranan besar pada industri dan masyarakat, topik ini merupakan mata pelajaran yang berarti dalam pelajaran kimia dan masalah-masalahnya. Penting dalam menganalisa cara siswa menggunakan redoks yang sederhana dan yang luas.

Masalah 3 Besi tidak berkarat di California yang kering, bagaimanapun juga di Jerman, besi berkarat dengan cepat sebab udara mengandung banyak embun. Hal ini disebabkan oleh :

 Besi mengandung karat yang muncul ketika tekanan udara [A]
 Atom besi beroksidasi [B]
 Reaksi asam basa terjadi [C]
 Atom besi dihancurkan melalui karat [D]

Konsep siswa yang salah khususnya ditujukan melalui formasi/bentuk karat yang cukup dikenal, pertentangan antara bahasa yang lazim dan teori redoks modren yang terjadi. Untungnya, 56% dari siswa memilih jawaban yang benar [B], pilihan [D] ,[C] dan [A] dipilih oleh 11%, 10% dan 3%. 25% dari mereka tidak memberikan jawaban. Bagaimanapun juga, banyak penjelasan menyatakan pengetahuan dasar, sebab pemindahan elektron yang diharapkan tidak berperan, tetapi seseorang lebih memilih bekerja dengan interpretasi oksigen yang sederhana “karat adalah besi yang teroksidasi, besi atau atom besi menyatu dengan oksigen”. Reaksi besi dengan air atau uap jarang disebutkan.” Besi menarik kelembapan dari udara dan mengoksidasinya; atom besi beroksidasi dengan oksigen dari uap; besi tidak memiliki lapisan pelindung dan terkena karena kelembapan.”