Redoks dan elektrokimia

Sederhana · Fase A–C · SD kelas 1–6 (IPAS)

Pagar besi yang sering terkena hujan lama-lama berwarna cokelat kemerahan dan rapuh. Itu karat. Besi bereaksi dengan oksigen dari udara dengan bantuan air, membentuk oksida besi. Perubahan ini disebut korosi.

Apel yang diiris juga berubah cokelat karena bereaksi dengan oksigen. Kayu yang terbakar dan kembang api yang menyala pun bereaksi dengan oksigen.

Cara mencegah karat:

• Mengecat pagar besi.
• Mengoles alat dengan minyak.
• Menjaga benda besi tetap kering.
• Melapisi besi dengan logam lain, seperti seng pada atap seng.

Standar · Fase D · SMP kelas 7–9 (IPA)

Besi yang dibiarkan di udara lembap menjadi berkarat: besi bereaksi dengan oksigen dan air membentuk besi oksida. Reaksi dengan oksigen disebut oksidasi, kebalikannya (pelepasan oksigen) disebut reduksi. Keduanya selalu terjadi bersamaan sehingga disebut redoks.

Contoh redoks di sekitar kita:

• Perkaratan besi dan menghijaunya tembaga.
• Pembakaran bahan bakar dan respirasi sel.
• Baterai dan aki kendaraan, yang mengubah energi kimia menjadi listrik.
• Pemutih pakaian (natrium hipoklorit) mengoksidasi noda.

Karat dapat dicegah dengan mengecat, melapisi dengan seng (galvanisasi) atau timah (kaleng), dan menjauhkan logam dari air.

Lanjutan · Fase E–F · SMA kelas 10–12 (Kimia)

Konsep modern: oksidasi adalah pelepasan elektron (kenaikan bilangan-oksidasi), reduksi adalah penerimaan elektron (penurunan biloks). Zat yang tereduksi disebut oksidator; zat yang teroksidasi disebut reduktor.

Aturan biloks: unsur bebas 0; O umumnya −2 (peroksida −1); H umumnya +1; logam golongan 1 = +1, golongan 2 = +2; jumlah biloks dalam senyawa netral = 0.

Sel volta mengubah reaksi redoks spontan menjadi listrik. Pada sel Daniell, Zn (anode) teroksidasi dan Cu²⁺ (katode) tereduksi:

E°sel = E°katode − E°anode = +0,34 − (−0,76) = +1,10 V

Deret volta (Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au) menunjukkan logam di kiri lebih mudah teroksidasi. Coba pasangkan logam di lab Sel volta.

Elektrolisis memakai listrik untuk menjalankan reaksi tidak spontan: pemurnian tembaga, penyepuhan, pembuatan klorin dan NaOH dari air garam, serta peleburan aluminium. Hukum Faraday: massa = (Ar × I × t)/(n × 96 500).

Sel, baterai, dan elektrolisis dibahas lengkap di Elektrokimia.

Mendalam · Perguruan tinggi · Kimia dasar dan lanjut

Persamaan Nernst menghubungkan potensial dengan konsentrasi: E = E° − (0,0592/n) log Q pada 25 °C. Dari sini lahir sel konsentrasi, elektrode pH (kaca), dan sensor glukosa. Hubungan ΔG° = −nFE° = −RT ln K menyatukan elektrokimia dengan termodinamika.

Baterai litium-ion memakai interkalasi: saat pengisian, Li⁺ berpindah dari katode LiCoO₂ atau LiFePO₄ ke anode grafit (LiC₆). Katode NMC mengandung nikel, bahan strategis Indonesia. Aki timbal (Pb/PbO₂/H₂SO₄) dan sel bahan bakar hidrogen (H₂ + ½O₂ → H₂O, E° = 1,23 V) adalah contoh lain.

Korosi adalah sel galvanik mikro: Fe teroksidasi di daerah anodik, O₂ tereduksi di daerah katodik. Proteksi katodik memakai anode tumbal (Mg, Zn) atau arus terpasang untuk melindungi pipa dan kapal. Diagram Pourbaix (E–pH) menunjukkan daerah kekebalan, korosi, dan pasivasi logam.