Bilangan Oksidasi Reaksi Redoks-

Bilangan Oksidasi Reaksi Redoks- Perkembangan konsep redoks tidak berhenti sampai transfer elektron. Konsep tersebut berkembang terus sejalan dengan munculnya masalah dalam reaksi-reaksi redoks yang tidak dapat dijelaskan dengan konsep transfer elektron maupun dengan konsep pengikatan oksigen. Akan tetapi, hanya dapat dijelaskan dengan konsep bilangan oksidasi.

1. Bilangan Oksidasi dan Penentuan Bilangan Oksidasi
Apa yang dimaksud dengan bilangan oksidasi? Bilangan oksidasi adalah suatu bilangan yang menyatakan valensi atom dalam suatu senyawa yang dapat memiliki harga positif maupun negatif. Bagaimana menentukan bilangan oksidasi (biloks) atom suatu unsur? Dalam hal ini, para pakar kimia bersepakat mengembangkan aturan yang berkaitan dengan biloks unsur, yaitu sebagai berikut.
a. Dalam bentuk unsur atau molekul unsur (Gambar 7.2), bilangan oksidasi atom-atomnya sama dengan nol. Contoh:
Biloks Na dalam unsur Na = 0; biloks O dalam molekul O₂ = 0;
biloks Cl dalam molekul Cl₂ = 0; biloks P dalam molekul P₄ = 0.

Gambar 7.2 Contoh molekul unsur: Cl₂, P₄, S₈

b. Dalam senyawa ion, bilangan oksidasi atom-atom sama dengan muatan kation dan anionnya. Contoh:
Dalam senyawa NaCl, atom Na bermuatan +1 dan atom Cl bermuatan –1 sehingga bilangan oksidasi Na = +1 dan Cl = –1.

c. Bilangan oksidasi atom-atom yang lain ditentukan menurut aturan berikut.
1) Biloks atom golongan IA dalam semua senyawa adalah +1. Biloks atom golongan IIA dalam semua senyawa adalah +2.
2) Biloks atom-atom unsur halogen dalam senyawa biner adalah –1, sedangkan dalam senyawa poliatom bergantung pada senyawanya.
3) Biloks atom oksigen dalam senyawa adalah –2, kecuali dalam peroksida (H₂O₂, Na₂O) sama dengan –1 dan dalam superoksida sama dengan –1/2.
4) Biloks atom hidrogen dalam senyawa adalah +1, kecuali dalam senyawa hidrida sama dengan –1.

d. Jumlah total bilangan oksidasi dalam senyawa netral sama dengan nol (Gambar 7.2). Jumlah total bilangan oksidasi untuk ion sama dengan muatan ionnya. Contoh:
Biloks total dalam molekul H₂O = 0; biloks total dalam ion CO₃^2– = –2; biloks total dalam ion NH₄⁺ = +1.

Gambar 7.3 Biloks total molekul-molekul sama dengan nol.

Contoh Menentukan Bilangan Oksidasi Atom dalam Senyawa Ion
Tentukan biloks setiap atom dalam senyawa dan ion berikut: NO₂, ClO₃ , NH₄⁺.
Jawab
Dalam NO₂:
• Biloks total molekul NO₂ = 0 (aturan d)
• Biloks O dalam NO₂ = –2 (aturan c.3)
• Biloks N dalam NO₂ = {biloks N + 2(biloks O) = 0}
Jadi, biloks N dalam NO₂ = +4.

Dalam ion ClO₃^– :
• Biloks total ion ClO₃^– = –1 (aturan d)
• Biloks O dalam ClO₃^– = –2 (aturan c.3)
• Biloks Cl dalam ClO₃^– = {biloks Cl + 3(biloks O) = –1}
Jadi, biloks Cl dalam ClO₃^– = +5.

Dalam ion NH₄⁺:
• Biloks ion NH₄⁺ = +1 (aturan d)
• Biloks H dalam NH₄⁺ = +1 (aturan c.4)
• Biloks N dalam NH₄⁺ = {biloks N + 4(biloks H)= +1}
Jadi, biloks N dalam NH₄⁺ = –3.

Pada contoh soal tersebut, atom N dapat memiliki biloks lebih dari satu, yakni –3 dan +4. Kenyataannya bukan hanya atom N, melainkan banyak atom-atom yang memiliki biloks lebih dari satu, terutama atom-atom unsur transisi dan beberapa atom nonlogam. Bagaimana menentukan biloks atom yang memiliki lebih dari satu bilangan oksidasi, seperti yang terdapat dalam senyawa poliatom, misalnya FeSO₄, Fe₂(SO₃)₃, KCrO₃, dan K₂Cr₂O₇? Biloks atom dalam senyawa ion poliatom dapat ditentukan dengan mudah jika Anda mengetahui muatan setiap ion.

Dalam senyawa FeSO₄, atom Fe dan S memiliki biloks lebih dari satu sehingga sukar menentukan biloksnya secara langsung. Akan tetapi, jika Anda mengetahui muatan setiap ion, misalnya ion Fe = 2+ dan ion SO₄= 2– (aturan d) maka biloks Fe dan S dapat ditentukan. Agar lebih mudah, perhatikan reaksi penguraian FeSO₄ berikut.
FeSO₄(s) →Fe²⁺(aq)+SO₄^2–(aq)

Menurut aturan b, biloks ion sama dengan muatannya maka biloks Fe = +2. Biloks S ditentukan dengan cara yang sama seperti pada contoh soal sebelumnya, hasilnya biloks S =+6. Jadi, biloks atom-atom dalam FeSO₄ adalah Fe = +2, S = +6, dan O =–2.

Contoh Menentukan Bilangan Oksidasi Atom dalam Senyawa Poliatom
Tentukan biloks atom-atom dalam Fe₂(SO₃)₃.
Jawab
Muatan ion dalam Fe₂(SO₃)₃ adalah
Fe³⁺ = 3+ dan SO₃^2– = 2–
Biloks Fe = +3 (aturan 4)
Biloks total ion SO₃^2– = –2 (aturan 4)
Biloks O dalam SO₃^2– = –2 (aturan 3.c)
Biloks S dalam SO₃^2– = {biloks S + 3(biloks O) = –2}.
Jadi, biloks S dalam SO₃^2– = +4.

2. Reaksi Reduksi Oksidasi dan Bilangan Oksidasi
Bagaimana bilangan oksidasi dapat menjelaskan reaksi redoks? Apa Anda cukup puas dengan konsep transfer elektron? Tinjau reaksi antara SO₂ dan O₂ membentuk SO₃. Reaksinya dapat ditulis sebagai berikut.
2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g)

Jika dikaji berdasarkan konsep pengikatan oksigen maka reaksi tersebut adalah reaksi oksidasi. Jika dikaji berdasarkan transfer elektron maka Anda mungkin akan bingung, mengapa? Pada reaksi tersebut tidak terjadi transfer elektron, tetapi melalui penggunaan bersama pasangan elektron membentuk ikatan kovalen.

Gambar 7.4 Rumus struktur lewis SO₂ dan SO₃

Oleh karena senyawa SO₃ merupakan senyawa kovalen (perhatikan Gambar 7.4) maka reaksi tersebut tidak dapat dijelaskan dengan konsep transfer elektron. Sesungguhnya, banyak reaksi redoks yang tidak dapat dijelaskan dengan transfer elektron maupun dengan pengikatan oksigen, di antaranya:
a) CO₂(g)+4H₂(g) →CH₄(g) + 2H₂O(l)
b) I₂(g)+3Cl₂(g) →2ICl₃(g)
c) Cu(s)+HNO₃(aq) →Cu(NO₃)₂(aq)+NO₂(g)+H₂O(l)
d) Na₂S₂O₃(aq)+2HCl(aq) →2NaCl(aq)+H₂O(l)+SO₂(g)+S(s)

Oleh karena banyak reaksi redoks yang tidak dapat dijelaskan dengan konsep pengikatan oksigen maupun transfer elektron maka para pakar kimia mengembangkan konsep alternatif, yaitu perubahan bilangan oksidasi. Menurut konsep ini, jika dalam reaksi bilangan oksidasi atom meningkat maka atom tersebut mengalami oksidasi. Sebaliknya, jika bilangan oksidasinya turun maka atom tersebut mengalami reduksi. Berdasarkan konsep bilangan oksidasi, apakah reaksi SO₂ dan O₂tersebut merupakan reaksi redoks? Untuk mengetahui suatu reaksi tergolong reaksi redoks atau bukan menurut konsep perubahan bilangan oksidasi maka perlu diketahui biloks dari setiap atom, baik dalam pereaksi maupun hasil reaksi. Biloks dari SO₂, O₂, dan SO₃ adalah 0 (aturan d). Biloks O dalam SO₂ dan SO₃ = –2 (aturan c.3) maka biloks S dalam SO₂= +4 dan biloks S dalam SO₃ = +6. Secara diagram dapat dinyatakan sebagai berikut.

Berdasarkan diagram tersebut dapat disimpulkan bahwa:
a) atom S mengalami kenaikan biloks dari +4 menjadi +6, peristiwa ini disebut oksidasi;
b) atom O mengalami penurunan biloks dari 0 menjadi –2, peristiwa ini disebut reduksi.

Dengan demikian, reaksi tersebut adalah reaksi redoks. Manakah reduktor dan oksidator pada reaksi di atas? Oleh karena molekul O₂ menyebabkan molekul SO₂ teroksidasi maka molekul O₂adalah oksidator. Molekul O₂ sendiri mengalami reduksi akibat molekul SO₂ sehingga SO₂ disebut reduktor.

Contoh Reaksi Redoks Menurut Perubahan Bilangan Oksidasi
Tentukan manakah oksidasi dan reduksi serta reduktor dan oksidator pada reaksi berikut:
CO₂(g) + 4H₂(g)→CH₄(g) + 2H₂O(g)
Jawab
Tentukan biloks setiap atom.
Dalam CO₂, biloks O = –2 dan C = +4.
Dalam H₂, biloks H = 0
Dalam CH₄, biloks H = +1, dan C = –4
Dalam H₂O, biloks H = +1 dan O = –2

Atom C mengalami penurunan biloks dari +4 menjadi –4 (reduksi) dan atom H mengalami kenaikan biloks dari 0 menjadi +1 (oksidasi). Dalam bentuk diagram dapat dinyatakan sebagai berikut:

Sebagai reduktor adalah molekul H2 dan sebagai oksidator adalah molekul CO₂.

Reaksi Disproporsionasi
Apa yang dimaksud dengan reaksi disproporsionasi? Reaksi disproporsionasi atau disebut juga reaksi swaredoks adalah suatu reaksi yang mengalami oksidasi dan juga reduksi pada pereaksinya.
Contoh:
Hidrogen peroksida dipanaskan pada suhu di atas 60°C dan terurai menurut persamaan reaksi berikut:
H₂O₂(l) →H₂O(l) + O₂(g)
Biloks atom O dalam H₂O₂ adalah –1 (aturan c.3). Setelah terurai berubah menjadi –2 (dalam H₂O) dan 0 dalam (O₂). Persamaan kerangkanya:

Oleh karena molekul H₂O₂ dapat berperan sebagai oksidator dan juga reduktor maka reaksi tersebut dinamakan reaksi disproporsionasi atau reaksi swaredoks.

3. Tata Nama Senyawa dan Biloks
Pada bab sebelumnya, Anda telah belajar tata nama senyawa biner dan senyawa poliatom. Tata nama tersebut berlaku untuk zat molekuler atau senyawa ion yang mengandung kation hanya memiliki satu harga muatan atau biloks logam golongan IA dan IIA. Untuk kation-kation logam yang memiliki lebih dari satu harga biloks (khususnya unsur-unsur transisi), tata namanya ditambah angka romawi dalam tanda kurung yang menunjukkan harga biloks. Angka romawi tersebut tidak terpisahkan dari nama kationnya. Contoh:

SnCl₂ dan SnCl₄, keduanya memiliki unsur yang sama. Untuk membedakan nama kedua senyawa itu, harga biloks timah disisipkan ke dalam nama menurut aturan sebelumnya (timah klorida). Biloks Sn dalam SnCl₂ adalah +2 dan dalam SnCl4 adalah +4. Jadi, nama kedua senyawa itu adalah
SnCl₂ : timah(II) klorida
SnCl4 : timah(IV) klorida