Apa itu kimia redoks?
Setiap reaksi kimia entah memindahkan elektron atau tidak. Yang memindahkan adalah reaksi redoks — reduksi-oksidasi — dan mencakup pembakaran, baterai, korosi, metalurgi, dan metabolisme. Perangkat pembukuan yang membuat bidang ini dapat dikelola adalah bilangan oksidasi: muatan hipotetis yang akan dibawa atom jika setiap ikatan sepenuhnya ionik. Itu bukan muatan nyata, tetapi sebagai buku besar ia memberi tahu seketika siapa yang kehilangan elektron, siapa yang mendapatkannya, dan berapa banyak yang berpindah tangan.
Satu aturan yang perlu diingat: LEO says GER — Lose Electrons, Oxidized (kehilangan elektron, teroksidasi); Gain Electrons, Reduced (mendapat elektron, tereduksi). Dan jebakan penamaan: oksidator adalah spesies yang tereduksi (ia mengoksidasi sesuatu yang lain).
Menetapkan bilangan oksidasi: algoritmanya
Aturannya berlaku dalam urutan yang ketat: unsur bebas = 0; ion monoatomik = muatannya; F selalu −1; O adalah −2 kecuali dalam peroksida (H2O2, Na2O2, di mana bilangannya −1) dan dalam OF2 (+2); H adalah +1 kecuali dalam hidrida logam (−1); logam Golongan 1 +1, Golongan 2 +2; dan jumlah semua bilangan oksidasi sama dengan muatan bersih. Apa pun yang tersisa dan belum diketahui diselesaikan secara aljabar. Preset panel menelusuri yang klasik: KMnO4 memiliki K(+1) dan O(−2)×4 yang memaksa Mn = +7; K2Cr2O7 memaksa Cr = +6 per atom; anion dikromat Cr2O72− melakukan hal yang sama dengan muatan −2 dalam perhitungan. Fe3O4 adalah yang menarik: aljabarnya menghasilkan rata-rata +2,7 per Fe, oksida valensi campuran yang sebenarnya (FeO·Fe2O3) yang dua situs besi berbedanya ditulis kimiawan sebagai +2 dan +3. Panel menerapkan pembedaan yang sama: peroksida sejati (H2O2, Na2O2, CaO2) menempatkan setiap O pada −1, sedangkan dioksida seperti MnO2 mempertahankan O pada −2.
Penyeimbangan dengan reaksi setengah
Metode penyeimbangan yang paling aman membagi persamaan redoks apa pun menjadi setengah oksidasi dan setengah reduksi, menyeimbangkan masing-masing secara terpisah, lalu mengalikan sehingga elektronnya saling meniadakan. Setiap reaksi setengah diseimbangkan dalam urutan tetap: (1) semua atom kecuali O dan H, (2) O dengan H2O, (3) H dengan H+ dalam asam atau OH− dalam basa, (4) muatan dengan elektron. Contoh panel adalah reduksi permanganat klasik buku teks: MnO4− → Mn2+ dalam asam menyeimbang menjadi MnO4− + 8H+ + 5e&supminus; → Mn2+ + 4H2O — empat air untuk empat oksigen, delapan proton untuk delapan hidrogen, lima elektron untuk mendamaikan perjalanan +7 → +2.
Tabel potensial sebagai tabel liga
Potensial reduksi standar E° (volt, terhadap Elektroda Hidrogen Standar tepat 0,00) memeringkat setiap reaksi setengah menurut nafsunya terhadap elektron. Baca tabel 21 entri panel seperti klasemen: F2 (+2,87) adalah oksidator terkuat di puncak, Li+ (−3,04) pereduktor terkuat di dasar, dan logam di antaranya mereproduksi deret aktivitas klasik — bentuk tereduksi mana pun yang lebih rendah pada tabel akan menyumbangkan elektron kepada bentuk teroksidasi mana pun di atasnya. Itulah sebabnya logam seng menggantikan Cu2+ dari larutan: elektron mengalir secara spontan dari Zn ke Cu2+. Untuk membangun sel dari dua entri: E°sel = E°katode − E°anode, dan tanda selisih itu adalah vonis spontanitas — sel Daniell yang terkenal memasangkan Cu (+0,34) dengan Zn (−0,76) untuk E°sel = +1,10 V.
Nernst: konsentrasi menggeser gawang
E° hanya berlaku pada 1 M dan 1 atm; persamaan Nernst E = E° − (RT/nF) ln Q mengoreksi konsentrasi nyata (jalan pintas 25 °C E = E° − (0,0592/n) log Q adalah persamaan yang sama dengan angka yang sudah dimasukkan). Dua sampel panel membatasi perilakunya: pasangan Zn2+/Zn (E° = −0,76 V, n = 2) pada Q = 0,1 bergeser menjadi E = −0,7304 V — masih negatif, tidak spontan sebagai reduksi, yang persis sebabnya seng berfungsi sebagai anode; pasangan Cu2+/Cu (+0,34 V) pada Q = 0,01 naik menjadi E = +0,3992 V, larutan yang miskin produk mendorong reduksi lebih keras. Dalam batas Q → K, E → 0, yang merupakan jembatan menuju konstanta kesetimbangan dan ke ΔG = −nFE.
Kesalahpahaman umum
- Oksidasi membutuhkan oksigen. Namanya adalah jebakan etimologi: Na → Na+ + e&supminus; adalah oksidasi, tanpa oksigen sama sekali. Definisinya adalah kehilangan elektron, titik.
- Oksidator teroksidasi. Balikkan: oksidator menyebabkan oksidasi dan dirinya sendiri tereduksi. MnO4− adalah pengoksidasi tepat karena Mn-nya (+7) turun menjadi +2.
- E° yang lebih positif berarti pereduktor yang lebih kuat. Kebalikannya: E° positif = ingin direduksi = oksidator kuat. Pereduktor kuat berada di ujung negatif.
- Hidrogen selalu +1. Hanya dalam senyawa dengan nonlogam. Pada NaH (dan LiAlH4) bilangannya −1 — hidrida adalah proton dengan dua elektron.
Alat terkait: Kesetimbangan Kimia (E dan K adalah dua pandangan dari satu konstanta), Termokimia (ΔG = −nFE), dan Konfigurasi Elektron (elektron yang diperdagangkan).
