- Langkah
- - Jenderal
- Periksa bilangan oksidasi reaktan dan produk
- Identifikasi spesies pengoksidasi dan pereduksi
- Tuliskan setengah reaksi dan setarakan atom dan muatan
- Gantikan koefisien persamaan ionik ke dalam persamaan umum
- - Keseimbangan dalam media asam
- - Keseimbangan di media dasar
- Contoh
- Latihan
- Latihan 1
- Langkah-langkah umum
- Keseimbangan dalam media dasar
- Latihan 2
- Langkah-langkah umum
- Keseimbangan dalam media asam
- Referensi
The redoks Metode menyeimbangkan adalah salah satu yang memungkinkan menyeimbangkan persamaan kimia reaksi redoks, yang tidak akan menjadi sakit kepala. Di sini satu atau lebih spesies bertukar elektron; yang menyumbangkan atau kehilangan disebut spesies pengoksidasi, sedangkan yang menerima atau memperolehnya disebut spesies pereduksi.
Dalam metode ini, penting untuk mengetahui bilangan oksidasi spesies ini, karena bilangan oksidasi tersebut mengungkapkan berapa banyak elektron yang diperoleh atau hilang per mol. Berkat ini, dimungkinkan untuk menyeimbangkan muatan listrik dengan menulis elektron dalam persamaan seolah-olah mereka adalah reaktan atau produk.
Semi-reaksi umum dari reaksi redoks bersama dengan tiga protagonis selama penyeimbangannya: H +, H2O dan OH-. Sumber: Gabriel Bolívar.
Gambar atas menunjukkan seberapa efektif elektron, e - ditempatkan sebagai reaktan ketika spesies pengoksidasi memperolehnya; dan sebagai produk ketika spesies pereduksi kehilangan mereka. Perhatikan bahwa untuk menyeimbangkan jenis persamaan ini, konsep bilangan oksidasi dan oksidasi-reduksi perlu dikuasai.
Spesies H + , H 2 O dan OH - , bergantung pada pH media reaksi, memungkinkan penyeimbangan redoks, oleh karena itu sangat umum untuk menemukannya dalam latihan. Jika medianya asam, kami menggunakan H + ; tetapi jika sebaliknya medianya dasar, maka kita menggunakan OH - untuk penyeimbangan.
Sifat dari reaksi itu sendiri menentukan berapa pH medium yang seharusnya. Itulah sebabnya, walaupun penyeimbangan dapat dilakukan dengan asumsi media asam atau basa, persamaan keseimbangan akhir akan menunjukkan apakah ion H + dan OH - benar-benar dapat dibuang atau tidak .
Langkah
- Jenderal
Periksa bilangan oksidasi reaktan dan produk
Asumsikan persamaan kimia berikut:
Cu (s) + AgNO 3 (aq) → Cu (NO 3 ) 2 + Ag (s)
Ini sesuai dengan reaksi redoks, di mana perubahan terjadi pada bilangan oksidasi reaktan:
Cu 0 (s) + Ag + NO 3 (aq) → Cu 2+ (NO 3 ) 2 + Ag (s) 0
Identifikasi spesies pengoksidasi dan pereduksi
Spesies pengoksidasi memperoleh elektron dengan mengoksidasi spesies pereduksi. Oleh karena itu, bilangan oksidasinya berkurang: ia menjadi kurang positif. Sementara itu, bilangan oksidasi dari spesi pereduksi meningkat, karena ia kehilangan elektron: ia menjadi lebih positif.
Jadi, pada reaksi sebelumnya, tembaga teroksidasi, karena ia berpindah dari Cu 0 ke Cu 2+ ; dan perak berkurang, dari Ag + ke Ag 0 . Tembaga adalah spesies pereduksi, dan perak adalah spesies pengoksidasi.
Tuliskan setengah reaksi dan setarakan atom dan muatan
Mengidentifikasi spesies mana yang mendapatkan atau kehilangan elektron, setengah reaksi redoks untuk reaksi reduksi dan oksidasi ditulis:
Cu 0 → Cu 2+
Ag + → Ag 0
Tembaga kehilangan dua elektron, sedangkan perak kehilangan satu elektron. Kami menempatkan elektron di kedua setengah reaksi:
Cu 0 → Cu 2+ + 2e -
Ag + + e - → Ag 0
Perhatikan bahwa beban tetap seimbang di kedua reaksi setengah; tetapi jika mereka dijumlahkan, hukum kekekalan materi akan dilanggar: jumlah elektron harus sama dalam dua setengah reaksi. Oleh karena itu, persamaan kedua dikalikan dengan 2 dan kedua persamaan tersebut dijumlahkan:
(Cu 0 → Cu 2+ + 2e - ) x 1
(Ag + + e - → Ag 0 ) x 2
Cu 0 + 2Ag + + 2e - → Cu 2+ + 2Ag 0 + 2e -
Elektron meniadakan karena berada di sisi reaktan dan produk:
Cu 0 + 2Ag + → Cu 2+ + 2Ag 0
Ini adalah persamaan ionik global.
Gantikan koefisien persamaan ionik ke dalam persamaan umum
Akhirnya, koefisien stoikiometri dari persamaan sebelumnya dipindahkan ke persamaan pertama:
Cu (s) + 2AgNO 3 (aq) → Cu (NO 3 ) 2 + 2Ag (s)
Perhatikan bahwa 2 diposisikan dengan AgNO 3 karena dalam garam perak ini sebagai Ag + , dan hal yang sama terjadi dengan Cu (NO 3 ) 2 . Jika persamaan ini tidak seimbang di akhir, kami melanjutkan untuk melakukan uji coba.
Persamaan yang diusulkan pada langkah sebelumnya bisa saja diseimbangkan secara langsung dengan coba-coba. Namun, ada reaksi redoks yang membutuhkan media asam (H + ) atau basa (OH - ) untuk berlangsung. Jika ini terjadi, tidak dapat diseimbangkan dengan asumsi bahwa medianya netral; seperti yang baru saja ditunjukkan (baik H + maupun OH - tidak ditambahkan ).
Sebaliknya, akan lebih mudah untuk mengetahui bahwa atom, ion, atau senyawa (kebanyakan oksida) tempat terjadinya perubahan bilangan oksidasi ditulis dalam setengah reaksi. Ini akan disorot di bagian latihan.
- Keseimbangan dalam media asam
Jika medianya adalah asam, perlu untuk berhenti di dua setengah reaksi. Kali ini ketika menyeimbangkan kita mengabaikan atom oksigen dan hidrogen, dan juga elektron. Elektron akan seimbang pada akhirnya.
Kemudian, pada sisi reaksi dengan atom oksigen yang lebih sedikit, kita menambahkan molekul air untuk membuatnya. Di sisi lain, kami menyeimbangkan hidrogen dengan ion H + . Dan akhirnya, kami menambahkan elektron dan melanjutkan dengan mengikuti langkah-langkah umum yang telah dijelaskan.
- Keseimbangan di media dasar
Jika mediumnya basa, prosesnya sama seperti medium asam dengan perbedaan kecil: kali ini di sisi di mana terdapat lebih banyak oksigen, sejumlah molekul air yang sama dengan kelebihan oksigen ini akan ditempatkan; dan di sisi lain, ion OH - untuk mengkompensasi hidrogen.
Akhirnya, elektron-elektronnya seimbang, dua setengah reaksi ditambahkan, dan koefisien persamaan ionik global diganti menjadi persamaan umum.
Contoh
Persamaan redoks seimbang dan tidak seimbang berikut ini berfungsi sebagai contoh untuk melihat seberapa banyak mereka berubah setelah menerapkan metode penyeimbangan ini:
P 4 + ClO - → PO 4 3- + Cl - (tidak seimbang)
P 4 + 10 ClO - + 6 H 2 O → 4 PO 4 3- + 10 Cl - + 12 H + (media asam seimbang)
P 4 + 10 ClO - + 12 OH - → 4 PO 4 3- + 10 Cl - + 6 H 2 O (media dasar seimbang)
I 2 + KNO 3 → I - + KIO 3 + NO 3 - (tidak seimbang)
3I 2 + KNO 3 + 3H 2 O → 5I - + KIO 3 + NO 3 - + 6H + (media asam seimbang)
Cr 2 O 2 7- + HNO 2 → Cr 3+ + NO 3 - (tidak seimbang)
3HNO 2 + 5H + + Cr 2 O 2 7- → 3NO 3 - + 2Cr 3+ + 4H 2 O (medium asam seimbang)
Latihan
Latihan 1
Seimbangkan persamaan berikut di media dasar:
I 2 + KNO 3 → I - + KIO 3 + NO 3 -
Langkah-langkah umum
Kami mulai dengan menuliskan bilangan oksidasi spesies yang kami curigai telah teroksidasi atau direduksi; dalam hal ini, atom yodium:
I 2 0 + KNO 3 → I - + KI 5+ O 3 + TIDAK 3 -
Perhatikan bahwa yodium teroksidasi dan pada saat yang sama tereduksi, jadi kami melanjutkan untuk menulis dua setengah reaksi masing-masing:
I 2 → I - (reduksi, untuk setiap I - 1 elektron dikonsumsi)
I 2 → IO 3 - (oksidasi, untuk setiap IO 3 - 5 elektron dilepaskan)
Dalam oksidasi setengah reaksi kita menempatkan anion IO 3 - , dan bukan atom yodium sebagai I 5+ . Kami menyeimbangkan atom yodium:
Saya 2 → 2I -
Saya 2 → 2IO 3 -
Keseimbangan dalam media dasar
Sekarang kita fokus pada penyeimbangan oksidasi semi-reaksi dalam medium basa, karena ia memiliki spesi beroksigen. Kami menambahkan di sisi produk jumlah yang sama dari molekul air karena ada atom oksigen:
I 2 → 2IO 3 - + 6H 2 O
Dan di sisi kiri kami menyeimbangkan hidrogen dengan OH - :
I 2 + 12OH - → 2IO 3 - + 6H 2 O
Kami menulis dua setengah reaksi dan menambahkan elektron yang hilang untuk menyeimbangkan muatan negatif:
Saya 2 + 2e - → 2I -
I 2 + 12OH - → 2IO 3 - + 6H 2 O + 10e -
Kami menyamakan jumlah elektron di kedua setengah reaksi dan menjumlahkannya:
(I 2 + 2e - → 2I - ) x 10
(I 2 + 12OH - → 2IO 3 - + 6H 2 O + 10e - ) x 2
12I 2 + 24 OH - + 20e - → 20I - + 4IO 3 - + 12H 2 O + 20e -
Elektron meniadakan dan kita membagi semua koefisien dengan empat untuk menyederhanakan persamaan ionik global:
(12I 2 + 24 OH - → 20I - + 4IO 3 - + 12H 2 O) x ¼
3I 2 + 6OH - → 5I - + IO 3 - + 3H 2 O
Dan terakhir, kami mengganti koefisien persamaan ionik dalam persamaan pertama:
3I 2 + 6OH - + KNO 3 → 5I - + KIO 3 + TIDAK 3 - + 3H 2 O
Persamaannya sudah seimbang. Bandingkan hasil ini dengan penyeimbangan dalam media asam pada Contoh 2.
Latihan 2
Setarakan persamaan berikut dalam media asam:
Fe 2 O 3 + CO → Fe + CO 2
Langkah-langkah umum
Kami melihat bilangan oksidasi besi dan karbon untuk mengetahui mana dari keduanya yang telah teroksidasi atau direduksi:
Fe 2 3+ O 3 + C 2+ O → Fe 0 + C 4+ O 2
Besi telah direduksi, menjadikannya spesies pengoksidasi. Sementara itu, karbon telah teroksidasi, berperilaku sebagai spesies pereduksi. Setengah reaksi untuk oksidasi dan reduksi yang dimaksud adalah:
Fe 2 3+ O 3 → Fe 0 (reduksi, untuk setiap elektron Fe 3 dikonsumsi)
CO → CO 2 (oksidasi, untuk setiap elektron CO 2 2 dilepaskan)
Perhatikan bahwa kita menulis oksida, Fe 2 O 3 , karena mengandung Fe 3+ , bukan hanya menempatkan Fe 3+ . Kami menyeimbangkan atom yang dibutuhkan kecuali oksigen:
Fe 2 O 3 → 2Fe
CO → CO 2
Dan kami melanjutkan untuk melakukan penyeimbangan dalam medium asam di kedua semi-reaksi, karena ada spesies beroksigen di antaranya.
Keseimbangan dalam media asam
Kami menambahkan air untuk menyeimbangkan oksigen, dan kemudian H + untuk menyeimbangkan hidrogen:
Fe 2 O 3 → 2Fe + 3H 2 O
6H + + Fe 2 O 3 → 2Fe + 3H 2 O
CO + H 2 O → CO 2
CO + H 2 O → CO 2 + 2H +
Sekarang kita menyeimbangkan muatan dengan menempatkan elektron yang terlibat dalam setengah reaksi:
6H + + 6e - + Fe 2 O 3 → 2Fe + 3H 2 O
CO + H 2 O → CO 2 + 2H + + 2e -
Kami menyamakan jumlah elektron di kedua setengah reaksi dan menjumlahkannya:
(6H + + 6e - + Fe 2 O 3 → 2Fe + 3H 2 O) x 2
(CO + H 2 O → CO 2 + 2H + + 2e - ) x 6
12 H + + 12e - + 2Fe 2 O 3 + 6CO + 6H 2 O → 4Fe + 6H 2 O + 6CO 2 + 12H + + 12e -
Kami membatalkan elektron, ion H + dan molekul air:
2Fe 2 O 3 + 6CO → 4Fe + 6CO 2
Tetapi koefisien ini dapat dibagi dua untuk lebih menyederhanakan persamaan, memiliki:
Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2
Pertanyaan ini muncul: apakah penyeimbangan redoks diperlukan untuk persamaan ini? Dengan trial and error itu akan jauh lebih cepat. Hal ini menunjukkan bahwa reaksi ini berlangsung tanpa memperhatikan pH medium.
Referensi
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia (Edisi ke-8). CENGAGE Learning.
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 September 2019). Bagaimana Menyeimbangkan Reaksi Redoks. Diperoleh dari: thinkco.com
- Ann Nguyen & Luvleen Brar. (05 Juni 2019). Menyeimbangkan Reaksi Redoks. Kimia LibreTexts. Diperoleh dari: chem.libretexts.org
- Quimitube. (2012). Latihan 19: Penyesuaian reaksi redoks dalam medium basa dengan dua reaksi setengah oksidasi. Dipulihkan dari: quimitube.com
- Universitas Washington di St. Louis. (sf). Masalah Praktik: Reaksi Redoks. Diperoleh dari: chemistry.wustl.edu
- John Wiley & Sons. (2020). Bagaimana Menyeimbangkan Persamaan Redoks. Diperoleh dari: dummies.com
- Rubén Darío OG (2015). Menyeimbangkan persamaan kimia. Diperoleh dari: aprendeenlinea.udea.edu.co