Makalah Ais
-
Upload
agus-r-ramadhan -
Category
Documents
-
view
91 -
download
6
description
Transcript of Makalah Ais
PENERAPAN KONSEP REAKSI REDOKS
DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI
Disusun olehHelen Sari
SMA NEGERI 1 SEKAMPUNG UDIKLAMPUNG TIMUR
TP 2014/2015
1
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah swt., karena dengan petunjuk
dan ridhonya kami dapat menyelesaikan makalah kimia yang akan dipresentasikan
di kelas kami.
Makalah ini disusun bersama rekan-rekan kami. Penyajian materi yang
terdapat didalam makalah ini dijelaskan secara rinci dan disertai contoh reaksi
redoks dilengkapi pula dengan ilustrasi untuk menambah wawasan siswa, kami
juga menyusun berbagai pembahasan didalam materi kami.
Harapan kami makalah ini dapat dijadikan pelajaran dan pengetahuan
untuk kami maupun siswa yang ada dikelas kami dan dapat diterapkan dalam
kehidupan siswa sehari-hari .
Kami telah berusaha menyusun makalah ini dengan sebaik-baiknya
namun setiap manusia tak luput dari kesalahan oleh karena itu jika terdapat
kesalahan pada makalah ini yang disebabkan kekhilafan kami, maka kami mohon
maaf dari para pembaca yang budiman , terimakasih.
Penulis
Helen Sari
2
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR....................................................................................
DAFTAR ISI..................................................................................................
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang..............................................................................
1.2 Rumusan Masalah.........................................................................
1.3 Tujuan...........................................................................................
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Reaksi Redoks............................................................
2.2 Reaksi Redoks Dalam Kehidupan Sehari Hari.............................
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan...................................................................................
DAFTAR PUSTAKA
3
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Reaksi redoks memiliki banyak manfaat dalam kehidupan sehari-hari, baik
yang merugikan maupun menguntungkan. Reaksi redoks yang menguntungkan
misalnya saja reaksi yang berlangsung dalam proses respirasi pada tumbuhan.
Dalam proses ini, karbohidrat dioksidasi menjadi karbondioksida dan uap air
dengan melepas energi, adapun contoh redoks yang merugikan, yaitu korosi besi
(besi berkarat). Korosi ini sangat merugikan karena merusak banyak bangunan
dan benda-benda yang terbuat dari besi.
Reaksi redoks memiliki aplikasi yang luas dalam bidang industri.
Misalnya prinsip reaksi redoks mendasari pembuatan baterai dan aki, ekstrasi dan
pemisahan logam dengan logam lain, seperti emas, perak, dan kromium. Selain
itu, reaksi redoks juga digunakan untuk membuat senyawa kimia, seprti natrium
hidroksida yang merupakan bahan baku dalam banyak kegiatan industri.
Proses oksidasi pada buah dapat kita dapat amati secara langsung,
misalnya buah apel yng dikupas dan didiamkan beberapa saat maka buah tersebut
akan berubah warna dari tidak bewarna menjadi kecoklatan. Pencoklatan pada
apel setelah dikupas atau pada just apel terjadi karena senyawa polifenol
teroksidasi, bentuk polifenol teroksidasi ini nantinya dapat bergabung satu sama
lain membentuk senyawa makromolekul berwarna coklat, dimana senyawa
makromolekul ini nantinya bisa membuat jus apel menjadi keruh. Begitu pula
pada kulit tubuh manusia, proses oksidasi dapat berlangsung perlahan-lahan
dalam jangka waktu yang relatif lama namun nampak jelas perubahan dari
oksidasi kulit manusia ini. Proses oksidasi pada kulit manusia atau disebut pula
proses penuaan terjadi karena adanya radikal bebas (-OH). Jika di suatu tempat
terjadi reaksi oksidasi dimana reaksi tersebut menghasilkan hasil samping berupa
radikal bebas (OH) seperti asap kendaraan, rokok maupun polusi maka tanpa
adanya kehadiran antioksidan radikal bebas ini akan menyerang molekul-molekul
4
lain disekitarnya, seperti pada kulit tubuh manusia. Oksidasi sendiri adalah
hancurnya jaringan tubuh karena pengaruh radikal bebas.
Jika kita mengamati sungai di daerah perkotaan, seringkali kotor dan
berbau tidak sedap. Hal itu terjadi karena banyaknya sampah atau limbah cair
yang dibuang ke saluran air dan akhirnya masuk kesungai. Limbah cair harus
diolah terlebih dahulu sebelum dialirkan ke sungai, sehingga sungainya tetap
bersih dan dapat digunakan untuk sanitasi. Para ilmuwan, dengan kemajuan ilmu
pengetahuan, dapat menemukan cara untuk mengatasi permasalahan-
permasalahan lingkungan yang dapat mengganggu kesejahteraan manusia, salah
satunya dengan cabang ilmu pengetahuan Kimia. Dalam Kimia, terhadap Konsep
Redoks yang dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan lingkungan
semacam pengolahan air kotor. Diharapkan dengan diketahuinya kegunaan dari
Konsep Redoks, pembaca menjadi termotivasi untuk menemukan resolusi-resolusi
baru di ilmu pengetahuan yang dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari dan
menyangkut kesejahteraan manusia.
1.2 Rumusan Masalah
Masalah yang ada dalam makalah yang berjudul penerapan konsep reaksi
redoks sangat banyak dan tidak mungkin untuk diteliti semuanya oleh penulis
oleh karena itu penulis membatasi masalah pada :
1) Apa yang dimaksud reaksi redoks itu?
2) Apa saja kegunaan reaksi Redoks dalam kehidupan sehari-hari?
1.3 Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dari pembuatan makalah ini adalah :
1) Mengetahui dan memahami konsep dasar dari reaksi redoks
2) Dapat menerapkan konsep reaksi redoks untuk mengatasi masalah sehari-hari.
5
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Reaksi Redoks
Redoks (singkatan dari reaksi reduksi/oksidasi) adalah istilah yang
menjelaskan berubahnya bilangan oksidasi (keadaan oksidasi) atom-atom dalam
sebuah reaksi kimia. Hal ini dapat berupa proses redoks yang sederhana seperti
oksidasi karbon yang menghasilkan karbondioksida, atau reduksi karbon oleh
hidrogen menghasilkan metana (CH4), ataupun ia dapat berupa proses yang
kompleks seperti oksidasi gula pada tubuh manusia melalui rentetan transfer
elektron yang rumit. Istilah redoks berasal dari dua konsep, yaitu reduksi dan
oksidasi. Ia dapat dijelaskan dengan mudah sebagai berikut :
1. Oksidasi menjelaskan :
a. Pelepasan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion
b. Reaksi pengikatan oksigen dan
c. Reaksi yang mengalami kenaikan bilangan biloks
2. Reduksi menjelaskan ;
a. Penambahan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion
b. Reaksi pelepasan oksigen dan
c. Reaksi yang mengalami penurunan bilangan biloks.
Ilustrasi reaksi redoks
6
Oksidator dan Reduktor
Senyawa-senyawa yang memiliki kemampuan untuk mengoksidasi
senyawa lain dikatakan sebagai oksidatif dan dikenal sebagai oksidator atau agen
oksidasi. Oksidator melepaskan elektron dari senyawa lain, sehingga dirinya
sendiri tereduksi. Oleh karena ia "menerima" elektron, ia juga disebut sebagai
penerima elektron. Oksidator bisanya adalah senyawa-senyawa yang memiliki
unsur-unsur dengan bilangan oksidasi yang tinggi (seperti H2O2, MnO4−, CrO3,
Cr2O72−, OsO4) atau senyawa-senyawa yang sangat elektronegatif, sehingga
dapat mendapatkan satu atau dua elektron yang lebih dengan mengoksidasi
sebuah senyawa (misalnya oksigen, fluorin, klorin, dan bromin).
Senyawa-senyawa yang memiliki kemampuan untuk mereduksi senyawa
lain dikatakan sebagai reduktif dan dikenal sebagai reduktor atau agen reduksi.
Reduktor melepaskan elektronnya ke senyawa lain, sehingga ia sendiri
teroksidasi. Oleh karena ia "mendonorkan" elektronnya, ia juga disebut sebagai
penderma elektron. Senyawa-senyawa yang berupa reduktor sangat bervariasi.
Unsur-unsur logam seperti Li, Na, Mg, Fe, Zn, dan Al dapat digunakan sebagai
reduktor. Logam-logam ini akan memberikan elektronnya dengan mudah.
Reduktor jenus lainnya adalah reagen transfer hidrida, misalnya NaBH4 dan
LiAlH4), reagen-reagen ini digunakan dengan luas dalam kimia organik[1][2],
terutama dalam reduksi senyawa-senyawa karbonil menjadi alkohol. Metode
reduksi lainnya yang juga berguna melibatkan gas hidrogen (H2) dengan katalis
paladium, platinum, atau nikel, Reduksi katalitik ini utamanya digunakan pada
reduksi ikatan rangkap dua ata tiga karbon-karbon.
Cara yang mudah untuk melihat proses redoks adalah, reduktor
mentransfer elektronnya ke oksidator. Sehingga dalam reaksi, reduktor
melepaskan elektron dan teroksidasi, dan oksidator mendapatkan elektron dan
tereduksi. Pasangan oksidator dan reduktor yang terlibat dalam sebuah reaksi
disebut sebagai pasangan redoks.
Salah satu contoh reaksi redoks adalah antara hidrogen dan fluorin :
H2 + F2 = 2HF
Kita dapat menulis keseluruhan reaksi ini sebagai dua reaksi setengah: reaksi
oksidasi
7
H2 → 2H+ + 2e-
dan reaksi reduksi
F2 + 2e- → 2F-
Penganalisaan masing-masing reaksi setengah akan menjadikan
keseluruhan proses kimia lebih jelas. Karena tidak terdapat perbuahan total
muatan selama reaksi redoks, jumlah elektron yang berlebihan pada reaksi
oksidasi haruslah sama dengan jumlah yang dikonsumsi pada reaksi reduksi.
Unsur-unsur, bahkan dalam bentuk molekul, sering kali memiliki bilangan
oksidasi nol. Pada reaksi di atas, hidrogen teroksidasi dari bilangan oksidasi 0
menjadi +1, sedangkan fluorin tereduksi dari bilangan oksidasi 0 menjadi -1.
Ketika reaksi oksidasi dan reduksi digabungkan, elektron-elektron yang terlibat
akan saling mengurangi:
Dan ion-ion akan bergabung membentuk hidrogen fluorida:
Reaksi Penggantian
Redoks terjadi pada reaksi penggantian tunggal atau reaksi substitusi.
Komponen redoks dalam tipe reaksi ini ada pada perubahan keadaan oksidasi
(muatan) pada atom-atom tertentu, dan bukanlah pada pergantian atom dalam
senyawa.
Sebagai contoh, reaksi antara larutan besi dan tembaga(II) sulfat:
Persamaan ion dari reaksi ini adalah:
Terlihat bahwa besi teroksidasi:
dan tembaga tereduksi:
8
Contoh-contoh lainnya :
Besi(II) teroksidasi menjadi besi(III)
hidrogen peroksida tereduksi menjadi hidroksida dengan keberadaan sebuah
asam:
H2O2 + 2 e− → 2 OH−
Persamaan keseluruhan reaksi di atas adalah:
2Fe2+ + H2O2 + 2H+ → 2Fe3+ + 2H2O
denitrifikasi, nitrat tereduksi menjadi nitrogen dengan keberadaan asam:
2NO3− + 10e− + 12 H+ → N2 + 6H2O
Besi akan teroksidasi menjadi besi(III) oksida dan oksigen akan tereduksi
membentuk besi(III) oksida (umumnya dikenal sebagai perkaratan):
4Fe + 3O2 → 2 Fe2O3
Pembakaran hidrokarbon, contohnya pada mesin pembakaran dalam,
menghasilkan air, karbon dioksida, sebagian kecil karbon monoksida, dan energi
panas. Oksidasi penuh bahan-bahan yang mengandung karbon akan menghasilkan
karbon dioksida.
Dalam kimia organik, oksidasi seselangkah (stepwise oxidation)
hidrokarbon menghasilkan air, dan berturut-turut alkohol, aldehida atau keton,
asam karboksilat, dan kemudian peroksida.
2.2. Reaksi Redoks Dalam Kehidupan Sehari-Hari
2.2.1. Reaksi Redoks dalam Industri
Berikut ini adalah penerapan reaksi reduksi oksidasi dalam bidang industri :
a. Sel Volta ( Sel Galvani )
Sel elektrokimia di mana reaksi oksidasi-reduksi spontan terjadi dan
menghasilkan beda potensial disebut sel galvani. Dalam sel galvani
9
energy kimia diubah menjadi imbal listrik. Sel galvani juga sering
disebut Sel Volta. Contoh sel galvani adalah baterai.
Terkadang perubahan kimia yang terjadi dalam sel galvani dapat
dilihat dengan mudah, seperti sel galvani magnesium-tembaga yang
ditunjukkan Gambar 1. Karena magnesium lebih mudah teroksidasi
daripada tembaga, magnesium melepaskan imbale dan teroksidasi,
membentuk ion Mg2+. Potensial anoda magnesium menjadi lebih
imbale karena meningkatnya tekanan listrik dari imbale yang lepas.
Pada saat yang sama, ion Cu2+ menangkap imbale dari elektroda
tembaga dan direduksi ke logam tembaga. Potensial elektroda tembaga
menjadi lebih positif karena tekanan listrik turun pada saat imbale
dipindahkan dari katoda. Jika kabel dihubungkan pada kedua elektroda,
arus mengalir dari elektroda magnesium ke elektroda tembaga, dan
voltmeter pada rangkaian luar akan menunjukkan voltase 2,696 V.
Energi yang dilepaskan sel dapat digunakan untuk menyalakan
radio dengan menghubungkan kabel dari elektroda ke radio. Reaksi
keseluruhan sel tembaga-magnesium ini adalah reaksi redoks.
Mg(s) + Cu2+(aq) Mg2+(aq) + Cu(s)
Apakah fungsi jembatan garam? Ketika setengah reaksi berlanjut,
ion- ion magnesium dilepaskan ke larutan pada anoda, dan ion-ion
tembaga pindah ke katoda. Ion-ion harus imb bergerak bebas antara
kedua elektroda untuk menetralkan muatan positif (kation Mg2+) yang
dihasilkan pada anoda dan muatan imbale (anion) yang tertinggal pada
10
katoda. Larutan ion-ion dalam jembatan garam dapat menetralkan
muatan positif dan imbale dalam larutan dan mencegah timbulnya
kelebihan muatan pada elektroda. Reaksi redoks yang sama terjadi jika
logam magnesium diletakkan langsung dalam larutan tembaga sulfat,
dengan reaksi yaitu:
Mg + Cu2+ Mg2+ + Cu.
Akan tetapi, ini bukan sel galvani karena imbale tidak mengalir
melalui rangkaian luar. Elektron bergerak langsung dari logam
magnesium ke ion-ion tembaga, membentuk logam tembaga. Ini adalah
cara membuatlogam tembaga dari ion-ion tembaga, tapi tidak untuk
membangkitkan tenaga listrik.
Sel Volta Dalam Kehidupan Sehari-Hari
Meskipun sel galvani dari magnesium dan tembaga dapat
bermanfaat, anda tidak akan mau membawanya bila berkemah.
Larutannya basah,gelasnya mudah pecah, dan kapasitasnya terbatas.
Untungnya para ilmuwantelah mengembangkan baterai yang lebih baik,
lebih kecil, lebih ringan, yang mempunyai voltase lebih tinggi dan
awet.Bagaimana baterai dirancang? Semakin jauh dua logam semakin
besar voltase baterai yang dihasilkan. Jika anda ingin membuat baterai
bervoltase tinggi untuk radiomu, anda harus memilih logam yang
berjauhan dalam imba tersebut. Uang logam tembaga dengan paku besi
menghasilkan voltase lebih tinggi daripada uang logam dengan nikel
karena tembaga lebih jauh dari besi dan dari nikel. Meskipun istilah
baterai biasanya mengacu pada sel-sel galvani yang dihubungkan
bersama, beberapa baterai hanya mempunyai satu sel. Baterai lain
mungkin mempunyai selusin atau lebih. Ketika anda menggunakan
baterai untuk menyalakan senter, radio atau CD-player, anda
melengkapi rangkaian listrik sel galvani tersebut. Untuk mendapatkan
voltase lebih tinggi dari sel dengan beda potensial yang imbale kecil
dapat dilakukan dengan menghubungkan sel-sel secara seri.
11
1. Baterai Karbon-Seng
Kalau anda memasukkan dua atau lebih baterai dalam senter,
artinya anda menghubungkannya secara seri. Baterai harus diletakkan
secara benar sehingga memungkinkan imbale mengalir melalui kedua
sel. Baterai yang imbale murah ini adalah sel galvani karbon-seng, dan
terdapat beberapa jenis, termasuk standard dan alkaline. Jenis ini sering
juga disebut sel kering karena tidak terdapat larutan elektrolit, yang
menggantikannya adalah pasta semi padat.
Pasta mangan(IV) oksida (MnO2) berfungsi sebagai katoda.
Amonium klorida (NH4Cl) dan seng klorida (ZnCl2) berfungsi sebagai
elektrolit. Seng pada lapisan luar berfungsi sebagai anoda.
Reaksi yang terjadi :
Anoda : Zn Zn2+ + 2 e-
Katoda : 2MnO2 + H2O + 2e- Mn2O3 + 2OH-
Dengan menambahkan kedua setengah reaksi akan membentuk
reaksi redoks utama yang terjadi dalam sel kering karbon-seng.
Zn + 2MnO2 + H2O Zn2+ + Mn2O3 + 2OH-
Baterai ini menghasilkan potensial sel sebesar 1,5 volt. Baterai ini
bias digunakan untuk menyalakan peralatan seperti senter, radio, CD
player, mainan, jam dan sebagainya.
12
Baterai Karbon-Seng
2. Baterai Alkali
Baterai alkali imbal sama dengan bateri karbon-seng. Anoda dan
katodanya sama dengan baterai karbon-seng, seng sebagai anoda dan
MnO2 sebagai katoda. Perbedaannya terletak pada jenis elektrolit yang
digunakan. Elektrolit pada baterai alkali adalah KOH atau NaOH.
Reaksi yang terjadi adalah:
anoda: Zn + 2 OH- ZnO + H2O + 2e
katoda: 2MnO2 + H2O + 2e- Mn2O3 + 2OH-
Potensial sel yang dihasilkan baterai alkali 1,54 volt. Arus dan
tegangan pada baterai alkali lebih stabil imbaleg baterai karbon-seng.
3. Baterai Nikel Kadmium
Baterai nikel-kadmium merupakan jenis baterai yang dapat diisi
ulang seperti aki, baterai HP, dll. Anoda yang digunakan adalah imbale,
katodanya adalah nikel dan elektrolitnya adalah KOH. Reaksi yang
terjadi:
anoda : Cd + 2 OH- Cd(OH)2 + 2e
katoda : NiO(OH) + H2O Ni(OH)2 + OH-
Potensial sel yang dihasilkan sebesar 1,4 volt.
4. Baterai Perak Oksida
Bentuk baterai ini kecil seperti kancing baju biasa digunakan untuk
baterai arloji, kalkulator, dan alat elektronik lainnya. Anoda yang
digunakan adalah seng, katodanya adalah perak oksida dan elektrolitnya
adalah KOH. Reaksi yang terjadi:
anoda : Zn Zn2+ + 2 e-
katoda : Ag2O + H2O + 2e 2Ag + 2 OH-
Potensial sel yang dihasilkan sebesar 1,5 volt.
13
5. Aki
Jenis baterai yang sering digunakan pada mobil adalah baterai 12
volt imbale-asam yang biasa dinamakan Aki. Baterai ini memiliki enam
sel 2 volt yang dihubungkan seri. Meskipun lebih besar daripada baterai
karbon-seng dan imbale berat, baterai jenis ini tahan lama,
menghasilkan arus yang lebih besar, dan dapat diisi ulang. Ketika anda
menyalakan mesin, baterai ini yang menyediakan listrik untuk
menyalakan mobil. Baterai ini juga menyediakan imbal untuk
kebutuhan yang tidak dapat dipenuhi oleh alternator mobil, seperti
menghidupkan radio atau menyalakan lampu jika mesin mati.
Menghidupkan lampu atau radio terlalu lama pada saat mesin mati akan
menghabiskan baterai karena mesinlah yang mengisi ulang baterai pada
saat mobil berjalan.
Setiap sel galvani dalam baterai imbale-asam mempunyai dua
elektroda-satu terbuat dari lempeng imbale (IV) oksida (PbO2) dan
yang lain logam imbale, seperti dalam Gambar 6. Dalam tiap sel logam
imbale dioksidasi sedangkan imbale(IV) oksida direduksi. Logam
imbale dioksidasi menjadi ion Pb2+ dan melepaskan dua imbale di
anoda. Pb dalam imbale (IV) oksida mendapatkan dua imbale dan
membentuk ion Pb2+ di katoda. Ion Pb2+ bercampur dengan ion SO42-
dari asam sulfat membentuk imbale (II) sulfat pada tiap-tiap elektroda.
Jadi reaksi yang terjadi ketika baterai imbale-asam digunakan
menghasilkan imbale sulfat pada kedua elektroda.
PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
14
Reaksi yang terjadi selama penggunaan baterai imbale-asam
bersifat spontan dan tidak memerlukan input imbal. Reaksi sebaliknya,
mengisi ulang baterai, tidak spontan karena membutuhkan input listrik
dari mobil. Arus masuk ke baterai dan menyediakan imbal bagi reaksi
di mana imbale sulfat dan air diubah menjadi imbale(IV) oksida, logam
imbale dan asam sulfat.
2PbSO4 + 2H2O PbO2 + Pb + 2H2SO4
Asam sulfat bersifat korosif. Anda harus berhati-hati jika bekerja di
sekitar baterai mobil, dan buanglah secara benar jika sudah benar-benar
habis. Baterai ini biasanya dapat digunakan dan diisi ulang berkali-kali.
2.2.2 Reaksi Redoks dalam Biologi
Banyak proses biologi yang melibatkan reaksi redoks. Reaksi ini
berlangsung secara simultan karena sel, sebagai tempat berlangsungnya
reaksi-reaksi biokimia, harus melangsungkan semua fungsi hidup. Agen
biokimia yang mendorong terjadinya oksidasi terhadap substansi berguna
dikenal dalam ilmu pangan dan kesehatan sebagai oksidan. Zat yang
mencegah aktivitas oksidan disebut antioksidan.
Pernapasan sel, contohnya, adalah oksidasi glukosa (C6H12O6)
menjadi CO2 dan reduksi oksigen menjadi air. Persamaan ringkas dari
pernapasan sel adalah:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
Proses pernapasan sel juga sangat bergantung pada reduksi NAD+
menjadi NADH dan reaksi baliknya (oksidasi NADH menjadu NAD+).
Fotosintesis secara esensial merupakan kebalikan dari reaksi redoks pada
pernapasan sel:
6 CO2 + 6 H2O + light energy → C6H12O6 + 6 O2
Energi biologi sering disimpan dan dilepaskan dengan menggunakan
reaksi redoks. Fotosintesis melibatkan reduksi karbon dioksida menjadi gula
dan oksidasi air menjadi oksigen. Reaksi baliknya, pernapasan, mengoksidasi
gula, menghasilkan karbon dioksida dan air. Sebagai langkah antara, senyawa
karbon yang direduksi digunakan untuk mereduksi nikotinamida adenina
15
dinukleotida (NAD+), yang kemudian berkontribusi dalam pembentukan
gradien proton, yang akan mendorong sintesis adenosina trifosfat (ATP) dan
dijaga oleh reduksi oksigen. Pada sel-sel hewan, mitokondria menjalankan
fungsi yang sama. Lihat pula Potensial membran.
Istilah keadaan redoks juga sering digunakan untuk menjelaskan
keseimbangan antara NAD+/NADH dengan NADP+/NADPH dalam sistem
biologi seperti pada sel dan organ. Keadaan redoksi direfleksikan pada
keseimbangan beberapa set metabolit (misalnya laktat dan piruvat, beta-
hidroksibutirat dan asetoasetat) yang antarubahannya sangat bergantung pada
rasio ini. Keadaan redoks yang tidak normal akan berakibat buruk, seperti
hipoksia, guncangan (shock), dan sepsis.
Kiri : asam dehidroaskorbat (bentuk teroksidasi vitamin C)
Kanan : asam askorbat (bentuk tereduksi vitamin C)
2.2.3 Reaksi Redoks pada Pengolahan Limbah (Lumpur Aktif)
Salah satu penerapan konsep reaksi redoks dalam kehidupan sehari-hari
adalah dalam bidang pengolahan limbah. Prinsip dasar yang dipergunakan
adalah teroksidasinya bahan-bahan anorganik maupun organik, sehingga
lebih mudah diolah lebih lanjut.
Limbah merupakan salah satu pencemar lingkungan yang perlu
dipikirkan cara-cara mengatasinya. Untuk menjaga dan mencegah lingkungan
tercemar akibat akumulasi limbah yang semakin banyak, berbagai upaya telah
banyak dilakukan untuk memperoleh teknik yang tepat dan efisien sesuai
kondisi lokal.
16
Berbagai tipe penanganan limbah cair dengan melibatkan
mikroorganisme telah dikerjakan di Indonesia, yaitu sedimentasi, kolam
oksidasi, trickling filter, lumpur aktif (activated sludge), dan septic tank. Pada
uraian ini akan kita pelajari salah satu saja, yaitu teknik lumpur aktif.
Proses lumpur aktif merupakan sistem yang banyak dipakai untuk
penanganan limbah cair secara aerobik. Lumpur aktif merupakan metode
yang paling efektif untuk menyingkirkan bahan-bahan tersuspensi maupun
terlarut dari air limbah. Lumpur aktif mengandung mikroorganisme aerobik
yang dapat mencerna limbah mentah. Setelah limbah cair didiamkan di dalam
tangki sedimentasi, limbah dialirkan ke tangki aerasi. Di dalam tangki aerasi,
bakteri heterotrofik berkembang dengan pesatnya. Bakteri tersebut diaktifkan
dengan adanya aliran udara (oksigen) untuk melakukan oksidasi bahan-bahan
organik. Bbakteri yang aktif dalam tangki aerasi adalah Escherichia coli,
Enterobacter, Sphaerotilus natans, Beggatoa, Achromobacter,
Flavobacterium, dan Pseudomonas. Bakteri-bakteri tersebut membentuk
gumpalan-gumpalan atau flocs. Gumpalan tersebut melayang yang kemudian
mengapung di permukaan limbah.
2.2.4 Pemecahan Masalah Lingkungan dengan Konsep Redoks
Kemajuan industri tekstil, pulp, kertas, bahan kimia, obat-obatan, dan
industri pangan di samping membawa dampak positif juga berdampak
negatif. Dampak negatif yang ditimbulkan antara lain menghasilkan air
limbah yang membahayakan lingkungan, karena mengandung bahan-bahan
kimia dan mikroorganisme yang merugikan. Cara mengatasi air limbah
industri adalah dengan melakukan pengolahan air limbah tersebut sebelum
dibuang ke lingkungan. Salah satu penerapan konsep redoks adalah
pengolahan air kotor atau limbah dengan metode lumpur aktif.
Metode lumpur aktif memanfaatkan mikroorganisme (terdiri ± 95%
bakteri dan sisanya protozoa, rotifer, dan jamur) sebagai katalis untuk
menguraikan material yang terkandung di dalam air limbah. Proses lumpur
aktif merupakan prosesaerasi (membutuhkan oksigen). Pada proses ini
mikroba tumbuh dalam flok (lumpur) yang terdispersi sehingga terjadi proses
17
degradasi. Proses ini berlangsung dalam reactor yang
dilengkapi recycle/umpan balik lumpur dan cairannya. Lumpur secara aktif
mereduksi substrat yang terkandung di dalam air limbah.
Tahapan-tahapan pengolahan air limbah dengan metode lumpur aktif
secara garis besar adalah sebagai berikut:
1. Tahap awal
Pada tahap ini dilakukan pemisahan benda-benda asing seperti kayu,
bangkai binatang, pasir, dan kerikil. Sisa-sisa partikel digiling agar tidak
merusak alat dalam sistem dan limbah dicampur agar laju aliran dan
konsentrasi partikel konsisten.
2. Tahap primer
Tahap ini disebut juga tahap pengendapan. Partikel-partikel berukuran
suspensi dan partikel-partikel ringan dipisahkan, partikel-partikel berukuran
koloid digumpalkan dengan penambahan elektrolit seperti FeCl3, FeCl2,
Al2(SO4)3, dan CaO.
3. Tahap sekunder
Tahap sekunder meliputi 2 tahap yaitu tahap aerasi (metode lumpur
aktif) dan pengendapan. Pada tahap aerasi oksigen ditambahkan ke dalam air
limbah yang sudah dicampur lumpur aktif untuk pertumbuhan dan
berkembang biak mikroorganisme dalam lumpur. Dengan agitasi yang baik,
mikroorganisme dapat melakukan kontak dengan materi organik dan
anorganik kemudian diuraikan menjadi senyawa yang mudah menguap
seperti H2S dan NH3sehingga mengurangi bau air limbah. Tahap selanjutnya
dilakukan pengendapan. Lumpur aktif akan mengendap kemudian
dimasukkan ke tangki aerasi, sisanya dibuang. Lumpur yang mengendap
inilah yang disebut lumpur bulki.
4. Tahap tersier
Tahap ini disebut tahap pilihan. Tahap ini biasanya untuk memisahkan
kandungan zat-zat yang tidak ramah lingkungan seperti senyawa nitrat, fosfat,
18
materi organik yang sukar terurai, dan padatan anorganik. Contoh-contoh
perlakuan pada tahap ini sebagai berikut:
a. Nitrifikasi/denitrifikasi
Nitrifikasi adalah pengubahan amonia (NH3 dalam air atau NH4+) menjadi
nitrat (NO3-) dengan bantuan bakteri aerobik. Reaksi:
2 NH4+(aq) + 3 O2(g) -> 2 NO2
-(aq) + 2 H2O(l) + 4 H+(aq)
2 NO2- (aq) +O2(g)2 NO3
- (aq)
Denitrifikasi adalah reduksi nitrat menjadi gas nitrogen bebas seperti N2,
NO, dan NO2. Senyawa NO3 gas nitrogen bebas
b. Pemisahan fosfor
Fosfor dapat dipisahkan dengan cara koagulasi/ penggumpalan dengan
garam Al dan Ca, kemudian disaring.
Al2(SO4)3+14H2O(s) + 2 PO43-(aq)2 AIPO4(s) + 3 SO4
2-(aq) + 14 H2O(l)
5 Ca(OH)2(s) + 3 HPO42-(aq) Ca5OH(PO4)3(s) + 6 OH-(aq) + 3 H2O(l)
c. Adsorbsi oleh karbon aktif untuk menyerap zat pencemar, pewarna, dan
bau tak sedap.
d. Penyaringan mikro untuk memisahkan partikel kecil seperti bakteri dan
virus.
e. Rawa buatan untuk mengurai materi organik dan anorganik yang masih
tersisa dalam air limbah.
5. Disinfektan
Disinfektan ditambahkan pada tahap ini untuk menghilangkan
mikroorganisme seperti virus dan materi organic penyebab bau dan warna.
Air yang keluar dari tahap ini dapat digunakan untuk irigasi atau keperluan
industri, contoh : Cl2. Reaksi:
Cl2(g) + H2O(l)HClO(aq) + H+(aq) + Cl-(aq)
19
6. Pengolahan padatan lumpur
Padatan lumpur dari pengolahan ini dapat diuraikan bakteri aerobik atau
anaerobik menghasilkan gas CH4 untuk bahan bakar dan biosolid untuk
pupuk.
Akan tetapi dalam pelaksanaannya metode lumpur aktif menemui
kendala-kendala seperti:
1. Diperlukan areal instalasi pengolahan limbah yang luas, karena prosesnya
berlangsung lama.
2. Menimbulkan limbah baru yakni lumpur bulki akibat pertumbuhan
mikroba berfilamen yang berlebihan.
3. Proses operasinya rumit karena membutuhkan pengawasan yang cukup
ketat.
Berdasarkan berbagai penelitian, kelemahan metode lumpur aktif
tersebut dapat diatasi dengan cara:
Menambahkan biosida, yaitu H2O2 atau klorin ke dalam unit aerasi.
Penambahan 15 mg/g dapat menghilangkan sifat bulki lumpur hingga
dihasilkan air limbah olahan cukup baik. Klorin dapat menurunkan aktivitas
mikroba yang berpotensi dalam proses lumpur aktif. Metode ini hasil
penelitian Sri Purwati, dkk. dari Balai Besar Penelitian dan Pengembangan
Industri Selulosa, Bandung.
2.2.5 Siklus redoks
Berbagai macam senyawa aromatik direduksi oleh enzim untuk
membentuk senyawa radikal bebas. Secara umum, penderma elektronnya
adalah berbagai jenis flavoenzim dan koenzim-koenzimnya. Seketika
terbentuk, radikal-radikal bebas anion ini akan mereduksi oskigen
menjadi superoksida. Reaksi bersihnya adalah oksidasi koenzim flavoenzim
dan reduksi oksigen menjadi superoksida. Tingkah laku katalitik ini
dijelaskan sebagai siklus redoks.
Contoh molekul-molekul yang menginduksi siklus redoks
adalah herbisida parakuat, dan viologen dan kuinon lainnya seperti menadion.
20
2.2.6 Menyeimbangkan reaksi redoks
Untuk menuliskan keseluruhan reaksi elektrokimia sebuah proses
redoks, diperlukanpenyeimbangan komponen-komponen dalam reaksi
setengah. Untuk reaksi dalam larutan, hal ini umumnya melibatkan
penambahan ion H+, ion OH-, H2O, dan elektron untuk menutupi perubahan
oksidasi.
2.12 Media asam
Pada media asam, ion H+ dan air ditambahkan pada reaksi setengah
untuk menyeimbangkan keseluruhan reaksi. Sebagai contoh,
ketika mangan(II) bereaksi dengan natrium bismutat.
2.13 Media basa
Pada media basa, ion OH- dan air ditambahkan ke reaksi setengah untuk
menyeimbangkan keseluruhan reaksi.Sebagai contoh, reaksi antara kalium
permanganatdan natrium sulfit:
Banyak sekali reaksi redoks yang terjadi dalam kehidupan sehari - hari.
Berikut ini merupakan contoh kecil reaksi reduksi-oksidasi (redoks) dalam
kehidupan sehari – hari :
- Pembuatan balon dengan menggunakan karbid.
- Pembakaran sate
- Perkaratan besi
- Penyepuhan emas
- Peristiwa metabolisme yang ada pada tubuh kita
- Respirasi pada tumbuh – tumbuhan
- Peluncuran roket menuju ruang angkasa
- Pengisian akumulator/aki
- Penggunaan batu baterai
- Penggunaan lumpur aktif untuk mengolah limbah
- Pelapisan logam untuk perhiasan, peralatan rumah tangga
- Pelapisan logam pada tangkki penyimpan bahan bakar pada SPBU
21
- Pembuatan logam-dari biji logam seperti pembuatan logam aluminium
dan tembaga
- Pembuatan logam berbasis besi
- Sebagai dasar pembuatan bahan bakar mobil berbahan bakar listrik
- Cara kerja accu mobil
- Melapisi bahan logam
- Pembakaran ( H2 + 02 -> H2O) redoks juga kan
- Pembuatan CH4 ( C + 2H2)
- Semua reaksi pembentukan selalu redoks
- Reaksi dalam sel seperti dalam Peroxixom yang membuat
Hidrogen peroksida (H2O + 1/2 O2 -> H2O2)
- Pembakaran mesin kendaraan
- Elektrolisa
- Sel Volta
- Pembuatan Tape (Redoks)
22
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Konsep Redoks dapat digunakan dalam proses pemecahan masalah
lingkungan dan kehidupan sehari-hari. Salah satu penerapan Konsep Redoks
adalah pengolahan air kotor atau limbah dengan metode lumpur aktif. Lumpur
adalah materi yang tidak larut yang selalu nampak kehadirannya di dalam setiap
tahap pengolahan, tersusun oleh serat-serat organik yang kaya akan selulosa dan
di dalamnya terhimpun kehidupan mikroorganisme. Lumpur aktif adalah lumpur
yang kaya dengan bakteri aerob, yaitu bakteri yang dapat menguraikan limbah
organik dengan cara mengalami biodegradasi.
Pada metode lumpur aktif terjadi reaksi oksidasi untuk pertumbuhan
bakteri aerob dan terjadi reaksi reduksi pada substrat (buangan). Bakteri aerob
mengubah sampah organik dalam air limbah menjadi bio massa dan gas CO2.
Sementara nitrogen organik diubah menjadi amonium dan nitrat, fosforus organik
diubah menjadi fosfat. Biomassa hasil degradasi tetap berada dalam tangki aerasi
hingga bakteri melewati masa pertumbuhan cepatnya. Setelah itu akan mengalami
flokulasi membentuk padatan yang lebih mudah mengendap. Dari tangki
pengendapan, sebagian lumpur dibuang, sebagian lain disirkulasikan ke dalam
tangki aerasi.
Kombinasi antara bakteri dalam konsentrasi tinggi dan lapar (dalam
lumpur yang disirkulasi) dengan jumlah nutrien yang banyak (dalam air kotor) ,
memungkinkan penguraian dapat berlangsung dengan cepat. Peruraian dengan
metode lumpur aktif hanya memerlukan beberapa jam, jauh lebih cepat
dibandingkan dengan peruraian serupa yang terjadi secara alami dalam selokan
atau air sungai
23
DAFTAR PUSTAKA
Anto, Tri Sugiarto. 2012. Daur Ulang Air Limbah. Kompas.
Hendayani, Soetopo, Setiadji. 2006. Penanggulangan Permasalahan Lumpur
Bulki dari Proses Lumpur Aktif Pada Pengolahan Air Limbah Pulp
dan Kertas. Bandung : Balai Besar Penelitian dan Pengembangan
Industri Selulosa : Departemen Perindustrian dan Perdagangan.
Harnanto Ari, Ruminten. 2009. Kimia 1Untuk SMA/MA Kelas X. Jakarta : Pusat
Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.
24