Materi-1 titrasi Redoks File
advertisement
Titrasi Reduksi Oksidasi (Redoks) 1 TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Titrasi redoks titrasi berdasarkan reaksi reduksi-oksidasi antara zat yang dianalisa dan titran Reaksi Oksidasi Reduksi elektron tidak dibagi, tetapi dipindahkan dari satu reaktan ke lainnya Oksidasi kehilangan elektron Reduksi mendapat elektron Oksidator molekul yang menerima elektron dari molekul lain (oxidizing agent) Reduktor molekul yang memberi elektron ke molekul lain (reducing agent) reduktor oksidator TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Persamaan umum reaksi oksidasi-reduksi: Ox1 + Red2 === Red1 + Ox2 Ox1 (oksidator) : mereduksi dari Red1 Red2 (reduktor) : mengoksidasi ke Ox2 Reaksi oksidasi: Ma+ M(a+n)+ + ne- Reaksi reduksi: Ma+ + ne- M(a-n)+ Kecenderungan reduksi dan oksidasi dari bahan tergantung pada potensial reduksi TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Sel elektrokimia dibagi: 1. Sel galvani (voltaic) reaksi kimia terjadi secara spontan menghasilkan arus elektrik (energi elektrik) 2. Sel elektrolitik arus elektrik digunakan untuk menggerakkan reaksi tidak spontan Reaksi ½ oksidasi: Anoda: Zn(s) Zn2+(aq) + 2eReaksi ½ reduksi: Katoda: Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Sel elektrokimia (jika kedua beaker dipisah dan dihubungkan dengan jembatan garam Jembatan garam mengijinkan ion mengalir antara kompartemen anoda dan katoda tetapi mencegah terjadinya pencampuran/kontak langsung ion Cu2+ dan Zn Sel Daniell TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Anoda: -Dimana terjadi oksidasi -Dimana elektron dihasilkan -Arah anion berpindah -Tanda negatif Katoda: -Dimana terjadi reduksi -Dimana elektron dibutuhkan -Arah kation berpindah -Tanda positif TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Soal: Desain sel galvanik menggunakan reaksi: Fe(s) + 2Fe3+(aq) 3Fe2+(aq) Larutan Fe(NO3)2 dan elektroda adalah besi dan platinum TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Potensial sel Potensial sel (cell voltage) / gaya elektromotif (emf) gaya pendorong yang mendorong elektron menjauh dari anoda (elektroda) dan menarik elektron ke katoda (+ elektroda) Potensial sel standard (Eo) potensial sel ketika reaktan dan produk dalam keadaan standard (zat terlarut konsentrasi 1 M, pogas = 1 atm, solid dan liquid dalam bentuk murni, T= 25oC) Potensial standard dari sel galvanik jumlah dari potensial ½ sel standard untuk reaksi oksidasi dan reduksi Eosel = Eoox + Eored TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Potensial reduksi Potensial untuk ½ reaksi reduksi Kesimpulan umum untuk potensial elektroda: 1. Elektroda potensial lebih positif, kecenderungan lebih kuat oksidator mengoksidasi dan lebih lemah reduktor mereduksi 2. Eletroda potensial lebih negatif, lebih lemah oksidator mengoksidasi dan lebih kuat reduktor mereduksi Misal: Ce4+ + e- === Ce3+ Eo = 1,61 (sangat positif) Ce3+ reduktor lemah, Ce4+ oksidator kuat Zn2+ + 2e- === Zn Eo = -,0763 (sangat negatif) Zn2+ oksidator lemah, Zn reduktor kuat TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Soal: Hitung potensial elektroda dari reaksi berikut: 1. 2 Ag+(aq) + Zn(s) 2Ag(s) + Zn2+(aq) 2. Zn(s) + 2H+(aq) Zn2+(aq) + H2(g) 3. 2Fe3+ + Sn2+ 2Fe2+ + Sn4+ 4. Al(s) I Al3+(aq) II Cr3+(aq) I Cr(s) 5. 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Perubahan energi bebas standard (DGo) DGo = - nF DEo DG = DGo + RT ln Q -nfE = -nFEo + RT ln Q N : jumlah elektron F : konstanta Faraday (96,487 coul eq-1) Dibagi dengan nF: E Eo Jika reaksi: RT 2,303RT ln Q E o log Q nF nF Persamaan Nernst aOx + ne- === bRed Red E o 0,0591 log Red 2,303RT E Eo log nF n Oxa Oxa b b TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Perhitungan konstanta kesetimbangan reaksi Voltage sel adalah nol pada reaksi kesetimbangan, beda antara dua potensial ½ reaksi adalah nol (dua potensial adalah sama) - RT ln K nFE o Eo RT 0,0591 ln K ln K nF n Harga E untuk reaksi stoikiometri (E pada titik ekivalen titrasi) : n1E1o n 2 E o2 E n1 n 2 TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Harga K: 1. K dari data konsentrasi untuk zat terlarut c d C D K A a Bb 2. K dari data termokimia - DG o ln K RT 3. K dari data elektrokimia nFE o ln K RT TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Misal: titrasi 100 mL besi (II) (0,1M) dengan 0,1 serium (IV) dengan adanya asam sulfur terlarut: Ce4+ + Fe2+ === Ce3+ + Fe3+ Jumlah kuantitatif yang berhubungan dengan [H+] dalam titrasi asam-basa adalah rasio [Ox]/[Red] (1), 25oC: 1 E1 E 0,0591 Fe3 Fe3 log 0,75 0,0591log 1 Fe2 Fe2 (2), 25oC) E2 E2 0,0591 Ce4 Ce4 log 1,45 0,0591log 1 Ce3 Ce3 TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Konstanta kesetimbangan reaksi: Ce4+ + Fe2+ === Ce3+ + Fe3+ Ce xFe 1 1,45 0,75 11,84 log K log Ce xFe 0,0591 3 3 4 2 K = 7 x 1011 (1) Penambahan Ce4+ sebelum titik ekivalen hanya mempengaruhi oksidasi besi (II) karena K besar, sehingga merubah rasio [Fe3+]/[Fe2+] - 10 mL, E1 = 0,75 + 0,0591 log (10/90) = 0,69 volt - 50 mL, E1 = 0,75 + 0,0591 log (50/50) = 0,75 volt - 90 mL, E1 = 0,75 + 0,0591 log (90/10) = 0,81 volt - 99 mL, E1 = 0,75 + 0,0591 log (99/1) = 0,87 volt - 99,9 mL E1 = 0,75 + 0,0591 log (99,1/0,1) = 0,93 volt TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa KURVA TITRASI Untuk titrasi redoks digunakan untuk monitoring potensial elektrokimia Ared + TOx === Tred + AOx Ared: zat yang akan dianalisa TOx : titran keadaan oksidasi Potensial elektrokimia untuk reaksi adalah perbedaan antara potensial reduksi dan oksidasi: Erx = ETOx/Tred - EAOx/Ared Setelah penambahan titran, reaksi antara analit dan titran mencapai kesetimbangan, reaksi potensial elektrokimia: ETOx/Tred = EAOx/Ared TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa KURVA TITRASI Langkah-langkah pembuatan kurva titrasi 1. Sebelum titik ekivalen hanya sedikit titran yang bereaksi dengan analit, E menggunakan persamaan Nernst untuk analit 2. Pada titik ekivalen mengkombinasikan 2 persamaan Nernst untuk perhitungan potensial analit dan titran Pada titik ekivalen TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa 3. Setelah titik ekivalen titran berlebih yang bereaksi dengan analit, E menggunakan persamaan Nernst untuk titran Contoh soal: TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Misal: titrasi 50 mL besi (II) (0,1M) dengan 0,1 serium (IV) dalam matrik 1 M HClO4: Ce4+ + Fe2+ === Ce3+ + Fe3+ Jumlah kuantitatif yang berhubungan dengan [H+] dalam titrasi asam-basa adalah rasio [Ox]/[Red] (1), 25oC: 1 E1 E 0,0591 Fe3 Fe3 log 0,75 0,0591log 1 Fe2 Fe2 (2), 25oC) E2 E2 0,0591 Ce4 Ce4 log 1,45 0,0591log 1 Ce3 Ce3 TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Konstanta kesetimbangan reaksi: Ce4+ + Fe2+ === Ce3+ + Fe3+ Ce xFe 1 1,45 0,75 11,84 log K log Ce xFe 0,0591 3 3 4 2 K = 7 x 1011 (1) Penambahan Ce4+ sebelum titik ekivalen hanya mempengaruhi oksidasi besi (II) karena K besar, sehingga merubah rasio [Fe3+]/[Fe2+] - 10 mL, E1 = 0,75 + 0,0591 log (10/90) = 0,69 volt - 50 mL, E1 = 0,75 + 0,0591 log (50/50) = 0,75 volt - 90 mL, E1 = 0,75 + 0,0591 log (90/10) = 0,81 volt - 99 mL, E1 = 0,75 + 0,0591 log (99/1) = 0,87 volt - 99,9 mL E1 = 0,75 + 0,0591 log (99,1/0,1) = 0,93 volt TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa (2) Pada titik ekivalen 100 mL, [Fe3+] = [Ce3+] dan [Ce4+] = [Fe2+] potensial elektroda nya adalah: E E2 0,75 1,45 E1 1 1,1 volt 2 2 (3) Setelah titik ekivalen yang meningkat rasio [Ce4+]/[Ce3+] - 100,1 mL, E2 = 1,45 + 0,0591 log (0,1/100) = 1,27 volt - 101 mL, E2 = 1,45 + 0,0591 log (1/100) = 1,33 volt - 110 mL, E2 = 1,45 + 0,0591 log (10/100) = 1,39 volt - 190 mL, E2 = 1,45 + 0,0591 log (90/100) = 1,45 volt TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Deteksi Titik Akhir Titik akhir dapat ditentukan dengan mengukur potensial larutan dengan menunjukkan elektroda relatif ke referensi dan plot terhadap volume titran Jika titran berwarna, perubahan warna ini dapat digunakan untuk mendeteksi titik akhir (misal KMnO4 ungu tua, KMnO4 encer merah muda) TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa (2) Pada titik ekivalen 100 mL, [Fe3+] = [Ce3+] dan [Ce4+] = [Fe2+] potensial elektroda nya adalah: E E2 0,75 1,45 E1 1 1,1 volt 2 2 (3) Setelah titik ekivalen yang meningkat rasio [Ce4+]/[Ce3+] - 100,1 mL, E2 = 1,45 + 0,0591 log (0,1/100) = 1,27 volt - 101 mL, E2 = 1,45 + 0,0591 log (1/100) = 1,33 volt - 110 mL, E2 = 1,45 + 0,0591 log (10/100) = 1,39 volt - 190 mL, E2 = 1,45 + 0,0591 log (90/100) = 1,45 volt TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Kurva titrasi pFe2+ berubah dari 4,3 menjadi 10 antara 0,1 % sebelum dan 0,1 % sesudah titik akhir stoikiometri TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Perhitungan pFe2+ (1) Sebelum titik ekivalen 99,9 mL [Ce4+] ditambahkan: [Fe2+] = 0,1 x (0,1/199,9) = 5 x 10-5, pFe2+ = - log [Fe2+] = 4,3 (2) Pada titik ekivalen 100 mL [Ce4+] ditambahkan: [Fe3+]/[Fe2+] = (K)0,5 = (7 x 1011)0,5 = 8,4 x 105 [Fe3+] = 0,05 M, [Fe2+] = 5 x 10-2 / 8,4 x 105 = 6 x 10-8 M pFe2+ = 7,2 (3) Setelah titik ekivalen 100,1 mL [Ce4+] ditambahkan: [Fe3+] = 0,05 M, 2 5 x 10 2+ [Fe ] = 1 x 10-10 1,27 0,75 0,0591log Fe2 2+ pFe = 10 TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Indikator elektroda (Indikator redoks) Komponen yang dapat berubah warna ketika bergerak dari keadaan oksidasi ke reduksi indikator visual digunakan untuk memberi tanda titik akhir dalam titrasi redoks Misal: indikator ferroin berubah warna dari biru (hampir tidak berwarna) menjadi merah TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Deteksi titik akhir menggunakan potensiometer Memonitoring perubahan potensial Eketrokimia menggunakan elektroda TITRASI REDUKSI OKSIDASI Materi Kimia Analisa Hubungan antara perubahan warna dalam indikator redoks dan potensial elektroda ditunjukkan dengan ½ reaksi indikator:
