Berikut ini beberapa contoh-contoh reaksi redoks yang mengindikasikan perubahan bilangan oksidasi berjenjang yang disertai dengan perubahan warna yang dapat digunakan sebagai tambahan referensi belajar kimia MA/SMA/SMK pada pokok bahasan reaksi redoks dan sel elektrokimia.
1. Vanadium (V)
Reaksi Berjenjang:
VO2+ (kuning) + 2H+ + e- → VO2+ (biru) + H2O
VO2+ (biru) + 2H+ + e- → V3+ (hijau) + H2O
V3+ (hijau) + e- → V2+ (ungu)
Perubahan Warna: Kuning (VO2+) → Biru (VO2+) → Hijau (V3+) → Ungu (V2+)
Penjelasan:
Setiap perubahan bilangan oksidasi vanadium (+5 → +4 → +3 → +2) mengubah
konfigurasi elektronik dan lingkungan koordinasi ion dalam larutan, biasanya dengan ligand air.
VO2+ (+5) menyerap cahaya pada panjang gelombang yang menghasilkan warna kuning.
VO2+ (+4) memiliki transisi elektron d-d yang menghasilkan biru.
V3+ (+3)
menghasilkan hijau, dan V2+ (+2) menghasilkan ungu karena perubahan energi transisi
elektronik di setiap biloks.
Penjelasan Tambahan:
Reaksi ini sering didemonstrasikan dengan reduktor kuat seperti
seng dalam larutan asam (HCl atau H2SO4).
Setiap tahap reduksi stabil dalam
kondisi tertentu, tetapi V2+ sangat reaktif dan mudah teroksidasi oleh oksigen udara.
Perubahan warna berjenjang vanadium sering digunakan dalam pengajaran kimia untuk menunjukkan sifat
logam transisi.
2. Mangan (Mn)
Reaksi Berjenjang:
MnO4- (ungu) + e- → MnO42- (hijau) (dalam basa)
MnO42- (hijau) + 4H+ + 2e- → MnO2 (cokelat, endapan) + 2H2O
MnO2 (cokelat) + 4H+ + 2e- → Mn2+ (tak berwarna/kuning pucat) + 2H2O
Perubahan Warna:
Ungu (MnO4-) → Hijau (MnO42-) →
Cokelat (MnO2) → Tak berwarna (Mn2+)
Penjelasan:
MnO4- (+7) memiliki struktur tetrahedral yang menyerap
cahaya tampak kuat, menghasilkan warna ungu. Reduksi ke MnO42- (+6) mengubah
struktur elektronik, menghasilkan hijau.
MnO2 (+4) adalah padatan cokelat tak larut,
sedangkan Mn2+ (+2) dalam [Mn(H2O)6]2+ tidak menyerap cahaya
tampak signifikan, sehingga tampak tak berwarna atau kuning pucat dalam larutan encer.
Penjelasan Tambahan:
Reaksi ini bergantung pada kondisi larutan.
MnO4- ke MnO42- lebih stabil di lingkungan basa, sedangkan
reduksi lanjutan ke MnO2 dan Mn2+ biasanya terjadi di larutan asam dengan reduktor
seperti asam oksalat atau tiosulfat.
MnO2 sering muncul sebagai endapan, membuat warna
cokelat sangat jelas. Demonstrasi ini umum digunakan untuk menunjukkan kimia redoks mangan.
3. Kromium (Cr)
Reaksi Berjenjang:
Cr2O72- (oranye) + 14H+ + 6e- → 2Cr3+ (hijau) + 7H2O
Cr3+ (hijau) + e- → Cr2+ (biru)
Perubahan Warna:
Oranye (Cr2O72-) → Hijau (Cr3+)
→ Biru (Cr2+)
Penjelasan:
Cr2O72- (+6) menyerap cahaya pada panjang
gelombang yang menghasilkan oranye karena struktur poliatomiknya.
Reduksi ke Cr3+ (+3)
membentuk [Cr(H2O)6]3+, dengan transisi d-d yang menghasilkan hijau.
Cr2+ (+2) dalam [Cr(H2O)6]2+ menyerap cahaya berbeda,
menghasilkan biru karena perubahan jumlah elektron d.
Penjelasan Tambahan:
Cr2+ sangat tidak stabil di udara karena mudah
teroksidasi kembali ke Cr3+ oleh O2.
Reduksi
Cr2O72- ke Cr3+ sering dilakukan dengan reduktor seperti
Fe2+ atau SO2 dalam larutan asam, sedangkan Cr3+ ke Cr2+
memerlukan reduktor kuat seperti seng.
Perubahan warna ini sering digunakan dalam analisis kualitatif
kromium.
4. Besi (Fe)
Reaksi Berjenjang:
FeO42- (merah-ungu) + 8H+ + 3e- → Fe3+ (kuning pucat) + 4H2O
Fe3+ (kuning pucat) + e- → Fe2+ (hijau pucat)
Perubahan Warna:
Merah-ungu (FeO42-) → Kuning pucat (Fe3+)
→ Hijau pucat (Fe2+)
Penjelasan:
FeO42- (+6), ion ferat, menyerap cahaya kuat
menghasilkan merah-ungu karena struktur tetrahedralnya.
Reduksi ke Fe3+ (+3) membentuk
[Fe(H2O)6]3+, yang menyerap cahaya lemah (kuning pucat).
Fe2+ (+2) dalam [Fe(H2O)6]2+ memiliki transisi d-d yang
menghasilkan hijau pucat karena perubahan jumlah elektron d.
Penjelasan Tambahan:
FeO42- jarang ditemui dan hanya stabil dalam
kondisi basa kuat atau sebagai garam seperti K2FeO4.
Reduksi ke Fe3+
dan Fe2+ lebih umum dalam larutan asam, menggunakan reduktor seperti tiosulfat atau hidrazin.
Warna Fe3+ bisa tampak lebih kuning-oranye pada konsentrasi tinggi, sedangkan Fe2+
hijau pucat lebih jelas pada konsentrasi rendah.
5. Tembaga (Cu)
Reaksi Berjenjang:
2Cu2+ (biru) + 4I- → 2CuI (putih, endapan) + I2 (cokelat)
Cu+ (tak berwarna dalam larutan) + e- → Cu (kemerahan)
Perubahan Warna:
Biru (Cu2+) → Tak berwarna/putih (Cu+, misalnya CuI) →
Kemerahan (Cu)
Penjelasan:
Cu2+ dalam [Cu(H2O)6]2+ menyerap
cahaya tampak (biru) karena transisi d-d.
Reduksi ke Cu+ (misalnya sebagai CuI atau dalam
larutan tertentu) menghilangkan transisi d-d karena konfigurasi d10, menghasilkan tak
berwarna atau putih (CuI sebagai endapan).
Logam Cu (0) memiliki sifat reflektif kemerahan karena
struktur logamnya.
Penjelasan Tambahan:
Cu+ tidak stabil dalam larutan air karena cenderung
mengalami disproporsionasi (2Cu+ → Cu + Cu2+), sehingga sering muncul sebagai
endapan seperti CuI.
Reduksi Cu2+ ke Cu+ biasanya dilakukan dengan iodida,
sedangkan ke Cu logam memerlukan reduktor kuat seperti seng atau elektrolisis.
Warna kemerahan Cu sangat
khas dan digunakan dalam identifikasi tembaga.
Catatan Tambahan Reaksi Redoks Berjenjang
Unsur lain seperti titanium (Ti4+ ke Ti3+, tak berwarna ke ungu) atau molibdenum (Mo6+ ke Mo5+ ke Mo3+, kuning ke hijau ke cokelat) juga dapat menunjukkan perubahan bilangan oksidasi berjenjang, tetapi kurang umum digunakan dalam demonstrasi warna dibandingkan vanadium, mangan, kromium, besi, dan tembaga.
Perubahan warna berjenjang paling jelas pada logam transisi karena adanya orbital d, yang memungkinkan transisi elektronik berbeda di setiap bilangan oksidasi.
Unsur non-logam jarang menunjukkan perubahan warna berjenjang yang signifikan dalam satu reaksi.
Reaksi-reaksi ini biasanya dilakukan dalam larutan berair dengan kondisi asam atau basa untuk menstabilkan spesi, tetapi perubahan warna murni disebabkan oleh bilangan oksidasi, bukan pH.
Detail Tambahan:
- Titanium: Reduksi Ti4+ (tak berwarna dalam larutan seperti TiOSO4) ke Ti3+ (ungu) sering dilakukan dengan seng dalam larutan asam, tetapi tahap lebih rendah jarang diamati.
- Molibdenum: Mo6+ (misalnya dalam MoO42-, kuning) dapat direduksi ke Mo5+ (hijau) dan Mo3+ (cokelat) dengan reduktor kuat, tetapi kompleksitasnya membuatnya kurang populer untuk demonstrasi.
- Logam transisi seperti vanadium hingga tembaga lebih disukai karena spesi mereka stabil dalam larutan berair dan menghasilkan warna kontras yang mudah diamati.
- Reaksi berjenjang sering digunakan dalam analisis kualitatif atau pengajaran untuk menunjukkan hubungan antara bilangan oksidasi dan sifat optis ion.
Referensi
- Contoh-1 (Vanadium): Cotton, F. A., & Wilkinson, G. (1988). Advanced Inorganic Chemistry (5th ed.). John Wiley & Sons.
- Contoh-2 (Mangan): Greenwood, N. N., & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann.
- Contoh-3 (Kromium): Housecroft, C. E., & Sharpe, A. G. (2012). Inorganic Chemistry (4th ed.). Pearson Education.
- Contoh-4 (Besi): Atkins, P., & Overton, T. (2010). Shriver & Atkins' Inorganic Chemistry (5th ed.). Oxford University Press.
- Contoh-5 (Tembaga): Brown, T. E., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C., & Woodward, P. (2014). Chemistry: The Central Science (13th ed.). Pearson Education.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar