Potensial reduksi

Potensial reduksi (dikenal pula sebagai potensial redoks, potensial oksidasi/reduksi, ORP, pe, ε, atau $E_{h}$ ) adalah ukuran kecenderungan suatu spesi kimia untuk memperoleh elektron dan karenanya dapat tereduksi.^[1] Potensial reduksi diukur dalam satuan volt (V), atau milivolt (mV). Setiap spesi memiliki potensial reduksi intrinsiknya masing-masing; semakin positif potensial reduksinya, semakin besar afinitas spesi terhadap elektron dan kecenderungannya untuk tereduksi.

Potensial reduksi merupakan pengukuran umum bagi kualitas air.^[2]

Potensial reduksi standar

Potensial reduksi standar ( $E_{0}$ ) diukur dalam kondisi standar: 25 °C, 1 aktivitas untuk setiap ion yang berperan dalam reaksi, tekanan parsial 1 bar unutk setiap gas gas yang terlibat dalam reaksi, dan logam dalam keadaan murninya.^[3] Potensial reduksi standar didefinisikan relatif terhadap elektrode referensi elektrode hidrogen standar (SHE), yang telah disepakati memiliki potensial 0.00 V.^[4] Namun, karena potensial ini dapat pula dirujuk sebagai "potensial redoks", istilah "potensial reduksi" dan "potensial oksidasi" lebih disarankan oleh IUPAC. Kedua potensial ini secara eksplisit dibedakan melalui simbol $E_{0}^{r}$ dan $E_{0}^{o}$ .^[5]

Berikut ini merupakan daftar potensial redoks.^[6]

Daftar potensial redoks

Reaksi setengah-sel

Reaktivitas relatif pada setengah-sel yang berbeda dapat saling dibandingkan untuk memprediksi arah aliran elektron. Reaksi setengah-sel dengan $E_{0}$ yang tinggi menunjukkan bahwa besar kecenderungan untuk terjadinya reduksi, sementara apabila bernilai rendah maka ada kecenderungan untuk terjadinya oksidasi.^[7]

Semua sistem atau lingkungan yang menerima elektron dari elektrode hidrogen normal merupakan setengah-sel yang didefinisikan memiliki potensial redoks positif; semua sistem yang mendonorkan elektron kepada elektrode hidrogen didefinisikan memiliki potensial redoks negatif. $E_{h}$ diukur dalam satuan milivolt (mV). Reaksi setengah-sel dengan $E_{h}$ positif menunjukkan suatu lingkungan yang menyukai reaksi oksidasi seperti oksigen bebas. Nilai $E_{h}$ yang rendah menunjukkan bahwa lingkungan tersebut menyukai reaksi reduksi yang kuat, seperti logam bebas.^[8]

Elektrolisis NaCl dalam air.

Terkadang ketika elektrolisis dilakukan dalam suatu larutan berair, air, dan bukan zat terlarut, teroksidasi atau tereduksi. Sebagai contoh, jika suatu larutan NaCl berair dielektrolisis, air mungkin dapat tereduksi di katode untuk menghasilkan H_2(g) dan ion OH⁻, dan bukan Na⁺ yang tereduksi menjadi Na_(s), seperti yang terjadi apabila tidak ada air. Potensial reduksi dalam setiap spesi mampu menentukan spesi manakah yang akan teroksidasi atau tereduksi.

Potensial reduksi absolut dapat ditentukan apabila potensial sebenarnya antara elektrode dan elektrolit untuk reaksi tersebut diperoleh. Polarisasi permukaan mengganggu pengukuran ini, namun berbagai sumber memperkirakan potensial bagi elektrode hidrogen standar adalah 4.4 V hingga 4.6 V (elektrolit bersifat positif.)

Persamaan setengah-sel dapat digabungkan apabila salah satu dibalik ke bentuk oksidasinya agar saling menghilangkan elektron untuk memperoleh persamaan tanpa elektron di dalamnya.

Persamaan Nernst

$E_{h}$ dan pH suatu larutan saling terkait satu sama lain. Untuk persamaan reaksi setengah-selnya, biasanya ditulis sebagai reduksi (elektron di sisi kiri):

aA+bB+n[e^{-}]+h[{\ce {H+}}]=cC+dD

potensial standar setengah-reaksinya $E_{0}$ dinyatakan dengan:^[9]

E_{0}({\textrm {volt}})=-{\frac {\Delta G^{\ominus }}{nF}}

dalam persamaan di atas, $\Delta G^{\ominus }$ menyatakan perubahan energi bebas Gibbs standar, $n$ adalah jumlah elektron yang terlibat, dan $F$ adalah konstanta Faraday. Persamaan Nernst menghubungkan pH dan $E_{h}$ melalui persamaan:

E_{h}=E_{0}+{\frac {0.05916}{n}}\log \left({\frac {\{A\}^{a}\{B\}^{b}}{\{C\}^{c}\{D\}^{d}}}\right)-{\frac {0.05916h}{n}}{\text{pH}}

yang dalam persamaan di atas, kurung kurawal menandakan aktivitas dan eksponennya ditunjukkan di sebelahnya. Persamaan ini merupakan persamaan garis lurus bagi $E_{h}$ sebagai fungsi pH dengan kemiringan $-0.05916h/n$ volt (pH tidak memilik satuan.) Persamaan ini memprediksikan rendahnya $E_{h}$ pada nilai pH yang tinggi. Hal ini diamati pada reduksi O₂ menjadi OH⁻ serta reduksi H⁺ menjadi H₂. Jika H⁺ berada pada sisi berlawanan dari persamaan tersebut, kemiringan garis akan terbalik ( $E_{h}$ tinggi pada pH tinggi). Sebagai contoh adalah pembentukan mineral magnetit (Fe₃O₄) dari HFeO−2 (aq):^[10]

3 HFeO−2 + H⁺ = Fe₃O₄ + 2 H₂O + 2 e⁻

yang dalam persamaan di atas, $E h = -1.1819 - 0.0885 log([HFeO - 2] 3) + 0.0296 pH$ . Perlu dicatat bahwa kemiringan garis ini adalah −1/2 dikali −0.05916 nilai di atas, karena $h / n = -1/2$ .

Penggunaan

Pengukuran kualitas air

Potensial reduksi-oksidasi dapat digunakan untuk memantau sistem pengairan dengan mengukur potensial disinfeksi, memperlihatkan aktivitas disinfektan dan bukan dosis yang diterapkan.^[2] Sebagai contoh, E. coli, Salmonella, Listeria dan patogen lainnya memiliki waktu bertahan di bawah 30 detik ketika potensial redoksnya berada di atas 665 mV, dibandingkan dengan >300 detik ketika potensialnya di bawah 485 mV.^[2]

Sebuah studi dilakukan untuk membandingkan pembacaan klorinasi tradisional bagian per juta (ppm) dan potensial redoks di Hennepin County, Minnesota. Hasil penelitian ini berpendapat untuk dimasukkannya potensial redoks di atas 650mV dalam kode kesehatan lokal.^[11]

Geologi

Diagram Pourbaix pada aluminium.

Diagram Eh-pH (Pourbaix) umum digunakan dalam pertambangan dan geologi untuk menilai stabilitas mineral dan spesi terlarut.^[12]^[13] Dalam kondisi di mana fase mineral (padatan) adalah berada dalam bentuk yang paling stabil, diagram ini menunjukkan mineral tersebut. Seperti hasil dari semua evaluasi termodinamika (kesetimbangan), diagram ini harus digunakan dengan cermat. Meskipun pembentukan suatu mineral atau pelarutannya dapat diperkirakan terjadi pada kondisi tertentu, prosesnya dapat diabaikan karena kecepatannya sangat lambat. Dalam keadaan tersebut diperlukan evaluasi kinetika. Namun, kondisi keseimbangan dapat digunakan untuk mengevaluasi arah perubahan spontan dan besarnya kekuatan pendorong di belakangnya.

Biokimia

Banyak reaksi enzimatik yang merupakan reaksi oksidasi-reduksi dengan satu senyawa teroksidasi dan senyawa lainnya tereduksi. Kemampuan suatu organisme untuk melakukan reaksi redoks ini bergantung pada keadaan reduksi-oksidasi dari lingkungannya, atau potensial reduksinya ( $E_{h}$ ).

Mikroorganisme aerobik secara ketat aktif pada lingkungan dengan nilai $E_{h}$ positif, sementara anaerob secara umum aktif pada lingkungan dengan nilai $E_{h}$ negatif. Redoks mempengaruhi kelarutan nutrien, khususnya ion logam.^[14]

Lihat pula

Referensi

^ Bhatt, Vasishta (2016). "Chapter 4 - Thermodynamics and Kinetics of Complex Formation". Essentials of Coordination Chemistry: A Simplified Approach with 3D Visuals (dalam bahasa Inggris). Elsevier Inc. hlm. 111–137. doi:10.1016/B978-0-12-803895-6.00004-5.
^ ^a ^b ^c Suslow, Trevor V. (2004). "Oxidation-Reduction Potential for Water Disinfection Monitoring, Control, and Documentation" (PDF) (dalam bahasa Inggris). University of California Davis. Diakses tanggal 22 Januari 2015.
^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, edisi ke-2 ("Buku Emas") (1997). Versi koreksi daring: (2006–) "standard hydrogen electrode".
^ Oxtoby, David W.; Gillis, H. Pat; Butler, Laurie J. (2015). Principles of Modern Chemistry (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-8). Belmont: Cengage Learning. hlm. 703. ISBN 1-305-46509-1.
^ Ramette, R. W. (Oktober 1987). "Outmoded terminology: The normal hydrogen electrode". Journal of Chemical Education. 64 (10): 885. Bibcode:1987JChEd..64..885R. doi:10.1021/ed064p885.
^ Broggi, Julie; Terme, Thierry; Vanelle, Patrice (2014-01-07). "Organic Electron Donors as Powerful Single-Electron Reducing Agents in Organic Synthesis". Angewandte Chemie International Edition (dalam bahasa Inggris). 53 (2): 384–413. doi:10.1002/anie.201209060. PMID 24273111.
^ Reger, Daniel L.; Goode, Scott R.; Ball, David W. (2009). Chemistry: Principles and Practice (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-3). Belmont: Cengage Learning. hlm. 793. ISBN 0-534-42012-5.
^ Masterton, William L.; Hurley, Cecile N. (2008). Chemistry: Principles and Reactions (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-6, illustrated). Belmont: Cengage Learning. hlm. 486–488. ISBN 0-495-12671-3.
^ Crow, D.R. (1994). Principles and Applications of Electrochemistry (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-4). Boca Raton, FL: CRC Press. hlm. 93–94. ISBN 0-748-74378-2.
^ Garrels, R.M.; Christ, C.L. (1990). Minerals, Solutions, and Equilibria (dalam bahasa Inggris). London: Jones and Bartlett.
^ Bastian, Tiana; Brondum, Jack (2009). "Do Traditional Measures of Water Quality in Swimming Pools and Spas Correspond with Beneficial Oxidation Reduction Potential?". Public Health Rep. (dalam bahasa Inggris). 124: 255–61. PMC 2646482  . PMID 19320367.
^ Wulfsberg, Gary (1991). Principles of Descriptive Inorganic Chemistry (dalam bahasa Inggris). University Science Books. hlm. 146. ISBN 0-935-70266-0.
^ Ahmad, Zaki (2006). Principles of Corrosion Engineering and Corrosion Control (dalam bahasa Inggris). Elsevier Inc. hlm. 45–46. ISBN 0-080-48033-0.
^ Chuan, M.; Liu, G. Shu. J (1996). "Solubility of heavy metals in a contaminated soil: Effects of redox potential and pH". Water, Air, & Soil Pollution (dalam bahasa Inggris). 90: 543–556. Bibcode:1996WASP...90..543C. doi:10.1007/BF00282668.

Bacaan lebih lanjut

Onishi, J.; Kondo, W.; Uchiyama, Y. (1960). "Preliminary report on the oxidation-reduction potential obtained on surfaces of gingiva and tongue and in interdental space". Bull. Tokyo Med. Dent. Univ. (dalam bahasa Inggris) (7): 161. ISSN 0040-8921.

Pranala luar

(Inggris) Definisi potensial redoks Diarsipkan 2007-03-02 di Wayback Machine.
(Inggris) Kalkulator potensial redoks daring
(Inggris) "Tabel potensial reduksi". Northland Community & Technical College (dalam bahasa Inggris). 2007. Diarsipkan dari versi asli tanggal 18 Mei 2007. Diakses tanggal 22 Januari 2015.

[1] Bhatt, Vasishta (2016). "Chapter 4 - Thermodynamics and Kinetics of Complex Formation". Essentials of Coordination Chemistry: A Simplified Approach with 3D Visuals (dalam bahasa Inggris). Elsevier Inc. hlm. 111–137. doi:10.1016/B978-0-12-803895-6.00004-5.

[suslow-2] Suslow, Trevor V. (2004). "Oxidation-Reduction Potential for Water Disinfection Monitoring, Control, and Documentation" (PDF) (dalam bahasa Inggris). University of California Davis. Diakses tanggal 22 Januari 2015.

[3] IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, edisi ke-2 ("Buku Emas") (1997). Versi koreksi daring: (2006–) "standard hydrogen electrode".

[4] Oxtoby, David W.; Gillis, H. Pat; Butler, Laurie J. (2015). Principles of Modern Chemistry (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-8). Belmont: Cengage Learning. hlm. 703. ISBN 1-305-46509-1.

[5] Ramette, R. W. (Oktober 1987). "Outmoded terminology: The normal hydrogen electrode". Journal of Chemical Education. 64 (10): 885. Bibcode:1987JChEd..64..885R. doi:10.1021/ed064p885.

[6] Broggi, Julie; Terme, Thierry; Vanelle, Patrice (2014-01-07). "Organic Electron Donors as Powerful Single-Electron Reducing Agents in Organic Synthesis". Angewandte Chemie International Edition (dalam bahasa Inggris). 53 (2): 384–413. doi:10.1002/anie.201209060. PMID 24273111.

[7] Reger, Daniel L.; Goode, Scott R.; Ball, David W. (2009). Chemistry: Principles and Practice (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-3). Belmont: Cengage Learning. hlm. 793. ISBN 0-534-42012-5.

[8] Masterton, William L.; Hurley, Cecile N. (2008). Chemistry: Principles and Reactions (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-6, illustrated). Belmont: Cengage Learning. hlm. 486–488. ISBN 0-495-12671-3.

[9] Crow, D.R. (1994). Principles and Applications of Electrochemistry (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-4). Boca Raton, FL: CRC Press. hlm. 93–94. ISBN 0-748-74378-2.

[garrels-10] Garrels, R.M.; Christ, C.L. (1990). Minerals, Solutions, and Equilibria (dalam bahasa Inggris). London: Jones and Bartlett.

[11] Bastian, Tiana; Brondum, Jack (2009). "Do Traditional Measures of Water Quality in Swimming Pools and Spas Correspond with Beneficial Oxidation Reduction Potential?". Public Health Rep. (dalam bahasa Inggris). 124: 255–61. PMC 2646482  . PMID 19320367.

[12] Wulfsberg, Gary (1991). Principles of Descriptive Inorganic Chemistry (dalam bahasa Inggris). University Science Books. hlm. 146. ISBN 0-935-70266-0.

[13] Ahmad, Zaki (2006). Principles of Corrosion Engineering and Corrosion Control (dalam bahasa Inggris). Elsevier Inc. hlm. 45–46. ISBN 0-080-48033-0.

[14] Chuan, M.; Liu, G. Shu. J (1996). "Solubility of heavy metals in a contaminated soil: Effects of redox potential and pH". Water, Air, & Soil Pollution (dalam bahasa Inggris). 90: 543–556. Bibcode:1996WASP...90..543C. doi:10.1007/BF00282668.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]