Penerapan Reaksi Redoks dalam kehidupan Sehari-hari Kimia

PENERAPAN KONSEP REAKSI REDOKS DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

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) Bagaimana pemecahan masalah lingkungan dengan konsep redoks?

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 lingkungan

BAB 2

 PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Reaksi Redoks

Pengetahuan manusia mengenai reaksi redoks senantiasa berkembang. Perkembangan konsep reaksi redoks menghasilkan dua konsep, klasik dan modern.  Awalnya, reaksi redoks dipandang sebagai hasil dari perpindahan atom oksigen dan hidrogen. Oksidasi merupakan proses terjadinya penangkapan oksigen oleh suatu zat. Sementara itu reduksi adalah proses terjadinya pelepasan oksigen oleh suatu zat. Oksidasi juga diartikan sebagai suatu proses terjadinya pelepasan hidrogen oleh suatu zat dan reduksi adalah suatu proses terjadinya penangkap hidrogen. Oleh karena itu, teori klasik mengatakan bahwa oksidasi adalah proses penangkapan oksigen dan kehilangan hidrogen. Di sisi lain, reduksi adalah proses kehilangan  oksigen dan penangkapan hidrogen. Seiring dilakukannya berbagai percobaan, konsep redoks juga mengalami perkembangan. Muncullah teori yang lebih modern yang hingga saat ini masih dipakai. Dalam teori ini disebutkan bahwa:

a. Oksidasi adalah proses yang menyebabkan hilangnya satu atau lebih elektron dari dalam zat. Zat yang mengalami oksidasi menjadi lebih positif.

b. Reduksi adalah proses yang menyebabkan diperolehnya satu atau lebih elektron oleh suatu zat. Zat yang mengalami reduksi akan menjadi lebih negatif.

Teori ini masih dipakai hingga saat ini. Jadi proses oksidasi dan reduksi tidak hanya dilihat dari penangkapan oksigen dan hidrogen, melainkan dipandang sebagai proses perpindahan elektron dari zat yang satu ke zat yang lain.

                    

2.2 Reaksi Redoks pada Pengolahan Logam
Pada pemekatan biji logam dari batu karangbaik secara fisika maupun kimia kemudian di pekatkan menjadi bijih
Pekat . Bijih pekat tersebut direduksi dengan zat pereduksi yang paling tepat.
3C_(S) + 4Al³⁺_(l) + 6O^-2_(l) → 4Al _(l) + 3CO₂
................l_______________l
.....................reduksi

2.3 Reaksi Redoks pada penyambungan Besi
Rel-rel dilas dengan proses termit . Campuran aluminium dan besi oksida disulut untuk untuk reaksi redoks dan panas yang dihasilkan dapat melumerkan permukaan rel.
Reaksi : 2Al_(s) + Fe₂O_3(S) → 2Fe_(s) + Al₂O_3(S)

2.4  Reaksi Redoks pada Sel Aki
Pb_(s) + PbO_2(aq) + 2HSO₄^-2_(aq) +2H⁺_(aq) → 2PbSO_4(S) + 2H₂O_(l)

2.5 Reaksi redoks pada Baterai (sel Leclanche)

Zn _(s) + 2NH₄⁺_(aq) + 2MnO_2(S) → Zn²⁺_(aq) + Mn₂O_3(s) + 2NH_3(aq) + H₂O_(l)
2.6 Reaksi Redoks Pada Pengolahan Air Limbah
a. Penerapan Konsep Elektrolit
Limbah yang mengandung logam berat (Hg⁺², Pb⁺², Cd⁺², dan Ca ²⁺) direaksikan dengan elektrolit yang mengandung anion (SO4^-2) yang dapat mengendapkan ion logam sehingga air limbah bebas dari air limbah
Pb⁺²_{(aq )}+ SO4^-2 _(aq) → PbSO_4(S)

b. Pengolahan Limbah dengan Lumpur Aktif
Lumpur aktif mengandung bakteri-bakteri aerob yang berfungsi sebagai oksidator bahan organik tanpa menggunakan oksigen terlarut dalam air sehingga harga BOD dapat dikurangi. Zat-zat organik dioksidasi menjadi CO2,H2O, NH⁴⁺ dan sel biomassa baru. Proses lumpur aktif berlangsung di tangki aerasi. Dikolam tersebut berlangsung proses oksidasi limbah organik (karbohidrat, protein, minyak). Hasil oksidasi senyawa-senyawa organic adalah CO2, H2O,sulfat, nitrat, dan fosfat. Oksigen yang diperoleh untuk olsidasi diperoleh dari proses fotosintesa alga yang hidup ditangki aerasi.

2.7 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 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, 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)à2 NO₃^- (aq)

Denitrifikasi adalah reduksi nitrat menjadi gas nitrogen bebas seperti N2, NO, dan NO2. Senyawa NO3 à 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 PO₄^3-(aq)à2 AIPO₄(s) + 3 SO₄^2-(aq) + 14 H₂O(l)

5 Ca(OH)₂(s) + 3 HPO₄^2-(aq)à 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)àHClO(aq) + H⁺(aq) + Cl^-(aq)

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.

2.8 Reaksi Redoks Dalam Industri

Proses utama pereduksi bijih logam untuk menghasilkan logam didiskusikan dalam artikel peleburan.
Oksidasi digunakan dalam berbagai industri seperti pada produksi produk-produk pembersih.
Reaksi redoks juga merupakan dasar dari sel elektrokimia.

2.9 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 disebutantioksidan.
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 airmenjadi oksigen. Reaksi baliknya, pernapasan, mengoksidasi gula, menghasilkan karbon dioksida dan air. Sebagai langkah antara, senyawa karbon yang direduksi digunakan untuk mereduksi nikotinamida adenina 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.

2.10 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 herbisidaparakuat, dan viologen dan kuinon lainnya seperti menadion. ^[3]PDF (2.76 MiB)

2.11 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
- 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)
- Klo ga ada redoks ga akan ada baterai
- Kalau ga ada redoks kita ga bisa hidup (Fotosintesis)
  C6H12O6 + 6 O2 -> 6CO2 + 6H2O ( Oksigen reduksi, Glukosa oksidasi)
  Sama jika reaksi dibalik
- Pembakaran mesin kendaraan
- Elektrolisa
- Sel Volta
- Pembuatan Tape (Redoks)

BAB 3

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