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
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) + Fe2O3(S) → 2Fe(s) + Al2O3(S)
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) + Fe2O3(S) → 2Fe(s) + Al2O3(S)
2.4
Reaksi Redoks pada Sel Aki
Pb(s) + PbO2(aq) + 2HSO4-2(aq) +2H+(aq) → 2PbSO4(S) + 2H2O(l)
2.5 Reaksi redoks pada Baterai (sel Leclanche)
Zn (s) + 2NH4+(aq) + 2MnO2(S) → Zn2+(aq) + Mn2O3(s) + 2NH3(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) → PbSO4(S)
Pb(s) + PbO2(aq) + 2HSO4-2(aq) +2H+(aq) → 2PbSO4(S) + 2H2O(l)
2.5 Reaksi redoks pada Baterai (sel Leclanche)
Zn (s) + 2NH4+(aq) + 2MnO2(S) → Zn2+(aq) + Mn2O3(s) + 2NH3(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) → PbSO4(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)Ã 2 NO3- (aq)
Denitrifikasi adalah reduksi nitrat
menjadi gas nitrogen bebas seperti N2, NO, dan NO2.
Senyawa
NO3 Ã 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)Ã 2 AIPO4(s) + 3 SO42-(aq)
+ 14 H2O(l)
5 Ca(OH)2(s) + 3
HPO42-(aq)Ã 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)Ã HClO(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.
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:
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:
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.
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)
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
- 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
- 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)
- 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