Mengamati reaksi redoks dalam senyawa nitrogen

PERCOBAAN IV

A. JUDUL
MENGAMATI REAKSI REDOKS DALAM SENYAWA NITROGEN

B. SASARAN PERCOBAAN
Mempelajari Reaksi Redoks Asam Nitrat dan Garam Nitrat, Reaksi Redoks Nitrit dan Reaksi Redoks Ammonia dan Ion Ammonia.

C. DASAR TEORI
Redoks (singkatan dari reaksi reduksi/oksidasi) adalah istilah yang menjelaskan berubahnya bilangan oksidasi (keadaan oksidasi) atom-atom dalam sebuah reaksi kimia.
Hal ini dapat berupa proses redoks yang sederhana seperti oksidasi karbon yang menghasilkan karbon dioksida, atau reduksi karbon oleh hidrogen menghasilkan metana(CH4), ataupun ia dapat berupa proses yang kompleks seperti oksidasi gula pada tubuh manusia melalui rentetan transfer elektron yang rumit. Istilah redoks berasal dari dua konsep, yaitu reduksi dan oksidasi. Ia dapat dijelaskan dengan mudah sebagai berikut:
• Oksidasi menjelaskan pelepasan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion
• Reduksi menjelaskan penambahan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion.
Walaupun cukup tepat untuk digunakan dalam berbagai tujuan, penjelasan di atas tidaklah persis benar. Oksidasi dan reduksi tepatnya merujuk pada perubahan bilangan oksidasi karena transfer elektron yang sebenarnya tidak akan selalu terjadi. Sehingga oksidasi lebih baik didefinisikan sebagai peningkatan bilangan oksidasi, dan reduksi sebagai penurunan bilangan oksidasi. Dalam prakteknya, transfer elektron akan selalu mengubah bilangan oksidasi, namun terdapat banyak reaksi yang diklasifikasikan sebagai "redoks" walaupun tidak ada transfer elektron dalam reaksi tersebut (misalnya yang melibatkan ikatan kovalen).
Senyawa-senyawa yang memiliki kemampuan untuk mengoksidasi senyawa lain dikatakan sebagai oksidatif dan dikenal sebagai oksidator atau agen oksidasi. Oksidator melepaskan elektron dari senyawa lain, sehingga dirinya sendiri tereduksi. Oleh karena ia "menerima" elektron, ia juga disebut sebagai penerima elektron. Oksidator bisanya adalah senyawa-senyawa yang memiliki unsur-unsur dengan bilangan oksidasi yang tinggi (seperti H2O2, MnO4−, CrO3, Cr2O72−, OsO4) atau senyawa-senyawa yang sangat elektronegatif, sehingga dapat mendapatkan satu atau dua elektron yang lebih dengan mengoksidasi sebuah senyawa (misalnya oksigen, fluorin, klorin, dan bromin).
Senyawa-senyawa yang memiliki kemampuan untuk mereduksi senyawa lain dikatakan sebagai reduktif dan dikenal sebagai reduktor atau agen reduksi. Reduktor melepaskan elektronnya ke senyawa lain, sehingga ia sendiri teroksidasi. Oleh karena ia "mendonorkan" elektronnya, ia juga disebut sebagai penderma elektron. Senyawa-senyawa yang berupa reduktor sangat bervariasi. Unsur-unsur logam seperti Li, Na, Mg, Fe, Zn, dan Al dapat digunakan sebagai reduktor. Logam-logam ini akan memberikan elektronnya dengan mudah. Reduktor jenus lainnya adalah reagen transfer hidrida, misalnya NaBH4 dan LiAlH4), reagen-reagen ini digunakan dengan luas dalam kimia organik, terutama dalam reduksi senyawa-senyawa karbonil menjadi alkohol. Metode reduksi lainnya yang juga berguna melibatkan gas hidrogen (H2) dengan katalis paladium, platinum, atau nikel, Reduksi katalitik ini utamanya digunakan pada reduksi ikatan rangkap dua ata tiga karbon-karbon.
Cara yang mudah untuk melihat proses redoks adalah, reduktor mentransfer elektronnya ke oksidator. Sehingga dalam reaksi, reduktor melepaskan elektron dan teroksidasi, dan oksidator mendapatkan elektron dan tereduksi. Pasangan oksidator dan reduktor yang terlibat dalam sebuah reaksi disebut sebagai pasangan redoks.
Contoh reaksi redoks
Salah satu contoh reaksi redoks adalah antara hidrogen dan fluorin:
Kita dapat menulis keseluruhan reaksi ini sebagai dua reaksi setengah: reaksi oksidasi
dan reaksi reduksi
Penganalisaan masing-masing reaksi setengah akan menjadikan keseluruhan proses kimia lebih jelas. Karena tidak terdapat perbuahan total muatan selama reaksi redoks, jumlah elektron yang berlebihan pada reaksi oksidasi haruslah sama dengan jumlah yang dikonsumsi pada reaksi reduksi.
Unsur-unsur, bahkan dalam bentuk molekul, sering kali memiliki bilangan oksidasi nol. Pada reaksi di atas, hidrogen teroksidasi dari bilangan oksidasi 0 menjadi +1, sedangkan fluorin tereduksi dari bilangan oksidasi 0 menjadi -1.
Ketika reaksi oksidasi dan reduksi digabungkan, elektron-elektron yang terlibat akan saling mengurangi:

Dan ion-ion akan bergabung membentuk hidrogen fluorida:
Reaksi penggantian
Redoks terjadi pada reaksi penggantian tunggal atau reaksi substitusi. Komponen redoks dalam tipe reaksi ini ada pada perubahan keadaan oksidasi (muatan) pada atom-atom tertentu, dan bukanlah pada pergantian atom dalam senyawa.
Sebagai contoh, reaksi antara larutan besi dan tembaga(II) sulfat:
Persamaan ion dari reaksi ini adalah:
Terlihat bahwa besi teroksidasi:
dan tembaga tereduksi:
Denitrifikasi, nitrat tereduksi menjadi nitrogen dengan keberadaan asam:
2NO3− + 10e− + 12 H+ → N2 + 6H2O
http://id.wikipedia.org/redoks/
Nitrogen terdapat bebas di atmosfer (78%volume), selain daripada itu, atmosfer dapat juga mengandung sedikit ammonia sebagai hasi peluruhan zat yang mengandung nitrogen atau asam nitrat, teristimewa setelah terjadi halilintar. Nitrogen terdapat juga dalam garam-garam seperti kalium dan natrium nitrat. Jaringan semua organisme hidup mengandung senyawa nitrogen dalam bentuk protein. Bilangan oksidasi nitrogen dapat dilihat pada table berikut.
Bilangan oksidasi Senyawa
-3
-3
-1
0
+1
+2
+3
+4
+5 NH3 (amonia)
N2H4(hidrazin)
NH2OH (hidroksilamina)
N2 (Dinitrogen)
N2O (dinitrogen oksida)
NO (nitrogen oksida)
N2O3 (dinitrogen trioksida)
NO2 (nitrogen dioksida)
HNO3 (asam nitrat)
Reaksi khas
Meskipun nitrogen relatif tak-aktif, pada suhu dan tekanan yang ekstri, dengan kehadiran katalis, nitrogen memang bereaksi dengan unsur-unsur lain. Sebagai contoh, nitrogen dan oksigen bergabung bila suatu bunga-api tegangan tinggi (atau suatu sambarqan petir) melalui suatu campuran kedua gas itu”:
N2 + O2 2NO
Oksida nitrogen(II) itu lalu bereaksi dengan oksigen lebih banyak lagi di udara, membentuk nitrogen dioksida, NO2 :
2 NO + O2 2NO2
Nitrogen dioksida yang dihasilkan sewaktu hujan lebat berpetir, melarut dalam air hujan, membentuk larutan asam nitrat dan nitrit yang sangat encer :
2 NO2 + H2O HNO3 + HNO2
Pengunaan terbesar untuk nitrogen adalah dalam produksi amonia, NH3 . jumlah-jumlah yang lebih sedikit digunakan pada pengerasan baja dalam ruamg dimana dikehendaki suatu atmosfer yang tak aktif. Ruang demikian berkisar dsari kamar-kamar besar sampai kamar asam laboratorium, sampai bola lampu listrik. Nitrogen cair, yang mendidih pada -1960C, sering digunakan dalam cawan dewar di laboratorium untuk memelihara suhu rendah.

D. ALAT DAN BAHAN



Pipet tetes Tabung Reaksi Batang Pengaduk




Labu Erlenmeyer Pembakar Bunsen Gelas Ukur





Penjepit Tabung Gelas Kimia
Bahan-bahan yang digunakan antara lain:
1. Kertas Indikator
2. Tembaga
3. Kalium Nitrat
4. Tembaga Nitrat
5. Amonium dikromat
6. Es
7. Logam amonium






E. PROSEDUR KERJA

Eksperimaen 1 : Reaksi Asam Nitrat Dengan Tembaga
• Dimasukkan dalam tabung reaksi
• Ditambahkan beberapa tetes asam nitrat pekat
• Diencerkan sampai 7 M
• Ditambahkan 3 keping tembaga




Eksperimen 2 : Pemanasan Garam Nitrat
• dipanaskan
• diamati




Eksperimen 3 : Reduksi Nitrat dalam Larutan Basa
• dimasukkan ke dalam tabung reaksi
• ditambahkan sekeping logam Al
• dipanaskan
• dipeiksa gas yang terbentuk dengan kertas lakmus




Eksperimen 4 :Reaksi Redoks Asam Nitrat

• dimasukkan ke dalam tabung reaksi
• didingnkan dengan es
• dimasukkan ke dalam tabung reaksi yg berisi NaNO3
• dibagi menadi 3 bagian
• dipanaskan
• diamati gas



F. HASIL PENGAMATAN

Eks Perlakuan Hasil Pengamatan
1 • memasukkan tembaga dalam tabung reaksi
• menambahkan beberapa tetes asam nitrat pekat

• terjadi yang ditandai dengan perubahan warna menjadi hijau kebiruan dan terbentuk gas yang berwarna coklat muda
• mengencerkan 2 ml asam nitrat pekat untuk memperoleh larutan 7 M
• menambahkan 3 keping tembaga dan memperhatikan gas yang tejadi


• terjadi reaksi yang ditandai dengan perubahan warna dari bening menjadi biru muda dan terbentuk sedikit gas
2 • memanaskan KNO3 padat

• memanaskan Cu(NO3)2 • KNO3 mencair

• Cu(NO3)2 mencair
3 • Memasukkan 2 ml HNO3 2 M Dan 5 ml larutan NaOH encer ke dalam tabung reaksi
• Menambahkan sekeping logam Al, kemudian dipanaskan.


• Terbentuk gelembung gas. Semakin lama pemanasan, semain banyak gelembung gas yang dihasilkan
4 • Mendinginkan 10 ml H2SO4 encer dalam tabung reaksi dengan es sekitar 5 menit
• Memasukkan H2SO4 yang dingin ke dalam tabung reaksi yang berisi 1 gram NaNO3
• Membagi larutan yang mengandung asam nitrat menjadi 3 bagian
• Memanaskan asam nitrat (bagian pertama)

• Menambahkan sedikit kalium iodide ke dalam larutan asam nitrit(bagian kedua)

• Menambahkan larutan KMnO4 ke dalam asam nitrit (bagian ketiga)



• NaNO3 larut dalam asam sulfat encer (dingin), tidak terjadi perubahan warna



• Menghasilkan banyak gelembung gas


• Tidak terjadi perubahan warna




• Tidak terjadi perubahan warna

G. PEMBAHASAN

Nitrogen terdapat bebas di atmosfer (78%) volume. Selain daripada itu, atmosfer dapat juga mengandung sedikit ammona sebagai hasil peluruhan zat yang mengandung nitrogen atau asam nitrat, teristimewa setelah terjadi halilintar. Nitrogen terdapat juga dalam garam-garam seperti kalium dan natrium nitrat.
Pada percobaan ini kita mempelajari reaksi redoks asam nitrat dan garam ntrat, reaksi redoks nitrit dan reaksi redoks ammonia dan ion ammonia.

1. Reaksi Asam Nitrat dengan Tembaga
Umur oksida nitrogen seperti NO dan NO2 hanya beberapa hari saja di atmosfer. Oksida nitrogen dapat dioksidasi dan selanjutnya menghasilkan HNO3. Secara komersial asam nitrat dibuat dengan cara oksidasi amonia. Pada proses Oswald, amonia dan udara berlebih dialirkan melalui katalis platina rhodium pada suhu sekitar 950oC. Mula-mula digunakan pemanas listrik, tetapi setelah terjadi reaksi, reaksi ini akan terus berlangsung.
4NH3 (g) + 5 O2 (g) 4 NO (g) + 6 H2O (g) ∆Hө = - 906 kJ mol-1
Setelah didinginkan sampai 150oC gas ini akan dicampur dengan udara untuk menghasilkan nitrogen dioksida.
2 NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g) ∆Hө = - 113 kJ mol-1
Nitrogen dioksida dan udara yang sisa dialirkan ke dasar menara kemudian disemprotkan air pada suhu kira-kira 80oC.
4 NO2 (g) + O2 (g) + 2 H2O (l) 4 HNO3 (aq)
Larutan yang diperoleh mengandung 70% massa asam nitrat dan merupakan campuran yang mempunyai titik didih konstan (120oC). HNO3 yang murni tidak berwarna dan mendidih pada 86oC.
Asam nitrat adalah suatu senyawaan kovalen yang berupa cairan tak berwarna pada suhu kamar. Asam nitrat tergolong asam keras, asam ini dapat melarutkan hamper semua logam, kecuali emas dan platina. Pada percobaan ini kita mereaksikan asam nitrat dengan logam tembaga. Langkah pertama yang dilakukan yaitu memasukkan tembaga dalam tabung reaksi, kemudian ditambahkan beberapa tetes asam nitrat pekat. Setelah diamati, terjadi reaksi antara asam nitrat dengan tembaga yang ditandai dengan perubahan warna larutan menjadi hijau kebiruan dan terbentuk gas yang berwarna coklat muda. Persamaan reaksinya yaitu:

Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Pada reaksi ini, asam nitrat bertindak sebagai pengoksidasi tembaga. Dan nitrogen sendiri mengalami reduksi atau penurunan bilangan oksidasi. Senyawa nitrogen yang terbentuk dari reaksi ini yaitu NO2. Biloks nitrogen pada senyawa ini adalah +4. kenaikan dan penurunan bilangan oksidasi dapat dlihat pada reaksi berikut:
Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
0 +5 +2 +4

+2
-1

Dari reaksi diatas, dapat dilihat bahwa tembaga yang biloksnya 0 dioksidasi oleh asam nitrat sehingga biloksnya menjadi +2. sedangkan nitrogen mengalami reduksi atau penurunan bilangan oksidasi dari +5 menjadi +4.

Untuk percobaan yang selanjutnya, kita mengencerkan asam nitrat pekat menjadi 7 M, selanjutnya, asam nitrat tersebut direaksikan dengan 3 keping logam tembaga. Reaksi yang terjadi ditandai dengan perubahan warna larutan dari bening menjadi biru muda dan terbentuk sedikit gas. Persamaan reaksinya yaitu :

3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Berbeda dengan reaksi sebelumnya, produk yang dihasilkan dari percobaan ini adalah gas NO. biloks nitrogen pada senyawa ini adalah +2. perbedaan hasil reaksi ini disebabkan karena adanya perbedaan konsentrasi dari asam nitrat.
Keadaan asam nitrat yang sebenarnya dicapai ketika asam nitrat direduksi, tergantung pada beberapa factor, termasuk konsentrasi asam nitratnya, kereaktfan zat pereduksinya dan suhu. Ingat, bahwa logam yang lebih reaktf dari hydrogen, membebaskan gas hydrogen bila bereaksi dengan asam klorida. Tetapi, dengan asam nitrat, hydrogen tak merupakan jumlah yang berarti dari produk reduksi terakhir. Melainkan, kebanyakan merupakan produk yang terjadi karena reduksi nitrogen dengan bilangan oksidasi +5 itu. Produk-produk yang paling umum dilepaskan sebagai gas adalah nitrogen dioksida, NO2 , dan nitrogen (II) oksida, NO. karena NO2 berwarna coklat,dan NO tak berwarna, mereka bias dibedaan. Makin pekat asam nitratnya, dan makin kurang aktif logamnya, makin besar kecenderungan untuk membentuk NO2.

2. Pemanasan Garam Nitrat
Kalium nitrat merupakan sumber alami mineral nitrogen. Senyawa ini tergolong senyawa nitrat dengan rumus kimia KNO3. pada percobaan ini kita memanaskan kalium nitrat dengan cara memasukkan garam tersebut ke dalam tabung reaksi, kemudian dipanaskan. Setelah dipanaskan , kalium nitrat mencair,dan dihasilkan gas. Hal ini menandakan terjadinya dekomposisi termal, menurut persamaan reaksi sebagai berikut :

2KNO3 2NaNO2 + O2

Reaksi garam nitrat, oleh panas, hasilnya berbeda-beda tergantung pada logamnya. Nitrat dari natrium dan kalium melepaskan oksigen dan tertinggallah nitrit-nitrit padat. Garam Ammonium nitrat apabila dipanaskan menghasilkan nitrogen dioksida dan uap air. Nitrat dari logam-logam mulia, apabila dipanaskan akan meninggalkan residu berupa logamnya, serta suatu campuran nitrogen dioksida dan oksigen dilepaskan. Nitrat dari logam-logam lainnya seperti timbel dan tembaga, melepaskan oksigen dan nitrogen dioksida, dan meninggalkan residu berupa oksida logamnya.

2NaNO3 2NaNO2 + O2
NH4NO3 N2O + 2H2O
2AgNO3 2Ag + 2NO2 + O2
2Pb(NO3)2 2PbO + 2NO2 + O2

3. Reduksi Nitrat Dalam Larutan Basa
Asam nitrat merupakan zat pengoksidasi kuat. Pada percobaan ini kita mengamati reaksi reduksi asam nitrat dalam larutan basa. Langkah pertama yang dilakukan yaitu mengukur 2 ml HNO3 2 M dan 5 ml larutan NaOH encer. Selanjutnya ditambahkan sekeping logam aluminium kedalam campuran tersebut, kemudian dipanaskan. Ketika dipanaskan, terjadi reaksi yang ditandai dengan terbentuknya gelembung-gelembung gas. Semakin lama pemanasan, maka semakin banyak pula gelembung gas yang dihasilkan. Gas yang dihasilkan dari reasi ini merupakan gas NH3, menurut persamaan reaksi :

3NO3- + 8Al + 5OH- + 18H2O 3NH3 + 8[Al(OH)4]-

reaksi diatas merupakan reaksi reduksi nitrat, dimana biloks dari nitrogen yang semula +5, mengalami reduksi atau kenaikan bilangan oksidasi menjadi +3.

4. Reaksi Redos Asam Nitrat
Pada percobaan ini kita mereaksikan asam sulfat dengan NaNO3 dalam keadaan dingin. Langkah pertama yang dilakukan yaitu mengukur 10 ml asam sulfat encer, dan dimasukkan kedalam tabung reaksi kemudian didinginkan dalam es selama 5 menit. Selanjutnya asam sulfat yang telah dingin tersebut dimasukan ke dalam tabung reaksi yang berisi 1 gram NaNO3. setelah dilakukan pencampuran, dapat diamati bahwa NaNO3 larut dalam asam sulfat encer(dingin). Persamaan reaksinya yaitu:

4NO3- + 2H2SO4 4NO2 + O2 + 2SO42- + 2H2O

larutan yang diperoleh ini mengandung asam nitrit. Larutan tersebut kemudian dibagi menjadi 3 bagian.
Asam nitrit (bagian pertama) dipanaskan dan diperhatikan gas yang terbentuk. Ketika dipanaskan terbentuk gelembung-gelembung gas yang banyak. Hal ini menandakan terjadinya dekomposisi termal.
Asam ntrit (bagian kedua) dimasukkan ke dalam tabung reaksi, kemudian dtambahkan sedikit kalium Iodida. Persamaan reaksi yang teradi yaitu:

2HNO2 + 2I- I2 + 2NO + 2OH-

selanjutnya Asam Nitrit (bagian ketiga) direaksikan dengan larutan KMnO4 , persamaan reaksi yang terjadi yaitu:

2MnO4- + 5NO2- + 6H+ 2Mn2+ + 5NO3- + 3H2O
pada reaksi ini diata, asam nitrit berfungsi sebagai pereduksi permanganate dengan disertai pembentukan ion-ion nitrat.

H. KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan yang dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa:
1. Asam nitrat bersifat oksidator dan laju reduksi serta hasil reduksinya sangat dipengaruhi oleh konsentrasinya. Makin pekat asam nitratnya, dan makin kurang aktif logamnya, maka semakin besar kecenderungan untuk membentuk NO2-
2. Garam nitrat dapat mengalami dekomposisi termal
3. Reaksi garam nitrat, oleh panas, hasilnya berbeda-beda tergantung pada logamnya. Nitrat dari kalium melepaskan oksigen dan tertinggallah nitrit-nitrit padat.

DAFTAR PUSTAKA

Achmad, Hiskia. 2001. Kimia Unsur dan Radiokimia. Bandung: PT. Citra Aditya Bkti.
Keenan, Kleinfelter. 1984. Kimia Untuk Universitas. Jakarta : Penerbit Erlangga.
Svehla,G..Vogel. 1985. Analisis Anorganik Kualtatif Makro Dan Semimikro. Jakarta: PT. Kalman Media Pustaka.
Team Teaching. 2009. Penuntun Modul Praktikum Kimia Anorganik. Gorontalo : UNG.
http://www.wikipedia.org/wiki/asam_nitrat
http://id.wikipedia.org/redoks/