Nota Kimia Tingkatan 5 Bab 1: Keseimbangan Redoks
RINGKASAN
Ringkasan Komprehensif
Bab ini meneroka konsep Keseimbangan Redoks, iaitu tindak balas kimia di mana proses pengoksidaan dan penurunan berlaku secara serentak. Tindak balas ini adalah asas kepada pelbagai fenomena semula jadi dan aplikasi industri, daripada pembakaran bunga api dan tujahan roket kepada penjanaan elektrik dalam sel kimia, pengekstrakan logam, dan proses pengaratan.
1. Definisi Pengoksidaan dan Penurunan
Tindak balas redoks boleh ditakrifkan melalui empat perspektif utama:
1. Dari Segi Oksigen:
◦ Pengoksidaan: Penambahan oksigen kepada suatu bahan. (Contoh: Magnesium bertindak balas dengan karbon dioksida membentuk magnesium oksida).
◦ Penurunan: Kehilangan oksigen daripada suatu bahan. (Contoh: Karbon dioksida kehilangan oksigen untuk membentuk karbon).
2. Dari Segi Hidrogen:
◦ Pengoksidaan: Kehilangan hidrogen daripada suatu bahan. (Contoh: Hidrogen sulfida kehilangan hidrogen apabila bertindak balas dengan klorin).
◦ Penurunan: Penambahan hidrogen kepada suatu bahan. (Contoh: Klorin menerima hidrogen untuk membentuk hidrogen klorida).
3. Dari Segi Pemindahan Elektron:
◦ Pengoksidaan: Kehilangan elektron oleh suatu bahan. Bahan yang kehilangan elektron bertindak sebagai agen penurunan. (Contoh: Atom magnesium, Mg, kehilangan elektron untuk menjadi ion Mg²⁺).
◦ Penurunan: Penerimaan elektron oleh suatu bahan. Bahan yang menerima elektron bertindak sebagai agen pengoksidaan. (Contoh: Molekul oksigen, O₂, menerima elektron).
4. Dari Segi Perubahan Nombor Pengoksidaan:
◦ Pengoksidaan: Pertambahan nombor pengoksidaan suatu unsur.
◦ Penurunan: Pengurangan nombor pengoksidaan suatu unsur.
◦ Ini adalah takrifan paling meluas yang merangkumi semua jenis tindak balas redoks, termasuk yang melibatkan sebatian kovalen.
2. Entiti Utama dalam Tindak Balas Redoks
• Agen Pengoksidaan: Bahan yang mengoksidakan bahan lain dan ia sendiri diturunkan dalam proses tersebut. Ia menerima elektron. Contohnya termasuk Kalium manganat(VII) berasid (KMnO₄) dan air klorin (Cl₂).
• Agen Penurunan: Bahan yang menurunkan bahan lain dan ia sendiri dioksidakan dalam proses tersebut. Ia menderma elektron. Contohnya termasuk logam reaktif (seperti Zink, Zn) dan Ferum(II) sulfat (FeSO₄).
3. Aplikasi dan Konsep Utama
• Keupayaan Elektrod Piawai (E⁰): Ukuran kecenderungan suatu bahan untuk menerima atau membebaskan elektron pada keadaan piawai. Nilai E⁰ digunakan untuk:
◦ Menentukan kekuatan agen pengoksidaan dan agen penurunan.
◦ Meramalkan sama ada suatu tindak balas redoks boleh berlaku.
◦ Mengira voltan sel kimia.
◦ Bahan dengan nilai E⁰ lebih positif ialah agen pengoksidaan yang lebih kuat, manakala bahan dengan nilai E⁰ lebih negatif ialah agen penurunan yang lebih kuat.
• Sel Kimia (Sel Voltan/Galvani): Peranti yang menukarkan tenaga kimia kepada tenaga elektrik melalui tindak balas redoks spontan.
◦ Anod (Terminal Negatif): Tempat berlakunya pengoksidaan.
◦ Katod (Terminal Positif): Tempat berlakunya penurunan.
◦ Elektron mengalir dari anod ke katod melalui litar luar.
◦ Contoh klasik ialah Sel Daniell, yang menggunakan elektrod zink dan kuprum.
• Sel Elektrolisis: Proses penguraian sebatian (elektrolit) dalam keadaan lebur atau larutan akueus kepada unsur juzuknya menggunakan tenaga elektrik.
◦ Anod (Terminal Positif): Tempat berlakunya pengoksidaan (anion bergerak ke sini).
◦ Katod (Terminal Negatif): Tempat berlakunya penurunan (kation bergerak ke sini).
◦ Aplikasi termasuk penyaduran logam, penulenan logam, dan pengekstrakan logam reaktif seperti aluminium.
• Pengekstrakan Logam:
◦ Elektrolisis: Digunakan untuk logam yang sangat reaktif (contoh: aluminium daripada bauksit).
◦ Penurunan oleh Karbon: Digunakan untuk logam yang kurang reaktif daripada karbon (contoh: besi daripada hematit dalam relau bagas).
• Pengaratan: Satu contoh kakisan logam yang merupakan tindak balas redoks. Besi (Fe) dioksidakan kepada ion ferum(II), Fe²⁺ (di anod) manakala oksigen (O₂) diturunkan dengan kehadiran air untuk membentuk ion hidroksida, OH⁻ (di katod). Kehadiran elektrolit seperti garam atau asid mempercepatkan proses ini.
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Agen Pengoksidaan | Bahan yang menyebabkan pengoksidaan berlaku pada bahan lain, manakala ia sendiri mengalami penurunan (menerima elektron). |
| Agen Penurunan | Bahan yang menyebabkan penurunan berlaku pada bahan lain, manakala ia sendiri mengalami pengoksidaan (menderma elektron). |
| Anod | Elektrod di mana tindak balas pengoksidaan berlaku. Dalam sel kimia, ia adalah terminal negatif. Dalam sel elektrolisis, ia adalah elektrod yang disambungkan ke terminal positif bateri. |
| Elektrolisis | Proses penguraian suatu sebatian (elektrolit) dalam keadaan lebur atau larutan akueus kepada unsur juzuknya apabila arus elektrik dialirkan melaluinya. |
| Elektrolit | Bahan yang dapat mengalirkan arus elektrik dalam keadaan lebur atau larutan akueus dan mengalami perubahan kimia. Kekonduksiannya disebabkan oleh ion-ion yang bebas bergerak. |
| Katod | Elektrod di mana tindak balas penurunan berlaku. Dalam sel kimia, ia adalah terminal positif. Dalam sel elektrolisis, ia adalah elektrod yang disambungkan ke terminal negatif bateri. |
| Keadaan Pengoksidaan | Juga dikenali sebagai nombor pengoksidaan. Ia merujuk kepada cas yang dimiliki oleh suatu unsur dalam sebatian jika pemindahan elektron dianggap berlaku sepenuhnya. |
| Keupayaan Elektrod Piawai (E⁰) | Beza keupayaan yang terhasil apabila wujud keseimbangan antara elektrod dan larutan ionnya pada keadaan piawai (kepekatan 1.0 mol dm⁻³, suhu 25 °C, tekanan 1 atm). |
| Pengaratan | Proses kakisan logam yang berlaku khusus pada besi, iaitu tindak balas redoks antara besi, oksigen, dan air untuk membentuk ferum(III) oksida terhidrat (Fe₂O₃.xH₂O). |
| Pengoksidaan | Proses yang melibatkan: penambahan oksigen, kehilangan hidrogen, kehilangan elektron, atau pertambahan nombor pengoksidaan. |
| Penurunan | Proses yang melibatkan: kehilangan oksigen, penambahan hidrogen, penerimaan elektron, atau pengurangan nombor pengoksidaan. |
| Sel Kimia | Juga dikenali sebagai sel voltan atau sel galvani. Peranti yang menukarkan tenaga kimia kepada tenaga elektrik melalui tindak balas redoks. |
| Sel Elektrolisis | Peranti yang menggunakan tenaga elektrik untuk menjalankan tindak balas redoks yang tidak spontan, menyebabkan penguraian elektrolit. |
| Siri Elektrokimia | Satu siri penyusunan logam mengikut tertib keupayaan elektrod piawai (E⁰), dari yang paling negatif kepada yang paling positif. |
| Tindak Balas Penyesaran | Tindak balas di mana logam yang lebih elektropositif (agen penurunan lebih kuat) menyesarkan logam yang kurang elektropositif daripada larutan garamnya. Begitu juga, halogen yang lebih reaktif (agen pengoksidaan lebih kuat) menyesarkan halogen yang kurang reaktif daripada larutan halidanya. |
| Tindak Balas Redoks | Tindak balas kimia di mana pengoksidaan dan penurunan berlaku secara serentak. |
Koleksi Latihan
| 1 | 2 |
| 3 | 4 |
| 5 | 6 |