Bilangan oksidasi, juga dikenal sebagai bilangan oksidasi, memainkan peran penting dalam memahami reaksi elektrokimia. Angka-angka ini membantu dalam menentukan bagaimana elektron didistribusikan di antara atom-atom dalam suatu molekul atau ion. Mengetahui bilangan oksidasi setiap unsur dalam suatu senyawa sangat penting untuk memprediksi hasil reaksi elektrokimia, yang merupakan inti dari banyak teknologi, termasuk baterai dan pencegahan korosi.
Bilangan oksidasi adalah bilangan teoretis yang ditetapkan pada suatu atom dalam suatu molekul atau ion yang menunjukkan muatan listrik umum atom tersebut. Hal ini didasarkan pada seperangkat aturan yang mempertimbangkan alokasi elektron dalam obligasi:
Aturan-aturan ini berfungsi sebagai dasar untuk menentukan bilangan oksidasi pada molekul dan ion yang lebih kompleks.
Contoh 1: Air (H₂O)
Menurut aturan, oksigen memiliki bilangan oksidasi -2. Karena ada dua hidrogen, dan masing-masing hidrogen mempunyai bilangan oksidasi +1, muatan keseluruhan hidrogen sama dengan +2. Ini menyeimbangkan muatan -2 oksigen, membuat molekul menjadi netral.
Contoh 2: Natrium Klorida (NaCl)
Natrium, logam, ketika membentuk ion memiliki bilangan oksidasi +1. Klorin, dalam senyawa ini, akan memiliki bilangan oksidasi -1 untuk menyeimbangkan muatan keseluruhan, menjadikan senyawa tersebut netral.
Mengetahui bilangan oksidasi unsur-unsur dalam reaktan dan produk sangat penting dalam elektrokimia. Pengetahuan ini membantu dalam memahami spesies mana yang akan mengalami oksidasi atau reduksi dalam sel elektrokimia.
Sel elektrokimia terdiri dari dua elektroda: anoda (tempat terjadinya oksidasi) dan katoda (tempat terjadinya reduksi). Aliran elektron dari anoda ke katoda melalui rangkaian luar menghasilkan energi listrik.
Misalnya, dalam baterai seng-tembaga sederhana, seng memiliki bilangan oksidasi 0 dalam bentuk unsurnya. Dalam reaksi elektrokimia, ia kehilangan elektron (oksidasi) membentuk ion Zn \(^{2+}\) , sehingga mengubah bilangan oksidasinya dari 0 menjadi +2. Sebaliknya, ion Cu \(^{2+}\) di katoda memperoleh elektron (reduksi), mengubah bilangan oksidasi tembaga dari +2 menjadi 0 saat ia berubah menjadi tembaga metalik.
Perpindahan elektron ini, yang didorong oleh perubahan bilangan oksidasi, inilah yang menghasilkan energi listrik pada baterai.
Eksperimen sederhana untuk mengamati proses reduksi oksidasi melibatkan larutan tembaga(II) sulfat dan paku seng. Ketika paku seng direndam dalam larutan tembaga(II) sulfat, seng teroksidasi, kehilangan elektron membentuk ion Zn \(^{2+}\) . Elektron ini kemudian diperoleh ion Cu \(^{2+}\) yang tereduksi membentuk logam tembaga pada permukaan paku seng. Hal ini dapat diamati dengan adanya perubahan warna pada larutan dan terbentuknya lapisan tembaga pada kuku seng.
Dalam molekul kompleks, menentukan bilangan oksidasi mungkin memerlukan analisis yang cermat, terutama pada molekul yang mengandung unsur yang memiliki banyak bilangan oksidasi.
Contoh: Pada kalium dikromat (K₂Cr₂O₇), kalium (K) mempunyai bilangan oksidasi +1, oksigen (O) mempunyai bilangan oksidasi -2, dan kromium (Cr) perlu dihitung. Dengan mengetahui bahwa terdapat dua ion kalium masing-masing (+1), dan tujuh atom oksigen (masing-masing -2), dan senyawa tersebut netral, kita dapat menghitung bilangan oksidasi kromium.
2(+1) + 2(Cr) + 7(-2) = 0
2 - 14 + 2(Cr) = 0
2(Cr) = 12
Kr = +6
Perhitungan ini menunjukkan bahwa bilangan oksidasi kromium dalam kalium dikromat adalah +6.
Bilangan oksidasi adalah konsep dasar dalam kimia, khususnya elektrokimia, yang membantu memprediksi arah aliran elektron dalam reaksi oksidasi-reduksi. Memahami cara menetapkan dan menghitung angka-angka ini sangat penting untuk menganalisis sel dan reaksi elektrokimia, yang memengaruhi segala hal mulai dari penyimpanan energi dalam baterai hingga strategi perlindungan korosi.