Fotokimia Reduksi Ion Besi (III)

A.      JUDUL PERCOBAAN

Fotokimia Reduksi Ion Besi (III)

B.       TUJUAN PERCOBAAN

Mempelajari reaksi reduksi ion besi (III) secara fotokimia dan mempelajari pemanfaatan cetak biru.

C.      KAJIAN TEORI

Keterlibatan foton dalam reaksi kimia telah memperluas kajian kinetika kimia. Salah satu bagian dari kinetika kimia yang melibatkan foton dalam reaksi kimia adalah kinetika reaksi fotokimia. Reaksi fotokimia dapat terjadi akibat radiasi elektromagnetik dan radiasi partikel (Wikipedia, 2010).

Menurut Atkins (1999:368) reaksi yang diakibatkan oleh suatu radiasi dapat menimbulkan suatu reaksi berantai. Dalam reaksi berantai, zat antara yang dihasilkan dalam suatu tahap, menghasilkan zat antara yang reaktif dalam tahap berikutnya dan kemudian zat antara itu menghasilkan zat antara reaktif yang lain, dan seterusnya.

Reaksi kimia akibat radiasi elektromagnetik dan radiasi partikel tersebut dikenal sebagai reaksi radiasi kimia (radiational-chemical reaction) atau reaksi fotokimia (photochemical reaction). Perbedaan jenis reaksi akibat radiasi tersebut tidak begitu tajam. Radiasi dengan frekuensi yang tinggi dapat mengakibatkan ionisasi, dan bila ini terjadi maka reaksi yang terjadi masuk ke dalam kategori reaksi radiasi kimia (Wikipedia, 2010).

Salah satu cara untuk memulai reaksi adalah dengan absorpsi sinar. Sejumlah reaksi baik reaksi rantai maupun bukan reaksi rantai dapat dimulai dengan absorpsi foton. Proses fotokimia merupakan suatu proses yang sangat penting mengingat bahwa kehidupan di Bumi dimulai dengan pemanfaatan tenaga matahari (Tryono, 1994:106).

Banyak reaksi dapat didefinisikan dengan absorpsi sinar, yang paling penting adalah proses fotokimia yang menangkap energi pancaran matahari. Beberapa reaksi ini menyebabkan pemanasan atmosfer pada siang hari, karena absorpsi dalam daerah ultra ungu. Reaksi lainnya, meliputi absorpsi sinar merah dan biru oleh klorofil dan penggunaan berikutnya dari energi, untuk menghasilkan sintesis karbohidrat dari karbon dioksida dan air. Tanpa fotokimia, dunia ini hanya akan merupakan batuan steril yang hangat (Atkins, 1999:372).

Besi merupakan jenis logam yang kelimpahannya di alam nomor dua setelah aluminium. Sebagian besar besi berada dalam bentuk hematite Fe₂O₄, dan siderite FeCO₃. Logam besi mudah larut dalam asam-asam mineral encer. Dengan asam basa non oksidator akan larut menjadi ion besi (II) sedangkan jika udara atau digunakan asam-asam oksidator akan dihasilkan besi (III) (Tim Dosen Kimia Anorganik, 2010:13).

Dimulai dengan unsur ini, tidak terdapat tingkat oksidasi yang sama dengan jumlah total elektron valensi, yang dalam kasus ini adalah 8. Tingkat oksidasi tertinggi adala VI dan jarang dijumpai. Bahkan tingkat oksidasi tri valensi yang menonjol pentingnya pada kromium, sekarang turun menjadi tingkat divalensi (Cotton, 1989:462).

Besi murni cukup reaktif dalam udara lembab cepat teroksidasi memberikan besi (III) oksidasi hidrat (karat) yang tidak sanggup melindungi karena zat ini hancur dan membiarkan permukaan logam yang baru terbuka. Besi yang sangat halus bersifat pirofor (Cotton, 1989:462).

Besi yang murni adalah logam yang berwarna putih perak yang kukuh dan liat. Ia melebur pada 1535^oC. Jarang terdapat besi komersial yang murni, biasanya besi mengandung sejumlah kecil karbida, silisida, dan sulfida dari besi, serta sedikit grafit. Zat-zat pencemar ini memainkan peranan penting dalam kekuatan struktur besi. Besi dapat dimagnetkan. Asam klorida encer atau pekat dan asam sulfat encer melarutkan besi, pada mana dihasilkan garam-garam besi (II) dan gas hidrogen.

Fe + 2H⁺  → Fe²⁺ + H₂

Fe + 2HCL → Fe²⁺ + 2Cl^- + H₂

Asam sulfat pekat yang panas, menghasilkan ion-ion besi (III) dan belerang dioksida:

2Fe + 3H₂SO₄ + 6H⁺ → 2Fe³⁺ + 3SO₂ + 6H₂O

Dengan asam nitrat encer dingin, terbentuk ion besi (II) dan amonia:

4Fe  +  10H⁺  +  NO₃^-  →  4Fe²⁺  +  NH₄⁺  +  3H₂O

Asam nitrat pekat, dingin, membuat besi menjadi pasif ; dalam keadaan ini dia tidak bereaksi dengan asam nitrat encer dan tak pula mendesak tembaga dari larutan air suatu garam tembaga. Asam nitrat 1 + 1 atau asam nitrat pekat yang panas melarutkan besi dengan membentuk gas nitrogen oksida dan ion besi (III)

Fe + HNO₃ + 3H⁺ → Fe³⁺ + NO + 2H₂O

(Svehla, 1990:256).

Ion besi (III) berukuran relatif kecil dengan rapatan muatan 349 C mm-3 untuk low spin dan 232 C mm-3 untuk high spin, hingga mempunyai daya mempolarisasi yang cukup untuk menghasilkan ikatan berkarakter kovalen (Sugiyarto, 2003:242).

Larutan kalium heksasianoferrat (II): endapan biru tua besi (III) heksasianoferrat (biru prusia):

4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4- → Fe₄[Fe(CN)₆]₃

Endapan tak larut dalam asam encer, tetapi terurai dalam asam encer, tetapi terurai dalam asam klorida pekat. Reagensia yang sangat berlebihan melarutkannya sebagian atau seluruhnya. Pada mana diperoleh larutan yang berwarna biru tua (Svehla, 1990:262).

D.      ALAT DAN BAHAN

1.        Alat

a.    Gelas beker 500 ml 1 buah

b.    Penjepit

c.    Batang pengaduk

d.   Piring 3 buah

e.    Lempeng kaca

f.     Gelas ukur 10 ml dan 100 ml @ 1 buah

g.    Botol semprot

2.        Bahan

a.    Asam oksalat 0,5M

b.    Diamonium hidrofosfat 0,5M

c.    Besi (III) klorida 0,5M

d.   Kertas kalkir

e.    Larutan HCl

f.     Larutan K₃Fe(CN)₆ 0,1M

g.    Larutan K₂Cr₂O₇ 0,03M

h.    Aquadest

i.      Tissue

j.      Kertas saring

E.       PROSEDUR KERJA

1.        Membuat larutan campuran 50 mL besi (III) klorida dengan 10 mL larutan diamonium hidrofosfat dalam gelas beker 500 mL. Menyimpan larutan dalam ruang gelap.

2.        Menambahkan 50 mL asam oksalat ke dalam larutan besi (III) klorida yang ada dalam lemari, kemudian diaduk (masih dalam ruang gelap).

3.        Mengambil empat helai kertas kalkir, kemudian dicelupkan ke dalam larutan yang ada di dalam ruang gelap. Mengusahakan agar semua bagian kertas tetapi tidak merusak kertas.

4.        Mengeluarkan kertas dan meletakkan kertas di antara dua kertas saring. Setelah kering, kertas inidigunakan sebaga kertas peka.

5.        Membuat objek yang akan dicetak di dalam kertas kalkir yang ditulis dengan tinta Cina, misalnya ABC.

6.        Meletakkan objek di atas kertas peka dengan tulisan menghadap ke arah cahaya matahari dan dijepit dengan dua lempeng kaca, kemudian dikenai sinar matahari.

7.        Kertas peka yang telah disinari kemudian dicelupkan ke dalam larutan ion heksasianoferrat (III) 0,1 M dalam piring.

8.        Mengeluarkan kertas kemudian dicelupkan ke dalam larutan kalium dikromat encer. Mencuci kertas dengan larutan HCl 0,1 M dan selanjutnya dengan air kran.

9.        Mengeringkan kertas, dan diperoleh hasil cetakan berwarna biru bertuliskan sesuai dengan tulisan yang ada dalam kertas objek.

F.       HASIL PENGAMATAN

50 mL besi (III) klorida (kuning) + 10 mL diammonium hidrofosfat (bening) →  larutan kuning    +  50 mL asam oksalat (bening) →  larutan kuning

kertas kalkir (putih)   larutan kuning  →  kertas peka

Fe3+

Fe3+

Fe3+

Fe3+

Fe3+

Fe3+

Fe3+

Fe3+

objek            +  kertas peka    disinari dengan sinar matahari → kertas peka              (kuning) > kertas peka               (biru tua) > kertas peka             (biru muda)   kertas peka               (biru muda)      kertas peka              (biru muda)  kertas peka              (biru trumbull

G.      PEMBAHASAN

Pada percobaan reduksi ion besi (III), dibuat larutan campuran antara FeCl₃ 0,5 M dengan larutan (NH₄)₂HPO₄. Proses pencampuran dilakukan di dalam ruang gelap). Larutan FeCl₃ di sini berperan sebagai pendonor ion Fe³⁺, sedangkan penambahan larutan diammonium hidrofosfat bertujuan untuk menghambat terjadinya reaksi redoks antara besi (III) dengan asam oksalat disebabkan karena dengan adanya diammonium hidrofosfat, akan menyebabkan Fe(III) tidak dapat direduksi menjadi Fe(II). Adapun tujuan penyimpanan larutan di dalam ruang gelap yaitu untuk memperlambat berlangsungnya reaksi redoks. Hal ini disebabkan karena reaksi redoks yang terjadi sangat cepat. Pada pencampuran kedua larutan tersebut, larutan diammonium hidrofosfat yang semula bening berubah menjadi warna kuning, dengan persamaan reaksi:

FeCl₃ + (NH₄)₂  →  FePO₄ + HCl  + 2 (NH₄)Cl

Setelah itu, ke dalam campuran tersebut ditambahkan asam oksalat sebagai agen pereduksi ion Fe³⁺ menjadi ion Fe²⁺ menghasilkan larutan berwarna kuning. Adapun persamaan reaksinya:

2 FePO₄ + 3 H₂C₂O₄ →  2 FeC₂O₄ + 2 H₃PO₄  + 2 CO₂

Reduksi   :  Fe³⁺ + e    →  Fe²⁺              (x2)

Oksidasi   :  C₂O₄^2-      →  2 CO₂  +  2e  (x1)

                   2 Fe³⁺ + 2e    →  2 Fe²⁺

                   C₂O₄^2-           →  2 CO₂ + 2e

                   2 Fe³⁺  +  C₂O₄^2-  → 2 Fe²⁺ + 2 CO₂

Setelah campuran larutan telah bereaksi sempurna, kertas kalkir kemudian dicelupkan ke dalam campuran larutan yang telah dibuat tersebut. Kertas kalkir yang telah dicelupkan semua, ditempatkan di antara empat kertas saring agar cepat kering, karena kertas saring memiliki pori-pori yang lebih besar dibandingkan dengan kertas peka sehingga mudah menyerap air ataupun larutan yang ada pada kertas peka. Apabila langsung dikeringkan di bawah terik sinar matahari maka dikhawatirkan akan terjadi reaksi reduksi secara langsung sehingga dapat menyebabkan kertas kalkir telah berubah menjadi biru sebelum objek dipindahkan pada kertas kalkir tersebut. Kertas kalkir ini selanjutnya digunakan sebagai kertas peka di mana kertas peka ini mengandung ion Fe2+ yang merupakan hasil dari proses reduksi Fe³⁺ oleh asam oksalat. Selain itu, terdapat pula ion Fe³⁺ (berasal dari asam oksalat yang belum bereaksi) yang kemudian akan direduksi oleh cahaya matahari menjadi Fe²⁺.

Selanjutnya yaitu membuat kertas objek dari kertas kalkir yang ditulis dengan tinta Cina. Penggunaan tinta Cina karena susunan partikelnya yang sangat rapat sehingga tidak tembus cahaya, akibatnya pemindahan objek dengan bantuan cahaya dapat dengan mudah dilakukan.

Proses pemindahan objek di sini yaitu dengan cara meletakkan kertas objek di atas kertas kalkir yang mengandung ion Fe³⁺. Posisi tulisan pada kertas objek menghadap ke arah cahaya matahari, kemudian dijepit dengan dua lempeng kaca dengan tujuan agar kertas objek dan kertas kalkir dapat menempel dengan rapat dan rapi sehingga pemindahan objek yang dihasilkan lebih maksimal. Kertas kalkir disinari dengan cahaya selama beberapa menit agar reaksi berjalan cepat.

Kertas peka yang telah dikeringkan kemudian dicelupkan ke dalam larutan ion heksasianoferrat (III) 0,1 M. Ion heksasianoferrat (III) berfungsi memberikan warna biru dan memperjelas penampakan objek yang ada pada kertas peka. Kepekatan dari warna biru menandakan banyaknya ion besi yang tereduksi menjadi Fe²⁺ karena pengaruh cahaya matahari. Fungsi dari pencucian ini yaitu untuk memperjelas warna ion Fe³⁺ yang tidak tereduksi.

Kertas peka kemudian dicuci dengan kalium dikromat yang berfungsi untuk menghilangkan zat-zat pengotor yang tidak bereaksi dan untuk mempertajam warna cetakan pada kertas kalkir. Setelah itu kertas dicuci lagi dengan HCl untuk menghilangkan ion-ion larutan yang tidak bereaksi yang masih terdapat dalam kertas kalkir, dilanjutkan dengan pencucian menggunakan air kran untuk mengikat besi (III) agar dapat membentuk kompleks dengan molekul air sebagai ligannya. Fungsi pengeringan dengan cahaya matahari setelah proses pencucian agar objek dapat terlihat dengan jelas sehingga mudah diamati. Hasil yang diperoleh kurang maksimal disebabkan karena pada saat pencucian dengan larutan tidak terlalu baik. Objek yang diperoleh berwarna biru trumbul dari Fe₃[Fe(CN)₆]^2- dengan persamaan reaksi:

Reaksi Fe²⁺ dengan ion heksasianoferrat (III):

3 Fe²⁺ + 2 [Fe(CN)₆]³⁺     →   Fe₃[Fe(CN)₆]²⁺ + 6 CN^-

Reaksi Fe³⁺ dengan ion heksasianoferrat (III):

4 Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4-      →   Fe₄[Fe(CN)₆]₂

                                                    biru trumbull

H.      KESIMPULAN DAN SARAN

1.        Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengamatan yang diperoleh, dapat disimpulkan bahwa:

1)   Ion Fe³⁺ dapat direduksi menjadi ion Fe²⁺ dengan bantuan cahaya matahari dan disebut reaksi fotokimia

2)   Reaksi antara ion besi (II) dengan ion heksasianoferrat (III) menghasilkan warna biru prusi/trumbul

2.        Saran

Diharapkan kepada praktikan selanjutnya agar ketika mencampur larutan dilakukan dalam ruang gelap dan juga lebih memperhatikan proses pencucian terhadap kertas peka dan kertas objek agar diperoleh hasil yang maksimal dan dapat disesuaikan dengan teori

DAFTAR PUSTAKA

Atkins. 1999. Kimia Fisika Jilid 2 Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga

Cotton, Wilkinson. 1989. Kimia Anorganik Dasar. Jakarta: UI-Press

Sugiyarto, Kristian H. 2003. Kimia Anorganik II. Yogyakarta: UNJ

Svehla. 1990. Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semi Mikro Bagian I. Jakarta: PT Kalman Media Pustaka

Tim Dosen Kimia Anorganik. 2011. Penuntun Praktikum Kimia Anorganik. Makassar: Laboratorium Kimia FMIPA UNM

Tryono. 1994. Kimia Fisika Dasar-dasar Kinetika dan Katalisis. Jakarta: Depdikbut

Wikipedia. 2010. Mekanisme Reaksi Fotokimia. Online. http://www.wikipedia.com/mekanisme-reaksi-fotokimia-br2.html. diakses tanggal 09 Mei 2011

Description: Fotokimia Reduksi Ion Besi (III)
Reviewer: Unknown
Rating: 4.0
ItemReviewed: Fotokimia Reduksi Ion Besi (III)

Artikel Terkait :