Laporan Praktikum Kimia Anorganik: Bilangan Oksidasi Nitrogen

Tujuan Percobaan

Mempelajari reaksi redoks asam nitrat dan garam nitrat, reaksi redoks asam nitrit dan reaksi redoks ammonia.

Landasan Teori

Nitrogen adalah unsur yang melimpah di Bumi; itu membuat 78,1% dari atmosfer bumi dan merupakan nutrisi penting untuk semua bentuk kehidupan. Sebagian besar nitrogen ini dalam bentuk gas nitrogen (N2) tidak reaktif dan tidak tersedia untuk digunakan oleh sebagian besar organisme hidup. Tetapi sebagian darinya, diperbaiki oleh proses alami atau antropogenik, dalam bentuk reaktif Nr, yang meliputi nitrogen oksida (NOx), nitrogen tereduksi (NHx), nitrous oksida (N2O), asam nitrat (HNO3), dan organik lainnya dan bentuk anorganik, tersedia untuk digunakan oleh organisme hidup (Stevens, 2019)

Nitrogen hadir di banyak reaksi oksidasi seperti yang tercantum pada Tabel 1. Ada dua bentuk kelarutan nitrogen yaitu Dissolved Inorganic Nitrogen dan Dissolved Organic Nitrogen. Dissolved Organic Nitrogen merupakan ion nitrogenanorganik terlarut, misalnya NO₃^–, NO₂^–, dan NH₄⁺. Dissolved Inorganic Nitrogen dihasilkan dari proses remineralisasi nitrogen organik (Meirinawati, 2017).

Tabel 1. Bentuk Nitrogen dan Oksidasi Nitrogen (Meirinawati, 2017)

Bilangan oksidasi nitrogen menentukan reaksi redoks yang mengubah satu bentuk ke bentuk lain yang ditunjukkan Beberapa proses transformasi nitrogen diantaranya asimilasi, fiksasi N2, dan remineralisasi atau amonifikasi, oksidasi amonium, dan oksidasi nitrit (Voss, et al., 2013)

Nitrat merupakan salah satu bentuk persenyawaan nitrogen yang tidak bersifat toksik, dan dapat dijadikan sebagai indikator kesuburan suatu perairan yang diwujudkan dalam pertumbuhan fitoplankton sebagai sumber nutrisi alami bagi ikan. Nitrat merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan menjadi protein (Kusumaningtyas, 2010).

Nitrat nitrogen sangat mudah larut dalam air dan bersifat stabil (Nasution, 2019). Senyawa ini dihasilkan dari proses oksidasi sempurna senyawa nitrogen di dalam perairan (Kusumaningtyas, 2010)

Tembaga adalah logam coklat kemerahan, banyak digunakan dalam pipa ledeng dan kabel listrik; Tembaga dioksidasi oleh asam nitrat pekat, HNO3, untuk menghasilkan ion Cu2 + (Cotton & Wilkinson, 1988); asam nitrat direduksi menjadi nitrogen dioksida, gas coklat beracun dengan bau yang mengganggu:

Cu (s) + 4HNO3 (aq) → Cu (NO3)2 (aq) + 2NO2 (g) + 2H2O (l)

Ketika tembaga pertama kali dioksidasi, larutan sangat pekat, dan produk Cu2 + awalnya dikoordinasikan menjadi ion nitrat dari asam nitrat, memberikan larutan pertama berwarna hijau, dan kemudian warna kehijauan-kecoklatan. Ketika larutan diencerkan dengan air, molekul air menggantikan ion nitrat di situs koordinat di sekitar ion tembaga, menyebabkan larutan berubah menjadi warna biru (Cotton & Wilkinson, 1988). Dalam asam nitrat encer, reaksi menghasilkan oksida nitrat, NO:

3Cu (s) + 8HNO3 (aq) → 3Cu (NO3) 2 (aq) + 2NO (g) + 4H2O (l)

Perubahan nitrogen terjadi dengan cepat. Setelah semua tembaga bereaksi, larutan diencerkan dengan air suling, mengubah larutan dari warna coklat tua menjadi biru pucat (Cotton & Wilkinson, 1988). Pada percobaan ini dilakukan reaksi Asam Nitrat dengan Tembaga, Pemanasan Garam Nitrat, Reduksi Nitrat dalam Larutan Basa dan Pembentukan, dan Reaksi Redoks Asam Nitrit

Alat Dan Bahan

Tabung reaksi, Gelas kimia 250 ml, Labu erlenmeyer 100 ml, Batang pengaduk, Lakmus indicator,NaOH 0,05M, Asam sulfat 0,05M, HNO3 2M, Kalium nitrat, Asam nitrat pekat, Tembaga nitrat, KI, Amonium dikromat, KMnO4, Logam aluminium, dan Es batu

Skema Kerja

Reaksi Asam Nitrat dengan Tembaga

(Gambar 1. Skema Asam Nitrat dengan Tembaga)

Pemanasan Garam Nitrat

(Gambar 2. Skema Pemanasan Garam Nitrat)

Reduksi Nitrat dalam Larutan Basa

(Gambar 3. Skema Reduksi Nitrat dalam Larutan Basa)

Pembentukan dan Reaksi Redoks Asam Nitrit

(Gambar 4. Pembentukan dan Reaksi Redoks Asam Nitrit)

Prosedur Kerja

Reaksi Asam Nitrat dengan Tembaga

Dimasukkan logam tembaga ke dalam tabung reaksi. ditambahkan beberapa tetes asam nitrat pekat.Diencerkan 2 ml asam nitrat untuk memperoleh larutan asam nitrat 7 M. Ditambahkan 3 keping tembaga dan perhatikan gas yang terbentuk.

Pemanasan Garam Nitrat

Dipanaskan KNO3 padat dalam tabung reaksi.Didalam tabung reaksi yang berbeda, dipanaskan Cu(NO3)2 padat. diuji gas yang dihasilkan dan sisa padatan dalam tabung reaksi. Dimati perubahan yang terjadi pada kedua tabung.

Reduksi Nitrat dalam Larutan Basa

Ke dalam tabung reaksi dimasukkan 2 ml HNO3 2M dan 5 ml larutan NaOH encer. Ditambahkan satu keping logam Al, kemudian dipanaskan. diperiksa gas yang dihasilkan menggunakan kertas lakmus.

Pembentukan dan Reaksi Redoks Asam Nitrit

Dinginkan 10 mL asam sufat encer dalam tabung reaksi dengan es selama 5 menit. Dimasukkan asam sulfat tersebut ke dalam tabung yang berisi 1gram NaNO3. Dicatat warna larutan, senyawa apa yang terbentuk. Dibagi larutan menjadi 3 bagian. dipanaskan tabung 1 kemudian amati gas yang terbentuk. Ke dalam tabung kedua, ditambahkan sedikit KI. diamati perubahannya. Ke dalam tabung ketiga, ditambahkan KMnO4 dan diamati perubahannya.

Hasil Dan Pembahasan

Hasil

Berdasarkan percobaan dari reaksi asam nitrat dengan tembaga, pemanasan garam nitrat, reduksi nitrat dalam larutan basa, dan pembentukan dan reaksi redoks asam nitrit, diperoleh hasil pada tabe1.

Tabel 2. Hasil Percobaan Bilangan Oksidasi Nitrogen

Pembahasan

Reaksi Asam Nitrat dengan Tembaga

Pada percobaan Reaksi Asam Nitrat dengan Tembaga dengan konsentrasi asam nitrat pekat, tembaga berupa keping dimasukkan kedalam asam nitrat pekat menghasilkan Larutan berubah menjadi hijau kebiruan dan terdapat gelembung-gelembung gas yang menindikasikan gas NO2 serta keping tembaga melarut. Larutan berubah warna menjadi hijau setelah ditambahkan logam Cu pada hal ini seharusnya bewarna biru namun dikarenakan terjadi pegamatan dalam video yang kurang jelas mengakibat analisis secara kualitatif dalam reaksi sulit diamati. Pada percobaan ini terdapat asap coklat dan gelembung gas ketika dipanaskan. Tembaga larut dalam larutan. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

HNO3 (l) + Cu (s) → NO2 (g) + Cu2+ (aq) + 2OH- (aq)

Reaksi Asam Nitrat dengan Tembaga, tembaga mengalami reaksi oksidasi dari Cu menjadi Cu²⁺ atau Cu bertindak reduktor karenan tembaga mengalami kenaikan bilangan oksidasi dari 0 menjadi +2. Sedangkan pada nitrogen mengalami reduksi atau bertindak sebagai oksidator dengan penurunan bilangan oksidasi dari +5 menjadi +4. Dalam Reaksi Asam Nitrat dengan Tembaga warna biru kehijauan yang dihasilkan dalam larutan disebabkan karena adanya ion Cu²⁺.

Percobaan selanjutnya adalah mereaksikan keping tembaga dengan asam nitrat encer, menghasilkan larutan awalnya bening, terdapat gelembung gas yang menandakan adanya gas NO yang terbentuk ketika dipanaskan, tembaga larut tetapi masih ada sedikit yang tersisa, larutan menjadi berwarna biru transparan warna biru tersebut akibat dari logam Cu. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

HNO3 (aq) + Cu (s) → Cu (NO3)2 (aq) + 2NO (g) + 2H2O (aq)

Dalam reaksi ini Cu bertindak sebagai reduktor atau dengan peningkatan biloks dari 0 menjadi +2. Sedangkan nitrogen sebagai reduktor atau mengalami oksidasi dengan penurunan biloks dari +5 menjadi +2.

Reaksi Asam Nitrat dengan Tembaga pada asam nitrat encer berlangsung lebih lambat dibandingkan reaksi yang dengan asam nitrat pekat. Sehingga dapat dikatakan bahwa semakin tinggi konsentrasi asam nitrat, maka kemampuannya untuk mengoksidasi tembaga pun akan semakin besar. Selain itu produk yang dihasilkan pun juga berbeda dalam percobaan yang menggunakan asam nitrat pekat mengoksidasi Cu menjadi Cu2+ sedangkan percobaan yang menggunakan asam nitrat encer membentuk senyawa Cu (NO3)2.

Pemanasan Garam Nitrat

Pada percobaan Pemanasan Garam Nitrat pada padatan KNO3 dipanaskan hingga meleleh. Serbuk KNO3 setelah dipanaskan menjadi larut dan berbentuk cair dan tak berwarna, menimbulkan gas NO₂. Reaksinya adalah sebagai berikut

2KNO₃ (s) → K₂O (aq) + 2NO₂ (g) + ½ O₂ (g)

Selanjutnya memanaskan Cu(NO3)2 menghasilkan lelehan berwarna biru kehijauan. Ini menandakan bahwa reaksi menghasilkan gas NO2. Serbuk Cu(NO3)2 setelah dipanaskan menjadi larut dan berbentuk cair & berwarna kebiruan, menimbulkan gas akibat pembakaran berwarna agak kebiruan yang menempel pada tabung reaksi. Reaksinya adalah sebagai berikut:

Cu(NO3)2 (s) → CuO (aq)+ 2NO2 (g) + ½ O2 (g)

Dari kedua reaksi percobaan Pemanasan Garam Nitrat di atas, dapat diketahui bahwa pemanasan garam nitrat menghasilkan gas NO₂. Dalam hal ini nitrogen sebagai garam mengalami reduksi.

Reduksi Nitrat dalam Larutan Basa

Pada percobaan reduksi nitrat dalam larutan basa, HNO3 yang dicampurkan dengan larutan NaOH encer menghasilkan larutan tak berwarna, Al dalam larutan mengeluarkan gelembung, dan kertas lakmus yang ada di mulut tabung berwarna biru. Pada mulanya logam Al tenggelam namun beberapa saat kemudian kepingan logam Al mengapung.

Selanjutnya dilakukan pemanasan yang tujuannya untuk menguapkan gas NH3. Setelah diuji menggunakan kertas indikator mengetahui dalam reaksi berada dalam suasana basa pH ≥ 9. Reaksinya adalah sebagai berikut:

3NO₃^–(aq) + 8Al (s) + 5OH^–(aq) + 18H₂O (aq) → NH₃ (g) + 8[Al (OH)₄]- (aq)

Dalam reaksi reduksi nitrat dalam larutan basa nitrogen mengalami reduksi bilangan oksidasi nitrogen dari +5 menjadi -3. Sedangkan aluminium mengalami oksidasi dengan bilangan oksidasi dari 0 menjadi +4.

Pembentukan dan Reaksi Redoks Asam Nitrit

Dalam percobaan ini H2SO4 didinginkan menggunakan dengan tujuan agar gas yang terbentuk pada saaat penguraian NaNO3 lebih sedikit. larutan H2SO4 yang direaksikan dengan NaNO3 menghasilkan Larutan bening, Reaksinya adalah sebagai berikut:

H₂SO₄(aq) + NaNO₃(s) → NaHSO₄(aq) + HNO₂(aq) + ½ O₂(g)

Pada tabung 1 Larutan HNO₂ dipanaskan menghasilkan gas NO dan larutan bening. Reaksi ini membentuk senyawa nitrat. Reaksinya adalah sebagai berikut:

3HNO₂(aq) → HNO₃(aq) + 2NO(g) + H₂O(l)

Reaksi diatas terjadi secara reaksi disproporsionasi atau berasal dari spesies yang sama, dalama reaksi ini nitrogen mengalami oksidasi pada HNO3 dengan kenaikan nilai bilangan oksidasi nitrogen dari +3 menjadi +5 dan mengalami reduksi pada NO dengan penurunan nilai bilangan oksidasi dari +3 menjadi +2.

Pada tabung 2 larutan HNO2 yang ditambahkan KI menghasilkan larutan bening pada percobaan ini seharusnya terbentuk warna bias kuning dalam larutan yang mengindikasi adanya I₂ Iod yang terbentuk. Dalam reaksi berlangsung melalui suasana asam pH < 7 dan menghasilkan gas NO yang tidak berwarna. Reaksinya adalah sebagai berikut:

2NO₂(aq) + 4H⁺(aq) + 2I^–(aq) → 2NO(g) + 2H₂O(l) + I₂(aq)

Dalam reaksi larutan HNO2 yang ditambahkan KI, nitrogen mengalami reduksi dengan penurunan nilai bilangan oksidasi +3 menjadi +2 dimana NO2 bertindak oksidator. Pada I mengalami oksidasi kenaikan oksidasi dari -1 menjadi 0.

Pada tabung 3 campuran antara larutan HNO2 dengan larutan KMnO4 menghasilkan larutan berwarna ungu. Reaksi ini terjadi pada suasana asam atau pH < 7. Persamaan reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

5NO₂^–(aq) + 2MnO₄^–(aq) + 6H⁺(aq) → 5NO₃^–(aq) + 2Mn ²⁺ (aq) + 3H₂O (aq)

Pada Reaksi larutan HNO2 dengan larutan KMnO4, nitrogen mengalami kenaikan oksidasi +3 menjadi +5 atau nitrit bertindak sebagai reduktor, sedangkan Mn mengalami reduksi dari +7 menjadi +2 artinya MnO₄^– yang bertindak sebagai oksidator.

Penutup

Kesimpulan

Reaksi Asam Nitrat dengan Tembaga pada asam nitrat encer berlangsung lebih lambat dibandingkan reaksi yang dengan asam nitrat pekat. Sehingga dapat dikatakan bahwa semakin tinggi konsentrasi asam nitrat, maka kemampuannya untuk mengoksidasi tembaga pun akan semakin besar. Reaksi percobaan pemanasan Garam Nitrat, dapat diketahui bahwa pemanasan garam nitrat menghasilkan gas NO2. Dalam hal ini nitrogen sebagai mengalami reduksi. Reaksi reduksi nitrat dalam larutan basa nitrogen mengalami reduksi bilangan oksidasi nitrogen dari +5 menjadi -3. Pada reaksi pembentukan dan reaksi redoks asam nitrit, asam nitrit dapat dibentuk melaui reaksi penambahan HNO₂ dan larutan KMnO₄.

Saran

Perlu dilakukan pengujian dengan melakukan variasi kosentrasi asam nitrat, atau dilakukan variasi waktu reaksi, dan pH. Perlu dilakukan percobaan reaksi redoks pada Nitrogen yang dimediasi oleh fitoplankton, dan bakteri.

Daftar Pustaka

Cotton, F. A. & Wilkinson, G., 1988. Advanced Inorganic Chemistry. In: 5th edition ed. New York: John Wiley & Sons, pp. 769-771.

Kusumaningtyas, D. I., 2010. Analisis Kadar Nitrat dan Klasifikasi Tingkat Kesuburan. Teknisi Litkayasa pada Balai Riset Pemulihan Sumber Daya Ikan, 8(2), pp. 49-54.

Meirinawati, H., 2017. TRANSFORMASI NITROGEN DI LAUT. Oseana, 42(1), pp. 36-46.

Nasution, M. M., 2019. Completion Fluid dengan Nitrat – Formate. Jurnal Jaring SainTek, 1(2), pp. 41-46.

Stevens, C. J., 2019. Nitrogen in the environment. Insights Prespectives Enviroment, 363(6427), pp. 570-580.

Voss, M. et al., 2013. The marine nitrogen cycle: recent discoveries, uncertainties and the potential relevance of climate change. Phil Trans, 368(1621), pp. 1-11.