Tindak balas redoks

Tindak balas redoks merangkumi kesemua proses kimia yang melibatkan perubahan nombor pengoksidaan (keadaan pengoksidaan) pada atom-atomnya.

Ini termasuklah proses redoks ringkas seperti pengoksidaan karbon untuk menghasilkan karbon dioksida, penurunan karbon oleh hidrogen untuk memberikan metana, atau pengoksidaan gula dalam badan manusia, menerusi satu siri proses pemindahan elektron yang sangat rumit.

Istilah redoks (redox) datangnya daripada dua konsep iaitu penurunan (daripada Bahasa Inggerisnya reduction) dan pengoksidaan (oxidation). Ia boleh diterangkan menggunakan penjelasan mudah:
Pengoksidaan menerangkan tentang kehilangan elektron oleh suatu molekul, atom atau ion
Penurunan menerangkan tentang penerimaan elektron  oleh suatu molekul, atom atau ion

Akan tetapi, penjelasan ini (walaupun mencukupi bagi kebanyakan tujuan) tidak tepat sepenuhnya. Pengoksidaan dan penurunan sebenarnya merujuk kepada perubahan nombor pengoksidaan—pemindahan sebenar elektron mungkin tidak akan berlaku. Oleh itu, takrifan yang lebih baik bagi pengoksidaan ialah peningkatan dalam nombor pengoksidaan, dan penurunan sebagai pengurangan dalam nombor pengoksidaan. Secara amalannya, pemindahan elektron sentiasa mengakibatkan perubahan nombor pengoksidaan, tetapi terdapat banyak tindak balas yang dikelaskan sebagai redoks, walaupun tidak ada elektron yang berpindah (contohnya yang melibatkan ikatan kovalen).)

Agen pengoksidaan dan agen penurun 

Bahan yang mampu mengoksida bahan-bahan lain dinamakan oksidatif atau oksidaan dan dikenali sebagai agen pengoksidaan, atau bahan pengoksida. Dilihat dari sudut berbeza, bahan pengoksida mengeluarkan elektron daripada bahan-bahan lain, lalu menurunkan diri sendiri. Bahan pengoksida biasanya merupakan bahan kimia daripada unsur dengan nombor pengoksidaan yang tinggi (contohnya, H2O2, MnO4-, CrO3, Cr2O72-, OsO4) atau bahan dengan keelektronegatifan tinggi yang boleh menerima satu atau dua elektron lebihan dengan mengoksidakan sesuatu bahan (O, F, Cl, Br).

Bahan yang mampu menurunkan bahan-bahan lain dinamakan reduktif dan dikenali sebagai agen penurunan, atau bahan penurun. Dilihat dari segi berlainan, bahan penurun memindahkan elektronnya pada bahan lain. Bahan penurun, dalam bidang kimia adalah sangat pelbagai. Penurun logam - logam keunsuran elektropositif boleh digunakan (Li, Na, Mg, Fe, Zn, Al) sebagai agen penurunan. Logam-logam ini dengan sedianya menderma atau membuang elektron. Jenis bahan penurun lain termasuklah reagen pemindah hidrida (NaBH4, LiAlH4), reagen-reagen ini digunakan dengan meluasnya dalam kimia organik, terutamanya dalam penurunan sebatian karbonil kepada alkohol. Kaedah berguna yang lain ialah penurunan yang melibatkan gas hidrogen (H2) dengan mangkin paladium, platinum, atau nikel. Penurunan-penurunan bermangkin ini digunakan terutamanya dalam penurunan ikatan karbon-karbon ganda dua atau ganda tiga.

Cara melihat proses redoks dari segi kimia ialah bahan penurun memindahkan elektron kepada bahan pengoksida. Oleh itu, dalam tindak balas ini, bahan penurun atau agen penurunan kehilangan elektron dan adalah teroksida, manakala bahan pengoksida atau agen pengoksidaan menerima elektron dan diturunkan.

Pengoksidaan dalam industri 

Pengoksidaan digunakan dalam bermacam-macam  jenis industri, contohnya dalam penghasilan produk pencuci.

Tindak balas redoks adalah asas kepada sel elektrokimia.

Contoh-contoh tindak balas redoks 

Satu contoh yang baik adalah tindak balas antara hidrogen dan fluorin:

Kita boleh menulis tindak balas keseluruhan sebagai dua tindak balas separa: 
tindak balas pengoksidaan

dan tindak balas penurunanan

Menganalisa setiap tindak balas separa dengan berasingan dapat membuatkan proses kimia keseluruhan kelihatan lebih jelas. Oleh sebab tidak terdapatnya perubahan bersih jumlah cas semasa tindak balas redoks, maka nombor elektron lebihan dalam tindak balas pengoksidaan semestinya bersamaan dengan nombor yang telah digunakan dalam tindak balas penurunan (seperti yang tertunjuk di bawah).

Unsur-unsur, walaupun dalam bentuk molekul, akan sentiasa mempunyai nombor pengoksidaan sifar. Pada separuh pertama tindak balas, hidrogen dioksidakan daripada nombor pengoksidaan sifar kepada nombor pengoksidaan +1. Pada separuh kedua tindak balas, fluorin diturunkan daripada nombor pengoksidaan sifar kepada nombor pengoksidaan −1.

Apabila ditambahkan tindakbalas-tindakbalas tersebut, elektron-elektron akan terbatal:

Dan ion-ion bergabung membentuk hidrogen fluorida:

Contoh-contoh lain 

besi(II) dioksidakan menjadi besi(III):
Fe2+ → Fe3+ + e-

hidrogen peroksida diturunkan kepada hidroksida dengan kehadiran asid:
H2O2 + 2 e- → 2 OH-

persamaan keseluruhan bagi di atas:
2Fe2+ + H2O2 + 2H+ → 2Fe3+ + 2H2O

denitrifikasi, nitrat diturunkan kepada nitrogen dengan kehadiran asid:
2NO3- + 10e- + 12 H+ → N2 + 6H2O

besi teroksida kepada besi(III) oksida manakala oksigen diturunkan lalu menghasilkan besi(III) oksida (lazimnya dikenali sebagai pengaratan atau menjadi kusam):
4Fe + 3O2 → 2 Fe2O3.

Pembakaran hidrokarbon, contohnya dalam enjin pembakaran dalaman, menghasilkan air, karbon dioksida, sesetengah bentuk separa teroksida seperti karbon monoksida serta tenaga haba. Pengksidaan lengkap bahan-bahan yang mengandungi karbon akan menghasilkan karbon dioksida.

Dalam kimia organik, pengoksidaan berperingkat suatu hidrokarbon akan menghasilkan air dan, secara turutan, alkohol, aldehid atau keton, asid karboksilik, dan kemudiannya peroksida.

Tindak balas redoks dalam biologi 

Kebanyakan tenaga biologi disimpan dan dilepaskan melalui tindak balas redoks. Fotosintesis melibatkan penurunan karbon dioksida menjadi gula dan pengoksidaan air kepada molekul oksigen. Tindak balas berbalik, respirasi, mengoksidakan gula untuk menghasilkan karbon dioksida dan air. Sebagai langkah perantaraan, sebatian karbon yang telah diturunkan digunakan pula untuk menurunkan nikotinamida adenina dinukleotida (NAD+), yang menyumbang kepada pembentukan kecerunan proton. Kecerunan ini memacukan sintesis adenosina trifosfat ATP dan dikekalkan menerusi penurunan oksigen.  Dalam sel-sel haiwan, mitokondria menjalankan fungsi-fungsi yang serupa. Lihat rencana Keupayaan membran''.

Istilah keadaan redoks''' selalunya digunakan untuk menerangkan keseimbangan NAD+/NADH dan NADP+/NADPH dalam sistem biologi seperti sel atau organ. Keadaan redoks dicerminkan dalam keseimbangan beberapa set metabolit (contohnya laktat dan piruvat, beta-hidroksibutirat dan asetoasetat) yang saling ubahannya bergantung kepada nisbah-nisbah ini. Keadaan redoks yang tidak normal boleh terhasil dalam beberapa situasi mudarat, seperti hipoksia, kejutan, dan sepsis. Pengisyaratan redoks membabitkan kawalan proses sel melalui proses redoks.

Kitar redoks 
Metabolisme agen antitumor yang mengandungi kuinon melibatkan penurunan berenzim kuinon oleh satu atau dua elektron. Penurunan ini mengakibatkan pembentukan semikuinon atau hidrokuinon bagi drug antibarah. Pemindahan elektron daripada semikuinon kepada oksigen menyebabkan penghasilan kuinon yang asal. Penurunan daripada reduktase diikuti dengan pengoksidaan oleh molekul oksigen (dioksigen) yang dikenali sebagai kitar redoks.

Rujukan 
 http://www.bioscience.org/2000/v5/d/gutier/gutier.pdf

Lihat juga 

 Biopemulihan
 Kitar Calvin
 Kitar asid sitrik
 Sel elektrokimia
 Elektrokimia
 Sel galvani
 Keupayaan membran
 Tindak balas termik
 Agen penurun
 Proses Bessemer

Pautan luar 

 ORP Meter
 Redox Reactions Calculator
 Redox reactions at Chemguide

Elektrokimia
Kimia tanah