84
Feri Andi Syuhada, 2014 PENGEMBANGAN BUKU AJAR REAKSI REDOKS MENGGUNAKAN KONTEKS KEMBANG API UNTUK MENINGKATKAN LITERASI SAINS PESERTA DIDIK SMA
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu |
perpustakaan.upi.edu
Tujuan Pembelajaran Teks Keluaran
Ketepatan isi materi
konten dan konteks
Kesesuaian antara konten
dengan konteks
Kesesuaian materi dengan
kurikulum tujuan
pembelajaran Ketepatan
ilustrasi gambar
simbol lambang
percobaan Kelayakan
untuk digunakan
oleh peserta didik SMA
Y T
Y T
Y T
Y T
Y T
1.1 Peserta didik mampu
menjelaskan bagaimana
keterkaitan antara komponen penyusun
kembang api dengan konsep reaksi
oksidasi reduksi.
Berdasarkan pengantar kembang api di atas, jelaskan bagaimana keterkaitan komponen penyusun kembang api dengan konsep-konsep reaksi oksidasi reduksi?
2.1
Peserta didik mampu
menjelaskan karakteristik dan
fungsi dari zat pengoksidasi dalam
kembang api.
1. Zat Pengoksidasi
Zat pengoksidasi biasanya merupakan padatan ionik yang kaya oksigen yang terdekomposisi pada suhu tinggi membebaskan gas oksigen. Bahan-bahan ini harus tesedia dalam bentuk murni, dalam
ukuran partikel yang tepat dan harga yang terjangkau. Zat pengoksidasi harus memberikan reaksi netral saat basah, dan stabil pada suhu hingga 100
o
C, dan mudah terurai untuk melepaskan oksigen pada suhu yang lebih tinggi. Untuk penggunaan kimia piroteknik, spesis ion negatif anion yang
digunakan beragam, biasanya mengandung ikatan berenergi tinggi seperti Cl-O atau N-O. Beberapa contoh ion dari zat pengoksidasi yaitu ion nitrat NO
3 -
, ion perklorat ClO
4 -
, ion oksida O
-2
, serta ion klorat ClO
3 -
. Reaksi redoks yang dapat terbentuk dari beberapa zat pengoksidasi ialah, sebagai berikut:
KClO
4
KCl + 2O
2
1.1 4KNO
3
+ 5S 2K
2
O + 2N
2
+ 5SO
2
1.2
Gambar 1. Bagian dalam kembang api
Terkait dengan konsep reaksi oksidasi reduksi
berdasarkan pelepasan
dan pengikatan oksigen.
Terkait dengan konsep reaksi oksidasi reduksi
berdasarkan perubahan biloks.
Terkait dengan konsep reaksi oksidasi reduksi
berdasarkan pelepasan
dan pengikatan elektron
85
Feri Andi Syuhada, 2014 PENGEMBANGAN BUKU AJAR REAKSI REDOKS MENGGUNAKAN KONTEKS KEMBANG API UNTUK MENINGKATKAN LITERASI SAINS PESERTA DIDIK SMA
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu |
perpustakaan.upi.edu
Tujuan Pembelajaran Teks Keluaran
Ketepatan isi materi
konten dan konteks
Kesesuaian antara konten
dengan konteks
Kesesuaian materi dengan
kurikulum tujuan
pembelajaran Ketepatan
ilustrasi gambar
simbol lambang
percobaan Kelayakan
untuk digunakan
oleh peserta didik SMA
Y T
Y T
Y T
Y T
Y T
Beberapa sifat yang harus dipenuhi oleh zat pengoksidasi diantaranya harus rendah tingkat higroskopiknya, yaitu kecenderungan untuk memperoleh kelembaban dari atmosfer. Logam alkali
Li, Na dan K dan logam alkali tanah Ca, Sr dan Ba lebih disukai untuk ion positif. Logam ini merupakan donor elektron yang baik dan tidak akan bereaksi selama penyimpanan dengan bahan
bakar logam aktif seperti Mg dan Al. Selain itu, zat pengoksidasi harus memiliki panas yang baik saat terdekomposisi. Sifat yang terlalu eksotermik dapat menghasilkan ledakan atau campuran
dengan sensitivitas tinggi, sedangkan sifat yang terlalu endotermik akan menyebabkan kesulitan dalam penyulutan, serta perambatan yang kurang baik pada saat pembakaran. Perhatikan contoh zat
pengoksidasi KClO
4
yang direaksikan dengan bahan bakar Mg dalam reaksi berikut: 3KClO
4
+ 12Mg 3KCl + 12MgO
1.3
2.2
Peserta didik mampu
memberikan contoh zat pengoksidasi
pada kembang api beserta sifatnya.
Berikut beberapa contoh zat pengoksidasi yang sering digunakan dalam kembang api sebagai komponen penyusunnya :
Kalium Nitrat KNO
3
Oksidator padat yang digunakan dalam campuran berenergi-tinggi ialah kalium nitrat. Kelebihan yang dimiliki kalium nitrat sebagai oksidator ialah memiliki sifat bahan dengan
kemurnian tinggi serta biaya yang terjangkau, memiliki tingkat higroskopik yang rendah sehingga pembakaran lebih mudah untuk dilakukan, memiliki kandungan oksigen aktif yang tinggi sekitar
39,6, dan dapat terurai pada suhu tinggi. Persamaan reaksinya dapat dilihat sebagai berikut :
2KNO
3
K
2
O + N
2
+ 2,5O
2
Ketika dicampurkan dengan bahan bakar organik sederhana seperti laktosa, kalium nitrat akan sulit terbakar dan berhenti membentuk senyawa kalium nitrit dengan persamaan:
KNO
3
KNO
2
+ 12O
2
Sedangkan dengan bahan bakar yang baik, seperti arang dan logam aktif, kalium nitrat akan bereaksi dengan baik.
Kalium perklorat KClO
4
Kalium perklorat memiliki karakteristik berwarna putih, bahan kristal nonhigroskopik dengan titik leleh 610
o
C. Mengalami dekomposisi pada suhu tinggi membentuk kalium klorida dan gas oksigen, dengan persamaan:
Panas KClO
4
KCl + 2O
2
Reaksi tersebut bersifat eksotermik dan menghasilkan oksigen yang cukup besar. Kandungan oksigen aktif dari KClO
4
sekitar 46,2, ini merupakan satu yang tertinggi yang tersedia untuk
Tahap Elaborasi
86
Feri Andi Syuhada, 2014 PENGEMBANGAN BUKU AJAR REAKSI REDOKS MENGGUNAKAN KONTEKS KEMBANG API UNTUK MENINGKATKAN LITERASI SAINS PESERTA DIDIK SMA
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu |
perpustakaan.upi.edu
Tujuan Pembelajaran Teks Keluaran
Ketepatan isi materi
konten dan konteks
Kesesuaian antara konten
dengan konteks
Kesesuaian materi dengan
kurikulum tujuan
pembelajaran Ketepatan
ilustrasi gambar
simbol lambang
percobaan Kelayakan
untuk digunakan
oleh peserta didik SMA
Y T
Y T
Y T
Y T
Y T
piroteknik. Kalium perklorat dapat digunakan untuk menghasilkan warna api seperti merah ketika dikombinasikan dengan strontium nitrat, kebisingan dengan aluminium, dalam campuran flash dan
suara, dan cahaya dalam campuran potoplash dengan magnesium. Beberapa zat lainnya juga menunjukkan perubahan warna ketika bereaksi. Misalnya pada reaksi pembentukan warna dalam
kembang api oleh SrCl
2
, BaCl
2
dan CuCl.
Aspek sikap 2: Peserta didik
menunjukkan kepedulian terhadap dampak yang
ditimbulkan dari kembang api.
Kalium klorida KCl yang dihasilkan dalam persamaan reaksi 1.3 pada titik didih 1407
o
C dapat menghasilkan asap. Kebanyakan reaksi peledak dan piroteknik menghasilkan jumlah asap yang
cukup bayak. Meskipun pada dasarnya, fenomena tersebut tidak diinginkan karena dapat mengganggu kesehatan. Tidak hanya itu, gas lain seperti SO
2
lihat persamaan reaksi 1.2 juga merupakan gas yang dapat memberikan efek yang kurang baik karena bersifat racun. Oleh karena
itu, untuk menghindari keracunan gas tersebut maka pembakaran harus dilakukan di tempat terbuka atau dengan ventilasi yang baik.
2.3 Peserta didik mampu
menjelaskan karakteristik dan
fungsi dari bahan bakar dalam
kembang api. 2.
Bahan bakar
Selain zat pengoksidasi, campuran piroteknik juga berisi satu atau lebih bahan bakar yang bereaksi dengan oksigen yang dibebaskan dari zat pengoksidasi untuk menghasilkan panas dan produk yang
teroksidasi. Panas ini yang nantinya dapat menghasilkan berbagai efek seperti warna, gerak, cahaya, asap atau bunyi. Misalnya campuran zat pengoksidasi seperti KClO
4
atau KClO
3
dan bahan bakar logam, dapat menghasilkan bunyi ledakan yang keras.
Efek piroteknik yang diinginkan harus dipertimbangkan dengan cermat ketika bahan bakar yang dipilih dipasangkan dengan zat pengoksidasi. Suhu nyala api yang akan diproduksi dan sifat dari
produk reaksi merupakan faktor penting yang harus diperhatikan. Persyaratan yang harus dipenuhi sebagai suatu bahan bakar untuk beberapa kategori piroteknik ialah sebagai berikut:
Bahan pendorong terbang
; merupakan kombinasi penghasil suhu reaksi yang tinggi, berat molekul gas yang rendah, dan tingkat pembakaran yang cepat. Senyawa organik mengandung
karbon seperti glukosa sering digunakan sebagai komponen, karena selain memberikan panas, bahan bakar ini juga dapat menghasilkan tekanan gas yang signifikan melalui produksi
karbondioksida CO
2
, sehingga kembang api dapat terdorong ke atas. Persamaan reaksi yang dihasilkan dapat dilihat sebagai berikut:
3KClO
4
+ C
6
H
12
O
6
6CO
2
+ 6H
2
O + 3KCl glukosa
Komponen yang menerangi;
magnesium umumnya ditemukan dalam campuran karena menghasilkan panas yang baik dan suhu api yang tinggi. Produksi pijar partikel magnesium
oksida MgO dalam api membantu dalam mencapai intensitas cahaya yang baik. Proses tersebut memenuhi persamaan reaksi di bawah ini :
87
Feri Andi Syuhada, 2014 PENGEMBANGAN BUKU AJAR REAKSI REDOKS MENGGUNAKAN KONTEKS KEMBANG API UNTUK MENINGKATKAN LITERASI SAINS PESERTA DIDIK SMA
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu |
perpustakaan.upi.edu
Tujuan Pembelajaran Teks Keluaran
Ketepatan isi materi
konten dan konteks
Kesesuaian antara konten
dengan konteks
Kesesuaian materi dengan
kurikulum tujuan
pembelajaran Ketepatan
ilustrasi gambar
simbol lambang
percobaan Kelayakan
untuk digunakan
oleh peserta didik SMA
Y T
Y T
Y T
Y T
Y T
2Mg + O
2
2MgO
Komponen warna nyala
; suhu reaksi yang tinggi menghasilkan intensitas cahaya yang maksimum, tetapi kualitas warna tergantung pada penghasil warna yang ada dalam nyala.
Magnesium kadang-kadang ditambahkan ke campuran warna nyala untuk menghasilkan intensitas yang lebih tinggi, tetapi kualitas warna mungkin sedikit karena partikel MgO
memiliki emisi yang luas.
Berbagai material dapat digunakan sebagai bahan bakar dalam campuran, dan pemilihan bahan dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti jumlah maupun laju pelepasan panas yang dibutuhkan,
biaya bahan, stabilitas bahan bakar dan jumlah produk gas yang diinginkan. 2.4
Peserta didik mampu
menjelaskan karakteristik dan
fungsi dari binder pengikat dalam
kembang api.
3.
Binder pengikat
Suatu komponen piroteknik biasanya akan berisi 2-6 binder, yang berfungsi menahan semua komponen dalam campuran dan memberikan kekuatan mekanik hingga dihasilkan komponen dalam
bentuk butiran. Binder merupakan senyawa organik, yang juga berfungsi sebagai bahan bakar dalam campuran dan menghasilkan produk reaksi berupa gas. Tanpa binder, campuran komponen mungkin
akan terpisah selama pembuatan dan penyimpanan dikarenakan variasi kerapatan dan ukuran partikel yang dimiliki oleh komponen. Proses pembutiran, dimana zat pengoksidasi, bahan bakar
dan komponen lainnya yang dicampur dengan binder untuk menghasilkan butiran komposisi yang homogen, merupakan langkah penting dalam proses pembuatan.
Selain membantu dalam mencapai dan mempertahankan kehomogenan dalam komponen, binder juga berfungsi mengurangi debu dalam produk yang dihasilkan serta pengontrolan kerapatan pada
saat pembutiran. Dekstrin C
6
H
10
O
5 n
.H
2
O yang dihasilkan dari pati jagung merupakan salah satu contoh binder yang cukup banyak digunakan dalam industri kembang api. Tidak hanya itu, dalam
pencampuran air juga digunakan sebagai bahan pembasahpengaktivasi dekstrin, namun hanya dapat digunakan ketika air tidak bereaksi dengan satu atau lebih komponen campuran. Hal ini dikarenakan
ketika terjadi reaksi, dapat mengakibatkan perubahan ukuran partikel dalam komponen. Bahan organik juga akan mengurangi suhu nyala dari komponen yang mengandung bahan bakar logam,
dan dapat memberikan warna jingga untuk api jika pembakaran tidak sempurna terjadi pada binder. Persamaan reaksinya dapat dilihat sebagai berikut:
C
6
H
10
O
5
+ 3O
2
6CO + 5H
2
O Aspek sikap 3:
Peserta didik menunjukkan kepedulian
terhadap dampak yang ditimbulkan dari
kembang api. Gas karbonmonoksida CO yang dihasilkan dari reaksi tidak sempurna di atas, dapat berdampak
buruk bagi kita ketika terhirup. Hal ini dikarenakan gas CO sangat mudah terikat pada hemoglobin Hb di dalam darah, sehingga oksigen yang kita butuhkan dalam darah untuk berikatan dengan Hb
menjadi berkurang.
88
Feri Andi Syuhada, 2014 PENGEMBANGAN BUKU AJAR REAKSI REDOKS MENGGUNAKAN KONTEKS KEMBANG API UNTUK MENINGKATKAN LITERASI SAINS PESERTA DIDIK SMA
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu |
perpustakaan.upi.edu
Tujuan Pembelajaran Teks Keluaran
Ketepatan isi materi
konten dan konteks
Kesesuaian antara konten
dengan konteks
Kesesuaian materi dengan
kurikulum tujuan
pembelajaran Ketepatan
ilustrasi gambar
simbol lambang
percobaan Kelayakan
untuk digunakan
oleh peserta didik SMA
Y T
Y T
Y T
Y T
Y T
2.5 Peserta didik
mampu menjelaskan
karakteristik dan fungsi dari zat
pemberi warna dalam kembang
api.
4.
Zat Pemberi Warna
Produksi cahaya terang dengan warna yang cerah, merupakan tujuan utama dari komponen piroteknik. Komponen penghasil warna dapat diletakkan dalam tabung sebagai tempat campuran
komponen kembang api untuk menghasilkan berbagai percikan api dari berbagai pembakaran, dapat juga dijadikan butiran
stars
yang kemudian dikeluarkan ke udara dan dihasilkan percikan berbagai warna seperti putih, merah, hijau atau biru. Beberapa warna yang dapat dihasilkan dari percikan
kembang api beserta komponen pembawanya ditunjukkan oleh gambar berikut ini:
Reaksi kimia yang dihasilkan dari masing-masing warna pada gambar kembang api di atas, ialah sebagai berikut:
2Mg + O
2
2MgO menghasilkan warna putih
Gambar 2. Warna putih kembang api yang berasal dari unsur Mg.
Gambar 3. Warna merah
kembang api yang diproduksi
dari stronsium klorida SrCl
2
.
Gambar 5. Warna hijau kembang api yang diproduksi dari BaCl
2
.
Gambar 4. Warna biru kembang api yang diperoleh dari tembaga monoklorida CuCl.
89
Feri Andi Syuhada, 2014 PENGEMBANGAN BUKU AJAR REAKSI REDOKS MENGGUNAKAN KONTEKS KEMBANG API UNTUK MENINGKATKAN LITERASI SAINS PESERTA DIDIK SMA
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu |
perpustakaan.upi.edu
Tujuan Pembelajaran Teks Keluaran
Ketepatan isi materi
konten dan konteks
Kesesuaian antara konten
dengan konteks
Kesesuaian materi dengan
kurikulum tujuan
pembelajaran Ketepatan
ilustrasi gambar
simbol lambang
percobaan Kelayakan
untuk digunakan
oleh peserta didik SMA
Y T
Y T
Y T
Y T
Y T
2SrCl
2
+ O
2
2SrO + 2Cl
2
menghasilkan warna merah 2CuCl + O
2
2CuO + Cl
2
menghasilkan warna biru 2BaCl
2
+ O
2
2BaO + 2Cl
2
menghasilkan warna hijau
3.1 Peserta didik mampu
menjelaskan pengertian oksidasi-
reduksi berdasarkan pelepasan dan
pengikatan oksigen.
1. Konsep reaksi oksidasi-reduksi berdasarkan pelepasan dan pengikatan oksigen
