KIMIA UNSUR
A.Keberadaan Unsur-unsur di Alam
Unsur-unsur di alam lebih banyak berupa senyawa dibandingkan dalam keadaan bebas sesuai bentuk unsurnya. Unsur gas mulia terdapat dalam bentuk bebas dan unsur gas mulia ditemukan dalam bentuk senyawa alami di alam. Unsur-unsur gas mulia (helium, neon, argon, kripton, xenon, dan radon) termasuk dalam 90 jenis unsur yang terdapat di alam, sedangkan sisanya merupakan unsur buatan seperti plutonium dan amerisium. Beberapa unsur logam dapat ditemukan dalam keadaan bebas maupun dalam bentuk senyawa seperti emas, perak, platina, dan tembaga. Unsur nonlogam juga adayang dalam keadaan bebas dan dalam bentuk senyawa seperti oksigen, belerang, nitrogen, dan karbon. Unsur atau senyawa yang banyak terdapat dalam bahan-bahan alam disebut mineral.
B.Kelimpahan Unsur-unsur di Kulit Bumi
Sifat-sifat Unsur
a.Halogen
Halogen, yang terdiri dari fluor, klor, brom, dan iod, tidak pernah ditemukan dalam keadaan bebas di
alam karena tingkat reaktifitasnya yang sangat tinggi (Brady, 1990: 791).
1.Sifat-sifat Fisis
2.Sifat-sifat Kimia
Reaksi-reaksi halogen sebagai berikut:
a.Reaksi Halogen dengan Logam
Halogen bereaksi dengan semua logam dalam sistem periodik unsur membentuk halida logam.
b.Reaksi Halogen dengan Hidrogen
Halogen bereaksi dengan gas hidrogen membentuk hidrogen halide (HX).
c.Reaksi Halogen dengan Halogen Lain
Halogen mempunyai molekul diatomik, maka tidaklah mengherankan jika dapat terjadi reaksi antar unsur
dalam golongan halogen.
b.Logam Alkali
Unsur logam alkali (IA) terdiri dari litium, natrium, kalium, rubidium, sesium, dan fransium.
1.Sifat-sifat Fisis
2.Sifat-sifat Kimia
Reaksi-reaksi logam alkali sebagai berikut:
a.Reaksi Logam Alkali dengan Halogen
Reaksi antara logam alkali dengan halogen berlangsung sangat cepat, membentuk halida logam.
b.Reaksi Logam Alkali dengan Hidrogen dan Nitrogen
Logam alkali bereaksi dengan gas hidrogen membentuk senyawa putih berbentuk kristal yang disebut hidrida, MH.
c.Reaksi Logam Alkali dengan Oksigen
Reaksi antara logam alkali dengan oksigen berlangsung sangat cepat. Produk yang dihasilkan berbeda, tergantung pada kondisi reaksi dan berapa banyak oksigen yang ada, seperti oksida (bilangan oksidasi O = –2), peroksida (bilangan oksidasi O = –1), dan superoksida (bilangan oksidasi O = –½) (Mc. Murry dan Fay, 2000: 218).
d.Reaksi Logam Alkali dengan Air
Logam alkali bereaksi dengan air membentuk gas hidrogen dan hidroksida logam alkali, MOH
e.Reaksi Logam Alkali dengan Amonia
Logam alkali bereaksi dengan amonia membentuk gas H2 dan logam amida (MNH2).
c.Logam Alkali Tanah
Unsur logam alkali tanah (IIA) ini terdiri dari Be, Mg, Ca, Sr, Ba, dan Ra.
1.Sifat-sifat Fisis
Sifat-sifat Kimia
Reaksi-reaksi logam alkali tanah sebagai berikut:
a.Logam Alkali Tanah Bereaksi dengan Halogen
Logam alkali tanah bereaksi dengan halogen membentuk garam halide (MX2)
b.Logam Alkali Tanah Bereaksi dengan Oksigen
Logam alkali tanah bereaksi dengan oksigen membentuk oksida (MO).
c.Logam Alkali Tanah Bereaksi dengan Air
Logam alkali tanah bereaksi dengan air membentuk logam hidroksida [M(OH)2]
d.Periode Ketiga
1.Sifat Fisika Unsur-unsur Periode Ketiga
Unsur-unsur periode ketiga semakin ke kanan semakin besar diakibatkan oleh jari-jari atomnya yang
semakin ke kanan semakin kecil. Kekuatan ikatan antaratom dalam logam meningkat (dari Na ke Al).
2.Sifat Kimia Unsur-unsur Periode Ketiga
Natrium merupakan reduktor terkuat, sedangkan klorin merupakan oksidator terkuat. Meskipun natrium, magnesium, dan aluminium merupakan reduktor kuat, tetapi kereaktifannya berkurang dari Na ke Al. hidroksida unsur-unsur periode ketiga, yaitu NaOH, Mg(OH)2, Al(OH)3, H2SiO3, H3PO4, H2SO4, dan HClO4. Sifat hidroksida unsur-unsur periode ketiga tergantung pada energi ionisasinya.
e.Unsur-unsur Transisi
Pada sistem periodik unsur, yang termasuk dalam golongan transisi adalah unsur-unsur golongan B, dimulai dari IB – VIIB dan VIII. Pada bagian ini unsur-unsur transisi yang akan dibahas adalah unsur transisi pada periode 4, yang terdiri dari skandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), krom (Cr), mangan (Mn), besi (Fe), kobalt (Co), nikel (Ni), tembaga (Cu), dan seng (Zn).
1.Sifat Logam
Semua unsur transisi adalah logam, yang bersifat lunak, mengkilap, dan penghantar listrik dan panas yang baik. Dibandingkan dengan golongan IA dan IIA, unsure logam transisi lebih keras, punya titik leleh, titik didih, dan kerapatan lebih tinggi.
2.Bilangan Oksidasi
Tidak seperti golongan IA dan IIA yang hanya mempunyai bilangan oksidasi +1 dan +2, unsur-unsur logam transisi mempunyai beberapa bilangan oksidasi. Seperti vanadium yang punya bilangan oksidasi +2, +3, dan +4 (Keenan, dkk, 1992: 167).
3Sifat Kemagnetan
Unsur-unsur transisi bersifat paramagnetik karena mempunyai elektron yang tidak berpasangan pada orbital-orbital d-nya. Sifat paramagnetic ini akan semakin kuat jika jumlah elektron yang tidak berpasangan pada orbitalnya semakin banyak. Logam Sc, Ti, V, Cr, dan Mn bersifat paramagnetik, sedangkan Cu dan Zn bersifat diamagnetik. Untuk Fe, Co, dan Ni bersifat feromagnetik, yaitu kondisi yang sama dengan paramagnetic hanya saja dalam keadaan padat.
4.Ion Berwarna
Pada golongan transisi, subkulit 3d yang belum terisi penuh menyebabkan elektron pada subkulit itu menyerap energi cahaya, sehingga elektronnya tereksitasi dan memancarkan energi cahaya dengan warna yang sesuai dengan warna cahaya yang dapat dipantulkan pada saat kembali ke keadaan dasar.
Beberapa kegunaan unsur-unsur transisi:
a.Skandium, digunakan pada lampu intensitas tinggi.
b. Titanium, digunakan pada industri pesawat terbang dan industri kimia (pemutih kertas, kaca, keramik, dan kosmetik).
c. Vanadium, digunakan sebagai katalis pada pembuatan asam sulfat.
d. Kromium, digunakan sebagai plating logam-logam lainnya.
e. Mangan, digunakan pada produksi baja dan umumnya alloy manganbesi.
f.Besi, digunakan pada perangkat elektronik.
g. Kobalt, digunakan untuk membuat aliansi logam.
h. Nikel, digunakan untuk melapisi logam supaya tahan karat, membuat monel.
i. Tembaga, digunakan pada alat-alat elektronik dan perhiasan.
j. Seng, digunakan sebagai bahan cat putih, antioksidan pada pembuatan ban mobil, dan bahan untuk melapisi tabung gambar televisi.
Pembuatan dan Manfaat Beberapa Unsur Logam dan Senyawanya
A.Natrium
Pembuatan natrium dapat dilakukan dengan proses Downs, yaitu elektrolisis lelehan NaCl.
Kegunaan natrium dan senyawa natrium:
1.NaCl, digunakan sebagai garam dapur, bahan baku pembuatan klorin dan senyawa-senyawa natrium yang lain. Dapat juga digunakan dalam industry susu, pengawetan ikan dan daging, pengolahan kulit, serta untuk mencairkan salju.
2. NaOH, dihasilkan dari elektrolisis NaCl. NaOH merupakan basa kuat yang banyak digunakan dalam industri detergen, bahan baku sabun, kertas, serat rayon, dan memisahkan belerang dari minyak bumi.
3. NaHCO3 (soda kue), yang akan terurai oleh panas yang menghasilkan gas CO2 yang menyebabkan kue mengembang dan pemadam kebakaran.
4. NaCO3, digunakan untuk pembuatan kaca, menghilangkan kesadahan air, sebagai bahan baku natrium silikat pada pembuatan kertas dan detergen.
5. Na-glutamat, digunakan sebagai penyedap makanan.
6. Na-benzoat, digunakan sebagai pengawet makanan dalam kaleng.
B.Magnesium
Magnesium dapat diperoleh melalui proses Downs.
Kegunaan magnesium dan senyawanya:
1. Pencegah korosi pipa besi di tanah dan dinding kapal laut.
2. Mg(OH)2, dapat digunakan sebagai obat maag karena dapat menetralkan kelebihan asam lambung (HCl) dan juga sebagai bahan pasta gigi.
3. MgSO4, dikenal dengan nama garam inggris, dapat digunakan sebagai obat pencahar (laktasif usus).
4. Campuran logam magnesium (10%) dan aluminium (90%) atau yang sering disebut magnalium dapat digunakan sebagai bahan konstruksi pesawat terbang karena perpaduan ini kuat dan ringan, rudal, dan bak truk.
5. Magnesium dipakai untuk membuat kembang api dan lampu penerangan pada fotografi (blitz).
6. MgO, dapat digunakan sebagai bata tahan panas/api untuk melapisi tanur dan tempat pembakaran semen.
7. Campuran 0,5% Mg, 95% Al, 4% Cu, dan 0,5% Mn atau yang dikenal dengan nama duralumin digunakan untuk konstruksi mobil.
C.Aluminium
Aluminium diperoleh dengan menggunakan proses Hall-Heroult, sesuai dengan nama penemunya Charles M. Hall (AS) dan Paul Heroult (Perancis) pada tahun 1886. Pengolahan ini meliputi dua tahap yaitu tahap pemurniaan dan tahap elektrolisis.
Kegunaan aluminium, antara lain:
a. Aluminium merupakan logam yang ringan, kuat, dan tahan korosi, sehingga banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga, bingkai jendela, sampai kerangka bangunan.
b. Pelapis kemasan biskuit, cokelat, dan rokok.
c. Campuran logam 90% Al dan 10% Mg (magnalium) bersifat kuat dan ringan, hanya digunakan pada pembuatan pesawat terbang.
d. Campuran 20% Al, 50% Fe, 20% Ni, dan 10% Co dapat digunakan sebagai magnet yang sangat kuat.
e. Tawas (KAl(SO4)), digunakan untuk penjernih air dan zat anti keringat.
f. Al(OH)3 digunakan untuk menetralkan asam lambung yang berlebihan.
g. Thermit (campuran Al dan Fe2O3) digunakan untuk mengelas logam.
h. Aluminium sulfat digunakan pada pewarnaan tekstil.
D.Besi
Proses pembuatan besi dilakukan melalui dua tahap yaitu peleburan besi dan peleburan besi-baja.
Untuk mencegah perkaratan pada baja dapat dilakukan dengan berbagai cara, yaitu:
a. Menambahkan logam lain.
b. Menggunakan lapisan pelindung.
c. Menggunakan logam yang dapat dikorbankan.
d. Melindungi secara katodik.
E.Tembaga
Proses pengolahan tembaga dilakukan melalui lima tahap sebagai berikut:
1.Tahap Pengapungan
2.Tahap Pemanggangan
3.Tahap peleburan
4.Tahap Pengubahan
5.Tahap Pemurnian
Kegunaan tembaga, antara lain:
1. Merupakan penghantar panas dan listrik yang sangat baik, maka banyak digunakan pada alat-alat listrik.
2. Sebagai perhiasan, campuran antara tembaga dan emas.
3. Sebagai bahan pembuat uang logam.
4. Sebagai bahan pembuat logam lain, seperti kuningan (campuran antara tembaga dan seng), perunggu (campuran antara tembaga dan timah), monel, dan alniko.
5. CuSO4 dalam air berwarna biru, banyak digunakan sebagai zat warna.
6. Campuran CuSO4 dan Ca(OH)2, disebut bubur boderiux banyak digunakan untuk mematikan serangga atau hama tanaman, pencegah jamur pada sayur dan buah.
7. CuCl2, digunakan untuk menghilangkan kandungan belerang pada pengolahan minyak.
8. Cu(OH)2 yang larut dalam larutan NH4OH membentuk ion kompleks cupri tetramin (dikenal sebagai larutan schweitser), digunakan untuk melarutkan selulosa pada pembuatan rayon (sutera buatan).
F.Timah
Timah diperoleh dengan mereduksi SnO2 dengan karbon. Timah digunakan untuk membuat kaleng kemasan, seperti untuk roti, susu, cat, dan buah serta melapisi kaleng yang terbuat dari besi dari perkaratan. Selain itu juga digunakan untuk membuat logam campur, misalnya perunggu (campuran timah, tembaga, dan seng) dan solder (campuran timah dan timbal).
Pembuatan Beberapa Unsur Nonlogam dan Senyawanya
a.Karbon Dioksida
Karbon dioksida secara komersial diperoleh dari pembakaran residu penyulingan minyak bumi.
Beberapa kegunaan karbon dioksida adalah:
a. Es kering (dry ice), digunakan sebagai pendingin, seperti pada pembuatan es krim, produk daging, dan makanan beku.
b. Sebagai pemadam api, CO2 akan mencegah api menyebar karena sifatnya yang lebih ringan dibandingkan dengan udara, sehingga akan melingkari api.
c. Untuk membuat minuman berkarbonasi (soft drink), seperti air soda, limun, dan lainnya.
d. Sebagai reagen kimia pada proses pembuatan sodium salisilat, potasium, amonium karbonat dan bikarbonat.
e. Sebagai bahan baku untuk fotosintesis dan menentukan suhu global iklim.
f. Sebagai bahan baku untuk fotosintesis tumbuhan air dan digunakan siput dan sejenisnya untuk membuat cangkang.
b.Silikon
Silikon dapat diperoleh dengan cara mencampurkan silika dan kokas (sebagai reduktor) dan memanaskannya di dalam tanur listrik pada suhu sekitar 3.000 °C. Silikon umumnya digunakan untuk membuat transistor, chips computer, dan sel surya.
c.Nitrogen dan Senyawa Nitrogen
Nitrogen diperoleh dengan cara distilasi bertingkat udara cair. Mula-mula udara disaring untuk dibersihkan dari debu. Udara bersih yang diperoleh kemudian dikompresikan yang menyebabkan suhu udara meningkat. Setelah itu dilakukan pendinginan.
Kegunaan nitrogen antara lain sebagai berikut:
1. Sebagian besar nitrogen dipakai untuk membuat amonia (NH3).
2. Digunakan untuk membuat pupuk nitrogen, seperti urea (CO(NH2)2) dan ZA(NH4)2SO4).
3. Sebagai selubung gas inert untuk menghilangkan oksigen pada pembuatan alat elektronika karena sifat inert yang dimiliki.
4. Digunakan sebagai pendingin untuk menciptakan suhu rendah, misalnya pada industri pengolahan makanan.
5. Membuat ruang inert untuk penyimpanan zat-zat eksplosif.
6. Mengisi ruang kosong dalam termometer untuk mengurangi penguapan raksa.
d.Fosforus dan Senyawa Fosforus
Fosfor dapat diperoleh dari pemanasan batuan fosfat, silika (SiO2), dan coke (C) di dalam pembakar listrik.
Kegunaan fosfor, antara lain:
1. Sebagian besar fosfor digunakan untuk memproduksi asam fosfat, di mana asam fosfat digunakan pada pelapisan logam agar tahan terhadap korosi atau dapat dijadikan lapisan dasar dalam pengecatan.
2. Digunakan juga dalam industri minuman ringan untuk memberikan rasa asam.
3. Fosfor merah digunakan untuk membuat korek api.
4. Kalium fosfat digunakan untuk pelengkap makanan dan pada soda kue.
5. Dalam tubuh manusia, fosfor terdapat pada nukleat, yaitu DNA dan RNA dan kalsium fosfat sebagai senyawa utama penyusun matriks tulang.
e.Oksigen
Kegunaan oksigen, antara lain:
1. Gas oksigen digunakan untuk pernapasan semua makhluk hidup.
2. Gas oksigen diperlukan untuk proses pembakaran.
3. Pada industri kimia, oksigen digunakan sebagai oksidator untuk membuat senyawa-senyawa kimia.
4. Oksigen cair digunakan untuk bahan bakar roket.
5. Campuran gas oksigen dan hidrogen digunakan sebagai bahan bakar pesawat ruang angkasa (sel bahan bakar).
6. Bersama dengan asetilena digunakan untuk mengelas baja.
7. Dalam industri baja digunakan untuk mengurangi kadar karbon dalam besi gubal.
f.Belerang
Belerang dapat diperoleh dengan cara ekstraksi melalui proses Frasch. Kegunaan belerang yang utama adalah untuk membuat asam sulfat, vulkanisasi karet, dan membasmi penyakit tanaman. Belerang juga digunakan
untuk membuat CS2 dan senyawa belerang lainnya.
g.Halogen dan Senyawa Halogen
Fluorin dan Senyawanya
Fluor dapat diperoleh dengan menggunakan proses Moissan, sesuai dengan nama orang yang pertama kali mengisolasi fluorin, H. Moissan (1886). Proses ini menggunakan metode elektrolisis HF terlarut dalam leburan KHF2 Kegunaan senyawa fluorin, antara lain:
a. CCl2F2 (freon-12), digunakan sebagai zat pendingin pada lemari es dan AC.
b. Na2SiF6, bila dicampur dengan pasta gigi akan berfungsi untuk menguatkan gigi.
c. NaF, dapat digunakan dalam proses pengolahan isotop uranium, yaaitu bahan bakar reaksi nuklir.
d. Teflon, bahan plastik tahan panas.
e. Asam fluorida, digunakan untuk mengukir (mensketsa) kaca karena dapat bereaksi dengan kaca.
