UNSUR TRANSISI PERIODE KE EMPAT

A. Cara Pembuatan Unsur-Unsur Transisi Periode Ke Empat

1.      Cara Pembuatan Skandium

Kebanyakan skandium sekarang ini diambil dari throtvitite atau diekstrasi sebagai hasil produksi pemurnian uranium. Skandium metal pertama kali diproses pada tahun 1937 oleh Fischer, Brunger dan Grienelaus yang mengelektrolisis cairan eutectic kalium, litium dan skandium klorida pata suhu 700 dan 800 derajat Celcius.

2.      Cara Pembuatan Titanium

Produksi titanium yang makin banyak disebabkan karena kebutuhan dalam bidang militer dan industry pesawat terbang makin meningkat. Hal ini disebabkan karena titanium lebih disukai daripada aluminium dan baja. Aluminium akan kehilangan kekuatannya pada temperatur tinggi dan baja terlalu rapat (mempunyai kerapatan yang tinggi).

Langkah awal produksi titanium dilakukan dengan mengubah bijih rutil yang mengandung TiO₂ menjadi TiCl₄, kemudian TiCl₄ dureduksi dengan Mg pada temperature tinggi yang bebas oksigen.

Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut :

TiO_{2 (s)}  + C_(s) + 2Cl_2(g)              =>     TiCl_4(g) + CO_2(g)

TiCl_4(g) + 2Mg_(s)                    =>     Ti_(s) + 2MgCl_2(g)

Reaksi dilakukan pada tabung baja. MgCl₂ dipindahkan dan dielektrolisis menjadi Mg dan Cl₂. Keduanya kemudian didaurulangkan. Ti didapatkan sebagai padatan yang disebut sepon. Sepon diolah lagi dan dicampur dengan logam lain sebelum digunakan.

3.      Cara Pembuatan Vanadium

Produksi vanadium sekitar 80% digunakan untuk pembuatan baja. Dalam penggunaannya vanadium dibentuk sebagai logam campuran besi. Fero vanadium mengandung 35% - 95% vanadium. Ferrovanadium dihasilkan dengan mereduksi V₂0₅ dengan pereduksi campuran silicon dan besi. SiO₂ yang dihasilkan direaksikan dengan CaO membentuk kerak CaSiO_3(l). reaksinya sebagai berikut.

2 V₂0_5(s) + 5Si_(s)               =>      { 4V_(s) + Fe_(s) } + 5 SiO_2(s)

SiO_2(s) + CaO_(s)                =>       CaSiO₃

Kemudian ferrovanadium dipisahkan dengan CaSiO₃.

4.    Cara Pembuatan Kromium

Krom merupakan salah satu logam yang terpenting dalam industri logam dari bijih krom utama yaitu kromit, Fe(CrO₂)₂ yang direduksi dapat dihasilkan campuran Fe dan Cr disebut Ferokrom.

Reaksinya sebagai berikut :

Fe(CrO₂)_2(s)  +4C_(s)              =>          Fe_(s)+2Cr_(s) + 4CO_(g)

Ferokrom ditambahkan pada besi membentuk baja.

5.      Cara Pembuatan Mangan

            Logam mangan diperoleh dengan

1.      Mereduksi oksida mangan dengan natrium, magnesium, aluminium atau dengan proses elektrolisis

2.      Proses aluminothermy dari senyawa MnO₂.

 

6.      Cara Pembuatan Besi

Ada 2 tahap untuk pembuatan jenis- jenis besi, yaitu peleburan yang bertujuan untuk mereduksi biji besi sehingga menjadi besi dan peleburan ulang yang berguna dalam pembuatan jenis - jenis baja.Peleburan besi dilakukan dalam suatu tanur tiup (blast furnance). Tanur tiup adalah suatu bangunan yang tingginya sekitar 30 meter dan punya diameter sekitar 8 meter yang terbuat dari baja tahan karat yang dilapisi dengan bata tahan panas. Zat reduksi yang digunakan adalah karbon dengan prinsip reaksi: 2FeO₃ + 3C 4Fe + 3CO₂.

1. Reaksi pembakaran.

Udara yang panas dihembuskan , membakar karbon terjadi gas CO₂ dan panas. Gas CO₂ yang naik C menjadi gas CO.

C + O₂ CO₂

CO2 + C 2CO

2. Proses reduksi

Gas CO mereduksi bijih.

Fe₂O₃ + 3CO 2 Fe + 3 CO₂

Fe₃O₄ + 4CO 3 Fe + 4 CO₂

Besi yang terjadi bersatu dengan C, kemudian meleleh karena suhu tinggi (1.500⁰C)

3. Reaksi pembentukan kerak

CaCO₃ CaO + CO₂

CaO + SiO₂ CaSiO₃ kerak

Karena suhu yang tinggi baik besi maupun kerak mencair. Besi cair berada di bawah. Kemudian dikeluarkan melalui lubang bawah, diperoleh besi kasar dengan kadar C hingga 4,5%. Disamping C mengandung sedikit S, P, Si dan Mn. Besi kasar yang diperoleh keras tetapi sangat rapuh lalu diproses lagi untuk membuat baja dengan kadar C sebagai berikut :

baja ringan kadar C : 0,05 – 0,2 %

baja medium kadar C : 0,2 – 0,7 %

baja keras kadar C : 0,7 – 1,6 %

Pembuatan baja :

Dibuat dari besi kasar dengan prinsip mengurangi kadar C dan unsur-unsur campuran yang lain. Ada 3 cara :

1.      Proses Bessemer

Besi kasar dibakar dalam alat convertor Bessemer. Dari lubang-lubang bawah dihembuskan udara panas sehingga C dan unsur-unsur lain terbakar dan keluar gas. Setelah beberapa waktu kira-kira ¼ jam dihentikan lalu dituang dan dicetak.

2.      Open-hearth process

Besi kasar, besi tua dan bijih dibakar dalam alat open-hearth. Oksida-oksida besi (besi tua, bijih) bereaksi dengan C dan unsur-unsur lain Si, P, Mn terjadi besi dan oksida-oksida SiO₂, P₂O₅, MnO₂ dan CO₂. dengan demikian kadar C berkurang.

3.      Dengan dapur listrik

Untuk memperoleh baja yang baik, maka pemanasan dilakukan dalam dapur listrik. Hingga pembakaran dapat dikontrol sehingga terjadi besi dengan kadar C yang tertentu.

7.    Cara Pembuatan Kobalt

Kobalt di alam diperoleh sebagai biji smaltit (CoAs₂) dan kobaltit (CoAsS) yang biasanya berasosiasi dengan Ni dan Cu. Untuk pengolahan biji kobalt dilakukan sebagai berikut :

Pemanggangan :

CoAs _(s)            Co₂O_3(s) + As₂O_3(s)

Co₂O_3(s) + 6HCl        2 CoCl_3(aq) + 3 H₂O_(l)

Zat-zat lain seperti Bi₂O₃ dan PbO diendapkan dengan gas H₂S

Bi₂O_3(s) + 3 H₂S_(g)             Bi₂S_{3 (aq)} + 3 H₂O_(l)

PbO_(s) +  H₂S_(g)                   PbS_(s)  +      H₂O_(l)

Pada penambahan CoCO_{3 (s)} dengan pemanasan akan diendapkan As dan Fe sebagai karbonat. Dengan penyaringan akan diperoleh CoCl₃. Tambahan zat pencuci mengubah CoCl₃ menjadi Co₂O_3. Selanjutnya CoCO₃ direduksi dengan gas hydrogen, menurut reaksi :

Co₂O_{3 (s)}  + H_{2(g)        =>}      2 CO_(s) + 3 H₂O _(g)

Penggunaan kobalt antara lain sebagai aloi, seperti alnico, yaitu campuran Al, Ni, dan Co.

8.      Cara Pembuatan Nikel

Proses pengolahan biji nikel dilakukan untuk menghasilkan nikel matte yaitu produk dengan kadar nikel di atas 75 persen. Tahap-tahap utama dalam proses pengolahan adalah sebagai berikut:

ü  Pengeringan di Tanur Pengering bertujuan untuk menurunkan kadar air bijih laterit yang dipasok dari bagian Tambang dan memisahkan bijih yang berukuran 25 mm.

ü  Kalsinasi dan Reduksi di Tanur untuk menghilangkan kandungan air di dalam bijih, mereduksi sebagian nikel oksida menjadi nikel logam, dan sulfidasi.

ü  Peleburan di Tanur Listrik untuk melebur kalsin hasil kalsinasi/reduksi sehingga terbentuk fasa lelehan matte dan terak

ü  Pengkayaan di Tanur Pemurni untuk menaikkan kadar Ni di dalam matte dari sekitar 27 persen menjadi di atas 75 persen.

ü  Granulasi dan Pengemasan untuk mengubah bentuk matte dari logam cair menjadi butiran-butiran yang siap diekspor setelah dikeringkan dan dikemas.

9.    Cara Pembuatan Tembaga

Pada umumnya bijih tembaga mengandung 0,5 % Cu, karena itu diperlukan pemekatan biji tembaga. Reaksi proses pengolahannya adalah :

·         2 CuFeS_2(s)  + 4 O₂       800 ⁰ C   Cu₂S_(l) + 2 FeO _(s) + 3 SO_{2 (g)}

·         FeO_(s) + SiO_{2 (s)}         1400⁰C       FeSiO_{3 (l)}

Cu₂S dan kerak FeSiO_{3 (l)} dioksidasi dengan udara panas, dengan reaksi sebagai berikut:

2 Cu₂S_(l) + 3 O_{2 (g)}                  2 Cu₂O_(l)  + 2 SO_2(g)

2 Cu₂O_(l) + Cu₂S_(s)                 6 Cu_(l) + SO_{2 (g)}

3 Cu₂S_(l) + 3 O₂                     6 Cu_(l) + 3 SO_2(g)

Pada reaksi oksidasi tersebut diperoleh 98% - 99% tembaga tidak murni. Tembaga tidak murni ini disebut tembaga blister atau tembaga lepuh. Tembaga blister adalah tembaga yang mengandung gelembung gas SO₂ bebas.

Untuk memperoleh kemurnian Cu yang lebih tinggi, tembaga blister dielektrolisis dengan elektrolit CuSO_{4 (aq)}. Pada elektrolisis, sebagai electrode negatif (katode) adalah tembaga murni dan sebagai electrode positif (anode) adalah tembaga blister.

10.  Cara Pembuatan Zink

Logam seng telah diproduksi dalam abat ke-13 di Indina dengan mereduksi calamine dengan bahan-bahan organik seperti kapas. Logam ini ditemukan kembali di Eropa oleh Marggraf di tahun 1746, yang menunjukkan bahwa unsur ini dapat dibuat dengan cara mereduksi calamine dengan arang. Bijih-bijih seng yang utama adalah sphalerita (sulfida), smithsonite (karbonat), calamine (silikat) dan franklinite (zine, manganese, besi oksida). Satu metoda dalam mengambil unsur ini dari bijihnya adalah dengan cara memanggang bijih seng untuk membentuk oksida dan mereduksi oksidanya dengan arang atau karbon yang dilanjutkan dengan proses distilasi.

B. Sifat Fisis Dan Kimia Unsur-Unsur Periode Ke Empat

Unsur transisi periode keempat mempunyai sifat-sifat khas yang membedakannya dari unsur golongan utama.

1.        Sifat Logam

Semua unsur transisi periode keempat bersifat logam, baik dalam sifat kimia maupun dalam sifat fisis. Harga energi ionisasi yang relative rendah (kecuali seng yang agak tinggi), sehingga, mudah membentuk ion positif. Demikian pula, harga titik didih dan titik lelehnya relative tinggi (kecuali Zn yang membentuk TD dan TL relative rendah). Hal ini disebabkan orbital subkulit d pada unsure transisi banyak orbital yang kosong atau tersisi tidak penuh. Adanya orbital yang kosong memungkinkan atom-atom membentuk ikatan kovalen (tidak permanen) disamping ikatan logam. Orbital subkulit 3d pada seng terisi penuh sehingga titik lelehnya rendah. Bandingkan dengan unsure utama yang titik didih dan titik lelehnya juga relative rendah.

2.        Sifat Magnet

Adanya elektron-elektron yang tidak berpasangan pada sub kulit d menyebabkan unsur-unsur transisi bersifat paramagnetic (dapat ditarik oleh medan magnet) seperti : Sc, Ti, V, Cr dan Mn. Makin banyak electron yang tidak berpasangan, maka makin kuat pula sifat paramagnetknya. Unsur yang memiliki elektron berpasangan (Zn dan Cu) bersifat diamagnetic (tidak tertarik oleh medan magnet. Unsur Fe, Co, Ni bersifat Ferromagnetic meski logam ini dijauhi medan magnet, tetapi induksi magnet logam ini tidak hilang.

3.        Titik Didih dan Titik Leleh

Titik didih dan titik leleh unsur transisi meningkat dari 1.541°C (Skandium) sampai 1.890°C (Vanadium), kemudian turun sampai 1.083 °C (Tembaga) dan 420 °C (Seng).

4.        Konfigurasi Elektron

a.      Jari-Jari Atom

Jari-jari atom berkurang dari Sc ke Zn, hal ini berkaitan dengan semakin bertambahnya elektron pada kulit 3d, maka semakin besar pula gaya tarik intinya, Sehingga jarak elektron pada kulit terluar ke inti semakin kecil.

b.      Energi Ionisasi

Perubahan senergi ionisasi dari Sc sampai ke Zn tidak terlalu besar seperti halnya pada unsur-unsur golongan utama. Kecilnya perubahan tersebut juga disebabkan oleh konfigurasi elektronnya, yaitu bahwa penambahan electron dari Sc sampai ke Zn masuk pada kulit ketiga.

5.        Bilangan Oksidasi

Kecuali Sc dan Zn, unsur-unsur transisi periode keempat mempunyai beberapa tingkat oksidasi. Senyawa-senyawa unsur transisi di alam ternyata mempunyai bilangan oksidasi lebih dari satu. Adanya bilangan oksidasi lebih dari satu ini disebabkan mudahnya melepaskan elektron valensi. Dengan demikian, energi ionisasi pertama, kedua dan seterusnya memiliki harga yang relatif lebih kecil dibanding unsur golongan utama.

Walaupun unsur transisi memiliki beberapa bilangan oksidasi, keteraturan dapat dikenali. Bilangan oksidasi tertinggi atom yang memiliki lima elektron yakni jumlah orbital d berkaitan dengan keadaan saat semua elektron d (selain elektron s) dikeluarkan. Jadi, dalam kasus skandium dengan konfigurasi elektron (n-1)d¹ns², bilangan oksidasinya 3. Mangan dengan konfigurasi (n-1)d⁵ns², akan berbilangan oksidasi maksimum +7.

Bila jumlah elektron d melebihi 5, situasinya berubah. Untuk besi Fe dengan konfigurasi elektron (n-1)d⁶ns², bilangan oksidasi utamanya adalah +2 dan +3. Sangat jarang ditemui bilangan oksidasi +6. Bilangan oksidasi tertinggi sejumlah logam transisi penting seperti kobal Co, Nikel Ni, tembaga Cu dan zink Zn lebih rendah dari bilangan oksidasi atom yang kehilangan semua elektron (n–1)d dan ns-nya. Di antara unsur-unsur yang ada dalam golongan yang sama, semakin tinggi bilangan oksidasi semakin penting untuk unsur-unsur pada periode yang lebih besar.

6.        Membentuk Senyawa-Senyawa Berwarna

Senyawa unsur transisi (kecuali scandium dan seng), memberikan bermacam warna baik padatan maupun larutannya. Warna senyawa dari unsure transisi juga berkaitan dengan adanya orbital sub kulit d yang terisi tidak penuh. Peralihan electron yang terjadi pada pengisian subkulit d (sehingga terjadi perubahan bilangan oksidasi) menyebabkan terjadinya warna pada senyawa logam transisi.

Senyawa dari Sc³⁺  dan Ti⁴⁺  tidak berwarna karena subkulit 3d-nya kosong, serta senyawa dari Zn²⁺ tidak berwarna karena subkulit 3d-nya terisi penuh, sehingga tidak terjadi peralihan elektron.

Warna senyawa logam transisi dengan berbagai bilangan oksidasi:

7.      Membentuk Ion Kompleks

Ion kompleks adalah ion yang terdiri atas atom pusat dan ligan. Biasanya atom pusat merupakan logam transisi yang bersifat elektropositif dan dapat menyediakan orbital kosong sebagai tempat masuknya ligan. Contohnya ion besi (III) membentuk ion kompleks [Fe(CN)₆].

Ligan yang merupakan basa Lewis sekurang-kurangnya harus mempunyai sepasang elektron bebas dalam orbital ikatan. Perbandingan besarnya ligan dan atom pusat menentukan jumlah ligan maksimum yang dapat diikat. Jumlah ikatan kovalen koordinasi yang dapat terbentuk pada pembentukan kompleks disebut bilangan koordinasi dari ion pusat. Contohnya ion Cu2+ mempunyai bilangan koordinasi 4 dalam [Cu(H2O)4]2+, [Cu(NH3)4]2+, dan dalam [CuCl4]2¯. Ion Fe3+ mempunyai bilangan koordinasi 6 dalam [Fe(H2O)6]3+, [FeF6]3, dan dalam [Fe(CN)6]3¯. Adapun Ag+ mempunyai bilangan koordinasi 2 dalam [Ag(NH3)2]+, dan dalam [Ag(CN)2]¯.

Aturan penamaan senyawa koordinasi:

Berikut merupakan tata nama senyawa atau ion kompleks menurut IUPAC.

1)      Penamaan Ligan

a.       Beberapa ligan diberi nama khusus.

Contoh

NH3 = amin NO = nitrosil

H2O = aqua CO = karbonil

b.      Logam anion diberi nama yang umum dan diberi akhiran -o.

Contoh

F¯ = fluoro CN¯ = siano

Cl¯ = kloro OH¯ = hidrokso

Br¯ = bromo CO32¯ = karbonato

CH3COO¯ = asetato C2O42¯ = oksalato

c.       Alkil diberi nama seperti tata nama alkana.

Contoh

CH3 = metil C6H5 = fenil

d.      Ligan yang menggunakan nama biasa tanpa diberi spasi

Contoh

(CH3)2SO4 = dimetilsulfatsida

C5N2N = piridin

(C6H5)3P = trifenilfosfin

e. Ligan N2 dan O2 disebut dinitrogen dan dioksigen

2)      Untuk menyebut banyaknya ligan yang sejenis digunakan awalan Yunani (misalnya di-, tri-, tetra-, penta-, heksa-).

3)      Nama atom pusat diikuti bilangan oksidasinya yang ditulis dengan angka romawi.

4)      Untuk kompleks berupa kation atau molekul netral maka nama atom pusat tidak berubah. Adapun senyawa berupa anion kompleks negatif maka nama atom pusat diakhiri dengan -at).

Contoh

Kompleks kation:

[Cu(NH3)4]2+ = ion tetraamin tembaga (II)

[Ag(NH3)2]+ = ion diamin perak (I)

[Co(NH3)4Cl2]+ = ion tertraamin diklorokobalt (III)

Kompleks netral:

[Co(NH3)4(H2O)CN]Cl2 = tetraamin aquasianokobalt (II) klorida

[Co(NH3)5CO3]Cl = pentaamin karbonatokobalt (II) Klorida

8.      Keaktifan Katalik

Salah satu sifat penting unsur transisi dan senyawanya, yaitu kemampuannya untuk menjadi katalis-katalis reaksi-reaksi dalam tubuh. Kemampuan unsure transisi mengkatalisasi suatu reaksi diperkirakan karena unsur transisi mempunyai beberapa bilangan oksidasi. Di dalam tubuh, terdapat enzim sitokrom oksidase yang berperan dalam mengoksidasi makanan. Enzim ini dapat bekerja bila terdapat ion Cu²⁺. Beberapa logam transisi atau senyawanya telah digunakan secara komersial sebagai katalis pada proses industri seperti TiCl₃ (Polimerasasi alkena pada pembuatan plastic), V₂O₅ (proses kontak pada pembuatan margarine), dan Cu atau CuO (oksidasi alcohol pada pembuatan formalin).

             

C.    Kegunaan Unsur-Unsur Transisi Periode Keempat

1.      Kegunaan skandium

ü  sebagai komponen pada lampu listrik yang berintensitas tinggi.

2.      Kegunaan Titanium

ü  Sebagai bahan kontruksi, karena mempunyai sifat fisik

ü  Sebagai badan pesawat terbang dan pesawat supersonic

ü  Sebagai pigmen putih, bahan pemutih kertas, kaca, keramik, dan kosmetik

3.      Kegunaan Vanadium

v  Banyak digunakan dalam industry-industri, yaitu:

ü  Untuk membuat peralatan yang membutuhkan kekuatan dan kelenturan yang tinggi seperti per mobil dan alat mesin berkecepatan tinggi

ü  Untuk membuat logam campuran

4.      Kegunaan Kromium

v  Logam kromium banyak digunakan dalam bidang industry

ü  Logam kromium dapat dicampur dengan besi kasar membentuk baja yang bersifat keras dan permukaanya tetap mengkilap.

ü  Kromium digunakan untuk penyepuhan, karena indah, mengkilap, dan tidak kusam

v  Larutan kromium (III) oksida, dalam asam sulfat pekat, adalah oksidator kuat yang biasanya digunakan untuk mencuci alat-alat laboratorium.

5.      Kegunaan Mangan

ü  Untuk produksi baja

ü  Menghilangkan warna hijau pada gelas yang disebabkan oleh pengotor besi

ü  Banyak tersebar dalam tubuh yang merupakan unsure yang penting untuk penggunaan vitamin B1.

6.      Kegunaan Besi

ü Membuat baja

ü  Banyak digunakan di dalam pembuatan alat-alat keperluan sehari-hari seperti, cangkul, pisau, sabit, paku, mesin, dan sebagainya.

7.      Kegunaan kobalt

ü  Larutan Co²⁺ digunakan sebagai tinta rahasia untuk mengirim pesan dan juga dalam system peramalan cuaca

8.      Kegunaan Nikel

ü  Pembuatan electrode baterai, dan keramik

ü  Zat tambahan pada besi tuang dan baja, agar mudah ditempa dan tahan karat

ü  Pelapis besi (pernekel)

ü  Sebagai katalis

9.      Kegunaan Tembaga

ü  Bahan kabel listrik

ü  Bahan uang logam

ü   Untuk bahan mesin tenaga uap

10.  Kegunaan Zink

ü  Bahan cat putih

ü  Pelapis lampu TL

ü  Layar TV dan monitor computer

ü  Campuran logam dengan metal lain

share this article to: Facebook Twitter Google+ Linkedin Technorati Digg

Posted by Unknown, Published at 18.37 and have 1 komentar