Halaman
Deskripsi Unsur-UnsurGolongan UtamaA. Unsur-Unsur GasMuliaB. Unsur-UnsurHalogenC. Unsur-UnsurGolongan AlkaliD. Unsur-UnsurGolongan AlkaliTanahE. Aluminiumdan SenyawanyaF. Karbon dan SilikonG. Nitrogen, Oksigen,dan Belerangmemahami karakteristik unsur-unsur penting, kegunaan, dan bahayanya sertaterdapatnya di alam.Hasil yang harus Anda capai:•mengidentifikasi kelimpahan unsur-unsur utama di alam dan produk yangmengandung unsur tersebut;•mendeskripsikan kecenderungan sifat fisik dan kimia unsur utama (titikdidih, titik leleh, kekerasan, warna, kelarutan, kereaktifan dan sifat khususlainnya);•menjelaskan manfaat, dampak dan proses pembuatan unsur-unsur dansenyawanya dalam kehidupan sehari-hari.Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:Sampai saat ini, lebih dari seratus macam unsur sudah dikenal dandiidentifikasi sifat-sifat dan manfaatnya, baik dalam bentuk unsur bebasmaupun dalam bentuk senyawanya. Sifat-sifat unsur yang miripdigolongkan ke dalam satu golongan dalam sistem periodik. Pengetahuanakan sifat-sifat unsur dapat digunakan untuk berbagai aplikasi yangbermanfaat bagi manusia dan lingkungannya.Hampir semua industri kimia bahkan industri otomotif melibatkanunsur-unsur golongan utama. Apa sajakah unsur-unsur golongan utamatersebut? Bagaimanakah kecenderungan sifat fisika dan kimia unsur-unsurgolongan utama dan proses pembuatannya? Anda akan mengetahuinyasetelah mempelajari bab ini.61Pertambangan batubara yang terdapat di Pulau Kalimantan.Sumber:www.geokem.comBab3
62Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIA.Unsur-Unsur Gas MuliaSelama ini Anda tentu berpandangan bahwa unsur-unsur gas muliabersifat stabil, dalam arti tidak dapat membentuk senyawa. Merekacenderung menyendiri sehingga gas mulia mendapat julukan gas lembam(inert). Namun, pada 1962 pandangan tersebut gugur sebab beberapasenyawa gas mulia dapat disintesis, walaupun tidak semua gas mulia dapatdibentuk senyawanya.1.Kelimpahan Gas Mulia di AlamPada 1892, Lord Rayleight menemukan bahwa massa jenis gas nitrogenyang diperoleh dari udara (1,2561 g L–1) lebih besar dari yang diperoleh darihasil penguraian senyawa nitrogen di laboratorium (1,2498 g L–1). Diamenyimpulkan gas nitrogen dari udara mengandung gas lain.Untuk mengetahui gas tersebut, Rayleight bersama-sama illiamRamsay melakukan penyelidikan dengan cara mereaksikan gas nitrogendari udara dengan magnesium pada suhu tinggi menjadi padatan Mg3N2dan gas sisa yang tidak reaktif. Gas sisa selanjutnya dimasukkan ke dalamtabung hampa udara dan dilewatkan muatan listrik bertegangan tinggihingga terpancar sinar yang berwarna merah-hijau.Ramsay dan Rayleight menyimpulkan bahwa gas sisa adalah unsurbaru, disebut argon (dalam bahasa unani argos, artinya malas). Merekamenduga bahwa argon termasuk dalam kolom unsur baru pada tabelperiodik, terletak antara halogen dan logam alkali.Setelah ditemukan gas argon, gas mulia yang lain ditemukan. Ramsaymenemukan bahwa di udara juga terdapat gas mulia lain yang merupakankomponen utama matahari sehingga gas tersebut dinamakan helium( unani, helios, artinya matahari). Gas mulia berikutnya yang ditemukanRamsay adalah gas neon (neos, artinya baru), kripton (kryptos, artinyatersembunyi), dan xenon (enos, artinya asing).2.Sifat-Sifat Unsur Gas MuliaPada pembahasan Ikatan Kimia di Kelas X, gas mulia dianggap stabilkarena memiliki konfigurasi elektron yang terisi penuh:He: 1s2Ne: 1s2 2s2 2p6Ar: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6Xe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p61s2He2s2 2p6Ne3s2 3p6Ar4s2 4p6Kr5s2 5p6Xe6s2 6p6RnIII A1.Masih ingatkah Anda mengenai sistem periodik Mendeleeve?2.Apakah yang dimaksud dengan unsur-unsur golongan utama dalam tabelperiodik?3.Sifat-sifat apa sajakah yang Anda ketahui dari unsur-unsur golongan utamaberdasarkan sistem periodik?Tes Kompetensi AwalCari tahu oleh Anda suatu prosedur penyelidikan untuk mensintesis Mg3N2 darilogam magnesium dan gas nitrogen.Kegiatan InkuiriKata Kunci•Gas mulia•Inert•Gas monoatomik•Konfigurasi oktet•Distilasi bertingkat
63Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaUdara kering danbersih pada 20 atmMenara pendinginKompresorUdara cairSelama beberapa tahun, pandangan tersebut dijadikan acuan padapembentukan ikatan kimia. Menurut teori Lewis, gas mulia tidak reaktifsebab memiliki konfigurasi oktet.Ketidakreaktifan gas mulia juga dapat dilihat dari data energi ionisasinya.Makin besar energi ionisasi, makin sukar gas mulia membentuk senyawa.Gas helium dan neon hinggasaat ini belum dapat dibuat senyawanya.Pada tekanan normal, semua gas mulia dapat dipadatkan, kecualihelium. Gas helium hanya dapat dipadatkan pada tekanan sangat tinggi,di atas 25 atm. Oleh karena gas helium merupakan gas yang memiliki titikleleh dan titik didih paling rendah maka gas tersebut dapat digunakansebagai pendingin untuk mempertahankan suhu di bawah 10 K. Pada 4 K,gas helium menunjukkan sifat super fluida tanpa viskositas disebut superkonduktor, yaitu zat yang memiliki daya hantar listrik tanpa hambatan danmenolak medan magnet. Daya hantar listrik helium pada 4 K, 800 kalilebih cepat dibandingkan kawat tembaga.3.Pembuatan dan Kegunaan Unsur Gas MuliaSecara komersial, semua gas mulia, kecuali helium dan radondiperoleh melalui distilasi bertingkat udara cair. Perbedaan titik didihyang tinggi memungkinkan gas-gas mulia di udara dapat dipisahkan.Gas mulia banyak dipakai sebagai gas pengisi lampu pijar dan neon.Hampir semua gas mulia berwarna terang jika loncatan bunga api listrikdilewatkan ke dalam tabung berisi gas mulia. Neon berwarna merah,argon berwarna merah muda, kripton berwarna putih-biru, dan xenonberwarna biru.Tabel 3.1Energi Ionisasi Pertama Unsur-Unsur Gas MuliaHeNeArKrXeRnGas muliaEI(kJ mol–1)237720881527135611761042SekilasKimiaSumber: Jendela Iptek: Kimia, 1997Gas mulia merupakan gas monoatomik, tidak berwarna, tidak berasa,dan tidak berbau. Argon, kripton, dan xenon sedikit larut dalam air akibatterjebak di antara molekul air. Helium dan neon tidak dapat larut dalamair, sebab jari-jari atomnya terlalu kecil hingga dapat meninggalkan air.Beberapa sifat fisika gas mulia dapat dilihat pada tabel berikut.Jari-jari (pm)Kerapatan (g cm–3)Titik didih (°C)Titik leleh (°C)Sifat FisikaHeTabel 3.2Sifat Fisika dan Kimia Unsur-Unsur Gas MuliaNeArKreRn930,18–269–2721120,90–246–2491541,80–186–1891693,75–153–1571905,8–108–11222510–62–71Gambar 3.1Skema pencairan udara, digunakandalam pembuatan udara cairkomersial.Sumber: Chemistry(Zumdahl., and Steven, S), 1989Sumber: Chemistry with Inorganic Qualitative Analysis, 1989Ramsay adalah seorang ahlikimia berkebangsaan Inggrisyang menemukan argon. Diabekerja sama dengan ahli fisikaLord Rayleight. Pada tahun 1904dia menerima hadiah Nobeluntuk kimia.Sir William Ramsay(1852–1916)
64Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIISumber helium adalah gas alam. Helium memiliki titik didih palingrendah sehingga banyak dipakai sebagai pendingin. Gas mulia juga dipakaisebagai pelarut gas oksigen bagi para penyelam dan sebagai udara atmosferbagi pesawat ruang angkasa.Oleh karena tabung yang berisi gas mulia menghasilkan cahayaberwarna terang jika dilewatkan loncatan bunga api listrik maka gasmulia banyak digunakan dalam alat penerang (Gambar 3.2). Lampuneon dari gas mulia banyak digunakan dalam papan reklame. Heliumdan nitrogen digunakan sebagai pengisi bola lampu pijar. Dalam bolalampu, campuran gas tersebut mengkonduksi panas dari filamen tungsten.Gas mulia juga digunakan dalam sejumlah sinar laser. Laser dari neon-helium pertama kali dioperasikan sebagai gas laser yang kontinu. Lasertersebut memancarkan cahaya merah dengan panjang gelombang 632,8 nm.Argon merupakan gas mulia terbanyak di udara, diperoleh dengancara pemanasan udara kering dengan CaC2. Menurut cara ini, gas O2dan N2 bereaksi dengan CaC2 dan menyisakan gas argon. Persamaankimianya:Udara + 3 CaC2⎯⎯→CaCN2 + 2CaO + 5 C + ArGas argon digunakan sebagai gas penyambung (las) logam (Gambar 3.4).Dalam sistem pengukuran, kripton digunakan sebagai standar satuanpanjang. Ukuran panjang satu meter didefinisikan sebagai 1.650.763,73kali panjang gelombang spektrum garis ungu-merah dari atom kripton.4.Senyawa Gas MuliaNeil Bartlett, orang pertama yang membuat senyawa gas mulia. Diamengetahui bahwa molekul oksigen dapat bereaksi dengan platinaheksafluorida, PtF6 membentuk padatan ionik [O2+][PtF6–]. Oleh karenaenergi ionisasi gas xenon (1,17 × 103 kJ mol–1) tidak berbeda jauh denganmolekul oksigen (1,21×103 kJ mol–1), Bartlett menduga bahwa xenonjuga dapat bereaksi dengan platina heksafluorida.Pada tahun 1962, Bartlett berhasil mensintesis senyawa xenon denganrumus XeF6 berwarna jingga-kuning (lihat Gambar 3.5). Selain itu, xenonjuga dapat bereaksi dengan fluor secara langsung dalam tabung nikelpada suhu 400°C dan tekanan 6 atm menghasilkan xenon tetrafluorida,berupa padatan tidak berwarna dan mudah menguap.Xe(g) + 2F2(g)⎯⎯→XeF4(s)Sejak saat itu banyak senyawa gas mulia yang dibuat dengan unsur-unsur yangkeelektronegatifan tinggi, seperti fluor dan oksigen. Lihat Tabel 3.3.Di antara semua unsur gas mulia, baru kripton dan xenon yang dapatdibuat senyawanya. Mengapa kedua gas mulia ini dapat membentuk senyawa?Gambar 3.3Lampu kilat (blitz) yang dipakai padafoto analog mengandung gas xenon.Sumber: Sougou KagashiGambar 3.2Berbagai jenis lampu berisi gasmulia.Sumber: Sougou KagashiGambar 3.4Gas argon banyak digunakan dalamlas (menyambung) logam.Sumber: Sougou Kagashi
65Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaHal ini berkaitan dengan jari-jari atom gas mulia. Pada tabel periodik,jari-jari atom gas mulia makin ke bawah makin besar. Akibatnya, gayatarik inti terhadap elektron valensi makin berkurang sehingga atom-atomgas mulia seperti xenon dan kripton lebih reaktif dibandingkan gas muliayang lain. Radon dengan jari-jari paling besar juga dapat bereaksi denganoksigen atau fluor, tetapi karena radon merupakan unsur radioaktifmenjadikan senyawa yang terbentuk sukar dipelajari.Jika senyawa-senyawa fluorida dari xenon direaksikan dengan airakan terbentuk senyawa xenon yang lain. Persamaan kimianya:2XeF2 + 2H2O⎯⎯→2Xe + O2 + 4HF6XeF4 + 12H2O⎯⎯→2XeO3 + 4Xe + 3O2 + 24HFXeF6 + H2O⎯⎯→XeOF4 + 2HFXenon trioksida, XeO3 merupakan oksida xenon yang paling utama.XeO3 memiliki bentuk padat berwarna putih dan bersifat eksplosif. Akantetapi, jika dilarutkan dalam air, sifat eksplosif XeO3 akan hilang sebabterbentuk senyawa asam ksenat, H2XeO4, yang bersifat oksidator kuat.Xenon trioksida dapat juga bereaksi dengan suatu basa, seperti NaOHmembentuk garam ksenat dan garam perksenat. Persamaan kimianya:XeO3 + NaOH⎯⎯→NaHXeO4 (natrium ksenat)4NaHXeO4 + 8NaOH⎯⎯→3Na4XeO6 + Xe + 6H2O (natrium perksenat)Gambar 3.5Kristal XeF4Pertama dibuat tahun 1962, melaluireaksi langsung Xe(g) dan F2(g) dalamkamar reaktor nikel pada 400°C dan 6atm.Kerjakanlah di dalam buku latihan.1.Xenon difluorida dihidrolisis dalam larutan basamenghasilkan xenon, ion fluorida, dan O2. Tuliskanpersamaan reaksinya.2.Xenon difluorida adalah oksidator yang kuat. Dalamlarutan HCl senyawa ini tereduksi menjadi xenonTes Kompetensi SubbabAdan HF. Tuliskan reaksi redoksnya, disertai denganHCl yang dioksidasi menjadi Cl2.3.Gambarkan struktur molekul dari XeF2, XeF4, danXeF6. Hibridisasi apa yang terjadi pada senyawatersebut?Sumber:Chemistry,2000Xenon difluoridaXenon tetrafluoridaXenon heksafluoridaXenon trioksidaXenon tetroksidaSenyawaRumusXeF2XeF4XeF6XeO3XeO4DeskripsiKristal tak berwarnaKristal tak berwarnaKristal tak berwarnaKristal tak berwarna, eksplosifGas tak berwarna, eksplosifTabel 3.3Senyawa yang Mengandung Unsur Gas Mulia (Xenon) denganUnsur ElektronegatifGambarkan struktur molekul dari senyawa xenon, kemudian hubungkan dengan teorioktet dari Lewis. Adakah penyimpangan? Tergolong senyawa apakah menurut Lewis?Kegiatan InkuiriSumber: General Chemistry , 1990
66Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIGambar 3.6Mineral fluoroapatit dan fluorit(fluorosfar)[He]2s22p5F[Ne]3s2 3p5Cl[Ar]4s2 4p5Br[Kr]5s2 5p5I[Xe]6s2 6p5AtII ASumber:Chemistry,2000B.Unsur-Unsur HalogenBerdasarkan konfigurasi elektronnya, halogen menempati golonganVIIA dalam tabel periodik. Atom-atom unsur halogen memiliki afinitaselektron tinggi sehingga mudah menerima elektron membentukkonfigurasi elektron gas mulia. Oleh sebab itu, unsur-unsur halogen tidakpernah ditemukan dalam keadaan unsur bebas di alam.1Kelimpahan Unsur HalogenHalogen umumnya terdapat dalam bentuk garamnya. Oleh sebab itu,unsur-unsur golongan VIIA dinamakan halogen, artinya pembentuk garam(halos dan genes, halos = garam; genes = pembentuk atau pencipta).Fluorin dan klorin merupakan unsur halogen yang melimpah di alam.Fluorin terdapat dalam mineral fluorapatit, 3Ca3(PO4)2.CaF2 dan mineral fluorit,CaF2. Bentuk kedua mineral tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.6.Klorin melimpah dalam bentuk NaCl terlarut di lautan maupunsebagai deposit garam. Bromin kurang melimpah, terdapat sebagai ion Brdalam air laut. Iodin terdapat dalam jumlah sedikit sebagai NaI dalamair laut dan sebagai NaIO3 bersama-sama garam nitrat. Unsur astatintidak dijumpai di alam sebab bersifat radioaktif sehingga mudah berubahmenjadi unsur lain yang lebih stabil.2.Sifat-Sifat Unsur HalogenSemua unsur halogen terdapat sebagai molekul diatom, yaitu F2, Cl2,Br2, dan I2. Fluorin dan klorin berwujud gas, fluorin berwarna kuningpucat dan klorin berwarna kuning kehijauan. Bromin mudah menguap,cairan dan uapnya berwarna cokelat-kemerahan. Iodin berupa zat padatberwarna hitam mengkilap yang dapat menyublim menghasilkan uapberwarna ungu (lihat Gambar 3.7).Unsur-unsur halogen mudah dikenali dari bau dan warnanya.Halogen umumnya berbau menyengat, terutama klorin dan bromin(bromos, artinya pesing). Kedua gas ini bersifat racun sehingga harusditangani secara hati-hati. Jika wadah bromin bocor maka dalam beberapasaat, ruangan akan tampak cokelat-kemerahan. Titik leleh, titik didih,dan sifat-sifat fisika lainnya ditunjukkan pada Tabel 3.4.Titik leleh (°C)Titik didih (°C)Massa jenis (g cm–3)KeelektronegatifanAfinitas eletron (kJ mol–1)Jari-jari ion ( )Jari-jari kovalen ( )Sifat Sifat UnsurFTabel 3.4Beberapa Sifat Unsur-Unsur Golongan VIIA –220 –1880,00174,0– 3281,190,64Cl –101 –350,00323,0 –3491,670,99 –7 –593,122,8 –3251,821,14 1141844,932,5– 2952,061,33BrI– – –2,2 –270–1,48AtKenaikan titik leleh dan titik didih dari atas ke bawah dalam tabelperiodik disebabkan gaya London di antara molekul halogen yang makinmeningkat dengan bertambahnya panjang ikatan. Gaya berbanding lurusdengan jarak atau panjang ikatan.Sumber: General Chemistry , 1990
67Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaKereaktifan halogen dapat dipelajari dari jari-jari atomnya. Dari ataske bawah, jari-jari atom meningkat sehingga gaya tarik inti terhadappenerimaan (afinitas) elektron makin lemah. Akibatnya, kereaktifanunsur-unsur halogen dari atas ke bawah berkurang.Kereaktifan halogen dapat juga dipelajari dari afinitas elektron.Makin besar afinitas elektron, makin reaktif unsur tersebut. Dari atas kebawah dalam tabel periodik, afinitas elektron unsur-unsur halogen makinkecil sehingga kereaktifannya: F Cl Br I.Oleh karena unsur halogen mudah menerima elektron maka semuaunsur halogen merupakan oksidator kuat. Kekuatan oksidator halogenmenurun dari atas ke bawah dalam tabel periodik. Hal ini dapat dilihatdari potensial reduksi standar:F2 + 2e–⎯⎯→2F–E° = +2,87 VCl2 + 2e–⎯⎯→2Cl–E° = +1,36 VBr2 + 2e–⎯⎯→2Br–E° = +1,07 VI2 + 2e–⎯⎯→2I–E° = +0,54 VBerdasarkan data potensial reduksi standar dapat disimpulkan bahwaF2 merupakan oksidator paling kuat. Oleh karena itu, unsur halogendapat mengoksidasi halogen lain yang terletak di bawahnya dalam tabelperiodik, tetapi reaksi kembalinya tidak terjadi.Kekuatan oksidator F2, Cl2, Br2, dan I2 dapat dilihat dari reaksiantarhalogen. Gas fluorin dapat mengoksidasi unsur-unsur halogen yangberada di bawahnya:F2(g) + 2Cl–(aq)⎯⎯→2F–(aq) + Cl2(g)F2(g) + 2Br–(aq)⎯⎯→2F–(aq) + Br2(g)F2(g) + 2l–(aq)⎯⎯→2F–(aq) + l2(s)Demikian pula jika gas klorin ditambahkan ke dalam larutan yangmengandung ion Br– atau ion I–, akan terbentuk bromin dan iodin.Cl2(aq) + 2Br–(aq)⎯⎯→2Cl–(aq) + Br2(aq)Cl2(aq) + 2I–(aq)⎯⎯→2Cl–(aq) + I2(aq)Reaksi Cl2 dengan Br– atau I– dapat digunakan untuk identifikasi bromindan klorin dalam suatu senyawa ion.Gambar 3.7Kristal Iodium apabila dipanaskantidak mencair, tetapi menyublim.Sumber:Chemistry: The molecularScience,1997Halogen dapat mengoksidasi halogenlain yang berada di bawahnya dalamtabel periodik, tetapi reaksikebalikannya tidak terjadi.Halogen can be oxidized by anotherhalogen which is under the first one inperiodic table, but the oppositereaction will not occur.NoteCatatanAktivitas Kimia 3.1Daya Oksidasi dan Reduksi Unsur HalogenTujuanMenunjukkan sifat oksidator halogen dan daya pereduksi halidanya.Alat1.Tabung reaksi2.Botol pereaksi3.Tabung "Y"Bahan1.Kaporit2.HCl pekat3.Aquades (air suling)4.Larutan Kl5.KloroformKata Kunci•Molekul diatom•Oksidator kuat
68Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIILangkah KerjaPembuatan larutan klorin1.Siapkan Tabung "Y"seperti gambar berikut.2.Tambahkan kaporit pada kaki kiri dan HCl pekatpada kaki kanan.3.Masukkan aquades pada botol pereaksi.4.Putar tabung Y sedemikian rupa sehingga HCl pekat mengalirke dalam kaporit. Lakukan sampai terbentuk larutan klorin jenuh.Menunjukkan oksidator klorin1.Siapkan tabung reaksi yang berisi campuran larutan Kl dan kloroform.2.Tambahkan larutan Cl2 jenuh hasil reaksi ke dalam tabung reaksi. Amatiperubahan yang terjadi.Pertanyaan1.Apakah yang dapat Anda amati dari percobaan pembuatan larutan klorin?2.Tuliskan reaksi yang terjadi antara kaporit (CaOCl2) dan HCl.3.Tuliskan reaksi yang terjadi antara Kl dan Cl2. Zat apakah yang terdapat dalamkloroform?4.Berapa potensial sel dalam reaksi tersebut?5.Apakah yang dapat Anda simpulkan dari pengamatan percobaan ini? Diskusikandengan teman atau guru Anda.Nilai GGL dapat dipakai untuk meramalkan kespontanan reaksi.Pada reaksi halogen dan air, nilai GGL dapat dihitung dari potensialreduksi standar, misalnya:2F2(g) + 2H2O(A)⎯⎯→4HF(aq) + O2(g) E° = 2,05 VOleh karena potensial sel sangat tinggi maka reaksi fluorin dan airberlangsung sangat dahsyat.Reaksi gas Cl2, Br2, dan I2 dengan air menghasilkan nilai GGLberturut-turut 0,54 volt; 0,24 volt; dan –0,28 volt. Berdasarkan nilai GGL,gas Cl2 dan Br2 dapat bereaksi, sedangkan I2 tidak bereaksi.Cl2(g) + H2O(A)ZZXYZZHClO(aq) + HCl(aq)Br2(aq) + H2O(A)ZZXYZZHBrO(aq) + HBr(aq)Kelarutan halogen dalam air beragam. Gas F2 bereaksi dengan airmembentuk HF. Gas Cl2 dan Br2 larut baik dalam air, sedangkan I2 sukarlarut dalam air. Agar I2 dapat larut dalam air, harus ditambah KI karenaterbentuk senyawa kompleks I3–.KI(aq) + I2(s)⎯⎯→KI3(aq)Halogen dapat bereaksi dengan hampir semua unsur, baik unsur logammaupun nonlogam. Demikian pula dengan sesama halogen dapat membentuksenyawa antarhalogen, seperti ClF, BrF, IBr, ClF3, ClF5, dan IF7.Jelaskan kelarutan gas halogen menggunakan data potensial reduksi standar antara gashalogen dan air. Mengapa F2bereaksi, sedangkan yang lain tidak bereaksi?Kegiatan InkuiriBerdasarkan sifat periodik unsur-unsur halogen, HF diharapkanmempunyai titik didih paling rendahdengan HCl, HBr, dan HI. Hal ini disebabkan HF mempunyai ikatan ....A.ionB.hidrogenC.kovalenD.van der WaalsE.kovalen ionPembahasanHF seharusnya mempunyai titik didihyang rendah dibandingkan dengan HCl,HBr, dan HI karena mempunyai Mr terkecilsehingga ikatan Van der Walls palingrendah. Akan tetapi, kenyataannya HFmempunyai titik didih tertinggi karenamempunyai ikatan hidrogen.Jadi, jawaban yang dimaksud adalahikatan van der waals. (D)SPMB 2002MahirMenjawabLarutan KI + kloroform
69Deskripsi Unsur-Unsur Golongan Utama3.Pembuatan dan Kegunaan Unsur HalogenGas F2 merupakan oksidator kuat sehingga hanya dapat dibuat melaluielektrolisis garamnya, yaitu larutan KF dalam HF cair. Dalam elektrolisisdihasilkan gas H2 di katode dan gas F2 di anode. Perhatikan Gambar 3.8Gas F2 diproduksi secara komersial untuk bahan bakar nuklir uranium.Logam uranium direaksikan dengan gas fluorin berlebih menghasilkanuranium heksafluorida, UF6 (padatan berwarna putih dan mudah menguap).KlorinBrominIodinHalogenTabel 3.5Senyawa Halogen yang Dapat Membentuk Asam OksoHClOHBrOHIOHipohalidaHClO2HBrO2(*)HIO2(*)HalitHClO3HBrO3HIO3HalatHClO4HBrO4(*)HIO4PerhalatPada senyawa antarhalogen, biloks positif dimiliki oleh halogendengan keelektronegatifan lebih kecil. Misalnya, dalam molekul ClF3,biloks Cl = +3 dan biloks F = –1.Halogen bereaksi dengan logam membentuk senyawa ionik. Dengan unsurbukan logam, halogen membentuk senyawa kovalen. Baik dalam senyawa ionikmaupun kovalen, pada umumnya halogen memiliki bilangan oksidasi 1.Semua unsur halogen dapat membentuk asam okso, kecuali fluorin.Bilangan oksidasinya mulai dari +1, +3, +5, dan +7. Contohnya dapatdilihat pada Tabel 3.5.F2AnodeH2KatodeLarutan KFdalam HF cairHFGambar 3.8Pembuatan gas F2 secaraelektrolisisSumber:Chemistry,2002(*) HBrO2, HIO2, dan HBrO4 tidak stabilsehingga sukar dibuat.(*)HBrO2,HIO2, and HBrO4 are unstablethus those are difficult to be produced.NoteCatatanKata Kunci•Senyawa ionik•Senyawa antarhalogen•Senyawa kovalen•Asam okso•ElektrolisisSumber: General Chemistry , 1990Reaksi AntarhalogenTuliskan persamaan setara untuk reaksi berikut jika dapat bereaksi.(a) I–(aq) + Br2(A)(b) Cl–(aq) + I2(s)Jawab(a) Br2 dapat mengoksidasi ion halogen yang berada di bawahnya pada tabel periodik.Dengan demikian, Br2 akan mengoksidasi I– :2I–(aq) + Br2(A)⎯⎯→ 2Br– (aq) + I2(s)(b) Ion Cl– adalah ion halogen berada di atas iodium dalam tabel periodik. Olehkarena itu, I2 tidak dapat mengoksidasi Cl– . Jadi, tidak akan terjadi reaksi:Cl–(aq) + I2(s)⎯⎯→Contoh3.1
70Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIGas Cl2 dibuat melalui elektrolisis lelehan NaCl, reaksinya:Anode: Cl–(A)⎯⎯→ Cl2(g)Katode: Na+(A)⎯⎯→Na(s)Gas Cl2 digunakan sebagai bahan dasar industri plastik, seperti vinilklorida, CH2=CHCl (untuk PVC), CCl4 (untuk fluorokarbon), danCH3Cl (untuk silikon dan TEL). Dalam jumlah besar, klorin digunakanuntuk desinfektan, pemutih, pulp kertas, dan tekstil.Gas Br2 dibuat dari air laut melalui oksidasi dengan gas Cl2. Secarakomersial, pembuatan gas Br2 sebagai berikut.a.Air laut dipanaskan kemudian dialirkan ke tanki yang berada dipuncak menara.b.Uap air panas dan gas Cl2 dialirkan dari bawah menuju tanki. Setelahterjadi reaksi redoks, gas Br2 yang dihasilkan diembunkan hinggaterbentuk lapisan yang terpisah. Bromin cair berada di dasar tangki,sedangkan air di atasnya.c.Selanjutnya bromin dimurnikan melalui distilasi.Bromin digunakan dalam industri untuk membuat senyawa metilbromida, CH3Br (sebagai pestisida), perak bromida (untuk film fotografi),dan alkali bromida (untuk sedatif).Gas I2 diproduksi dari air laut melalui oksidasi ion iodida denganoksidator gas Cl2. Iodin juga dapat diproduksi dari natrium iodat (suatupengotor dalam garam (Chili, NaNO3) melalui reduksi ion iodat olehNaHSO3. Iodin digunakan untuk membuat senyawa AgI sebagai filmfotografi dan KI sebagai nutrisi dan makanan ternak. Beberapa kegunaansenyawa halogen dijabarkan pada Tabel 3.6.Gambar 3.9Sumber:Sougou KagashiAgBr, AgICCl4CH3BrC2H4Br2C2H4ClC2H5ClHClNaClONaClO3KISenyawaKegunaanFilm fotografiIndustri fluorokarbonPestisidaPenangkapan timbal dalam gasolinIndustri polivinil klorida dan plastikIndustri TELPengolahan logam dan makananPemutih pakaian dan industri hidrazinPemutih kertas dan pulpNutrisi manusia dan suplemen makanan hewanTabel 3.6Beberapa Kegunaan Senyawa Halogen(a) Gas Br2 dibuat dari air laut melaluioksidasi dengan gas Cl2..(b) Pelat film ini dilapisi oleh AgBr,yang sensitif terhadap cahaya.(a)(b)
71Deskripsi Unsur-Unsur Golongan Utama4.Sifat dan Pembuatan Senyawa HalogenSenyawa halogen yang penting adalah asam hidrogen halida (HX),asam okso-halida (HXOn), dan garamnya (MX). Setiap unsur halogendapat membentuk senyawa biner dengan hidrogen: HF, HCl, HBr, danHI. Semuanya merupakan gas tak berwarna dengan bau sangat tajam.Titik didih asam halida meningkat dari atas ke bawah dalam sistemperiodik (HCl = –85°C; HBr = –67°C; HI = –35°C), kecuali HF memilikititik didih paling tinggi, yaitu 20°C. Penyimpangan ini sebagai akibatadanya ikatan hidrogen antarmolekul HF yang sangat kuat dibandingkanasam-asam halida yang lain.Kekuatan asam halida di dalam pelarut air meningkat dari atas kebawah dalam tabel periodik. Hal ini disebabkan oleh jari-jari atomhalogen yang makin besar sehingga kemampuan menarik atom H makinlemah, akibatnya atom H mudah lepas.Asam-asam halida di dalam air terionisasi sempurna, kecuali asam fluoridatergolong asam lemah dengan derajat ionisasi 2,9%. Persamaan ionisasinya:HF(aq)ZZXYZZH+(aq) + F–(aq)Asam-asam halida dapat disintesis langsung dari unsur-unsurnya,seperti berikut ini.a.Gas F2 dan H2 bereaksi sangat dahsyat membentuk senyawa HF, tetapireaksinya tidak memiliki nilai komersial, sebab gas F2 sendiri dibuatdari penguraian HF.H2(g) + F2(g)⎯⎯→2HF(g)b.Senyawa HCl dibuat melalui reaksi gas Cl2 dan H2 berlebih.H2(g) + Cl2(g)⎯⎯→2HCl(g)c.HBr dan HI dibuat dengan cara serupa, tetapi menggunakankatalis platina sebab reaksi tanpa katalis sangat lambat.H2(g) + Br2(g)PtΔ⎯⎯⎯→2HBr(g)H2(g) + I2(g)PtΔ⎯⎯⎯→2HI(g)Umumnya, asam-asam halida disintesis melalui pemanasan garamhalida dengan asam yang tidak mudah menguap, seperti berikut ini.a.HF, dibuat dari garam CaF2 dan asam sulfat pekat. Reaksinya:CaF2(s) + H2SO4(A)Δ⎯⎯→CaSO4(s) + 2HF(g)b.HCl, dibuat dari natrium klorida dan asam sulfat pekat. Reaksinya:NaCl(s) + H2SO4(A)Δ⎯⎯→NaHSO4(s) + HCl(g)Pada suhu tinggi, hasil yang terbentuk adalah natrium sulfat:NaCl(s) + NaHSO4(A)Δ⎯⎯→Na2SO4(s) + HCl(g)c.HBr dan HI, tidak dapat dibuat dengan H2SO4, sebab dapatmengoksidasi Br– dan I– menjadi unsur-unsurnya. Dalam hal inidigunakan asam fosfat. Reaksinya:Tuliskan persamaan reaksi pada pembuatan iodin dari natrium iodat dan natriumhidrogen sulfit.Kegiatan InkuiriIkatan hidrogen adalah ikatan antaraatom yang mempunyai sifatkeelektronegatifan tinggi, dan atomhidrogen.Hydrogen bond is the interactionbetween an high electronegativityatom and hydrogen atom.NoteCatatanKata Kunci•Asam halida•Kekuatan asam•Senyawa biner•Pickling
72Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIINaBr(s) + H3PO4(A)Δ⎯⎯→HBr(g) + NaH2PO4(s)Kegunaan utama HF adalah sebagai bahan baku pembuatan CCl3F,freon, dan teflon (Gambar 3.10). Senyawa CCl3F digunakan sebagaipendingin dan bahan bakar aerosol, yang disintesis dari CCl4 dan HFdengan antimon pentafluorida sebagai katalis. Reaksinya:CCl4(A) + HF(g)5SbF⎯⎯⎯→CCl3F(aq) + HCl(g)Larutan HF dapat digunakan untuk mengetsa (melukis) gelas (Gambar 3.11).Kegunaan utama HF yang lain adalah sebagai cairan elektrolit dalampengolahan mineral aluminium dan untuk mengetsa gelas. Dalam etsa gelas,HF bereaksi dengan silika (SiO2), kemudian bereaksi dengan gelas. Reaksinya:6HF(aq) + SiO2(s)⎯⎯→ H2SiF6(aq) + 2H2O(A) SilikaCaSiO3(s) + 8HF(aq)⎯⎯→ H2SiF6(aq) + CaF2(aq) + 3H2O(A) Gelas Asam heksafluorosilikatSenyawa HCl adalah asam keempat yang penting bagi industri asamsetelah asam sulfat, fosfat, dan nitrat. Asam ini digunakan untukmembersihkan permukaan logam dari oksida (disebut pickling) dan untukmengekstrak bijih logam tertentu, seperti tungsten.Dalam elektrolisis larutan NaCl, gas Cl2 yang dihasilkan pada anodedapat bereaksi dengan larutan NaOH yang dihasilkan di katodemembentuk natrium hipoklorit. Reaksinya:Cl2(g) + 2NaOH(aq)⎯⎯→ NaClO(aq) + NaCl(aq) + H2O(A)Larutan NaClO digunakan sebagai pemutih pada industri tekstil.Ion hipoklorit tidak stabil, dan terdisproporsionasi membentuk ion klorat,ClO3– dan ion klorida, Cl–. Reaksinya:3ClO–(aq)⎯⎯→ ClO3–(aq) + 2Cl–(aq)Gambar 3.11Larutan HF dapat digunakan untukmengetsa (melukis) gelas.Sumber:Chemistry,2000Gambar 3.10Polimer jenis politetrafluoroetilen(teflon) juga merupakan senyawakarbon yang mengandung gugusfluorin.Aktivitas Kimia 3.2Penentuan Kadar NaClO dalam Produk PemutihTujuanMenentukan kadar NaClO dalam produk pemutih.Alat1.Labu erlenmenyer2.Buret3.Pipet tetes4.Gelas ukur5.TimbanganBahan1.1 g pemutih komersial2.Air3.Larutan kanji4.Larutan KI 0,1 MLangkah Kerja1.Timbang 1 g pemutih komersial dan larutkan ke dalam 25 mL air.2.Masukkan ke dalam labu erlenmeyer dan tambahkan 5 tetes larutan kanjisebagai indikator.3.Titrasi campuran tersebut dengan larutan KI 0,1 M hingga terbentuk warnabiru muda dari kompleks I2–kanji (titik akhir titrasi).4.Hitung berapa kadar NaClO.Sumber:und.edu
73Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaKerjakanlah di dalam buku latihan.1.Kerapatan halogen dari atas ke bawah tabel periodikmeningkat, mengapa? Jelaskan.2.Berapakah biloks Br dalam senyawa BrF dan IBr?3.Mengapa fluorin tidak dapat membentuk asam okso,sedangkan halogen yang lain dapat dibuat?4.Tuliskan persamaan reaksi pembentukan gas HBr darireaksi NaBr(s) dan H3PO4.Tes Kompetensi SubbabB5.Tuliskan persamaan reaksi pembentukan gas HI darireaksi NaI(s) dan H3PO4.6.Tuliskan persamaan reaksi antara PCl5 dan H2O.Berapakah bilangan oksidasi Cl dalam PCl5?7.Gunakan model VSEPR untuk menjelaskan pasanganelektron dan struktur molekul BrF3.C.Unsur-Unsur Golongan AlkaliUnsur-unsur golongan IA disebut juga logam alkali. Unsur-unsuralkali merupakan logam yang sangat reaktif. Kereaktifan unsur alkalidisebabkan kemudahan melepaskan elektron valensi pada kulit ns1membentuk senyawa dengan bilangan oksidasi +1. Oleh sebab itu, unsur-unsur logam alkali tidak ditemukan sebagai logam bebas di alam,melainkan berada dalam bentuk senyawa.1.Kelimpahan Unsur Logam Alkali di AlamSumber utama logam alkali adalah air laut. Air laut merupakanlarutan garam-garam alkali dan alkali tanah dengan NaCl sebagai zatterlarut utamanya. Jika air laut diuapkan, garam-garam yang terlarutakan membentuk kristal.Selain air laut, sumber utama logam natrium dan kalium adalahdeposit mineral yang ditambang dari dalam tanah, seperti halit (NaCl),silvit (KCl), dan karnalit (KCl.MgCl.H2O). Mineral-mineral ini banyakditemukan di berbagai belahan bumi.Pembentukan mineral tersebut melalui proses yang lama. Mineralberasal dari air laut yang menguap dan garam-garam terlarut mengendapsebagai mineral. Kemudian, secara perlahan mineral tersebut tertimbunoleh debu dan tanah sehingga banyak ditemukan tidak jauh dari pantai.Pertanyaan1.Mengapa diperlukan indikator untuk mengetahui titik akhir titrasi?2.Bagaimanakah persamaan reaksi antara larutan KI dan larutan pemutih?3.Berapakah kadar NaClO?4.Buatlah hasil laporan per kelompok untuk percobaan ini. Kemudian,presentasikan di depan kelas.LitiumNatriumKaliumRubidiumCesiumUnsurSumber UtamaSpodumen, LiAl(Si2O6)NaClKClLepidolit, Rb2(FOH)2Al2(SiO3)3Pollusit, Cs4Al4Si9O26.H2OTabel 3.7Mineral Utama Logam AlkaliKata Kunci•Deposit mineral•Energi ionisasi kesatu
74Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIILogam alkali lain diperoleh dari mineral aluminosilikat. Litiumterdapat dalam bentuk spodumen, LiAl(SiO3)2. Rubidium terdapat dalamminerallepidolit. Cesium diperoleh dari pollusit yang sangat jarang,CsAl(SiO3)2.H2O. Fransium bersifat radioaktif.2.Sifat-Sifat Unsur Logam AlkaliUnsur-unsur alkali semuanya logam yang sangat reaktif dengan sifat-sifat fisika ditunjukkan pada Tabel 3.8. Logam alkali sangat reaktif dalamair. Oleh karena tangan kita mengandung air, logam alkali tidak bolehdisentuh langsung oleh tangan.Semua unsur golongan IA berwarna putih keperakan berupa logam padat,kecuali cesium berwujud cair pada suhu kamar. Natrium merupakan logamlunak dan dapat dipotong dengan pisau. Kalium lebih lunak dari natrium.Pada Tabel 3.8 tampak bahwa logam litium, natrium, dan kaliummempunyai massa jenis kurang dari 1,0 g cm–3. Akibatnya, logam tersebutterapung dalam air (Gambar 3.12a). Akan tetapi, ketiga logam ini sangatreaktif terhadap air dan reaksinya bersifat eksplosif disertai nyala.Sifat-sifat fisika logam seperti lunak dengan titik leleh rendah menjadipetunjuk bahwa ikatan logam antaratom dalam alkali sangat lemah. Iniakibat jari-jari atom logam alkali relatif besar dibandingkan unsur-unsurlain dalam satu periode. Penurunan titik leleh dari litium ke cesiumdisebabkan oleh jari-jari atom yang makin besar sehingga mengurangikekuatan ikatan antaratom logam.Logam-logam alkali merupakan reduktor paling kuat, sepertiditunjukkan oleh potensial reduksi standar yang negatif.Tabel 3.8Sifat-Sifat Fisika Logam AlkaliTitik leleh (°C)Titik didih (°C)Massa jenis (g cm–3)KeelektronegatifanJari-jari ion ( )Sifat SifatLi18113470,531,00,9Na97,88830,970,91,7K63,67740,860,81,5Rb38,96881,530,81,67Cs28,46781,880,71,8Gambar 3.12(a) Logam litium terapung di air karenamassa jenisnya lebih kecil dari air.(b) Logam natrium harus disimpandalam minyak tanah.Potensial reduksi (V)Logam AlkaliLi–3,05Na–2,71K–2,93Rb–2,99Cs–3,02Tabel 3.9Potensial Reduksi Standar Logam AlkaliSumber:Sougou Kagashi(a)(b)Sumber: General Chemistry , 1990Sumber: General Chemistry , 1990
75Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaKeelektronegatifan logam alkali pada umumnya rendah (cesiumpaling rendah), yang berarti logam tersebut cenderung membentuk kation.Sifat ini juga didukung oleh energi ionisasi pertama yang rendah,sedangkan energi ionisasi kedua sangat tinggi sehingga hanya ion denganbiloks +1 yang dapat dibentuk oleh logam alkali.Semua logam alkali dapat bereaksi dengan air. Reaksinya melibatkanpergantian hidrogen dari air oleh logam membentuk suatu basa kuatdisertai pelepasan gas hidrogen.2Na(s) + 2H2O(A)⎯⎯→ 2NaOH(aq) + H2(g)Kereaktifan logam alkali terhadap air menjadi sangat kuat dari atas kebawah dalam tabel periodik. Sepotong logam litium jika dimasukkan ke dalamair akan bergerak di sekitar permukaan air disertai pelepasan gas H2. Kaliumbereaksi sangat dahsyat disertai ledakan dan nyala api berwarna ungu.Dalam udara terbuka, logam alkali bereaksi denganoksigen membentuk oksida. Litium membentuk Li2O,natrium membentuk Na2O, tetapi produk yang dominanadalah natrium peroksida (Na2O2).Jika kalium dibakar dengan oksigen, produk dominanadalah kalium superoksida (K2O), suatu senyawa berwarnakuning-jingga. Oksida ini merupakan senyawa ion dariion K+ dan ion O2–.Logam alkali bereaksi dengan halogen membentukgaram halida. Pada suhu tinggi, logam alkali bereaksi denganhidrogen membentuk senyawa hidrida, seperti LiH danNaH. Di udara terbuka, litium dapat bereaksi dengan gasnitrogen, sedangkan logam lainnya tidak dapat bereaksi.Jika logam alkali atau senyawanya dibakar dalam nyala bunsen, akantampak warna yang khas untuk setiap logam alkali. Warna-warna tersebutmenjadi petunjuk adanya logam alkali di dalam suatu sampel. Untukmembuktikan warna nyala logam alkali, Anda dapat melakukanpenyelidikan pada Aktivitas Kimia 3.3.Gambar 3.13Penerangan di jalan rayabiasanya menggunakan lampunatrium.Sumber:Chemistry: The MolecularScience , 1997Aktivitas Kimia 3.3Uji Nyala Logam AlkaliTujuanUntuk membuktikan warna nyala logam alkali.Alat1.Pembakar bunsen2.Kawat nikromiumBahan1.Larutan jenuh NaCl2.Larutan LiCl3.Larutan KClLangkah Kerja1.Siapkan tiga kawat nikromium danpembakar bunsen.2.Celupkan setiap kawat nikromium kedalam masing-masing larutan NaCl, LiCl,dan KCl.3.Amati warna masing-masing kawat yang dihasilkan.LiNaKKata Kunci•Massa jenis logam alkali•Reduktor kuat
76Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIJika muatan listrik dilewatkan ke dalam uap natrium akan terpancarsinar kuning yang terang. Oleh karena nyalanya yang terang, uap natriumdipakai sebagai pengisi lampu penerang jalan raya atau kendaraan.Disamping itu, nyala lampu natrium dapat menembus kabut.3.Pembuatan dan Kegunaan Unsur Logam AlkaliLogam natrium dan litium dibuat dengan cara elektrolisis lelehangaramnya. Logam natrium kali pertama dibuat pada tahun 1807 olehHumpry Davy melalui elektrolisis lelehan NaOH. Cara ini merupakanmetode pembuatan logam natrium di industri (lihat Gambar 3.14).Oleh karena elektrolisis di atas diperlukan suhu tinggi sekitar 800°Cuntuk melelehkan garam NaCl maka untuk menurunkan suhu titiklelehnya bahan baku dicampur CaCl2 membentuk campuran NaCl–CaCl2.Penambahan CaCl2 ke dalam NaCl dapat menurunkan titik leleh NaClhingga sekitar 580°C. Demikian juga litium diperoleh dari elektrolisislelehan campuran LiCl–KCl. Kalium lebih mudah dibuat melalui reduksikimia daripada melalui elektrolisis KCl. Secara komersial, lelehan KCldireaksikan dengan logam natrium pada 870°C, persamaan reaksinya:Na(A) + KCl(A)⎯⎯→NaCl(A) + K(g)Uap kalium meninggalkan reaktor yang selanjutnya dikondensasi.Sejumlah besar natrium digunakan dalam pembuatan senyawa Na2O2dan NaNH2. Oleh karena natrium merupakan zat pereduksi kuat, logamnatrium sering digunakan pada pembuatan logam lain seperti titan dansintesis beberapa senyawa organik.Pertanyaan1.Warna apakah yang tampak pada kawat nikromium yang dicelupkan larutan NaCl?2.Warna apakah yang tampak pada kawat nikromium yang dicelupkan larutan LiCl?3.Warna apakah yang tampak pada kawat nikromium yang dicelupkan larutan KCl?Gambar 3.14Perangkat elektrolisis lelehanNaCl pada pembuatan logamalkaliGambar 3.15Model paduan logam Li–AlIdentifikasikan oleh Anda manalogam litium dan yang mana logamaluminium.LiNaKLogamLogamData PengamatanSumber:Chemistry,2000NaClKatode besi2Na++2e–¾® 2Na(A)Anode karbon2Cl–¾® Cl2(g) + 2e–Cl2Na (A)+Lelehan NaClSumber:Chemistry,2000
77Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaLogam penting lainnya adalah litium, berguna sebagai paduan Li–Al.Paduan logamini sangat ringan sehingga banyak digunakan untuk membuatkerangka pesawat terbang dan material lainnya. Kegunaan dari logam litiumadalah sebagai anode pada baterai. Hal ini dimungkinkan karena litiummemiliki massa jenis rendah dan potensial reduksi standarnya sangat negatif.Sejumlah kecil kalium diproduksi untuk membuat K2O yangdigunakan dalam masker gas dengan sistem tertutup (lihat Gambar 3.16).Kelebihan dari masker ini adalah uap hasil pernapasan (CO2 + H2O)bereaksi dengan superoksida menghasilkan gas oksigen.4K2O(s) + 2H2O(A)⎯⎯→ 4KOH(s) + 3O2(g)Kalium hidroksida yang dihasilkan dalam reaksi ini mengikat karbondioksida dari hasil pernapasan.KOH(s) + CO2(g)⎯⎯→ KHCO3(s)4.Pembuatan dan Kegunaan Senyawa AlkaliSenyawa alkali banyak dimanfaatkan, terutama dalam industri dan rumahtangga. Beberapa kegunaan senyawa alkali dijabarkan dalam Tabel 3.10.Gambar 3.16Masker K2O dengan sistemtertutupLi2CO3LiOHLiHNaClNaOHNa2CO3Na2O2NaNH2KClKOHK2CO3KNO3SifatKegunaanProduksi aluminiumPembuatan LiOHPabrik sabun litium untuk pelumasPereduksi pada sintetis organikPembuatan antihistamin dan obat-obatanSumber Na dan NaClBumbu, dan penyedap makananPabrik sabun (mengendapkan sabun dari campuran reaksi)Industri pulp dan kertasEkstraksi oksida aluminiumPabrik rayon viskosaPemurnian minyak bumiPabrik sabunPabrik gelasDigunakan dalam detergen dan softenerPemutih tekstilPembuatan celupan indigo untuk blue jeans denimPupukPabrik sabun lunakPabrik gelasPupuk dan bahan peledakTabel 3.10Kegunaan Senyawa AlkaliLitium karbonat adalah garam yang kurang larut, diperoleh daripengolahan bijih litium. Garam ini digunakan untuk membuat LiOH.Kalsium hidroksida bereaksi dengan litium karbonat mengendapkankalsium karbonat, dan meninggalkan larutan LiOH.Sumber:Ihsc.on.caPembuatan Unsur AlkaliTunjukkan dengan persamaan kimia, bagaimana KNO3 (kalium nitrat) dapat dibuatdari KCl (kalium klorida) dan asam nitrat dalam dua tahap.Contoh3.2Sumber: General Chemistry , 1990
78Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIICa(OH)2(aq) + Li2CO3(aq)⎯⎯→ CaCO3(s) + 2LiOH(aq)LiOH digunakan pada pabrik sabun litium untuk pelumas.Natrium klorida merupakan sumber logam natrium dan bahan bakusenyawa natrium lainnya. Senyawa NaOH diproduksi melalui elektrolisislarutan natrium klorida. Reaksi total sel elektrolisis adalah2NaCl(aq) + 2H2O(A)⎯⎯→ 2NaOH(aq) + H2(g)+ Cl2(g)Natrium hidroksida merupakan basa kuat dan memiliki banyakaplikasi penting dalam proses kimia. Sejumlah besar NaOH digunakanuntuk membuat kertas, memisahkan aluminium oksida, dan penyulinganminyak bumi.Senyawa Na2CO3 (soda ash) dipakai pada pembuatan gelas. SenyawaNa2CO3.10H2O dipakai sebagai pelunak air sadah yang ditambahkan kedalam pembuatan sabun.Natrium karbonat dibuat melalui proses solvay, yaitu metodepembuatan Na2CO3 dari NaCl, NH3, dan CO2. Dalam proses solvay: NH3dilarutkan ke dalam larutan jenuh NaCl, kemudian gas CO2 dihembuskanke dalam larutan hingga terbentuk endapan NaHCO3 (baking soda).Reaksi total:NH3(g) + NaCl(aq) + CO2(g)⎯⎯→ NaHCO3(s) + NH4Cl(aq)Endapan NaHCO3 disaring, dicuci, kemudian dipanaskan sekitar175°C, dan NaHCO3 terurai menjadi natrium karbonat.2NaHCO3(s)Δ⎯⎯→Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(A)Kalium klorida merupakan senyawa kalium penting. Lebih dari 90%KCl digunakan dalam pupuk, sebab ion kalium berfungsi sebagai nutrienbagi tanaman. Secara berkala, KCl digunakan untuk membuat kaliumdan senyawa kalium yang lain. Kalium hidroksida diperoleh darielektrolisis larutan KCl.Kerjakanlah di dalam buku latihan.1.Mengapa unsur logam alkali tidak terdapat bebas dialam? Jelaskan.2.Mengapa titik leleh unsur logam alkali berkurang dariatas ke bawah dalam tabel periodik? Jelaskan.3.Tuliskan persamaan reaksi dari oksidasi litium dannatrium .4.Tuliskan persamaan reaksi dalam proses elektrolisislelehan NaCl untuk memperoleh logamnya.Tes Kompetensi SubbabC5.Litium bereaksi dengan asetilen dalam amonia cairmenghasilkan litium asetilida (LiC≡CH) dan gashidrogen. Tuliskan persamaan kimia setara untukreaksi ini. Apakah jenis reaksinya?6.Ramalkan hasil dari reaksi berikut.a.Li3N(s) dan H2O(A)b.K2O(s) dan H2O(A)7.Tuliskan persamaan kimia yang menyatakan reaksilogam alkali dengan gas hidrogen membentuk alkalihidrida.JawabKalium hidroksida dibuat secara komersial dari kalium klorida dengan cara elektrolisislarutannya.2 KCl(aq) + 2 H2O(A)⎯⎯→2KOH (aq) + H2(g) + Cl2(g)Jika larutan kalium hidroksida dari hasil elektrolisis dinetralkan dengan asam nitrat:KOH(aq) + HNO3(aq)⎯⎯→ KNO3(aq) + H2O(A)Kata Kunci•Elektrolisis•Proses solvay
79Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaD.Unsur-Unsur Golongan Alkali TanahUnsur-unsur golongan IIA disebut juga alkali tanah sebab unsur-unsur tersebut bersifat basa dan banyak ditemukan dalam mineral tanah.Logam alkali tanah umumnya reaktif, tetapi kurang reaktif jikadibandingkan dengan logam alkali.1.Kelimpahan Unsur Logam Alkali TanahDi alam unsur-unsur alkali tanah terdapat dalam bentuk senyawa.Magnesium dan kalsium terdapat dalam batuan silikat dan aluminosilikatsebagai kationiknya. Oleh karena kation-kation dalam silikat itu larut dalamair dan terbawa oleh air hujan ke laut maka ion-ion Ca2+ dan Mg2+ banyakditemukan di laut, terutama pada kulit kerang sebagai CaCO3.Kulit kerang dan hewan laut lainnya yang mati berakumulasimembentuk deposit batu kapur. Magnesium dalam air laut bereaksidengan sedimen kalsium karbonat menjadi dolomit, CaCO3.MgCO3.Mineral utama berilium adalah beril, Be3Al2(SiO3)6(lihatGambar3.18), mutiara dari jenis aquamarin (biru terang), dan emerald (hijautua). Stronsium terdapat dalam celestit, SrSO4, dan stronsianat, SrCO3.Barium ditemukan dalam barit, BaSO4, dan iterit, BaCO3. Radiumterdapat dalam jumlah kecil pada bijih uranium, sebagai unsur radioaktif.2.Sifat-Sifat Unsur Logam Alkali TanahKalsium, stronsium, barium, dan radium membentuk senyawa ionbermuatan +2. Magnesium kadang-kadang bersifat kovalen dan beriliumlebih dominan kovalen. Sifat-sifat golongan alkali tanah ditunjukkanpadaTabel 3.11.Kekerasan logam alkali tanah berkurang dari atas ke bawah akibatkekuatan ikatan antaratom menurun. Hal ini disebabkan jarak antar-atom pada logam alkali tanah bertambah panjang.Berilium merupakan logam berwarna abu dan kekerasannya miripdengan besi, serta cukup kuat untuk menggores kaca. Logam alkali tanahyang lain umumnya berwarna perak dan lebih lunak dari berilium, tetapilebih keras jika dibandingkan dengan logam alkali.Titik leleh (°C)Titik didih (°C)Massa jenis (g cm–3)KeelektronegatifanJari-jari ion ( )Potensial reduksi standar (V)Sifat SifatBe1.2782.9701,851,50,89–1,70Mg6491.0901,741,21,36–2,38Ca8391.4841,541,01,74–2,76Sr7691.3842,61,01,92–2,89Ba7251.6403,510,91,98–2,90Tabel 3.11Sifat-Sifat Fisika dan Kimia Unsur-Unsur Golongan Alkali TanahGambar 3.18Mineral beril, Be3Al2(SiO3)6Sumber:Introductory Chemistry, 1997Sumber:Sougou KagashiBeriliumKalsiumStronsiumBariumMagnesiumGambar 3.17Unsur–unsur logam alkalitanahSumber:Sougou KagashiGambar 3.19Magnesium dengan air dapatbereaksi dalam keadaan panas.Sumber: General Chemistry , 1990®FenolftaleinH2OMgH2®
80Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIITitik leleh dan titik didih logam alkali menurun dari atas ke bawahdalam sistem periodik. Hal ini disebabkan oleh jari-jari atom yangbertambah panjang. Energi ionisasi kedua dari unsur-unsur golongan IIArelatif rendah sehingga mudah membentuk kation +2. Akibatnya, unsur-unsur cukup reaktif. Kereaktifan logam alkali meningkat dari atas kebawah dalam sistem periodik.Pada suhu kamar, berilium tidak bereaksi dengan air, magnesiumbereaksi agak lambat dengan air, tetapi lebih cepat dengan uap air. Adapunkalsium dan logam alkali tanah yang di bawahnya bereaksi dengan airpada suhu kamar. Reaksinya:Ca(s) + 2H2O(A)⎯⎯→ Ca(OH)2(aq) + H2(g)Logam alkali tanah bereaksi dengan oksigen membentuk oksida.Barium dapat membentuk peroksida. Barium peroksida terbentuk padasuhu rendah dan terurai menjadi oksida pada 700°C.Kalsium, stronsium, dan barium bereaksi dengan hidrogen membentuklogam hidrida. Adapun magnesium dapat bereaksi dengan hidrogen padatekanan tinggi dengan bantuan katalis MgI2.Ca(s) + H2(g)⎯⎯→ CaH2(s)Mg(s) + H2(g)2MgIΔ⎯⎯⎯⎯→MgH2(s)Semua unsur alkali tanah bereaksi langsung dengan halogenmembentuk halida, dengan nitrogen dapat membentuk nitrida pada suhutinggi, misalnya magnesium nitrida:Mg(s) + N2(g)⎯⎯→Mg3N2(s)Pembakaran unsur-unsur alkali tanah atau garamnya dalam nyalabunsen dapat memancarkan spektrum warna khas. Stronsium berwarnakrimson, barium hijau-kuning, dan magnesium putih terang.Gambar 3.20Magnesium jika dibakar akanmengeluarkan cahaya sangat terang.Gambar 3.21Nyala logam alkali tanah3.Pembuatan dan Kegunaan Unsur Logam Alkali TanahLogam-logam alkali tanah diproduksi melalui proses elektrolisislelehan garam halida (biasanya klorida) atau melalui reduksi halida atauoksida. Magnesium diproduksi melalui elektrolisis lelehan MgCl2. Airlaut mengandung sumber ion Mg2+ yang tidak pernah habis. Rumah tiramyang banyak terdapat di laut mengandung kalsium karbonat sebagaisumber kalsium.Pembuatan logam magnesium dari air laut telah dikembangkan olehberbagai industri kimia seperti ditunjukkan pada Gambar 3.23.Gambar 3.22Oleh karena garam-garam alkalitanah menghasilkan nyala beranekawarna, sering dipakai sebagai bahanuntuk membuat kembang api.Sumber:Sougou KagashiSumber:Chemistry,2002Sumber:Sougou KagashiCaS rBa
81Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaJika rumah tiram dipanaskan, CaCO3 terurai membentuk oksida:CaCO3(s)Δ⎯⎯→CaO(s) + CO2(g)Penambahan CaO ke dalam air laut dapat mengendapkan magnesiummenjadi hidroksidanya:Mg2+(aq) + CaO(s) + H2O(A)⎯⎯→ Mg(OH)2(s) + Ca2+(aq)Selanjutnya, Mg(OH)2 disaring dan diolah dengan asam kloridamenjadi magnesium klorida.Mg(OH)2(s) + 2HCl(aq)⎯⎯→ MgCl2(aq) + 2H2O(A)Setelah kering, garam MgCl2 dilelehkan dan dielektrolisis:MgCl2(A)°⎯⎯⎯⎯⎯⎯→Elektrolisis 1.700 Mg(A) + Cl2(g)Magnesium dapat juga diperoleh dari penguraian magnesit dandolomit membentuk MgO. Kemudian, direduksi dengan ferosilikon(paduan besi dan silikon).Logam magnesium banyak digunakan sebagai paduan denganaluminium, bertujuan untuk meningkatkan kekerasan dan daya tahanterhadap korosi. Oleh karena massa jenis paduan Mg–Al ringan makapaduan tersebut sering digunakan untuk membuat kerangka pesawatterbang atau beberapa bagian kendaraan.Sejumlah kecil magnesium digunakan sebagai reduktor untukmembuat logam lain, seperti berilium dan uranium. Lampu blitz padakamera analog menggunakan kawat magnesium berisi gas oksigenmenghasilkan kilat cahaya putih ketika logam tersebut terbakar.Gambar 3.23Pembuatan logam magnesium dariair lautGambar 3.24Kulit kerang/tiram merupakansumber kalsium.Sumber:Sougou KagashiKata Kunci•Kekerasan logam alkalitanah•Energi ionisasi kedua•ReduktorKulit Kerang(CaCO3)Air LautTank PecampurBubur Mg(OH)2SaringanMg(OH)2PadatTank PenetralPengeringSelElektrolisisMgCl2(s)Cl2 dibakarmenjadi HClDipanaskanMgCl2(s)CaO
82Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XII2Mg(s) + O2(g)⎯⎯→ 2MgO(s) + CahayaKalsium dibuat melalui elektrolisis lelehan CaCl2, juga dapat dibuatmelalui reduksi CaO oleh aluminium dalam udara vakum. Kalsium yangdihasilkan dalam bentuk uap sehingga dapat dipisahkan.3CaO(s) + 2Al(A)°⎯⎯⎯⎯→1.2003Ca(g) + Al2O3(s)Jika logam kalsium dipadukan dengan timbel akan menghasilkanpaduan yang cukup keras, digunakan sebagai elektrode pada accu.Elektrode ini tahan terhadap elektrolisis air selama proses isi-ulang,sehinggaaccudapat diperbarui.Kalsium juga digunakan sebagai zat pereduksi dalam pembuatanbeberapa logam yang kurang umum, seperti thorium.ThO2(s) + 2Ca(A)°⎯⎯⎯⎯→1.000Th(s) + 2CaO(s)Berilium diperoleh dari elektrolisis berilium klorida, BeCl2. Natriumklorida ditambahkan untuk meningkatkan daya hantar listrik lelehanBeCl2. Selain itu, berilium juga dapat dibuat melalui reduksi garamfluoridanya oleh logam magnesium.BeF2(A) + Mg(A)°⎯⎯⎯→950 CMgF2(A) + Be(s)Berilium merupakan logam mahal. Ini disebabkan manfaatnya tinggi.Jika sejumlah kecil tembaga ditambahkan ke dalam berilium, akanmenghasilkan paduan yang kerasnya sama dengan baja.Adapun, barium dihasilkan melalui reduksi oksidanya olehaluminium. Walaupun stronsium sangat sedikit digunakan secarakomersial, stronsium dapat diproduksi melalui proses yang serupa.4.Pembuatan dan Kegunaan Senyawa Alkali TanahSenyawa logam alkali tanah dengan beberapa aplikasinya dalamindustri dan rumah tangga dipaparkan dalam Tabel 3.12.Mineral kalsium karbonat dan kulit kerang adalah sumber komersialsangat murah dan melimpah di alam. Jika dipanaskan hingga 900°C,karbonat terurai melepaskan karbon dioksida dan menghasilkan kalsiumoksida, yang secara komersial dikenal sebagai kapur tohor.Kapur tohor digunakan pada pembuatan baja. Penambahan zattersebut ke dalam lelehan besi yang mengandung silikat akan bereaksidengan silikat membentuk ampas yang mengapung pada permukaanlelehan besi. Reaksinya tergolong asam-basa Lewis:MgOMg(OH)2MgSO4.7H2OCaOCaCO3CaSO4Ca(HPO4)2BaSO4SenyawaKegunaanBata tahan api (tungku), dan makanan hewanSumber magnesium untuk logam dan senyawa, susu magnesiaPupuk, obat-obatan (analgesik), dan pabrik pencelupanPabrik baja, dan pengolahan airMortarLapisan kertas, pengisi, dan antasidPlester, dinding, semen, dan pupukPigmen cat, minyak, dan penggiling lumpurTabel 3.12Manfaat Senyawa Logam Alkali TanahSumber: General Chemistry , 1990Kalsium oksida (oksida basa) bereaksidengan aluminium oksida (oksidaamfoter) menghasilkan trikalsiumaluminat.3CaO + Al2O3⎯⎯→Ca3Al2O6Oleh sebab itu, reaksi keseluruhan CaOdan Al dapat ditulis:6CaO + 2Al⎯⎯→3Ca + Ca3Al2O6Calcium oxide (alkaline oxide) reactswith aluminium oxide (amphoteroxide) produce tricalcium aluminat.3CaO + Al2O3⎯⎯→Ca3Al2O6Therefore, the whole reaction of CaO andAl can be written:6CaO + 2Al⎯⎯→3Ca + Ca3Al2O6NoteCatatan
83Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaCaO(s) + SiO2(s)⎯⎯→CaSiO3(A) oksida basa oksida asam ampas kalsium silikatKalsium hidroksida, Ca(OH)2 digunakan sebagai bahan pengisi padapembuatan kertas, dan untuk membuat gigi buatan bersama-samasenyawa fluorin.Senyawa CaO dan Ca(OH)2 digunakan untuk melunakkan airsadah. Jika air sadah yang mengandung Ca(HCO3)2 diolah denganCa(OH)2, semua ion kalsium diendapkan sebagai kalsium karbonat.Ca2+(aq) + 2HCO3(aq) + Ca(OH)2(aq)⎯⎯→2CaCO3(s)+ 2H2O(A)Senyawa MgCO3 jika dipanaskan di atas 1.400°C, akan menjadi MgOyang bersifat agak inert. MgO digunakan untuk membuat bata tahan api(tungku pirolisis). Jika MgO dibuat pada suhu lebih sekitar 700°C, akandiperoleh serbuk oksida yang larut dalam asam dan digunakan sebagaiaditif makanan hewan, merupakan sumber ion Mg2+ dalam nutrien.Senyawa penting dari barium adalah BaSO4. Senyawa ini digunakan padapenggilingan minyak dalam bentuk bubur, berfungsi sebagai perekat gurdipenggilingan. BaSO4 juga tidak dapat di tembus sinar-X sehingga senyawa inidigunakan untuk diagnosa sinar-X (Gambar 3.25). Senyawa barium yanglarut dalam air tidak dapat digunakan sebab bersifat racun, tetapi suspensiBaSO4 yang terdapat sebagai ion barium, racunnya dapat diabaikan.Gambar 3.25Fotografi sinar-X pada ususmanusia menggunakan senyawaBaSO4.Sumber:Sougou KagashiBeMgCaSrBaTidak larutTidak larutSedikit larutLarutLarutHidroksida–Sedikit larutTidak larutTidak larutTidak larutKarbonatLarutLarutSedikitTidakTidakSulfatTabel 3.13Daftar Kelarutan Senyawa Alkali Tanah di Dalam AirKerjakanlah di dalam buku latihan.1.Berdasarkan pada sifat-sifatnya, manakah di antaraunsur logam alkali tanah yang dapat dihidrolisis?2.Terangkan bagaimana melunakkan air sadah yangmengandung ion kalsium agar dapat digunakandalam ketel uap?Tes Kompetensi SubbabD3.Persentase kapur, CaCO3 dalam suatu cuplikanditentukan dengan cara pelarutan sampel ke dalamasam kuat, menghasilkan endapan Ca2+ sebagaiCaC2O4, dan titrasi C2O42– menggunakan KMnO4dalam suasana asam. Tuliskan persamaan kimia untukproses tersebut.Mengidentifikasi Senyawa Logam Alkali TanahMelalui uji kimia, bagaimanakah membedakan antara MgCl2 dan BaCl2?JawabBerdasarkan kelarutannya dalam air, diketahui bahwa MgSO4 larut dalam air,sedangkan BaSO4 tidak larut.Oleh sebab itu, jika Na2SO4 ditambahkan ke dalam larutan BaCl2 dan MgCl2 makaBaCl2 akan mengendap sebagai BaSO4, dan MgCl2 tetap di dalam larutannya.Na2SO4(aq) + BaCl2(aq)⎯⎯→ 2NaCl(aq) + BaSO4(s)Contoh3.3Sumber: General Chemistry , 1990SekilasKimiaUnsur KelumitManusia membutuhkan diet(pola makanan) yang seimbang agartetap sehat. Sejumlah kecil daribanyak unsur sangat penting bagiproses kimia yang terjadi di dalamtubuh kita. Untuk menghindarikekurangan unsur-unsur ini,makanan utama, seperti nasi dan rotisering ditambah dengan makanan-makanan lain (makanan tambahan).Makanan dari laut, sepertirumput laut dan ikan, merupakansumber makanan yang kaya dengankalsium dan iodium. Kacang-kacangan dan biji-bijian juga kayadengan kalsium. Kalsium dapatmemelihara kesehatan tulang dangigi. Kuning telur merupakan sumbersulfur,natrium, dan seng yang baik.Sumber:Jendela IPTEK: Kimia, 1997
84Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIE.Aluminium dan SenyawanyaAluminium berada dalam golongan IIIA pada sistem periodik denganelektron valensi ns2 np1, dan bilangan oksidasi +3. Aluminium padaumumnya membentuk senyawa kovalen. Senyawa ion aluminium sangatterbatas, misalnya AlF3.1.Kelimpahan Aluminium di AlamAluminium merupakan unsur dengan kelimpahan pada urutan ketigadalam kerak bumi (setelah oksigen dan silikon). Aluminium terutamaterdapat dalam mineral aluminosilikat yang ditemukan berasal dari batuankulit bumi. Akibat perubahan alam, batuan ini membentuk lempung yangmengandung aluminium.Setelah melalui proses alam yang panjang dan lama, lempung tersebutmenghasilkan deposit bauksit, suatu bijih aluminium yang mengandungAlO(OH) dan Al(OH)3 dalam berbagai komposisi.orundumadalah mineral keras yang mengandung aluminium oksida,Al2O3. Oksida aluminium murni tidak berwarna, tetapi akibat adanyapengotor dapat menghasilkan berbagai warna. Contohnya seperti padaGambar 3.26,safir berwarna biru dan ruby berwarna merah tua.2.Sifat-Sifat Unsur AluminiumBerdasarkan potensial reduksi standar (E° = – 1,66), aluminium mudahteroksidasi menjadi aluminium oksida, Al2O3. Oksida ini membentuklapisan tipis pada permukaan aluminium dan bersifat inert terhadap oksidasisehingga lapisan oksida ini mampu mencegah terjadinya oksidasiberkelanjutan (pasivasi).Aluminum dapat bereaksi secara langsung dengan halogenmembentuk aluminium halida disertasi pelepasan gas hidrogen.2Al(s) + 6HCl(aq)⎯⎯→2AlCl3(aq) + 3H2(g)Dengan asam nitrat, aluminium tidak bereaksi karena ada lapisanoksida yang tahan terhadap asam nitrat.Gambar 3.26(a) Ruby berwarna biru.(b) Safir berwarna merah tua.Sumber:Chemistry,2000(a)(b)Tabel 3.14Sifat Fisika dan Kimia AluminiumTitik leleh (°C)Titik didih (°C)Massa jenis (g cm–3)KeelektronegatifanJari-jari ion ( )Jari-jari kovalen ( )Potensial reduksi (V)Sifat Sifat66024672,701,50,681,25 1,66AluminiumSumber: General Chemistry , 1990SekilasKimiaBauksit sebagai SumberAluminiumSumber: Jendela Iptek: Kimia, 2000Aluminium merupakanlogam yang sulit diekstrasi daribijihnya. Aluminium dihasilkandari elektrolisis lelehan bauksit.Di Indonesia, Bauksit termasukdari 10% komoditi eksport yangberkaitan dengan pertambangan.Total produksi bauksit Indonesiasebanyak 1.160.000 ton per tahun.Sumber:Encarta:Reference Library,2005
85Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaAluminium hidroksida larut dalam asam membentuk ion Al3+, dandalam basa berlebih membentuk ion aluminat, Al(OH)4– .Al(OH)3(s) + 3H+(aq)⎯⎯→Al3+(aq) + 3H2O(A)Al(OH)3(s) + OH–(aq)⎯⎯→Al(OH)4(aq)Dengan demikian, aluminium hidroksida adalah suatu amfoter.Gambar 3.27Sel Hall-Heroult untuk produksialuminiumAluminium oksida dielektrolisisdalam kriolit cair (elektrolit). LelehanAl terbentuk pada katode danberkumpul di bawah sel, yangdikeluarkan secara berkala.3.Pembuatan dan Kegunaan Unsur/Senyawa AluminiumAluminium dibuat melalui proses Hall H roult, suatu metodekomersial pembuatan aluminium melalui elektrolisis aluminium oksidayang dilarutkan dalam lelehan kriolit, Na3AlF6. Campuran kriolitdielektrolisis pada suhu sekitar 950°C. Sel elektrolisis ditunjukkan padaGambar 3.27.Tungku karbon–besiAnode grafitLelehan aluminiumAl2O3 terlarutdalam lelehankriolitSumber:Chemistry,2000Aktivitas Kimia 3.5Identifikasi Sifat Amfoter AluminiumTujuanMembuktikan sifat amfoter dari aluminium.Alat1.Gelas kimia3.Gelas ukur2.Tabung reaksi4.Kertas saringBahan1.AlCl3 0,1M2.NaOH 0,5 M dan 1 M3.HCl 1MLangkah Kerja1.Masukkan 25 mL AlCl3 0,1 M ke dalam gelas kimia.2.Tambahkan NaOH 0,5 M sampai terbentuk endapan. Kemudian, kocok.3.Saring endapan yang terbentuk. Masukkan ke dalam dua tabung reaksi masing-masing 1 g.4.Tambahkan 3 mL larutan HCl 1 M ke dalam tabung 1.5.Tambahkan 3 mL larutan NaOH 1 M ke dalam tabung 2.6.Amati kedua tabung tersebut.Pertanyaan1.Tuliskan semua persamaan reaksi yang terjadi.2.Bagaimanakah bentuk endapan hasil reaksi AlCl3 dan NaOH?3.Reaksi apakah yang terjadi antara HCl dan endapan; NaOH dan endapan?4.Apakah yang dapat Anda simpulkan dari percobaan ini? Diskusikan denganteman kelompok Anda. Kemudian, presentasikan di depan kelas.Kata Kunci•Amfoter•Pasivasi•Proses Hall-Heroult
86Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIWalaupun reaksi pada elektrolisis sangat rumit, tetapi reaksi bersihnyadapat dituliskan seperti berikut.Katode: 4Al3+(aq) + 12e–⎯⎯→ 4Al(A)Anode: 12O2–(aq) + 3C(s)⎯⎯→ 3CO2(g) + 12e–Reaksi sel: 2[2Al3++3O2–] + 3C(s)⎯⎯→4Al(A)+3CO2(g)Anode karbon dibuat dari karbonasi minyak bumi yang harus digantisecara kontinu sebab sering terkontaminasi oleh pengotor.Aluminium dibuat dalam jumlah besar untuk paduan logam. Logamaluminium murni bersifat lunak dan mudah terkorosi. Penambahansejumlah kecil logam lain, seperti Cu, Mg, atau Mn, aluminium akanmenjadi keras dan tahan terhadap korosi.Beberapa aluminium digunakan untuk mengekstraksi logam lain.Logam kromium diperoleh melalui reduksi oksidanya oleh serbukaluminium. Reaksi Cr2O3 dengan aluminium bersifat eksotermis.Cr2O3(s) + 2Al(A)⎯⎯→ Al2O3(A) + 2Cr(A)DH°= –536 kJReaksi serupa diterapkan pada las listrik untuk menyambung besi,yaitu campuran dari serbuk aluminium dan besi(III) oksida, yang disebuttermit(lihatGambar 3.29). Sekali campuran ini dibakar, reaksiberlangsung terus menghasilkan pijar tinggi bertabur bunga api.Senyawa aluminium yang penting adalah alumina atau aluminiumoksida. Senyawa ini dibuat melalui pemanasan aluminium hidroksida yangdiperoleh dari bauksit dan dilakukan pada 550°C. Alumina membentuksenyawa berpori atau berupa serbuk padat berwarna putih.2Al(OH)3(s)Δ⎯⎯→Al2O3(s) + 3H2O(A)Alumina digunakan sebagai katalis, juga digunakan untuk memproduksilogam aluminium. Jika alumina diuapkan pada suhu tinggi (2.045°C), akanterbentukcorundumyang digunakan sebagai ampelas atau gerinda.Jika alumina diuapkan dengan logam pengotor tertentu, akan diperolehpermata safir atau ruby. Ruby sintesis mengandung 2,5% kromium oksida,Cr2O3 dalam alumina, dan digunakan terutama pada arloji dan sebagaiasesoris permata.Dalam air, ion aluminium membentuk kompleks hidrat, Al(H2O)63+dan ion ini mudah terhidrolisis:[Al(H2O)6]3+(aq)+H2O(A)ZZXYZZ[Al(H2O)5OH]2+(aq)+ H3O+(aq)Aluminium sulfat oktadekahidrat, Al2(SO4)3.18H2O merupakangaram aluminium yang dapat larut dalam air, dibuat melalui pelarutanbauksit dalam asam sulfat.Aluminium sulfat digunakan dalam jumlah besar untuk perekatkertas. Pada proses ini, zat seperti lempung dari aluminium sulfatditambahkan ke dalam fiber selulosa untuk menghasilkan material berporimenjadi halus.Aluminium sulfat juga digunakan untuk mengolah air limbah daripulp kertas dan untuk menjernihkan air limbah. Jika basa ditambahkankepada larutan garam aluminium ini, endapan seperti gelatin darialuminium hidroksida terbentuk.Gambar 3.28Kaleng minuman umumnyadibuat dari aluminium.Al2O3Gambar 3.29Pembakaran termit2Al + Fe2O3→ 2Fe + Al2O3Gambar 3.30Aluminium foil untuk memasakmakanan dalam oven/microwave.Sumber:Sougou KagashiSumber:Chemistry,2000Sumber:Introductory Chemistry, 1997
87Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaAl3+(aq) + 3OH–(aq)⎯⎯→Al(OH)3(s)Ion aluminium mengkoagulasi suspensi koloid yang selanjutnyamenyerap endapan aluminium hidroksida. Aluminium hidroksida seringdiendapkan ke dalam fiber untuk menyerap celupan tertentu.Aluminium klorida heksahidrat, AlCl3.6H2O dapat dibuat melaluipelarutan alumina dalam asam klorida. Garam ini digunakan sebagaipenghilang bau keringat dan desinfektan (Gambar 3.31).Garam aluminium tidak berhidrat, AlCl3 tidak dapat dibuat melaluipemanasan hidrat sebab akan terurai menghasilkan HCl. Aluminium kloridatak berhidrat diperoleh melalui reaksi serbuk aluminium dengan gas klorin.2Al(s) + 3Cl2(g)⎯⎯→2AlCl3(s)Padatan AlCl3 diyakini ionis, tetapi jika dipanaskan pada suhu titiklelehnya akan terbentuk senyawa kovalen Al2Cl6. Aluminium kloridamenyublim pada titik lelehnya (180°C) dan molekul Al2Cl6 terdapat dalamuapnya. Struktur Al2Cl6 merupakan dimer dari AlCl3 dengan klorinsebagai jembatannya.Pada suhu lebih tinggi, molekul Al2Cl6 berwujud uap akan terdisosiasimenjadi molekul AlCl3 dengan struktur molekul trigonal planar.Aluminium klorida tak berhidrat ini digunakan sebagai katalis, misalnyapada pembuatan etilbenzena.Gambar 3.31Tawas, AlK(SO4)2.12H2Odigunakan untuk pengolahan air.Cl Cl ClCl Cl ClAl AlStruktur dimer dari molekulAlCl3.Sumber:Sougou KagashiKerjakanlah di dalam buku latihan.1.Mengapa aluminium cenderung membentuk senyawakovalen?2.Aluminium sulit diekstraksi dari bijihnya. Aluminiumdihasilkan dari elektrolisis lelehan bauksit. Tuliskanpersamaan reaksinya.Tes Kompetensi SubbabE3.Jelaskan secara ringkas proses Hall untuk pembuatanaluminium secara komersial.5.Walaupun logam aluminium merupakan logamreaktif, tetapi mudah terkorosi di udara, mengapa?Mengidentifikasi Senyawa AluminiumSuatu larutan diduga mengandung NaCl(aq), MgCl2(aq), atau AlCl3(aq). Bahan ujikimia apakah untuk mengidentifikasi larutan ini? Anda hanya dapat menggunakansatu zat.JawabTambahkan NaOH(s) tetes demi tetes ke dalam larutan. Jika NaOH(s) ditambahkanpada AlCl3(aq), endapan putih Al(OH)3 terbentuk.Penambahan NaOH secara berlebih akan melarutkan kembali endapan yang terbentukmenghasilkan aluminat yang larut, Na[Al(OH)4].Jika NaOH ditambahkan ke dalam larutan MgCl2, padatan putih Mg(OH)2 terbentuk.Penambahan NaOH berlebih tidak melarutkan endapan yang terbentuk. LarutanNaCl tidak memberikan endapan dengan ditambahkannya NaOH.Contoh3.4
88Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XII(a)(b)F.Karbon dan SilikonKarbon dan silikon berada dalam golongan IVA dengan konfigurasielektron ns2np2 membentuk ikatan kovalen dengan struktur tetrahedral.Silikon dapat membentuk enam buah ikatan yaitu SiF62–, sedangkankarbon maksimal empat ikatan kovalen.1.Kelimpahan Karbon dan Silikon di AlamSilikon merupakan unsur yang paling melimpah di alam, terdapat dalambentuk silika (SiO2) dan mineral silikat. Unsur berikutnya yang jugamelimpah di alam adalah karbon, ditemukan dalam semua makhluk hidupdan batubara serta minyak bumi. Sumber utama karbon selain dari senyawaorganik terdapat dalam mineral karbonat, yakni batu kapur dan dolomit.Karbon juga terdapat sebagai CO2 di atmosfer serta sebagai grafit dan intan.2.Sifat-Sifat Karbon dan SilikonBentuk alotrop dari karbon yang berupa kristal adalah grafit danintan, sedangkan bentuk amorf dari karbon adalah arang dan kokas(karbon hitam). Grafit dan intan membentuk struktur jaringan kovalenyang sangat besar (struktur raksasa).Grafit bersifat lunak, berwarna hitam mengkilap dengan strukturberlapis, dan dapat menghantarkan listrik (bersifat konduktor). Intanbersifat keras, tidak berwarna, dan transparan terhadap cahaya, tetapiintan tidak dapat menghantarkan arus listrik (insulator).Perbedaan sifat antara grafit dan intan akibat dari bentuk strukturnya.Grafit membentuk struktur segienam datar dan berlapis melalui ikatanhibrida sp2. Adapun intan membentuk struktur tetrahedral, di mana setiapatom karbon berikatan dengan empat atom karbon lain melalui ikatanhibrida sp3(lihatGambar 3.33a).Bentuk amorf dari karbon memiliki struktur lapisan seperti grafit.Perbedaannya terletak pada tumpukan lapisan. Grafit memiliki lapisanstruktur beraturan (lihat Gambar 3.33b), sedangkan karbon amorf tidakberaturan.Untuk memecahkan intan diperlukan energi sangat tinggi sebabbanyak ikatan C–C yang harus diputuskan. Jika ikatan C–C putus,bentuknya menjadi tidak beraturan (amorf).Sumber:Sougou KagashiGambar 3.32Mineral silikatGambar 3.33 (a) Struktur intan(b) Struktur grafitSumber:Chemistry: The MolecularScience,1997C–CSi–SiSi–OIkatanEnergi Ikat (kJ mol–1)347226368Tabel 3.15Kekuatan Ikatan C–C, Si–Si, dan Si–OSumber: Chemistry with Inorganic Qualitative Analysis, 1989
89Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaSilikon berupa padatan keras dengan struktur serupa intan, berwarnaabu mengkilap dan meleleh pada 1.410°C. Silikon bersifat semikonduktor.Daya hantarnya kecil pada suhu kamar, tetapi pada suhu tinggi menjadikonduktor yang baik. Beberapa sifat fisika karbon dan silikon ditunjukkanpadaTabel 3.16.3.Pembuatan serta Kegunaan Unsur Karbon dan SilikonGrafit sintetis diproduksi untuk pembuatan elektrode pada industribaterai. Grafit dibuat melalui pemanasan arang minyak bumi dalam tungkulistrik pada 3.500°C dengan katalis pasir dan besi.Karbon hitam seperti karbon aktif diproduksi dalam jumlah besarmelalui pembakaran gas alam dan batubara tanpa oksigen.CH4(g)Δ⎯⎯→C(s) + 2H2(g)Karbon hitam digunakan untuk industri karet dan sebagai pigmenuntuk tinta hitam. Karbon amorf dan fiber grafit digunakan sebagaipenguat pada suhu tinggi, seperti tungku atau tanur. Karbon ini dibuatmelalui pemanasan fiber tekstil pada suhu tinggi.Intan dapat dibuat dari grafit pada suhu dan tekanan sangat tinggimenghasilkan intan buatan yang murah sebagai alat pemotong kaca danpenggilingan. Prosesnya dilakukan pada 3.000°C dan 105 atm dengankatalis logam transisi.C(grafit)53.000 C 10 atm°⎯⎯⎯⎯⎯⎯→C(intan)Silikon dibuat melalui reduksi pasir kuarsa (SiO2) oleh karbon dalamtungku listrik pada 3.000°C.Gambar 3.35Karbon hitam, intan, dan grafitSumber:Chemistry,2002Titik leleh (°C)Titik didih (°C)Massa jenis (g cm–3)KeelektronegatifanJari-jari kovalen ( )SifatCSi3.5504.8273,512,50,771.4102.3552,331,81,77Tabel 3.16Sifat-Sifat Fisika Karbon dan SilikonSumber: General Chemistry , 1990SekilasKimiaIntan dan BatubaraTahukah Anda sekitar 10%dari pendapatan bruto negaraIndonesia berasal daripertambangan?Intan dan batubaramerupakan contoh kekayaanmineral yang terdapat diIndonesia. Intan adalah mineralmulia.Salah satu pertambanganintan di Indonesia terdapat dipulau Kalimantan. Indonesia jugamerupakan salah satu negaraterbesar produsen batubara,yaitu pengekspor batubaratermal ketiga terbesar di duniasetelah Australia dan AfrikaSelatan. Indonesia dapatmemproduksi batubara sekitar90 juta ton per tahun.Sumber:Encarta:Reference Library, 2005;www.mpi.org.au(a)(b)Sumber:Sougou KagashiSilikon dan karbon dapat bereaksi dengan uap air pada suhu tinggi.Persamaan reaksinya:C(s) + H2O(g)Δ⎯⎯→CO(g) + H2(g)Si(s) + 2H2O(g)Δ⎯⎯→SiO2(g) + 2H2(g)Gambar 3.34(a) Model struktur kuarsa (silikat)(b) Kuarsa yang sesungguhnya
90Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIISiO2(A) + 2C(s)Δ⎯⎯→Si(A) + 2CO2(g)Untuk tujuan metalurgi, silikon dipadukan dengan besi membentukferosilikon (Fe–Si). Paduan ini diperoleh melalui reduksi besi(III) oksidabersama-sama dengan pasir kuarsa.Silikon ultramurni digunakan sebagai bahan semikonduktor padatseperti transistor, sel surya, dan chips mikro-komputer. Silikon ultramurnidibuat dari silikon tidak murni. Prosesnya adalah seperti berikut.a) Silikon tidak murni (hasil reduksi pasir) dipanaskan dengan gas klorinmembentuk SiCl4 (cairan dengan titik didih 58°C).Si(s) + 2Cl2(g)Δ⎯⎯→SiCl4(A)b) SiCl4 dicampur dengan gas H2 dan dilewatkan melalui tabungpemanas hingga terjadi reaksi:SiCl4(A) + 2H2(g)Δ⎯⎯→Si(s) + 4HCl(g)c) Setelah dingin, silikon ultra-murni mengkristal pada permukaanbatang silikon murni. Silikon yang dibuat dengan cara ini hanyamemiliki pengotor 10–8%.Kerjakanlah di dalam buku latihan.1.Mengapa grafit bersifat lunak sehingga dipakaisebagai pelumas, padahal ikatan antarkarbon sangatkuat?2.Mengapa silikon membentuk ikatan kovalen karbida,tetapi kalsium membentuk ikatan ion karbida?Tes Kompetensi SubbabF3.Tuliskan persamaan setara untuk pembakaran COdan H2 yang dapat menerangkan mengapa campurangas ini dapat digunakan sebagai bahan bakar.Gambar 3.36(a) Silikon ultra-murni digunakanuntuk material elektronika.(b) Komponen sel surya(a)(b)G.Nitrogen, Oksigen, dan BelerangNitrogen berada dalam golongan VA dengan konfigurasi elektronns2 np3, sedangkan oksigen dan belerang berada dalam golongan VIAdengan konfigurasi elektron ns2 np4. Nitrogen dan oksigen berupa gasdiatom, sedangkan belerang berupa zat padat dengan rumus molekul S8.1.Kelimpahan Nitrogen , Oksigen, dan Belerang di AlamNitrogen terdapat di atmosfer bumi dalam jumlah paling besar mencapai78%. Di alam, nitrogen tidak sebagai unsur bebas, tetapi membentuk gasdiatom yang tidak berwarna dan tidak berbau dengan rumus molekul N2.Oksigen merupakan unsur yang melimpah di alam, mencapai 48% beratbagian luar bumi (kerak, atmosfer, dan permukaan bumi).Sumber:Chemistry,2000; Sougou KagashiKata Kunci•Ikatan kovalen•Alotrop•Amorf•Konduktor•Insulator•Semikonduktor
91Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaBelerang terdapat dalam mineral gipsum (CaSO4.2H2O) dan dalammineral sulfida yang merupakan bijih logam. Belerang juga terdapat dalambatubara dan minyak bumi sebagai senyawa organik belerang, dan dalamgas alam terdapat sebagai gas H2S.Belerang dalam keadaan molekulnya (S8) terdapat di beberapa daerahvulkanik (gunung berapi) yang terbentuk dari reaksi H2S dan SO2.16H2S(g) + 8SO2(g)⎯⎯→ 16H2O(A) + 3S8(s)Molekul belerang juga terdapat di bawah tanah bersama-sama garamsekitar ratusan meter dari permukaan bumi.2.Sifat-Sifat Unsur Nitrogen , Oksigen, dan BelerangBeberapa sifat fisika unsur nitrogen, oksigen, dan belerangditunjukkan pada tabel berikut.Pada suhu kamar gas N2 tidak reaktif, disebabkan ikatannya sangatkuat. Akan tetapi, pada suhu tinggi dapat bereaksi dengan unsur-unsurlain, seperti dengan oksigen menghasilkan NO.N2(g) + O2(g)⎯⎯→2NO(g)Oksigen membentuk molekul diatom O2 dan bentuk alotropnyaadalah ozon (O3). Oksigen merupakan gas tidak berwarna, tidak berasa,dan berwujud gas pada keadaan normal.Gambar 3.38Perangkat alat pembangkit ozon (O3)Sumber: Chemistry, 2000Sumber:Sougou KagashiNitrogenOksigenKarbon dioksidaUap airGas lainAtmosfer Bumi78210,04Persen Udara0,96Tabel 3.17Komposisi Unsur-Unsur dalam Atmosfer Bumi(a)(b)(c)Gambar 3.37(a) Kawah gunung berapimerupakan sumber belerang.(b) Struktur molekul belerang (S8)(c) Bentuk kristal belerangTitik leleh (°C)Titik didih (°C)Massa jenis (g cm–3)KeelektronegatifanAfinitas eletron (kJ mol–1)Jari-jari ion ( )Jari-jari kovalen ( )Sifat SifatN2–210–1960,00133,001,320,70O2 218 1830,0023,5 1411,260,66S 1134452,072,5–2001,701,04Tabel 3.18Sifat-Sifat Fisika dan Kimia Unsur Nitrogen, Oksigen, dan BelerangSumber: General Chemistry , 1990Sumber: Chemistry with Inorganic Qualitative Analysis, 198916H2S(g)
92Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIKeadaan stabil dari belerang adalah berbentuk rombik sepertimahkota yang berwarna kuning. Belerang rombik meleleh pada 113°Cmenghasilkan cairan berwarna jingga. Pada pemanasan berlanjut, berubahmenjadi cairan kental berwarna cokelat-merah.Pada waktu meleleh, bentuk mahkota pecah menjadi bentuk rantaispiral yang panjang. Kekentalan meningkat akibat molekul S8 yang padatberubah menjadi rantai berupa spiral panjang. Pada suhu lebih tinggidari 200°C, rantai mulai pecah dan kekentalan menurun.Molekul oksigen merupakan gas reaktif dan dapat bereaksi denganbanyak zat, umumnya menghasilkan oksida. Hampir semua logam bereaksidengan oksigen membentuk oksida.Belerang (S8) bereaksi dengan oksigen menghasilkan belerangdioksida dengan nyala biru yang khas (Gambar 3.39):S8(s) + 8O2(g)⎯⎯→8SO2(g)Oksida yang lain dari belerang adalah SO3, tetapi hanya terbentuk dalamjumlah kecil selama pembakaran belerang dalam udara.3.Pembuatan dan Kegunaan Unsur Nitrogen, Oksigen, danBelerangUdara merupakan sumber utama komersial gas N2. Pencairan gas N2terjadi di bawah suhu 147°C pada 35 atm menghasilkan cairan nitrogen yangtak berwarna, selanjutnya didistilasi untuk memperoleh cairan nitrogen murni.Nitrogen cair digunakan sebagai pembeku, seperti makanan, materialyang terbuat dari karet, dan bahan-bahan biologi. Gas N2 digunakansebagai gas pelindung, bertujuan untuk mencegah material kontakdengan oksigen selama pemrosesan atau penyimpanan. Oleh karena itu,komponen elektronik sering diproduksi dalam ruangan bernitrogen.Oksigen diproduksi dalam jumlah besar dari udara. Sama sepertinitrogen, udara pertama dicairkan kemudian didistilasi. Nitrogen danargon merupakan komponen udara yang lebih mudah menguap sehinggamudah dipisahkan, meninggalkan oksigen cair.Gas oksigen dapat dicairkan di bawah –118°C. Baik cairan maupunpadatan dari oksigen berwarna biru pucat (Gambar 3.40). Titik lelehpadatnya adalah –218°C, dan titik didih cairannya pada tekanan 1 atmdan pada suhu 183°C.Pembuatan oksigen di laboratorium dapat dilakukan melaluipemanasan KClO3 dengan katalis MnO2 pada suhu sedang.2KClO3(s)2MnOΔ⎯⎯⎯⎯→2KCl(s) + 3O2(g)Oksigen yang diproduksi digunakan dalam pembuatan besi, untukmengoksidasi pengotor yang terdapat dalam bijih besi. Oksigen jugamerupakan oksidator dalam banyak proses kimia dan pengolahan air limbah.Dalam jumlah kecil oksigen digunakan untuk pengelasan logam, dalam medissebagai bantuan pernapasan, dan untuk sumber energi pendorong roket.Belerang dalam keadaan bebas (S8) ditambang melalui proses rasch(Gambar 3.41). Pada proses ini deposit belerang padat dalam tanahdilelehkan di tempatnya dengan air sangat panas (super heated).Kemudian, lelehan belerang ditekan keluar dengan udara, dan keluarmenyerupai busa. Kemurnian belerang mencapai 99%. Belerang digunakanterutama dalam pabrik asam sulfat.Gambar 3.39Reaksi belerang dan oksigenGambar 3.40Oksigen cair berwarna biru pucat.Sumber:Sougou KagashiSumber:Chemistry,1994SekilasKimiaSumber:Chemistry,2000 Priestly tertarik pada Kimia saatusianya 39 tahun karena Priestleytinggal bersebelahan dengantempat pembuatan minuman. Ditempat itu dia dapat memperolehkarbon dioksida. Penelitiannyadifokuskan pada gas ini pada pertamakalinya, dan kemudian berkembangke gas lain yaitu oksigen. Priestlymemperoleh oksigen daripemanasan raksa(II) oksida.2HgO(s)⎯⎯→ 2Hg(A) + O2(g)Joseph Priestley(1733–1804)
93Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaGambar 3.41Diagram proses Frasch untukmenambang belerang.4.Pembuatan dan Kegunaan Senyawa Nitrogen, Oksigen, danBelerangAmonia, NH3 merupakan senyawa komersial penting dari nitrogen.Amonia adalah gas tidak berwarna dan berbau menyengat. Amonia dibuatsecara komersial melalui proses Haber dari N2 dan H2. Gambar di sampingmenunjukkan diagram alir pembuatan amonia secara industri dari gasalam, uap, dan udara.Amonia mudah dicairkan dan cairannya digunakan sebagai pupuknitrogen. Garam amonium, seperti sulfat dan nitrat juga digunakan sebagaipupuk. Sejumlah besar amonia diubah menjadi urea, CO(NH2)2, yangdigunakan sebagai pupuk, suplemen makanan ternak, dan industri plastikformaldehid.Asam nitrat, HNO3 adalah asam yang penting bagi industri dandigunakan untuk bahan peledak, nilon, dan plastik poliuretan. Asamnitrat dibuat secara komersial melalui proses st ald (Gambar 3.43).Dalam proses Ostwald, asam nitrat dibuat dari oksidasi amonia. Prosessecara umum, amonia dibakar dengan adanya katalis platina menjadigas NO dan diubah lebih lanjut menjadi NO2, kemudian dilarutkan dalamair menjadi asam nitrat.Tahap (1): 4NH3(g) + 5O2(g)Pt⎯⎯→ 4NO(g) + 6H2O(g)Tahap (2): 2NO(g) + O2(g)⎯⎯→ 2NO2(g)Tahap (3): 3NO2(g) + H2O(A)⎯⎯→ 2HNO3(aq)+NO(g)Gas NO pada tahap akhir dapat digunakan kembali.Gambar 3.42Amonia fontainJika pipet dipijit-pijit, air akan naik kedalam labu membentuk air mancurberwarna merah. Warna merahtersebut akibat NH3 (basa) larutdalam air.Gambar 3.43Diagram proses Ostwald tahap 1 dantahap 2NONONH3O2NO2Sumber:Sougou KagashiSumber:Chemistry, 1994Sumber:Sougou KagashiUdaraAir panasBelerangdan udaraDepositLelehan belerangHidrogen sulfida (H2S) adalah gas tak berwarna dengan bau telurbusuk yang kuat dan bersifat racun. Dalam larutan asam, H2S berperansebagai reduktor menghasilkan belerang.NH3Air +fenolftalein
94Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIKerjakanlah di dalam buku latihan.1.Jelaskan kembali bagaimana pembuatan asam nitratdengan proses Ostwald.2.Mengapa di alam oksigen terdapat sebagai molekulO2, sedangkan belerang sebagai S8?3.Jelaskan tiga metode pembuatan gas oksigen secaralaboratorium.Tes Kompetensi SubbabG4.Asam hipofosfit dioksidasi menjadi asam fosfit.Adapun asam sulfat direduksi menjadi SO2. Tuliskanpersamaan setara untuk reaksi ini.5.Tuliskan persamaan reaksi pembuatan belerang (S8)dari reaksi antara H2S(g) dengan udara.Gambar 3.44Diagram singkat proses kontak pada pembuatan asam sulfat.Gambar 3.45Asam sulfat menyerap molekul H2Odari gula pasir, hanya karbon yangtersisa.2Fe3+(aq) + H2S(g)⎯⎯→2Fe2+(aq) + 2H+(aq) + S(s)Belerang dioksida (SO2) adalah gas tak berwarna dengan baumenyengat, diperoleh dari pembakaran belerang atau sulfida. Belerangdioksida digunakan untuk mengawetkan buah-buahan kering, yaitu untukmenghambat pertumbuhan jamur.Asam sulfat dibuat dari belerang melalui proses kontak. Prosestersebut terdiri atas pembakaran belerang menjadi SO2 dan dioksidasilanjut menjadi SO3 dengan katalis platina atau V2O5. Gas SO3 yangterbentuk dilarutkan dulu dalam asam sulfat kemudian diencerkan.Tahap 1: S(s) + O2(g)⎯⎯→ SO2(g)Tahap 2: 2SO2(g) + O2(g)25VΔ⎯⎯⎯⎯→2SO3(g)Tahap 3: SO3(g) + H2O(A)⎯⎯→H2SO4(aq)Asap belerang trioksida yang dihasilkan pada tahap (2) sukar larutdalam air sehingga SO3 dilarutkan lebih dulu dalam asam sulfat pekatmembentuk asam pirosulfat (H2S2O7), kemudian diencerkan dengan airmenghasilkan asam sulfat pekat.Asam sulfat pekat berupa cairan kental dan bersifat dapat menarikmolekul H2O dari udara maupun dari senyawa (higroskopis). Asam pekatjuga tergolong oksidator kuat.Sumber:Sougou KagashiSumber:Sougou KagashiSO2SO2SO2V2O5Kata Kunci•Gas pelindung•Oksidator•Proses Frasch•Proses Haber•Proses Ostwald•Proses kontak•HigroskopisTuliskan persamaan reaksi penyerapan molekul H2O dari gula pasir oleh H2SO4.Kegiatan InkuiriAsam sulfat digunakan untuk membuat pupuk fosfat dan amoniumfosfat yang larut dalam air. Asam sulfat juga digunakan dalam pemurnianminyak bumi dan banyak industri kimia lainnya.
95Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaRangkumanUnsur-unsur golongan utama yang terdapat dalam tabelperiodik mempunyai kelimpahan yang relatif tinggi di alamdan banyak dimanfaatkan dalam berbagai macam aplikasi,baik dalam rumah tangga maupun industri. Unsur-unsurgolongan utama itu di antaranya logam alkali, alkali tanah,Aluminium, karbon, silikon, nitrogen, oksigen, belerang,halogen, dan gas mulia.1. Semua gas mulia diperoleh dari atmosfer bumi melaluidistilasi fraksionasi udara cair. Gas mulia dimanfaatkanterutama untuk pengisi lampu penerang, papanreklame, dan las logam.2. Halogen merupakan unsur-unsur bukan logam yangsangat reaktif dan melimpah dalam air laut dan mineral.Unsur-unsur halogen diperoleh melalui elektrolisis dandigunakan untuk berbagai aplikasi dalam industri.3. Unsur-unsur golongan alkali terdapat dalam berbagaimineral silikat dan diperoleh melalui elektrolisis lelehangaramnya. Semua unsur alkali bersifat reaktif. Senyawanatrium yang penting adalah NaOH, NaCl, danNa2CO3. Natrium hidroksida diperoleh melaluielektrolisis larutan NaCl, digunakan untuk membuatkertas dan ekstraksi logam aluminium oksida daribauksit. Natrium karbonat digunakan untuk membuatgelas. Kalium klorida merupakan bahan untukmembuat pupuk.4. Unsur-unsur golongan logam alkali tanah terdapatdalam batuan alumino-silikat, air laut, dan kulit kerang.Semua unsur golongan alkali tanah cukup reaktif.Sumber utama magnesium adalah air laut, dan sumberkalsium diperoleh dari kulit kerang dan batu kapur.Magnesium diperoleh melalui elektrolisis garamkloridanya, digunakan untuk membuat paduan logam.Unsur-unsur alkali tanah yang lain diperoleh melaluireaksi reduksi. Kalsium oksida diperoleh melaluipemanasan batu kapur untuk industri baja danpengolahan kesadahan air.5. Aluminium merupakan unsur ketiga yang palingbanyak di alam, terutama dalam bauksit. Aluminiumlarut dalam asam maupun basa. Logam aluminiumdiproduksi melalui proses elektrolisis aluminium oksida(proses Hall). Senyawa aluminium yang penting adalahgaram sulfat (tawas), digunakan dalam industri kertasdan penjernihan air.6. Silikon merupakan unsur paling melimpah di alam,terdapat dalam bentuk silika (SiO2) dan mineral silikat.Silikon dipakai untuk bahan semikonduktor. Adapununsur nitrogen terdapat dalam jumlah terbanyak diatmosfer sebagai gas diatom. Nitrogen dapatmembentuk senyawa dengan biloks mulai dari –3sampai dengan +5. Amonia dan asam nitrat merupakansenyawa nitrogen yang penting, digunakan untukpupuk. Asam nitrat diperoleh melalui proses Ostwald.7. Oksigen terdapat di atmosfer bumi sebagai gas diatom.Gas oksigen diperoleh melalui pencairan udara secaradistilasi bertingkat. Gas oksigen digunakan untuk laslogam, medis, pembakaran, dan sumber energi.Belerang terdapat sebagai belerang bebas (S8) dansenyawanya (ferit dan H2S). Belerang bebas ditambangmelalui proses Frasch, dipakai dalam industri asam sulfatmelalui proses kontak.
96Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIPeta KonsepApakah Anda merasa kesulitan dalam memahamimateri pada Bab 3 ini? Bagian manakah dari materi Bab3 ini yang belum Anda kuasai? Jika Anda merasakesulitan, diskusikan dengan teman atau guru Anda.Pada bab ini Anda dapat mengidentifikasi kelimpahanunsur-unsur utama di alam dan produk yang mengandungunsur tersebut. Anda juga dapat mendeskripsikankecenderungan sifat fisik dan kimia unsur utama (titik didih,titik leleh, kekerasan, warna, kelarutan, kereaktifan dan sifatRefleksikhusus lainnya), serta menjelaskan manfaat, dampak, danproses pembuatan unsur-unsur dan senyawanya dalamkehidupan sehari-hari.Aplikasi yang telah Anda ketahui dari unsur-unsurgolongan utama antara lain dalam industri pupuk, pulpkertas, sebagai pengisi lampu penerang, las logam, dandalam bidang medis. Cari tahu oleh Anda kegunaan dariunsur-unsur golongan utama tersebut.Air laut mineralElektrolisisdiperolehmelaluisumberdiperoleh melaluiElektrolisissumberGol IA (Alkali)Litium (Li);Natrium (Na);Kalium (K);Rubidium (Rb);Cesium (Cs)Gol VAsalah satunyaNitrogen (N)Unsur Unsur Golongan Utamaterdiri atasMineral silikatantara laindiperoleh melaluiElektrolisis lelehangaramnyasumberAtmosfer bumiProsesOswalddiperolehmelaluiOksigen (O);Belerang (S)Atmosfer bumiDistilasi;penambangandi antaranyadiperolehmelaluisumberGol VIAGol VIIAFlourin (F);Klorin (Cl);Bromin (Br);Iodin (I)antara lainAtmosfer bumiDistilasi fraksionasiudara cairdiperolehmelaluiGol VIIIAantara lainHelium (He);Neon (Ne);Argon (Ar);Kripton (Kr);Xenon (Xe)sumbersumber diantaranyaGol IIA(Alkali tanah)antaralainBerilium (Be);Magnesium (Mg);Kalsium (Ca);Stronsium (Sr)Barium (Ba)Batuan alumino-silikat; air laut; dankulit kerangGol IIIABauksitAluminiumsalahsatunyadiperolehmelaluisumberElektrolisisaluminium oksidaGol IVASenyawa organik; mineral silikatKarbon (C);silikon (Si)di antaranyasumber
97Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaEvaluasi Kompetensi Bab 3A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat.1.Di antara gas mulia berikut yang bersifat radioaktifadalah ....A.neonB.argonC.xenonD.kriptonE.radon2.Gas mulia yang paling banyak terdapat di alam adalah ....A.heliumB.neonC.argonD.xenonE.kripton3.Pernyataan berikut merupakan sifat-sifat gas mulia,kecuali ....A.unsur paling stabilB.sukar melepaskan atau menangkap elektronC.mudah bereaksi dengan unsur lainD.terdapat di atmosfer dalam keadaan bebasE.titik beku mendekati suhu 0 K4.Ebtanas 1996:Pasangan unsur gas mulia berikut yang senyawanyasudah dapat disintesis adalah ....A.xenon dan argonB.xenon dan kriptonC.helium dan kriptonD.helium dan argonE.helium dan xenon5.Ebtanas 1999:Unsur gas mulia sukar bereaksi dengan unsur lain.Hal ini disebabkan karena gas mulia ....A.sedikit terdapat di alamB.nomor atomnya selalu genapC.bentuk molekulnya monoatomikD.energi ionisasinya sangat tinggiE.jumlah elektron terluarnya selalu 86.Di antara sifat-sifat berikut untuk halogen dansenyawanya meningkat dari fluorin ke iodin adalah ....A.panjang ikatan dalam molekul halogenB.keelektronegatifan unsurC.energi ionisasi pertamaD.kekuatan pengoksidasiE.energi kisi untuk senyawa kalium halida7.Di antara unsur-unsur halogen berikut yang tersusunmenurut kenaikan keelektronegatifan adalah ....A.F, Cl, BrB.Br, F, ClC.F, Br, ClD.Cl, Br, FD.Br, Cl, F8. Kenaikan titik didih dan titik leleh dari F2 ke I2disebabkan oleh meningkatnya ....A.keelektronegatifanB.afinitas elektronC.jari-jari atomD.potensial reduksi standarE.kekuatan asam9. Keelektronegatifan unsur-unsur F, Cl, Br, dan I masing-masing 4; 3; 2,8; dan 2,5. Senyawa antarhalogen yangpaling polar adalah ....A.IClB.IBrC.FClD.FBrE.F210.UMPTN 1999 C:Di antara unsur halogen berikut yang mudah direduksiadalah ....A.F2B.Cl2C.Br2D.I2E.semua dapat direduksi11.UMPTN 2000 A:Reaksi berikut dapat berlangsung, kecuali ....A.larutan KI dengan gas Br2B.larutan KI dengan gas Cl2C.larutan KCl dengan gas Br2D.larutan KBr dengan gas Cl2E.larutan KCl dengan gas F212. Unsur-unsur halogen bersenyawa dengan hidrogenmembentuk asam halida. Asam halida yang paling kuatadalah ....A.HFB.HClC.HBrD.HIE.semua kuat13. Iodin mudah larut dalam larutan KI daripada dalamair. Hal ini disebabkan terbentuk ....A.KI3–B.KI2–C.KI+D.KI3E.KI214. Di antara senyawa klorin berikut yang merupakan asampaling kuat adalah ....A.HClD.HClO3B.HClOE.HClO4C.HClO2
98Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XII15.Ebtanas 1999:Diketahui beberapa sifat unsur:1.Sangat reaktif, terdapat di alam dalam bentuksenyawa2.Bilangan oksidasinya +2 dan +33.Merupakan oksidator kuat4.Dalam bentuk unsur bebas merupakan racun5.Umumnya, senyawanya berwarnaDi antara sifat-sifat unsur tersebut, yang merupakansifat unsur halogen adalah ....A.1 – 2 – 3B.1 – 3 – 4C.2 – 3 – 5D.2 – 4 – 5E.3 – 4 – 516. Di antara asam halida berikut yang tidak dapat dibuatmenggunakan asam sulfat pekat adalah ....A.HF dan HClB.HCl dan HBrC.HF dan HBrD.HCl dan HIE.HBr dan HI17. Logam natrium adalah reduktor kuat. Hasil percobaanyang mendukung ungkapan itu adalah ....A.sifatnya padat, lunak, dan mudah diirisB.mudah bereaksi dengan airC.larutan oksidanya mengubah lakmus merahmenjadi biruD.sifat basanya sangat kuatE.garam natrium mudah larut dalam air18. Pernyataan berikut yang benar tentang sifat basa logamalkali adalah ....A.NaOH KOHB.LiOH KOHC.KOH LiOHD.KOH NaOHE.Opsi (c) dan (d) benar19. Logam alkali yang dibakar akan menghasilkansuperoksida adalah ....A.Na dan KB.Li dan NaC.Li dan KD.K dan RbE.Li dan Rb20.UMPTN 1998 B:Sifat-sifat berikut yang bukanmerupakan sifat logamalkali adalah ....A.merupakan unsur sangat reaktifB.terdapat dalam keadaan bebas di alamC.dibuat dengan cara elektrolisis lelehan garamD.ionnya bermuatan positif satuE.senyawanya mudah larut dalam air21. Berdasarkan tes nyala terhadap logam alkali, diperolehwarna ungu. Unsur tersebut adalah ....A.LiB.NaC.KD.RbE.Cs22. Bahan baku pembuatan Na2CO3 melalui proses solvayadalah ....A.NaCl, NH3, COB.NaOH, NH3, CO2C.NaHCO3, NaClD.NaCl, CO2, NH3E.NaOH, NaCl, CO223.Ebtanas 1996:Logam alkali tanah yang tidakmenghasilkan gashidrogen jika bereaksi dengan air adalah ....A.BaD.CaB.SrE.BeC.Mg24.Ebtanas 2000:Basa alkali tanah yang paling mudah larut danmempunyai sifat basa kuat adalah ....A.Be(OH)2B.Mg(OH)2C.Ca(OH)2D.Sr(OH)2E.Ba(OH)225. Pembakaran logam Mg di udara, selain terbentuk MgOjuga terbentuk zat X. Zat ini jika ditambah air dapatmembirukan lakmus, zat itu adalah ....A.Mg(OH)2B.Mg3N2C.MgCO3D.Mg(HCO3)2E.Mg(CN)226. Di antara unsur alkali tanah berikut yang bersifatamfoter adalah ....A.MgB.BeC.RaD.C aE.Sr27. Berdasarkan tes nyala terhadap logam alkali tanahdihasilkan warna putih terang. Logam itu adalah ....A.BeB.MgC.CaD.RaE.Sr28. Pembuatan unsur-unsur logam alkali tanah umumnyadilakukan melalui proses ....
99Deskripsi Unsur-Unsur Golongan UtamaA.pirolisisB.kromatografiC.pemangganganD.elektrolisisE.peptisasi29. Jika kalsium nitrat dipanaskan dengan kuat maka reaksiyang terjadi adalah ....A.Ca(NO3)2(s)⎯⎯→Ca(NO2)2(s) + O2(g)B.2Ca(NO3)2(s)⎯⎯→2CaO(s)+4NO2(g)+O2(g)C.Ca(NO3)2(s)⎯⎯→CaO(s)+ N2O(g)+ 2O2(g)D.3Ca(NO3)2(s)⎯⎯→Ca3N2(s)+4NO2(g)+ 5O2(g)E.Ca(NO3)2(s)⎯⎯→CaO(s) + 2NO2(g)30. Jika logam aluminium ditetesi larutan NaOH akanterjadi reaksi, di antaranya menghasilkan ....A.gas oksigenB.gas peroksidaC.senyawa kompleksD.ion aluminiumE.ion aluminat31. Pada pembuatan aluminium, kriolit yang dipakaiberperan sebagai ....A.reduktorB.oksidatorC.lapisan tahan panasD.pelarutE.bahan baku utama32. Logam aluminium mempunyai sifat-sifat sebagaiberikut, kecuali ....A.dapat bereaksi dengan asam kuatB.larut dalam larutan NaOHC.dengan basa kuat menghasilkan gas H2D.merupakan oksidator kuatE.dengan HNO3 pekat menghasilkan NOx33. Di antara alotrop karbon berikut, yang dapatmenghantarkan listrik adalah ....A.arangB.intanC.grafitD.kokasE.jelaga34. Pembuatan asam nitrat secara komersial dilakukanmelalui proses ....A.Haber-BoschB.kamar timbalC.FraschD.OstwaldE.hidrogenasi35. Proses Haber-Bosch pada pembuatan amonia dilakukanpada....A.suhu tinggi dan tekanan rendahB.suhu tinggi dan tekanan tinggiC.suhu rendah dan tekanan tinggiD.suhu rendah dan tekanan rendahE.keadaan berkatalis Pt36. Gas amonia dapat dibuat di laboratorium dengan cara ....A.memanaskan amonium nitratB.memanaskan amonium kloridaC.memanaskan campuran amonium sulfat dankalsium oksidaD.mengalirkan gas H2 ke dalam nitrogen cairE.elektrolisis larutan amonium klorida37. Pembuatan gas oksigen di laboratorium dapat dilakukandengan cara ....A.pemanasan KClO3 dengan katalis MnO2B.pembakaran gas COC.penguraian gas NO2D.pemanasan KNO3 dengan katalis FeE.elektrolisis larutan NaOH38. Belerang berada dalam dua bentuk. Bentuk I stabil diatas suhu 95°C dan bentuk II stabil di bawah suhu itu.Keadaan ini disebut ....A.monotrofB.enantiotrofC.isomorfD.polimorfE.alotrope39. Teknik yang digunakan untuk memperoleh belerangdari alam adalah melalui proses ....A.kontakB.elektrolisisC.FraschD.pengapunganE.kamar timbal40. Proses pembuatan H2SO4 melalui pembentukan SO3dengan katalis V2O5 dinamakan proses ....A.kontakB.hidrolisisC.kamar timbalD.elektrolisisE.reduksi-oksidasiB. Jawablah pertanyaan berikut dengan benar.1.Xenon diflorida dapat dihidrolisis dalam larutan basamenghasilkan xenon, ion florida, dan gas oksigen.Tuliskan persamaan kimia reaksi tersebut.2.Bagaimanakah kecenderungan umum untuk (a) jari-jari atom; (b) energi ionisasi; (c) kerapatan gas; (d)titik didih dari atas ke bawah untuk golongan unsur-unsur gas mulia?3.Mengapa klorin dapat bereaksi dengan ion hidroksidamembentuk ion hipoklorit?Cl2(g) + OH–(aq)⎯⎯→Cl–(aq) + OCl–(aq) + H2O(A)
100Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XII4.Tuliskan persamaan kimia yang terjadi pada pembuatanF2, Cl2, Br2, dan I2 secara komersial.5.Dalam bentuk apakah, senyawa klorin dapatdigunakan sebagai pemutih?6.Tuliskan persamaan setara untuk reaksi yang terjadidalam campuran berikut.a.NaI(s) dan Cl2(g)b.NaCl(s) dan Br2(A)c.NaI(s) dan Br2(A)e.NaF(s) dan I2(s).7.Bagaimanakah natrium hidroksida diproduksi diindustri? Apakah produk samping dari industri ini?8.Tuliskan persamaan setara untuk reaksi berikut.a.NaOH(s)Δ⎯⎯→b.BeO(s) + NaOH(s) + H2O(A)⎯⎯→c.NH4Cl(aq) + Ca(OH)2(s)⎯⎯→9.Aluminium diproduksi melalui proses elektrolisis.Tuliskan persamaan reaksi dalam elektrolisis daribijihnya.10. Jelaskan, mengapa silikon membentuk kovalenkarbida, sedangkan kalsium membentuk ion karbida.11. Detonator menginduksi ledakan termal amoniumnitrat menghasilkan N2(g), H2O(g), dan O2(g). Hitungvolume total gas diukur pada tekanan 1 atm dan 827°Cjika 1 kg NH4NO3 diledakkan?12. Jelaskan bagaimana membuat asam sulfat melalui proseskontak. Tuliskan persamaan kimia setara dari setiaptahap reaksinya.