Gambar Sampul Kimia · Bab III Kimia Unsur
Kimia · Bab III Kimia Unsur
Teguh Pangajuanto

22/08/2021 10:08:19

SMA 12 K-13

Lihat Katalog Lainnya
Daftar Isi
 Bab I Sifat Koligatif LarutanBab II Reaksi Redoks dan ElektrokimiaBab III Kimia UnsurBab IV Unsur RadioaktifBab V Senyawa KarbonBab VI Benzena dan TurunannyaBab VII Makromolekul (PolimerBab VIII Biomolekul
Halaman
57Kimia UnsurSetiap hari kita menggunakan bahan, baik untuk makanan,minuman, pernapasan, pakaian, bahan bakar, dan berbagai peralatan.Semua bahan yang kita perlukan sehari-hari tersusun dari unsur-unsurbaik sebagai unsur bebas maupun sudah terikat sebagai senyawa.Demikian pula halnya dalam industri juga menggunakan bahan danperalatan yang tersusun dari unsur-unsur.Penggunaan bahan baik unsur maupun senyawa didasarkan padasifat bahan tersebut. Misalnya, oksigen dapat mengoksidasi bahansehingga digunakan untuk mengoksidasi makanan dan bahan bakar.Tembaga dan aluminium bersifat sebagai konduktor yang baik dantidak berkarat sehingga digunakan untuk membuat kabel danperalatan memasak.Pada bab ini akan kita pelajari kelimpahan unsur-unsur di alam,sifat-sifat, kegunaan, dampak dan proses pembuatan unsur dansenyawanya dalam kehidupan sehari-hari dan industri.Tujuan Pembelajaran•Setelah mempelajari bab ini Anda dapat mengetahui kelimpahan, sifat, pembuatan,manfaat, dan bahaya dari unsur dan senyawanya.Kata Kunci• sifat-sifat unsur• kelimpahan unsurKimia UnsurBabIII
58Kimia SMA/MA Kelas XIIPeta KonsepKimia Unsurterdapat di dalamGolonganPeriodeUnsurbebasSenyawaPemuatanUnsurSenyawaManfaatDampakHalogenAlkaliAlkalitanahTransmisiPeriodeketigaTransisi periodeke empatSifat fisikTitik didihTitik leburKekerasanWarnaKelarutanKereaktifanuntuk memperolehmemilikidapatsifat-sifat menurutdi antaranyamemilikikecenderunganterdiriGasmulia
59Kimia UnsurA. Kelimpahan Unsur-Unsur di AlamSampai saat ini sudah dikenal sekitar 116 unsur, 92 diantaranyaterdapat di alam dan yang lainnya merupakan unsur buatan. Unsur yangpaling banyak terdapat di alam ternyata adalah helium (terdapat dimatahari). Sedangkan unsur yang paling banyak terdapat di bumi kita iniadalah oksigen, kemudian silikon, alumunium, dan besi.Tabel 3.1 Unsur-Unsur yang Membangun Bumi Bagian LuarSebagian besar dari unsur-unsur yang ada di alam terdapat sebagaisenyawa, hanya sebagian kecil saja yang terdapat sebagai unsur bebas.Tabel 3.2 Berbagai Mineral dan Terdapatnya di Indonesia Unsur % Berat Unsur % BeratOksigen49,20Klor0,19Silikon25,67Fosfor0,11Aluminium7,50Mangan0,09Besi4,71Karbon0,08Kalsium3,39Belerang0,06Natrium2,63Barium0,04Kalium2,40Nitrogen0,03Magnesium1,93Fluor0,03Hidrogen0,87Stronsium0,02Titan0,58Unsur-unsur lain0,47No. Unsur Mineral1.TembagaKalkopirit, CuFeS2Kalkosit, Cu2S2.BesiHematit, Fe3O4Magnetit, Fe3O4Pirit, FeS2Siderit, FeCO33.NikelNiS4.EmasUnsur5.AluminiumBauksit, Al2O3nH2OKriolit, Na3AlF66.TimahKasiterit, SnO27.KromKromit, FeO Cr2O38.ManganPirolusit, MnO2Braunit, Mn2O39.SengSeng Blende, ZnSKolamin, ZnCO310.VanadiumVanadit Pb5(VO4)3Cl
60Kimia SMA/MA Kelas XIISoal Kompetensi 3.1No.Nama Bijiha.Ilmenitb.Tembaga piritc.Manganitd.Vanadite.Hematitf.Timbal kromatRumus KimiaLogam yang Terkandung....................................1. Mengapa sebagian besar unsur di alam terdapat sebagaisenyawa, bukan sebagai unsur bebas?2. Di Papua terdapat tambang logam yang sangat besar, logamapa yang diperoleh dari tambang tersebut dan perusahaan apayang mengelola?3. Sebutkan nama dan rumus kimia dari bijih logam:a. besib. aluminiumc. tembaga4. Lengkapilah tabel berikut dengan benar!B. Sifat-Sifat UnsurSifat-sifat unsur sangat ditentukan oleh konfigurasi elektronnya.Unsur-unsur dalam sistem periodik disusun menurut kenaikan nomor atomdan berdasarkan konfigurasi elektronnya. Unsur-unsur yang memilikisusunan elektron terluar sama memiliki sifat kimia yang sama dandimasukkan dalam satu golongan, dan unsur-unsur yang memiliki jumlahkulit yang sama dimasukkan dalam satu periode. Oleh karena itu, padabagian ini akan dibahas sifat-sifat unsur menurut golongan dan menurutperiode. Sifat-sifat tersebut meliputi sifat fisis dan sifat kimia, sepertipenampilan, kelarutan, titik didih, titik leleh, kekerasan, jari-jari atom,kereaktifan, dan sifat khusus lainnya.1. Gas MuliaUnsur-unsur gas mulia dalam sistem periodik menempati golonganVIII A yang terdiri dari unsur Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Kripton(Kr), Xenon (Xe) dan Radon (Rn). Struktur elektron terluar gas mulia yangoktet (8) (kecuali helium duplet (2)) merupakan struktur yang paling stabil,oleh karena itu gas mulia sukar bereaksi dengan unsur lain sehingga disebutgas inert (lamban).
61Kimia UnsurPada tahun 1962 Neil Bartlett berhasil mensintesis senyawa gas mulia yaituXePtF6. Dalam waktu yang singkat ahli kimia yang lain menunjukkanbahwa Xenon dapat bereaksi langsung dengan Fluor membentuk XeF2,XeF4, dan XeF6.Sejak saat itu istilah inert tidak lagi sesuai dan para ahli kimia mulaimenyebut dengan golongan gas mulia.a. Sifat-sifat fisisSifat-sifat fisis gas mulia berubah secara periodik seperti terlihat padatabel berikut.Tabel 3.3 Sifat-Sifat Fisis Gas Mulia1) Wujud gas muliaUnsur gas mulia terdapat sebagai gas tak berwarna yang monoatomik,ini erat kaitannya dengan struktur elektron oktet dan duplet dari gas mulia.Sedangkan wujud gas pada suhu kamar disebabkan titik cair dan titikdidih gas mulia yang rendah.2) Titik cair dan titik didihTitik cair dan titik didih gas mulia meningkat dengan bertambahnyanomor atom. Hal ini disebabkan semakin bertambahnya gaya dispersi antaratom gas mulia sesuai bertambahnya massa atom relatif (Ar).3) KelarutanKelarutan gas mulia dalam air bertambah besar dari Helium (He)hingga Radon (Rn). Pada suhu 0 °C dalam 100 ml air terlarut 1 ml He, 6ml Ar, dan 50 ml Rn.b. Sifat-sifat kimiaSelama bertahun-tahun unsur gas mulia disebut sebagai gas inert. Sejakpenemuan XePtF6 oleh Neil Bartlett anggapan gas inert gugur. Energiionisasi kripton, Xenon dan Radon hampir sama dengan energi ionisasi Sifat Helium Neon Argon Kripton Xenon Radon• Nomor atom (Z) 21018365486• Konfigurasi elektron1s21s22p23s23p64s24p65s25p66s26p6• Titik cair (°C)-272,2-248,6-189,4-157,2-111,8-71• Titik didih (°C)-268,9-246,0-185,9-153,4-108,1-62• Rapatan (g/cm3)0,1780,9001,783,735,899,73• Energi pengion (ev)24,621,615,814,012,110,7• Jari-jari atom (Å)0,500,650,951,101,301,45• Keelektronegatifan2,74,43,53,02,6`2,4
62Kimia SMA/MA Kelas XIISoal Kompetensi 3.2oksigen dan masih lebih rendah dari fluor. Oleh karena itu dimungkinkantiga unsur tersebut dapat membentuk senyawa dan telah dibuktikan olehBartlett.Radon dapat bereaksi spontan dengan fluor pada suhu kamar.Sementara Xenon memerlukan pemanasan atau permulaan reaksi secarafotokimia. Xenon dapat bereaksi dengan Fluor pada suhu 400 °C dantekanan 6 atmosfer.Xe + 2Fe  o400°CXeF4Kripton bereaksi dengan Fluor hanya bila keduanya dikenakan penyinaranatau pelepasan muatan listrik.Terbentuknya senyawa gas mulia dapat dijelaskan dengan hibridisasi.Perhatikan pembentukan ikatan XeF2Struktur elektron Xe dapat dituliskan :Xennnnnnnn 5s 5p5dUntuk membentuk XeF2 satu elektron 5p harus dipromosikan ke sub kulit5d yang diikuti dengan pembentukan orbital hibrida sp3d.Xennnnnnnn 5s 5p5dSetelah mengalami hibridisasi dihasilkan.Xennnnnnnn Hibrida sp3dDua elektron yang tidak berpasangan tersebut digunakan untuk berikatandengan flour. Xe (dalam XeF2)nnnnnnn…n…1. Mengapa unsur-unsur gas mulia pernah disebut sebagai gasinert?2. Bagaimanakah hubungan nomor atom, jari-jari atom, energiionisasi dan kereaktifan pada unsur gas mulia?3. Bagaimanakah sifat-sifat fisis gas mulia pada suhu kamar?4. Jelaskan dengan hibridisasi pembentukan senyawa XeF4 danXeF6 dan perkirakan bentuk molekulnya!
63Kimia Unsur5. Tuliskan persamaan reaksinya:a . XeF6 + H2Oob. XeF2 + C6H6o2. HalogenUnsur-unsur halogen dalam sistem periodik menempati golongan VIIAyang terdiri dari unsur Fluor (F), Klor (Cl), Brom (Br), Yod (I), dan Astatin(At). Unsur-unsur golongan VIIA disebut unsur halogen artinyapembentuk garam. Pada bagian ini unsur Astatin tidak dibahas karenabersifat radioaktif dengan waktu paruh pendek sehingga jarang ditentukandan sifat-sifatnya belum banyak diketahui.a. Sifat-Sifat FisisSifat-sifat halogen berubah secara periodik seperti terlihat pada Tabelberikut.Tabel 3.4 Sifat-Sifat Fisis Halogen1) Wujud halogenUnsur halogen berupa molekul diatomik (X2) dengan energi ikatan X -X berkurang dari Cl2 sampai I2, sesuai dengan pertambahan jari-jariatomnya. Semakin panjang jari-jari atom semakin lemah ikatan antaratomsehingga semakin mudah diputuskan akibatnya energi ikatan makinrendah. Energi ikatan F - F lebih kecil dibanding dengan energi ikatan Cl - Sifat Fluor Klor Brom Yod• Nomor atom (Z)9173553• Konfigurasi elektron[He]2s2p5[Ne]3s23p5[Ar]3d104s24p5[Kr]4d105s25p5• Titik cair (°C)–220–101–7114• Titik didih (°C)–188–3559184• Rapatan (g/cm3)1,69 × 10–33,21 × 10–33,124,93• Energi pengionan tingkatpertama (Kj mol–1)1681125111401008•Afinitas elektron (Kj mol–1)–328–349–325–295•Kelektronegatifan (skala Pauling)4,03,02,82,5•Potensial reduksi standar (volt)X2 + 2e–o 2X–2,871,361,060,54•Jari-jari kovalen, .$0,640,991,141,33•Jari-jari ion (X–), .$1,191,671,822,06•Energi Ikatan X-X (Kj mol–1)155242193151
64Kimia SMA/MA Kelas XIICl dan Br - Br, hal ini berhubungan dengan kereaktifan F2. Semakin reaktifmolekul X2 menyebabkan ikatan semakin mudah diputuskan sehinggaenergi ikatan relatif kecil.2) Titik Cair dan Titik DidihTitik cair dan titik didih halogen meningkat dengan bertambahnyanomor atom. Hal ini disebabkan semakin bertambahnya gaya dispersiantarmolekul halogen sesuai bertambahnya massa molekul relatif (Mr).Sesuai titik cair dan titik didihnya, maka wujud halogen pada suhu kamarbervariasi, F2 dan Cl2 berupa gas, Br2 cair, dan I2 padat.3) WarnaUnsur-unsur halogen dapat dikenali dari bau dan warnanya karenaberbau merangsang. Fluor berwarna kuning muda, klor hijau kekuningan,Brom cokelat, dan yod berwarna ungu.4) KelarutanKelarutan halogen dari fluor sampai yod dalam air semakin berkurang.Fluor selain larut juga bereaksi dengan air.2F2(g) + 2H2O(l)o 4HF(aq) + O2(g)Yod sukar larut dalam air, tetapi mudah larut dalam larutan yangmengandung ion I– karena membentuk ion poliiodida I3–, misalnya I2 larutdalam larutan KI.I2(s) + KI(aq)o KI3(aq)Karena molekul halogen nonpolar sehingga lebih mudah larut dalampelarut nonpolar, misalnya CCl4, aseton, kloroform, dan sebagainya.b. Sifat-Sifat Kimia1) KereaktifanUnsur-unsur halogen adalah unsur-unsur yang reaktif, hal ini terbuktikeberadaan halogen di alam sebagai senyawa. Kereaktifan halogendipengaruhi kelektronegatifannya. Semakin besar kelektronegatifansemakin reaktif karena semakin mudah menarik elektron.Selain dipengaruhi keelektronegatifan, kereaktifan halogen jugadipengaruhi oleh energi ikatan halogen. Semakin kecil energi ikatan halo-gen, semakin mudah diputuskan ikatan tersebut sehingga makin reaktifhalogen. Dengan melihat data keelektronegatifan dan energi ikat halo-gen, dapat disimpulkan kereaktifan halogen dari atas ke bawah semakinberkurang.
65Kimia UnsurKereaktifan halogen ini dapat dibuktikan dengan reaksi halogendengan berbagai senyawa atau unsur lain.a. Halogen dapat bereaksi dengan sebagian besar logam menghasilkanhalida.2Na(s) + Cl2(g)o 2NaCl (s)Sn (s) + Cl2(g)o SnCl4(s)Zn (s) + F2(g)o ZnF2(s)b. Halogen dapat bereaksi dengan air.Reaksi Fluor dengan air menghasilkan HF dan gas oksigen, sedangkanhalogen lainnya bereaksi dengan air menurut reaksi:X2 + H2Oo HX + HXOc.Halogen dapat bereaksi dengan hidrogen menghasilkan asam halida.H2(g) + Cl2(g)o 2HCl (g)d. Halogen dapat bereaksi dengan hidrokarbon (alkana, alkena, danalkuna).Reaksinya dengan alkana adalah reaksi substitusi, sedangkan reaksinyadengan alkena dan alkuna adalah reaksi adisi.e.Halogen dapat bereaksi dengan basa.Cl2(g) + 2NaOH(aq)o NaCl(aq) + NaClO(aq) + H2O(l)Bila larutan NaOH dipanaskan akan dihasilkan NaCl dan NaClO3.f.Halogen dapat bereaksi dengan halogen lainnya.3F2 + Cl2 o 2ClF32) Daya OksidasiHalogen merupakan oksidasi kuat. Sifat oksidator halogen dari ataske bawah semakin lemah, sehingga halogen-halogen dapat mengoksidasiion halida di bawahnya.-F2 + 2KClo 2KF + Cl2 atau ditulis F2 + 2Cl–o 2F– + Cl2-Cl2 + 2I–o 2Cl– + I2-Br2 + KFo (tidak terjadi reaksi) atau ditulisBr2 + F–o (tidak terjadi reaksi)Dari reaksi di atas juga berarti ion holida (X–) bersifat reduktor. Sifatreduktor ion halida makin ke bawah semakin kuat. Agar lebih memahamidaya oksidasi halogen dan daya reduksi ion halida, lakukan kegiatanberikut!
66Kimia SMA/MA Kelas XIIKegiatan Ilmiah 3.1Daya Pengoksidasi Halogen terhadap Fe2+ dan Gaya PereduksiAlat dan Bahan:-Tabung reaksi-Larutan FeSO4 0,1 M-Rak tabung reaksi-Larutan Fe(SO4)3 0,1 M-Pipet tetes-Larutan KBr 0,1 M-Larutan klor-Larutan KI 0,1 M-Larutan brom-Larutan KSCN 0,1 M-Larutan yodLangkah kerja:Membedakan ion Fe2+ dengan ion Fe3+1. Masukkan 1 tetes larutan FeSO4 0,1 M ke dalam tabung reaksiI dan larutan Fe2(SO4)3 0,1 M dalam tabung reaksi II!2. Tambahkan 1 tetes larutan KSCN 0,1 M ke dalam masing-masing tabung!Hasil Pengamatan:Daya Pengoksidasi Halogen1. Masukkan 15 tetes larutan klor ke dalam tabung reaksi I,15 teteslarutan brom ke dalam tabung reaksi II, dan 15 tetes larutaniodium ke dalam tabung reaksi III!2. Tambahkan 15 tetes larutan FeSO4 0,1 M ke dalam masing-masing tabung!3. Ujilah ion Fe3+ dengan menambahkan 15 tetes larutan KSCN0,1 M ke dalam tiap tabung reaksi!Hasil Pengamatan: LarutanPerubahan warna setelah penambahan larutan KSCNFeSO4Fe2(SO4)3...... LarutanPerubahan warna setelah penambahanCl2Br2I2............ Larutan FeSO4 Larutan FeSO4 + larutan KSCN............
67Kimia UnsurSoal Kompetensi 3.3Daya Pereduksi Halida1. Masukkan masing-masing 15 tetes larutan Fe2(SO4)3 0,1 M kedalam tiga tabung reaksi yang berbeda!2. Tambahkan 15 tetes larutan NaCl 0,1 M ke dalam tabung I, 15tetes larutan KBr 0,1 M ke dalam tabung II, dan 15 tetes KI 0,1M ke dalam tabung III!Hasil Pengamatan:Pertanyaan:1. a. Bagaimana urutan daya pengoksidasi Cl2, Br2 dan I2?b. Bagaimana urutan daya pereduksi Cl–, Br–, dan I–?2. Dapatkah reaksi berikut menghasilkan halogen?a. F2 + NaClob. F2 + KBroc. Br2 + NaClod. I2 + KFoe.Cl2 + KBro1. Bagaimanakah hubungan nomor atom, jari-jari atom, afinitaselektron, dan kereaktifan unsur-unsur halogen?2. Diketahui potensial reduksi standar:F2 + 2eo2F– E° = 2,87 volt.Cl2 + 2eoCI– E° = 1,36 volt.Br2 + 2eo2Br– E° = 1,06 volt.I2 + 2eo2I– E° = 0,54 volt.Berdasarkan data di atas manakah reaksi berikut yang dapatberlangsung:a. F2 + KClob. Cl2 + KFoc. Br2 + NaClod. Cl2 + KIo........................Warna larutanFe2(SO4)3DitambahlarutanPerubahan yangterjadiNaClKBrKI
68Kimia SMA/MA Kelas XIIT okoh3. Mengapa halogen lebih mudah larut dalam CCl4 dari padadalam air?4. Tuliskan persamaan reaksi yang terjadi!a . Al + Cl2ob. Si + Br2oc.Pu + Cl2od. Cl2 + H2Ooe.Cl2 + F2o5. Urutkan unsur-unsur halogen berdasar:a. kenaikan jari-jari atom,b. daya oksidasi,c.titik didih, dand. kereaktifan!Bernard Courtois (1777– 1838)Courtois lahir di Dijon, Prancis pada tanggal 8 Februari 1777dan meninggal di Paris pada tanggal 27 September 1838. Ia adalahahli kimia Prancis penemu iodium. Pada tahun 1811 Courtois banyakmenambahkan asam pada abu ganggang laut. Dari abu timbul uapberwarna ungu lembayung yang dapat mengembun menjadi kristalhitam mengkilat. Kristal ini merupakan unsur baru yang oleh SirHumphrey Davy diberi nama yod (yodium). Sejak itu nama Courtoismenjadi terkenal.2. AlkaliAlkali merupakan unsur-unsur golongan IA kecuali hidrogen, yangmeliputi litium (Li), natrium (Na), kalium (K), rubidium (Rb), sesium (Cs),dan fransium (Fr).a. Sifat FisisSecara umum sifat fisis unsur-unsur alkali seperti yang tertera padaTabel 3.4 berikut.
69Kimia UnsurTabel 3.5 Sifat Fisika Logam Alkali (Tak Termasuk Fransium)1) Wujud AlkaliAlkali merupakan unsur logam yang lunak dan dapat diiris. Dari datakekerasan (skala Mohs) terlihat dari atas ke bawah semakin berkurang,hal ini berarti makin ke bawah semakin lunak.2) Titik didih dan Titik CairLogam-logam alkali memiliki titik didih dan titik cair yang rendah dancukup lunak. Hal ini disebabkan karena atom-atom logam alkalimempunyai satu elektron valensi sehingga gaya yang mengikat partikel-partikel terjejal relatif lemah.3) Energi Ionisasi (Energi Pengion)Energi ionisasi logam-logam alkali relatif rendah dibanding energiionisasi logam-logam lain. Hal ini menunjukkan bahwa logam alkali lebihmudah melepaskan elektron daripada logam lainnya. Energi ionisasi logamalkali dari atas ke bawah makin rendah, sehingga dari litium sampai sesiumsemakin reaktif.4) Potensial Reduksi StandarHarga potensial reduksi standar kecuali litium dari atas ke bawahsemakin negatif. Hal ini menunjukkan semakin mudahnya melepaselektron (sifat reduktor semakin kuat dari Na sampai Cs).Penyimpangan harga potensial reduksi (E°) pada litium disebabkankarena energi hidrasi Li jauh lebih besar daripada alkali yang lain sehinggapotensial reduksi Li paling negatif. LiNa K Rb Cs• titik leleh, °C18198643929• titik didih, °C1.336881766694679• rapatan, g/cm30,540,970,871,531,88• distribusi elektron2.12.8.12.8.8.12.8.18.8.12.8.18.18.8.1• energi pengionan, eV5,45,14,34,23,9• jari-jari atom, Å1,341,541,962,162,35•jari-jari ion, Å0,600,951,331,481,69• kelektronegatifan1,00,90,80,80,7• potensial reduksistandar (volt)–3,05–2,71–2,92–2,49–3,02• struktur kristalbccbccbccbccbcc
70Kimia SMA/MA Kelas XIIKegiatan Ilmiah 3.2b. Sifat KimiaUnsur-unsur alkali merupakan golongan logam yang paling reaktif.Kereaktifan logam alkali dari atas ke bawah semakin bertambah, hal inidisebabkan energi ionisasinya dari atas ke bawah semakin rendah sehinggasemakin mudah melepaskan elektron.Kereaktifan logam alkali dapat dibuktikan dengan kemampuanbereaksinya dengan berbagai unsur lain dan senyawa.1) Unsur Alkali dapat Bereaksi dengan AirReaksi unsur alkali dengan air menghasilkan basa dan gas hidrogen.Secara umum dapat dituliskan sebagai berikut:2M(s) + 2H2O(l) o 2MOH(aq) + H2(g)Reaksi natrium dengan air sangat hebat, sehingga bila mereaksikanlogam natrium dengan air logam natrium harus dipotong sekecil mungkinagar tidak terjadi ledakan dan jangan sekali-kali memegang logam natriumkarena dapat bereaksi dengan air/keringat pada tangan Anda.Agar lebih memahami reaksi alkali dengan air, lakukan kegiatan berikut.Kereaktifan Beberapa Logam Alkali dan Alkali TanahTujuan:Mempelajari keaktifan beberapa logam alkali dan alkali tanah.Alat dan Bahan:-gelas kimia-logam kalium (K)-logam natrium (Na)-pisau-kaca arloji-logam kalsium (Ca)-logam magnesium (Mg)-kertas saring-tang besiLangkah Kerja:1. Isi gelas kimia dengan air dua per tiga bagian, tambahkan 2 - 3PP!Catat apa yang terjadi!2. Dengan menggunakan tang besi, ambil logam natrium dari botolpenyimpan. Dengan menggunakan kertas saring, absorbsikanminyak tanah dari permukaan logam itu. Amati permukaandan catat penampilannya!3. Iris logam itu, amati permukaan, dan catat penampilannya!4. Potong logam natrium sebesar kacang hijau dan masukkanpotongan itu ke dalam gelas kimia yang berisi air denganmenggunakan tang besi. Segera tutup gelas itu dengan kaca arloji.Perhatikan dan catat apa yang terjadi!
71Kimia Unsur5. Ulangi pekerjaan di atas tetapi Na diganti dengan Mg, K, danCa!Hasil Pengamatan:Pertanyaan:1. Mengapa logam natrium dan kalium disimpan dalam minyaktanah?2.Mengapa setelah dimasukkan logam air menjadi berwarna merah?3. Terdengarkah suara letupan? Jika terdengar mengapa dapatterjadi?4. Bandingkan kereaktifan logam-logam alkali dan alkali tanahyang seperiode berdasar percobaan di atas!2) Reaksi dengan Oksigen.Logam alkali dapat bereaksi dengan oksigen membentuk oksidanya.Bila oksigen yang direaksikan berlebihan, natrium dapat membentukperoksida, kalium, rubidium dan sesium membentuk superoksida.4M(s) + O2(g)o 2M2O(s)(M = Li, Na, K, Rb, Cs) (terbatas) (oksida)2Na(s) + O2 o Na2O2(s)(berlebihan) (natrium peroksida)M(s) + O2 o MO2(M = K, Rb, Cs)(berlebihan) (superoksida)Untuk menghindari reaksi dengan uap air dan gas oksigen di udara,maka logam alkali disimpan dalam minyak tanah.3) Reaksi dengan Unsur Nonlogam Lainnya (Halogen, Nitrogen,Belerang dan Fosfor)2M(s) + X2(g)o2MX(s)(X = F, Cl, Br, I)6M(s) + N2(g)o2M3N(s)2M(s) + S(s)oM2S(s)3M(s) + P(s)o2M3P(s)Penampilan logamsebelum diiris. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .Perubahan yang terjadisetelah logamdimasukkan ke dalam airNaMgKCaLogam. . . .. . . .. . . .. . . .Penampilanpermukaan irisanlogam
72Kimia SMA/MA Kelas XIISoal Kompetensi 3.41. Jelaskan hubungan jari-jari atom, energi ionisasi, kereaktifanlogam-logam alkali, dan tunjukkan dengan contoh reaksi!2. Mengapa logam-logam alkali disimpan dalam minyak tanah?3. Bagaimanakah sifat fisis logam alkali yang berbeda denganlogam pada umumnya?4. Tuliskan persamaan reaksinya bila:a. Kalium + gas klorb. Natrium + gas nitrogenc.Rubidium + gas oksigen berlebihand. Litium + belerange.Natrium + gas hidrogen5. Apakah nama lain dari logam natrium dan kalium?3. Alkali TanahUnsur-unsur alkali tanah dalam sistem periodik menempati golonganIIA. Unsur-unsur alkali tanah terdiri dari berilium (Be), magnesium (Mg),kalsium (Ca), stronsium (Sr), barium (Ba), dan radium (Ra). Disebut alkalitanah karena oksida dan hidroksida dalam air bersifat basa (alkalis) danoksidanya serupa dengan Al2O3 dan oksida logam berat yang sejak semuladikenal dengan nama tanah.a. Sifat-Sifat FisisUnsur-unsur alkali tanah kecuali berilium (Be) semua merupakanlogam putih keperakan dan lebih keras dari alkali. Sifat-sifat fisis lainnyatertera dalam Tabel 3.6Tabel 3.6 Sifat-Sifat Fisika Logam-logam Alkali Tanah(Tak Termasuk Radium) BeMg K Rb Cs• titik leleh, °C1,277650850769725• titik didih, °C2.4841.1051.4871.3811.849• rapatan, g/cm31,861,741,552,63,59• distribusi elektron2.22.8.22.8.8.22.8.18.8.22.8.18.18.8.2• energi pengionan, eV9,37,66,15,75,2• jari-jari atom, q$1,251,451,741,921,98•jari-jari ion, q$0,310,650,991,131,35• keelektronegatifan1,51,21,01,00,9• potensial reduksistandar (volt)–1,85–2,37–2,87–2,89–2,91• struktur kristalhexhexfccfccbcc
73Kimia UnsurPada tabel di atas terlihat dengan naiknya nomor atom, jari-jari atombertambah panjang yang berakibat semakin lemahnya gaya tarik antaratom.Hal ini menyebabkan makin menurunnya titik leleh dan titik didih.Logam alkali tanah memiliki 2 elektron valensi sehingga ikatanlogamnya lebih kuat daripada ikatan logam pada alkali seperiode. Hal inimenyebabkan titik leleh, titik didih, kerapatan, dan kekerasan alkali tanahlebih besar daripada logam alkali seperiode.b. Sifat-Sifat Kimia Alkali TanahAlkali tanah merupakan golongan logam yang reaktif meskipun tidaksereaktif alkali. Kereaktifan logam alkali tanah meningkat dengan semakinmeningkatnya jari-jari atom. Alkali tanah dapat bereaksi dengan hampirsemua unsur nonlogam dengan ikatan ion (kecuali berilium yangmembentuk ikatan kovalen). Beberapa reaksi alkali tanah dengan senyawaatau unsur lain adalah sebagai berikut.1) Reaksi dengan OksigenSemua logam alkali tanah dapat bereaksi dengan oksigen membentukoksida yang mudah larut dalam air.2M(s) + O2(g)o 2MO(s)M = alkali tanahContoh: 2Ba(s) + O2(g)o 2BaO(s)Bila oksigen berlebih dan pada tekanan tinggi terjadi peroksida.Ba(s) + O2(g)o BaO2(s) (berlebih)Kelarutan oksidanya semakin besar dari atas ke bawah.2) Reaksi dengan AirMagnesium bereaksi lambat dengan air, kalsium stronsium, dan bariumbereaksi lebih cepat dengan air membentuk basa dan gas hidrogen.Ca(s) + 2H2O(l) o Ca(OH)2(aq) + H2(g)Kalsium hidroksida3) Reaksi dengan HidrogenAlkali tanah bereaksi dengan gas hidrogen membentuk hidridadengan ikatan ion.Ca(s) + H2(g)To CaH2(s)Kalsium hidroksidaHidrida alkali tanah dapat bereaksi dengan air menghasilkan basadan gas hidrogen.CaH2(s) + 2H2O(l)o Ca(OH)2(aq) + H2(g)
74Kimia SMA/MA Kelas XIIKegiatan Ilmiah 3.34) Reaksi dengan NitrogenReaksi alkali tanah dengan gas nitrogen membentuk nitrida.3Mg(s) + N2(g)o Mg3N2(s) Magnesium nitrida5) Reaksi dengan asamAlkali tanah bereaksi dengan asam menghasilkan garam dan gashidrogen. Reaksi semakin hebat dari atas ke bawah.Mg(s) + 2HCl(aq)o MgCl2(aq) + H2(g)Berilium bersifat amfoter (dapat bereaksi dengan asam dan basa).Reaksi berilium dengan basa kuat adalah sebagai berikut:Be(s) + 2NaOH(aq) + 2H2O(l)o Na2Be(OH)4(aq) + H2(g)6) Reaksi dengan HalogenSemua alkali tanah dapat bereaksi dengan halogen membentuk garamdengan ikatan ion kecuali berilium. Secara umum dapat dituliskan:M + X2o MX2Contoh: Ca(s) + Cl2(g)o CaCl2(s)7) Reaksi NyalaPada pemanasan/pembakaran senyawa alkali pada nyala apimenyebabkan unsur alkali tereksitasi dengan memancarkan radiasielektromagnetik sehingga memberikan warna nyala berilium (putih), mag-nesium (putih), kalsium (jingga merah), stronsium (merah), dan barium(hijau). Agar dapat mengamati langsung warna nyala garam alkali danalkali tanah, lakukan kegiatan berikut.Mengamati Warna Nyala Garam Alkali dan Alkali TanahAlat dan Bahan:-Tabung reaksi-Pemanas spiritus/bunsen-Gelas ukur-HCl pekat-Kaca arloji-Kristal NaCl, KCl, CaCl2, SrCl2, BaCl2-Kawat nikromLangkah Kerja:1. Siapkan garam-garam NaCl, KCl, CaCl2, SrCl2, dan BaCl2 dalamkaca arloji yang terpisah!2. Tuangkan masing-masing 2 mL HCl pekat pada kedua tabungreaksi!
75Kimia UnsurNo. Garam Warna Nyala1.NaCl....2.KCl....3.CaCl2....4.SrCl2....5.BaCl2....3. Celupkan kawat nikrom ke dalam HCl pekat pada tabung Ikemudian bakarlah pada nyala api agar kawat nikrom bersih.4. Celupkan kawat nikrom ke dalam HCl pekat pada tabung IIkemudian ke dalam kristal NaCl, selanjutnya bakarlah padanyala api dan amatilah!5. Ulangi langkah kerja 3 dan 4 dengan mengganti NaCl dengangaram-garam yang lain.Hasil Pengamatan:Pertanyaan:1. Mengapa pembakaran garam alkali dan alkali tanah dapatmemberikan warna?2. Mengapa unsur-unsur alkali dan alkali tanah memberikanwarna nyala yang berbeda-beda?3. Apakah warna nyala dari pembakaran garam natrium, kalium,stronsium, dan barium?c. Kelarutan Basa Alkali Tanah dan GaramnyaBasa alkali tanah berbeda dengan basa alkali, basa alkali tanah adayang sukar larut. Harga hasil kelarutan (Ksp) dari basa alkali tanah dapatdilihat pada tabel berikut.Dari data Ksp di atas terlihat harga Ksp dari Be(OH)2 ke Ba(OH)2 makinbesar, berarti hidroksida alkali tanah kelarutannya bertambah besardengan naiknya nomor atom. Be(OH)2 dan Mg(OH)2 sukar larut, Ca(OH)2sedikit larut, Sr(OH)2 dan Ba(OH)2 mudah larut. Be(OH)2 bersifat amfoter(dapat larut dalam asam dan basa kuat).Be(OH)2(s) + 2H+(aq)o Be2+ + 2H2O(l)Be(OH)2(s) + 2H–(aq)o BeO22– + 2H2O(l)Hidroksida Be(OH)2Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2Ksp 2 × 10–18 1,8 × 10–11 5,5 × 10–6 3,2 × 10–4 5 × 10–3
76Kimia SMA/MA Kelas XIIKegiatan Ilmiah 3.4PereaksiNaOH 0,1 M berlebihanNa2SO4 0,1 MK2CrO4 0,1 MNa2C2O4 0,1 M Tabung 4. . . .. . . .. . . .. . . . Tabung 3. . . .. . . .. . . .. . . . Tabung 2. . . .. . . .. . . .. . . . Tabung 1. . . .. . . .. . . .. . . .Harga hasil kali kelarutan (Ksp) beberapa garam alkali tanah terlihatdalam tabel berikut.Dari tabel Ksp di atas terlihat hasil kali kelarutan garam sulfat berkurangdari BeSO4 sampai BaSO4 berarti kelarutan garam sulfatnya dari atas kebawah semakin kecil. Kelarutan garam kromat dari BeCrO4 sampai BaCrO4.Semua garam karbonatnya sukar larut, semua garam oksalatnya sukarlarut kecuali MgC2O4 yang sedikit larut. Untuk lebih memahami kelarutanbasa dan garam alkali lakukan kegiatan berikut.Mengidentifikasi Ion Alkali TanahAlat dan Bahan:-Tabung reaksi dan rak-Pipet tetes-Larutan NaOH, Na2SO4, Na2C2O4, K2CrO4 masing-masing 0,1 M.Langkah Kerja:1. Tetesilah empat larutan yang mengandung kation alkali tanahdalam tabung reaksi yang disediakan oleh guru dengan larutanNaOH 0,1 M!2. Amatilah terjadinya endapan dan catatlah pada tabelpengamatan!.3. Ulangi langkah 1 dan 2 dengan mengganti larutan NaOHdengan larutan-larutan yang tersedia!Buatlah kesimpulan ion apakah yang terdapat pada masing-masingtabung reaksi! KationSO42–besarbesar9,1 × 10–67,6 × 10–71,1 × 10–10CrO42–besarbesar7,1 × 10–43,6 × 10–51,2 × 10–10CO32––1 × 10–152,8 × 10–91,1 × 10–105,1 × 10–9C2O42–kecil8,6 × 10–52 × 10–92 × 10–71,6 × 10–7Anion Be2+ Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+
77Kimia UnsurSoal Kompetensi 3.5 OH– SO42– CrO42– C2O42– CO32–Sr2+3,2 × 10–43,6 × 10–73,6 × 10–51,1 × 10–102 × 10–7Ba2+5 × 10–31,1 × 10–101,2 × 10–105,1 × 10–91,6 × 10–71. Diketahui harga Ksp dari beberapa senyawa stronsium danbarium sebagai berikut.Bila suatu campuran mengandung ion Sr2+ dan Ba2+ larutanmanakah dari berikut ini yang paling efektif untuk memisahkanion Sr2+ dan Ba2+? Berikan penjelasan!Larutan yang tersediaKOH 0,1 M; K2SO4 0,1 M; Na2CrO4 0,1 M;Na2C2O4 0,1 M; dan Na2CO3 0,1 M.2. Ke dalam larutan MgCl2 0,3 M ditetesi larutan KOH tetes demitetes. Setelah pH berapakah mulai terbentuk endapan Mg(OH)2(Ksp Mg(OH)2 = 3 × 10–11).4. Unsur-Unsur Periode KetigaUnsur-unsur periode ketiga memiliki jumlah kulit elektron yang sama,yaitu tiga kulit. Akan tetapi konfigurasi elektron dari masing-masing unsurberbeda, hal ini akan menyebabkan sifat-sifat kimia yang berbeda. Darikiri ke kanan unsur periode ketiga berturut-turut adalah natrium (Na),magnesium (Mg), aluminium (Al), silikon (Si), fosfor (P), belerang (S), klor(Cl) dan argon (Ar). Na, Mg, dan Al merupakan unsur logam, Si semilogam,P, S dan Cl nonlogam, Ar gas mulia. Beberapa sifat unsur-unsur periodeketiga diberikan pada Tabel 3.6 berikut. Tabel 3.7 Beberapa Sifat Unsur Periode KetigaUnsurNaMgAlSiPSClArNomor atom1112131415161718Konfigurasi K22222222elektron L88888888 M12345678Energi ionisasi (KJ/mol)4967385787861012100012511527Titik cair, °C97,8649660141044113–101–184,2Titik didih, °C883109024672680280445–35–185,7StrukturkristalkristalkristalmolekulmolekulmolekulmolekulmolekullogamlogamlogamkovalenpoliatompoliatomdiatommonoatomraksasaTingkat oksidasi tertinggi+1+2+3+4+5+6+7–Afinitas elektron (KJ/mol)–53230–44–134–72–200–34935Kelektronegatifan0,91,21,51,82,12,53,0–
78Kimia SMA/MA Kelas XIIa. Sifat-Sifat Fisis1) Wujud pada Suhu BiasaDari titik leleh dan titik didih kita dapat menyimpulkan bahwa unsur-unsur dari natrium sampai belerang berwujud padat, sedangkan klor danargon berwujud gas pada suhu biasa.2) Titik Leleh dan Titik DidihTitik leleh dan titik didih unsur periode ketiga dari natrium ke kananmeningkat dan mencapai puncaknya pada silikon, kemudian turun. Darinatrium sampai aluminium titik leleh dan titik didih meningkat seiringbertambah kuatnya ikatan logam karena bertambahnya jumlah elektronvalensi. Silikon memiliki titik leleh dan titik didih tertinggi karena silikonmemiliki struktur kovalen raksasa dimana setiap atom silikon terikat secarakovalen pada empat atom silikon lainnya. Zat dengan struktur seperti inimemiliki titik leleh dan titik didih yang sangat tinggi.Fosfor, belerang, klor, dan argon memiliki titik leleh dan titik didihyang relatif rendah karena merupakan molekul-molekul nonpolar yangterikat dengan gaya Van der Waals yang relatif lemah. Gaya Van der Waalsbergantung pada massa molekul relatifnya. Semakin besar massa molekulrelatif semakin kuat gaya Van der Waals, akibatnya titik leleh dan titikdidih makin tinggi. Massa molekul relatif S8 > P4 > Cl2 > Ar, sehinggabelerang memiliki titik leleh dan titik didih lebih tinggi dari P4, Cl2, dan Ar.3) Energi IonisasiSecara umum energi ionisasi unsur periode ketiga dari kiri ke kananmeningkat. Akan tetapi energi ionisasi Al lebih rendah dari energi ionisasiMg dan energi ionisasi S lebih rendah dari P.Hal ini disebabkan oleh susunan elektron dalam orbital yang penuhatau setengah penuh memiliki kestabilan yang lebih besar. Susunan elektronvalensi dalam orbital seperti tercantum di bawah ini:Mg :(10Ne) 3s23snppenuh (lebih stabil)Al :(10Ne) 3s23p13pnP: (10Ne)3s2 3p33pnnn setengah penuh (lebih stabil)S: (10Ne) 3s2 3p43pnnp n
79Kimia UnsurKegiatan Ilmiah 3.5Karena elektron-elektron dalam orbital dari atom Mg penuh sehinggalebih stabil akibatnya energi ionisasi Mg lebih tinggi dari Al, dan elektron-elektron dalam orbital dari atom P setengah penuh sehingga lebih stabilakibatnya energi ionisasi P lebih tinggi dari S.4) Sifat LogamSifat logam unsur periode ketiga dari kiri ke kanan semakin berkurang.Dari Na sampai Al merupakan unsur logam dengan titik leleh, titik didih,kerapatan dan kekerasan meningkat, hal ini disebabkan pertambahanelektron valensi yang mengakibatkan ikatan logam semakin kuat. Dengandemikian daya hantar listrik (sifat konduktor) juga semakin kuat. Silikonmerupakan semilogam (metaloid) bersifat semikonduktor, sedangkan fosfor,belerang dan klor merupakan nonlogam yang tidak menghantarkan listrik.Untuk lebih memahami sifat-sifat fisis unsur periode ketiga lakukankegiatan berikut:Menyelidiki Sifat Logam Unsur-unsur Periode KetigaAlat dan Bahan:-Kaca arloji-Lampu pijar-Kawat-Kertas saring-Penjepit logam-Unsur belerang-Unsur aluminium-Unsur natrium-Unsur magnesium-Baterai-PisauLangkah Kerja:1. Ambil sepotong natrium dari tempat penyimpanan denganpenjepit logam dan letakkan pada kaca arloji! Bersihkan minyaktanah pada permukaan natrium dengan kertas saring!2. Potonglah sebagian logam natrium (tipis) dan amatipermukannya! Perhatikan kilap, warna dan kekerasannya!3. Uji daya hantar listrik natrium yang masih mengkilap!4. Ulangi langkah ke-2 dan 3 untuk magnesium, aluminium, danbelerang!Hasil pengamatan:Pertanyaan:Manakah yang bersifat logam dan manakah yang nonlogam padapercobaan Anda?No. Sifat Unsur Na Mg Al S1.Wujud .... .... .... ....2.Warna .... .... .... ....3.Kekerasan .... .... .... ....4.Daya hantar listrik .... .... .... ....
80Kimia SMA/MA Kelas XIISoal Kompetensi 3.61. Bagaimanakah hubungan nomor atom unsur-unsur periodedengan jari-jari atomnya?2. Susunlah unsur-unsur periode ketiga berdasarkan:a. energi ionisasi yang semakin meningkat;b. titik leleh yang semakin meningkat!3. Mengapa energi ionisasi Mg lebih tinggi dari energi ionisasi Aldan energi ionisasi P lebih tinggi dari energi ionisasi S?4. Mengapa silikon memiliki titik leleh dan titik didih tertinggi diantara unsur periode ketiga yang lain?5. Bagaimanakah sifat logam unsur-unsur periode ketiga dari kirike kanan? Jelaskan!b. Sifat-Sifat Kimia1) Sifat Reduktor dan OksidatorSesuai dengan fakta bahwa dari kiri ke kanan unsur-unsur periodeketiga semakin sukar melepas elektron serta makin mudah menangkapelektron, sehingga dari natrium sampai klor sifat reduktor berkurang dansifat oksidator bertambah. Natrium merupakan reduktor kuat dan klormerupakan oksidator kuat.Kekuatan sifat reduktor dan oksidator dapat dilihat dari hargapotensial elektroda. Semakin besar (positif) harga potensial elektrodasemakin mudah mengalami reduksi yang berarti sifat oksidator makin kuat,dan sebaliknya makin kecil (negatif) harga potensial elektroda makinmudah dioksidasi yang berarti sifat reduktor makin kuat.Na+ + eoNaE° = –2,71 voltMg2+ + 2eoMgE° = –2,38 voltAl3+ + 3eoAlE° = –1,66 voltS + 2eoS2–E° = –0,51 voltCl2 + 2eo2Cl–E° = +1,36 voltDaya pereduksi natrium, magnesium, dan aluminium dapatdibandingkan dari reaksinya dengan air. Natrium bereaksi hebat denganair menghasilkan NaOH dan gas hidrogen. Hal ini menunjukkan bahwanatrium merupakan reduktor kuat.2Na(s) + 2H2O(l)o 2NaOH(aq)+ H2(g)Magnesium bereaksi lambat dengan air menghasilkan Mg(OH)2 yangtidak larut dan gas hidrogen.Mg(s) + 2H2O(l)o Mg(OH)2(s) + H2(g)
81Kimia UnsurAluminium tidak bereaksi dengan air pada suhu biasa tetapi bereaksidengan uap air panas menghasilkan Al2O3 dan gas hidrogen.2Al(s) + 3H2O(g)o Al2O3(s) + 3H2(g)Karena sifat reduktor yang kuat dari natrium, magnesium, dan alu-minium ini, maka ketiga logam tersebut digunakan sebagai reduktor padaberbagai proses.Silikon dan fosfor merupakan reduktor yang lemah sehingga dapatbereaksi dengan oksidator kuat, misalnya klor dan oksigen.2Si(s) + 2Cl2(g)o2SiCl(l)P4(s) + 6Cl2(g)o4PCl3(g)Si(s) + O2(g)oSiO2(s)P4(s) + 3O2(g)oP4O6(g)Fosfor selain sebagai reduktor lemah juga merupakan oksidator lemahsehingga dapat bereaksi dengan reduktor kuat.Belerang memiliki sifat reduktor yang lebih lemah dari fosfor tetapimemiliki sifat oksidator yang lebih kuat dari fosfor. Belerang dapatmengoksidasi hampir semua logam, misalnya dengan besi terjadi reaksisebagai berikut:Fe(s) + S(s)o FeS(s)Belerang dapat mengoksidasi air menjadi gas oksigen.S(s) + 2H2O(l)o 2H2S(aq) + O2(g)Klor merupakan oksidator kuat, dapat mengoksidasi hampir semualogam, dan nonlogam dan berbagai senyawa.Cl2(g) + Mg(s)o MgCl2(s)Cl2(g) + H2O(l)o 4HCl(ag) + O2(g)2) Sifat Asam Basa Hidroksida Unsur Periode KetigaHidroksida unsur periode ketiga terdiri dari NaOH, Mg(OH)2, Al(OH)3,Si(OH)4, P(OH)5, S(OH)6 dan Cl(OH)7. Berdasar energi ionisasinya, bilaenergi ionisasi unsur periode ketiga rendah ikatan antara unsur periodeketiga dengan –OH adalah ion sehingga dalam air melepaskan ion OH–(bersifat basa).NaOH o Na+ + OH–Mg(OH)2o Mg2+ + OH–NaOH tergolong basa kuat dan mudah larut dalam air, sedangkanMg(OH)2 meskipun tergolong basa kuat tetapi tidak sekuat NaOH. Al(OH)3bersifat amfoter, artinya dapat bersifat sebagai asam sekaligus basa
82Kimia SMA/MA Kelas XIISoal Kompetensi 3.7tergantung lingkungannya. Dalam lingungan asam, Al(OH)3 bersifatsebagai basa dan sebaliknya dalam lingkungan basa, Al(OH)3 bersifatsebagai asam.Al(OH)3(s) + H+(aq)o Al3+(aq) + 3H2O(l)asamAl(OH)3(s) + OH–(aq)o Al(OH)4–(aq)basaBila energi ionisasi unsur periode ketiga tinggi ikatan antara unsurperiode ketiga dengan –OH merupakan ikatan kovalen, sehingga tidakdapat melepaskan OH– tetapi melepaskan ion H+ karena ikatan O–Hbersifat polar. Dengan demikian Si(OH)4, P(OH)5, S(OH)6, dan Cl(OH)7bersifat asam.Si(OH)4o H2SiO3 + H2O asam silikatP(OH)5o H3PO4 + H2O asam fosfatS(OH)6o H2SO4 + 2H2O asam sulfatCl(OH)7o HClO4 + 3H2O asam perkloratSifat asam dari Si(OH)4 atau H2SiO3 sampai Cl(OH)7 atau HClO4 makinkuat karena bertambahnya muatan positif atom pusat, sehingga gaya tolakterhadap H+ makin kuat akibatnya makin mudah melepaskan H+ berartisifat asam makin kuat. Jadi, sifat asam H2SiO3 < H3PO4 < H2SO4 < HClO4.H2SiO3 dan H3PO4 merupakan asam lemah, sedangkan H2SO4 danHCl tergolong asam kuat.1. Bagaimanakah urutan unsur-unsur periode ketiga berdasar:a. sifat reduktor yang semakin kuat;b. sifat oksidator yang semakin kuat?2. Tuliskan persamaan reaksi yang terjadi bila:a. SiO2 + Mgb. MnO2 + HClc. Na + H2O3. Apakah yang Anda ketahui tentang reaksi termit? Tuliskanreaksinya!4. Bagaimanakah hubungan energi ionisasi unsur-unsur periodeketiga dengan sifat asam basa hidroksidanya?5. Apakah perbedaan sifat NaOH dengan Cl(OH)7?
83Kimia Unsur6. Energi ionisasi unsur-unsur periode ketiga secara umum darikiri ke kanan makin besar, tetapi penurunan Al dan S sehinggaenergi ionisasi Mg > Al dan energi ionisasi P > S. Jelaskan haltersebut dengan mengaitkan konfigurasi elektron!7. Unsur periode ketiga yang manakah yang memiliki:a. energi ionisasi terbesar,c.sifat reduktor terkuat,b. paling elektronegatif,d. bersifat amfoter?8. Mengapa Si memiliki titik didih paling tinggi di antara unsurperiode ketiga yang lain?9 .Tuliskan reaksi yang terjadi bila oksida berikut terlarut dalam air:a. Na2Od.Cl2O5b. MgOe.Cl2O7c. SO310. Tunjukkan dengan reaksi kimia bahwa Al(OH)3 bersifat amfoterdapat bereaksi dengan asam maupun basa kuat!11. Manakah dari hidroksida berikut yang bersifat basa, amfoter,dan asam : NaOH, Al(OH)3, Mg(OH)2, Cl(OH)7? Jelaskanjawaban Anda!12. Bandingkan sifat basa dari NaOH, Mg(OH)2 dan Al(OH)3.13. Bandingkan sifat asam dari H3PO4, H2SO4 dan HClO4.14. Tuliskan persamaan reaksinya.a . Al(OH)3 + HClb. Al(OH)3 + NaOH15. Unsur P, Q, R, dan S merupakan unsur periode ketiga.Hidroksida P dalam air dapat memerahkan kertas lakmus.Hidroksida Q dapat bereaksi dengan KOH dan H2SO4.Hidroksida R dapat membirukan kertas lakmus dan mudah larutdalam air. Hidroksida S dapat memerahkan kertas lakmus tetapimudah terurai menjadi oksida dan air. Urutkan unsur P, Q, R,dan S menurut kenaikan nomor atomnya!Air Sadah1. Pengertian Air SadahBila kita masuk dalam sebuah gua di daerah berkapur kita akan melihatstalaktit dan stalagmit. Bagaimanakah terjadinya stalaktit dan stalagmit?Pernahkah Anda merebus air dalam ketel yang sudah lama digunakan?Apa yang dapat Anda amati dalam dasar ketel? Semua peristiwa tersebutada kaitannya dengan air sadah.
84Kimia SMA/MA Kelas XIIDi dalam air seringkali terkandung mineral yang terlarut, misalnyaCaCl2, CaSO4, Ca(HCO3)2, MgSO4, Mg(HCO3)2 dan lain-lain tergantungdari sumber airnya. Air yang mengandung ion Ca2+ atau Mg2+ dalam jumlahyang cukup banyak disebut air sadah. Penggunaan air sadah inimenimbulkan beberapa masalah diantaranya sukar berbuih bila digunakanuntuk mencuci dengan sabun, menimbulkan kerak pada ketel bila direbuskarena air sadah mengendapkan sabun menjadi scum dan mengendapkanCaCO3 bila dipanaskan. Air yang hanya sedikit atau tidak mengandungion Ca2+ atau Mg2+ disebut air lunak.Air sadah terutama disebabkan adanya Ca(HCO3)2 yang terlarut dalamair. Ion kalsium dan bikarbonat, antara lain berasal dari proses pelarutanbatu kapur CaCO3 dalam lapisan tanah oleh air hujan yang mengandungsedikit asam. CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g) o Ca(HCO3)2(aq) batu kapur air hujankalsium bikarbonatAir yang menetes di dalam gua mengandung Ca(HCO3)2 yang terlarutdan CaCO3 yang tidak larut. CaCO3 yang tertinggal di langit-langit guasemakin bertambah panjang membentuk stalaktit dan air yang menetesmembawa CaCO3 yang semakin menumpuk di dasar gua makin tinggimembentuk stalagmit. Air yang terus mengalir mengandung Ca(HCO3)2terlarut merupakan air sadah. Untuk mengetahui kesadahan suatu airdapat dilakukan penambahan tetesan air sabun terhadap suatu contohsampel air sampai terbentuk busa. Air sadah memerlukan lebih banyakair sabun untuk membentuk busa, sedangkan air lunak hanyamembutuhkan sedikit air sabun untuk membentuk busa.2. Macam Kesadahan AirKesadahan air dapat dibedakan menjadi kesadahan sementara dankesadahan tetap.a. Kesadahan SementaraSuatu air sadah disebut memiliki kesadahan sementara bila kesadahandapat hilang dengan dididihkan. Kesadahan sementara disebabkan garam-garam bikarbonat yaitu kalsium bikarbonat Ca(HCO3)2 dan magnesiumbikarbonat Mg(HCO3)2. Ion Ca2+ dan Mg2+ dari senyawa tersebut akanmengendap sebagai CaCO3 bila air sadah dididihkan.Ca(HCO3)2(aq)o CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g)CaCO3 mengendap pada ketel menjadi lapisan kerak.b. Kesadahan TetapAir yang memiliki kesadahan tetap, kesadahannya tidak hilangmeskipun dididihkan. Kesadahan tetap disebabkan garam-garam kalsiumdan magnesium selain bikarbonat.
85Kimia Unsur3. Cara Menghilangkan KesadahanKesadahan sementara dapat dihilangkan dengan mendidihkan airkarena ion Ca2+ dan Mg2+ akan diendapkan sebagai CaCO3 atau MgCO3.Kesadahan tetap dapat dihilangkan dengan cara:a. Menambahkan Na2CO3Natrium karbonat Na2CO3 dapat menghilangkan kesadahansementara dan kesadahan tetap karena ion-ion Ca2+ dan Mg2+ akandiendapkan sebagai CaCO3 dan MgCO3. Misalnya, air sadah tetap yangmengandung garam CaCl2, maka ion Ca2+ dari CaCl2 dapat diendapkandengan menambahkan Na2CO3.CaCl2(aq) + Na2CO3(aq) o CaCO3(s) + 2NaCl(aq)b. Dengan Resin Penukar IonDalam proses penukaran ion, air sadah tetap dilewatkan melalui ma-terial seperti zeolit (natrium aluminium silikat) yang akan mengambil ionCa2+ dan Mg2+ menggantikan ion Na+. Dengan demikian, diperoleh airlunak karena sudah tidak mengandung ion Ca2+ dan Mg2+.4. Kerugian Penggunaan Air SadahPenggunaan air sadah menimbulkan beberapa kerugian antara lainsebagai berikut.a. Cucian menjadi kurang bersih karena air sadah menggumpalkansabun, sehingga menjadi boros sabun.b. Sabun yang menggumpal menjadi scum yang meninggalkan noda padapakaian akibatnya pakaian menjadi kusam.c.Menimbulkan kerak pada ketel, pipa air, dan pipa radiator sehinggamengakibatkan boros bahan bakar karena keraknya tidakmenghantarkan panas dengan baik dan dapat menyumbat pipa air.Gambar 3.1 Proses penghilangan kesadahan air secara tetap.Ilustrasi : HaryanaAir sadah masukZeolitIon Ca2+ dan Mg2+diganti ion Na+Air lunak keluar
86Kimia SMA/MA Kelas XIIKegiatan Ilmiah 3.6Agar lebih memahami cara menghilangkan kesadahan air, lakukankegiatan berikut.Kesadahan AirTujuan:Menghilangkan kesadahan air.Alat dan Bahan:-Tabung reaksi-Sampel air A, B, C-Gelas ukur-Air suling-Erlenmeyer-Na2CO3-Buret-Air sabunLangkah Kerja:1. Susunlah alat seperti pada gambar!2. Isilah buret dengan air sabun sampaiskala nol!3. Ambillah 5 mL air suling dalamerlenmeyer.4. Teteskan air sabun dalam buret padaair suling sampai terbentuk busa.Catat jumlah tetesan air sabun!5. Ambillah 5 mL air suling dalamerlenmeyer kemudian didihkan lalutetesi dengan air sabun sampaiterbentuk busa, catat jumlah tetesan!6. Ambillah 5 mL air suling dalamerlenmeyer tambahkan 1 mL larutanNa2CO3 kemudian tetesi dengan air sabun dan catat jumlahtetesannya!7. Ulangi langkah 3 sampai 6 dengan mengganti air suling dengansampel air A, B, dan C!Buatlah laporan hasil percobaan untuk dipresentasikan!Pertanyaan:1. Manakah dari ketiga sampel tersebut yang termasuk air lunak,air sadah sementara, dan air sadah tetap?2. Mengapa perlu diuji terhadap air suling?3. Kesimpulan apa yang dapat Anda peroleh dari kegiatan ini?
87Kimia UnsurSoal Kompetensi 3.81. Apakah yang dimaksud dengan air sadah tetap?2. Apakah kerugian dan keuntungan dari mengonsumsi air sadah?3. Jelaskan terbentuknya stalaktit dan stalagmit pada gua-gua!4. Bagaimana cara menghilangkan kesadahan air yang bersifat:a. sementara,b. tetap?5 .Mengapa air sadah sering dijumpai di daerah pegunungan kapur?5. Unsur-Unsur TransisiSebagaimana telah kita pelajari di kelas XI, unsur-unsur transisi adalahunsur-unsur yang pengisisan elektronnya berakhir pada orbital-orbitalsubkulit d. Pada bagian ini akan kita pelajari unsur transisi periode keempatyang terdiri dari unsur skandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V),kromium (Cr), mangan (Mn), besi (Fe), kobalt (Co), nikel (Ni), tembaga(Cu), dan seng (Zn).a. Sifat fisisSemua unsur transisi merupakan unsur logam sehingga bersifatkonduktor, berwujud padat pada suhu kamar (kecuali Hg), paramagnetik,dan sebagainya. Sifat-sifat unsur transisi periode keempat dapat dilihatpada Tabel 3.7 berikut.Tabel 3.8 Sifat Fisis Unsur Deret Transisi yang PertamaTabel 3.9 Sifat Fisika Unsur Deret Transisi KeduaUnsurScT iVCrMnFeCoNiCuZntitik leleh, °C1.5391.6601.9171.8571.2441.5371.4911.4551.084420titik didih, °C2.7303.3183.4212.6822.1202.8722.8972.9202.582911rapatan, g/cm32,994,516,17,277,307,868,98,908,927,1distribusi elektron2.8.9.2 2.8.10.2 2.8.11.2 2.8.13.1 2.8.13.2 2.8.14.2 2.8.15.2 2.8.16.2 2.8.18.1 2.8.18.2energi pengionan, eV6,56,86,76,87,47,97,97,67,79,4jari-jari atom, q$1,611,451,321,251,241,241,251,251,281,33keelektonegatifan1,31,51,61,61,51,81,81,81,91,6struktur kristalhexhexbccbccscbcchexfccfcchexUnsurYZrNbMoTcRuRhPdMgCotitik leleh, °C1.5301.8522.4772.6102.2502.4271.9631.554962321titik didih, °C3.3044.5044.8634.6464,5674,1193,7272,9402,164767rapatan, g/cm34,56,58,610,211,512,412,412,010,55,8struktur kristalhexhexbccbcchexhexfccfccfcchex
88Kimia SMA/MA Kelas XIITabel 3.10 Sifat fisis Unsur Deret Transisi Kedua1. Sifat LogamKecuali seng logam-logam transisi memiliki elektron-elektron yangberpasangan. Hal ini lebih memungkinkan terjadinya ikatan-ikatan logamdan ikatan kovalen antaratom logam transisi. Ikatan kovalen tersebut dapatterbentuk antara elektron-elektron yang terdapat pada orbital d. Dengandemikian, kisi kristal logam-logam transisi lebih sukar dirusak dibandingkisi kristal logam golongan utama. Itulah sebabnya logam-logam transisimemiliki sifat keras, kerapatan tinggi, dan daya hantar listrik yang lebihbaik dibanding logam golongan utama.2. TItik Leleh dan Titik DidihUnsur-unsur transisi umumnya memiliki titik leleh dan titik didih yangtinggi karena ikatan antaratom logam pada unsur transisi lebih kuat.Titik leleh dan titik didih seng jauh lebih rendah dibanding unsurtransisi periode keempat lainnya karena pada seng orbital d-nya telah terisipenuh sehingga antaratom seng tidak dapat membentuk ikatan kovalen.3. Sifat MagnetPengisian elektron unsur-unsur transisi pada orbital d belum penuhmengakibatkan ion-ion unsur transisi bersifat paramagnetik artinya atomatau ion logam transisi tertarik oleh medan magnet. Unsur-unsur dansenyawa-senyawa dari logam transisi umumnya mempunyai elektron yangtidak berpasangan dalam orbital-orbital d. Semakin banyak elektron yangtidak berpasangan, makin kuat sifat paramagnetiknya.4. Jari-Jari AtomTidak seperti periode ketiga, jari-jari atom unsur-unsur transisi periodekeempat tidak teratur dari kiri ke kanan. Hal ini dipengaruhi olehbanyaknya elektron-elektron 3d yang saling tolak-menolak yang dapatmemperkecil gaya tarik inti atom terhadap elektron-elektron. Akibatnyaelektron-elektron akan lebih menjauhi inti atom, sehingga jari-jari atomnyalebih besar.UnsurIaHtIaWReOsIrPtAuHgtitik leleh, °C9202,2222,9853,4073,180~2,7272,5451,7721,064~39titik didih, °C3,4704,4505,5135,6635,687~5,5004,3893,8242,808357rapatan, g/cm36,213,316,619,421,022,622,621,419,313,6struktur kristalhexhexbccbcchexhexfccfccfccrmb
89Kimia UnsurSoal Kompetensi 3.9b. Sifat Kimia1. KereaktifanDari data potensial elektroda, unsur-unsur transisi periode keempatmemiliki harga potensial elektroda negatif kecuali Cu (E° = + 0,34 volt).Ini menunjukkan logam-logam tersebut dapat larut dalam asam kecualitembaga.Kebanyakan logam transisi dapat bereaksi dengan unsur-unsurnonlogam, misalnya oksigen, dan halogen.2Fe(s) + 3O2(g)o 2Fe2O3(s)Skandium dapat bereaksi dengan air menghasilkan gas hidrogen.2Se(s) + 6H2O(l)o 3H2(g) + 2Sc(OH)3(aq)2. Pembentukan Ion KompleksSemua unsur transisi dapat membentuk ion kompleks, yaitu suatustruktur dimana kation logam dikelilingi oleh dua atau lebih anion ataumolekul netral yang disebut ligan.Antara ion pusat dengan ligan terjadi ikatan kovalen koordinasi,dimana ligan berfungsi sebagai basa Lewis (penyedia pasangan elektron).Contoh:[Cu(H2O)4]2+[Fe(CN)6]4–[Cr(NH3)4 Cl2]+Senyawa unsur transisi umumnya berwarna. Hal ini disebabkanperpindahan elektron yang terjadi pada pengisian subkulit d denganpengabsorbsi sinar tampak. Senyawa Sc dan Zn tidak berwarna.1. Apakah yang dimaksud unsur transisi?2. Mengapa titik leleh dan titik didih logam-logam transisi lebihtinggi daripada titik leleh dan titik didih logam alkali dan alkalitanah?3. a. Mengapa beberapa senyawa unsur transisi bersifatparamagnetik?b. Perkirakan apakah senyawa-senyawa berikut bersifatparamagnetik: CuSO4, ZnSO4, NiSO4, CrSO4?4. Manakah dari ion-ion berikut yang berwarna dan mana yangtidak berwarna: Sc3+, Ti2+, Ti4+, V2+.5. Mengapa kebanyakkan unsur-unsur transisi memiliki bilanganoksidasi yang lebih dari sejenis dalam senyawa-senyawanya?
90Kimia SMA/MA Kelas XII21Sc24Cr29Cu....................................UnsurPeriodeKonfigurasiElektronGolonganBanyaknyaElektron Tunggal............6. Lengkapilah tabel berikut dengan benar!7. Dari konfigurasi elektron pada nomor 1, mana yangmenyimpang dari aturan Aufbau? Jelaskan!8. Jelaskan dengan diagram orbital kekuatan sifat paramagnetikdari 26Fe dibanding 24Cr!9. Jelaskan mengapa senyawa-senyawa unsur transisi periodekeempat berwarna!10. Atom Cu dengan nomor atom 29, tentukan:a. konfigurasi elektron Cu2+,b. berwarna atau tidak senyawa Cu2+!C. Pembuatan dan Manfaat Beberapa Unsurdan Senyawanya1. Unsur Logama. NatriumLogam alkali yang paling banyak digunakan baik sebagai unsurmaupun senyawanya adalah natrium pada bagian ini akan kita pelajaripembuatan dan manfaat natrium dan senyawanya.1. Pembuatan NatriumLogam alkali pada umumnya diperoleh dengan mengelektrolisislelehan garam kloridanya. Misalnya logam natrium dibuat denganmengelektrolisis campuran lelehan NaCl dan CaCl2. Fungsi CaCl2 padaproses ini adalah menurunkan titik leleh NaCl.Reaksi yang terjadi:Katoda :Na+ (l)+ eo Na (l) × 2Anoda :2Cl– (l)o Cl2 (g) + 2e +2Na+ (l)+ 2Cl– (l) o 2Na (l) + Cl2(g) katoda anoda
91Kimia UnsurCampuran NaCl dan CaCl2 cair dimasukkan ke dalam sel down kemudiandialiri listrik. Ion Na+ direduksi di katoda menjadi natrium cair, sedangkanion Cl- dioksidasi di anoda menjadi gas Cl2. Natrium cair dikeluarkanmelalui samping sel dan gas klor dikeluarkan melalui bagian atas sel.2. Pembuatan Senyawa NatriumDua senyawa natrium yang penting untuk kita pelajari adalah NaOHdan Na2CO3.NaOH dibuat dengan elektrolisis larutan NaCl.Katoda :2H2O(l)+ 2eo 2OH–(aq) + H2(g)Anoda :2Cl–(aq)o Cl2(g) + 2e +2H2O(l)+ 2Cl–(aq) o 2OH–(aq) + H2(g) + Cl2(g)Na+ dalam larutan bergabung dengan OH– di katoda membentuk NaOH.Na2CO3 dibuat dengan proses SolvayMetode pembuatan Na2CO3 ini dikembangkan oleh Ernest Solvay(1838–1922) dari Belgia sebagai bahan bakunya adalah batu kapur CaCO3.-Batu kapur dipanaskan untuk memperoleh gas CO2CaCO3(s) panaso CaO(s) + CO2(g)CO2(g) + H2O(l)o H2CO3(aq)H2CO3(aq) + NH3(g)o NH4HCO3(aq)NH4HCO3(aq) + NaCl(aq)o NaHCO3(s) + NH4ClEndapan NaHCO3 dipisahkan dengan penyaringan kemudian dipanaskan2 NaHCO3(s) panaso Na2CO3(s) +H2O(g) + CO2(g)Gambar 3.2 Sel down untuk elektrolis leburan NaCl.Ilustrasi : Haryana
92Kimia SMA/MA Kelas XII3) Kegunaan Natrium dan Senyawanyaa)Natrium(1) Uap natrium digunakan untuk lampu natrium sebagaipenerangan jalan raya.(2) Natrium cair digunakan sebagai pendingin reaktor atom.b) Natrium Hidroksida (NaOH)NaOH dikenal dengan soda kaustik digunakan dalampembuatan sabun, detergen, tekstil, kertas, pewarnaan, danmenghilangkan belerang dari minyak bumi.c)Natrium Karbonat (Na2CO3)Na2CO3 digunakan dalam proses pembuatan pulp, kertas,sabun, detergen, kaca, dan untuk melunakkan air sadah.d) Natrium Bikarbonat (NaHCO3)NaHCO3 dikenal dengan nama soda kue digunakan untukmembuat kue agar mengembang karena pada pemanasannyamenghasilkan gas CO2 yang memekarkan adonan hinggamengembang.e)Natrium klorida (NaCl)NaCl lebih dikenal dengan nama garam dapur, selain sebagaibumbu masak, NaCl banyak digunakan untuk membuat berbagaibahan kimia,misalnya NaOH, NaCl serta digunakan untukpengawet ikan.b. Magnesium1. Pembuatan MagnesiumMagnesium diperoleh dari air laut dengan cara menambahkan CaOke dalam air laut.Mg2+(aq) + H2O(l)+ CaO(s) o Mg(OH)2(s) + Ca2+(aq)air lautMg(OH)2 yang terbentuk disaring, dicuci kemudian dilarutkan dalam HCl.Mg(OH)2(s) + HCl(aq)o MgCl2(aq) + 2H2O(l)Larutan MgCl2 yang diperoleh diuapkan sehingga diperoleh kristalMgCl2, selanjutnya dilakukan elektrolisis terhadap lelehan MgCl2 yangdicampur CaCl2 untuk menurunkan titik lelehnya.Katoda :Mg2+(l)+ 2eo Mg(l)Anoda :2Cl–(l)o Cl2(g) + 2e +Mg2+(l)+ 2Cl–(l) o Mg(l) + Cl2(g) katoda anoda
93Kimia Unsur2. Penggunaan Magnesium dan SenyawanyaMagnesium digunakan terutama untuk membuat Aliase Magnesium+ Aluminium yang dikenal dengan Magnalium. Paduan logam ini kuatdan ringan serta tahan korosi sehingga digunakan untuk membuatkomponen pesawat terbang. Magnesium juga digunakan sebagai reduktordan kembang api.Senyawa magnesium yang penting antara lain adalah:a) Mg(OH)2 untuk antasida (obat maag)b) MgSO4 7H2O (garam inggris untuk zat pencahar)c. Aluminium1. Pembuatan AluminiumAluminium diperoleh dengan elektrolisis lelehan bauksit Al2O3 dalamkriolit cair Na3AlF6. Kriolit cair diperlukan untuk menurunkan titik lelehbauksit. Proses pembuatan aluminium dikenal dengan proses Hall, karenacara ini ditemukan oleh Charles Martin Hall (1863 - 1914) pada tahun1886. Proses Hall meliputi dua tahap, yaitu sebagai berikut.a)Pemurnian Al2O3 dari bauksitKe dalam bauksit ditambahkan larutan NaOH pekat sehinggaAl2O3 larut sedangkan zat lain tidak larut.Al2O3(s) + 2NaOH(aq)o 2NaAlO2(aq) + H2O(l)Larutan NaAlO2 diasamkan sehingga terbentuk endapan Al(OH)3.NaAlO2(aq) + H2O(l)+ HCl(aq) o Al(OH)3(s) + NaCl(aq)Endapan Al(OH)3 disaring kemudian dipanaskan sehingga teruraimenjadi Al2O3 dan uap air.Al(OH)3(s) panaso Al2O3(s) + 3H2O(g)b) Elektrolisis Al2O3 dengan kriolit cairAl2O3 murni dicampurdengan kriolit Na3AlF6 untukmenurunkan titik leleh Al2O3.Dinding bejana untuk elektro-lisis terbuat dari besi yang di-lapisi grafit sekaligus sebagaikatoda. Sebagai anodanya di-gunakan batang-batang kar-bon yang dicelupkan ke dalamcampuran.Gambar 3.3 Sel Hall-Heroult untuk pembuatanaluminium dari elektrolisis lelehan Al2O3 (larutanAl2O3 dalam kriolit).Ilustrasi : Haryana
94Kimia SMA/MA Kelas XIIKolom DiskusiLarutan Al2O3 dalam kriolit dimasukkan ke dalam sel Hall-Heroult,kemudian dialiri listrik. Ion Al3+ direduksi di katoda menjadi Al cairdan ion O2- dioksidasi di anoda menjadi gas oksigen.Reaksi yang terjadi:Al2O3(l)o 2Al3+(l) + 3O2–(l)Katoda :Al3+(l)+ 3eo Al(l)× 4Anoda :2O2–(l)o O2(g) + 4e× 3 + 4Al3+(l)+ 6O2–(l) o 4Al(l) + 3O2(g) katoda anodaGas oksigen yang terbentuk dapat bereaksi dengan anoda karbonmembentuk CO2 sehingga anoda semakin habis dan pada suatu saatharus diganti.2. Penggunaan Aluminium dan SenyawanyaAluminium merupakan logam yang ringan, tahan karat, dan tidakberacun, sehingga banyak digunakan untuk alat-alat rumah tangga,pesawat terbang, kaleng, dan kabel.Aluminium juga digunakan untuk beberapa aliose, misalnya:a) duralium (95% Al, 4% Cu, 0,5%Mg dan 0,5% Mn)b) magnalium (70 – 95% Al, dan 30 – 0,5% Mg)c) alnico (20% Al, 50%, 20%Ni, dan 10% Cu)Reaksi antara aluminium dengan Fe2O3 dikenal dengan reaksi termityang dihasilkan panas untuk pengelasan baja.2Al(s) + Fe2O3(s)o Al2O3(s) + Fe(l) 'H = -852 kJBeberapa senyawa aluminium yang banyak digunakan dalamkehidupan sehari-hari dan industri, antara lain:a) Tawas, KAl(SO4)2 12H2O digunakan untuk mengendapkan kotoranpada penjernihan air.b) Aluminium sulfat Al2(SO4)3 digunakan dalam industri kertas danmordan (pengikat dalam pencelupan).c) Zeolit Na2O Al2O3 2SiO2 digunakan untuk melunakkan air sadah.d) Aluminium Al2O3 untuk pembuatan aluminium, pasta gigi, industrikeramik, dan industri gelas.Aluminium terdapat di alam dengan melimpah, tetapi mengapasebelum tahun 1886 harga aluminium mencapai $220 per kilogram.Setelah penemuan proses Hall harga aluminium bisa turun menjadi$4,40 per kilogram.
95Kimia Unsura) Coba perkirakan berapa rupiah harga Al sebelum dan sesudahpenemuan proses Hall.b) Mengapa harga Al sebelum tahun 1886 sangat mahal?c) Faktor apa saja yang menyebabkan harga logam menjadi mahal(digolongkan barang mewah)?d. Besi1. Pembuatan BesiBesi diperoleh dari bijih besi dengan cara mereduksi bijih dalam tanur(tungku).Bahan-bahan yang diperlukan meliputi:a) bijih besi (hematit) Fe2O3 sebagai bahan baku,b) batu kapur CaCO3 untuk mengikat zat pengotor,c) kokas (C) sebagai reduktor,d) udara untuk mengoksidasi C menjadi CO.Proses yang terjadi padapembuatan besi:a) Bahan-bahan (biji besi,batukapur, dan kokas)dimasukkan ke dalamtungku dari puncaktanur.b) Udara panas dialirkanmelalui dasar tanursehingga mengoksidasikarbon menjadi gas CO2.C (s) + O2(g) o CO2(g)'H = -394 kJc) Kemudian gas CO2bergerak naik danbereaksi lagi dengan kokas manjadi CO.CO2(g) + C(s) o 2CO(g) 'H = +173 kJd) Gas CO yang terjadi mereduksi bijih besi secara bertahap menjadi besi.3Fe2O3 + CO o 2Fe3O4 + CO2(pada suhu 500 °C)Fe3O4 + CO o 3FeO + CO2(pada suhu 850 °C)FeO + CO o Fe + CO2(pada suhu 1000 °C)Gambar 3.4Tungku pengolahan besiIlustrasi : Haryana3 Fe2O3 + CO o 2Fe3O4 + CO2Fe3O4 + CO o 3FeO + CO2FeO + CO o Fe + CO2C + O2o CO2Slag
96Kimia SMA/MA Kelas XIIBesi yang terbentuk berwujud cair turun ke bawah mengalir melaluidasar tungku.Zat pengotor yang tercampur dengan bijih besi, seperti SiO2, P4O10dan Al2O3 diikat oleh CaO yang berasal dari penguraian batu kapur padasuhu tinggi.CaCO3(s) o CaO(s) + CO2(g) (pada suhu 800 – 900 °C)Selanjutnya CaO mengikat zat pengotor dengan reaksi:CaO(s) + SiO2(s)o CaSiO3(l)(pada suhu 1200 °C)6CaO(s) + P4O10(s)o 2Ca3(PO4)2(l)(pada suhu 1200 °C)CaO(s) + Al2O3(s)o Ca(AlO2)2(l)(pada suhu 1200 °C)Hasil-hasil reaksi ini disebut slag mengapung di atas lelehan besisehingga dapat dipisahkan untuk bahan dalam industri semen dan pupuk.Besi yang dihasilkan dalam proses tanur ini disebut besi kasar (pigiron) yang mengandung 95% Fe, 4% C dan sedikit Si, P, dan S. Besi kasarini keras tapi rapuh (mudah patah).2) Penggunaan BesiKegunaan utama besi adalah untuk membuat baja. Agar diperoleh besidengan kualitas yang baik, maka besi kasar diolah menjadi baja yaitu denganmemanaskan besi kasar agar kadar karbon, silikon, fosfor, dan belerangberkurang. Kemudian ditambahkan logam lain seperti Ni, Cr, Mn, dan V.Misalnya baja stainless steel (campuran 72% Fe, 19% Cr, dan 9% Ni).Baja digunakan dalam berbagai keperluan baik rumah tangga industridan kostruksi bangunan. Contoh tempat tambang besi di Indonesia beradadi Cilegon, Banten. Di Indonesia bijih besi diolah oleh PT Krakatau Steel,di Cilegon, Jawa Barat. Sedangkan pasir besi diolah PN Aneka TambangCilacap Jawa Tengah.e. TembagaPembuatan tembagaTembaga diperoleh dari bijih kalkopirit CuFeS2 melalui beberapa tahap,yaitu:1) Pengapungan (flotasi)Bijih diserbukkan sampai halus kemudian dimasukkan ke dalamcampuran air dan minyak. Bagian bijih yang mengandung tembaga akandiselaputi oleh minyak sedangkan zat pengotornya terbawa oleh air. Udaraditiupkan ke dalam campuran dan mineral yang diselaputi minyak tadidibawa ke permukaan oleh gelembung-gelembung udara dan mengapung,sedangkan zat-zat pengotor diendapkan di bagian bawah. Dari peng-apungan ini dapat diperoleh bijih pekat yang mengandung 20 – 40% Cu.
97Kimia Unsur2) PemangganganBijih pekat hasil pengapungan selanjutnya dipanggang dan terjadireaksi4Cu2FeS2(s)+ 9O2(g)o 2Cu2S(s) + 2Fe2O3(s) + 6SO2(g)3) ReduksiCu2S yang terjadi dipisahkan dari Fe2O3 kemudian dipanaskan dandialiri udara dan terjadi reduksi menjadi logam tembaga.2Cu2S(s) + 3O2(g)o 2Cu2O(s) + 2SO2(g)Cu2S(s) + 2Cu2O(s)o 6Cu(s) + SO2(g)4) ElektrolisisLogam tembaga yang diperoleh dari reduksi masih tercampur dengansedikit Ag, Au, dan Pt kemudian dimurnikan dengan cara elektrolisis.Tembaga yang tidak murni dipasang sebagai anoda dan sebagai katodadigunakan tembaga murni, dengan elektrolit larutan CuSO4. Tembaga dianoda teroksidasi menjadi Cu2+ kemudian direduksi di katoda menjadilogam Cu.Katoda : Cu2+(aq)+ 2eo Cu(s)Anoda : Cu(s)o Cu2+(aq) + 2e + Cu(s)o Cu(s)katodaanodaPada proses ini anoda semakin habis dan katoda (tembaga murni)makin bertambah besar, sedangkan Ag, Au, dan Pt diendapkan sebagailumpur anoda sebagai hasil samping.f.Timah1. Pembuatan TimahLogam timah diperoleh dengen mereduksi bijih besi kasiterit SnOdengan karbon pada suhu 1200°C.2SnO(s) + C(s)o 2Sn(s) + CO2(g)2. Penggunaan TimahTimah terutama digunakan untuk melapisi baja, misalnya kaleng roti,susu, cat, dan sebagainya. Selain untuk melapisi , timah juga digunakanuntuk membuat aliose, misalnya perunggu (Cu + Sn) dan untuk solder(Sn + Pb). Salah satu tempat tambang timah di Indonesia adalah diBangkinang, Riau dan Sungai Liat, Pulau Bangka. Pabrik pelabuhan bijihtimah terdapat di Muntok, Pulau Belitung.
98Kimia SMA/MA Kelas XIIg. Perak1. Pembuatan PerakLogam perak diperoleh dari bijih argentit Ag2S dengan cara melarutkanargentit dalam larutan NaCN, kemudian direduksi dengan seng.2Ag2S + 8NaCN + O2 + H2Oo 4NaAg(CN)2 + 4NaOH + 2S2NaAg(CN)2 + Zno 2Ag + Na2Zn(CN)42. Penggunaan PerakPerak merupakan logam yang putih mengkilat tidak teroksidasi olehudara dan tidak bereaksi dengan asam kecuali HNO3. Oleh karena itu, perakdigunakan untuk perhiasan, mata uang, dan untuk melapisi logam lain.h. KromiumKromium merupakan logamyang keras, sangat mengkilap dantahan karat, sehingga digunakanuntuk melapisi logam lain. Kromjuga digunakan untuk membuataliase,misalnya nikrom (15% Cr,60% Ni, dan 25% Fe). Aliase inidigunakan untuk tahanan kawatpada alat-alat pemanas, stainlesssteel (72% Fe, 19%Cr, 9% Ni).i.EmasEmas terdapat bebas di alamyang bercampur dengan logam lain. Emas dipisahkan dari campurannyadengan jalan dilarutkan dalam larutan kalium sianida KCN.4Au + 8KCN + O2 + 2H2Oo 4KAu(C)2 + 4KOHKemudian direduksi dengan logam seng:2KAu(CN)2 + Zno K2Zn(CN)4 + 2AuEmas merupakan logam yang kuning mengkilap, tahan karat, mudahditempa dan tidak bereaksi dengan asam, sehingga digunakan untukperhiasan, melapisi logam lain, dan untuk membuat medali. Salah satutambang emas di Indonesia ada di Bengkalis, Sumatra. Pabrik pengolahanemas terdapat di Cikotok, Jawa Barat.j.NikelDiperoleh dengan mengoksidasi bijih NiS menjadi NiO kemudiandireduksi dengan karbon.2NiS + 3O2 o 2NiO + 2SO2NiO + Co Ni + CONikel digunakan untuk aliase, misalnya baja stainless, monel (65% Nidan 35% Cu), alnico, dan nikrom.Gambar 3.5 Verchroom (pelapis besi dengankrom) selain untuk mencegah karat juga untukmemperindah tampilan.Sumber : Kamus Visual
99Kimia UnsurSoal Kompetensi 3.101. Mengapa logam natrium dan magnesium tidak dapat dibuatdengan elektrolisis larutan garamnya?2. Ke dalam lelehan kalium klorida dilakukan elektrolisis denganarus listrik 1500 ampere selama 8 jam.a. Tuliskan persamaan reaksi yang terjadi!b. Berapa massa kalium yang dapat diperoleh dari elektrolisistersebut?3. Apa yang Anda ketahui tentang zat berikut dari segi rumuskimia dan kegunannya:a. soda kaustikd. bubur magnesiab. soda kuee.garam Inggrisc.garam glouber4. Logam natrium dibuat dari elektrolisis lelehan NaCl yangdicampur dengan CaCl2. Apakah fungsi CaCl2 pada prosestersebut?5. Pada pengolahan aluminium di proyek Asahan.a. Apa bahan bakunya? c.Apa jenis reaksinya?b. Dengan proses apa?d. Apa elektrolitnya?6. Apakah kegunaan tawas dalam kehidupan sehari-hari/industri?Tuliskan rumus kimianya!7. Apakah yang Anda ketahui tentang Water glass, yaitu:a. rumus kimia,b. kegunaannya?8. Apakah kegunaan senyawa-senyawa berikut:a. NaHCO3c. MgSO4 . 7H2Ob. (NH4)2SO4d. CuSO4 . 5H2O9. Magnesium dibuat dari air laut dengan cara mengendapkanion Mg2+ menjadi Mg(OH)2, kemudian direaksikan dengan HClmenjadi MgCl2 untuk dielektrolisis.Bila konsentrasi ion Mg2+ dalam air laut adalah 5,4 × 10–2 mol/liter dan Ksp Mg(OH)2 = 1,8 × 10–11.Tentukan:a. pH minimum untuk mengendapkan Mg(OH)2 dari air lauttersebut;b. massa magnesium yang dapat diperoleh dari 20 m3 air laut(U= 1,02 g/ml)!
100Kimia SMA/MA Kelas XII10. Berapa kg logam aluminium yang dapat diperoleh darielektrolistis 69 kg bauksit Al2O3 . 2H2O (Mr = 138) yangkemurniannya 95%?11. Jelaskan prinsip dasar pengolahan besi dari hematit denganproses tanur sembur dan sebutkan bahan yang diperlukan!12. Bagaimanakah komposisi dari paduan logam berikut:a. stainlessc.nikromb. moneld. alnico13. Logam aluminium dan Fe2O3 digunakan untuk reaksi termit.a. Apakah yang Anda ketahui tentang reaksi termit?b. bila'Hf Al2O3 = -1676 kJ/mol'Hf Fe2O3 = -822,2 kJ/mol15. Apakah kegunaan utama logam kromium dan apakah dasardari penggunaan tersebut?2. Unsur NonLogama. Karbon1. Unsur KarbonTahukah anda bahwa grafit (arang) dan intan sama-sama tersusundari atom-atom karbon? Dapatkan grafit diubah menjadi intan? Grafitdan intan tersusun dari unsur-unsur yang sama tetapi memiliki sruktur(bentuk) yang berbeda. Peristiwa seperti ini disebut alotrop. Karbon didalam kulit bumi tertama sebagai karbonat misalnya dalam CaCO3, CO2,dan berbagai senyawa organik.Selain sebagai senyawa, karbon di alam juga terdapat sebagai unsurbebas yaitu dalam bentuk grafit arang dan intan.Pada grafit setiapatom C terikat oleh tiga atom C yang lain membentuk susunan heksagonal.Gambar 3.6 (a) struktur grafit berbentuk lapisan (b)Struktur intan.Ilustrasi : Haryana(a)(b)
101Kimia UnsurOleh karena elektron-elektron dalam atom karbon pada grafit terikatagak lemah oleh inti atom, maka elektron dapat mengalir dari satu atomke atom lainnya sehingga grafit dapat menghantarkan listrik. Itulahsebabnya grafit banyak digunakan sebagai elektroda pada batu bateraidan sel elektrolisis. Selain dapat menghantarkan listrik, grafit juga bersifatlicin, maka digunakan untuk bahan pelumas. Campuran grafit dan tanahdigunakan untuk membuat pensil. Oleh karena ikatan antaratom karbondalam grafit sangat kuat, maka grafit digunakan dalam pembuatankomposit yang ringan tetapi kuat untuk membuat raket.Karbon yang terbentuk dari pembakaran kayu dan bahan organiklainnya disebut arang. Bila arang dipanaskan pada suhu 800°C menjadiarang aktif (karbon aktif) yang digunakan dalam pemutihan gula,penjernihan air dan obat sakit perut karena kemampuannya untukmenyerap (mengabsorbsi) berbagai zat. Sedangkan karbon yang dihasilkandari pembakaran hidrokarbon disebut karbon black digunakan dalamvulkanisasi karet pada industri ban dan sebagai pigmen (zat warna) hitamdalam cat, tinta kertas, dan sebagainya.Karbon yang sangat keras (lebih keras dari logam) dan berkilau adalahintan. Pada intan setiap atom C terikat oleh 4 atom C yang lain yangmembentuk struktur tetrahedron. Struktur tetrahedron ini terus berlanjuthingga membentuk jaringan yang sangat kuat (keras). Karena intan alamberkilau maka digunakan untuk perhiasan. Dengan teknologi canggihgrafit dapat diubah menjadi intan sintetik pada suhu dan tekanan yangsangat tinggi. Karena sifatnya yang keras maka intan sintetik digunakanuntuk alat pemotong kaca dan mata bor.2. Senyawa KarbonSenyawa karbon yang penting dan banyak digunakan adalah gas COdan CO2. Pada pembakaran unsur atau senyawa karbon dengan oksigenterbatas maka pembakaran berlangsung tidak sempurna dan menghasilkangas CO yang sangat beracun karena sangat mudah diikat oleh hemoglo-bin sehingga menyebabkan tubuh kekurangan oksigen.Meskipun beracun gas CO juga mempunyai beberapa kegunaannya,antara lain:a. sebagai bahan baku untuk membuat metanol CH3OH,b. sebagai reduktor pada pengolahan besi dari hasil bijihnya dan logamlainnya.Pada pembakaran sempurna senyawa karbon dihasilkan gas CO2 yangbanyak kegunaannya. Beberapa kegunaan gas CO2, antara lain:a. sebagai pemadam kebakaran karena CO2 lebih berat dari udarasehingga dapat untuk mengusir udara agar api padam;b. CO2 padat dikenal sebagai dry ice (es kering) yang digunakan sebagaipendingin;c.sebagai penyegar pada minuman ringan, misalnya limun dan air soda;d. sebagai bahan dasar pupuk urea.
102Kimia SMA/MA Kelas XIIb. Nitrogen1. Pembuatan NitrogenNitrogen merupakan gas komponen terbesar penyusun udara yangmeliputi ±78% massa. Dalam bidang industri nitrogen diperoleh melaluidestilasi bertingkat udara cair. Gas N2 memiliki titik didih yang lebih rendahdari O2 sehingga N2 mendidih lebih dahulu dan memisah dari campuranudara cair. Kemudian gas N2 dikompres dalam tangki khusus.Dalam laboratorium gas nitrogen diperoleh dengan memanaskanlarutan yang mengandung garam amonium (misalnya NH4Cl) dan garamnitrit (misalnya NaNO2).NH4Cl(aq) + NaNO2(aq)panaso N2(g) + NaCl(aq) + 2H2O(l)2. Penggunaan Gas Nitrogena) Karena gas nitrogen tidak reaktif maka digunakan untuk menciptakansuasana inert pada suatu ruangan tempat penyimpanan zat yangmudah terbakar, kaleng makanan, termometer, dan bola lampu listrik.b) Sebagai bahan baku gas amonia NH3.c) Nitrogen cair untuk pendingin.3. Pembuatan dan Penggunaan Senyawa Nitrogena)Amonia (NH)3Amonia merupakan bahan kimia industri yang sangat penting.Amonia dibuat menurut proses Hober – Bosch dengan mereaksikannitrogen dan hidrogen pada suhu 400° – 500°C dan tekanan tinggisekitar 300 atm dengan katalisator serbuk besi.N2(g) + 3H2(g)o 2NH3(g)Di laboratorium amonia dibuat dengan mereaksikan garamamonium dengan basa kuat.NH4Cl + NaOHo NaCl + H2O + NH3Berapa kegunaan amonia, antara lain:(1) untuk membuat pupuk urea dan ZA;(2) sebagai pendingin (refrigerant) pada pabrik es;(3) untuk membuat hidrasin N2H4 untuk bahan bakar roket;(4) untuk membuat senyawa-senyawa amonium.b) Asam NitratAsam nitrat merupakan asam kuat yang dapat melarutkan semualogam kecuali emas dan platina. Emas dapat larut dalam campuranHNO3 pekat dengan perbandingan volume 1 : 3.
103Kimia Unsur(1) Pembuatan Asam NitratDalam bidang industri, asam nitrat diperoleh dengan prosesOstwald yaitu dengan mengoksidasi amonia, kemudianmelarutkan NO2 yang terjadi dalam air. 4NH3(g) + 5O2(g)Katalis Pt750 900 Coq 4NO(g) + 6H2O(g)gas NO akan dioksidasi lagi manjadi NO2.2NO(g) + O2(g)o 2NO2(g)NO2(g) + H2O(l)o 2HNO3(aq) + NO(g)Di laboratorium, asam nitrat diperoleh dengan cara memanas-kan campuran KNO3 dan H2SO4 pekat.KNO3(s) + H2SO4(l)panaso KHSO4(s) + HNO3(g)(2) Penggunaan Asam NitratAsam nitrat banyak kegunaannya, antara lain:(a) Untuk membuat bahan peledak TNT (trinitrotoluena);(b) Untuk membuat pupuk NH4NO3;(c) Untuk membuat film selulosa nitrat;(d) Untuk membuat garam-garam nitrat yang digunakan untukpembuatan kembang api.c. OksigenOksigen terdapat dimana-mana, selain sebagai gas O2 yang meliputi±20% volume atmosfer juga terdapat sebagai senyawa. Oksigenmerupakan unsur yang sangat penting, hampir semua proses dalam tubuhkita memerlukan oksigen.1. Pembuatan OksigenDalam bidang industri, oksigen diperoleh dengan destilasi bertingkatudara cair karena titik didih oksigen lebih tinggi daripada titik didih nitro-gen dengan perbedaan yang cukup besar sehingga dapat dipisahkan.Di laboratorium, oksigen diperoleh dengan beberapa cara, antara lain:a) pemanasan kalium klorat (KClO3)2KClO3(s) 2MnOo 2KCl(s) + 3O2(g)b) elektrolisis air 2H2O(l) o 2H2(g) + O2(g)
104Kimia SMA/MA Kelas XII2. Penggunaan OksigenBeberapa kegunaan oksigen dalam kehidupan sehari-hari dan industriantara lain:a) Untuk pernapasan makhluk hidup, penderita paru-paru, penyelam,antariksawan;b) Untuk pembakaran/oksidator;c) Campuran oksigen cair dan hidrogen cair digunakan untuk bahanbakar roket;d) Untuk bahan baku berbagai senyawa kimia.d. SilikonSilikon terdapat dalam kerak bumi sebagai oksida SiO2, sebagaikompleks silikat dengan oksida lain.1. Pembuatan SilikonSilikon diperoleh dengan cara sebagai berikut.a) Mereduksi pasir/kwarsa SiO2 dengan karbon dalam tanur listrik.SiO2(s) + 2C(s) panaso Si(s) + 2CO(g)b) Mereduksi SiCl4 dengan hidrogen pada suhu tinggiSiCl4(g) + 2H2(g) o Si(s) + 4HCl(g)2) Penggunaan Silikon dan Senyawaa) Silikon banyak digunakan terutama yang berhubungan denganelektronika, misalnya mikrokomputer, kalkulator, dan sebagainya.Penggunaaan ini berkaitan dengan sifat semikonduktor dari silikon.b) Kwarsa transparan digunakan untuk alat-alat optik misalnya lensa.c) Pasir/kwarsa digunakan untuk pembuatan gelas dan porselen.d) Natrium silikat/water glass digunakan dalam industri sabun sebagaipengisi.e. FosforFosfor di alam terdapat dalam bentuk fosfat, misalnya fosforitCa3(PO4)2, kloropatit Ca3(PO4)2 CaCl2 dan flouropatit Ca3(PO4)2 CaF2.Selain itu, fosfor juga terdapat pada tulang dan batuan fosfor.Fosfor memiliki dua alotropi yaitu fosfor putih dan fosfor merah. Fosforputih terdiri dari molekul tetraatomik (P4). Sedangkan fosfor merahmerupakan rangkaian dari molekul-molekul P4.
105Kimia UnsurPerbedaan fosfor putih dengan fosfor merah adalah sebagai berikut:1. Pembuatan FosforFosfor putih diperoleh dengan proses Wohler, yaitu denganmemanaskan campuran Ca3(PO4)2, SiO2 dan kokas pada suhu 1300°Cdalam tanur listrik.2Ca3(PO4)2(s) + 6SiO2(s)+ 10C(s)o 6CaSiO3(l) + 10CO(g) + P4(g)Uap fosfor didinginkan dalam alat pengembun yaitu denganmelewatkan uap P4 melalui air.Fosfor merah diperoleh melalui pemanasan fosfor putih.2. Penggunaan Fosfora) Fosfor putih digunakan sebagai bahan baku pembuatan asam fosfat.3P(s) + 5HNO3(aq)+ 2H2O(l) o 3H3PO4(aq) + 5NO(g)b) Fosfor merah digunakan untuk membuat bidang gesek korek api yangdicampur dengan pasir halus dan Sb2S3.c) Fosfor sebagai batuan fosfat digunakan sebagai bahan baku pembuatanpupuk fosfat.Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 + 4H2O o 2CaSO4 . 2H2O + Ca(H2PO4)2f.BelerangBelerang di alam terdapat sebagai senyawa dan unsur bebas. Belerangjuga memiliki alotropi yaitu belerang rombis dan monoklin. Belerang rombispada suhu kamar lebih stabil yaitu dalam bentuk molekul S8. Bila belerangrombis dipanaskan di atas 120°C kemudian didinginkan perlahan-lahanakan terbentuk kristal belerang monoklin.1. Pembuatan BelerangBelerang diperoleh dengan proses Frash yaitu dengan memasukkanuap panas ke dalam tanah yang mengandung belerang melalui pipa agarmencair. Belerang yang telah mencair dipompa keluar dengan tekananudara.Fosfor PutihFosfor Merah1)bersifat racun2)mudah meleleh3)larut dalam CS24)bersinar dalam gelap1)tidak bersifat racun2)sukar meleleh3)tidak larut dalam CS24)tidak bersinar
106Kimia SMA/MA Kelas XII2. Penggunaan Belerang dan SenyawanyaPenggunaan belerang yang utama adalah untuk membuat asam sulfat(H2SO4). Pembuatan asam sulfat dapat dilakukan dengan cara sebagaiberikut.a) Proses KontakProses yang terjadi pada pembuatan asam sulfat dengan proses kontakadalah sebagai berikut.(1) Belerang dibakar dengan oksigen menghasilkan gas SO2.S(s) + O2(g) o SO4(g)(2) Gas SO2 yang terjadi dioksidasi untuk membentuk gas SO3 dengankatalisator V2O5 pada suhu ±500 °C dan tekanan 1 atm.2SO2(g) + O2(g) o 2SO3(g) 'H = -98 kJ(3) Gas SO3 yang terjadi diabsorbsikan pada H2SO4 pekat membentuk asampirosulfat H2S2O7.SO3(g) + H2SO4(l) o H2S2O7(l).(4) H2S2O7 yang terjadi dilarutkan dalam air menjadi H2SO4.H2S2O7(l) + H2O(l) o 2H2SO4(l)Gambar 3.7Cara memperoleh belerang denganproses frash.Ilustrasi : Haryana
107Kimia Unsurb) Proses Kamar TimbalPada proses ini digunakan katalis NO2 yang diperoleh dari oksidasiNH3. Proses yang terjadi adalah sebagai berikut.(1) Pembakaran belerang menjadi SO2S(s) + O2(g) o SO2(g)(2) Gas SO2 dioksidasi dengan katalis NO2 sebagai pembawa oksigen dalamair.SO2(g) + NO2(g) + H2O (l) o H2SO4(s) + NO (g)NO yang terbentuk bereaksi dengan oksigen membentuk NO2 kembali2NO (g) + O2(g) o 2NO2(g)3. Kegunaan Asam Sulfata) Untuk membuat pupuk, misalnya ZA (NH4)2 SO4 dan detergenb) Untuk pemurnian minyak bumi.c )Untuk memperoleh asam-asam lain, misalnya HCl, HNO3, H3PO4, dan HF.d) Untuk elektrolit pada aki dan pembuatan bahan peledak dan polimerserat.Gambar 3.8Diagram alir proses kontakIlustrasi : HaryanaGambar 3.10Diagram alir proses Kamar timbalIlustrasi : HaryanaAsam 78%Asam 78%Gas dibuang keatmosferAsam 78%Asam 65%PendinginCAMPURANPEREAKSIREAKSIPENGAMBILANKEMBALIAir
108Kimia SMA/MA Kelas XIIg. KlorKlor merupakan halogen yang paling banyak diproduksi dan diman-faatkan di antara halogen lainnya.1. Pembuatan klorDalam bidang industri klor dibuat elektrolisis larutan NaCl.Katoda : 2 H2O(l)+ 2eoH2(aq) + 2 OH–(aq)Anoda : 2 Cl–(aq)oCl2(aq) + 2e 2 H2O(l)+ 2 Cl– (aq) o H2(g) + 2 OH–(aq) + Cl2(g)Di laboratorium klor dibuat dengan cara mengoksidasi ion Cl– dariNaCl dengan oksidator, misalnya KMnO4 + H2SO4.Reaksi:2KMnO4(aq)+ 8H2SO4(aq) + 10NaCl(aq) o 5Na2SO4(aq) + K2SO4(aq) + 2MnSO4(aq) + 8H2O(l) + 5Cl2(g)atau dengan mereaksikan MnO2 dengan HCl.MnO2 + 4HCl o MnCl2 + 2H2O + Cl22. Penggunaan Klor dan SenyawanyaKlor digunakan untuk klorasi hidrokarbon untuk bahan baku plastik,dan untuk pembuatan senyawa-senyawa klor lainnya.Beberapa senyawa klor yang penting antara lain:a. CCl4 untuk pelarut,b. Ca(OCl)2 (kaporit) untuk des-infektan,c.NaClO untuk pemutih,d. NaCl untuk bumbu masakdan bahan pembuatan ber-bagai senyawa,e.HCl untuk menetralkan sifatbasa dan untuk membersih-kan permukaan logam darikarat.Penentuan Kadar NaClO dalam PemutihCairan pemutih di pasaran mengandung NaClO dengan kadar sekitar5,25%. Untuk membuktikan kebenaran kadar yang tertulis dalam labeldapat dilakukan dengan mereaksikan pemutih dengan larutan KI berlebihdalam suasana asam. Kemudian I2 yang terjadi dititrasi dengan larutanNa2S2O3 yang telah diketahui konsentrasinya. Dengan cara ini dan denganhitungan kimia, maka kadar NaClO dalam pemutih dapat ditentukan.Gambar 3.10 Klor digunakan sebagai desinfektanpada kolam renang.Sumber : Garuda, Januari 2006
109Kimia UnsurKegiatan Ilmiah 3.7Menentukan Kadar NaClO dalam Pemutih1. Rancangan PercobaanUntuk menentukan kebenaran kadar NaClO dalam pemutih,buatlah rancangan percobaan dari keterangan di atas yang meliputi•Tujuan percobaan•Alat dan bahan•Langkah kerja•Data pengamatan2. PercobaanLakukan percobaan dan buatlah laporan dengan melanjutkanrancangan percobaan dengan:•analisa data•kesimpulan3. PresentasiPresentasikan hasil percobaan di depan kelas dan bukalah tanyajawab.Keunggulan Kalsium Hipoklorit Ca(OCl)2 sebagai PemutihKeunggulan Ca(OCl)2 terutama ialah karena zat ini tidakterdekomposisi sebagaimana serbuk pemutih (bleaching powder) lain.Zat ini juga dua kali lebih kuat dari serbuk pemutih biasa.h. ArgonArgon ditemukan oleh Ray Leigh dan Ramsay pada tahun 1894 setelahmemisahkan oksigen dan nitrogen dari udara. Argon terdapat di udarasebagai gas monoatomik sebanyak 0,93% dari volume udara.1. Pembuatan ArgonArgon dan gas mulia yang lain diperoleh dengan destilasi bertingkatudara cair.Info Kimia
110Kimia SMA/MA Kelas XIISoal Kompetensi 3.112. Penggunaan ArgonDalam industri, Argon dapat digunakan sebagai pengganti heliumdan dalam proses lainnya. Argon digunakan sebagai atmosfer inert(lamban) pada pengelasan titanium dan logamlain yang eksotik dalamkonstruksi pesawat terbang dan roket. Argon juga digunakan untukmengisi bola lampu pijar karena tidak bereaksi dengan kawat wolfram.1. Buatlah tabel perbedaan grafit dan intan dari segi:a. strukturd. kegunaanb. penampilane.daya hantar listrikc.kekerasan2. Apakah yang Anda ketahui tentang gas karbon monoksida (CO)dalam hal:a. sumberc.bahayab. sifat-sifatd. kegunaan3. Bagaimanakah sifat-sifat khas dari silikon dan apakahkegunaannya?4. Apakah yang Anda ketahui tentang zat berikut dari segi rumuskimia dan kegunaan?a.dry icec.silika gelb.water glass5. Bagaimanakah cara memperoleh gas nitrogen secaraa. komersial/industri,b. di laboratorium?6. Bila udara mengandung 78% volume gas nitrogen. Berapa kgnitrogen yang dapat diperoleh dari 2m3 pada suhu 27°C dantekanan 1 atm?7. Apakah perbedaan fosfor merah dengan fosfor putih?8. Pada pembuatan gas oksigen di laboratorium, dipanaskan 24,5gram KClO3 dengan katalis MnO2.a. Tuliskan persamaan reaksinya!b. Berapa liter gas oksigen yang dihasilkan bila diukur padasuhu 27°C dan tekanan 76 cmHg?9. Apakah kegunaan utama dari belerang?10. Apakah perbedaan pembuatan asam sulfat dengan proseskontak dan proses kamar timbal?11. Bila ke dalam larutan NaCl dialiri listrik 4 faraday, berapa litergas klor yang dihasilkan pada keadaan standar?12. Sebutkan unsur halogen yang terkandung dalam:a. teflon,d. PVC,b. freon,e.garam dapur!c.kaporit,
111Kimia UnsurT okoh13. Bagaimanakah cara membuat zat berikut di laboratorium:a. klor,c. yod?b. brom,14. Tuliskan persamaan reaksinya:a. CaOCl2 + H2SO4,c.KI + MnO2 + H2SO4!b. NaBr + Cl2,15. Apakah kegunaan senyawa-senyawa berikut.a. HF,d. AgBr,b. CaOCl2,e.CaCl2?c. NaIO3,Sir Henry Bessemer (1813–1898)Bessemer lahir di Chariton, Hertfordshire, Inggris pada tanggal19 Januari 1813 dan meninggal di London pada tanggal 15 Maret1898. Ia tidak pernah duduk di bangku sekolah, tetapi mempunyaibakat di bidang mekanika.Pada saat pecah perang Krim (1853), Bessemer membuat pelurumeriam yang dapat berputar, tetapi tidak dapat digunakan karenabelum ada meriam yang cukup kuat. Hal ini karena belum ditemukanbaja bermutu tinggi. Pada tahun 1856 Bessemer menemukan prosespembuatan baja yang kemudian terkenal dengan nama Proses Bessemer.Logam aluminium adalah logam terbanyak di dunia. Logamini pertama kali dibuat dalam bentuk murni oleh Oersted padatahun 1825 dengan memanaskan amonium klorida denganamalgam kalium–raksa.Pada tahun 1854 Henry Sainte–Claire Deville membuat Al darinatrium–aluminium klorida dengan jalan memanaskannya denganlogam Na. Proses ini beroperasi selama 35 tahun dan logamnyadijual dengan harga $220 per kilogram. Pada tahun 1886 hanyamenjadi $17 per kilogram. Pada tahun 1886 Charles Hall mulaimemproduksi Al dengan proses skala besar seperti sekarang, yaitumelalui elektrolisis alumina dalam kriolit cair. Dengan proses iniharga Al bisa turun menjadi $4,40 per kilogram.Info Kimia
112Kimia SMA/MA Kelas XIIRangkuman1. Unsur-unsur di alam pada umumnya terdapat sebagai senyawayang terkandung dalam mineral.2. Mineral yang digunakan sebagai sumber untuk diolah disebut bijih.3. Unsur-unsur gas mulia di alam terdapat sebagai unsur bebas dalambentuk monoatonik.4. Kereaktifan gas mulia dari He sampai Rn semakin bertambah.5. Senyawa gas mulia yang pertama disentesis adalah XePtF66. Gas mulia dapat diperoleh dengan destilasi udara cair.7. Unsur halogen (unsur golongan VIIA) di alam terdapat sebagaisenyawa.8 . Dalam bentuk unsur, halogen terdapat sebagai molekul diatomik (X2).9. Pada suhu kamar, F2 dan Cl2 berwujud padat, Br2 cair dan I2 padat.10. Halogen memiliki warna tertentu, Fluor kuning muda, klor hijaumuda, brom merah tua (cokelat), yod hitam (ungu).11. Kereaktifan halogen dari atas ke bawah makin berkurang.12. Daya oksidasi halogen dari atas ke bawah semakin lemah.13. Logam-logam alkali merupakan logam yang lunak dan sangatreaktif, sehingga di alam terdapat sebagai senyawa.14. Pembakaran garam-garam alkali memberikan warna yang khas,litium merah tua, natrium kuning, kalium ungu, rubidium merahbiru, sesium biru.15. Logam-logam alkali dibuat dengan cara elektrolisis lelehan garamkloridanya.16. Logam-logam alkali tanah merupakan logam yang reaktif meskipuntidak sereaktif alkali.17. Pembakaran garam kalsium memberikan warna jingga merah,stronsium merah, dan barium hijau.18. Sifat basa hidroksida alkali dan alkali tanah dari atas ke bawahsemakin kuat.19. Unsur-unsur periode ketiga dari kiri ke kanan berubah dari logam– metaloid – nonlogam dan gas mulia.20. Titik leleh silikon paling tinggi di antara unsur periode ketiga yanglain.21. Energi ionisasi unsur periode dari kiri ke kanan semakin besar, tetapiterjadi penurunan pada Al dan S.22. Hidroksida unsur periode ketiga berubah dari basa kuat, amfoter,dan asam.23. Sifat reduktor unsur periode ketiga dari kiri ke kanan makin lemahsedang sifat oksidatornya makin kuat.
113Kimia Unsur24. Air sadah adalah air yang mengandung ion-ion Mg2+ atau Ca2+.25. Kesadahan air yang hilang dengan mendidihkan disebut kesadahansementara, sedangkan yang tidak hilang dengan mendidihkandisebut kesadahan tetap.26. Kesadahan air dapat dihilangkan dengan cara menambahkanNa2CO3 dan menggunakan resin penukar ion.27. Proses solvay adalah proses pembuatan soda kue NaHCO3.28. Proses Hall adalah proses pembuatan aluminium dengan elektrolitbauksit dalam kriolit.29. Proses tanur sembur adalah proses pembuatan besi dari bijihnyadengan reduktor kokas.30. Pembuatan tembaga dari bijih kalkopirit melalui tahappengapungan – pemanggangan – reduksi – elektrolisis.31. Timah digunakan untuk melapisi kaleng makanan dan untukmembuat perunggu (Cu + Sn).32. Krom merupakan logam yang sangat mengkilap, keras, dan tahankarat digunakan untuk melapisi logam dan aliase.33. Emas merupakan logam mulia yang terdapat di alam sebagai unsurbebas.34. Karbon memiliki alotropi, yaitu unsur yang sama tetapi bentuk/struktur berbeda. Alotropi karbon sebagai grafit dan intan.3 5 Grafit dapat menghantarkan arus listrik sehingga digunakan sebagaielektroda.36. Silikon bersifat semikonduktor sehingga digunakan untuk transistordan sel surya.37. Nitrogen terdapat di udara dengan jumlah terbesar sebagai molekulN2.38. Nitrogen diperoleh dari udara dengan cara destilasi bertingkat udaracair.39. Senyawa nitrogen yang penting adalah amonia (NH3) yang dibuatdengan proses Haber Bosch.40. Fosfor memiliki alatropi yaitu fosfor merah dan fosfor putih.41. Kegunaan fosfor yang utama adalah untuk membuat asam fosfat.42. Oksigen terdapat di udara sebagai molekul O2 dengan jumlahterbesar setelah nitrogen.4 3 Oksigen terdapat diperoleh dengan destilasi bertingkat udara cair.44. Belerang di alam sebagai senyawa dan unsur bebas.45. Kegunaan belerang yang utama adalah untuk membuat asam sulfat.46. Kadar NaClO dalam pemutih dapat ditentukan dengan mereaksikanlarutan NaClO dengan KI berlebih. Kemudian I2 yang terbentukdititrasi dengan larutan Na2S2O3 yang sudah diketahuikonsentrasinya.
114Kimia SMA/MA Kelas XIIPelatihanA. Berilah tanda silang (x) huruf a, b, c, d atau e pada jawaban yang palingbenar. Kerjakan di buku tugas Anda!1. Besi di alam terdapat sebagai mineral baik sebagai oksida, sulfida maupunkarbonat. Mineral berikut ini mengandung besi, kecuali ....A. sideritD. kriolitB. piritE. magnetikC. hematit2. Unsur-unsur nonlogam berikut yang terdapat dalam keadaan bebas dialam adalah ....A. oksigen, nitrogen, argon, dan klorB. nitrogen, argon, brom, dan belerangC. nitrogen, argon, belerang, dan oksigenD. fluor, klor, brom, dan yodE. argon, klor, nitrogen, yod3. Pasangan mineral yang mengandung aluminium adalah ....A. bauksit dan hematitD. kasiderit dan kalkopiritB. bauksit dan sideritE. kriolit dan bauksitC. kalkopirit dan kriolit4. Unsur-unsur gas mulia memiliki sifat-sifat berikut, kecuali ....A. memiliki 8 elektron di kulit terluarnyaB. terdapat sebagai unsur bebas monoatomikC. memiliki energi ionisasi yang relatif tinggiD. sukar bereaksi dengan unsur lainE. dapat dipisahkan dari udara dengan destilasi bertingkat5. Tabel titik didih dan titik leleh unsur-unsur halogen sebagai berikut:Unsur halogen berwujud cair pada suhui kamar adalah ....A. ED. BB. DE. AC. C6. Unsur halogen tidak terdapat dalam keadaan bebas di alam karena ....A. halogen sangat stabilB. halogen sangat reaktifC. senyawa halogen tidak stabilD. senyawa halogen sukar teruraiE. halogen terdapat sebagai molekul diatomikUnsur HalogenABC D ETitik didih (°C)18459–35–188–185,7Titik leleh (°C)144– 7–101–220–189,1
115Kimia Unsur7. Sifat-sifat unsur golongan alkali berubah sesuai perubahan nomor atomdari Li sampai Cs sebagai berikut, kecuali ....A. jari-jari atom makin besarB. energi ionisasi makin kecilC. massa atom makin besarD. densitas makin besarE. titik leleh makin tinggi8. Asam halida yang digunakan untuk mengetsa (mengukir) kaca adalah ....A. HFD. HIB. HClE. HClOC. HBr9. Logam kalium lebih reaktif daripada logam natrium, faktor yangmenyebabkan hal tersebut adalah ....A. logam kalium lebih lunak dari natriumB. sifat basa kalium lebih kuat dari natriumC. jari-jari atom kalium lebih panjang dari natriumD. energi ionisasi kalium lebih rendah dari natriumE. afinitas elektron kalium lebih besar dari natrium10. Senyawa berikut yang sering digunakan untuk membuat kue agar dapatberkembang adalah ....A. NaOHD. KClB. NaHCO3E. Na2SO4C. NaCl11. Untuk menentukan kadar NaClO dalam klorox, maka 1 gram kloroxpadagangan dilarutkan dalam air sampai volume 20 ml. Kemudian kedalam larutan tersebut ditambhakan larutan KI belebih, I2 yang dihasilkantepat dititrasi dengan 40 ml larutan NaS2O3 0,5 M. Kadar NaClO dalamklorox adalah ....A. 3,725%D. 74,5%B. 7,45%E. 85,5%C. 37,25%12. Diketahui tabel Ksp hidroksida dan garam sulfat dari alkali tanah sebagaiberikut:Dari tabel di atas, kelompok senyawa yang sukar larut dalam air apdakelompoknya adalah ....A. Mg(OH)2 dan BaSO4D. Sr(OH)2 dan BaSO4B. Ba(OH)2 dan MgSO4E. Ba(OH)2 dan CaSO4C. Ca(OH)2 dan SrSO4 Mg Ca Sr BaKsp L(OH)2 1 × 10-11 3,7 × 10-6 1,2 × 10-4 5 × 10-2Ksp LSO4 10-2 1,2 × 10-6 3,2 × 10-7 1,5 × 10-9
116Kimia SMA/MA Kelas XII13. Sebanyak 32,5 gram logam transisi yang bervalensi dua direaksikan denganlarutan HCl menghasilkan 11,2 liter gas hidrogen yang diukur padakeadaan standar. Bila inti atom logam tersebut mengandung 35 neutron,maka logam tersebut dalam SPU menempati ....A. periode 4 golongan II AD. periode 5 golongan V BB. periode 4 golongan II BE. periode 4 golongan II BC. periode 4 golongan IV B14. Sebanyak 500 kg bijih besi yang mengandung 80% besi(III) oksida direduksidalam tanur sembur (Ar Fe = 56, 0,16). Besi murni yang dapat dihasilkandari proses tersebut sebanyak ....A. 28 kgD. 300 kgB. 56 kgE. 400 kgC. 280 kg15. Pada pembuatan asam sulfat dengan proses kontak terjadi reaksikesetimbangan: 2 SO2(g) + O2(g) € 2 SO3(g). Untuk mempercepattercapainya kesetimbangan tersebut digunakan katalis ....A. NOD. N2O3B. NO2E. Fe2O3C. V2O5B. Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini di buku kerja Andadengan benar!1. Tuliskan nama dan rumus kimia mineral yang mengandung logam berikut:a.besib. aluminiumc. tembagad. krome.perak2. Mengapa titik leleh dan titik didih logam transisi periode keempat lebihtinggi daripada alkali dan alkali tanah?3. Sebutkan contoh unsur atau senyawa logam transisi yang digunakansebagai katalis dalam industri?4. Untuk mendapatkan 280 kg besi murni dan bijih besi yang mengandung80% besi (III) oksida, beberapa kg mineral bijih besi yang diperlukan?(Ar Fe = 56, O = 16).5. Berapa kg logam aluminium yang dapat diperoleh dari elektrolisis 17,25bauksit yang mengandung 95% Al2O3 . 2H2O (Mr = 138)?