KIMIA UNSUR: UNSUR PERIODE KETIGA

Unsur-unsur periode ketiga terdiri atas:

Berdasarkan elektron valensi yang bervariasi, maka sifat-sifat periodik unsur periode tiga sebagai berikut.

Tabel 1. Sifat periodik unsur periode tiga

Sifat reduktor/oksidator 

Jari-jari atom dari Na ke Cl makin kecil berarti makin sukar melepaskan elektron atau makin mudah menerima elektron. Hal ini sesuai dengan harga keelektronegatifan yang makin besar. Makin mudah menerima elektron berarti makin mudah melakukan reaksi reduksi, maka oksidator makin kuat. Hal ini didukung dari data potensial reduksi yang makin positif dan makin besar. Kebalikannya, berarti makin ke kiri reduktor makin kuat. 

Natrium termasuk reduktor yang kuat, ini terbukti dari: 

a) Reaksi dengan air sangat reaktif. 

b) Potensial reduksi standar besar dan negatif. 

c) Energi ionisasi kecil

Kekuatan logam 

Sesuai dengan sifat reduktornya, maka makin ke kiri sifat logam makin kuat. Pengelompokan sifat logam dari unsur periode tiga sebagai berikut.

Tabel 2. Sifat kekuatan logam periode tiga

Natrium, magnesium, dan aluminium termasuk logam yang lunak dan mengilap. Logam natrium mudah diiris, sedangkan logam magnesium dan aluminium mudah dibengkokkan. Silikon berwarna abu-abu, gelap, dan sangat keras. Hal ini berkaitan dengan jumlah elektron valensi sebanyak 4 buah. Jadi, unsur ini sukar melepaskan dan menerima elektron. Silikon, seperti halnya intan, membentuk struktur molekul yang besar. Silikon bersifat semikonduktor. Fosfor, belerang, dan klor termasuk unsur nonlogam dalam keadaan bebas membentuk molekul atomik yaitu fosfor membentuk P₄, belerang membentuk S₈, dan klor membentuk Cl₂.

Kekuatan basa/asam  

Sesuai dengan kekuatan logam, makin ke kiri makin kuat, maka sifat basa makin ke kiri makin kuat. NaOH termasuk basa kuat. 

Mg(OH)₃ termasuk basa lemah.

Al(OH)₃ termasuk amfoter (dapat bersifat asam atau dapat bersifat basa).

Reaksi terhadap asam atau terhadap basa dari Al(OH)₃ seperti pada Be(OH)₂.

Al(OH)₃(aq) + 3 HCl(aq) →AlCl₃(aq) + 3 H₂O(l)   

basa                    asam

Jika Al(OH)₃ direaksikan dengan NaOH berarti Al(OH)₃ bertindak sebagai asam, dituliskan H₃AlO₃, maka reaksinya:

H₃AlO₃(aq) + NaOH(aq) →Na₃AlO₃(aq) + 3 H₂O(l)

asam               basa

Gambar 1. Elektrolisis aluminium

Gambar 2. Pembuatan H₂SO₄ dengan proses kontak

Gambar 4. Pembuatan asam sulfat menurut proses kamar timbal

KIMIA UNSUR: UNSUR GOLONGAN UTAMA

Beberapa unsur logam dan nonlogam, dalam bentuk unsur maupun senyawanya, banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Penggunaan beberapa unsur logam dan nonlogam meningkat dengan berkembang pesatnya industri, baik sebagai alat, bahan dasar, maupun sumber energi. Unsur-unsur logam umumnya diperoleh sebagai bijih logam dalam batuan. Alam Indonesia sangat kaya akan sumber mineral bijih logam, karena itu perlu penguasaan teknologi untuk mengolahnya menjadi logam yang dibutuhkan. Pada bab ini dibahas beberapa unsur logam dan beberapa unsur nonlogam yang berperan penting bagi kesejahteraan hidup manusia.

Unsur-unsur di Alam

Pada umumnya unsur-unsur logam terkandung dalam batuan sebagai senyawa yang disebut mineral bijih logam.

Berbagai bijih logam tersebar di seluruh Indonesia dan beberapa di antaranya tercantum dalam tabel berikut ini. 

Berbagai bijih logam tersebar di seluruh Indonesia dan beberapa di antaranya tercantum dalam tabel berikut ini. 

Tabel 1.Beberapa mineral bijih logam 

Emas dan perak terdapat dalam keadaan murni tersebar di beberapa daerah yaitu Salido (Sumatra Barat), Rejang Lebong (Sumatra Selatan), Bengkulu, Cikotok (Jawa Barat), Paleleh (Sulawesi Utara), Bolaang Mongondow (Sulawesi Tengah), Kota Waringin (Kalimantan Barat). Untuk memperoleh logam-logam berat seperti besi, timah, dan tembaga dari bijihnya, biasanya dilakukan melalui langkah-langkah pemekatan, pengeringan, pembakaran (untuk bijih yang bukan oksida), reduksi, dan pemurnian. Aluminium diperoleh melalui elektrolisis. 

Kelimpahan Unsur-unsur di Kulit Bumi

Unsur-unsur yang paling melimpah di kulit bumi adalah oksigen, silikon, dan aluminium (Tabel 2). 

Tabel 2.  Persentase Kelimpahan Unsur di Kulit Bumi

Sumber komersial dari oksigen dan nitrogen adalah udara. Kelimpahan unsur nitrogen dalam udara 78,09% dan oksigen 20,94%. Sedangkan unsur lainnya kurang dari 1%. Beberapa unsur diperoleh dari air laut. Misalnya, natrium, klorin, magnesium, dan bromin. Konsentrasi unsur terbesar dalam air laut adalah klorida sebesar 18,980 g/kg air laut, kemudian diikuti unsur natrium sebesar 10,556 g/ kg air laut (Sumber: Petrucci dan Suminar Ahmad, 1987: 98).

Komposisi alkali dalam kerak bumi 

Logam alkali termasuk logam yang sangat reaktif. Di alam tidak terdapat dalam keadaan bebas, melainkan dalam keadaan terikat dalam bentuk senyawa.

Berikut ini tabel kadar unsur-unsur alkali di kerak bumi dalam satuan bpj (bagian per sejuta).

Tabel. 3. Kadar unsur-unsur alkali di kerak bumi dalam satuan bpj

Unsur yang paling banyak adalah Na dan K. Kedua unsur ini banyak terdapat dalam air laut dalam bentuk senyawa NaCl dan KCl. 

Unsur-unsur alkali tanah tidak terdapat bebas di alam, tetapi terdapat dalam bentuk senyawanya 

a. Berilium terdapat dalam bijih beril (Be₃Al₂(SiO₃)₆).

b. Magnesium sebagai dolomit (MgCO₃.CaCO₃), karnalit (KCl.MgCl₂.6H₂O).

c. Kalsium sebagai CaCO₃ pada batu kapur dan pualam, batu tahu/gipsum (CaSO₄.2H₂O).

d. Stronsium sebagai stronsianit (SrCO₃) dan galestin (SrSO₄).

e. Barium sebagai bijih barit (BaSO₄).

Unsur-unsur periode ketiga di alam

Unsur-unsur transisi periode keempat di alam

Di alam unsur-unsur transisi periode keempat terdapat dalam senyawa/mineral berupa oksida, sulfida, atau karbonat. Berikut ini tabel beberapa mineral terpenting dari unsur-unsur transisi periode keempat.

Tabel 4. Beberapa mineral dari unsur transisi periode keempat 

Sifat-sifat Unsur

Sifat halogen 

1) Halogen merupakan golongan yang sangat reaktif dalam menerima elektron dan bertindak sebagai oksidator kuat dalam satu golongan. Makin ke atas, oksidator makin kuat. 

2) Keelektronegatifan halogen dalam satu golongan makin ke atas makin besar. Unsur yang paling elektronegatif dibanding unsur lain dalam sistem periodik adalah fluor (perhatikan data keelektronegatifan). 

3) Jari-jari atom halogen dalam satu golongan makin ke atas makin kecil (perhatikan data). Ini berarti makin ke atas ukuran molekul makin kecil, maka gaya tarik-menarik antar-molekul (gaya Van der Waals) akan makin kecil. Perhatikan juga titik didih dan titik lelehnya, makin ke atas makin kecil.

Tabel 5.Data sifat-sifat unsur halogen

Unsur halogen sangat berbahaya terhadap mata dan tenggorokan. Unsur halogen mempunyai bau yang merangsang dan berwarna. Walaupun brom berwujud cair, tetapi brom mudah sekali menguap. Begitu juga iodium, mudah sekali menyublim. 

4) Unsur golongan halogen bersifat oksidator. Urutan kekuatan oksidator halogen dapat dilihat dari data potensial reduksinya: 

Berdasarkan data tersebut, makin ke atas, daya oksidasinya (oksidator) makin kuat. Data ini dapat digunakan untuk memperkirakan apakah reaksi halogen dengan senyawa halida dapat berlangsung atau tidak. Caranya dengan menghitung potensial sel, jika harga potensial sel positif berarti reaksi berlangsung dan jika harga potensial sel negatif berarti reaksi tidak berlangsung

Halogen (yang bebas/diatomik) yang berada di atas dapat bereaksi dengan halida (senyawa/ ion halida) yang berada di bawahnya. Contoh reaksi berlangsung: 

Jika halogen yang bebas berada di bawah senyawa/ion halida, maka reaksi tidak berlangsung. Contoh reaksi tidak berlangsung: 

Secara sederhana halogen yang di atas dapat mendesak/mengusir halida yang di bawahnya, seperti atasan dapat mengusir bawahannya. Halogen di bawah tidak dapat mendesak/ mengusir halida yang di atasnya, seperti bawahan tidak dapat mengusir atasannya.

5) Mempunyai bilangan oksidasi lebih dari satu, kecuali fluor.

Tabel 6. Bilangan oksidasi halogen, oksida halogen, dan asam oksihalogen

Asam oksihalida bersifat sebagai zat pengoksidasi (oksidator). Makin banyak atom O yang diikat, oksidator makin kuat. 

Sifat asam dari oksihalida akan bertambah kuat dengan bertambahnya jumlah atom O. Jadi, urutan kekuatan asam: HClO < HClO₂ < HClO₃ < HClO₄.
Manfaat Unsur dan Senyawa

Sifat gas mulia (Golongan VIIIA)

Gas mulia dalam sistem periodik terdapat dalam golongan VIIIA. Gas mulia dahulu juga disebut golongan nol. Gas mulia terdiri atas unsur-unsur helium (He), neon (Ne), argon (Ar), kripton (Kr), xenon (Xe), dan radon (Rn). Radon bersifat radioaktif. 

Tabel 7.Sifat unsur-unsur gas mulia

Sifat-sifatnya: 

1) Unsur-unsur gas mulia mengandung 8 elektron pada kulit terluarnya kecuali He mengandung 2 elektron. 

2) Energi ionisasinya sangat tinggi, akibatnya unsurunsur gas mulia sukar bereaksi dengan unsurunsur lainnya. 

3) Pada tabel dapat dilihat bahwa titik leleh dan titik didihnya sangat rendah, namun baik titik leleh maupun titik didih makin ke bawah makin tinggi, sesuai dengan makin besarnya massa atom gas mulia. 

4) Molekul gas mulia monoatomik. 

Sifat alkali dan alkali tanah 

Unsur-unsur kedua golongan tersebut sebagai berikut. 

Dalam sistem periodik, alkali terletak pada golongan IA (kecuali H) dengan elektron valensi 1 yaitu ns¹. Sedangkan alkali tanah terletak pada golongan IIA dengan elektron valensi 2 yaitu ns². Kedua golongan ini dimulai pada periode 2. Dengan elektron valensi yang kecil, maka kedua golongan ini sangat mudah melepaskan elektron, yaitu mudah melakukan reaksi oksidasi. Dengan demikian kedua golongan ini disebut sebagai zat pereduksi yang kuat (reduktor kuat). Sifat reduksinya makin ke kiri makin kuat dan makin ke bawah makin kuat. Jadi, sifat  reduktor alkali lebih kuat dibanding alkali tanah. 

Sifat-sifat Fisis Unsur Alkali (Golongan IA)

Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa sebagai logam, golongan alkali tanah mempunyai sifat yang tidak biasa, yaitu titik lelehnya yang relatif rendah, rapatannya yang relatif rendah, dan kelunakannya. Semua unsur logam alkali ini dapat dengan mudah diubah bentuknya dengan memencetnya di antara jempol dan jari telunjuk (dengan melindungi kulit baik-baik). Unsur-unsur pada golongan ini mempunyai energi ionisasi dan keelektronegatifan ratarata yang paling rendah. Hal ini dikarenakan ukuran atom dan jarak yang relatif besar antara elektron terluar dengan inti.

Sifat-sifat Kimia Unsur Alkali (Golongan IA)

Sifat-sifat Fisis Logam Alkali Tanah

Sifat-sifat Kimia Logam Alkali Tanah

Berdasarkan mudahnya melepaskan elektron, maka secara umum sifat-sifat kedua golongan tersebut sebagai berikut.

1) Sebagai reduktor kuat.

2) Mudah bereaksi (sangat reaktif) dengan unsurunsur nonlogam.

3) Mudah bereaksi dengan air kecuali Be. Sedangkan Mg bereaksi dengan air panas. Reaksi dengan air menghasilkan gas hidrogen dan membentuk basa.

2 Na(s) + 2 H₂O(l) → 2 NaOH(aq) + H₂(g)

Ca(s) + 2 H₂O(l)→Ca(OH)₂(aq) + H₂(g)

 4) Oksidanya dalam air bersifat basa sehingga disebut oksida basa.

Na₂O + N₂O → 2 NaOH

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Kedua logam tersebut bersifat alkalis (pembentuk basa).

5) Logam alkali tanah dapat bereaksi dengan gas nitrogen pada suhu tinggi, menurut reaksi:

3 Mg + N₂ → Mg₃N₂

Sedangkan pada alkali hanya logam Li yang dapat bereaksi dengan nitrogen.

6 Li + N₂ →2 Li₃N

6) Logam alkali sifat kelogamannya lebih kuat dibanding sifat logam alkali tanah. Dalam satu golongan, baik alkali maupun alkali tanah makin ke bawah makin kuat sifat logamnya. Sesium paling bersifat logam dan litium kurang bersifat logam. Barium merupakan logam alkali tanah paling reaktif, sedangkan berilium merupakan logam yang kurang reaktif.

7).Tes nyala 

Menurut teori atom Niels Bohr, bahwa energi yang dibebaskan dari atom yang tereksitasi, faktanya berupa spektrum garis dari setiap unsur. Beberapa spektrum terletak pada panjang gelombang sinar tampak sehingga kita dapat mengamatinya. Pengamatan dapat dilakukan dengan membakar senyawa yang mengandung unsur tersebut, kemudian diamati warna nyala api yang terjadi. 

Tabel 8.Warna tes nyala unsur alkali dan alkali tanah

Masing-masing warna mempunyai panjang gelombang tertentu dan ini berarti energi yang dibebaskannya juga tertentu.


Manfaat dan Pembuatan Unsur dan Senyawa Alkali dan Alkali Tanah

TUGAS KOROSI, SEL ELEKTROKIMIA, HUKUM FARADAY

HUKUM FARADAY

Hukum I Faraday 

Bunyi Hukum I Faraday:

Total zat yang dihasilkan pada elektrode, berbanding lurus dengan total muatan listrik yang mengalir melalui sel elektrolisis.

Muatan listrik sebesar 1 Faraday dapat mengendapkan 1 gram ekuivalen. Massa zat hasil elektrolisis yang terbentuk pada katode maupun anode dirumuskan sebagai berikut.

Contoh 1:

Contoh 2:

Dalam 100 mL larutan CuSO₄ 1 M dialirkan arus sebesar 2 Ampere selama 3 menit menggunakan Au sebagai Anode dan Fe sebagai katode.

a. Tuliskan reaksi elektrolisisnya!

b.Tentukan pertambahan berat katodenya!
c. Tentukan pH larutan jika volume larutan dianggap tidak berubah

d. Tentukan gas yang dihasilkan di anode!

Ar Cu = 63,5

Pembahasan

a. Reaksi elektrolisis yang terjadi sebagai berikut.

Katode yang digunakan adalah Fe, kita bandingkan E^o Fe dan Cu (dari  CuSO₄)

Cu²⁺(aq) + 2 e^– →Cu(s)    E^o = + 0,34 V

Fe²⁺(aq) + 2 e^– → Fe(s)   E^o = −0,44 V

Karena E^o Cu > E^oFe, maka yang mengalami reduksi di Katode adalah Cu.

CuSO4(aq) → Cu2+(aq) + SO42−(aq)
Katode	:	Cu2+(aq) +2 e– →Cu(s)	X 2
Anode	:	2H2O(l) → 4H+(aq) + O2(g) + 4 e–	X 1	+
Reaksi Sel	:	2Cu2+(aq) +2H2O(l)  → Cu(s) + 4H+(aq) + O2(g)

b. Pada katode terjadi pengendapan Cu. Jadi, pertambahan berat katode = berat Cu yang mengendap.

t = 3 menit = 3 x 60 detik = 180 detik

c. Jumlah elektron yang mengalir dalam larutan

1 mol H⁺ = 1 mol e^–, mol yang terbentuk = 0,0037 mol

V = 100 mL = 0,1 L

M= [H⁺]= 0,037 M = 3,7 x 10⁻²M

pH = −log [H⁺] = −log 3,7 x 10⁻²M = 2 − log 3,7 = 2 – 0,57 = 1,43

d. Gas yang dihasilkan di anode adalah gas O₂

Volume gas O₂ dalam STP

2H₂O(l) → 4H⁺(aq) + O₂(g) + 4 e^–

mol H⁺ = 0,0037 mol

V O₂ STP = mol x 22,4 L/mol = 0,000925 mol x 22,4 L/mol = 0,0207 L

Hukum II Faraday

Bunyi Hukum II Faraday:

Jika arus dialirkan ke dalam beberapa sel elektrolisis maka jumlah zat yang dihasilkan pada masing-masing elektrodenya sebanding dengan massa ekuivalen masing-masing zat tersebut.

Contoh 3: