SIFAT-SIFAT
FISIKA DAN KIMIA UNSUR UTAMA DAN TRANSISI
oleh: Elsa Susanti
Jumlah unsur banyak sekali,
baik yang alamiah maupun yang buatan. Unsur-unsur tersebut disusun dalam tabel
periodik. Unsur-unsur tersebut dikelompokkan dalam kolom-kolom yang disebut
dengan golongan dan dalam baris yang disebut periode.
Secara garis besar unsur-unsur tersebut dibedakan atas unsur-unsur utama dan
unsur-unsur transisi. Pada bab ini kita akan mempelajari unsur-unsur utama.
Unsur utama termasuk dalam golongan A yang terdiri atas unsur logam dan unsur
nonlogam. Golongan A terdiri dari delapan golongan (I – VIII).
1. Golongan IA atau Alkali
Unsur-unsur pada golongan IA
dalam tabel periodik dikenal juga dengan nama unsur alkali, karena semua
anggotanya bereaksi dengan air membentuk larutan alkali. Anggota golongan
alkali dari atas ke bawah berturut turut adalah litium (Li), natrium (Na),
kalium (K), rubidium (Rb), sesium (Cs), dan fransium (Fr). Unsur-unsur alkali
disebut juga logam alkali. Unsur alkali memiliki ukuran yang lebih besar di
antara unsur-unsur dalam satu periode. Unsur-unsur ini mempunyai energi
ionisasi kecil.
Energi ionisasi merupakan energi yang diperlukan
untuk melepaskan satu elektron pada kulit terluar. Makin besar nomor atom,
energi ionisasinya makin berkurang. Hal ini karena semakin besar nomor atom
berarti semakin jauh jarak elektron terluar dengan inti atom sehingga makin
mudah lepas. Unsurunsur alkali mempunyai keelektronegatifan kecil. Oleh karena
itu unsur alkali membentuk senyawa ion.
a. Sifat Fisika
Unsur-unsur golongan ini hanya mempunyai satu
elektron valensi yang terlibat dalam pembentukan ikatan logam. Oleh karena itu,
logam ini mempunyai energi kohesi yang kecil yang menjadikan logam golongan ini
lunak. Contohnya logam natrium yang lunak sehingga dapat diiris dengan pisau.
Hal ini juga mengakibatkan makin berkurangnya titik leleh dan titik didih
unsur-unsur alkali.
Unsur-unsur alkali adalah reduktor kuat. Kekuatan
reduktor dapat dilihat dari potensial elektrode. Unsur-unsur alkali dapat
melarut dalam cairan amonia. Larutan encer logam alkali dalam amonia cair
berwarna biru. Larutan ini adalah penghantar listrik yang lebih baik daripada
larutan garam. Daya hantarnya hampir sama dengan daya hantar logam murni.
Perhatikan sifat-sifat fisika unsur-unsur alkali
dalam Tabel 4.1.
b. Sifat Kimia
Sifat kimia unsur-unsur alkali, adalah seperti
berikut.
1) Sangat Reaktif
Unsur-unsur alkali sangat reaktif atau mudah
bereaksi dengan unsur lain karena mereka mudah melepaskan elektron terluarnya.
Di udara, unsur-unsur ini akan bereaksi dengan oksigen atau air. Oleh karena
itu, unsur ini biasanya disimpan dalam minyak tanah atau hidrokarbon yang inert.
Unsur alkali tidak ada yang terdapat di alam dalam bentuk unsurnya, biasanya
bergabung dalam mineral yang larut dalam air, misal NaCl (natrium klorida).
Unsur alkali terdapat dalam senyawaan alam sebagai ion uni-positif (positif
satu).
2) Sifat Logam
Sifat logam unsur alkali dari atas ke bawah pada
tabel periodik cenderung bertambah. Sifat ini terkait dengan kecenderungan atom
unsur alkali melepas elektron.
3) Reaksi-reaksi pada logam alkali adalah seperti
berikut.
a) Reaksi antara logam-logam alkali dan oksigen
menghasilkan oksida (M2O), peroksida (M2O2), dan superoksida (MO2). Perhatikan
reaksi berikut.
b) Reaksi logam alkali (M) dengan unsur-unsur
halogen N, S, P, dan H2. Perhatikan reaksi berikut.
Litium merupakan unsur yang dapat bereaksi secara
langsung dengan nitrogen.
4) Logam-logam alkali memberikan warna nyala yang
khas, misalnya Li (merah), Na (kuning), K (ungu), Rb (merah), dan Cs
(biru/ungu).
2. Golongan IIA atau Alkali Tanah
Anggota unsur alkali tanah adalah berelium (Be),
magnesium (Mg), kalsium (Ca), stronsium (Sr), barium (Ba), dan unsur radioaktif
radium (Ra). Di antara unsur-unsur ini Mg dan Ca yang terbanyak terdapat di
kerak bumi. Atom-atom golongan ini memiliki konfigurasi elektron np6(n + 1)s2
kecuali Be. Kerapatan unsur-unsur golongan ini lebih besar dari unsur alkali
dalam satu periode. Unsur-unsur ini mempunyai dua elektron valensi yang
terlibat dalam ikatan logam. Oleh karena itu dibandingkan dengan unsur golongan
IA, unsurunsur ini lebih keras, energi kohesinya lebih besar, dan titik
lelehnya lebih tinggi.
Titik leleh unsur-unsur alkali tanah tidak
berubah secara teratur karena mempunyai struktur kristal yang berbeda. Misal
unsur Be dan Mg memiliki struktur kristal heksagonal terjejal, sedangkan
struktur kristal unsur Sr berbentuk kubus berpusat muka dan struktur kristal
unsur Ba berbentuk kubus berpusat badan.
a. Sifat Fisika
Perhatikan sifat-sifat fisika unsur alkali tanah
pada tabel berikut.
b. Sifat Kimia
Sifat kimia unsur alkali tanah sama dengan sifat
kimia unsur alkali. Unsur alkali tanah terdapat dalam alam sebagai ion
dipositif (positif dua). Kalsium, stronsium, dan barium memiliki sifat yang
serupa, namun magnesium dan berelium berbeda dengan ketiga unsur tersebut yaitu
kurang aktif. Semua unsur alkali tanah merupakan penyumbang elektron.
Unsur alkali tanah tergolong reduktor yang kuat.
Unsur alkali tanah mudah bereaksi dengan unsur nonlogam membentuk senyawa ion
misal halida, hidrida, oksida, dan sulfida. Unsur alkali tanah, kecuali
berelium dan magnesium bereaksi dengan air.
1) Reaksi-reaksi kimia yang utama pada alkali
tanah adalah seperti berikut.
2) Kelarutan
Garam-garam oksalat, sulfat, kromat, dan karbonat
dari alkali tanah umumnya sukar larut dalam air. Kamu sudah mempelajari
sifat-sifat unsur alkali dan alkali tanah, bagaimana cara mengidentifikasi
sifat-sifat umum dari unsur alkali dan alkali tanah tersebut? Untuk menjawab
pertanyaan di atas, mari kita lakukan kegiatan berikut.
Identifikasi Sifat Umum Unsur Alkali dan
Alkali Tanah
A. Tujuan
Mengidentifikasi sifat umum unsur alkali dan
unsur alkali tanah.
B. Alat dan Bahan
- Tabung reaksi – Larutan magnesium uranil asetat
- Penjepit – Larutan natrium kobalt nitrit
- Gelas piala – Larutan kalium kromat
- Kawat nikrom – Larutan asam klorida pekat
- Pemanas bunsen – Larutan asam sulfat
- Kaca kobalt – Larutan kalium klorida
- Larutan kalsium klorida – Larutan barium nitrat
- Larutan stronsium klorida – Larutan natrium
klorida
- Larutan barium klorida – Larutan litium klorida
- Larutan asam klorida encer
C. Cara Kerja
1. Uji Nyala
a. Celupkan ujung kawat nikrom yang pijar ke
dalam larutan asam klorida encer untuk membersihkannya.
b. Celupkan ujung kawat nikrom yang telah bersih
ke dalam larutan asam klorida pekat, kemudian ke dalam larutan litium klorida
yang diperiksa. Selanjutnya masukkan ujung kawat ke dalam nyala api.
c. Catat warna nyala yang ditimbulkannya.
d. Ulangi langkah a sampai dengan c untuk:
1) Larutan natrium klorida
2) Larutan kalium klorida
3) Larutan kalsium klorida
4) Larutan stronsium klorida
5) Larutan barium klorida
2. Pengendapan Unsur
Ambil 4 tabung reaksi dan masukkan masing-masing
ke dalam tabung reaksi seperti berikut.
a. Tabung A diisi dengan stronsium klorida dan
kalium kromat.
b. Tabung B diisi dengan kalium klorida dan
natrium kobalt nitrit.
c. Tabung C diisi dengan larutan natrium klorida
dan magnesium uranil asetat.
d. Tabung D diisi dengan larutan barium nitrat
dan asam sulfat.
D. Hasil Percobaan
1. Uji nyala
2. Pengendapan
E. Analisa Hasil Percobaan
1. Bagaimana warna nyala dari unsur alkali dan
unsur alkali tanah?
2. Bagaimana reaksi yang terjadi pada percobaan
pengendapan?
3. Apakah kesimpulan dari percobaan ini?
3. Golongan IIIA
Unsur-unsur golongan IIIA tidak sereaktif unsur
golongan IA dan IIA. Anggota unsur golongan IIIA adalah boron (B), aluminium
(Al), gallium (Ga), indium (In), dan talium (Ti).
a. Sifat Fisika
Boron merupakan unsur pertama dalam golongan IIIA
yang tergolong metaloid, sedangkan unsur-unsur lainnya tergolong logam.
Reaktivitas unsur-unsur golongan ini tidak ada kecenderungan. Potensial reduksi
golongan IIIA negatif, ini menunjukkan bahwa unsur IIIA bersifat lebih logam
dibanding hidrogen. Al3+ mempunyai potensial reduksi negatif yang paling besar
di antara kation golongan IIIA. Oleh karena itu Al merupakan logam
golongan IIIA yang paling aktif. Perhatikan sifat-sifat golongan IIIA pada
tabel berikut.
b. Sifat Kimia Boron dan Aluminium
1) Boron
Boron adalah unsur yang tidak reaktif pada suhu
biasa. Bila bereaksi, tidak ada kecenderungan dari atom unsur boron untuk
kehilangan elektron-elektron terluar dan membentuk kation sederhana yaitu B3+.
Adapun reaksi pada boron adalah sebagai berikut.
a) Reaksi dengan halogen
Boron bereaksi dengan halogen secara umum, bahkan
sampai terbakar dalam gas fluor.
b) Membentuk asam oksi
Jika dipanaskan dalam udara, unsur boron bereaksi
dengan oksigen dalam pembakaran yang sangat eksotermik untuk membentuk oksida
B2O3. Oksida ini bersifat asam. Adapun reaksinya adalah sebagai berikut.
c) Semua boron yang larut membentuk larutan yang
bersifat basa bila dilarutkan dalam air, di mana ion BO32¯ bertindak sebagai
basa dengan menghilangkan proton dari air.
d) Boron membentuk molekul-molekul ion raksasa
dengan atom oksigen menempati kedudukan yang berselang-seling dengan reaksi
seperti berikut.
2) Sifat Kimia Unsur Aluminium
Sejumlah garam aluminium seperti halnya logam
golongan IIIA mengkristal dalam larutannya sebagai hidrat. Misal senyawa
AlX3 ? 6 H2O (di mana X = Cl–, Br,– I–). Aluminium bersifat amfoter. Perhatikan
reaksi berikut.
Aluminium dapat berlaku asam atau basa
dikarenakan kecenderungan yang kuat untuk dioksidasi menjadi Al3+. Perhatikan
reaksi berikut.
Reaksi ini terjadi pada permukaan aluminium
yang bersih tetapi dalam larutan asam atau dengan kehadiran basa kuat, lapisan
tipis Al(OH)3 ini larut dengan reaksi seperti berikut.
4. Karbon dan Silikon
Karbon dan silikon termasuk unsur golongan IVA.
Anggota unsur golongan IVA lainnya adalah germanium (Ge), timah (Sn), plumbum
(Pb). Di sini kita hanya akan mempelajari sifat unsur karbon dan silikon.
a. Sifat Fisika Karbon dan Silikon
Perhatikan sifat fisika karbon dan silikon
berikut ini.
b. Sifat Kimia Karbon dan Silikon
Karbon dan silikon tidak reaktif pada suhu biasa.
Karbon dan silikon membentuk kation sederhana seperti C4+ dan Si4+. Sifat kimia
karbon antara lain sebagai berikut.
1) Karbon bereaksi langsung dengan fluor, dengan
reaksi seperti berikut.
2) Karbon dibakar dalam udara yang terbatas
jumlahnya menghasilkan karbon monoksida.
Jika dibakar dalam kelebihan udara, akan
terbentuk karbon dioksida.
3) Membentuk asam oksi.
Bila karbon dipanaskan dalam udara, unsur ini
bereaksi dengan oksigen membentuk CO2 dan jika CO2 ini bereaksi dengan air akan
membentuk asam karbonat.
4) Membentuk garam asam oksi.
Asam karbonat, suatu asam diprotik yang khas,
bereaksi dengan basa menghasilkan karbonat dan bikarbonat, antara lain seperti
berikut.
- K2CO3 = kalium karbonat
- KHCO3 = kalium bikarbonat
- MgCO3 = magnesium karbonat
- Mg(HCO3)2 = magnesium bikarbonat
5) Kecenderungan atom karbon membentuk ikatan
kovalen tunggal, ikatan rangkap dua dan ikatan rangkap tiga yang akan membentuk
senyawa organik.
Sifat kimia silikon, antara lain seperti berikut.
1) Silikon bereaksi dengan halogen, secara umum
reaksi yang terjadi dapat dituliskan seperti berikut.
2) Bila silikon dipanaskan dengan oksigen
akan membentuk oksida SiO3, sehingga apabila oksida ini bereaksi dengan air
membentuk dua asam yaitu asam ortosilikat (H4SiO4) dan asam metasilikat H2SiO3.
Senyawa ini tidak larut dalam air tetapi bereaksi dengan basa.
3) Silikon membentuk garam dari asam oksi, antara
lain seperti berikut.
- Na2SiO3 = natrium metasilikat
- Mg2 SiO4 = magnesium ortosilikat
- LiAl(SiO3)2 = litium aluminium metasilikat
4) Semua silikat membentuk larutan yang bersifat
basa yang dapat dilarutkan dalam air, di mana ion SiO3 2¯ bertindak sebagai
basa dengan menghilangkan proton dari air.
5) Silikon membentuk molekul-molekul dan
ion-ion raksasa, di mana atom oksigen menempati kedudukan yang
berselang-seling.
5. Nitrogen dan Fosfor
Nitrogen dan fosfor merupakan unsur-unsur dalam
golongan VA. Anggota unsur golongan VA yang lainnya adalah arsen (As),
antimonium (Sb), bismut (Bi). Kita akan mempelajari sifat-sifat unsur nitrogen
dan fosfor.
a. Sifat Fisika
Masing-masing nitrogen dan fosfor mempunyai lima elektron valensi
dengan konfigurasi elektron ns2np3. Bilangan oksidasi terbesar adalah +5.
Perhatikan sifat-sifat fisika nitrogen dan fosfor pada tabel berikut ini.
b. Sifat Kimia
Nitrogen adalah unsur yang unik dalam
golongannya, karena dapat membentuk senyawa dalam semua bilangan oksidasi dari
tiga sampai lima.
Senyawa nitrogen dapat mengalami reaksi reduksi dan oksidasi. Adapun sifat
kimia nitrogen antara lain seperti berikut.
Fosfor dapat membentuk ikatan dengan cara yang
mirip dengan nitrogen. Fosfor dapat membentuk tiga ikatan kovalen, menerima
tiga elektron membentuk ion P3¯. Reaksi yang terjadi pada fosfor, antara lain
seperti berikut.
1) Fosfor dapat bersenyawa dengan kebanyakan
nonlogam dan logam-logam yang reaktif. Fosfor bereaksi dengan logam IA dan IIA
dapat membentuk fosfida. Dalam air fosfida mengalami hidrolisis membentuk
fosfin, PH3.
2) Fosfor membentuk dua macam senyawa dengan
halogen yaitu trihalida, PX3 dan pentahalida PX5.
3) Membentuk asam okso fosfor
Asam okso dari fosfor yang dikenal adalah asam
fosfit dan asam fosfat. Asam fosfit dapat dibuat dengan reaksi seperti berikut.
6. Oksigen dan Belerang
Oksigen dan belerang merupakan unsur-unsur golongan
VIA. Anggota golongan VIA yang lain adalah selenium (Se), tellurium (Te),
polonium (Po). Oksigen dan belerang adalah dua
unsur yang sangat umum di antara unsur-unsur golongan VI A.
a. Sifat Fisika
Perhatikan sifat fisika dari oksigen dan belerang
pada tabel berikut.
b. Sifat Kimia
1) Sifat Kimia Oksigen
Oksigen membentuk senyawa dengan semua unsur,
kecuali gas-gas mulia ringan. Biasanya oksigen bereaksi dengan logam membentuk
ikatan yang bersifat ionik dan bereaksi dengan bukan logam membentuk ikatan
yang bersifat kovalen sehingga akan membentuk oksida.
Terdapat enam macam oksida, yaitu:
a) Oksida asam
Oksida asam adalah oksida dari unsur nonlogam dan
oksida unsur blok d dengan bilangan oksidasi besar.
d) Oksida netral
Oksida ini tidak bereaksi dengan asam maupun
basa, misal NO, N2O, dan CO.
e) Oksida campuran
Oksida ini merupakan campuran dari oksida
sederhana, misalnya P3O4 merupakan campuran PbO (dua bagian) dan PbO2 (satu
bagian).
f) Peroksida dan superperoksida
Oksigen membentuk peroksida H2O2, N2O2 dan BaO2
dengan bilangan oksidasi oksigen –1 serta RbO2, CsO2 dengan bilangan oksidasi
oksigen –1/2.
2) Sifat Kimia Belerang
Belerang hanya memerlukan dua elektron lagi untuk
mencapai konfigurasi s2p4 dari gas mulia. Jika belerang bereaksi dengan logam
maka belerang bertindak sebagai penerima elektron. Belerang mudah bereaksi
dengan semua unsur kecuali emas, platinum dan gas mulia. Reaksi-reaksi pada
belerang, antara lain seperti berikut.
7. Golongan VIIA atau Halogen
Senyawa dan ion golongan halogen dinamakan halide.
Anggota golongan VIIA adalah fluor (F), klor (Cl), brom (Br), iod (I), dan
astat (As). Astat ditemukan di alam dalam jumlah yang sangat sedikit. Semua
unsur halogen bersifat nonlogam.
a. Sifat Fisika
Perhatikan sifat fisika unsur halogen berikut.
Unsur-unsur golongan VIIA mempunyai konfigurasi
elektron ns2np5 dan merupakan unsur-unsur yang paling elektronegatif. Unsur
halogen selalu mempunyai bilangan oksidasi -1, kecuali fluor yang selalu univalent.
Unsur ini dapat mempunyai bilangan oksidasi (+1), (+III) dan (+VII).
Bilangan oksidasi (+IV) dan (+VI) merupakan
anomali, terdapat dalam oksida ClO2, Cl2O6, dan BrO3. Titik leleh dan titik
didih bertambah jika nomor atom bertambah. Hal ini karena molekul yang lebih
besar mempunyai gaya
tarik menarik Van der Waals yang lebih besar.
Energi ikatan X2 (kalor disosiasi) berkurang jika
atom bertambah besar. Kecenderungan ini hanya dapat diamati untuk Cl2, Br, dan
I2. Perhatikan Gambar 4.2 di samping. Energi ikatan F2 sangat rendah (158
kJmo-1), karena terjadi tolak menolak antara elektron tak-terikat. Hal inilah
yang menyebabkan F2 sangat reaktif. Energi ionisasi unsur halogen sangat tinggi
dan yang paling tinggi adalah fluor. Molekul halogen berwarna karena menyerap sinar
tampak sebagai hasil eksitasi. Unsur-unsur ini adalah oksidator kuat dan
mempunyai potensial elektrode negatif.
b. Sifat Kimia
Fluor dan klor membantu reaksi pembakaran dengan
cara seperti oksigen. Brom berupa cairan merah tua pada suhu kamar mempunyai
tekanan uap yang tinggi. Fluor dan klor biasanya berupa gas. Reaksi-reaksi
halogen antara lain seperti berikut.
1) Reaksi Halogen dengan Air
Semua unsur halogen kecuali fluor
berdisproporsionasi dalam air, artinya dalam reaksi halogen dengan air maka
sebagian zat teroksidasi dan sebagian lain tereduksi. Fluorin bereaksi sempurna
dengan air menghasilkan asam fluorida dan oksigen. Reaksi yang terjadi seperti
berikut.
Ion ClO¯ merupakan bahan aktif zat pemutih.
Senyawa NaClO digunakan sebagai zat pemutih kertas, pulp, tekstil, dan bahan
pakaian.
2) Reaksi Halogen dengan Hidrogen
Halogen bereaksi dengan hidrogen membentuk
hidrogen halida. Secara umum reaksi yang terjadi dapat dituliskan seperti
berikut.
Reaksi F2 dan Cl2 dengan hidrogen disertai
ledakan tetapi bromin dan iodin bereaksi dengan lambat.
3) Reaksi Halogen dengan Halogen
Reaksi halogen dengan halogen menghasilkan
senyawa yang dinamakan senyawa antarhalogen. Unsur yang lebih elektronegatif
sebagai zat oksidator dan diberi bilangan oksidasi negatif dalam senyawaannya.
Perhatikan contoh reaksi berikut ini.
Senyawa-senyawa antarhalogen bersifat diamagnetik
dan merupakan oksidator kuat. Senyawa antarhalogen dapat mengalami reaksi
hidrolisis. Perhatikan reaksi berikut.
4) Reaksi Halogen dengan Logam
Halogen bereaksi dengan kebanyakan logam. Bromin
dan iodin tidak bereaksi dengan emas, platinum atau beberapa logam mulia
lainnya. Perhatikan contoh reaksi fluorin dengan tembaga berikut.
5) Reaksi Halogen dengan Hidrokarbon Halogen
umumnya bereaksi dengan hidrokarbon dengan cara menggantikan atom-atom
hidrogen. Perhatikan contoh reaksi metana dengan klorin berikut ini.
6) Reaksi Halogen dengan Nonlogam dan Metaloid
Tertentu Halogen bereaksi secara langsung dengan sejumlah nonlogam dan
metaloid. Unsur nonlogam fosfor dan metaloid boron, arsen, dan stirium (misal
Y) bereaksi dengan unsur halogen (X), reaksi yang terjadi seperti berikut.
Fluorin mudah bereaksi tetapi iodin sukar
bereaksi. Adapun nitrogen tidak langsung bersatu dengan halogen karena
ketidakaktifannya.
c. Kereaktifan
Kereaktifan golongan halogen menurun secara
teratur mulai fluor hingga iod. Kereaktifan ini dikaitkan dengan kemampuannya
menerima elektron membentuk ion negatif. Perhatikan harga afinitas elektron
pada Tabel 4.7. Harga afinitas elektron dari atas ke bawah berkurang. Hal ini
karena makin bertambah jari-jari atomnya sehingga gaya tarik inti terhadap elektron terluar
makin berkurang.
d. Daya Oksidasi
Daya oksidasi halogen dari atas ke bawah makin
berkurang. Jadi iod merupakan reduktor terkuat. Daya oksidasi ini dapat dilihat
dari harga potensial elektrodenya.
8. Golongan Gas Mulia
Golongan gas mulia terdiri atas helium (He), neon
(Ne), argon (Ar), kripton (Kr), dan xenon (Xe). Gas mulia memiliki konfigurasi
elektron yang penuh. Oleh karena itu, unsur gas mulia stabil.
a. Sifat Fisika
Setiap sifat tertentu dari unsur ini berubah
secara teratur. Unsur gas mulia memiliki titik leleh dan titik didih yang
rendah serta kalor penguapan yang rendah. Hal ini menunjukan bahwa terdapat
ikatan Van der Waals yang sangat lemah antaratom. Helium adalah zat yang
mempunyai titik didih yang paling rendah. Perhatikan sifat-sifat fisika gas
mulia pada tabel berikut.
b. Sifat Kimia
Pada tahun 1962, Neil Bartlett berhasil
membuat sebuah senyawaan stabil yang dianggap sebagai XePtF6. Hal ini tentu
menggemparkan, karena telah lama dikenal bahwa unsur golongan VIIIA bersifat
inert. Setelah ini, tidak lama kemudian ahli riset lainnya menunjukkan bahwa
xenon dapat bereaksi langsung dengan fluor membentuk senyawaan biner seperti
XeF2, XeF4, dan XeF6. Adapun bentuk senyawa-senyawa dari unsur xenon dengan
bilangan oksidasinya adalah seperti berikut.
1) Bilangan Oksidasi +2
Kripton dan xenon dapat membentuk KrF2 dan XeF2
jika kedua unsur ini diradiasi dengan uap raksa dalam fluor. Xe(II) dapat
bereaksi selanjutnya menjadi XeF4 jika suhu dinaikkan. Adapun XeF2 dapat
terbentuk jika xenon padat direaksikan dengan difluoroksida pada suhu -120 °C.
XeF2 dan KrF2 berbentuk molekul linier dengan
hibdridisasi sp3d.
2) Bilangan Oksidasi + 4
Xenon(IV) fluorida dapat dibuat dengan memanaskan
campuran xenon dan fluor dengan komposisi 1 : 5 pada tekanan 6 atm, dan
menggunakan nikel sebagai katalis.
XeF4 mempunyai struktur bujur sangkar dengan
hibridisasi d2sp3 pada suhu 400 °C.
3) Bilangan Oksidasi +6
Hanya xenon yang dapat membentuk XeF6. Senyawa
ini dibuat dengan memanaskan campuran kedua unsur ini dengan komposisi Xe : F2
= 1 : 20 pada suhu 300 °C dan tekanan 50 atm.
Xenon(VI) fluorida mempunyai bentuk oktahendral (distorted).
Pada suhu kamar berbentuk kristal berwarna dan memiliki titik leleh 48 °C.
Senyawa ini bereaksi dengan silika membentuk senyawa oksi gas mulia yang paling
stabil.
Pada suhu kamar XeOF4 berbentuk cairan tidak
berwarna. XeF6 dapat mengalami hidrolisis membentuk xenon(VI) oksida, dengan
reaksi seperti berikut.
4) Bilangan Oksidasi +8
Xe(IV) dapat dioksidasi menjadi Xe(VIII) oleh
ozon dalam larutan basa. Xe(VIII) hanya stabil dalam larutan. Selain senyawa
xenon, telah berhasil dibuat kripton fluorida, KrF2 dan radon fluorida, RnF2.
Radon bereaksi spontan dengan fluor pada suhu kamar. Adapun kripton bereaksi
dengan fluor hanya jika keduanya disinari atau melepaskan muatan listrik. Akan
tetapi belum dilaporkan adanya senyawa helium, neon atau argon.
Kimia Unsur Golongan Transisi
Periode Keempat
Dalam tulisan ini, kita akan mempelajari tentang sifat unsur transisi
periode keempat, reaksi kimia dan pengolahan unsur transisi periode keempat,
pemanfaatan unsur transisi periode keempat dalam kehidupan sehari-hari, sifat
senyawa kompleks yang terbentuk dari berbagai unsur transisi periode keempat,
serta penulisan nama senyawa kompleks yang terbentuk.
Unsur transisi periode keempat umumnya memiliki elektron valensi pada
subkulit 3d yang belum terisi penuh (kecuali unsur Seng (Zn) pada Golongan
IIB). Hal ini menyebabkan unsur transisi periode keempat memiliki beberapa
sifat khas yang tidak dimiliki oleh unsur-unsur golongan utama, seperti
sifat magnetik, warna ion, aktivitas katalitik, serta kemampuan membentuk
senyawa kompleks. Unsur transisi periode keempat terdiri dari sepuluh unsur,
yaitu Skandium (Sc), Titanium (Ti), Vanadium (V), Kromium (Cr), Mangan (Mn),
Besi (Fe), Kobalt (Co), Nikel (Ni), Tembaga (Cu), dan Seng (Zn). Dalam satu
periode dari kiri (Sc) ke kanan (Zn), keelektronegatifan unsur hampir sama,
tidak meningkat maupun menurun secara signifikan. Selain itu, ukuran atom
(jari-jari unsur) serta energi ionisasi juga tidak mengalami perubahan
signifikan. Oleh sebab itu, dapat disimpulkan bahwa semua unsur transisi
periode keempat memiliki sifat kimia dan sifat fisika yang serupa. Hal ini
berbeda dengan unsur utama yang mengalami perubahan sifat yang sangat signifikan
dalam satu periode.
Unsur transisi periode keempat umumnya memiliki keelektronegatifan yang
lebih besar dibandingkan unsur Alkali maupun Alkali tanah, sehingga kereaktifan
unsur transisi tersebut lebih rendah bila dibandingkan Alkali maupun Alkali
Tanah. Sebagian besar unsur transisi periode keempat mudah teroksidasi
(memiliki E°
red negatif), kecuali unsur Tembaga yang cenderung mudah
tereduksi (E°
Cu = + 0,34 V). Hal ini berarti bahwa secara teoritis,
sebagian besar unsur transisi periode keempat dapat bereaksi dengan asam kuat
(seperti HCl) menghasilkan gas hidrogen, kecuali unsur Tembaga. Akan tetapi,
pada kenyataanya, kebanyakan unsur transisi periode keempat sulit atau bereaksi
lambat dengan larutan asam akibat terbentuknya lapisan oksida yang dapat
menghalangi reaksi lebih lanjut. Hal ini terlihat jelas pada unsur Kromium.
Walaupun memiliki potensial standar reduksi negatif, unsur ini sulit bereaksi
dengan asam akibat terbentuknya lapisan oksida (Cr
2O
3)
yang inert. Sifat inilah yang dimanfaatkan dalam proses perlindungan logam dari
korosi (perkaratan).
Dibandingkan unsur Alkali dan Alkali Tanah, unsur-unsur transisi periode
keempat memiliki susunan atom yang lebih rapat (
closed packing).
Akibatnya, unsur transisi tersebut memiliki kerapatan (densitas) yang jauh
lebih besar dibandingkan Alkali maupun Alkali Tanah. Dengan demikian, ikatan
logam (
metallic bonds) yang terjadi pada unsur transisi lebih
kuat. Hal ini berdampak pada titik didih dan titik leleh unsur transisi yang
jauh lebih tinggi dibandingkan unsur logam golongan utama. Selain itu, entalpi
pelelehan dan entalpi penguapan unsur transisi juga jauh lebih tinggi
dibandingkan unsur logam golongan utama.
Unsur transisi periode keempat memiliki tingkat oksidasi (bilangan oksidasi)
yang bervariasi. Hal ini disebabkan oleh tingkat energi subkulit 3d dan 4s yang
hampir sama. Oleh sebab itu, saat unsur transisi melepaskan elektron pada
subkulit 4s membentuk ion positif (kation), sejumlah elektron pada subkulit 3d
akan ikut dilepaskan. Bilangan oksidasi umum yang dijumpai pada tiap unsur
transisi periode keempat adalah +2 dan +3. Sementara, bilangan oksidasi
tertinggi pada unsur transisi periode keempat adalah +7 pada unsur Mangan (4s
2
3d
7). Bilangan oksidasi rendah umumnya ditemukan pada ion Cr
3+,
Mn
2+, Fe
2+, Fe
3+, Cu
+, dan Cu
2+,
sedangkan bilangan oksidasi tinggi ditemukan pada anion oksida, seperti CrO
42-,
Cr
2O
72-, dan MnO
4-.
Perubahan bilangan oksidasi ditunjukkan oleh perubahan warna larutan.
Sebagai contoh, saat ion Cr
+7 direduksi menjadi ion Cr
3+,
warna larutan berubah dari orange (jingga) menjadi hijau.
Cr
2O
72-(aq) +
14 H
+(aq) + 6 e
- ——> 2 Cr
3+(aq)
+ 7 H
2O
(l)
Besi (Fe) adalah unsur yang cukup melimpah di kerak bumi (sekitar 6,2% massa kerak bumi). Besi
jarang ditemukan dalam keadaan bebas di alam. Besi umumnya ditemukan dalam
bentuk mineral (bijih besi), seperti
hematite (Fe2O3),
siderite (FeCO3), dan
magnetite (Fe3O4).
Logam Besi bereaksi dengan larutan asam klorida menghasilkan gas hidrogen.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Fe
(s) + 2 H
+(aq) ——> Fe
2+(aq)
+ H
2(g)
Larutan asam sulfat pekat dapat mengoksidasi logam Besi menjadi ion Fe
3+.
Sementara larutan asam nitrat pekat akan membentuk lapisan oksida Fe
3O
4
yang dapat menghambat reaksi lebih lanjut. Umumnya, Besi dijumpai dalam bentuk
senyawa dengan tingkat oksidasi +2 dan +3. Beberapa contoh senyawa Besi (II)
antara lain FeO (hitam), FeSO
4. 7H
2O (hijau), FeCl
2 (kuning),
dan FeS (hitam). Ion Fe
2+ dapat
dengan mudah teroksidasi menjadi ion Fe
3+ bila terdapat gas oksigen
yang cukup dalam larutan Fe
2+. Sementara itu, senyawa yang
mengandung ion Besi (III) adalah Fe
2O
3 (coklat-merah) dan
FeCl
3 (coklat).
Tembaga (Cu) merupakan unsur yang jarang ditemukan di alam (
precious
metal). Tembaga umumnya ditemukan dalam bentuk senyawanya, yaitu bijih
mineral, seperti
kalkopirit (CuFeS2) dan
kalkosit
(Cu2S). Logam Tembaga dapat diperoleh melalui pemanggangan
kalkopirit,
seperti yang dinyatakan dalam persamaan reaksi di bawah ini :
2 CuFeS
2(s) + 4 O
2(g) ——> Cu
2S
(s)
+ 2 FeO
(s) + 3 SO
2(g)
Cu
2S
(s) + O
2(g) ——> 2Cu
(l)
+ SO
2(g)
Logam Tembaga dapat dimurnikan melalui proses elektrolisis (Logam Tembaga
memiliki koduktivitas elektrik yang tinggi. Dengan demikian, logam tembaga
sering digunakan sebagai kawat penghantar listrik. Selain itu, Tembaga juga
digunakan pada pembuatan
alloy (sebagai contoh,
kuningan,
merupakan
alloy dari
Cu dan Zn),bahan pembuatan pipa,
dan bahan dasar pembuatan koin (uang logam).
Logam Tembaga bereaksi hanya dengan campuran asam sulfat dan asam nitrat
pekat panas (dikenal dengan istilah
aqua regia). Bilangan
oksidasi Tembaga adalah +1 dan +2. Ion Cu
+ kurang stabil dan
cenderung mengalami
disproporsionasi dalam larutan. Reaksi
yang terjadi adalah sebagai berikut :
2 Cu
+(aq) ——> Cu
(s) + Cu
2+(aq)
Semua senyawa Tembaga (I) bersifat
diamagnetik dan tidak
berwarna (kecuali Cu
2O yang berwarna merah), sedangkan semua senyawa
Tembaga (II) bersifat
paramagnetik dan berwarna. Senyawa
hidrat yang mengandung ion Cu
2+ berwarna biru. Beberapa contoh
senyawa yang mengandung Tembaga (II) adalah CuO (hitam), CuSO
4.5H
2O
(biru), dan CuS (hitam).
Senyawa Koordinasi adalah senyawa yang terbentuk dari ion
sederhana (kation maupun anion) serta
ion kompleks. Unsur
transisi periode keempat dapat membentuk berbagai jenis
ion kompleks.
Ion kompleks terdiri dari
kation logam transisi
dan
ligan.
Ligan adalah molekul atau
ion yang terikat pada kation logam transisi. Interaksi antara
kation
logam transisi dengan
ligan merupakan reaksi
asam-basa
Lewis. Menurut
Lewis,
ligan merupakan
basa Lewis yang berperan sebagai spesi pendonor (donator)
elektron. Sementara itu,
kation logam transisi merupakan
asam
Lewis yang berperan sebagai spesi penerima (akseptor) elektron. Dengan
demikian, terjadi ikatan
kovalen koordinasi (datif) antara
ligan
dengan
kation logam transisi pada proses pembentukan
ion
kompleks.
Kation logam transisi kekurangan elektron,
sedangkan
ligan memiliki sekurangnya sepasang elektron bebas (
PEB).
Beberapa contoh molekul yang dapat berperan sebagai
ligan adalah
H
2O, NH
3, CO, dan ion Cl
-.
Bilangan koordinasi adalah jumlah
ligan yang
terikat pada
kation logam transisi. Sebagai contoh,
bilangan
koordinasi Ag
+ pada ion [Ag(NH
3)
2]
+
adalah dua,
bilangan koordinasi Cu
2+ pada ion
[Cu(NH
3)
4]
2+ adalah empat, dan
bilangan
koordinasi Fe
3+ pada ion [Fe(CN)
6]
3-
adalah enam.
Bilangan koordinasi yang sering dijumpai adalah 4 dan 6.
Berdasarkan jumlah atom donor yang memiliki pasangan elektron bebas (
PEB)
pada
ligan,
ligan dapat dibedakan menjadi
monodentat,
bidentat, dan
polidentat. H
2O dan
NH
3 merupakan
ligan monodentat (mendonorkan satu pasang
elektron). Sedangkan Etilendiamin (H
2N-CH
2-CH
2-NH
2,
sering disebut dengan istilah
en) merupakan contoh
ligan
bidentat (mendonorkan dua pasang elektron).
Ligan bidentat dan
polidentat sering disebut sebagai
agen chelat (mampu
mencengkram
kation logam transisi dengan kuat).
Muatan
ion kompleks adalah penjumlahan
dari muatan
kation logam transisi dengan
ligan yang
mengelilinginya. Sebagai contoh, pada ion [PtCl
6]
2-,
bilangan oksidasi masing-masing
ligan (ion Cl-) adalah
-1. Dengan demikian, bilangan oksidasi Pt (
kation logam transisi)
adalah +4. Contoh lain, pada ion [Cu(NH
3)
4]
2+,
bilangan oksidasi masing-masing
ligan (molekul NH3) adalah
0 (nol). Dengan demikian, bilangan oksidasi Cu (
kation logam transisi)
adalah +2.
Berikut ini adalah beberapa aturan yang berlaku dalam penamaan suatu
ion
kompleks maupun
senyawa kompleks :
1. Penamaan kation mendahului anion; sama seperti penamaan senyawa ionik
pada umumnya.
2. Dalam
ion kompleks, nama
ligan disusun
menurut urutan abjad, kemudian dilanjutkan dengan nama
kation logam
transisi.
3. Nama
ligan yang sering terlibat dalam pembentukan
ion
kompleks dapat dilihat pada
Tabel Nama Ligan.
4. Ketika beberapa
ligan sejenis terdapat dalam
ion
kompleks, digunakan awalan
di-, tri-, tetra-, penta-, heksa-, dan
sebagainya.
5. Bilangan oksidasi
kation logam transisi dinyatakan dalam
bilangan Romawi.
6. Ketika
ion kompleks bermuatan negatif, nama
kation
logam transisi diberi akhiran
–at. Nama
kation
logam transisi pada
ion kompleks bermuatan negatif
dapat dilihat pada
Tabel Nama Kation pada Anion Kompleks.
Tabel Nama Ligan
Ligan
|
Nama Ligan
|
Bromida, Br-
|
Bromo
|
Klorida, Cl-
|
Kloro
|
Sianida, CN-
|
Siano
|
Hidroksida, OH-
|
Hidrokso
|
Oksida, O2-
|
Okso
|
Karbonat, CO32-
|
Karbonato
|
Nitrit, NO2-
|
Nitro
|
Oksalat, C2O42-
|
Oksalato
|
Amonia, NH3
|
Amina
|
Karbon Monoksida, CO
|
Karbonil
|
Air, H2O
|
Akuo
|
Etilendiamin
|
Etilendiamin (en)
|
Tabel Nama Kation pada Anion Kompleks
Kation
|
Nama Kation pada Anion
Kompleks
|
Aluminium, Al
|
Aluminat
|
Kromium, Cr
|
Kromat
|
Kobalt, Co
|
Kobaltat
|
Cuprum, Cu
|
Cuprat
|
Aurum, Au
|
Aurat
|
Ferrum, Fe
|
Ferrat
|
Plumbum, Pb
|
Plumbat
|
Mangan, Mn
|
Manganat
|
Molibdenum, Mo
|
Molibdat
|
Nikel, Ni
|
Nikelat
|
Argentum, Ag
|
Argentat
|
Stannum, Sn
|
Stannat
|
Tungsten, W
|
Tungstat
|
Zink, Zn
|
Zinkat
|
Berikut ini adalah beberapa contoh penulisan nama
maupun
rumus kimia dari berbagai
senyawa kompleks :
1. Ni(CO)
4
Bilangan koordinasi = 4
Muatan ion kompleks = 0
Muatan ligan = 0
Muatan kation logam transisi = 0
Nama senyawa =
tetrakarbonil nikel (0) atau
nikel
tetrakarbonil
2. NaAuF
4
Terdiri dari kation sederhana (Na
+) dan anion kompleks (AuF
4-)
Bilangan koordinasi = 4
Muatan anion kompleks = -1
Muatan ligan = -1 x 4 = -4
Muatan kation logam transisi = +3
Nama senyawa =
natrium tetrafluoro aurat (III)
3. K
3[Fe(CN)
6]
Terdiri dari kation sederhana (3 ion K
+) dan anion kompleks
([Fe(CN)
6]
-3)
Bilangan koordinasi = 6
Muatan anion kompleks = -3
Muatan ligan = -1 x 6 = -6
Muatan kation logam transisi = +3
Nama senyawa =
kalium heksasiano ferrat (III) atau
kalium
ferrisianida
4. [Cr(en)
3]Cl
3
Terdiri dari kation kompleks ([Cr(en)
3]
3+) dan anion
sederhana (3 ion Cl
-)
Bilangan koordinasi = 3 x 2 (bidentat) = 6
Muatan kation kompleks = +3
Muatan ligan = 3 x 0 = 0
Muatan kation logam transisi = +3
Nama senyawa =
tris-(etilendiamin) kromium (III) klorida
5. Pentaamin kloro kobalt (III) klorida
Terdapat 5 NH
3, satu Cl
-, satu Co
3+, dan
ion Cl
-
Muatan kation kompleks = (5 x 0) + (1 x -1) + (1 x +3) = +2
Untuk membentuk senyawa kompleks, dibutuhkan dua ion Cl
-
Rumus senyawa kompleks =
[Co(NH3)5Cl]Cl2
6. Dikloro bis-(etilendiamin) platinum (IV) nitrat
Terdapat 2 Cl
-, 2 en, satu Pt
4+, dan ion NO
3-
Muatan kation kompleks = (2 x -1) + (2 x 0) + (1 x +4) = +2
Untuk membentuk senyawa kompleks, dibutuhkan dua ion NO
3-
Rumus senyawa kompleks =
[Pt(en)2Cl2](NO3)2
7. Natrium heksanitro kobaltat (III)
Terdapat 6 NO
2-, satu Co
3+, dan ion Na
+
Muatan anion kompleks = (6 x -1) + (1 x +3) = -3
Untuk membentuk senyawa kompleks, dibutuhkan tiga ion Na
+
Rumus senyawa kompleks =
Na3[Co(NO2)6]
8. Tris-(etilendiamin) kobalt (III) sulfat
Terdapat 3 en, satu Co
3+, dan ion SO
42-
Muatan kation kompleks = (3 x 0) + (1 x +3) = +3
Untuk membentuk senyawa kompleks, dua kation kompleks membutuhkan tiga ion
SO
42-
Rumus senyawa kompleks =
([Co(en)3])2(SO4)3
Bentuk
ion kompleks dipengaruhi oleh jumlah
ligan,
jenis
ligan, dan jenis
kation logam transisi.
Secara umum, bentuk
ion kompleks dapat ditentukan melalui
bilangan
koordinasi. Hubungan antara
bilangan koordinasi
terhadap bentuk
ion kompleks dapat dilihat pada tabel berikut
:
Bilangan Koordinasi
|
Bentuk Ion Kompleks
|
2
|
Linear
|
4
|
Tetrahedral atau Square Planar
|
6
|
Oktahedral
|