Unsur-Unsur Transisi

A. UNSUR-UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT DI ALAM

Sebagian besar logam terdapat di alam dalam bentuk senyawa. Hanya sebagian kecil terdapat dalam keadaan bebas seperti emas, perak dan sedikit tembaga. Pada umumnya terdapat dalam bentuk senyawa sulfida dan oksida, karena senyawa ini sukar larut dalam air. Contohnya :

1. Pirit : FeS2
2. Kalkopirit : CuFeS2
3. Hematit : Fe2O3
4. Magnetit : Fe3O4
5. Siderit : FeCO3
6. Pirolusit : MnO2
7. Rutil : TiO2
8. Kromit : Cr2O3
9. Seng blende/spalerit : ZnS
10. Kalkosit : Cu2S

B.Proses Pengolahan

Pengolahan logam dari bijih disebut metalurgi. Bijih adalah mineral atau benda alam lainnya yang secara ekonomis dapat diambil logamnya. Karena logam banyak terdapat dalam bentuk senyawa (oksida, sulfida), maka prosesnya selalu reduksi.

Ada tiga tingkat proses pengolahan, yaitu :

1. Menaikan konsentrasi bijih.

2. proses reduksi

3. Pembersihan, pembuatan aliase dan pemurnian

1. Menaikan Konsentrasi Bijih.

Memisahkan bijih dari campurannya misalnya dengan ditumbuk, lalu dipisahkan dengan berbagai cara, misalnya :

a. Dicuci dengan air.

b. Diapungkan dengan deterjen atau zat pembuih (flotasi)

c. Dipisahkan dengan magnet

d. Dengan pemanggangan. Bijih dipanaskan di udara terbuka, menghasilkan oksidanya.

2 ZnS + 3 O2 2ZnO + 2 SO2

e. Dilarutkan sehingga terbentuk senyawa kompleks

2. Proses Reduksi

Umumnya menggunakan reduktor yang murah yaitu karbon (kokes). Untuk logam yang reaktif digunakan reduktor yang lebih kuat seperti hidrogen, logam alkali tanah dan alumunium. Logam-logam yang sangat reaktif dilakukan reduksi elektrolisis (reduksi katodik)

a. Reduksi dengan karbon (C) :

ZnO + C Zn + CO

Fe2O3 + 3 CO 2 Fe + 3CO2

b. Reduksi dengan logam yang lebih reaktif :

TiCl4 + 2 Mg Ti + 2MgCl2

Cr2O3 + 2 Al 2 Cr + Al2O3

3. Proses Pemurnian (refining)

Dengan proses-proses peleburan, destilasi atau dengan elektrolisis. Proses peleburan misalnya untuk memperoleh tembaga 99% untuk membuat baja dan sebagainya. Untuk memperoleh tembaga yang murni untuk keperluan teknik listrik dilakukan dengan elektrolisis. Dengan destilasi misalnya pada pembuatan air raksa dan seng. Berikut ikhtisar mineral dan cara memperoleh logam transisi periode 4.

Unsur Unsur	Bijih/mineral	Senyawa yang direduksi	Pereduksi
Sc		Tidak dibuat dalam skala industri
Ti	Rutile, TiO2	TiCl4	Mg atau Na
V	Carnolite, V2O5	V2O5	Al
Cr	Chromite, FeCr2O4	Na2Cr2O7	C lalu Al
Mn	Pyrolucite, MnO2	Mn3O4	Al
Fe	Haematite, Fe2O3	Fe2O3	C atau CO
	Magnetite, Fe3O4
Co	Cobaltite, Co As S	Co3O4	Al
Ni	Millerite, NiS	NiO	C
Cu	Copper glance, CuS	Cu2S	S*
Zn	Zink blende, ZnS	ZnO	C(CO)

Tabel 55.1 Mineral dan cara memperoleh logam transisi periode keempat

* Reduksi sendiri : Cu2S(s) + O2 (g) 2 Cu(s) + SO2(g)

> BESI DIEKSTRAKSI DARI OKSIDA BESI DENGAN REDUKTOR KARBON<

PENGOLAHAN BESI BAJA

Bahan dasar : Bijih besi hematit Fe2O3, magnetit Fe3O4, bahan tambahan batu gamping, CaCO3 atau pasir (SiO2). Reduktor kokes (C)

Dasar reaksi : Reduksi dengan gas CO, dari pembakaran tak sempurna C

Tempat : Dapur tinggi (tanur tinggi), yang dindingnya terbuat dari batu tahan api.

Gb.55.1. Dapur Tinggi

Reaksi dalam dapur tinggi adalah kompleks. Secara sederhana dapat dilihat pada penjelasan berikut. Dalam 24 jam rata-rata menghasilkan 1.000 – 2.000 ton besi kasar dan 500 ton kerak (terutama CaSiO3). Kira-kira 2 ton bijih, 1 ton kokes dan 0,3 ton gamping dapat menghasilkan 1 ton besi kasar.

Reaksi yang terjadi :

1. Reaksi pembakaran.

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

C + O2 CO2

CO2 + C 2CO

2. Proses reduksi

Gas CO mereduksi bijih.

Fe2O3 + 3CO 2 Fe + 3 CO2

Fe3O4 + 4CO 3 Fe + 4 CO2

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

3. Reaksi pembentukan kerak

CaCO3 CaO + CO2

CaO + SiO2 CaSiO3 kerak

pasir

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

baja ringan kadar C : 0,05 – 0,2 %

baja medium kadar C : 0,2 – 0,7 %

baja keras kadar C : 0,7 – 1,6 %

Pembuatan baja :

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

1. Proses Bessemer :

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

2. Open-hearth process

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

3. Dengan dapur listrik.

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

C. EKSTRAKSI TEMBAGA DARI BIJIHNYA DILAUKAN MELALUI RANGKAIAN REAKSI REDOKS.

Pengolahan tembaga

Tembaga terdapat di alam dalam bentuk senyawa Cu2S, Cu2O. Bijih tembaga dinaikan konsentrasinya dengan proses pengapungan (flotasi) lalu dikenakan proses pemanggangan. Maka terjadi proses reduksi intramolekuler, diperoleh tembaga.

Reaksinya :

Cu2S + O2 2 Cu + SO2

2 Cu2S + 3 O2 2 Cu2O + 2 SO2

Cu2S + 2 Cu2O 6 Cu + SO2

Tembaga yang diperoleh belum murni tetapi sudah dapat digunakan untuk berbagai keperluan seperti pipa, bejana, dan lain-lain, tetapi belum baik untuk penghantar listrik. Untuk memurnikan dilakukan proses elektrolis.

Proses pemurnian tembaga :

Susunan : - Katode : logam Cu dilapis tipis dengan karbon grafit.

- Anode : logam Cu tak murni

- Elektrolit : larutan CuSO4

Reaksi : Katode : Cu+2 + 2 e- Cu menempel katode.

Anode : Cu (An) Cu+2 + 2e-

Cu(An) Cu (katode)

Yang dapat tereduksi pada katode hanya Cu, sedang logam yang kurang reaktif (Ag, Au) mengendap di dasar bejana, dan logam yang lebih reaktif (Fe) tetap dalam larutan, sebagai ion Fe2+, Ag dan Au merupakan hasil tambahan.

C.Sifat-sifat Unsur-unsur transisi

a. Sifat Fisika Unsur Transisi Periode Empat

Sifat-sifat unsur peralihan deret pertama dari Sc sampai Cu adalah mempunyai titik cair yang tinggi, daya hantar listrik yang baik, dan kekerasan yang sedang sampai tinggi. Skandium dan zink berwarna putih, tidak seperti senyawa unsur lain yang pada umumnya berwarna. Hal ini karena skandium dan zink masing-masing mempunyai satu macam bilangan oksidasi yaitu +3 dan +2.

1. Sifat Logam                                               

Kecuali seng logam-logam transisi memiliki elektron-elektron yang

berpasangan. Hal ini lebih memungkinkan terjadinya ikatan-ikatan logam

dan ikatan kovalen antaratom logam transisi. Ikatan kovalen tersebut dapat

terbentuk antara elektron-elektron yang terdapat pada orbital d. Dengan

demikian, kisi kristal logam-logam transisi lebih sukar dirusak dibanding

kisi kristal logam golongan utama. Itulah sebabnya logam-logam transisi

memiliki sifat keras, kerapatan tinggi, dan daya hantar listrik yang lebih

baik dibanding logam golongan utama.

2. TItik Leleh dan Titik Didih

Unsur-unsur transisi umumnya memiliki titik leleh dan titik didih yang

tinggi karena ikatan antaratom logam pada unsur transisi lebih kuat.

Titik leleh dan titik didih seng jauh lebih rendah dibanding unsur

transisi periode keempat lainnya karena pada seng orbital d-nya telah terisi

penuh sehingga antaratom seng tidak dapat membentuk ikatan kovalen.

3. Sifat Magnet

Pengisian elektron unsur-unsur transisi pada orbital d belum penuh

mengakibatkan ion-ion unsur transisi bersifat paramagnetik artinya atom

atau ion logam transisi tertarik oleh medan magnet. Unsur-unsur dan

senyawa-senyawa dari logam transisi umumnya mempunyai elektron yang

tidak berpasangan dalam orbital-orbital d. Semakin banyak elektron yang

tidak berpasangan, makin kuat sifat paramagnetiknya.

4. Jari-Jari Atom

Tidak seperti periode ketiga, jari-jari atom unsur-unsur transisi periode

keempat tidak teratur dari kiri ke kanan. Hal ini dipengaruhi oleh

banyaknya elektron-elektron 3d yang saling tolak-menolak yang dapat

memperkecil gaya tarik inti atom terhadap elektron-elektron. Akibatnya

elektron-elektron akan lebih menjauhi inti atom, sehingga jari-jari atomnya

lebih besar.

2. Sifat Kimia

Unsur transisi mempunyai sifat khas yang berbeda dengan unsur lain. Adapun sifat khasnya antara lain, sebagai berikut.

a. Mempunyai Berbagai Macam Bilangan Oksidasi

Perhatikan konfigurasi elektron dan bilangan oksidasi unsur transisi deret pertama pada Tabel 5.3 dan Tabel 5.4. Unsur transisi memiliki elektron pada orbital d. Energi elektron dalam orbital d hampir sama besar. Untuk mencapai kestabilan, unsur-unsur ini membentuk ion dengan cara melepaskan elektron dalam jumlah yang berbeda. Oleh karena itu unsur-unsur ini mempunyai dua macam bilangan oksidasi atau lebih dalam senyawanya.

b. Banyak Senyawaannya Bersifat Paramagnetik

Sifat magnetik suatu zat apakah terdiri atas atom, ion atau molekul ditentukan oleh struktur elektronnya. Interaksi antara zat dan medan magnet dibedakan menjadi dua, yaitu diamagnetik dan paramagnetik. Zat paramagnetik tertarik oleh medan magnet, sedangkan zat diamagnetik tidak. Banyak unsur transisi dan senyawaannya bersifat paramagnetik. Hal ini disebabkan adanya elektron yang tidak berpasangan. Perkiraan momen magnetik yang disebabkan oleh spin elektron tak berpasangan ditentukan dengan persamaan berikut.

Makin banyak jumlah elektron yang tidak berpasangan, makin besar momen magnetiknya sehingga makin besar sifat paramagnetik. Hubungan ini dapat kita buat grafik seperti pada Gambar 5.1 berikut.

Berdasarkan grafik ini, dapat kita lihat bahwa dalam satu periode dari kiri ke kanan hingga pada ion Mn2+ momen magnetiknya makin besar, selanjutnya makin berkurang secara teratur. Begitu juga dengan sifat paramagnetiknya.

c. Ion Unsur Transisi Berwarna

Berbeda dengan unsur-unsur alkali dan alkali tanah, pada umumnya ion unsur transisi membentuk senyawa berwarna. Beberapa di antaranya dapat dilihat pada Tabel 5.6.

Ion-ion dengan tingkat oksidasi yang berbeda mempunyai warna yang berbeda. Misalnya, perhatikan warna ion unsur mangan pada Tabel 5.6 di atas. Terjadinya warna pada ion unsur transisi karena ion unsur transisi mempunyai elektron yang tidak berpasangan pada subkulit 3d dan elektron-elektron itu terpecah dengan tingkat energi yang berbeda. Elektron-elektron itu tereksitasi dari tingkat energi yang lebih rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi dengan menyerap energi. Perubahan tingkat energi ini setara dengan energi cahaya tampak.Adapun pada ion zink tidak berwarna, karena orbital d sudah penuh elektron sehingga tidak terjadi perpindahan energi pada orbital d.

d. Unsur-Unsur Transisi dapat Membentuk Senyawa Kompleks (Senyawa Koordinasi)

Senyawa koordinasi terdiri atas ion logam positif yang disebut juga atom pusat dan sejumlah gugus koordinasi yang disebut ligan. Ion positif bertindak sebagai asam Lewis dan ligan merupakan basa Lewis. Pada umumnya kation yang dapat membentuk senyawa kompleks adalah ion-ion unsur transisi, namun dikenal pula beberapa senyawa koordinasi unsur representatif seperti Mg(III), Ca(II), Al(III), Pb(II), Sn(II), Sn(IV), dan Sb(III).

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

Bagaimana aturan penamaan senyawa koordinasi?

Berikut merupakan tata nama senyawa atau ion kompleks menurut IUPAC.

1) Penamaan Ligan

a) Beberapa ligan diberi nama khusus.

Contoh

NH3 = amin NO = nitrosil

H2O = aqua CO = karbonil

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

Contoh

F¯ = fluoro CN¯ = siano

Cl¯ = kloro OH¯ = hidrokso

Br¯ = bromo CO32¯ = karbonato

CH3COO¯ = asetato C2O42¯ = oksalato

c) Alkil diberi nama seperti tata nama alkana.

Contoh

CH3 = metil C6H5 = fenil

d) Ligan yang menggunakan nama biasa tanpa diberi spasi

Contoh

(CH3)2SO4 = dimetilsulfatsida

C5N2N = piridin

(C6H5)3P = trifenilfosfin

e) Ligan N2 dan O2 disebut dinitrogen dan dioksigen

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

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

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

Contoh

Kompleks kation:

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

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

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

Kompleks netral:

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

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

D.Pemanfaatan Unsur Transisi

Mineral dari logam unsur transisi dapat dijadikan sumber material untuk memproduksi bahan-bahan komersial yang disebut bijih logam. Beberapa contohnya yaitu:

Skandium (Sc) : adalah unsur yang jarang terdapat di alam, semua sifat osidanya mirip, tidak berwarna dan bersifat paramagnetik. Dalam jumlah kecil, Sc digunakan sebagai filamen lampu yang berintensitas tinggi.

Titanium (Ti) : adalah unsur yang banyak terdapat di kerak bumi, sekitar 66%. Selain ringan dan tanhan suhu tinggi, logam titanium tahan segala cuaca sehingga banyak digunaan untuk material, seperti pipa, pompa, tabung reaksi dalam industri kimia, dan mesin mobil. Bahkan sebagai bahan struktural penyusun pesawat terbang bermesin jet, seperti Boeing 747.

Vanadium (V) : tersebar sekitar 0,02% pada kerak bumi. Umumnya digunaan untuk paduan logam besi dan titanium.

Kromium (Cr) : digunakan untuk membuat pelat baja yang bersifat keras dan getas dan dapat mempertahankan permukaan tetap mengkilap.