- Get link
- Other Apps
Gas Mulia (Noble Gas)
Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi. Karat logam umumnya adalah berupa oksida atau karbonat. Rumus kimia karat besi adalah Fe2O3.nH2O, suatu zat padat yang berwarna coklat-merah.
Korosi merupakan proses elektrokimia. Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi itu berlaku sebagai anode, di mana besi mengalami oksidasi.
Fe(s) <–> Fe2+(aq) + 2e
Elektron yang dibebaskan di anode mengalir ke bagian lain dari besi itu yang bertindak sebagai katode, di mana oksigen tereduksi.
O2(g) + 4H+(aq) + 4e <–> 2H2O(l)
atau
O2(g) + 2H2O(l) + 4e <–> 4OH-(aq)
Ion besi(II) yang terbentuk pada anode selanjutnya teroksidasi membentuk ion besi(III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi, yaitu karat besi. Mengenai bagian mana dari besi itu yang bertindak sebagai anode dan bagian mana yang bertindak sebagai katode, bergantung pada berbagai faktor, misalnya zat pengotor, atau perbedaan rapatan logam itu.
Korosi dapat juga diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logam bereaksi secara kimia atau elektrokimia dengan lingkungan. Ada definisi lain yang mengatakan bahwa korosi adalah kebalikan dari proses ekstraksi logam dari bijih mineralnya. Contohnya, bijih mineral logam besi di alam bebas ada dalam bentuk senyawa besi oksida atau besi sulfida, setelah diekstraksi dan diolah, akan dihasilkan besi yang digunakan untuk pembuatan baja atau baja paduan. Selama pemakaian, baja tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi (kembali menjadi senyawa besi oksida).
Deret Volta dan hukum Nernst akan membantu untuk dapat mengetahui kemungkinan terjadinya korosi. Kecepatan korosi sangat tergantung pada banyak faktor, seperti ada atau tidaknya lapisan oksida, karena lapisan oksida dapat menghalangi beda potensial terhadap elektroda lainnya yang akan sangat berbeda bila masih bersih dari oksida.
Korosi
atau perkaratan sangat lazim terjadi pada besi. Besi merupakan logam
yang mudah berkarat. Karat besi merupakan zat yang dihasilkan pada
peristiwa korosi, yaitu berupa zat padat berwarna coklat kemerahan yang
bersifat rapuh serta berpori. Rumus kimia dari karat besi adalah Fe2O3.xH2O. Bila dibiarkan, lama kelamaan besi akan habis menjadi karat.
Dampak dari peristiwa korosi bersifat sangat merugikan. Contoh nyata adalah keroposnya jembatan, bodi mobil, ataupun berbagai konstruksi dari besi lainnya.Siapa di antara kita tidak kecewa bila bodi mobil kesayangannya tahu-tahu sudah keropos karena korosi. Pasti tidak ada. Karena itu, sangat penting bila kita sedikit tahu tentang apa korosi itu, sehingga bisa diambil langkah-langkah antisipasi.
Peristiwa korosi sendiri merupakan proses elektrokimia, yaitu proses (perubahan / reaksi kimia) yang melibatkan adanya aliran listrik. Bagian tertentu dari besi berlaku sebagai kutub negatif (elektroda negatif, anoda), sementara bagian yang lain sebagai kutub positif (elektroda positif, katoda). Elektron mengalir dari anoda ke katoda, sehingga terjadilah peristiwa korosi.
Ion besi (II)yang terbentuk pada anoda selanjutnya teroksidasi menjadi ion besi (III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi (karat besi), Fe2O3.xH2O.
Dari reaksi terlihat bahwa korosi melibatkan adanya gas oksigen dan air. Karena itu, besi yang disimpan dalam udara yang kering akan lebih awet bila dibandingkan ditempat yang lembab. Korosi pada besi ternyata dipercepat oleh beberapa faktor, seperti tingkat keasaman, kontak dengan elektrolit, kontak dengan pengotor, kontak dengan logam lain yang kurang aktif (logam nikel, timah, tembaga), serta keadaan logam besi itu sendiri (kerapatan atau kasar halusnya permukaan).
Pencegahan korosi
Pencegahan korosi didasarkan pada dua prinsip berikut :
- Mencegah kontak dengan oksigen dan/atau air
Korosi besi memerlukan oksigen dan air. Bila salah satu tidak ada, maka peristiwa korosi tidak dapat terjadi. Korosi dapat dicegah dengan melapisi besi dengan cat, oli, logam lain yang tahan korosi (logam yang lebih aktif seperti seg dan krom). Penggunaan logam lain yang kurang aktif (timah dan tembaga) sebagai pelapis pada kaleng bertujuan agar kaleng cepat hancur di tanah. Timah atau tembaga bersifat mampercepat proses korosi.
- Perlindungan katoda (pengorbanan anoda)
Besi yang dilapisi atau dihubugkan dengan logam lain yang lebih aktif akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katoda. Di sini, besi berfungsi hanya sebagai tempat terjadinya reduksi oksigen. Logam lain berperan sebagai anoda, dan mengalami reaksi oksidasi. Dalam hal ini besi, sebagai katoda, terlindungi oleh logam lain (sebagai anoda, dikorbankan). Besi akan aman terlindungi selama logam pelindungnya masih ada / belum habis. Untuk perlindungan katoda pada sistem jaringan pipa bawah tanah lazim digunakan logam magnesium, Mg. Logam ini secara berkala harus dikontrol dan diganti.
- Membuat alloy atau paduan logam yang bersifat tahan karat, misalnya besi dicampur dengan logam Ni dan Cr menjadi baja stainless (72% Fe, 19%Cr, 9%Ni).
Rangkaian sel elektrolisis hampir menyerupai sel volta. Yang membedakan sel elektrolisis dari sel volta adalah, pada sel elektrolisis, komponen voltmeter diganti dengan sumber arus (umumnya baterai). Larutan atau lelehan yang ingin dielektrolisis, ditempatkan dalam suatu wadah. Selanjutnya, elektroda dicelupkan ke dalam larutan maupun lelehan elektrolit yang ingin dielektrolisis. Elektroda yang digunakan umumnya merupakan elektroda inert, seperti Grafit (C), Platina (Pt), dan Emas (Au). Elektroda berperan sebagai tempat berlangsungnya reaksi. Reaksi reduksi berlangsung di katoda, sedangkan reaksi oksidasi berlangsung di anoda. Kutub negatif sumber arus mengarah pada katoda (sebab memerlukan elektron) dan kutub positif sumber arus tentunya mengarah pada anoda. Akibatnya, katoda bermuatan negatif dan menarik kation-kation yang akan tereduksi menjadi endapan logam. Sebaliknya, anoda bermuatan positif dan menarik anion-anion yang akan teroksidasi menjadi gas. Terlihat jelas bahwa tujuan elektrolisis adalah untuk mendapatkan endapan logam di katoda dan gas di anoda.
Ada dua tipe elektrolisis, yaitu elektrolisis lelehan (leburan) dan elektrolisis larutan. Pada proses elektrolisis lelehan, kation pasti tereduksi di katoda dan anion pasti teroksidasi di anoda. Sebagai contoh, berikut ini adalah reaksi elektrolisis lelehan garam NaCl (yang dikenal dengan istilah sel Downs) :
Katoda (-) : 2 Na+(l) + 2 e- ——> 2 Na(s) ……………….. (1)
Anoda (+) : 2 Cl-(l) Cl2(g) + 2 e- ……………….. (2)
Reaksi sel : 2 Na+(l) + 2 Cl-(l) ——> 2 Na(s) + Cl2(g) ……………….. [(1) + (2)]
Reaksi elektrolisis lelehan garam NaCl menghasilkan endapan logam natrium di katoda dan gelembung gas Cl2 di anoda. Bagaimana halnya jika lelehan garam NaCl diganti dengan larutan garam NaCl? Apakah proses yang terjadi masih sama? Untuk mempelajari reaksi elektrolisis larutan garam NaCl, kita mengingat kembali Deret Volta (lihat Elektrokimia I : Penyetaraan Reaksi Redoks dan Sel Volta).
Pada katoda, terjadi persaingan antara air dengan ion Na+. Berdasarkan Tabel Potensial Standar Reduksi, air memiliki E°red yang lebih besar dibandingkan ion Na+. Ini berarti, air lebih mudah tereduksi dibandingkan ion Na+. Oleh sebab itu, spesi yang bereaksi di katoda adalah air. Sementara, berdasarkan Tabel Potensial Standar Reduksi, nilai E°red ion Cl- dan air hampir sama. Oleh karena oksidasi air memerlukan potensial tambahan (overvoltage), maka oksidasi ion Cl- lebih mudah dibandingkan oksidasi air. Oleh sebab itu, spesi yang bereaksi di anoda adalah ion Cl-. Dengan demikian, reaksi yang terjadi pada elektrolisis larutan garam NaCl adalah sebagai berikut :
Katoda (-) : 2 H2O(l) + 2 e- ——> H2(g) + 2 OH-(aq) ……………….. (1)
Anoda (+) : 2 Cl-(aq) ——> Cl2(g) + 2 e- ……………….. (2)
Reaksi sel : 2 H2O(l) + 2 Cl-(aq) ——> H2(g) + Cl2(g) + 2 OH-(aq) ……………………. [(1) + (2)]
Reaksi elektrolisis larutan garam NaCl menghasilkan gelembung gas H2 dan ion OH‑ (basa) di katoda serta gelembung gas Cl2 di anoda. Terbentuknya ion OH- pada katoda dapat dibuktikan dengan perubahan warna larutan dari bening menjadi merah muda setelah diberi sejumlah indikator fenolftalein (pp). Dengan demikian, terlihat bahwa produk elektrolisis lelehan umumnya berbeda dengan produk elektrolisis larutan.
Selanjutnya kita mencoba mempelajari elektrolisis larutan Na2SO4. Pada katoda, terjadi persaingan antara air dan ion Na+. Berdasarakan nilai E°red, maka air yang akan tereduksi di katoda. Di lain sisi, terjadi persaingan antara ion SO42- dengan air di anoda. Oleh karena bilangan oksidasi S pada SO4-2 telah mencapai keadaan maksimumnya, yaitu +6, maka spesi SO42- tidak dapat mengalami oksidasi. Akibatnya, spesi air yang akan teroksidasi di anoda. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Katoda (-) : 4 H2O(l) + 4 e- ——> 2 H2(g) + 4 OH-(aq) ……………….. (1)
Anoda (+) : 2 H2O(l) ——> O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e- ……………….. (2)
Reaksi sel : 6 H2O(l) ——> 2 H2(g) + O2(g) + 4 H+(aq) + 4 OH-(aq) …………………….. [(1) + (2)] 6 H2O(l) ——> 2 H2(g) + O2(g) + 4 H2O(l) …………………. [(1) + (2)]
2 H2O(l) ——> 2 H2(g) + O2(g) …………………….. [(1) + (2)]
Dengan demikian, baik ion Na+ maupun SO42-, tidak bereaksi. Yang terjadi justru adalah peristiwa elektrolisis air menjadi unsur-unsur pembentuknya. Hal yang serupa juga ditemukan pada proses elektrolisis larutan Mg(NO3)2 dan K2SO4.
Bagaimana halnya jika elektrolisis lelehan maupun larutan menggunakan elektroda yang tidak inert, seperti Ni, Fe, dan Zn? Ternyata, elektroda yang tidak inert hanya dapat bereaksi di anoda, sehingga produk yang dihasilkan di anoda adalah ion elektroda yang larut (sebab logam yang tidak inert mudah teroksidasi). Sementara, jenis elektroda tidak mempengaruhi produk yang dihasilkan di katoda. Sebagai contoh, berikut adalah proses elektrolisis larutan garam NaCl dengan menggunakan elektroda Cu :
Katoda (-) : 2 H2O(l) + 2 e- ——> H2(g) + 2 OH-(aq) …………………….. (1)
Anoda (+) : Cu(s) ——> Cu2+(aq) + 2 e- …………………….. (2)
Reaksi sel : Cu(s) + 2 H2O(l) ——> Cu2+(aq) + H2(g) + 2 OH-(aq) …………………….. [(1) + (2)]
Dari pembahasan di atas, kita dapat menarik beberapa kesimpulan yang berkaitan dengan reaksi elektrolisis :
Setelah kita mempelajari aspek kualitatif reaksi elektrolisis, kini kita akan melanjutkan dengan aspek kuantitatif sel elektrolisis. Seperti yang telah disebutkan di awal, tujuan utama elektrolisis adalah untuk mengendapkan logam dan mengumpulkan gas dari larutan yang dielektrolisis. Kita dapat menentukan kuantitas produk yang terbentuk melalui konsep mol dan stoikiometri.
Satuan yang sering ditemukan dalam aspek kuantitatif sel elektrolisis adalah Faraday (F). Faraday didefinisikan sebagai muatan (dalam Coulomb) mol elektron. Satu Faraday equivalen dengan satu mol elektron. Demikian halnya, setengah Faraday equivalen dengan setengah mol elektron. Sebagaimana yang telah kita ketahui, setiap satu mol partikel mengandung 6,02 x 1023partikel. Sementara setiap elektron mengemban muatan sebesar 1,6 x 10-19 C. Dengan demikian :
1 Faraday = 1 mol elektron = 6,02 x 1023 partikel elektron x 1,6 x 10-19 C/partikel elektron 1 Faraday = 96320 C (sering dibulatkan menjadi 96500 C untuk mempermudah perhitungan)
Hubungan antara Faraday dan Coulomb dapat dinyatakan dalam persamaan berikut :
Faraday = Coulomb / 96500
Coulomb = Faraday x 96500
Coulomb adalah satuan muatan listrik. Coulomb dapat diperoleh melalui perkalian arus listrik (Ampere) dengan waktu (detik). Persamaan yang menunjukkan hubungan Coulomb, Ampere, dan detik adalah sebagai berikut :
Coulomb = Ampere x Detik
Q = I x t
Dengan demikian, hubungan antara Faraday, Ampere, dan detik adalah sebagai berikut :
Faraday = (Ampere x Detik) / 96500
Faraday = (I x t) / 96500
Dengan mengetahui besarnya Faraday pada reaksi elektrolisis, maka mol elektron yang dibutuhkan pada reaksi elektrolisis dapat ditentukan. Selanjutnya, dengan memanfaatkan koefisien reaksi pada masing-masing setengah reaksi di katoda dan anoda, kuantitas produk elektrolisis dapat ditemukan.
Berikut ini adalah beberapa contoh soal aspek kuantitatif sel elektrolisis :
1. Pada elektrolisis larutan AgNO3 dengan elektroda inert dihasilkan gas oksigen sebanyak 5,6 L pada STP. Berapakah jumlah listrik dalam Coulomb yang dialirkan pada proses tersebut?
Penyelesaian :
Reaksi elektrolisis larutan AgNO3 dengan elektroda inert adalah sebagai berikut :
Katoda (-) : Ag+ + e- ——> Ag
Anoda (+) : 2 H2O(l) ——> O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e-
Gas O2 terbentuk di anoda. Mol gas O2 yang terbentuk sama dengan 5,6 L / 22,4 L = ¼ mol O2
Berdasarkan persamaan reaksi di anoda, untuk menghasilkan ¼ mol gas O2, maka jumlah mol elektron yang terlibat adalah sebesar 4 x ¼ = 1 mol elektron.
1 mol elektron = 1 Faraday = 96500 C
Jadi, jumlah listrik yang terlibat adalah sebesar 96500 C
2. Unsur Fluor dapat diperoleh dengan cara elektrolisis lelehan NaF. Berapakah waktu yang diperlukan untuk mendapatkan 15 L gas fluorin ( 1 mol gas mengandung 25 L gas) dengan arus sebesar 10 Ampere?
Penyeleasian :
Reaksi elektrolisis lelehan NaF adalah sebagai berikut :
K (-) : Na+(l) + e- ——> Na(s)
A (-) : 2 F-(l) ——> F2(g) + 2 e-
Gas F2 terbentuk di anoda. Mol gas F2 yang terbentuk adalah sebesar 15 L / 25 L = 0,6 mol F2
Berdasarkan persamaan reaksi di anoda, untuk menghasilkan 0,6 mol gas F2, akan melibatkan mol elektron sebanyak 2 x 0,6 = 1,2 mol elektron
1,2 mol elektron = 1,2 Faraday
Waktu yang diperlukan dapat dihitung melalui persamaan berikut :
Faraday = (Ampere x Detik) / 96500
1,2 = (10 x t) / 96500
t = 11850 detik = 3,22 jam
Jadi, diperlukan waktu selama 3,22 jam untuk menghasilkan 15 L gas fluorin
3. Arus sebesar 0,452 A dilewatkan pada sel elektrolisis yang mengandung lelehan CaCl2 selama 1,5 jam. Berapakah jumlah produk yang dihasilkan pada masing-masing elektroda?
Penyelesaian :
Reaksi elektrolisis lelehan CaCl2 adalah sebagai berikut :
K (-) : Ca2+(l) + 2 e- ——> Ca(s)
A (+) : 2 Cl-(l) ——> Cl2(g) + 2 e-
Mol elektron yang terlibat dalam reaksi ini dapat dihitung dengan persamaan berikut :
Faraday = (Ampere x Detik) / 96500
Faraday = (0,452 x 1,5 x 3600) / 96500 mol elektron
Berdasarkan persamaan reaksi di katoda, mol Ca yang dihasilkan adalah setengah dari mol elektron yang terlibat. Dengan demikian, massa Ca yang dihasilkan adalah :
Massa Ca = mol Ca x Ar Ca
Massa Ca = ½ x (0,452 x 1,5 x 3600) / 96500 x 40 = 0,506 gram Ca
Berdasarkan persamaan reaksi di anoda, mol gas Cl2 yang dihasilkan adalah setengah dari mol elektron yang terlibat. Dengan demikian, volume gas Cl2 (STP) yang dihasilkan adalah :
Volume gas Cl2 = mol Cl2 x 22,4 L
Volume gas Cl2 = ½ x (0,452 x 1,5 x 3600) / 96500 x 22.4 L = 0,283 L gas Cl2
Jadi, produk yang dihasilkan di katoda adalah 0,506 gram endapan Ca dan produk yang dihasilkan di anoda adalah 0,283 L gas Cl2 (STP)
4. Dalam sebuah percobaan elektrolisis, digunakan dua sel yang dirangkaikan secara seri. Masing-masing sel menerima arus listrik yang sama. Sel pertama berisi larutan AgNO3, sedangkan sel kedua berisi larutan XCl3. Jika setelah elektrolisis selesai, diperoleh 1,44 gram logam Ag pada sel pertama dan 0,12 gram logam X pada sel kedua, tentukanlah massa molar (Ar) logam X tersebut!
Penyelesaian :
Reaksi elektrolisis larutan AgNO3 :
K (-) : Ag+(aq) + e- ——> Ag(s)
A (+) : 2 H2O(l) ——> O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e-
Logam Ag yang dihasilkan sebanyak 1,44 gram; dengan demikian, mol logam Ag yang dihasilkan sebesar 1,44 / 108 mol Ag
Berdasarkan persamaan reaksi di katoda, mol elektron yang dibutuhkan untuk menghasilkan logam Ag sama dengan mol logam Ag (koefisien reaksinya sama)
Sehingga, mol elektron yang digunakan dalam proses elektrolisis ini adalah sebesar 1,44 / 108 mol elektron
Reaksi elektrolisis larutan XCl3 :
K (-) : X3+(aq) + 3 e- ——> X(s)
A (+) : 2 Cl-(l) ——> Cl2(g) + 2 e-
Arus yang sama dialirkan pada sel kedua, sehingga, mol elektron yang digunakan dalam proses elektrolisis ini sama seperti sebelumya, yaitu sebesar 1,44 / 108 mol elektron
Berdasarkan persamaan reaksi di katoda, mol logam X yang dihasilkan sama dengan 1 / 3 kali mol elektron, yaitu sebesar 1 / 3 x 1,44 / 108 mol X
Massa logam X = 0,12 gram; dengan demikian, massa molar (Ar) logam X adalah sebagai berikut:
mol = massa / Ar
Ar = massa / mol
Ar = 0,12 / (1 / 3 x 1,44 / 108) = 27
Jadi, Ar dari logam X adalah 27
Sel Volta adalah rangkaian sel yang dapat menghasilkan arus listrik. Dalam sel tersebut terjadi perubahan dari reaksi redoks menghasilkan arus listrik.
Sel volta terdiri atas elektroda tempat berlangsungnya reaksi oksidasi disebut anoda(electrode negative), dan tempat berlangsungnya reaksi reduksi disebut katoda(electrode positif).
Contoh rangkaian sel galvani.
sel galvani terdiri dari beberapa bagian, yaitu:
Dikenal
sebagai batu baterai. Terdiri dari katode yang berasal dari
karbon(grafit) dan anode logam zink. Elektrolit yang dipakai berupa
pasta campuran MnO2, serbuk karbon dan NH4Cl.
Persamaan reaksinya :
Katode : 2MnO2 + 2H+ + 2e ” Mn2O3 + H2O
Anode : Zn ” Zn2+ + 2e
Reaksi sel : 2MnO2 + 2H+ + Zn ” Mn2O3 + H2O + Zn2
Sel
aki disebut juga sebagai sel penyimpan, karena dapat berfungsi
penyimpan listrik dan pada setiap saat dapat dikeluarkan . Anodenya
terbuat dari logam timbal (Pb) dan katodenya terbuat dari logam timbal
yang dilapisi PbO2.Reaksi penggunaan aki :
Anode : Pb + SO4 2- ” PbSO4 + 2e
Katode : PbO2 + SO42-+ 4H++ 2e ” PbSO4 + 2H2O
Reaksi sel : Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+ ” 2PbSO4 + 2H2O
Reaksi Pengisian aki :
2PbSO4 + 2H2O ” Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+
Reaksi yang terjadi :
Anoda : Zn(s) + 2OH-(l) ” Zn(OH)2(s) + 2e
Katoda : Ag2O(s) + H2O(l) + 2e ” 2Ag(s) + 2OH-(aq)
Reaksi Sel : Zn(s) + Ag2O(s) + H2O(l) ” Zn(OH)2(s) + 2Ag(s)
Potensial sel yang dihasilkan adalah 1,34 V
4. Sel Nikel Cadmium (Nikad)
Sel Nikad merupakan sel kering yang dapat diisi kembali
(rechargable). Anodenya terbuat dari Cd dan katodenya berupa Ni2O3
(pasta). Beda potensial yang dihasilkan sebesar 1,29 V. Reaksinya dapat
balik :
NiO(OH).xH2O + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2.yH2O + Cd(OH)2
5. Sel Bahan Bakar
Sel Bahan bakar merupakan sel Galvani dengan pereaksi – pereaksinya
(oksigen dan hidrogen) dialirkan secara kontinyu ke dalam elektrode
berpori. Sel ini terdiri atas anode dari nikel, katode dari nikel oksida
dan elektrolit KOH.
Reaksi yang terjadi :
Anode : 2H2(g) + 4OH-(aq) → 4H2O(l) + 4e
Katode : O2(g) + 2H2O(l) + 4e → 4OH-(aq)
Reaksi sel : 2H2(g) + O2 → 2H2O(l)
Gas Mulia (Noble Gas) adalah bagian kecil dari
atmosfer. Gas Mulia terletak pada Golongan VIIIA dalam sistem periodik.
Gas mulia terdiri dari unsur Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Kripton
(Kr), Xenon (Xe), dan Radon (Rn). Keistimewaan unsur-unsur gas mulia
adalah memiliki konfigurasi elektron yang sempurna (lengkap), dimana
setiap kulit dan subkulit terisi penuh elektron. Dengan demikian,
elektron valensi unsur gas mulia adalah delapan (kecuali unsur Helium dengan dua elektron valensi). Konfigurasi demikian menyebabkan gas mulia cenderung stabil dalam bentuk monoatomik dan sulit bereaksi dengan unsur lainnya.
Keberadaan unsur-unsur Gas Mulia pertama kali ditemukan oleh Sir William Ramsey.
Beliau adalah ilmuwan pertama yang berhasil mengisolasi gas Neon,
Argon, Kripton, dan Xenon dari atmosfer. Beliau juga menemukan suatu gas
yang diisolasi dari peluruhan mineral Uranium, yang mempunyai spektrum
sama seperti unsur di matahari, yang disebut Helium. Helium terdapat
dalam mineral radioaktif dan tercatat sebagai salah satu gas alam di
Amerika Serikat. Gas Helium diperoleh dari peluruhan isotop Uranium dan
Thorium yang memancarkan partikel α. Gas Radon, yang semua isotopnya
radioaktif dengan waktu paruh pendek, juga diperoleh dari rangkaian
peluruhan Uranium dan Thorium.
Saat mempelajari reaksi kimia dengan menggunakan gas PtF6 yang sangat reaktif, N. Bartlett menemukan bahwa dengan oksigen, akan terbentuk suatu padatan kristal [O2]+[PtF6]-. Beliau mencatat bahwa entalpi pengionan Xenon sama dengan O2.
Dengan demikian, suatu reaksi yang analog diharapkan dapat terjadi.
Ternyata, hal tersebut benar. Pada tahun 1962, beliau melaporkan senyawa
pertama yang berhasil disintesis menggunakan Gas Mulia, yaitu padatan
kristal merah dengan formula kimia [Xe]+[PtF6]-. Selanjutnya, berbagai senyawa Gas Mulia juga berhasil disintesis, diantaranya XeF2, XeF4, XeF6, XeO4, dan XeOF4.
Seluruh unsur Gas Mulia merupakan gas monoatomik. Dalam satu
golongan, dari He sampai Rn, jari-jari atom meningkat. Dengan
demikian,ukuran atom Gas Mulia meningkat, menyebabkan gaya tarik-menarik
antar atom (Gaya London) semakin besar. Hal ini
mengakibatkan kenaikan titik didih unsur dalam satu golongan. Sementara
energi ionisasi dalam satu golongan menurun dari He sampai Rn. Hal ini
menyebabkan unsur He, Ne, dan Ar tidak dapat membentuk senyawa (energi
ionisasinya sangat tinggi), sementara unsur Kr dan Xe dapat membentuk
senyawa (energi ionisasinya relatif rendah dibandingkan Gas Mulia
lainnya). Gas Argon merupakan Gas Mulia yang paling melimpah di atmosfer
(sekitar 0,934% volume udara), sedangkan Gas Helium paling melimpah di
jagat raya (terlibat dalam reaksi termonuklir pada permukaan matahari). (klik di sini untuk melihat sifat Gas Mulia dalam Tabel Periodik)
Gas Neon, Argon, Kripton, dan Xenon diperoleh dengan fraksionasi udara cair. Gas-gas tersebut pada dasarnya bersifat inert (stabil/lembam),
sebab kereaktifan kimianya yang rendah, sebagai konsekuensi dari
konfigurasi elektron yang lengkap. Kegunaan utama gas Helium adalah
sebagai cairan dalam krioskopi. Gas Argon digunakan untuk menyediakan
lingkungan yang inert dalam peralatan laboratorium,
dalam pengelasan, dan dalam lampu listrik yang diisi gas. Sementara gas
Neon digunakan untuk tabung sinar pemutusan muatan.
Halogen (Halogen)
Unsur Halogen (Golongan VIIA) adalah unsur-unsur
nonlogam yang reaktif. Halogen terdiri dari unsur Fluor (F), Klor (Cl),
Brom (Br), Iod (I), dan Astatin (At). Astatin adalah unsur radioaktif
dengan waktu hidup (life time) yang sangat singkat dan
mudah meluruh menjadi unsur lain. Dalam pembahasan ini, kita hanya akan
membicarakan empat unsur pertama Halogen. Secara umum, unsur Halogen
bersifat toksik dan sangat reaktif. Toksisitas dan reaktivitas Halogen
menurun dari Fluor sampai Iod. (klik di sini untuk melihat sifat Halogen dalam Tabel Periodik)
Dalam satu golongan, dari Fluor sampai Iod, jari-jari atom meningkat.
Akibatnya, interaksi antar atom semakin kuat, sehingga titik didih dan
titik leleh pun meningkat. Dalam keadaan standar (tekanan 1 atm dan
temperatur 25°C), Fluor adalah gas berwarna kekuningan, Klor adalah gas
berwarna hijau pucat, Brom adalah cairan berwarna merah kecoklatan, dan
Iod adalah padatan berwarna ungu-hitam. Energi ionisasi menurun dalam
satu golongan , demikian halnya keelektronegatifan dan potensial standar
reduksi (E°red). Ini berarti, Flour paling mudah tereduksi (oksidator kuat), sedangkan Iod paling sulit tereduksi (oksidator lemah).
Beberapa keistimewaan unsur Fluor yang tidak dimiliki unsur Halogen lainnya adalah sebagai berikut :
1. Fluor adalah unsur yang paling reaktif dalam Golongan Halogen. Hal
ini terjadi akibat energi ikatan F-F yang relatif rendah (150,6 kJ/mol)
dibandingkan energi ikatan Cl-Cl (242,7 kJ/mol) maupun Br-Br (192,5
kJ/mol). Sebagai tambahan, ukuran atom F yang kecil menyebabkan
munculnya tolakan yang cukup kuat antar lone pair F-F,
sehingga ikatan F-F tidak stabil dan mudah putus. Hal ini tidak terjadi
pada ikatan Cl-Cl maupun Br-Br sehingga keduanya relatif stabil
dibandingkan ikatan F-F.
2. Senyawa Hidrogen Fluorida (HF) memiliki titik didih tertinggi akibat adanya ikatan Hidrogen. Sementara senyawa halida lainnya (HCl, HBr, dan HI) memiliki titik didih yang relatif rendah.
3. Hidrogen Fluorida (HF) adalah asam lemah, sedangkan asam halida lainnya (HCl, HBr, dan HI) adalah asam kuat.
4. Gas Fluor dapat bereaksi dengan larutan natrium hidroksida (NaOH) membentuk oksigen difluorida yang dapat dinyatakan dalam persamaan reaksi berikut :
2 F2(g) + 2 NaOH(aq) ——> 2 NaF(aq) + H2O(l) + OF2(g)
Sementara itu, reaksi yang analog juga terjadi pada Klor dan Brom,
dengan produk yang berbeda. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Cl2(g) + 2 NaOH(aq) ——> NaCl(aq) + NaOCl(aq) + H2O(l)
Br2(l) + 2 NaOH(aq) ——> NaBr(aq) + NaOBr(aq) + H2O(l)
Kedua reaksi di atas dikenal dengan istilah Reaksi Disproporsionasi (Autoredoks). Iod tidak dapat bereaksi dalam kondisi ini
5. Senyawa Perak Fluorida (AgF) mudah larut dalam air, sedangkan
perak halida lainnya (AgCl, AgBr, dan AgI) sukar larut dalam air.
Unsur Halogen membentuk berbagai variasi senyawa. Dalam keadaan standar, unsur bebas Halogen membentuk molekul diatomik (F2, Cl2, Br2, I2).
Oleh karena kereaktifannya yang besar, Halogen jarang ditemukan dalam
keadaan bebas. Halogen umumnya ditemukan dalam bentuk senyawa. Halogen
yang ditemukan dalam air laut berbentuk halida (Cl-, Br-, dan I-). Sementara di kerak bumi, halogen berikatan dalam mineral, seperti Fluorite (CaF2) dan kriolit (Na3AlF6).
Antar Halogen dapat mengalami reaksi kimia. Oleh karena kekuatan oksidator menurun dari Fluor sampai Iod, Halogen dapat mengoksidasi Ion Halida yang terletak di bawahnya (displacement reaction). Dengan demikian, reaksi yang terjadi antar Halogen dapat disimpulkan dalam beberapa pernyataan di bawah ini :
1. F2 dapat mengoksidasi Cl- menjadi Cl2, Br- menjadi Br2, serta I- menjadi I2.
2. Cl2 dapat mengoksidasi Br- menjadi Br2, serta I- menjadi I2. Cl2 tidak dapat mengoksidasi F- menjadi F2.
3. Br2 dapat mengoksidasi I- menjadi I2. Br2 tidak dapat mengoksidasi F- menjadi F2 maupun Cl- menjadi Cl2.
4. I2 tidak dapat mengokisdasi F- menjadi F2, Cl- menjadi Cl2, serta Br- menjadi Br2.
Gas F2 dapat diperoleh dari elektrolisis cairan (bukan larutan)
Hidrogen Fluorida yang diberi sejumlah padatan Kalium Fluorida untuk
meningkatkan konduktivitas pada temperatur di atas 70°C. Di katoda, ion H+ akan tereduksi menjadi gas H2, sedangkan di anoda, ion F‑ akan teroksidasi menjadi gas F2.
Gas Cl2 dapat di peroleh melalui elektrolisis lelehan NaCl
maupun elektrolisis larutan NaCl. Melalui kedua elektrolisis tersebut,
ion Cl- akan teroksidasi membentuk gas Cl2 di anoda. Gas Cl2 juga dapat diperoleh melalui proses klor-alkali, yaitu elektrolisis larutan NaCl pekat (brine). Reaksi yang terjadi pada elektrolisis brine adalah sebagai berikut :
2 NaCl(aq) + 2 H2O(l) ——> 2 NaOH(aq) + H2(g) + Cl2(g)
Di laboratorium, unsur Klor, Brom, dan Iod dapat diperoleh melalui
reaksi alkali halida (NaCl, NaBr, NaI) dengan asam sulfat pekat yang
dipercepat dengan penambahan MnO2 sebagai katalis. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
MnO2(s) + 2 H2SO4(aq) + 2 NaCl(aq) ——> MnSO4(aq) + Na2SO4(aq) + 2 H2O(l) + Cl2(g)
MnO2(s) + 2 H2SO4(aq) + 2 NaBr(aq) ——> MnSO4(aq) + Na2SO4(aq) + 2 H2O(l) + Br2(l)
MnO2(s) + 2 H2SO4(aq) + 2 NaI(aq) ——> MnSO4(aq) + Na2SO4(aq) + 2 H2O(l) + I2(s)
Halida dibedakan menjadi dua kategori, yaitu halida ionik dan halida
kovalen. Fluorida dan klorida dari unsur logam, terutama unsur Alkali
dan Alkali Tanah (kecuali Berilium) merupakan halida ionik. Sementara,
flurida dan klorida dari unsur nonlogam, seperti Belerang dan Fosfat
merupakan halida kovalen. Bilangan oksidasi Halogen bervariasi dari -1
hingga +7 (kecuali Fluor). Unsur Fluor yang merupakan unsur dengan
keelektronegatifan terbesar di alam, hanya memiliki bilangan oksidasi 0
(F2) dan -1 (fluorida).
Halogen dapat bereaksi dengan Hidrogen menghasilkan Hidrogen Halida. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
X2(g) + H2(g) ——> 2 HX(g)
X = F, Cl, Br, atau I
Reaksi ini (khususnya pada F2 dan Cl2)menimbulkan
ledakan hebat (sangat eksotermis). Oleh karena itu, reaksi tersebut
jarang digunakan di industri. Sebagai pengganti, hidrogen halida dapat
dihasilkan melalui reaksi klorinasi hidrokarbon. Sebagai contoh :
C2H6(g) + Cl2(g) ——> C2H5Cl(g) + HCl(g)
Di laboratorium, hidrogen halida dapat diperoleh melalui reaksi
antara logam halida dengan asam sulfat pekat. Reaksi yang terjadi adalah
sebagai berikut :
CaF2(s) + H2SO4{aq) ——> 2 HF(g) + CaSO4(s)
2 NaCl(s) + H2SO4(aq) ——-> 2 HCl(g) + Na2SO4(aq)
Hidrogen Bromida dan Hidrogen Iodida tidak dapat dihasilkan melalui cara ini, sebab akan terjadi reaksi oksidasi (H2SO4 adalah oksidator kuat) yang menghasilkan Brom dan Iod. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
2 NaBr(s) + 2 H2SO4(aq) ——> Br2(l) + SO2(g) + Na2SO4(aq) + 2 H2O(l)
Hidrogen Bromida dapat dibuat melalui beberapa reaksi berikut :
P4(s) + 6 Br2(l) ——> 4 PBr3(l)
PBr3(l) + 3 H2O(l) ——> 3 HBr(g) + H3PO3(aq)
Hidrogen Iodida dapat diperoleh dengan cara serupa.
Hidrogen Fluorida memiliki kereaktifan yang tinggi. Senyawa ini dapat bereaksi dengan silika melalui persamaan reaksi berikut :
6 HF(aq) + SiO2(s) ——> H2SiF6(aq) + 2 H2O(l)
Hidrogen Fluorida juga digunakan dalam proses pembuatan gas Freon. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
CCl4(l) + HF(g) ——> CCl3F(g) + HCl(g)
CCl3F(g) + HF(g) ——> CCl2F2(g) + HCl(g)
Larutan Hidrogen Halida bersifat asam. Urutan kekuatan asam halida
adalah HF << HCl < HBr < HI. Sedangkan urutan kekuatan asam
oksi adalah HXO < HXO2 < HXO3 < HXO4 (X = Cl, Br, atau I).
Fluor (khususnya NaF) ditambahkan ke dalam air minum untuk mencegah
terbentuknya karies (kerak atau plak) gigi. Senyawa lain, Uranium
Fluorida, UF6, digunakan untuk memisahkan isotop radioaktif
Uranium (U-235 dan U-238). Di bidang industri, Fluor digunakan untuk
menghasilkan poli tetra fluoro etilena (Teflon).
Klor (khusunya Klorida, Cl-) memegang peranan penting
dalam sistem kesetimbangan cairan interseluler dan ekstraseluler dalam
organisme. Di bidang industri, Klor digunakan sebagai bahan pemutih (bleaching agent)
pada industri kertas dan tekstil. Bahan pembersih rumah tangga umumnya
mengandung sejumlah Klor (khususnya NaClO) yang berperan sebagai bahan
aktif pengangkat kotoran. Sementara, senyawa klor lainnya, HClO,
berfungsi sebagai agen desinfektan pada proses pemurnian air. Reaksi
yang terjadi saat gas Klor dilarutkan dalam air adalah sebagai berikut :
Cl2(g) + H2O(l) ——> HCl(aq) + HClO(aq)
Ion OCl- yang dihasilkan dari reaksi tersebut berperan sebagai agen desinfektan yang membunuh kuman dalam air.
Metana yang terklorinasi, seperti Karbon Tetraklorida (CCl4) dan Kloroform (CHCl3) digunakan
sebagai pelarut senyawa organik. Klor juga digunakan dalam pembuatan
insektisida, seperti DDT. Akan tetapi, penggunaan DDT dapat mencemari
lingkungan, sehingga kini penggunaannya dilarang atau dibatasi sesuai
dengan Undang-Undang Lingkungan. Klor juga digunakan sebagai bahan baku
pembuatan poli vinil klorida (PVC).
Senyawa Bromida ditemukan di air laut (ion Br-). Brom digunakan sebagai bahan dasar pembuatan senyawa Etilena Dibromida (BrCH2CH2Br),
suatu insektisida. Senyawa ini sangat karsinogenik. Di samping itu,
Brom juga dapat bereaksi dengan Perak menghasilkan senyawa Perak Bromide
(AgBr) yang digunakan dalam lembaran film fotografi.
Iod jarang digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Larutan Iod dalam
alkohol (50% massa) sering digunakan di dunia medis sebagai zat
antiseptik. Iod juga merupakan salah satu komponen dari hormon tiroid. Defisiensi Iod dapat mengakibatkan pembengkakan kelenjar gondok.
Alkali (Alkali)
Logam Alkali (Golongan IA) adalah unsur yang sangat elektropositif
(kurang elektronegatif). Umumnya, logam Alkali berupa padatan dalam suhu
ruang. Unsur Alkali terdiri dari Litium (Li), Natrium (Na), Kalium (K),
Rubidium (Rb), Sesium (Cs), dan Fransium (Fr). Fransium jarang
dipelajari sebagai salah satu anggota unsur Golongan IA, sebab Fransium
adalah unsur radioaktif yang tidak stabil dan cenderung meluruh
membentuk unsur baru lainnya. Dari konfigurasi elektron unsur,
masing-masing memiliki satu elektron valensi . Dengan demikian, unsur
Alkali cenderung membentuk ion positif bermuatan satu (M+). (klik di sini untuk melihat sifat Alkali dalam Tabel Periodik)
Dalam satu golongan, dari Litium sampai Sesium, jari-jari unsur akan
meningkat. Letak elektron valensi terhadap inti atom semakin jauh. Oleh
sebab itu, kekuatan tarik-menarik antara inti atom dengan elektron
valensi semakin lemah. Dengan demikian, energi ionisasi akan menurun
dari Litium sampai Sesium. Hal yang serupa juga ditemukan pada sifat
keelektronegatifan unsur .
Secara umum, unsur Alkali memiliki titik leleh yang cukup rendah dan
lunak, sehingga logam Alkali dapat diiris dengan pisau. Unsur Alkali
sangat reaktif, sebab mudah melepaskan elektron (teroksidasi)
agar mencapai kestabilan (konfigurasi elektron ion Alkali menyerupai
konfigurasi elektron Gas Mulia). Dengan demikian, unsur Alkali jarang
ditemukan bebas di alam. Unsur Alkali sering dijumpai dalam bentuk
senyawanya. Unsur Alkali umumnya bereaksi dengan unsur lain membentuk
senyawa halida, sulfat, karbonat, dan silikat.
Natrium dan Kalium terdapat dalam jumlah yang melimpah di alam. Keduanya terdapat dalam mineral seperti albite (NaAlSi3O8) dan ortoklas (KAlSi3O8). Selain itu, mineral lain yang mengandung Natrium dan Kalium adalah halite (NaCl), Chile saltpeter (NaNO3), dan silvit (KCl).
Logam Natrium dapat diperoleh dari elektrolisis lelehan NaCl (proses Down).
Titik leleh senyawa NaCl cukup tinggi (801°C), sehingga diperlukan
jumlah energi yang besar untuk melelehkan padatan NaCl. Dengan
menambahkan zat aditif CaCl2, titik leleh dapat diturunkan
menjadi sekitar 600°C, sehingga proses elektrolisis dapat berlangsung
lebih efektif tanpa pemborosan energi.
Sebaliknya, logam Kalium tidak dapat diperoleh melalui metode
elektrolisis lelehan KCl. Logam Kalium hanya dapat diperoleh melalui
reaksi antara lelehan KCl dengan uap logan Natrium pada suhu 892°C.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Na(g) + KCl(l) <——> NaCl(l) + K(g)
Natrium dan Kalium adalah unsur logam yang sangat reaktif. Logam
Kalium lebih reaktif dibandingkan logam Natrium. Kedua logam tersebut
dapat berekasi dengan air membentuk hidroksida. Saat direaksikan dengan
oksigen dalam jumlah terbatas, Natrium dapat membentuk oksidanya (Na2O). Namun, dalam jumlah oksigen berlebih, Natrium dapat membentuk senyawa peroksida (Na2O2).
2 Na(s) + O2(g) ——> Na2O2(s)
Natrium peroksida bereaksi dengan air menghasilkan larutan hidroksida
dan hidrogen peroksida. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Na2O2(s) + 2 H2O(l) ——> 2 NaOH(aq) + H2O2(aq)
Sama seperti Natrium, logam Kalium dapat membentuk peroksida saat bereaksi dengan oksigen berlebih. Selain itu, logam Kalium juga membentuk superoksida saat dibakar di udara. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
K(s) + O2(g) ——> KO2(s)
Saat Kalium Superoksida dilarutkan dalam air, akan dibentuk gas oksigen. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
2 KO2(s) + 2 H2O(l) ——> 2 KOH(aq) + O2(g) + H2O2(aq)
Unsur Natrium dan Kalium berperan penting dalam mengatur keseimbangan
cairan dalam tubuh. Ion Natrium dan ion Kalium terdapat dalam cairan
intraseluler dan ekstraseluler. Keduanya berperan penting dalam menjaga
tekanan osmosis cairan tubuh serta mempertahankan fungsi enzim dalam
mengkatalisis reaksi biokimia dalam tubuh.
Natrium Karbonat (soda abu) digunakan dalam industri pengolahan air
dan industri pembuatan sabun, detergen, obat-obatan, dan zat aditif
makanan. Selain itu, Natrium Karbonat digunakan juga pada industri
gelas. Senyawa ini dibentuk melalui proses Solvay. Reaksi yang terjadi pada proses Solvay adalah sebagai berikut :
NH3(aq) + NaCl(aq) + H2CO3(aq) ——> NaHCO3(s) + NH4Cl(aq)
2 NaHCO3(s) ——> Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)
Sumber mineral lain yang mengandung senyawa Natrium Karbonat adalah trona, dengan formula kimia [Na5(CO3)2(HCO3).2H2O]. Mineral ini ditemukan dalam jumlah besar di Wyoming, Amerika Serikat. Ketika mineral trona dipanaskan, akan terjadi reaksi penguraian sebagai berikut :
2 Na5(CO3)2(HCO3).2H2O(s) ——> 5 Na2CO3(s) + CO2(g) + 3 H2O(g)
Natrium Hidroksida dan Kalium Hidroksida masing-masing diperoleh
melalui elektrolisis larutan NaCl dan KCl. Kedua hidroksida ini
merupakan basa kuat dan mudah larut dalam air. Larutan NaOH digunakan
dalam pembuatan sabun . Sementara itu, larutan KOH digunakan sebagai
larutan elektrolit pada beberapa baterai (terutama baterai merkuri).
Chile saltpeter (Natrium Nitrat) terurai membentuk gas oksigen pada suhu 500°C. Reaksi penguraian yang terjadi adalah sebagai berikut :
2 NaNO3(s) ——> 2 NaNO2(s) + O2(g)
Kalium Nitrat (saltpeter) dapat dibuat melalui reaksi berikut :
KCl(aq) + NaNO3(aq) ——> KNO3(aq) + NaCl(aq)
Alkali Tanah (Alkaline Earth)
Unsur Alkali Tanah mempunyai sifat yang menyerupai unsur Alkali.
Unsur Alkali Tanah umumnya merupakan logam, cenderung membentuk ion
positif, dan bersifat konduktif, baik termal maupun elektrik. Unsur
Alkali Tanah kurang elektropositif (lebih elektronegatif) dan kurang
reaktif bila dibandingkan unsur Alkali. Semua unsur Golongan IIA ini
memiliki sifat kimia yang serupa, kecuali Berilium (Be). Yang termasuk
unsur Golongan IIA adalah Berilium (Be), Magnesium (Mg), Kalsium (Ca),
Stronsium (Sr), Barium (Ba), dan Radium (Ra). Radium jarang dipelajari
sebagai salah satu anggota unsur Golongan IIA, sebab Radium adalah unsur
radioaktif yang tidak stabil dan cenderung meluruh membentuk unsur baru
lainnya. Konfigurasi elektron menunjukkan unsur-unsur Golongan IIA
memiliki dua elektron valensi. Dengan demikian, untuk mencapai
kestabilan, unsur Golongan IIA melepaskan dua elektron membentuk ion
bermuatan positif dua (M2+). (klik di sini untuk melihat sifat Alkali Tanah dalam Tabel Periodik)
Dalam satu golongan, dari Berilium sampai Barium, jari-jari unsur
meningkat. Peningkatan ukuran atom diikuti dengan peningkatan densitas
unsur. Sebaliknya, energi ionisasi dan keelektronegatifan berkurang dari
Berilium sampai Radium. Semakin besar jari-jari unsur, semakin mudah
unsur melepaskan elektron valensinya. Potensial standar reduksi (E°red)
menurun dalam satu golongan. Hal ini menunjukkan bahwa kekuatan
reduktor meningkat dalam satu golongan dari Berilium sampai Barium.
Magnesium adalah unsur yang cukup melimpah di kerak bumi (urutan
keenam, sekitar 2,5% massa kerak bumi). Beberapa bijih mineral yang
mengandung logam Magnesium, antara lain brucite, Mg(OH)2, dolomite (CaCO3.MgCO3), dan epsomite (MgSO4.7H2O).
Air laut merupakan sumber Magnesium yang melimpah (1,3 gram Magnesium
per kilogram air laut). Magnesium diperoleh melalui elektrolisis lelehan
MgCl2.
Magnesium tidak bereaksi dengan air dingin. Magnesium hanya bereaksi
dengan air panas (uap air). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Mg(s) + H2O(g) ——> MgO(s) + H2(g)
Magnesium juga bereaksi dengan udara membentuk Magnesium Oksida dan
Magnesium Nitrida. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
2 Mg(s) + O2(g) ——> 2 MgO(s)
3 Mg(s) + N2(g) ——> Mg3N2(s)
Magnesium Oksida bereaksi lambat dengan air menghasilkan Magnesium Hidroksida (milk of magnesia), yang digunakan sebagai zat aktif untuk menetralkan asam lambung berlebih. Reaksi pembentukan milk of magnesia adalah sebagai berikut :
MgO(s) + H2O(l) ——> Mg(OH)2(s)
Hidroksida dari Magnesium merupakan basa kuat. Semua unsur Golongan IIA membentuk basa kuat, kecuali Be(OH)2 yang bersifat amfoter. Senyawa bikarbonat, MgHCO3 (maupun CaHCO3), menyebabkan kesadahan air sementara (dapat dihilangkan dengan cara pemanasan).
Logam Magnesium terutama digunakan dalam bidang konstruksi. Sifatnya
yang ringan menjadikannya sebagai pilihan utama dalam pembentukan alloy (paduan
logam). Logam Magnesium juga digunakan dalam proteksi katodik untuk
mencegah logam besi dari korosi (perkaratan), reaksi kimia organik
(reaksi Grignard), dan sebagai elektroda baterai . Sementara itu, dalam
sistem kehidupan, ion Mg2+ ditemukan dalam klorofil (zat
hijau daun) tumbuhan dan berbagai enzim pada organisme yang
mengkatalisis reaksi biokimia penunjang kehidupan.
Kerak bumi mengandung 3,4 persen massa unsur Kalsium. Kalsium dapat ditemukan dalam berbagai senyawa di alam, seperti limestone, kalsit, dan batu gamping (CaCO3); dolomite (CaCO3.MgCO3); gypsum (CaSO4.2H2O); dan fluorite (CaF2). Logam Kalsium dapat diperoleh melalui elektrolisis lelehan CaCl2.
Kalsium (sama seperti Stronsium dan Barium) dapat bereaksi dengan air dingin membentuk hidroksida, Ca(OH)2. Senyawa Ca(OH)2 ini dikenal dengan istilah slaked lime atau hydrate lime. Reaksi tersebut jauh lebih lambat bila dibandingkan reaksi logam Alkali dengan air.
Ca(s) + 2 H2O(l) ——> Ca(OH)2(aq) + H2(g)
Kapur (lime), CaO, atau sering disebut dengan istilah quicklime, adalah salah satu material tertua yang dikenal manusia sejak zaman purba. Quicklime dapat diperoleh melalui penguraian termal senyawa Kalsium Karbonat. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
CaCO3(s) ——> CaO(s) + CO2(g)
Slaked lime juga dapat dihasilkan melalui reaksi antara quicklime dengan air. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
CaO(s) + H2O(l) ——> Ca(OH)2(aq)
Quicklime digunakan pada industri metalurgi sebagai zat aktif untuk menghilangkan SO2 pada bijih mineral. Sementara slaked lime digunakan dalam pengolahan air bersih. Logam Kalsium digunakan sebagai agen penarik air (dehydrating agent)
pada pelarut organik. Unsur Kalsium merupakan komponen utama penyusun
tulang dan gigi. Ion kalsium dalam tulang dan gigi terdapat dalam
senyawa kompleks garam fosfat, yaitu hidroksiapatit (Ca5(PO4)3OH).
Ion Kalsium juga berfungsi sebagai kofaktor berbagai enzim, faktor
penting dalam proses pembekuan darah, kontraksi otot, dan transmisi
sinyal sistem saraf pusat.
Untuk membedakan unsur-unsur Golongan IIA, dapat dilakukan pengujian
kualitatif melalui tes nyala. Saat masing-masing unsur dibakar dengan
pembakar Bunsen, akan dihasilkan warna nyala yang bervariasi. Magnesium menghasilkan nyala berwarna putih terang, Kalsium menghasilkan nyala berwarna merah bata, Stronsium menghasilkan nyala berwarna merah terang, sedangkan Barium menghasilkan nyala berwarna hijau.
Garam yang terbentuk dari unsur Golongan IIA merupakan senyawa
kristalin ionik tidak berwarna. Garam tersebut dapat dibentuk melalui
reaksi logam, oksida logam, atau senyawa karbonat dengan asam. Berikut
ini adalah contoh beberapa reaksi pembentukan garam :
1. Mg(s) + 2 HCl(aq) ——> MgCl2(aq) + H2(g)
2. MgO(s) + 2 HCl(aq) ——> MgCl2(aq) + H2O(l)
3. MgCO3(s) + 2 HCl(aq) ——> MgCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Senyawa nitrat mengalami penguraian termal membentuk oksida logam, nitrogen dioksida, dan gas oksigen. Sebagai contoh :
2 Mg(NO3)2(s) ——> 2 MgO(s) + 4 NO2(g) + O2(g)
Senyawa karbonat mengalami penguraian termal membentuk oksida logam dan gas karbon dioksida. Sebagai contoh :
BaCO3(s) ——> BaO(s) + CO2(g)
Unsur-Unsur Periode Ketiga (Periode 3 Elements)
Unsur-unsur periode ketiga memiliki sifat kimia dan
sifat fisika yang bervariasi. Unsur-unsur yang terdapat pada periode
ketiga adalah Natrium (Na), Magnesium (Mg), Aluminium (Al), Silikon
(Si), Fosfor (P), Belerang (S), Klor (Cl), dan Argon (Ar). Dari kiri
(Natrium) sampai kanan (Argon), jari-jari unsur menyusut, sedangkan
energi ionisasi, afinitas elektron, dan keelektronegatifan meningkat.
Selain itu, terjadi perubahan sifat unsur dari logam (Na, Mg, Al)
menjadi semilogam/metaloid (Si), nonlogam (P, S, Cl), dan gas mulia
(Ar). Unsur logam umumnya membentuk struktur kristalin, sedangkan unsur
semilogam/metaloid membentuk struktur molekul raksasa (makromolekul).
Sementara, unsur nonlogam cenderung membentuk struktur molekul
sederhana. Sebaliknya, unsur gas mulia cenderung dalam keadaan gas
monoatomik. Variasi inilah yang menyebabkan unsur periode ketiga dapat
membentuk berbagai senyawa dengan sifat yang berbeda. (klik di sini untuk melihat sifat Unsur Periode Ketiga dalam Tabel Periodik)
Unsur-unsur periode ketiga dapat membentuk oksida melalui reaksi
pembakaran dengan gas oksigen. Reaksi yang terjadi pada masing-masing
unsur adalah sebagai berikut :
1. Natrium Oksida
Natrium mengalami reaksi hebat dengan oksigen. Logam Natrium yang
terpapar di udara dapat bereaksi spontan dengan gas oksigen membentuk
oksida berwarna putih yang disertai nyala berwarna kuning.
4 Na(s) + O2(g) ——> 2 Na2O(s)
2. Magnesium Oksida
Magnesium juga bereaksi hebat dengan udara (terutama gas oksigen)
menghasilkan nyala berwarna putih terang yang disertai dengan
pembentukan oksida berwarna putih.
2 Mg(s) + O2(g) ——> 2 MgO(s)
3. Aluminium Oksida
Oksida ini berfungsi mencegah (melindungi) logam dari korosi. Oksida ini berwarna putih.
4 Al(s) + 3 O2(g) ——> 2 Al2O3(s)
4. Silikon Oksida (Silika)
Si(s) + O2(g) ——> SiO2(s)
5. Fosfor (V) Oksida
Fosfor mudah terbakar di udara. Ketika terdapat gas oksigen dalam jumlah berlebih, oksida P4O10 yang berwarna putih akan dihasilkan.
P4(s) + 5 O2(g) ——> P4O10(s)
6. Belerang Dioksida dan Belerang Trioksida
Padatan Belerang mudah terbakar di udara saat dipanaskan dan akan menghasilkan gas Belerang Dioksida (SO2). Oksida ini dapat direaksikan lebih lanjut dengan gas oksigen berlebih yang dikatalisis oleh Vanadium Pentaoksida (V2O5) untuk menghasilkan gas Belerang Trioksida (SO3).
S(s) + O2(g) ——>SO2(g)
2 SO2(g) + O2(g) ——> 2SO3(g)
7. Klor (VII) Oksida
2 Cl2(g) + 7 O2(g) ——> 2 Cl2O7(g)
Selain dapat membentuk oksida, unsur-unsur periode ketiga juga dapat
membentuk senyawa halida. Senyawa tersebut terbentuk saat unsur
direaksikan dengan gas klor. Reaksi yang terjadi pada masing-masing
unsur adalah sebagai berikut :
1. Natrium Klorida
Natrium direaksikan dengan gas klor akan menghasilkan endapan putih NaCl.
2 Na(s) + Cl2(g) ——> 2 NaCl(s)
2. Magnesium Klorida
Sama seperti Natrium, logam Magnesium pun dapat bereaksi dengan gas klor membentuk endapan putih Magnesium Klorida.
Mg(s) + Cl2(g) ——> MgCl2(s)
3. Aluminium Klorida
Ketika logam Aluminium direaksikan dengan gas klor, akan terbentuk endapan putih AlCl3.
2 Al(s) + 3 Cl2(g) ——> 2 AlCl3(s)
Dalam bentuk uap, senyawa ini akan membentuk dimer Al2Cl6.
4. Silikon (IV) Klorida
Senyawa ini merupakan cairan yang mudah menguap. Senyawa ini dihasilkan dari reaksi padatan Silikon dengan gas klor.
Si(s) + 2 Cl2(g) ——> SiCl4(l)
5. Fosfor (III) Klorida dan Fosfor (V) Klorida
Fosfor (III) Klorida merupakan cairan mudah menguap tidak berwarna
yang dihasilkan saat Fosfor bereaksi dengan gas klor tanpa pemanasan.
Saat jumlah gas klor yang digunakan berlebih, senyawa ini dapat bereaksi
kembali dengan gas klor berlebih membentuk senyawa Fosfor (V) Klorida,
suatu padatan berwarna kuning.
P4(s) + 6 Cl2(g) ——> 4 PCl3(l)
Saat jumlah gas klor yang digunakan berlebih, akan terjadi reaksi berikut :
PCl3(l) + Cl2(g) ——> PCl5(s)
6. Belerang (II) Oksida
S(s) + Cl2(g) ——> SCl2(s)
Reaksi antara logam Natrium dan Magnesium dengan air adalah reaksi redoks. Dalam reaksi ini, unsur logam mengalami oksidasi dan dihasilkan gas hidrogen. Larutan yang dihasilkan bersifat alkali (basa).
Logam Natrium lebih reaktif dibandingkan logam Magnesium, sehingga
larutan NaOH bersifat lebih basa dibandingkan larutan Mg(OH)2.Padatan NaOH lebih mudah larut dalam air dibandingkan padatan Mg(OH)2.
Oksida dari logam Natrium dan Magnesium merupakan senyawa ionik
dengan struktur kristalin. Saat dilarutkan dalam air, masing-masing
oksida akan menghasilkan larutan basa. Oleh karena itu, dapat
disimpulkan bahwa oksida logam dalam air menghasilkan larutan basa.
Na2O(s) + H2O(l) ——> 2 NaOH(aq)
MgO(s) + H2O(l) ——> Mg(OH)2(aq)
Aluminium Oksida memiliki struktur kristalin dan memiliki sifat
kovalen yang cukup signifikan. Dengan demikian, senyawa ini dapat
membentuk ikatan antarmolekul (intermediate bonding). Senyawa ini sukar larut dalam air.
Fosfor (V) Oksida merupakan senyawa kovalen. Senyawa ini dapat
bereaksi dengan air membentuk asam fosfat. Asam fosfat merupakan salah
satu contoh larutan asam lemah dengan pH berkisar antara 2 hingga 4.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
P4O10(s) + 6 H2O(l) ——> 4 H3PO4(aq)
Belerang Dioksida dan Belerang Trioksida mempunyai struktur molekul
kovalen sederhana. Masing-masing dapat bereaksi dengan air membentuk
larutan asam.
SO2(g) + H2O(l) ——> H2SO3(aq)
SO3(g) + H2O(l) ——> H2SO4(aq)
Dengan demikian, senyawa oksida yang dihasilkan dari unsur periode ketiga dapat dikelompokkan menjadi tiga kategori, yaitu :
1. Oksida Logam (di sebelah kiri Tabel Periodik) memiliki struktur
ionik kristalin dan bereaksi dengan air menghasilkan larutan basa. Oksida Logam merupakan oksida basa, yang dapat bereaksi dengan asam membentuk garam.
MgO(s) + H2SO4(aq) ——> MgSO4(aq) + H2O(l)
2. Oksida Nonlogam (di sebelah kanan Tabel Periodik) memiliki
struktur molekul kovelen sederhana dan bereaksi dengan air menghasilkan
larutan asam. Oksida nonlogam merupakan oksida asam, yang dapat bereaksi dengan basa membentuk garam.
SO3(g) + MgO(s) ——> MgSO4(s)
3. Oksida Amfoterik (di tengah Tabel Periodik) memiliki sifat asam dan basa sekaligus. Oksida tersebut dapat bereaksi dengan asam maupun basa.
Al2O3(s) + 6 HCl(aq) ——> 2 AlCl3(aq) + 3 H2O(l)
Al2O3(s) + 6 NaOH(aq) + 3 H2O(l) ——> 2 Na3Al(OH)6(aq)
Natrium Klorida dan Magnesium Klorida merupakan senyawa ionik dengan
struktur kristalin yang teratur. Saat dilarutkan dalam air, kedua
senyawa tersebut menghasilkan larutan netral (pH = 7). Sementara itu,
Aluminium Klorida membentuk struktur dimernya, yaitu Al2Cl6 (untuk mencapai konfigurasi oktet). Senyawa dimer ini larut dalam air.
Al2Cl6(s) + 12 H2O(l) ——> 2 [Al(H2O)6]3+(aq) + 6 Cl-(aq)
Cairan Silikon (IV) Klorida dan gas PCl5 merupakan molekul
kovalen sederhana. Masing-masing senyawa bereaksi hebat dengan air
membentuk gas HCl. Reaksi ini dikenal dengan istilah hidrolisis. Larutan yang terbentuk bersifat asam. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
SiCl4(l) + 2 H2O(l) ——> SiO2(s) + 4 HCl(g)
PCl5(s) + 4 H2O(l) ——> H3PO4(aq) + 5 HCl(g)
Dengan demikian, senyawa halida yang dibentuk dari unsur periode ketiga dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu :
1. Logam Klorida ( di sebelah kiri Tabel Periodik) memiliki struktur
kristalin ionikdan mudah bereaksi dengan air membentuk larutan netral. Logam Klorida bersifat netral.
2. Nonlogam Klorida (di sebelah kanan Tabel Periodik) memiliki
struktur molekul kovalen sederhana dan bereaksi dengan air menghasilkan
larutan asam. Nonlogam Klorida bersifat asam.
Referensi:
Andy. 2009. Pre-College Chemistry.
Cotton, F. Albert dan Geoffrey Wilkinson. 1989. Kimia Anorganik Dasar. Jakarta: Penerbit UI Press
Chang, Raymond. 2007. Chemistry Ninth Edition. New York: Mc Graw Hill.
Ratcliff, Brian, dkk. 2006. AS Level and A Level Chemistry. Dubai: Oriental Press.
Moore, John T. 2003. Kimia For Dummies. Indonesia: Pakar Raya.
KOROSI
28 September 2011 1 Komentar
Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks
antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang
menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak dikehendaki. Dalam bahasa
sehari-hari, korosi disebut perkaratan. Contoh korosi yang paling lazim
adalah perkaratan besi.Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi. Karat logam umumnya adalah berupa oksida atau karbonat. Rumus kimia karat besi adalah Fe2O3.nH2O, suatu zat padat yang berwarna coklat-merah.
Korosi merupakan proses elektrokimia. Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi itu berlaku sebagai anode, di mana besi mengalami oksidasi.
Fe(s) <–> Fe2+(aq) + 2e
Elektron yang dibebaskan di anode mengalir ke bagian lain dari besi itu yang bertindak sebagai katode, di mana oksigen tereduksi.
O2(g) + 4H+(aq) + 4e <–> 2H2O(l)
atau
O2(g) + 2H2O(l) + 4e <–> 4OH-(aq)
Ion besi(II) yang terbentuk pada anode selanjutnya teroksidasi membentuk ion besi(III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi, yaitu karat besi. Mengenai bagian mana dari besi itu yang bertindak sebagai anode dan bagian mana yang bertindak sebagai katode, bergantung pada berbagai faktor, misalnya zat pengotor, atau perbedaan rapatan logam itu.
Korosi dapat juga diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logam bereaksi secara kimia atau elektrokimia dengan lingkungan. Ada definisi lain yang mengatakan bahwa korosi adalah kebalikan dari proses ekstraksi logam dari bijih mineralnya. Contohnya, bijih mineral logam besi di alam bebas ada dalam bentuk senyawa besi oksida atau besi sulfida, setelah diekstraksi dan diolah, akan dihasilkan besi yang digunakan untuk pembuatan baja atau baja paduan. Selama pemakaian, baja tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi (kembali menjadi senyawa besi oksida).
Deret Volta dan hukum Nernst akan membantu untuk dapat mengetahui kemungkinan terjadinya korosi. Kecepatan korosi sangat tergantung pada banyak faktor, seperti ada atau tidaknya lapisan oksida, karena lapisan oksida dapat menghalangi beda potensial terhadap elektroda lainnya yang akan sangat berbeda bila masih bersih dari oksida.
Korosi
atau perkaratan sangat lazim terjadi pada besi. Besi merupakan logam
yang mudah berkarat. Karat besi merupakan zat yang dihasilkan pada
peristiwa korosi, yaitu berupa zat padat berwarna coklat kemerahan yang
bersifat rapuh serta berpori. Rumus kimia dari karat besi adalah Fe2O3.xH2O. Bila dibiarkan, lama kelamaan besi akan habis menjadi karat.Dampak dari peristiwa korosi bersifat sangat merugikan. Contoh nyata adalah keroposnya jembatan, bodi mobil, ataupun berbagai konstruksi dari besi lainnya.Siapa di antara kita tidak kecewa bila bodi mobil kesayangannya tahu-tahu sudah keropos karena korosi. Pasti tidak ada. Karena itu, sangat penting bila kita sedikit tahu tentang apa korosi itu, sehingga bisa diambil langkah-langkah antisipasi.
Peristiwa korosi sendiri merupakan proses elektrokimia, yaitu proses (perubahan / reaksi kimia) yang melibatkan adanya aliran listrik. Bagian tertentu dari besi berlaku sebagai kutub negatif (elektroda negatif, anoda), sementara bagian yang lain sebagai kutub positif (elektroda positif, katoda). Elektron mengalir dari anoda ke katoda, sehingga terjadilah peristiwa korosi.
Ion besi (II)yang terbentuk pada anoda selanjutnya teroksidasi menjadi ion besi (III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi (karat besi), Fe2O3.xH2O.
Dari reaksi terlihat bahwa korosi melibatkan adanya gas oksigen dan air. Karena itu, besi yang disimpan dalam udara yang kering akan lebih awet bila dibandingkan ditempat yang lembab. Korosi pada besi ternyata dipercepat oleh beberapa faktor, seperti tingkat keasaman, kontak dengan elektrolit, kontak dengan pengotor, kontak dengan logam lain yang kurang aktif (logam nikel, timah, tembaga), serta keadaan logam besi itu sendiri (kerapatan atau kasar halusnya permukaan).
Pencegahan korosi
Pencegahan korosi didasarkan pada dua prinsip berikut :
- Mencegah kontak dengan oksigen dan/atau air
Korosi besi memerlukan oksigen dan air. Bila salah satu tidak ada, maka peristiwa korosi tidak dapat terjadi. Korosi dapat dicegah dengan melapisi besi dengan cat, oli, logam lain yang tahan korosi (logam yang lebih aktif seperti seg dan krom). Penggunaan logam lain yang kurang aktif (timah dan tembaga) sebagai pelapis pada kaleng bertujuan agar kaleng cepat hancur di tanah. Timah atau tembaga bersifat mampercepat proses korosi.
- Perlindungan katoda (pengorbanan anoda)
Besi yang dilapisi atau dihubugkan dengan logam lain yang lebih aktif akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katoda. Di sini, besi berfungsi hanya sebagai tempat terjadinya reduksi oksigen. Logam lain berperan sebagai anoda, dan mengalami reaksi oksidasi. Dalam hal ini besi, sebagai katoda, terlindungi oleh logam lain (sebagai anoda, dikorbankan). Besi akan aman terlindungi selama logam pelindungnya masih ada / belum habis. Untuk perlindungan katoda pada sistem jaringan pipa bawah tanah lazim digunakan logam magnesium, Mg. Logam ini secara berkala harus dikontrol dan diganti.
- Membuat alloy atau paduan logam yang bersifat tahan karat, misalnya besi dicampur dengan logam Ni dan Cr menjadi baja stainless (72% Fe, 19%Cr, 9%Ni).
1.
|
Faktor yang berpengaruh
1. Kelembaban udara
|
2.
|
Mencegah Korosi
1. Dicat
|
SEL ELEKTROLISIS
28 September 2011 2 Komentar
Sel Elektrolisis adalah
sel yang menggunakan arus listrik untuk menghasilkan reaksi redoks yang
diinginkan dan digunakan secara luas di dalam masyarakat kita. Baterai
aki yang dapat diisi ulang merupakan salah satu contoh aplikasi sel
elektrolisis dalam kehidupan sehari-hari. Baterai aki yang sedang diisi kembali (recharge) mengubah energi listrik yang diberikan menjadi produk berupa bahan kimia yang diinginkan. Air, H2O,
dapat diuraikan dengan menggunakan listrik dalam sel elektrolisis.
Proses ini akan mengurai air menjadi unsur-unsur pembentuknya. Reaksi
yang terjadi adalah sebagai berikut : 2 H2O(l) ——> 2 H2(g) + O2(g)Rangkaian sel elektrolisis hampir menyerupai sel volta. Yang membedakan sel elektrolisis dari sel volta adalah, pada sel elektrolisis, komponen voltmeter diganti dengan sumber arus (umumnya baterai). Larutan atau lelehan yang ingin dielektrolisis, ditempatkan dalam suatu wadah. Selanjutnya, elektroda dicelupkan ke dalam larutan maupun lelehan elektrolit yang ingin dielektrolisis. Elektroda yang digunakan umumnya merupakan elektroda inert, seperti Grafit (C), Platina (Pt), dan Emas (Au). Elektroda berperan sebagai tempat berlangsungnya reaksi. Reaksi reduksi berlangsung di katoda, sedangkan reaksi oksidasi berlangsung di anoda. Kutub negatif sumber arus mengarah pada katoda (sebab memerlukan elektron) dan kutub positif sumber arus tentunya mengarah pada anoda. Akibatnya, katoda bermuatan negatif dan menarik kation-kation yang akan tereduksi menjadi endapan logam. Sebaliknya, anoda bermuatan positif dan menarik anion-anion yang akan teroksidasi menjadi gas. Terlihat jelas bahwa tujuan elektrolisis adalah untuk mendapatkan endapan logam di katoda dan gas di anoda.
Ada dua tipe elektrolisis, yaitu elektrolisis lelehan (leburan) dan elektrolisis larutan. Pada proses elektrolisis lelehan, kation pasti tereduksi di katoda dan anion pasti teroksidasi di anoda. Sebagai contoh, berikut ini adalah reaksi elektrolisis lelehan garam NaCl (yang dikenal dengan istilah sel Downs) :
Katoda (-) : 2 Na+(l) + 2 e- ——> 2 Na(s) ……………….. (1)
Anoda (+) : 2 Cl-(l) Cl2(g) + 2 e- ……………….. (2)
Reaksi sel : 2 Na+(l) + 2 Cl-(l) ——> 2 Na(s) + Cl2(g) ……………….. [(1) + (2)]
Reaksi elektrolisis lelehan garam NaCl menghasilkan endapan logam natrium di katoda dan gelembung gas Cl2 di anoda. Bagaimana halnya jika lelehan garam NaCl diganti dengan larutan garam NaCl? Apakah proses yang terjadi masih sama? Untuk mempelajari reaksi elektrolisis larutan garam NaCl, kita mengingat kembali Deret Volta (lihat Elektrokimia I : Penyetaraan Reaksi Redoks dan Sel Volta).
Pada katoda, terjadi persaingan antara air dengan ion Na+. Berdasarkan Tabel Potensial Standar Reduksi, air memiliki E°red yang lebih besar dibandingkan ion Na+. Ini berarti, air lebih mudah tereduksi dibandingkan ion Na+. Oleh sebab itu, spesi yang bereaksi di katoda adalah air. Sementara, berdasarkan Tabel Potensial Standar Reduksi, nilai E°red ion Cl- dan air hampir sama. Oleh karena oksidasi air memerlukan potensial tambahan (overvoltage), maka oksidasi ion Cl- lebih mudah dibandingkan oksidasi air. Oleh sebab itu, spesi yang bereaksi di anoda adalah ion Cl-. Dengan demikian, reaksi yang terjadi pada elektrolisis larutan garam NaCl adalah sebagai berikut :
Katoda (-) : 2 H2O(l) + 2 e- ——> H2(g) + 2 OH-(aq) ……………….. (1)
Anoda (+) : 2 Cl-(aq) ——> Cl2(g) + 2 e- ……………….. (2)
Reaksi sel : 2 H2O(l) + 2 Cl-(aq) ——> H2(g) + Cl2(g) + 2 OH-(aq) ……………………. [(1) + (2)]
Reaksi elektrolisis larutan garam NaCl menghasilkan gelembung gas H2 dan ion OH‑ (basa) di katoda serta gelembung gas Cl2 di anoda. Terbentuknya ion OH- pada katoda dapat dibuktikan dengan perubahan warna larutan dari bening menjadi merah muda setelah diberi sejumlah indikator fenolftalein (pp). Dengan demikian, terlihat bahwa produk elektrolisis lelehan umumnya berbeda dengan produk elektrolisis larutan.
Selanjutnya kita mencoba mempelajari elektrolisis larutan Na2SO4. Pada katoda, terjadi persaingan antara air dan ion Na+. Berdasarakan nilai E°red, maka air yang akan tereduksi di katoda. Di lain sisi, terjadi persaingan antara ion SO42- dengan air di anoda. Oleh karena bilangan oksidasi S pada SO4-2 telah mencapai keadaan maksimumnya, yaitu +6, maka spesi SO42- tidak dapat mengalami oksidasi. Akibatnya, spesi air yang akan teroksidasi di anoda. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Katoda (-) : 4 H2O(l) + 4 e- ——> 2 H2(g) + 4 OH-(aq) ……………….. (1)
Anoda (+) : 2 H2O(l) ——> O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e- ……………….. (2)
Reaksi sel : 6 H2O(l) ——> 2 H2(g) + O2(g) + 4 H+(aq) + 4 OH-(aq) …………………….. [(1) + (2)] 6 H2O(l) ——> 2 H2(g) + O2(g) + 4 H2O(l) …………………. [(1) + (2)]
2 H2O(l) ——> 2 H2(g) + O2(g) …………………….. [(1) + (2)]
Dengan demikian, baik ion Na+ maupun SO42-, tidak bereaksi. Yang terjadi justru adalah peristiwa elektrolisis air menjadi unsur-unsur pembentuknya. Hal yang serupa juga ditemukan pada proses elektrolisis larutan Mg(NO3)2 dan K2SO4.
Bagaimana halnya jika elektrolisis lelehan maupun larutan menggunakan elektroda yang tidak inert, seperti Ni, Fe, dan Zn? Ternyata, elektroda yang tidak inert hanya dapat bereaksi di anoda, sehingga produk yang dihasilkan di anoda adalah ion elektroda yang larut (sebab logam yang tidak inert mudah teroksidasi). Sementara, jenis elektroda tidak mempengaruhi produk yang dihasilkan di katoda. Sebagai contoh, berikut adalah proses elektrolisis larutan garam NaCl dengan menggunakan elektroda Cu :
Katoda (-) : 2 H2O(l) + 2 e- ——> H2(g) + 2 OH-(aq) …………………….. (1)
Anoda (+) : Cu(s) ——> Cu2+(aq) + 2 e- …………………….. (2)
Reaksi sel : Cu(s) + 2 H2O(l) ——> Cu2+(aq) + H2(g) + 2 OH-(aq) …………………….. [(1) + (2)]
Dari pembahasan di atas, kita dapat menarik beberapa kesimpulan yang berkaitan dengan reaksi elektrolisis :
- Baik elektrolisis lelehan maupun larutan, elektroda inert tidak akan bereaksi; elektroda tidak inert hanya dapat bereaksi di anoda
- Pada elektrolisis lelehan, kation pasti bereaksi di katoda dan anion pasti bereaksi di anoda
- Pada elektrolisis larutan, bila larutan mengandung ion alkali, alkali tanah, ion aluminium, maupun ion mangan (II), maka air yang mengalami reduksi di katoda
- Pada elektrolisis larutan, bila larutan mengandung ion sulfat, nitrat, dan ion sisa asam oksi, maka air yang mengalami oksidasi di anoda
Setelah kita mempelajari aspek kualitatif reaksi elektrolisis, kini kita akan melanjutkan dengan aspek kuantitatif sel elektrolisis. Seperti yang telah disebutkan di awal, tujuan utama elektrolisis adalah untuk mengendapkan logam dan mengumpulkan gas dari larutan yang dielektrolisis. Kita dapat menentukan kuantitas produk yang terbentuk melalui konsep mol dan stoikiometri.
Satuan yang sering ditemukan dalam aspek kuantitatif sel elektrolisis adalah Faraday (F). Faraday didefinisikan sebagai muatan (dalam Coulomb) mol elektron. Satu Faraday equivalen dengan satu mol elektron. Demikian halnya, setengah Faraday equivalen dengan setengah mol elektron. Sebagaimana yang telah kita ketahui, setiap satu mol partikel mengandung 6,02 x 1023partikel. Sementara setiap elektron mengemban muatan sebesar 1,6 x 10-19 C. Dengan demikian :
1 Faraday = 1 mol elektron = 6,02 x 1023 partikel elektron x 1,6 x 10-19 C/partikel elektron 1 Faraday = 96320 C (sering dibulatkan menjadi 96500 C untuk mempermudah perhitungan)
Hubungan antara Faraday dan Coulomb dapat dinyatakan dalam persamaan berikut :
Faraday = Coulomb / 96500
Coulomb = Faraday x 96500
Coulomb adalah satuan muatan listrik. Coulomb dapat diperoleh melalui perkalian arus listrik (Ampere) dengan waktu (detik). Persamaan yang menunjukkan hubungan Coulomb, Ampere, dan detik adalah sebagai berikut :
Coulomb = Ampere x Detik
Q = I x t
Dengan demikian, hubungan antara Faraday, Ampere, dan detik adalah sebagai berikut :
Faraday = (Ampere x Detik) / 96500
Faraday = (I x t) / 96500
Dengan mengetahui besarnya Faraday pada reaksi elektrolisis, maka mol elektron yang dibutuhkan pada reaksi elektrolisis dapat ditentukan. Selanjutnya, dengan memanfaatkan koefisien reaksi pada masing-masing setengah reaksi di katoda dan anoda, kuantitas produk elektrolisis dapat ditemukan.
Berikut ini adalah beberapa contoh soal aspek kuantitatif sel elektrolisis :
1. Pada elektrolisis larutan AgNO3 dengan elektroda inert dihasilkan gas oksigen sebanyak 5,6 L pada STP. Berapakah jumlah listrik dalam Coulomb yang dialirkan pada proses tersebut?
Penyelesaian :
Reaksi elektrolisis larutan AgNO3 dengan elektroda inert adalah sebagai berikut :
Katoda (-) : Ag+ + e- ——> Ag
Anoda (+) : 2 H2O(l) ——> O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e-
Gas O2 terbentuk di anoda. Mol gas O2 yang terbentuk sama dengan 5,6 L / 22,4 L = ¼ mol O2
Berdasarkan persamaan reaksi di anoda, untuk menghasilkan ¼ mol gas O2, maka jumlah mol elektron yang terlibat adalah sebesar 4 x ¼ = 1 mol elektron.
1 mol elektron = 1 Faraday = 96500 C
Jadi, jumlah listrik yang terlibat adalah sebesar 96500 C
2. Unsur Fluor dapat diperoleh dengan cara elektrolisis lelehan NaF. Berapakah waktu yang diperlukan untuk mendapatkan 15 L gas fluorin ( 1 mol gas mengandung 25 L gas) dengan arus sebesar 10 Ampere?
Penyeleasian :
Reaksi elektrolisis lelehan NaF adalah sebagai berikut :
K (-) : Na+(l) + e- ——> Na(s)
A (-) : 2 F-(l) ——> F2(g) + 2 e-
Gas F2 terbentuk di anoda. Mol gas F2 yang terbentuk adalah sebesar 15 L / 25 L = 0,6 mol F2
Berdasarkan persamaan reaksi di anoda, untuk menghasilkan 0,6 mol gas F2, akan melibatkan mol elektron sebanyak 2 x 0,6 = 1,2 mol elektron
1,2 mol elektron = 1,2 Faraday
Waktu yang diperlukan dapat dihitung melalui persamaan berikut :
Faraday = (Ampere x Detik) / 96500
1,2 = (10 x t) / 96500
t = 11850 detik = 3,22 jam
Jadi, diperlukan waktu selama 3,22 jam untuk menghasilkan 15 L gas fluorin
3. Arus sebesar 0,452 A dilewatkan pada sel elektrolisis yang mengandung lelehan CaCl2 selama 1,5 jam. Berapakah jumlah produk yang dihasilkan pada masing-masing elektroda?
Penyelesaian :
Reaksi elektrolisis lelehan CaCl2 adalah sebagai berikut :
K (-) : Ca2+(l) + 2 e- ——> Ca(s)
A (+) : 2 Cl-(l) ——> Cl2(g) + 2 e-
Mol elektron yang terlibat dalam reaksi ini dapat dihitung dengan persamaan berikut :
Faraday = (Ampere x Detik) / 96500
Faraday = (0,452 x 1,5 x 3600) / 96500 mol elektron
Berdasarkan persamaan reaksi di katoda, mol Ca yang dihasilkan adalah setengah dari mol elektron yang terlibat. Dengan demikian, massa Ca yang dihasilkan adalah :
Massa Ca = mol Ca x Ar Ca
Massa Ca = ½ x (0,452 x 1,5 x 3600) / 96500 x 40 = 0,506 gram Ca
Berdasarkan persamaan reaksi di anoda, mol gas Cl2 yang dihasilkan adalah setengah dari mol elektron yang terlibat. Dengan demikian, volume gas Cl2 (STP) yang dihasilkan adalah :
Volume gas Cl2 = mol Cl2 x 22,4 L
Volume gas Cl2 = ½ x (0,452 x 1,5 x 3600) / 96500 x 22.4 L = 0,283 L gas Cl2
Jadi, produk yang dihasilkan di katoda adalah 0,506 gram endapan Ca dan produk yang dihasilkan di anoda adalah 0,283 L gas Cl2 (STP)
4. Dalam sebuah percobaan elektrolisis, digunakan dua sel yang dirangkaikan secara seri. Masing-masing sel menerima arus listrik yang sama. Sel pertama berisi larutan AgNO3, sedangkan sel kedua berisi larutan XCl3. Jika setelah elektrolisis selesai, diperoleh 1,44 gram logam Ag pada sel pertama dan 0,12 gram logam X pada sel kedua, tentukanlah massa molar (Ar) logam X tersebut!
Penyelesaian :
Reaksi elektrolisis larutan AgNO3 :
K (-) : Ag+(aq) + e- ——> Ag(s)
A (+) : 2 H2O(l) ——> O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e-
Logam Ag yang dihasilkan sebanyak 1,44 gram; dengan demikian, mol logam Ag yang dihasilkan sebesar 1,44 / 108 mol Ag
Berdasarkan persamaan reaksi di katoda, mol elektron yang dibutuhkan untuk menghasilkan logam Ag sama dengan mol logam Ag (koefisien reaksinya sama)
Sehingga, mol elektron yang digunakan dalam proses elektrolisis ini adalah sebesar 1,44 / 108 mol elektron
Reaksi elektrolisis larutan XCl3 :
K (-) : X3+(aq) + 3 e- ——> X(s)
A (+) : 2 Cl-(l) ——> Cl2(g) + 2 e-
Arus yang sama dialirkan pada sel kedua, sehingga, mol elektron yang digunakan dalam proses elektrolisis ini sama seperti sebelumya, yaitu sebesar 1,44 / 108 mol elektron
Berdasarkan persamaan reaksi di katoda, mol logam X yang dihasilkan sama dengan 1 / 3 kali mol elektron, yaitu sebesar 1 / 3 x 1,44 / 108 mol X
Massa logam X = 0,12 gram; dengan demikian, massa molar (Ar) logam X adalah sebagai berikut:
mol = massa / Ar
Ar = massa / mol
Ar = 0,12 / (1 / 3 x 1,44 / 108) = 27
Jadi, Ar dari logam X adalah 27
SEL VOLTA
28 September 2011 1 Komentar
Sel Galvani atau disebut juga dengan sel volta adalah sel elektrokimia yang dapat menyebabkan terjadinya energi listrik dari suatu reaksi redoks yang spontan. reaksi redoks spontan yang dapat mengakibatkan terjadinya energi listrik ini ditemukan oleh Luigi Galvani dan Alessandro Guiseppe Volta.Sel Volta adalah rangkaian sel yang dapat menghasilkan arus listrik. Dalam sel tersebut terjadi perubahan dari reaksi redoks menghasilkan arus listrik.
Sel volta terdiri atas elektroda tempat berlangsungnya reaksi oksidasi disebut anoda(electrode negative), dan tempat berlangsungnya reaksi reduksi disebut katoda(electrode positif).
Rangkaian Sel Galvani
Contoh rangkaian sel galvani.
sel galvani terdiri dari beberapa bagian, yaitu:
- voltmeter, untuk menentukan besarnya potensial sel.
- jembatan garam (salt bridge), untuk menjaga kenetralan muatan listrik pada larutan.
- anoda, elektroda negatif, tempat terjadinya reaksi oksidasi. pada gambar, yang bertindak sebagai anoda adalah elektroda Zn/seng (zink electrode).
- katoda, elektroda positif, tempat terjadinya reaksi reduksi. pada gambar, yang bertindak sebagai katoda adalah elektroda Cu/tembaga (copper electrode).
Proses dalam Sel Galvani
Pada anoda, logam Zn melepaskan elektron dan menjadi Zn2+ yang larut.- Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-
- Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)
- Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)
1. Sel Kering (Sel Leclanche)
Dikenal
sebagai batu baterai. Terdiri dari katode yang berasal dari
karbon(grafit) dan anode logam zink. Elektrolit yang dipakai berupa
pasta campuran MnO2, serbuk karbon dan NH4Cl.Persamaan reaksinya :
Katode : 2MnO2 + 2H+ + 2e ” Mn2O3 + H2O
Anode : Zn ” Zn2+ + 2e
Reaksi sel : 2MnO2 + 2H+ + Zn ” Mn2O3 + H2O + Zn2
2. Sel Aki
Sel
aki disebut juga sebagai sel penyimpan, karena dapat berfungsi
penyimpan listrik dan pada setiap saat dapat dikeluarkan . Anodenya
terbuat dari logam timbal (Pb) dan katodenya terbuat dari logam timbal
yang dilapisi PbO2.Reaksi penggunaan aki :Anode : Pb + SO4 2- ” PbSO4 + 2e
Katode : PbO2 + SO42-+ 4H++ 2e ” PbSO4 + 2H2O
Reaksi sel : Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+ ” 2PbSO4 + 2H2O
Reaksi Pengisian aki :
2PbSO4 + 2H2O ” Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+
3. Sel Perak Oksida
Sel ini banyak digunakan untuk alroji, kalkulator dan alat elektronik.Reaksi yang terjadi :
Anoda : Zn(s) + 2OH-(l) ” Zn(OH)2(s) + 2e
Katoda : Ag2O(s) + H2O(l) + 2e ” 2Ag(s) + 2OH-(aq)
Reaksi Sel : Zn(s) + Ag2O(s) + H2O(l) ” Zn(OH)2(s) + 2Ag(s)
Potensial sel yang dihasilkan adalah 1,34 V
4. Sel Nikel Cadmium (Nikad)
Sel Nikad merupakan sel kering yang dapat diisi kembali
(rechargable). Anodenya terbuat dari Cd dan katodenya berupa Ni2O3
(pasta). Beda potensial yang dihasilkan sebesar 1,29 V. Reaksinya dapat
balik :NiO(OH).xH2O + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2.yH2O + Cd(OH)2
5. Sel Bahan Bakar
Sel Bahan bakar merupakan sel Galvani dengan pereaksi – pereaksinya
(oksigen dan hidrogen) dialirkan secara kontinyu ke dalam elektrode
berpori. Sel ini terdiri atas anode dari nikel, katode dari nikel oksida
dan elektrolit KOH.Reaksi yang terjadi :
Anode : 2H2(g) + 4OH-(aq) → 4H2O(l) + 4e
Katode : O2(g) + 2H2O(l) + 4e → 4OH-(aq)
Reaksi sel : 2H2(g) + O2 → 2H2O(l)
Kandungan energi dan dampaknya ke ekonomi bahan bakar
ReplyDeleteMengubah bahan bakar dari bensin ke butanol maka akan menyebabkan konsumsi bahan bakar lebih boros sekitar 10%[9] tapi efeknya untuk jangka panjang masih harus diteliti lagi. Meskipun kepadatan energi dalam campuran butanol dan bensin dapat dihitung, tapi tes dengan bahan bakar alohol lainnya menunjukkan bahwa kepadatan energi tidak mempunyai efek yang berbanding lurus dengan ekonomi bahan bakar.[10]
Nilai oktan
Nilai oktan dari n-butanol mirip dengan bensin tapi lebih rendah daripada etanol dan metanol. n-Butanol mempunyai angka RON (Research Octane number atau angka oktan) sebesar 96 dan angka MON (angka oktan motor) sebesar 78. t-butanol mempunyai angka oktan RON 105 dan MON 89.[11] t-Butanol digunakan sebagai bahan aditif pada bensin tapi tidak bisa digunakan sebagai bahan bakar dalam bentuk murninya karena mempunyai titik beku sebesar 25.5 °C, sehingga akan menjadi gel dan membeku pada suhu ruangan.