Gas Mulia

Makalah Kimia

“Gas Mulia”

Kelompok 5:

Indri Anisa

Putri Dewi. N

Risca Elva. R

Siti Mariyam

Tiara Dewanti

Yuyun Amalina

XII  IPA  3

Sma negeri 1 klari

2011/2012

Gas Mulia

A. Definisi Gas Mulia

Gas mulia adalah unsur-unsur golongan VIIIA (18) dalam tabel periodik. Disebut mulia karena unsur-unsur ini sangat stabil (sangat sukar bereaksi). Tidak ditemukan satupun senyawa alami dari gas mulia. Menurut Lewis, kestabilan gas mulia tersebut disebabkan konfigurasi elektronnya yang terisi penuh, yaitu konfigurasi oktet (duplet untuk Helium). Kestabilan gas mulia dicerminkan oleh energi ionisasinya yang sangat besar, dan afinitas elektronnya yang sangat rendah (bertanda positif). Para ahli zaman dahulu yakin bahwa unsur-unsur gas mulia benar-benar inert. Pendapat ini dipatahkan, setelah pada tahun 1962, Neil Bartlett, seorang ahli kimia dari Kanada berhasil membuat senyawa xenon, yaitu XePtF₆. Sejak itu, berbagai senyawa gas mulia berhasil dibuat.

Gas mulia adalah gas yang mempunyai sifat lengai, tidak reaktif, dan susah bereaksi dengan bahan kimia lain. Gas mulia banyak digunakan dalam sektor perindustrian. Gas mulia juga merupakan golongan kimia yang unsur-unsurnya memiliki elektron valensi luar penuh, sehingga menjadi golongan yang paling stabil dalam sistem periodik unsur. Unsur-unsurnya adalah

1. He (Helium),

2. Ne (Neon),

3. Ar (Argon),

4. Kr (Kripton),

5. Xe (Xenon), dan

6. Rn (Radon) yang bersifat radioaktif.

Karena sifat stabilnya, unsur-unsur Gas Mulia ditemukan di alam dalam bentuk monoatomik. Konfigurasi elektron unsur-unsur Gas Mulia adalah ns2np6, kecuali He 1s2.

B. Sejarah Gas Mulia

Pada tahun 1894, seorang ahli kimia Inggris bernama William Ramsay mengidentifikasi zat baru yang terdapat dalam udara. Sampel udara yang sudah diketahui mengandung nitrogen, oksigen, dan karbon dioksida dipisahkan. Ternyata dari hasil pemisahan tersebut, masih tersisa suatu gas yang tidak reaktif (inert). Gas tersebut tidak dapat bereaksi dengan zat-zat lain sehingga dinamakan argon (dari bahasa Yunani argos yang berarti malas). Empat tahun kemudian Ramsay menemukan unsur baru lagi, yaitu dari hasil pemanasan mineral kleverit. Dari mineral tersebut terpancar sinar alfa yang merupakan spektrum gas baru. Spektrum gas tersebut serupa dengan garis-garis tertentu dalam              spektrum matahari.

             Untuk itu, diberi nama helium (dari bahasa Yunani helios berarti matahari). Pada saat ditemukan, kedua unsur ini tidak dapat dikelompokkan ke dalam golongan unsur-unsur yang sudah oleh Mendeleyev karena memiliki sifat berbeda. Kemudian Ramsey mengusulkan agar unsur tersebut ditempatkan pada suatu golongan tersendiri, yaitu terletak antara golongan halogen dan golongan alkali. Untuk melengkapi unsur-unsur dalam golongan tersebut, Ramsey terus melakukan penelitian dan akhirnya menemukan lagi unsur-unsur lainnya, yaitu neon, kripton, dan xenon (dari hasil destilasi udara cair). Kemudian unsur yang ditemukan lagi adalah radon yang bersifat radioaktif. Pada masa itu, golongan tersebut merupakan kelompok unsur-unsur yang tidak bereaksi dengan unsur-unsur lain (inert) dan dibri nama golongan unsur gas mulia atau golongan nol.

            Di tahun 1898, Huge Erdmann mengambil nama Gas Mulia (Noble Gas) dari bahasa Jerman Edelgas untuk menyatakan tingkat kereaktifan Gas Mulia yang sangat rendah. Nama Noble dianalogikan dari Noble Metal (Logam Mulia), emas, yang dihubungkan dengan kekayaan dan kemuliaan.

            Gas Mulia pertama ditemukan pada tanggal 18 Agustus 1868 oleh Pierre Janssen dan Joseph Horman Lockyer. Ketika sedang meneliti gerhana matahari total mereka menemukan sebuah garis baru di spektrum sinar matahari. Mereka menyakini bahwa itu adalah lapisan gas yang belum diketahui sebelumnya, lalu mereka menamainya Helium.

Berikut ini adalah asal-usul mana unsur-unsur Gas Mulia, yaitu:

1. Helium à ήλιος (ílios or helios) = Matahari
2. Neon à νέος (néos) = Baru
3. Argon à αργός (argós) = Malas
4. Kripton à κρυπτός (kryptós) = Tersembunyi
5. Xenon à ξένος (xénos) = Asing
6. Radon (pengecualian) diambil dari Radium

Nama-nama di atas diambil dari bahasa Yunani. Pada awalnya, Gas Mulia dinyatakan sebagai gas yang inert tetapi julukan ini disanggah ketika ditemukan senyawa Gas Mulia.

C. Sifat-Sifat Gas Mulia

            Gas mulia memiliki titik didih dan titik leleh yang sangat rendah, oleh karena itu di alam gas mulia berwujud gas. Gas mulia tidak berbau, tidak berwarna dan tidak berasa.

Berdasarkan jari-jari atom, gas mulia seharusnya Paling reaktif menangkap elektron. Namun, pada kenyataannya golongan gas mulia sangat sulit bereaksi. Di alam unsur ini kebanyakan ditemukan sebagai gas monoatomik. Hal ini dikarenakan konfigurasi elektronnya yang memenuhi kulit terluar sehingga menjadi stabil.

Kereaktifan gas mulia akan bertambah seiring dengan bertambahnya nomor atom. Bertambahnya nomor atom akan menambah jari-jari atom pula. Hal ini mengakibatkan gaya tarik inti atom terhadap elektron terluar berkurang, sehingga lebih mudah melepaskan diri dan ditangkap zat lain. Sampai saat ini, senyawa gas mulia yang sudah dapat bereaksi dengan zat lain adalah xenon dan kripton, sedangkan helium, neon, dan argon masih sangat stabil.

Sehingga dapat disimpulkan bahwa:

• Jari-jari atom unsur-unsur Gas Mulia dari atas ke bawah semakin besar karena bertambahnya kulit yang terisi elektron.
• Energi Ionisasi dari atas ke bawah semakin kecil karena gaya tarik inti atom terhadap elektron terluar semakin lemah.
• Afinitas Elektron unsur-unsur Gas Mulia sangat kecil sehingga hampir mendekati nol.
• Titik didih unsur-unsur Gas Mulia berbanding lurus dengan kenaikan massa atom.
• Titik lebur unsur-unsur Gas Mulia mengikuti sifat titik didih.

Gas mulia sangat sedikit kandungannya di bumi. Dalam udara kering maka akan ditemukan kandungan gas mulia sebagai berikut :

Helium = 0,00052 %
Neon = 0,00182 %
Argon = 0,934 %
Kripton = 0,00011 %
Xenon = 0,000008
Radon = Radioaktif*

Tapi di alam semesta kandungan Helium paling banyak diantara gas mulia yang lain karena Helium meupakan bahan bakar dari matahari.

       * Radon = amat sedikit jumlahnya di atmosfer atau udara. Dan sekalipun ditemukan akan cepat berubah menjadi unsur lain, karena radon bersifat radio aktif. Dan karena jumlahnya yang sangat sedikit pula radon disebut juga sebagi gas jarang.

Sifat Fisis Gas Mulia

            Gas mulia memiliki beberapa sifat baik secara fisis maupun kimia, sebelum membahas hal tersebut mari kita lihat data-data dari gas mulia. Berikut merupakan beberapa ciri fisis dari gas mulia.

	Helium	Neon	Argon	Kripton	Xenon	Radon
Nomor atom	2	10	18	32	54	86
Elektron valensi	2	8	8	8	8	8
Jari-jari atom(Ǻ)	0,50	0,65	0,95	1,10	1,30	1,45
Massa atom (gram/mol)	4,0026	20,1797	39,348	83,8	131,29	222
Massa jenis (kg/m3)	0.1785	0,9	1,784	3,75	5,9	9,73
Titik didih (0C)	-268,8	-245,8	-185,7	-153	-108	-62
Titikleleh (0C)	-272,2	-248,4	189,1	-157	-112	-71
Bilangan oksidasi	0	0	0	0;2	0;2;4;6	0;4
Keelekronegatifan	-	-	-	3,1	2,4	2,1
Entalpi peleburan (kJ/mol)	*	0,332	1,19	1,64	2,30	2,89
Entalpi penguapan (kJ/mol)	0,0845	1,73	6,45	9,03	12,64	16,4
Afinitas elektron (kJ/mol)	21	29	35	39	41	41
Energi ionisasi (kJ/mol)	2640	2080	1520	1350	1170	1040

Adapula hal penting yang menyebabkan gas mulia amat stabil yaitu konfigurasi elektronnya. Berikut adalah konfigurasi elektron gas mulia

He = 1s²
Ne = 1s² 2s² 2p⁶
Ar = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶
Kr = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶
Xe = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶

Rn = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶

Karena konfigurasi elektronnya yang stabil gas mulia juga biasa digunakan untuk penyingkatan konfigurasi elektron bagi unsur lain.

contoh :

Br = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁵

Menjadi Br = [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁵

            Gas mulia merupakan unsur gas pada suhu kamar dan mendidih hanya beberapa derajat di atas titik cairnya. Jari-jari, titik leleh serta titik didih gasnya mulanya bertambah seiring bertambahnya nomor atom. Sedangkan energi pengionnya berkurang.

           Dari data-data di atas kita bisa lihat bahwa nomor atom, jari-jari atom, massa atom, massa jenis, titik didih, titik beku, entalpi peleburan dan entalpi penguapan selalu bertambah dari He ke Rn. Sedangkan energi ionisasi mengalami penurunan dari He ke Rn. Beberapa dari sifat tersebut mengalami kenaikan karena gaya london terutama pada entalpi peleburan dan entalpi penguapan.
Elektron valensi gas mulia sudah memenuhi kaidah Duplet untuk He dan kaidah Oktet untuk Ne, Ar, Kr, Xe dan Rn. Sedangkan untuk He, Ne, Ar tidak memiliki nilai keelektronegatifan. Dan bilangan oksidasi yang di atas adalah bilangan oksidasi yang sudah di ketahui hingga sekarang.

Sifat Kimia Gas Mulia
 
           Kereaktifan gas mulia akan berbanding lurus dengan jari-jari atomnya, jadi kereaktifan gas mulia akan bertambah dari He ke Rn hal ini disebabkan pertambahan jari-jari atom menyebabkan daya tarik inti terhadap elektron kulit luar berkurang, sehingga semakin mudah ditarik oleh atom lain.
          Tetapi gas mulia adalah unsur yang tidak reaktif karena memiliki konfigurasi elektron yang sudah satbil, hal ini didukung kenyataan bahwa gas mulia di alam selalu berada sebagai atom tunggal atau monoatomik. Tetapi bukan berarti gas mulia tidak dapat berreaksi, hingga sekarang gas mulia periode 3 ke atas (Ar, Kr, Xe, Rn) sudah dapat berreaksi dengan unsur yang sangat elektronegatif seperti Flourin dan Oksigen.

Kegunaan Gas Mulia

Helium
Helium merupakan zat yang ringan dan tidak muadah terbakar, Helium biasa digunakan untuk mengisi balon udara, dan helium yang tidak reaktif digunakan untuk mengganti nitrogen untuk membuat udara buatan yang dipakai dalam penyelaman dasar laut. Helium yang berwujud cair juga dapat digunakan sebagai zat pendingin karena memiliki titik uap yang sangat rnedah.

Neon
Neon biasanya digunakan untuk mengisi lampu neon. Selain itu juga neon dapat digunakan untuk berbagi macam hal seperti indicator tegangan tinggi, zat pendingin, penangkal petir, dan mengisi tabung televise.

Argon
Argon dapat digunakan dalam las titanium dan stainless steel. Argon juga digunakan dalam las dan sebagai pengisi bola lampu pijar.

Kripton
Kripton bersama argon digunakan sebagai pengisi lampu fluoresen bertekanan rendah. Krypton juga digunakan dalam lampu kilat untuk fotografi kecepatan tinggi.

Xenon
Xenon dapat digunakan dalam pembuatan lampu untuk bakterisida (pembunuh bakteri) dan pembuatan tabung elektron.

Radon
Radon dapat digunakan dalam terapi kanker karena bersifat radioaktif. Radon juga dapat berperan sebagai sistem peringatan gempa, Karena bila lepengn bumi bergerak kadar radon akan berubah sehingga bias diketahui bila adanya gempa dari perubahan kadar radon.

Pembuatan Gas Mulia

 a. Gas Helium
            Helium (He) ditemukan terdapat dalam gas alam di Amerika Serikat. Gas helium mempunyai titik didih yang sangat rendah, yaitu -268,8 0C sehingga pemisahan gas helium dari gas alam dilakukan dengan cara pendinginan sampai gas alam akan mencair (sekitar -156 0C) dan gas helium terpisah dari gas alam.

b. Gas Argon, Neon, Kripton, dan Xenon
            Udara mengandung gas mulia argon (Ar), neon (Ne), krypton (Kr), dan xenon (Xe) walaupun dalam jumlah yang kecil. Gas mulia di industri diperoleh sebagai hasil samping dalam industri pembuatan gas nitrogen dan gas oksigen dengan proses destilasi udara cair. Pada proses destilasi udara cair, udara kering (bebas uap air) didinginkan sehingga terbentuk udara cair. Pada kolom pemisahan gas argon bercampur dengan banyak gas oksigen dan sedikit gas nitrogen karena titik didih gas argon (-189,4 0C) tidak jauh beda dengan titik didih gas oksigen (-182,8 0C). Untuk menghilangkan gas oksigen dilakukan proses pembakaran secara katalitik dengan gas hidrogen, kemudian dikeringkan untuk menghilangkan air yang terbentuk. Adapun untuk menghilangkan gas nitrogen, dilakukan cara destilasi sehingga dihasilkan gas argon dengan kemurnian 99,999%. Gas neon yang mempunyain titik didih rendah (-245,9 0C) akan terkumpul dalam kubah kondensor sebagai gas yang tidak terkonsentrasi (tidak mencair).
            Gas kripton (Tb = -153,2 0C) dan xenon (Tb = -108 0C) mempunyai titik didih yang lebih tinggi dari gas oksigen sehingga akan terkumpul di dalam kolom oksigen cair di dasar kolom destilasi utama. Dengan pengaturan suhu sesuai titik didih, maka masing-masing gas akan terpisah.

Sifat-Sifat Unsur Gas Mulia

            Dengan konfigurasi elektron yang sudah penuh, gas mulia termasuk unsur yang stabil, artinya sukar bereaksi dengan unsur lain, sukar untuk menerima elektron maupun untuk melepas elektron.

a. Afinitas Elektron
            Dengan elektron valensi yang sudah penuh, unsur gas mulia sangat sukar untuk menerima elektron. Hal ini dapat dilihat dari harga afinitas elektron yang rendah.

b. Energi Ionisasi
            Kestabilan unsur-unsur golongan gas mulia menyebabkan unsur-unsur gas mulia sukar membentuk ion, artinya sukar untuk melepas elektron. Perhatikanlah data energi ionisasinya yang besar sehingga untuk dapat melepas sebuah elektron (untuk dapat membentuk ion) diperlukan energi yang besar. Helium adalah unsur gas mulia yang memiliki energi ionisasi paling besar.

c. Jari-Jari Atom
            Jari-jari atom unsur-unsur golongan gas mulia sangat kecil (dalam satu golongan, semakin keatas semakin kecil) sehingga elektron terluar relatif lebih tertarik ke inti atom. Oleh sebab itu, atom-atom gas mulia sangat sukar untuk bereaksi.

d. Wujud Gas Mulia
            Titik didih dan titik leleh unsur-unsur gas mulia lebih kecil dari pada suhu kamar (250C atau 298 K) sehinga seluruh unsur gas mulia berwujud gas. Karena kestabilan unsur-unsur gas mulia, maka di alam berada dalam bentuk monoatomik.

Sampai dengan tahun 1962, para ahli masih yakin bahwa unsur-unsur gas mulia tidak bereaksi. Kemudian seorang ahli kimia kanada bernama Neil Bartlet berhasil membuat persenyawaan yang stabil antara unsur gas mulia dan unsur lain, yaitu XePtF6.
Keberhasilan ini didasarkan pada reaksi:
PtF6 + O2 → (O2)+ (PtF6)-
PtF6 ini bersifat oksidator kuat. Molekul oksigen memiliki harga energi ionisasi 1165 kJ/mol, harga energi ionisasi ini mendekati harga energi ionisasi unsur gas mulia Xe = 1170 kJ/mol.
Atas dasar data tersebut, maka untuk pertama kalinya Bartlet mencoba mereaksikan Xe dengan PtF6 dan ternyata menghasilkan senyawa yang stabil sesuai dengan persamaan reaksi:
Xe + PtF6 → Xe+(PtF6)-
Setelah berhasil membentuk senyawa XePtF6, maka gugurlah anggapan bahwa gas mulia tidak dapat bereaksi. Kemudian para ahli lainnya mencoba melakukan penelitian dengan mereaksikan xenon dengan zat-zat oksidator kuat, diantaranya langsung dengan gas flourin dan menghasilkan senyawa XeF2, XeF4, dan XeF6. Reaksi gas mulia lainnya, yaitu krypton menghasilkan senyawa KrF2. Radon dapat bereaksi langsung dengan F2 dan menghasilkan RnF2. Hanya saja senyawa KrF2 dan RnF2 bersifat (tidak stabil).
Senyawa gas mulia He, Ne, dan Ar sampai saat ini belum dapat dibuat mungkin karena tingkat kestabilannya yang sangat besar.

 Kereaktifan gas muliaØ
Gas mulia dalam keadaan dasarnya memenuhi kondisi untuk kestabilan kimia (1) tidak memiliki elektron yang tidak berpasangan, (2) energi ionisasi sangat besar dan (3) afinitas elektronnya negatif dan dengan demikian kereaktifannya sangat rendah. Akan tetapi, beberapa reaksi dapat terjadi jika kondisinya sebagian tidak dipenuhi. Meskipun energi ionisasi untuk atom gas mulia besar, nilainya menurun dalam urutan sebagai berikut, He (24.6 eV), Ne (21.6 eV), Ar (15.8 eV), Kr (14.0 eV) dan ionisasi energi untuk Xe adalah 12.1 eV, yang lebih kecil dari energi ionisasi untuk atom hidrogen (13.6 eV). Hal ini memberikan indikasi bahwa kondisi tidak berlaku untuk Xe. Dengan mencatat kecenderungan ini, N. Bartlet melakukan sintesis XePtF6 dari Xe dan PtF6 pada tahun 1962 dan juga N. H. Clasen memperoleh XeF4 melalui reaksi termal antara Xe dan F2 pada tahun 1962. Selanjutnya, XeF2, XeF6, XeO3, XeO4 dan beberapa senyawa gas mulia lainnya telah berhasil disintesis dan mengakibatkan hipotesis bahwa gas mulia adalah gas yang tidak reaktif ditolak. Contohnya :

3Xe(g) + 6F2(g) ---> XeF2(s) + XeF4(s) + XeF6(s)

Setelah itu didapat tak kurang dari 200 jenis senyawa gas mulia. Awalnya kripton diduga tidak tidak bersenyawa dengan unsur lainnya, tapi sekarang sudah ditemukan beberapa senyawa kripton. Di alam, kripton memiliki enam isotop stabil. Dikenali juga 1 isotop lainnya yang tidak stabil. Garis spektrum kripton dapat dihasilkan dengan mudah dan beberapa di antaranya sangat tajam untuk bisa dibedakan. Awalnya kripton diduga tidak tidak bersenyawa dengan unsur lainnya, tapi sekarang sudah ditemukan beberapa senyawa kripton. Kripton difluorida sudah pernah dibuat dalam ukuran gram dan sekarang sudah dapat dibuat dengan beberapa metode. Senyawa fluorida lainnya dan garam dari asam oksi kripton pun telah dilaporkan. Ion molekul dari ArK+ dan KrH+ telah diidentifikasi dan diinvestigasi, demikian juga KrXe dan KrXe+ pun telah memiliki beberapa bukti.


 Syarat-syarat pembentukan senyawa gas muliaØ

1. Gas mulia keelektropositifannya besar (Kr, Xe).
2. Atom gas mulia yang mudah mengion (dan karenanya, berat).
3. Unsur lain yang akan bersenyawa dengan gas mulia keelektronegatifannya besar (F, O).


 Beberapa contoh senyawa gas muliaØ

Senyawa Biloks Xe Nama Hibridisasi Bentuk Molekul
XeF2 +2 Xenon di fluorida sp3d linier(garis lurus)
XeF4 +4 Xenon terafluorida sp3d2 Segiempat planar
XeF6 +6 Xenon heksafluorida sp3d3 Oktahedral terdistorsi
XeO3 +6 Xenon trioksida sp3d3 segitiga piramida
XeO4 +8 Xenon tetraoksida sp3d4 tetrahedral
XeOF4 +6 Xenon oksi tetrafluorida sp3d3 segiempat piramida



Dengan menggunakan teori VSEPR maka kita dapat meramalkan bentuk geometri bentuk molekul- molekul. Berikut ini dicontohkan bagaimana menentukan bentuk geometri molekul XeF2, dan XeF4. Diantara molekul-molekul tersebut ada yang memiliki pasangan elektron bebas dan ada yang tidak, jadi molekul-molekul tersebut adalah contoh yang bagus untuk lebih memahami teori VSEPR.
Pertama kita harus mementukan struktur lewis masing-masing molekul. Xe memiliki jumlah elektron valensi 8 sedangkan F elektron valensinya adalah 7.(lihat gambar dibawah)

Struktur Lewis XeF2 seperti gambar sebelah kiri, dua elektron Xe masing-masing diapakai untuk berikatan secara kovalen dengan 2 atom F sehingga meninggalkan 3 pasangan elektron bebas pada atom pusat Xe. Hal yang sama terjadi pada molekul XeF4 dimana 4 elektron Xe dipakai untuk berikatan dengan 4 elektron dari 4 atom F, sehingga meninggalkan 2 pasangan elektron bebas pada atom pusat Xe.


Lihat gambar diatas XeF2 memiliki 2 pasangan elekktron terikat (PET) dan 3 pasangan elektron bebas (PEB) jadi total ada 5 pasangan elektron yang terdapat pada XeF2, hal ini menandakan bahwa geometri molekul atau kerangka dasar molekul XeF2 adalah trigonal bipiramid. Karena terdapat 3 PEB maka PEB ini masing masing akan menempati posisi ekuatorial pada kerangka trigonal bipiramid, sedangkan PET akan menempati posisi aksial yaitu pada bagian atas dan bawah. Posisi inilah posisi yang stabil apabila terdapat atom dengan 2 PET dan 3 PEB sehingga menghasilkan bentuk molekul linear. Jadi bentul molekul XeF2 adalah linier.(lihat gambar dibawah).


Lihat gambar strutur lewis XeF4 memiliki 4 pasangan elekktron terikat (PET) dan 2 pasangan elektron bebas (PEB) jadi total ada 6 pasangan elektron yang terdapat pada XeF4, hal ini menandakan bahwa geometri molekul atau kerangka dasar molekul XeF4 adalah oktahedral. Karena terdapat 2 PEB maka PEB ini masing masing akan menempati posisi aksial pada kerangka oktahedral, sedangkan PET akan menempati posisi ekuatorial. Posisi inilah posisi yang stabil apabila terdapat atom dengan 4 PET dan 2 PEB sehingga menghasilkan bentuk molekul yang disebut segiempat planar. Jadi bentul molekul XeF2 adalah segiempat planar.(lihat gambar dibawah).