Jumat, 02 Desember 2011

UNSUR TRANSISI PERIODE KE EMPAT


1.     UNSUR TRANSISI

            Pada system periodik unsur, yang termasuk dalam golongan Transisi adalah unsur-unsur golongan B, dimulai dari IB – VIIB dan VIII. Sesuai dengan pengisian elektron pada subkulitnya, unsur ini termasuk unsur blok d, yaitu unsur-unsur dengan elektron valensi yang terletak pada subkulit d dalam konfigurasi elektronnya.
            Pada makalah ini unsur – unsur transisi yang akan dibahas adalah unsur transisi  pada periode 4, yang terdiri dari scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), krom (Cr), mangan (Mn), besi (Fe), kobalt (Co), nikel (Ni), tembaga (Cu) dan seng (Zn).
A.    Sifat – Sifat Umum
Unsur transisi mempunyai sifat- sifat khas yang membedakannya dari unsur golongan utama, antara lain:
1.     Bersifat logam. Semua unsur transisi tergolong logam karena dengan titik leleh dan titik didih yang relatif tinggi ( unsur – unsur golongan utama ada yang tergolong logam, metalloid, dan logam).
2.     Bersifat paramagnetik (sedikit tertarik ke dalam medan magnet).
3.     Membentuk senyawa – senyawa yang berwarna (senyawa dari unsur logam golongan utama tidak berwarna)
4.     Mempunyai beberapa tingkat oksidasi (unsur logam golongan utama umumnya hanya mempunyai sejenis tingkat oksidasi).
5.     Membentuk berbagai macam ion kompleks (unsur logam golongan utama tidak banyak yang dapat membentuk ion kompleks).
6.     Berdaya katalik. Banyak unsur transisi atau senyawanya yang berfungsi sebagai katalisator, baik dalam proses industri maupun dalam metabolisme.

B.    Sifat Logam
Semua unsur transisi periode keempat  adalah logam, yang bersifat lunak, mengkilap, dan penghantar listrik dan panas yang baik.

C.    Sifat – Sifat Fisis

Sifat
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Jari – jari atom (Å)
1,44
1,32
1,22
1,18
1,17
1,17
1,16
1,15
1,17
1,25
Jari – jari ion M2+ (Å)
-
1,00
0,93
0,87
0,81
0,75
0,79
0,83
0,87
0,88
Titik leleh (°C)
1541
1660
1890
1857
1244
1535
1495
1453
1083
420
Titik didih (°C)
2831
3287
3380
2672
1962
2750
2870
2732
2567
907
Kerapatan (gram/cm3)
3,0
4,5
6,0
7,2
7,2
7,9
8,9
8,9
8,9
7,1
Kekerasan (skala Mohs)
-
-
-
9,0
5,0
4,5
-
-
3,0
2,5
Energy ionisasi (Kj/mol)
631
658
650
652
717
759
758
737
745
906
Keelektronegatifan
1,3
1,5
1,6
1,6
1,5
1,8
1,8
1,8
1,9
1,6
E°red M2+ (aq) (volt)
-
-
-1,20
-0.91
-1,19
-0,44
-0,28
-0,25
+0,34
-0,76
E°red M3+ (aq) (volt)
-2,10
-1,20
-0,86
-0,74
-0,28
-0.04
-0,40
-
-
-
Tabel 1. Sifat – sifat fisis unsur transisi periode keempat

Sebagaimana dapat di lihat pada Tabel 1, jari – jari atom unsur – unsur transisi tidak banyak berubah dalam satu periode dari kiri ke kanan. Hal ini disebabkan oleh pengisian subkulit d dengan elektron – elektron, sehingga memerisai pengaruh daya tarik inti terhadap elektron terluar. Pengaruh daya tarik inti terhadap elektron terluar seolah-olah sama meskipun muatan inti bertambah dengan naiknya nomor atom unsur, akibatnya jari-jari atom pun relatif tidak berubah.
Titik leleh dan titik didih unsur-unsur transisi tinggi, menunjukan bahwa ikatan logam pada unsur-unsur transisi sangat kuat. Hal ini diperkuat pula dengan bukti tingginya daya hantar listrik dan daya hantar panas unsure-unsur transisi, yang menyatakan mudahnya terjadi delokalisasi elektron pada kisi logam.
Kisi logam (kerapatan) transisi sangat rapat yang ditunjukan oleh tingginya kerapatan unsur-unsur transisi. Logam membentuk struktur terjejal dengan atom-atom logam yang berukuran sama tersusun sangat rapat dalam Kristal logam. Dalam Kristal logam ini ion-ion positif logam tarik menarik dengan “larutan” elektron yang dimiliki oleh seluruh Kristal. Dalam sel satuan kisi Kristal logam ada 2 macam susunan yaitu struktur terjejal heksagonal (hexagonal closest packed atau hcp) dan struktur terjejal kubus (cubic closest packed atau ccp). Jenis kisi ini menyebabkan kekerasan logam berbeda, bergantung pada kerapatan susunan atom-atom dalam kisinya.
            Energy ionisasi pertama dari unsur–unsur transisi periode 4 ternyata hampir sama. Hal itu terjadi karena muatan efektif inti yang dialami elektron kulit terluar adalah sama, yaitu +2 (electron terakhir unsure transisi mengisi kulit ketiga, bukan kulit terluar). Adapun energi ionisasi zink (Zn) yang mencolok tinggi dapat terjadi karena zink mempunyai konfigurasi elektron penuh, suatu bentuk elektron yang relatif stabil.
Semua unsur transisi periode keempat mempunyai energi ionisasi yang relatif rendah (kurang dari 1000 Kj/mol) kecuali zink (Zn) yang agak besar (906 Kj/mol). Sifat logam unsur transisi juga dicerminkan oleh harga keelektronegatifannya yang rendah (kurang dari 2). Pada kenyataannya, semua unsur transisi periode keempat membentuk kation tunggal dengan bilangan oksidasi +1, +2, atau +3. Pada tingkat oksidasi yang rendah, senyawa unsur transisi bersifat ionik.
Potensial energi unsur transisi periode 4 yang berharga negatif (kecuali Cu), menyatakan bahwa unsur –unsur transisi ini bersifat reduktor. Sifat reduktornya menyebabkan unsur-unsur transisi dapat bereaksi dengan unsur-unsur nonlogam, seperti oksigen, belerang, dan halogen. Oleh karena itu, di alam unsur-unsur transisi umumnya terdapat sebagai oksida, sulfida, atau halide (dalam batuan). 
            Tidak jelasnya keteraturan perubahan harga energi ionisasi unsur-unsur transisi periode keempat dari  kiri ke kanan, menyebabkan pula tidak adanya keteraturan perubahan kereaktifan unsur-unsur ini bervariasi dan bersifat spesifik.

D.    Konfigurasi Elektron

Unsur
Lambang
Nomor
Atom
Konfigurasi
Electron
Golongan
Scandium
Sc
21
(Ar)3d14s2
III B
Titanium
Ti
22
(Ar)3d24s2
IV B
Vanadium
V
23
(Ar)3d34s2
V B
Krom
Cr
24
(Ar)3d54s1
VI B
Mangan
Mn
25
(Ar)3d54s2
VII B
Besi
Fe
26
(Ar)3d64s2
VIII B
Kobal
Co
27
(Ar)3d74s2
VIII B
Nikel
Ni
28
(Ar)3d84s2
VIII B
Tembaga
Cu
29
(Ar)3d104s1
IB
Seng
Zn
30
(Ar)3d104s2
II B
Tabel 2. Konfigurasi elektron unsur transisi periode keempat
           
Perhatikan konfigurasi elektron atom Cr dan Cu. Elektron valensi unsur-unsur ini mempunyai konfigurasi elektron penuh dan setengah penuh pada subkulit s dan d terluar, yang menyatakan konfigurasi yang stabil. Pada atom Cr satu elektron dari subkulit 4s pindah ke subkulit 3d sehingga membentuk kofigurasi yang stabil 3d54s1, dengan kedua subkulit terisi “setengah penuh”. Pada atom Cu, satu elektron dari subkulit 4s pindah ke 3d, sehingga terbentuk konfigurasi elektron valensi 3d104s1, yang menunjukan subkulit 3d terisi penuh dan 4s setengah penuh. Hal ini menunjukan juga konfigurasi yang stabil.
Gambar 1. Konfigurasi electron unsur transisi periode keempat

E.    Sifat Kemagnetan
            Setiap atom dan molekul mempunyai sifat magnetik, yaitu paramagnetik, di mana atom, molekul, atau ion sedikit dapat ditarik oleh medan magnet karena ada elektron yang tidak berpasangan pada orbitalnya dan diamagnetik, di mana atom, molekul, atau ion dapat ditolak oleh medan magnet karena seluruh elektron pada orbitnya berpasangan. Sedangkan pada umumnya unsur-unsur transisi bersifat paramagnetik karena mempunyai elektron yang tidak berpasangan pada orbital-orbital d-nya. Sifat paramagnetik ini akan semakin kuat jika jumlah elektron yang tidak berpasangan pada orbitalnya semakin semakin banyak. Logam Sc, Ti, V, Cr dan Mn bersifat paramagnetik, sedangkan Cu dan Zn bersifat diamagnetik. Untuk Fe, Co, dan Ni bersifat feromagnetik, yaitu kondisi yang sama dengan paramagnetik hanya saja dalam keadaan padat (Brady, 1990: 689).
Sifat Magnet
Unsur
Diamagnetic
Cu dan Zn
Paramagnetik
Sc, Ti, V, Cr, Mn
Feromagnetik
Fe, Co, Ni

F.     Tingkat  oksidasi
            Tidak seperti golongan IA dan IIA yang hanya mempunyai tingkat oksidasi +1 dan +2, unsur-unsur logam transisi mempunyai beberapa tingkat  oksidasi. Perhatikanlah beberapa senyawa mangan (Mn) berikut, yaitu MnSO4, MnO2, K2MnO4, dan KMnO. Bilangan oksidasi mangan dalam senyawa-senyawa itu berturut-turut adalah +2, +4, +6, +7. Mengapa unsure transisi dapat membentuk senyawa dengan beberapa bilangan tingkat oksidasi ? kita ingat kembali bahwa elektron valensi unsur transisi periode keempat menempati subkulit 3d dan 4s. tingkat energi kedua orbital itu relatif berdekatan. Oleh karena itu, selain elektron pada kulit terluar (4s) , unsur transisi periode keempat dapat juga menggunakan elektron pada  subkulit 3d pada pembentukan ikatan.  Tingkat  oksidasi dari unsur-unsur transisi periode keempat diberikan pada Tabel 3.


IIIB
Sc
IVB
Ti
VB
V
VIB
Cr
VIIB
Mn
VIIIB
IB
CU
IIB
Zn
Fe
Co
Ni


+3*

+2
+3
+4*

+2
+3
+4*
+5

+2
+3*
+4
+5
+6

+2*
+3
+4
+5
+6
+7

+2*
+3*
+4
+5
+6

+2
+3*
+4
+1
+2*
+3
+1
+2*
+3

+2*
  Yang dicetak tebal adalah tingkat oksidasi biasa dan yang diberi bintang adalah tingkat oksidasi paling stabil.
Tabel 3. Tingkat Oksidasi Unsur Periode keempat

G.   Warna  senyawa unsur  transisi periode keempat
            Tingkat energi elektron pada unsur-unsur transisi yang hampir sama menyebabkan timbulnya warna pada ion-ion logam transisi. Hal ini terjadi karena elektron dapat bergerak ke tingkat yang lebih tinggi dengan mengabsorpsi sinar tampak. Pada golongan transisi, subkulit 3d yang belum terisi penuh menyebabkan elektron pada subkulit itu menyerap energi cahaya, sehingga elektronnya tereksitasi dan memancarkan energi cahaya dengan warna yang sesuai dengan warna  cahaya yang dapat dipantulkan pada saat kembali ke keadaan dasar.
      Misalnya Ti2+ berwarna ungu ,Sc3+  dan Ti4+  tidak berwarna karena sudkulit 3d-nya kosong, Co2+ berwarna merah muda, Co3+  berwarna biru, Zn2+ juga tidak berwarna karena subkulit 3d nya terisi penuh.

H.    Ion Kompleks
            Ion kompleks adalah ion yang terbentuk dari suatu kation tunggal (biasanya ion logam transisi) yang terikat langsung pada beberapa anion atau molekul netral.
            Contoh :
            Ion kompleks [Fe(CN)6]4- terdiri dari ion Fe2+ yang terikat pada 6 ion CN-, sedangkan ion kompleks [Cu(NH3)4]2+ terdiri dari ion Cu2+ yang terikat pada 4 molekul NH3. Perhatikan strukturnya berikut ini.
CN
NC                   CN
Fe
NC                   CN
CN
           
H3N                 NH3
Cu
H3N                 NH3














Fe(CN)64+                                                                        Cu(NH3)42+
      
                        Selanjutnya ion logam itu disebut ion pusat sedangkan anion atau molekul netral   yang    terikat kepadanya disebut ligan. Jadi, suatu ion kompleks terdiri atas satu ion pusat   dan      ligan-ligannya. Pada contoh diatas, untuk ion pusat Fe2+ ligannya adalah ion CN-      dan untuk        ion pusat Cu2+ ligannya adalah molekul NH3.



I.      Ligan
            Menurut teori ikatan valensi, antara ikatan ion pusat dengan ligannya adalah ikatan kovalen koordinat dengan ligan sebagai penyumbang pasangan elektron, sedangkan ion pusat menyiapkan orbital kosong. Jadi, ligan haruslah mempunyai pasangan elektron bebas. Ligan yang menyumbangkan satu pasang elektron (mempunyai satu atom donor) disebut ligan unidentat, yang menyumbangkan dua pasang elektron (mempunyai dua atom donor) disebut bidentat , dan yang menyumbang lebih dari dua pasang elektron disebut polidentat . beberapa contoh ligan diberikan pada Tabel berikut.















J.     Bilangan koordinasi
            Jumlah ligan sederhana atau jumlah ikatan koordinasi yang dibentuk oleh satu ion pusat disebut bilangan koordinasi ion pusat itu. Bilangan koordinasi besi dalam ion kompleks Fe(CN)64- adalah 6, sedangkan bilangan  koordinasi tembaga dalam ion kompleks Cu(NH3)42+            adalah 4. Biasanya bilangan koordinasi suatu ion pusat sama dengan dua kali bilangan oksidasinya. Bilangan oksidasi yang umum adalah 2,4, dan 6. Perhatikanlah contoh berikut.
Bilangan koordinasi 2 : [Ag(NH3)2]2+
  Bilangan koordinasi 4 : [Cu(NH3)4]2+, [Zn(NH3)4]2+, dan [PtCl42-]
Bilangan koordinasi 6 : [Fe(CN)6]3-, [Co(NH3)4Cl2]+, dan [PtCl6]2-

K.    Muatan ion kompleks
            Muatan ion kompleks sama dengan jumlah muatan ion pusat dengan ligan-ligannya.Perhatikanlah beberapa contoh berikut.

Contoh 1 :
Ion komleks yang terdiri dari ion pusat Cr3+ , dua ligan Cl- , dan empat ligan H2O mempunyai  muatan = (+3) + 2(-1) + 4(0) = +1. Rumus ion kompleks itu adalahy [Cr(H2O)4Cl2]+ .

Contoh 2 :
Berapakah bilangan oksidasi ion kompleks [Cr(H2O)2Cl4]- ? jika dimisalkan bilangan oksidasi Cr ion itu = x, maka
 X + 2(0) +4(-1) = -1
       X - 4          = -1
                X      = +3
Jadi, bilangan oksidasi kromium dalam ion itu adalah +3




L.    Tata nama ion kompleks
            Senyawa yang mengandung ion kompleks disebut senyawa kompleks atau senyawa koordinasi. Penamaan senyawa kompleks sama seperti penamaan senyawa ion pada umumnya, yaitu rangkaian dari nama kation dan anionnya.

Contoh 1 :
K4[Fe(CN)6] à 4K+   +   [Fe(CN)6]4- = kalium heksasianoferat(II)
                             KATION                  ANION                   KATION                 ANION
Contoh 2 :
[Cu(NH3)4]SO4    à  [Cu (NH3)4]2+ + SO42- = tetramintembaga(II) sulfat
                                                              KATION                                  ANION                            KATION                            ANION
Adapun penamaan ion kompleks adalah sebagai berikut :
a.      baik kation maupun anion, terdiri atas dua bagian yang ditulis dalam satu kata. Bagian pertama menyatakan  jumlah dan nama ligan, bagian kedua menyatakan nama ion pusat dan bilangan oksidasinya. Bilangan oksidasi ion pusat ditulis dengan angka Romawi dalam tanda kurung.

Contoh 1 :
                       Fe(CN)64-    = h e k s a s i a n o    f e r a t (II)
                                                                            jumlah & nama ligan                      ion pusat dan biloksnya
Contoh 2 :
                       Cu(NH3)42+ = t e t r a m i n   t e m b a g a (II)
                                                                         jumlah & nama ligan       ion pusat dan biloksnya

1.     jumlah ligan dinyatakan dengan awalan angka dalam bahasa yunani :
1 = mono ; 2 = di ; 3 = tri ; 4 = tetra ; 5 = penta ; 6 = heksa
2.     nama ligan yang berupa anion mendapat akhiran” o” ,  sedang ligan-ligan yang berupa molekul netral penamannya tidak mempunyai aturan khusus, jadi di hafalkan saja (lihat tabel 3.16)
3.     nama ion pusat pada kation kompleks sama dengan nama biasa dari ion pusat itu.
Contoh 1 : Cu pada kation kompleks Cu(NH3)42+ Disebut tembaga
Contoh 2 : Ag pada kation kompleks Ag(NH3)2+ Disebut perak
4.     nama ion pusat pada anion kompleks harus menggunakan nama IUPACnya dan diberi akhiran “at” .
contoh 1 :  Fe dalam anion kompleks Fe(CN)64-  disebut ferat
contoh 2 : Cu dalam anion kompleks CuCl42- disebut kuprat
contoh 3 : Ag dalam anion kompleks Ag(CN)2  disebut argentat
b.     bila terdapat lebih dari sejenis ligan, maka urutan penulisannya adalah berdasarkan urutan abjad dari nama ligan tersebut (ligan Cl- dianggap bermula dengan huruf c bukan k)

contoh :
Cr(H2O)4Cl2+              = tetraakuadiklorokromium (III)

Beberapa contoh senyawa kompleks dan penamaannya diberikan pada Tabel 4.
Rumus senyawa koordinasi
Kation
Anion
Ion Pusat
Ligan
Nama senyawa koordinasi
[Ag(NH3)2]Cl
Ag(NH3)2+
Cl-
Ag+
NH3
Diaminperak (I) klorida
K[Ag(CN)2]
K+
Ag(CN)2-
Ag+
CN-
Kalium disianoargentat
[Zn(NH3)4]SO4
Zn(NH3)42+
SO42-
Zn2+
NH3
Tetraminzink(II) sulfat
K2[Zn(NH3)4]SO4
K+
Zn(CN)42-
ZN 2+
CN-
Kalium tetrasianozinkat(II)
K3[Fe(CN)6]
K+
Fe(CN)63-
Fe3+
CN-
Kalium heksasianoferat(III)
K[Al(H2O)2(OH)4]
K+
Al(H2O)2(OH)4-
Al3+
H2O dan OH-
Kalium diakuatetrahidroksoaluminat(III)
a K3[Fe(CN)6] mempunyai nama trivial kalium ferisianida
   K4[Fe(CN)6] mempunyai nama trivial kalium ferosianida

M.   Warna Senyawa Kompleks
                        Dalam buku jilid 2A telah dijelaskan bahwa suatu zat akan berwarna apabila zat itu menyerap sebagian warna dan memantulkan yang lain. Warna yang tampak ialah warna yang dipantulkan atau perpaduan dari warna-warna yang dipantulkan.
                        Di awal bab juga telah disebutkan bahwa unsur transisi membentuk senyawa-         senyawa          berwarna dan hal itu berkaitan dengan adanya subkulit d yang terisi tidak      penuh. Pada suatu atom atau ion yang berdiri sendiri, kelima orbital dari subkulit d        mempunyai tingkat energy yang sama. Akan tetapi kehadiran ligan menyebabkan pemisahan (spilitting) tingkat energy pada orbital-orbital itu. Pada system octahedral (ion           kompleks dengan bilangan koordinasi 6), orbital dx2- y2 dan dz2 menjadi lebih tinggi   daripada orbital dx,, dyz, dan dxz (lihat gambar 3.18). selisih tingkat energy antara orbital d           energy rendah dengan orbital d energy tinggi ditandai dengan delta ( Δ0 system        oktahedral). Niai Δ0    tersebut berada disekitar energy dari sinar-sinar tampak. Artinya,            sinar-sinar tampak mengeksitasi electron dari orbital d energy rendah ke orbital d energy     tinggi.
                        Oleh karena itu, ion pusat dari suatu ion kompleks yang mempunyai subkulit d          yang terisi tidak penuh dapat menyerap radiasi dari spectrum sinar tampak dan zat itu akan           berwarna. Jadi, jenis radiasi yang diserap tergantung pada harga    . sebagi contoh, electron          3d dari ion [Ti(H2O)6]3+ dieksitasikan oleh radiasi dengan panjang gelombang 510 nm     (lihat gGambar 3.19)
                                                                                                 
                                                                                                        
                                                                                                 
                                                                                                                         

                        Harga Δ0  tergantung pada jenis ion dan ligan. Ligan yang menghasilkan nilai Δ0             yang relative kecil disebut igan lemah, sedangkan yang menghasilkan nilai Δ0  relatif besar    disebut ligan kuat. Urutan kekuatan beberapa ligan, dimulai dari yang aling lemah, adalah sebagai berikut.
CN- > NO2-  > NH3 > H2O > F-  > Cl- > Br- > I-

N.    Geometri Ion Kompleks
                        Geometri ion kompleks bergantung pada bilangan koordinasi (jumlah ikatan                         koordinasi) dan tipe hibridasi ion pusatnya. Ion kompleks dengan bilangan koordinasi 2                            berbentuk linear, sedangkan yang mempunyai bilangan koordinasi 6 berbentuk                                               octahedron. Adapun ion kompleks yang mempunyai bilangan koordinasi 4 dapat                                           berbentuk tetrahedron, dapat pula berbentuk segi 4 planar. Yang berbentuktetrahedron                           mengalami hibridasi sp3 , sedangkan yang berbentuk segi 4 planar mengalami hibridasi                                  dsp2.

              Contoh :
                        Ion kompleks [Co(NH3)6]3+ dan ion kompleks [CoF6]3- (bilangan koordinasi 6)
                        Ion kompleks [Co(NH3)6]3+ berbentuk octahedron dan bersifat diamagnetik,             sedangkan       ion kompleks  [CoF6]3- juga berbentuk octahedron tetapi bersifat             paramagnetic.             Bagaimanakah perbedaan itu dapat dijelaskan? Ion pusat kedua ion        kompleks itu adalah   sama, yaitu Co3+ dengan konfigurasi electron sebagai berikut.




                        Sebagaimana telah dijelaskan di atas, ligan menyebabkan spilitting atau pemisahan       orbital-orbital d. besarnya perbedaan tingkat energy dintara orbital-orbital d tersebut (Δ0)   akan mempengaruhi konfigurasi electron ion pusatnya. Marilah kkita perhatikan       kemungkinan konfigurasi electron Co3+ (d6) dalam ion kompleksnya  (lihat gambar 3.20).




                        Gambar 3.20.  kemungkinan konfigurasi electron ion Co3+ (d6). (a) electron             pertama, kedua, dan ketiga akan mengisi orbital di energy rendah. (b) penempatan electron           ke-4, 5, dan 6 jika P > Δ0 . (c) penempatan electron ke-4, 5,dan 6 jika P < Δ0 (P =     tambahan energy yang diperlukan untuk berpasangan).
                        Sesuai dengan aturan Aufbau, electron pertama, kedua, dan ketiga akan menepati         orbital d energy rendah. Orbital mana yang akan ditempati oleh 3 elektron berikutnya?     Orbital manapun yang akan ditempati, ke-3 elektron tersebut memerlukan energy             tambahan. Jika mengisi orbital d energy rendah diperlukan tambahan energy untuk   berpasangan, yaitu pairing energy (P). jika mengisi orbital d energy tinggi, maka tamahan          energy yang diperlukan adalah Δ0 . oleh karena itu, orbital mana yang akan ditempati        electron ke4, 5 , dan 6 bergantung pada perbandingan nilai P dengan Δ0  . jika P < Δ0 ,            electron akan berpasangan. Sebaliknya jika P > Δ0  , electron akan mengisi subkulit d        energy tinggi .
                        Penjelasan di atas dapat menerangkan perbedaan sifat magnet dari ion             [Co(NH3)6]3+ dengan ion [CoF6]3- . karena NH3 merupakan ligan kuat , maka Δ0  pada    ion kompleks [Co(NH3)6]3+ menjadi cukup besar (Δ0  > P) , sehingga electron memilih          berpasangan , yang membuat ion itu bersifat diamagnetic. Sebaliknya, karena F-         merupakan ligan lemah, maka Δ0  dalam ion kompleks [CoF6]3- relative kecil (Δ0 < P) ,            sehingga electron memilih menepati orbital d energy tinggi , yang membuat ion itu         bersifat paramagnetic (lihat gambar 3.20).
                        Secara ringkas dapat dikatakan bahwa ligan kuat dapat memaksa electron pada    subkulit 3d berpasangan, sedangkan ligan lemah tidak dapat melakukannya. Konfigurasi     electron dan hibridisasi ion Co3+ dari kedua ion kompleks tersebut dapat ditulis sebagai            berikut.
           



                        Ion kompleks seperti [Co(NH3)6]3+ disebut kompleks orbital dalam karena             hibridisasinya mengguanakan orbital dari kulit bagian dalam (3d), sedangkan ion             kompleks seperti [CoF6]3- disebut kompleks orbital luar karena hibridisasinya             menggunakan orbital d dari kulit luar (4d). 

2.     PROSES PEMBUATAN DAN MANFAAT BEBERAPA UNSUR TRANSISI
1.     Besi
a.       pembuatan besi
            Besi adalah logam yang paling luas dan paling banyak penggunaannya, yaitu sekitar 14kali total penggunaan dari semua logam lainnya. Hal tersebut disebabkan karena bijihnya yang melimpah, pengolahannya mudah dan murah, serta kemudahannya dimodifikasi.dalam penggunannya besi digunakan bukan sebagai besi murni, tetapi berupa logam campur yaitu baja.
            Karena potensial reduksi besi tidak terlalu negative, besi dapat direduksi dengan menggunakan karbon. besi di olah dari bijihnya dalam suatu tungku yang disebut kanurtiup (blast furnace). Kanurtiup berbentuk silinder tinggi  raksasa dengan 30m atau lebih dan diameter bagian tengah sekitar 8m.
            Bahan yang digunakan pada pengolahan besi, selain bijih besi adalah kokas (C) dan batu kapur (CaCO3). Bijih besi, kokas, dan batu kapur diumpamakan dari puncak tanur, sementara dari bagian bawah ditiupkan udara panas. Kokas berfungsi sebagai reduktor, sedangkan batu kapur berfungsi sebagai fluks, yaitu bahan yang akan bereaksi dengan pengotor dalan bijih besi dan memisahkan pengotor itu dalam bentuk cairan kental yang disebut terak (slag). Komposisi bahan-bahan tersebut bergantung pada pengotor dalam bijih besi. Proses yang terjadi pada peleburan besi secara garis besar sbb. Sebagian kokas terbakar pada bagian bawah tanur dengan membebaskan kalor, sehingga suhu didaerah itu dapat mencapai 2000°C.
C(s) + O2 (g) à CO2(g) + kalor

Ketika bergerak naik, gas CO2 yang baru terbentuk bereaksi dengan kokas yang bergerak turun membentuk CO.
CO2(g) + C(S)  à 2CO(g)
Gas CO inilah yang sebenarnya mereduksi bijih besi. Reduksi berlangsung secara bertahap, mula-mula membentuk Fe3O4, kemudian FeO dan akhirnya membentuk besi cairan yang ditampung didasar tanur dan dikeluarkan secara periodik (lihat Gambar 4.8)
(+3)                         (+3/+2)             (+2)                   (0)
Fe2O3    tahap 1      Fe3O4    tahap 2          FeO    tahap 3          Fe
            Tahap 1 : 3Fe2O3 +  CO                      2Fe3O4 + CO2
            Tahap 2 : Fe3O4 + CO             3FeO + CO2
            Tahap 3 : FeO + CO                Fe + CO2
Reaksi totalnya dapat dituliskan sebagai berikut.
                        Fe2O3 (s) + 3CO (g)                2Fe (l) + 3CO2 (g)
Reaksi pembentukan terak yang menghilangkan pengotor berlangsung sebagai berikut.
            CaCO3 (s)       CaO (s) + CO2 (g)                   (800-900° C)
            CaO (s) + SiO2 (s)        CaSiO3 (l)                 (1200° C)
            3CaO (s) + P2O5 (g)         Ca3(PO4)2 (l)          (1200° C)
           
            CaSiO3 dan Ca3(PO4)2 terbentuk berupa cairan kental yang disebut terak atau slag. Oleh karena masa jenisnya lebih rendah, terak tersebut mengapung diatas besi cair, sehingga melindungi besi terhadap oksidasi oleh udara panas. Terak dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan jalan raya atau bahan pupuk.
            Selain pengotor yang dipisahkan ke dalam terak, ada juga hasil reaksi yang larut dalam besi cair, yaitu mangan , silicon, dan fosforus. Reaksi yang menghasilkan pengotor yang larut dalam besi cair adalah sebagai berikut.
            MnO  + C        Mn + CO                                 (1400° C)
            SiO2 + 2C        Si + 2CO                                 (1400° C)
            P2O5 + 5C       2P + 5CO                                (1400° C)
            Besi yang dihasilkan dari tanur tiup disebut besi gubal (pig iron) atau besi kasar yang mengandung kira-kira 95% besi , 3-4 % karbon , dan sisanya pengotor lain Mn, Si, P, dan S. besi gubal bersifat keras tetapi rapuh. Pada umumnya,sebagian besar besi gubal langsung diproses untuk membuat baja. Sebagian lain dialirkan ke dalam cetakan, sehingga diperoleh besi tuang (cast iron). Besi tempa diperoleh dari besi gubal dengan mengurangi kadar karbon. Berbada dengan besi gubal, besi tempa lebih lunak dan tiak rapuh.

b.     baja
            Baja adalah istilah yang digunakan untuk semua logam campur (aliase) dari besi. Jenis baja sangat beragam, sehingga penggunaannya sangat luas mulai dari mainan anak, perkakas dapur, industry kendaraan, kontruksi bangunan, jembatan, rel kereta api, dan sebagainya. Salah satu contoh baja yang paling terkenal adalah baja tahan karat (stainless steels), yang merupakan paduan (aliase) besi dengan kromium (14-18 %) dan nikel (7-9 %). Baja tahan karat digunakan untuk membuat perkakas seperti gunting, obeng, dan kunci; perkakas dapur seperti sendok dan panci dsb.
            Baja dibuat dari besi gubal yang diperoleh dari tanur tiup. Perubahan yang harus dilakukan pada pembuatan baja dari besi gubal yaitu:
1.     Menurunkan kadar karbon dari 3-4% menjadi 0-1.5%
2.     Menghilangkan pengotor seperti Si, Mn dan P
3.     Menambahkan logam logam campur seperti Ni dan Cr sesuai dengan jenis baja yang akan dibuat.
Nama
Komposisi
Sifat khas
Penggunaan
Baja mangan
10  - 18 % Mn
Keras, Kuat, dan awet
Rel kereta api, lapis baja kendaraan perang, mesin penghancur batu
Baja silicon
1 – 5 % Si
Keras, kuat, sifat magnetnya kuat
Magnet
Durion
12 – 15 % Si
Tahan karat, tahan asam
Pipa, ketel, kondensor, dan lain-lain
Invar
36 % Ni
Koefisien mulai rendah
Alat pengukur (meteran)
Baja Kromium- vanadium
1 – 10 % Cr
0.15 V
Kuat, tahan terhadap tekanan/beban
As kendaraan
Baja tahan karat (stainless steel)
14  18 % Cr
7 – 9 % Ni
Tahan karet
Alat pemotong, alat dapur, dan lain- lain.
Tabel 5. Beberapa jenis baja

2.     Tembaga
            Penggunaan utama tembaga adalah untuk kabel listrik. Selain itu, tembaga digunakan untuk membuat paduan logam seperti perunggu (Cu + Sn) dan kuningan (Cu + Zn). Oleh karena kelimpahannya di alam relative terbatas, diperkirakan cadangan tembaga akan segera habis. Kan tetapi, penemuan serat optic (untuk kabel telekomunikasi) dan super konduktor (untuk transmisi listrik) dapat mengurangi penggunaan tembaga.
            Perunggu banyak digunakan untuk perhiasan, senjata (seperti pisau dan tombak) lonceng dan dalam seni patung. Kuningan berwarna kuning cerah seperti emas, sehingga banyak digunakan untuk perhiasan atau ornament dan alatv music. Tembaga dialam terdapat sebagai unsur bebas tetapi lebih banyak sebagai senyawa
            Biji tembaga yang terpenting adalah kalkopirit (CuFeS2). Walaupun tembag memppunyai potensial reduksi bertanda positive (E° = +0,34 volt), pengolahannya relative sulit terutama karena sulit memisahkan pengotornya, khususnya besi. Pengolahan tembaga melalui beberapa tahap yaitu flotasi, pemanggangan, peleburan, pengubahan dan elektrolisis.
            Pada umumnya, biji tembaga hanya mengandung 0,5% Cu. Meskipun demikian, kemajuan teknologi telah memungkinkan pengolahan biji tembaga kadar rendah (sekitar 0,25%) secara komersial. Tahap pertama pengolahan tembaga adalah flotasi. Melalui flotasi, bijih tembaga berkadar rendah dapat dipekatkan hingga mengandung 20-40% tembaga. Bijih pekat itu kemudian dipanggang dimana besi sulfide berubah menjadi oksida sedangan tembaga tetap berupa sulfide.
4CuFeS2 + 9O2  -----> 2Cu2S + 2Fe2O3  + 6SO2
Bijih tembaga yang sudah melalui pemanggangan kemudian dilebur. Pada peleburan ini,  bahan terebut terpisah menjadi dua lapisan. Lapisan bawah yang disebut “copper matte” mengandung Cu2S dan besi cair. Sedangkan lapisan atas merupakan terak silikat yang antara lain mengandung FeSiO3. Selanjutnya “copper matte” dipindahkn kedalam tungku lain dan dialiri udara. Pada tahap inilah terbentuk tembaga yang disebut sebagai tembaga lepuh (blister copper) karena mengandung gelembung gas SO2 bbekuk.
2CuS + 3O2 à 2Cu2O + 2SO2
CU2S + Cu2O à 2Cu +SO2
Tembaga lepuh mengandung 98-99% Cu dengna berbagai jenis pengotor seprti besi, zink, perak, emas, dan platina. Tahap akhir pada pengolahan tembaga adalah pemurnian.
            Pemurnian tembaga dilakukan dengan elektrolisis. Tembaga lepuh digunakan sebgai anode, sedngkan tembaga murni diunakan sebagai katodenya. Elektrolit yang digunakan adalah larutan CuSO4. Selama elektrolisis, Cu dipindahkan dari anode ke katode.
CuSO4(Aq)      à Cu2+(aq) + SO42-(aq)
Katode            : Cu2+(aq)  + 2e    à      Cu(s)
Anode : Cu(s)               à Cu2+(aq) + 2e
              Cu(s)                         à Cu(s)
            Anode                 Katode
Dengan menggunakan potensial reduksi tertentu, pengotor-pengotor dapat terpisah.
3.     Timah
Timah adalah logam yang relative lunak, berwarna putih perak dan tahan karat. Timah terutama digunakan untuk membuat kaleng kemasan, seperti untuk roti, susu, cat, dan buah. Kegunaan lain dari timah adalah untuk membuat logam campur, misalnya peruggu (panduan timah, tembaga, dan zink) dan solder (paduan timah dan timbel).
            Timah biasanya didapatkan dari pemanasan mineralnya, yaitu kasiterit (SnO2), dan karbon. Dalam pemansan itu, timah direduksi oleh karbon. Reaksi yang terjadi :
SnO2 + C  à Sn  +CO2



4.     Kromium
            Kromium adalah logam yang sangat mengkilat, keras dan tahan karat. Lebih dari separo produksi kromium digunakan dalam industry logam, dan sekitar sepertiga lainnya dalam repraktori (pelapis than panas bagi tanur bersuhu tinggi). Dalam industry logam, kromium terutama digunakan untuk membuat paduan (aliase) dengan besi,nikel, kobalt. Penambahan kromium memberikan kekuatan dan kekerasan serta sifat tahankarat pada paduan logam. Bahan tahan karat( stainless steels) mengandung sekitar 14% kromium. Oleh karena kekerasannya, paduan kromium dengan kobalt dan tungsten (wolfarm) digunakan untuk membuat mesin potong cepat. Kromium digunakan dalam membuat berbagai macam pernik kendaraan bermotor karena sangat mengkilap. Enggunaan kromium sebagai repraktori terutama karena mempunyai titikleleh yang tinggi(18570C), koefisien muai yang tidak terlalu besar dan mempunyai bentuk Kristal yang stabil.
            Kromium digunakan untuk melapisi baja untuk variasi atau pernik kendaraan bermotor dan untuk tujuan dekoratif lainnya. Pelapisan itu dilakukan secara elektrolisis, yaitu dengan electro plating. Untuk tujuan itu, digunakan larutan senyawa kromium dengan tingkat oksidasi +6. Dalam prosesnya, kromium dalam senyawanya mula-mula direduksi menjadi Cr3+  baru kemudian menjadi kromium. Akan tetapi, jika larutan yang digunakan adalah Cr3+, ternyata pelapisan tidak terjadi. Hal itu isebabkan ion Cr3+ dalam air terikat sebagai ion komplek  yang stabil, [Cr(H2O)6]3+. Ion komplek ini tidak mudah direduksi. Jika yang digunakan adalah Cr6+, maka ion Cr3+ terbebtuk dalam suatu lapisan dipermukaan logam dan tidak lagi bereaksi dengan air, melainkan langsung direduksi menjadi unsur kromium(Cr).
































Tidak ada komentar:

Poskan Komentar