MAKALAH KIMIA "UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT" OLEH LILIS KARTIKA DAMAYANTI IKA RAHMA DEWI AYU IKA PRATIWI HAFIFAH SARDI ADI ZULKARNAEN RAHMAT IDRIS
UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT
Unsur transisi adalah unsur yang dapat menggunakan elektron pada kulit terluar dan kulit pertama terluar untuk berikatan dengan unsur-unsur yang lain.
Unsur transisi periode keempat umumnya memiliki elektron valensi pada subkulit 3d yang belum terisi penuh (kecuali unsur Seng (Zn) pada Golongan IIB). Hal ini menyebabkan unsur transisi periode keempat memiliki beberapa sifat khas yang tidak dimiliki oleh unsur-unsur golongan utama, seperti sifat magnetik, warna ion, aktivitas katalitik, serta kemampuan membentuk senyawa kompleks. Unsur transisi periode keempat terdiri dari sepuluh unsur, yaitu Skandium (Sc), Titanium (Ti), Vanadium (V), Kromium (Cr), Mangan (Mn), Besi (Fe), Kobalt (Co), Nikel (Ni), Tembaga (Cu), dan Seng (Zn).
Dalam satu periode dari kiri (Sc) ke kanan (Zn), keelektronegatifan unsur hampir sama, tidak meningkat maupun menurun secara signifikan. Selain itu, ukuran atom (jari-jari unsur) serta energi ionisasi juga tidak mengalami perubahan signifikan. Oleh sebab itu, dapat disimpulkan bahwa semua unsur transisi periode keempat memiliki sifat kimia dan sifat fisika yang serupa. Hal ini berbeda dengan unsur utama yang mengalami perubahan sifat yang sangat signifikan dalam satu periode.
Unsur transisi periode keempat umumnya memiliki keelektronegatifan yang lebih besar dibandingkan unsur Alkali maupun Alkali tanah, sehingga kereaktifan unsur transisi tersebut lebih rendah bila dibandingkan Alkali maupun Alkali Tanah. Sebagian besar unsur transisi periode keempat mudah teroksidasi (memiliki E°red negatif), kecuali unsur Tembaga yang cenderung mudah tereduksi (E°Cu = + 0,34 V). Hal ini berarti bahwa secara teoritis, sebagian besar unsur transisi periode keempat dapat bereaksi dengan asam kuat (seperti HCl) menghasilkan gas hidrogen, kecuali unsur Tembaga. Akan tetapi, pada kenyataanya, kebanyakan unsur transisi periode keempat sulit atau bereaksi lambat dengan larutan asam akibat terbentuknya lapisan oksida yang dapat menghalangi reaksi lebih lanjut. Hal ini terlihat jelas pada unsur Kromium. Walaupun memiliki potensial standar reduksi negatif, unsur ini sulit bereaksi dengan asam akibat terbentuknya lapisan oksida (Cr2O3) yang inert. Sifat inilah yang dimanfaatkan dalam proses perlindungan logam dari korosi (perkaratan).
Dibandingkan unsur Alkali dan Alkali Tanah, unsur-unsur transisi periode keempat memiliki susunan atom yang lebih rapat (closed packing). Akibatnya, unsur transisi tersebut memiliki kerapatan (densitas) yang jauh lebih besar dibandingkan Alkali maupun Alkali Tanah. Dengan demikian, ikatan logam (metallic bonds) yang terjadi pada unsur transisi lebih kuat. Hal ini berdampak pada titik didih dan titik leleh unsur transisi yang jauh lebih tinggi dibandingkan unsur logam golongan utama. Selain itu, entalpi pelelehan dan entalpi penguapan unsur transisi juga jauh lebih tinggi dibandingkan unsur logam golongan utama.
Unsur transisi periode keempat memiliki tingkat oksidasi (bilangan oksidasi) yang bervariasi. Hal ini disebabkan oleh tingkat energi subkulit 3d dan 4s yang hampir sama. Oleh sebab itu, saat unsur transisi melepaskan elektron pada subkulit 4s membentuk ion positif (kation), sejumlah elektron pada subkulit 3d akan ikut dilepaskan. Bilangan oksidasi umum yang dijumpai pada tiap unsur transisi periode keempat adalah +2 dan +3. Sementara, bilangan oksidasi tertinggi pada unsur transisi periode keempat adalah +7 pada unsur Mangan (4s2 3d7). Bilangan oksidasi rendah umumnya ditemukan pada ion Cr3+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Cu+, dan Cu2+, sedangkan bilangan oksidasi tinggi ditemukan pada anion oksida, seperti CrO42-, Cr2O72-, dan MnO4-.
1. KELIMPAHAN UNSUR-UNSUR DI ALAM DAN PRODUK-PRUDUK YANG MENGANDUNG UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT
Unsur unsur yang termasuk periode keempat meliputi tembaga (Cu), seng (Zn), skadium (Sc), Titanium (Ti), Vanadium (V), kromium (Cr), mangan (Mn), besi (Fe), kobalt (Co), dan nikel (Ni).
Unsur transisi dapat ditemukan dikerak bumi terutama sebagai bijih mineral (bijih logam) dengan kadar tertentu. Bijih besi merupakan mineral terbanyak di alam setelah O, Si, dan Al. Untuk lebih jelasnya keberadaan unsur transisi di alam dapat dilihat dalam uraian berikut.
a. Skandium (Sc)
Skandium (Sc) terdapat dalam mineral torvetit (Sc2SiO7).
Gambar Unsur Skandium
b. Titanium (Ti)
Unsur ini terdapat dalam mineralrutil (TiO2) yang terdapat dalam bijih besi sebagai ilmenit (FeTi)2O3 dan ferrotitanate (FeTiO3) juga terdapat dalam karang, silikat, bauksit batubara, dan tanah liat.
c. Vanadium (V)
Vanadium terdapat dalam senyawa karnotit (K-uranil-vanadat) [(K2(UO2)2 (VO4)2.3H2)], dan vanadinit (Pb5(VO4)3Cl).
Gambar vanadium
d. Kromium (Cr)
Bijih utama dari kromium di alam adalah kromit (FeO.Cr2O2) dan sejumlah kecil dalam kromoker.
Gambar Kromium
e. Mangan (Mn)
Bijih utamanya berupa pirulosit (batu kawi) (MnO2), dan rodokrosit (MnCO3) dan diperkirakan cadangan Mn terbesar terdapat di dasar lautan.
Gambar Mangan
f. Besi (Fe)
Besi (Fe) adalah unsur yang cukup melimpah di kerak bumi (sekitar 6,2% massa kerak bumi). Besi jarang ditemukan dalam keadaan bebas di alam. Besi umumnya ditemukan dalam bentuk mineral (bijih besi), seperti hematite (Fe2O3), siderite (FeCO3), dan magnetite (Fe3O4).
Logam Besi bereaksi dengan larutan asam klorida menghasilkan gas hidrogen. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Fe(s) + 2 H+(aq) ——> Fe2+(aq) + H2(g)
Larutan asam sulfat pekat dapat mengoksidasi logam Besi menjadi ion Fe3+. Sementara larutan asam nitrat pekat akan membentuk lapisan oksida Fe3O4 yang dapat menghambat reaksi lebih lanjut. Umumnya, Besi dijumpai dalam bentuk senyawa dengan tingkat oksidasi +2 dan +3. Beberapa contoh senyawa Besi (II) antara lain FeO (hitam), FeSO4. 7H2O (hijau), FeCl2 (kuning), dan FeS (hitam). Ion Fe2+ dapat dengan mudah teroksidasi menjadi ion Fe3+ bila terdapat gas oksigen yang cukup dalam larutan Fe2+. Sementara itu, senyawa yang mengandung ion Besi (III) adalah Fe2O3 (coklat-merah) dan FeCl3 (coklat).
g. Kobalt (Co)
Kobalt terdapat di alam sebagai arsenida dari Fe, Co, Ni, dan dikenal sebagai smaltit, kobaltit (CoFeAsS) dan eritrit Co3(AsO4)2.8H2O.
Gambar Kobalt
h. Nikel (Ni)
Nikel ditemukan dalam beberapa senyawa berikut ini.
Sebagai senyawa sulfida : penladit (FeNiS), milerit (NiS)
Sebagai senyawa arsen : smaltit (NiCOFeAs2)
Sebagai senyawa silikat : garnierit (Ni.MgSiO3)
Gambar Nikel
i. Tembaga (Cu)
Tembaga (Cu) merupakan unsur yang jarang ditemukan di alam (precious metal). Tembaga umumnya ditemukan dalam bentuk senyawanya, yaitu bijih mineral, seperti Pirit tembaga (kalkopirit) CuFeS2, bornit (Cu3FeS3), kuprit (Cu2O), melakonit (CuO), malasit (CuCO3.Cu(OH)2).
Semua senyawa Tembaga (I) bersifat diamagnetik dan tidak berwarna (kecuali Cu2O yang berwarna merah), sedangkan semua senyawa Tembaga (II) bersifat paramagnetik dan berwarna. Senyawa hidrat yang mengandung ion Cu2+ berwarna biru. Beberapa contoh senyawa yang mengandung Tembaga (II) adalah CuO (hitam), CuSO4.5H2O (biru), dan CuS (hitam).
Gambar Tembaga
j. Seng (Zn)
Seng (Zn) terdapat di alam sebagai senyawa sulfida seperti seng blende (ZnS), sebagai senyawa karbonat kelamin (ZnCO3), dan senyawa silikat seperti hemimorfit (ZnO.ZnSiO3.H2O).
Tabel beberapa mineral dari unsur-unsur transisi periode keempat
Logam
Nama Mineral
Rumus
Sc
Torvetit
Sc2SiO7
Ti
Rutile
Ilmenit
Ferrotitanate
TiO2
(FeTi)2O3
FeTiO3
V
Karnotit (K-uranil-vanadat)
vanadinit
K2(UO2)2 (VO4)2.3H2
Pb5(VO4)3Cl
Cr
Kromit
Cr2O3.FeO
Mn
Pirolusit
Manganit
Rodokrosit
MnO2
Mn2O3.H2O
MnCO3
Fe
Hematit
Magnetit
Pirit
Siderit
Limonit
Fe2O3
Fe3O4
FeS2
FeCO3
Fe2O3.H2O
Co
Kobaltit
Eritrit
CoAsS
Co3(AsO4)2.8H2O
Ni
Pentlandit
Milerit
Smaltit
Garnierit
FeNiS
NiS
NiCOFeAs2
Ni.MgSiO3
Cu
Garnerit
Kalkopirit
Kalkosite
Malachit
Bornit
Kuprit
Melkonit
H2(NiMg)SiO4.2H2O
CuFeS2
Cu2S
Cu2(OH)2CO3
Cu3FeS3
Cu2O
CuO
Zn
Seng blende
Smith sonite
ZnS
ZnCO3
2. SIFAT FISIS DAN SIFAT KIMIA UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT
Unsur-unsur transisi periode keempat memiliki beberapa sifat, baik secara fisis maupun kimia. Berikut adalah tabel yang menunjukkan sifat-sifat dari unsur-unsur transisi periode keempat.
Beberapa sifat umum unsur-unsur transisi periode keempat :
A. SIFAT FISIS UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT
I. Unsur-unsur transisi periode keempat mempunyai sifat-sifat yang khas. Sifat-sifat khas unsur-unsur transisi periode keempat antara lain :
(1) Unsur-unsur transisi bersifat logam, maka sering disebut logam transisi.
(2) Bersifat logam, maka mempunyai bilangan oksidasi positif dan pada umumnya lebih dari satu.
(3) Banyak diantaranya dapat membentuk senyawa kompleks.
(4) Pada umumnya senyawanya berwarna.
(5) Beberapa diantaranya dapat digunakan sebagai katalisator.
(6) Titik didih dan titik leburnya sangat tinggi.
(7) Mudah dibuat lempengan atau kawat dan mengkilap.
(8) Sifatnya makin lunak dari kiri ke kanan.
(9) Dapat menghantarkan arus listrik.
(10) Persenyawaan dengan unsur lain mempunyai oksida positif.
II. Senyawa yang dibentuk pada umumnya berwarna. Hal ini disebabkan karena konfigurasi elektron unsur transisi menempati sub kulit d, elektron-elektron pada orbital d yang tidak penuh memungkinkan untuk berpindah tempat. Elektron dengan energi rendah akan berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi (tereksitasi) dengan menyerap warna misalnya energi cahaya dengan panjang gelombang tertentu karena energi yang diserap besarnya pun tertentu. Struktur elektron pada orbital d yang bebeda akan mengasilkan warna yang pula.
Warna senyawa unsur-unsur transisi periode keempat
dengan bilangan oksidasi
Biloks
Unsur
+2
+3
+4
+5
+6
+7
Sc
-
Tidak berwarna
Tidak berwarna
-
-
-
Ti
-
Ungu
Biru
-
-
-
V
Ungu
Hijau
-
Merah
Jingga
-
Cr
Biru
Hijau
-
-
Hijau
-
Mn
Merah muda
-
-
-
-
Ungu
Fe
Hijau muda
Kuning
-
-
-
-
Co
Merah muda
Biru
-
-
-
-
Ni
Hijau
-
-
-
-
-
Cu
Biru
-
-
-
-
-
Zn
Tidak berwarna
-
-
-
-
-
III. Dapat membentuk ion kompleks, yaitu ion yang terdiri dari ion logam sebagai ion pusat yang menyediakan orbital d,s, dan p-nya yang kosong untuk elektron-elektron yang berasal dari ion atau molekul yang diikatnya yang disebut dengan ligan. Sebagai contoh, pada ion [PtCl6]2-, bilangan oksidasi masing-masing ligan (ion Cl-) adalah -1. Dengan demikian, bilangan oksidasi Pt (kation logam transisi) adalah +4. Contoh lain, pada ion [Cu(NH3)4]2+, bilangan oksidasi masing-masing ligan (molekul NH3) adalah 0 (nol). Dengan demikian, bilangan oksidasi Cu (kation logam transisi) adalah +2.
ikatan yang terjadi antara ion pusat dengan ligan, yaitu ikatan kovalen koordinasi. Banyaknya pasangan elektron yang diterima oleh ion logam dinamakan bilangan koordinasi. Bilangan koordinasi adalah jumlah ligan yang terikat pada kation logam transisi. Sebagai contoh, bilangan koordinasi Ag+ pada ion [Ag(NH3)2]+ adalah dua, bilangan koordinasi Cu2+ pada ion [Cu(NH3)4]2+ adalah empat, dan bilangan koordinasi Fe3+ pada ion [Fe(CN)6]3- adalah enam. Bilangan koordinasi yang sering dijumpai adalah 4 dan 6.
Pada umumnya ligan merupakan basa Lewis, yaitu ion yang dapat memberikan (donor) sepasang atau lebih elektron bebas. Seperti NH3, NO, H2O, F-, Cl-, CO32-, NO2-. Berdasarkan jumlah atom donor yang memiliki pasangan elektron bebas (PEB) pada ligan, ligan dapat dibedakan menjadi monodentat, bidentat, dan polidentat. H2O dan NH3 merupakan ligan monodentat (mendonorkan satu pasang elektron). Sedangkan Etilendiamin (H2N-CH2-CH2-NH2, sering disebut dengan istilah en) merupakan contoh ligan bidentat (mendonorkan dua pasang elektron). Ligan bidentat dan polidentat sering disebut sebagai agen chelat (mampu mencengkram kation logam transisi dengan kuat).
Secara umum penulisan ion kompleks adalah sebagai berikut.
L adalah ion transisi,
x adalah ligan,
n muatan ion kompleks,
m bilangan koordinasi.
Umumnya bilangan koordinasi, dua kali lipat dari biloks transisi terbesar. Contohnya besi (Fe) mempunyai biloks +2 dan +3 maka umumnya bilangan koordinasinya 6, sehingga jika membentuk ion kompleks misalnya dengan ion CN- maka terbentuk ion kompleks sebagai berikut
Fe(CN)64- Fe(CN)63-
Ligan Ligan
Ion Fe2+ sebagai ion pusat Ion Fe3+ sebagai ion pusat
Dari kedua contoh diatas ion Fe(CN)64- dan Fe(CN)63- masing-masing memiliki muatan ion -4 dan -3. Bilangan oksidasi (biloks) ion pusat dapat kita tentukan dengan cara sebagai berikut.
Biloks [Fe(CN)6]4- = -4 BO [Fe(CN)6]3- = -3
Biloks (Fe) + (6CN) = -4 BO (Fe) + (6CN) = -3
Biloks (Fe) + (6 x -1) = -4 BO (Fe) + (6 x -1) = -3
Biloks Fe -6 = -4 BO (Fe) -6 = -3
Biloks Fe = -4 + 6 BO (Fe) = -3 + 6
Biloks Fe = +2 BO (Fe) = +3
Penamaan ion/senyawa kompleks dilakukan dengan aturan sebagai berikut.
1. Nama kation ditulis lebih dahulu diikuti anionnya, sama seperti panamaan senyawa ionik pada umumnya.
2. Penamaan untuk ion kompleks, disebutkan nama ligannya dengan jumlahnya dan diberi akhiran o.
3. Jumlah ligan yang diikat lebih dari satu diberi awalan di (2), tri(3), tetra(4), penta (5) dan sebagainya.
4. Bilangan oksidasi logam ditulis dengan angka romawi.
5. Jika ion kompleks bermuatan negatif, maka nama logam diberi akhiran at. Nama kation logam bermuatan negatif dapat dilihat pada Tabel Nama Kation dan Anion Kompleks.
6. Dalam ion kompleks, nama ligan disusun menurut abjad, kemudian dilanjutkan dengan nama kation logam transisi.
7. Nama ligan yang sering terlibat dalam pembentukan ion kompleks dapat dilihat pada Tabel Nama Ligan.
Tabel Nama Ligan Kompleks
Ligan
Nama
Amonia, NH3
Amino
Sianida, CN-
Siano
Air, H2O
Aquo
Hidroksida, OH-
Hidrokso
F
Fluoro
Klorida, Cl-
Kloro
Nitrit, NO2-
Nitrito
SCN-
Tiosiano
Bromida, Br-
Bromo
Oksida, O2-
Okso
Karbonat, CO32-
Karbonato
Oksalat, C2O42-
Oksalato
Karbon Monoksida, CO
Karbonil
Etilendiamin
Etilendiamin (en)
Tabel Nama Kation pada Anion Kompleks
Kation
Nama Kation pada Anion Kompleks
Aluminium, Al
Aluminat
Kromium, Cr
Kromat
Kobalt, Co
Kobaltat
Cuprum, Cu
Cuprat
Aurum, Au
Aurat
Ferrum, Fe
Ferrat
Plumbum, Pb
Plumbat
Mangan, Mn
Manganat
Molibdenum, Mo
Molibdat
Nikel, Ni
Nikelat
Argentum, Ag
Argentat
Stannum, Sn
Stannat
Tungsten, W
Tungstat
Zink, Zn
Zinkat
Tabel Nama Ion Pusat Jika Muatannya Negatif
Ligan
Nama
Mn
Manganat
Cu
Kuprat
Co
Kobaltat
Cr
Kromat
Ni
Nikelat
Fe
Ferrat
Contohnya adalah sebagai berikut.
Ag(NH3)22+ : ion diamino argentum I
[Cr(NH3)4Cl2]+ : ion tetra amino dikloro kromium III
Fe(CN)63- : ion heksasiano ferrat III
K4[Fe(CN)6] : Kalium heksasiano ferrat II
[Co(NH3)6]4 [Fe(CN)6]3 : Heksa amino kobalt III heksasiano ferrat II
Berikut ini adalah beberapa contoh penulisan nama maupun rumus kimia dari berbagai senyawa kompleks :
1. Ni(CO)4
Bilangan koordinasi = 4
Muatan ion kompleks = 0
Muatan ligan = 0
Muatan kation logam transisi = 0
Nama senyawa = tetrakarbonil nikel (0) atau nikel tetrakarbonil
2. NaAuF4
Terdiri dari kation sederhana (Na+) dan anion kompleks (AuF4-)
Bilangan koordinasi = 4
Muatan anion kompleks = -1
Muatan ligan = -1 x 4 = -4
Muatan kation logam transisi = +3
Nama senyawa = natrium tetrafluoro aurat (III)
3. K3[Fe(CN)6]
Terdiri dari kation sederhana (3 ion K+) dan anion kompleks ([Fe(CN)6]-3)
Bilangan koordinasi = 6
Muatan anion kompleks = -3
Muatan ligan = -1 x 6 = -6
Muatan kation logam transisi = +3
Nama senyawa = kalium heksasiano ferrat (III) atau kalium ferrisianida
4. [Cr(en)3]Cl3
Terdiri dari kation kompleks ([Cr(en)3]3+) dan anion sederhana (3 ion Cl-)
Bilangan koordinasi = 3 x 2 (bidentat) = 6
Muatan kation kompleks = +3
Muatan ligan = 3 x 0 = 0
Muatan kation logam transisi = +3
Nama senyawa = tris-(etilendiamin) kromium (III) klorida
5. Pentaamin kloro kobalt (III) klorida
Terdapat 5 NH3, satu Cl-, satu Co3+, dan ion Cl-
Muatan kation kompleks = (5 x 0) + (1 x -1) + (1 x +3) = +2
Untuk membentuk senyawa kompleks, dibutuhkan dua ion Cl-
Rumus senyawa kompleks = [Co(NH3)5Cl]Cl2
6. Dikloro bis-(etilendiamin) platinum (IV) nitrat
Terdapat 2 Cl-, 2 en, satu Pt4+, dan ion NO3-
Muatan kation kompleks = (2 x -1) + (2 x 0) + (1 x +4) = +2
Untuk membentuk senyawa kompleks, dibutuhkan dua ion NO3-
Rumus senyawa kompleks = [Pt(en)2Cl2](NO3)2
7. Natrium heksanitro kobaltat (III)
Terdapat 6 NO2-, satu Co3+, dan ion Na+
Muatan anion kompleks = (6 x -1) + (1 x +3) = -3
Untuk membentuk senyawa kompleks, dibutuhkan tiga ion Na+
Rumus senyawa kompleks = Na3[Co(NO2)6]
8. Tris-(etilendiamin) kobalt (III) sulfat
Terdapat 3 en, satu Co3+, dan ion SO42-
Muatan kation kompleks = (3 x 0) + (1 x +3) = +3
Untuk membentuk senyawa kompleks, dua kation kompleks membutuhkan tiga ion SO42-
Rumus senyawa kompleks = ([Co(en)3])2(SO4)3
Bentuk ion kompleks dipengaruhi oleh jumlah ligan, jenis ligan, dan jenis kation logam transisi. Secara umum, bentuk ion kompleks dapat ditentukan melalui bilangan koordinasi. Hubungan antara bilangan koordinasi terhadap bentuk ion kompleks dapat dilihat pada tabel berikut :
Bilangan Koordinasi
Bentuk Ion Kompleks
2
Linear
4
Tetrahedral atau Square Planar
6
Oktahedral
a. Sifat Magnetik
Ada beberapa sifat magnet dari unsur-unsur transisi diantaranya:
1. Diamagnetik, tidak tertarik oleh medan magnet, hal ini disebabkan karena atom atau molekul dimana elektron dalam orbitalnya semua berpasangan.
2. Paramagnetik, dapat ditarik oleh medan magnet, hal ini disebabkan karena ada atom atau molekul dimana elektron dalam orbitalnya ada yang tidak berpasangan. Jika sifat paramagnetiknya sangat kuat maka disebut feromagnetik.
Pada unsur-unsur logam transisi periode keempat, umumnya mempunyai elektron yang tidak berpasangan dalam orbital d sehingga umumnya bersifat paramagnetik. Perhatikan contoh berikut.
30Zn : (Ar)
Jadi, logam transisi periode keempat yang bersifat diamagnetik adalah Zn dan Cu. Sedangkan yang bersifat paramagnetik antara lain Sc, Ti, Cr, dan Mn, dan yang bersifat Feromagnetik adalah Fe, Co, dan Ni.
B. SIFAT KIMIA UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT
1. Jari-Jari Atom
Jari-jari atom berkurang dari Sc ke Zn, hal ini berkaitan dengan semakin bertambahnya elektron pada kulit 3d, maka semakin besar pula gaya tarik intinya, sehingga jarak elektron pada jarak terluar ke inti semakin kecil.
2. Energi Ionisasi
Energi ionisasi cenderung bertambah dari Sc ke Zn. Walaupun terjadi sedikit fluktuatif, namun secara umum Ionization Energy (IE) meningkat dari Sc ke Zn. Kalau kita perhatikan, ada sesuatu hal yang unik terjadi pada pengisian elektron pada logam transisi. Setelah pengisian elektron pada subkulit 3s dan 3p, pengisian dilanjutkan ke kulit 4s tidak langsung ke 3d, sehingga kalium dan kalsium terlebih dahulu dibanding Sc. Hal ini berdampak pada grafik energi ionisasinya yang fluktuatif dan selisih nilai energi ionisasi antar atom yang berurutan tidak terlalu besar. Karena ketika logam menjadi ion, maka elektron pada kulit 4s-lah yang terlebih dahulu terionisasi.
3. Konfigurasi Elektron
Kecuali unsur Cr dan Cu, Semua unsur transisi periode keempat mempunyai elektron pada kulit terluar 4s2, sedangkan pada Cr dan Cu terdapat pada subkulit 4s1.
4. Bilangan Oksidasi
Senyawa-senyawa unsur transisi di alam ternyata mempunyai bilangan oksidasi lebih dari satu. Walaupun unsur transisi memiliki beberapa bilangan oksidasi, keteraturan dapat dikenali. Bilangan oksidasi tertinggi atom yang memiliki lima elektron yakni jumlah orbital d berkaitan dengan keadaan saat semua elektron d (selain elektron s) dikeluarkan. Jadi, dalam kasus skandium dengan konfigurasi elektron (n-1) d1ns2, bilangan oksidasinya 3. Mangan dengan konfigurasi (n-1) d5ns2, akan berbilangan oksidasi maksimum +7.
Bila jumlah elektron d melebihi 5, situasinya berubah. Untuk besi Fe dengan konfigurasi elektron (n-1) d6ns2, bilangan oksidasi utamanya adalah +2 dan +3. Sangat jarang ditemui bilangan oksidasi +6. Bilangan oksidasi tertinggi sejumlah logam transisi penting seperti Kobal (Co), Nikel (Ni), Tembaga (Cu) dan Zink (Zn) lebih rendah dari bilangan oksidasi atom yang kehilangan semua elektron (n-1) d dan ns-nya. Di antara unsur-unsur yang ada dalam golongan yang sama, semakin tinggi bilangan oksidasi semakin tinggi unsur-unsur pada periode yang lebih besar.
3. MANFAAT, DAMPAK DAN PROSES PEMBUATAN UNSUR-UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT
A. MANFAAT UNSUR-UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT
1. Skandium (Sc)
Skandium merupakan unsur yang jarang terdapat di alam, walaupun ada cenderung dalam bentuk senyawa dengan bilangan oksidasi +3 misalnya ScCl3, Sc2O3. Senyawa tidak berwarna dan bersifat diamagnetik, hal ini disebabkan ion Sc3+ sudah tidak memiliki elektron dalam orbital d nya.
Kira-kira 20 kg (dalam bentuk Sc2O3) skandium digunakan setiap tahun di Amerika Serikat untuk membuat lampu berkeamatan tinggi. Skandium iodida yang dicampur ke dalam lampu wap raksasa akan menghasilkan sumber cahaya buatan kecekapan tinggi yang menyerupai cahaya matahari dan membolehkan salinan warna yang baik untuk kamera televisi. Lebih kurang 80 kg skandium digunakan sejagat setiap tahun dalam pembuatan lampu mentol. Isotop radioaktif Sc-46 digunakan dalam peretak pelapis minyak sebagai agen penyurih.
Penggunaan utamanya dari segi isi padu adalah aloi aluminium-skandium untuk industri aeroangkasa dan juga untuk peralatan sukan (basikal, bet besbol, senjata api, dan sebagainya) yang memerlukan bahan berprestasi tinggi. Apabila dicampur dengan aluminium.
2. Titanium (Ti)
Titanium banyak digunakan dalam industri dan konstruksi :
a. Titanium digunakan sebagai bahan konstruksi karena mempunyai sifat fisik :
1. Rapatannya rendah (logam ringan),
2. Kekuatan strukturnya tinggi,
3. Tahan panas,
4. Tahan terhadap korosi,.
b. Titanium digunakan sebagai badan pesawat terbang dan pesawat supersonik, karena pada temperatur tinggi tidak mengalami perubahan kekuatan (strenght).
c. Titanium digunakan sebagai bahan katalis dalam industri polimer polietlen.
d. Titanium digunakan sebagai pigmen putih, bahan pemutih kertas, kaca, keramik, dan kosmetik.
e. Titanium digunakan sebagai katalis pada industri polimer.
f. Karena kerapatan titanium relatif rendah dan kekerasannya tinggi. Logam ini digunakan untuk bahan struktural terutama dalam mesin jet, karena mesin jet memerlukan massa yang ringan tetapi stabil pada suhu tinggi.
g. Karena logam titanium tahan terhadap cuaca, sehingga dapat digunakan untuk bahan pembuatan pipa, pompa, dan tabung reaksi dalam industri kimia.
3. Vanadium (V)
Vanadium banyak digunakan dalam industri-industri seperti :
a. Untuk membuat peralatan yang membutuhkan kekuatan dan kelenturan yang tinggi seperti per mobil dan alat mesin berkecepatan tinggi,
b. Untuk membuat logam campuran,
c. Oksida vanadium (V2O5) digunakan sebagai katalis dalam pembuatan asam sulfat dengan proses kontak.
d. Umumnya digunakan untuk paduan dengan logam lain seperti baja tahan karat dan baja untuk peralatan berat karena sifatnya merupakan logam putih terang, relatif lunak dan liat, tahan terhadap korosif, asam, basa, dan air garam.
e. V2O5 digunakan sebagai katalis pada proses pembuatan asam sulfat dan digunakan sebagai reduktor.
4. Khromium (Cr)
Adapun kegunaan kromium antara lain sebagai berikut :
1. Khromium digunakan untuk mengeraskan baja, pembuatan baja tahan karat dan membentuk banyak alloy (logam campuran) yang berguna.
2. Kebanyakan khromium digunakan dalam proses pelapisan logam untuk menghasilkan permukaan logam yang keras dan indah dan juga dapat mencegah korosi.
3. Khromium juga dapat memberikan warna hijau emerald pada kaca.
4. Khromium juga luas digunakan sebagai katalis.
5. Industri refraktori menggunakan khromit untuk membentuk batu bata, karena khromit memiliki titik cair yang tinggi, pemuaian yang relatif rendah dan kestabilan struktur kristal.
6. Digunakan untuk katalis dan untuk pewarna gelas.
7. Campuran kromium (IV) oksida dan asam sulfat pekat mengahasilkan larutan pembersih yang dapat digunakan untuk mengeluarkan zat organik yang menempel pada alat-alat laboratorium dengan hasil yang sangat bersih, tetapi larutan ini bersifat karsinogenik (menyebabkan penyakit kanker).
5. Mangan (Mn)
Mangan merupakan logam putih kemerahan atau putih kehijauan, keras (lebih keras dari besi), sangat mengkilap, dan sangat reaktif banyak digunakan untuk panduan logam dan membentuk baja keras yang digunakan untuk mata bor pada pemboran batuan.
Di samping itu, Mangan Oksida (sebagai pilorusit) digunakan sebagai depolariser dan sel kering baterai dan untuk menghilangkan warna hijau pada gelas yang disebabkan oleh pengotor besi. Mangan sendiri memberi warna lembayung pada kaca. Dioksidanya berguna untuk pembuatan oksigen dan khlorin, dan dalam pengeringan cat hitam. Senyawa permanganat adalah oksidator yang kuat dan digunakan dalam analisis kuantitatif dan dalam pengobatan. Mangan juga banyak tersebar dalam tubuh. Mangan merupakan unsur yang penting untuk penggunaan vitamin B.
6. Besi (Fe)
Kegunaan utama dari besi adalah untuk membuat baja. Baja adalah istilah yang digunakan untuk semua aloi dari besi (aliase). Baja aliase, yaitu baja spesial yang mengandung unsur tertentu sesuai dengan sifat yang diinginkan. Salah satu contoh baja yang terkenal adalah stainless steel, yang merupakan baja tahan karat.
Berikut urai beberapa kegunaan dari besi :
1. Sebagai logam, besi memiliki kegunaan paling luas dalam kehidupan, seperti untuk kontruksi atau rangka bangunan, landasan, untuk badan mesindan kendaraan, tulkit mobil, untuk berbagai peralatan pertanian, bangunan dan lain-lain. Mutu dari semua bahan yang terbuat dari besi tergantung pada jenis besi yang digunakan, seperti:
a. Baja krom (95,9% Fe; 3,5%Cr; 0,3%Mn; 0,3%C)
b. Baja mangan (11-14%Mn)
c. Baja karbon (98,1% Fe; 1% Mn; 0,9%C)
d. Baja wolfram (94%Fe; 5%W; 0,3%Mn; 0,7%C)
2. Fe(OH)3 digunakan untuk bahan cat seperti cat minyak, cat air, atau cat tembok.
3. Fe2O3 sebagai bahan cat dikenal nama meni besi, digunakan juga untuk mengkilapkan kaca.
4. FeSO4 digunakan sebagai bahan tinta.
7. Kobalt (Co)
Kobalt merupakan logam putih keperakan dengan sedikit kebiruan bila digosok langsung mengkilap lebih keras dan lebih terang dari pada nikel, tahan terhadap udara, sehingga banyak digunakan untuk pelapis logam. Selain itu juga digunakan sebagai katalis, untuk paduan logam (baja kobalt) digunakan sebagai bahan magnet permanen. Campuran Co, Cr, dan W digunakan untuk peralatan berat dan alat bedah atau operasi. Campuran Co, Fe, dan Cr (logam festel) digunakan untuk elemen pemanas listrik.
Kobalt yang dicampur dengan besi, nikel, dan logam lainnya untuk membuat alnico, alloy dengan kekuatan magnet luar biasa untuk berbagai keperluan. Alloy stellit, mengandung kobalt, khromium, dan wolfram, yang bermanfaat untuk peralatan berat, peralatan yang digunakan pada suhu tinggi, maupun peralatan yang digunakan pada kecepatan yang tinggi.
Kobalt juga diguanakan untuk baja magnet dan tahan karat lainnya. Selain alloy, digunakan dalam turbin jet, dan generator turbin gas. Logam diguanakan dalam elektropalting karena sifat penampakannya, kekerasannya, dan sifat tahan oksidasinya.
Garam kobalt telah digunakan selama berabad-abad untuk menghasilkan warna biru brilian yang permanen pada porselen, kaca, pot, keramik, dan lapis e-mail gigi. Garam kobalt adalah komponen utama dalam membuat biru Sevre dan biru Thenard. Larutan kobalt klorida digunakan sebagai pelembut warna tinta. Kobalt digunakan secraa hati-hati dalam bentuk klorida, sulfat, asetat, dan nitrat karena telah dibuktikan efektif dalam memperbaiki penyakit kekurangan mineral tertentu pada binatang. Tanah yang layak mengandung hanya 0.13 – 0.30 ppm kobalt untuk makanan binatang.
8. Nikel (Ni)
Nikel banyak digunakan untuk hal-hal berikut ini:
1. Merupakan logam putih perak keabuan, dapat ditempa, penghantar panas yang baik dan tahan terhadap udara, tetapi tidak tahan terhadap air yang mengandung asam sehingga banyak digunakan sebagi komponen pemanas listrik (nikrom) yang merupakan campuran dari Ni, Fe, dan Cr.
2. Perunggu-nikel digunakan untuk uang logam.
3. Perak jerman (paduan Cu, Ni, Zn) digunakan untuk barang perhiasan.
4. Logam rasein (paduan Ni, Al, Sn, Ag) untuk barang perhiasan.
5. Pembuatan aloi, battery electrode, dan keramik.
6. Zat tambahan pada besi tuang dan baja, agar mudah ditempa dan tahan karat.
7. Pelapis besi (pernekel).
8. Sebagai katalis.
9. Tembaga (Cu)
Tembaga merupakan logam berwarna kemerahan, mengkilap bila digosok dapat ditempa, penghantar panas pada listrik yang baik, tidak mudah berkarat tetapi bila terkena udara warnanya menjadi hijau oleh terbentuknya tembaga karbonat. Banyak digunakan sebagai rangakian atau peralatan listrik, kabel listrik, dan untuk paduan logam.
CuSO4 (terusi) banyak digunakan untuk larutan elektrolit dalam sel elektrokimia, campuran terusi dan Ca(OH)2 dengan sedikit air dapat digunakan memberantas kutu dan jamur.
Tembaga banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, seperti untuk kabel listrik, bahan uang logam, untuk bahan mesin pembangkit tenaga uap dan untuk aloi.
10. Seng (Zn)
Logam seng berguna untuk hal-hal sebagai berikut:
1. Merupakan logam cukup keras, terang berwarna putih kebiruan, tahan dalam udara lembab dibanding Fe. Hal ini disebabkan diatas lapisan permukaan seng terbentuk lapisan karbonat basa (Zn2(OH)2CO3) yang dapat menghambat oksidasi lebih lanjut. Karena sifat tersebut, maka seng banyak digunakan untuk melapisi logam besi (disebut kaleng)
2. Digunakan juga sebagai elektroda pada elektroda (katoda) pada sel elektrokimia dan untuk pembuatan paduan logam.
3. ZnO digunakan untuk bahan cat untuk memberikan warna putih dan digunakan untuk pembuatan salep seng (ZnO-vaselin).
4. Logam ini digunakan untuk membentuk berbagai campuran logam dengan metal lain. Kuningan, perak nikel, perunggu, perak Jerman, solder lunak dan solder aluminium adalah beberapa contoh campuran logam tersebut.
5. Seng dalam jumlah besar digunakan untuk membuat cetakan dalam industri otomotif, listrik, dan peralatan lain semacamnya.
6. Campuran logam Prestal, yang mengandung 78% seng dan 22% aluminium dilaporkan sekuat baja tapi sangat mudah dibentuk seperti plastik. Prestal sangat mudah dibentuk dengan cetakan murah dari keramik atau semen.
7. Seng juga digunakan secara luas untuk menyepuh logam-logam lain dengan listrik seperti besi untuk menghindari karatan.
8. Seng oksida banyak digunakan dalam pabrik cat, karet, kosmetik, farmasi, alas lantai, plastik, tinta, sabun, baterai, tekstil, alat-alat listrik dan produk-produk lainnya.
9. Lithopone, campuran seng sulfida dan barium sulfat merupakan pigmen yang penting. Seng sulfida digunakan dalam membuat tombol bercahaya, sinar X, kaca-kaca TV, dan bola-bola lampu fluorescent. Klorida dan kromat unsur ini juga merupakan senyawa yang banyak gunanya.
10. Seng juga merupakan unsur penting dalam pertumbuhan manusia dan binatang. Banyak tes menunjukkan bahwa binatang memerlukan 50% makanan tambahan untuk mencapai berat yang sama dibanding binatang yang disuplemen dengan zat seng yang cukup.
B. DAMPAK NEGATIF UNSUR-UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT
Logam besi mudah terkorosi dalam udara lembap, dalam bentuk senyawa kompleks [k4Fe(CN)6.3H2O], unsur ini bersifat racun bagi tumbuhan. Tembaga mudah terbakar dalam bentuk serbuk, dalam bentuk senyawa CuCl2 melalui pernapasan dapat menyebabkan keracunan. Asam kromium CrO3 beracun dan bersifat karsinogenik.
C. PROSES PEMBUATAN UNSUR-UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT
A. PENGOLAHAN LOGAM DARI BIJIH (METALURGI)
Sebagian besar logam terdapat di alam dalam bentuk senyawa. Hanya sebagian kecil terdapat dalam keadaan bebas seperti emas, perak dan sedikit tembaga. Pada umumnya terdapat dalam bentuk senyawa sulfida dan oksida, karena senyawa ini sukar larut dalam air. Contohnya : Fe2O3, Cu2S, NiS, ZnS, MnO2.
Pengolahan logam dari bijih disebut metalurgi. Bijih adalah mineral atau benda alam lainnya yang secara ekonomis dapat diambil logamnya. Karena logam banyak terdapat dalam bentuk senyawa (oksida, sulfida), maka prosesnya selalu reduksi.
Ada tiga tingkat proses pengolahan, yaitu :
1. Menaikan konsentrasi bijih.
2. proses reduksi
3. Pembersihan, pembuatan aliase dan pemurnian
1. Menaikan Konsentrasi Bijih.
Memisahkan bijih dari campurannya misalnya dengan ditumbuk, lalu dipisahkan dengan berbagai cara, misalnya :
a. Dicuci dengan air.
b. Diapungkan dengan deterjen atau zat pembuih (flotasi)
c. Dipisahkan dengan magnet
d.Dengan pemanggangan. Bijih dipanaskan di udara terbuka, menghasilkan oksidanya.
2 ZnS + 3 O2 2ZnO + 2 SO2
e. Dilarutkan sehingga terbentuk senyawa kompleks
2. Proses Reduksi
Umumnya menggunakan reduktor yang murah yaitu karbon (kokes). Untuk logam yang reaktif digunakan reduktor yang lebih kuat seperti hidrogen, logam alkali tanah dan alumunium. Logam-logam yang sangat reaktif dilakukan reduksi elektrolisis (reduksi katodik)
a. Reduksi dengan karbon (C) :
ZnO + C Zn + CO
Fe2O3 + 3 CO 2 Fe + 3CO2
b. Reduksi dengan logam yang lebih reaktif :
TiCl4 + 2 Mg Ti + 2MgCl2
Cr2O3 + 2 Al 2 Cr + Al2O3
3. Proses Pemurnian (refining)
Dengan proses-proses peleburan, destilasi atau dengan elektrolisis. Proses peleburan misalnya untuk memperoleh tembaga 99% untuk membuat baja dan sebagainya. Untuk memperoleh tembaga yang murni untuk keperluan teknik listrik dilakukan dengan elektrolisis. Dengan destilasi misalnya pada pembuatan air raksa dan seng. Berikut ikhtisar mineral dan cara memperoleh logam transisi periode 4.
Tabel Mineral dan cara memperoleh logam transisi periode keempat
Unsur
Bijih/mineral
Senyawa yang direduksi
Pereduksi
Keterangan
Sc
Tidak dibuat dalam skala industri
Ti
Rutile, TiO2
TiCl4
Mg atau Na
V
Carnolite, V2O5
V2O5
Al
Cr
Chromite, FeCr2O4
Na2Cr2O7
C lalu Al
Mn
Pyrolucite, MnO2
Mn3O4
Al
Fe
Haematite, Fe2O3
Fe2O3
C atau CO
Dapur tinggi
Magnetite, Fe3O4
Co
Cobaltite, Co As S
Co3O4
Al
Ni
Millerite, NiS
NiO
C
Cu
Copper glance, CuS
Cu2S
S*
Zn
Zink blende, ZnS
ZnO
C(CO)
Dapur tinggi
* Reduksi sendiri : Cu2S(s) + O2 (g) 2 Cu(s) + SO2(g)
B. BESI DIEKSTRAKSI DARI OKSIDA BESI DENGAN REDUKTOR KARBON
PENGOLAHAN BESI BAJA
Bahan dasar : Bijih besi hematit Fe2O3, magnetit Fe3O4, bahan tambahan batu gamping, CaCO3 atau pasir (SiO2). Reduktor kokes (C)
Dasar reaksi : Reduksi dengan gas CO, dari pembakaran tak sempurna C
Tempat : Dapur tinggi (tanur tinggi), yang dindingnya terbuat dari batu tahan api.
Reaksi dalam dapur tinggi adalah kompleks. Secara sederhana dapat dilihat pada penjelasan berikut. Dalam 24 jam rata-rata menghasilkan 1.000 – 2.000 ton besi kasar dan 500 ton kerak (terutama CaSiO3). Kira-kira 2 ton bijih, 1 ton kokes dan 0,3 ton gamping dapat menghasilkan 1 ton besi kasar.
Reaksi yang terjadi :
1. Reaksi pembakaran.
Udara yang panas dihembuskan , membakar karbon terjadi gas CO2 dan panas. Gas CO2 yang naik direduksi oleh C menjadi gas CO.
C + O2 CO2
CO2 + C 2CO
2. Proses reduksi
Gas CO mereduksi bijih.
Fe2O3 + 3CO 2 Fe + 3 CO2
Fe3O4 + 4CO 3 Fe + 4 CO2
Besi yang terjadi bersatu dengan C, kemudian mleleh karena suhu t inggi (1.5000C)
3. Reaksi pembentukan kerak
CaCO3 CaO + CO2
CaO + SiO2 CaSiO3 kerak
Karena suhu yang tinggi baik besi maupun kerak mencair. Besi cair berada di bawah. Kemudian dikeluarkan melalui lubang bawah, diperoleh besi kasar dengan kadar C hingga 4,5%. Disamping C mengandung sedikit S, P, Si dan Mn. Besi kasar yang diperoleh keras tetapi sangat rapuh lalu diproses lagi untuk membuat baja dengan kadar C sebagai berikut :
baja ringan kadar C : 0,05 – 0,2 %
baja medium kadar C : 0,2 – 0,7 %
baja keras kadar C : 0,7 – 1,6 %
Pembuatan baja :
Dibuat dari besi kasar dengan prinsip mengurangi kadar C dan unsur-unsur campuran yang lain. Ada 3 cara :
1. Proses Bessemer :
Besi kasar dibakar dalam alat convertor Bessemer. Dari lubang-lubang bawah dihembuskan udara panas sehingga C dan unsur-unsur lain terbakar dan keluar gas. Setelah beberapa waktu kira-kira ¼ jam dihentikan lalu dituang dan dicetak.
2. Open-hearth process
Besi kasar, besi tua dan bijih dibakar dalam alat open-hearth. Oksida-oksida besi (besi tua, bijih) bereaksi dengan C dan unsur-unsur lain Si, P, Mn terjadi besi dan oksida-oksida SiO2, P2O5, MnO2 dan CO2. dengan demikian kadar C berkurang.
3. Dengan dapur listrik.
Untuk memperoleh baja yang baik, maka pemanasan dilakukan dalam dapur listrik. Hingga pembakaran dapat dikontrol sehingga terjadi besi dengan kadar C yang tertentu.
C. EKSTRAKSI TEMBAGA DARI BIJIHNYA DILAUKAN MELALUI RANGKAIAN REAKSI REDOKS.
Pengolahan tembaga
Tembaga terdapat di alam dalam bentuk senyawa Cu2S, Cu2O. Bijih tembaga dinaikan konsentrasinya dengan proses pengapungan (flotasi) lalu dikenakan proses pemanggangan. Maka terjadi proses reduksi intramolekuler, diperoleh tembaga.
Reaksinya :
Cu2S + O2 2 Cu + SO2
2 Cu2S + 3 O2 2 Cu2O + 2 SO2
Cu2S + 2 Cu2O 6 Cu + SO2
Tembaga yang diperoleh belum murni tetapi sudah dapat digunakan untuk berbagai keperluan seperti pipa, bejana, dan lain-lain, tetapi belum baik untuk penghantar listrik. Untuk memurnikan dilakukan proses elektrolis.
Proses pemurnian tembaga :
Susunan : - Katode : logam Cu dilapis tipis dengan karbon grafit.
- Anode : logam Cu tak murni
- Elektrolit : larutan CuSO4
Reaksi : Katode : Cu+2 + 2 e- Cu menempel katode.
Anode : Cu (An) Cu+2 + 2e-
Logam Tembaga dapat diperoleh melalui pemanggangan kalkopirit, seperti yang dinyatakan dalam persamaan reaksi di bawah ini :
2 CuFeS2(s) + 4 O2(g) ——> Cu2S(s) + 2 FeO(s) + 3 SO2(g)
Cu2S(s) + O2(g) ——> 2Cu(l) + SO2(g)
Logam Tembaga dapat dimurnikan melalui proses elektrolisis. Logam Tembaga memiliki koduktivitas elektrik yang tinggi. Dengan demikian, logam tembaga sering digunakan sebagai kawat penghantar listrik. Selain itu, Tembaga juga digunakan pada pembuatan alloy (sebagai contoh, kuningan, merupakan alloy dari Cu dan Zn),bahan pembuatan pipa, dan bahan dasar pembuatan koin (uang logam).
Logam Tembaga bereaksi hanya dengan campuran asam sulfat dan asam nitrat pekat panas (dikenal dengan istilah aqua regia). Bilangan oksidasi Tembaga adalah +1 dan +2. Ion Cu+ kurang stabil dan cenderung mengalami disproporsionasi dalam larutan.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
2 Cu+(aq) ——> Cu(s) + Cu2+(aq)
Cu(Anode) Cu (katode)
Yang dapat tereduksi pada katode hanya Cu, sedang logam yang kurang reaktif (Ag, Au) mengendap di dasar bejana, dan logam yang lebih reaktif (Fe) tetap dalam larutan, sebagai ion Fe2+, Ag dan Au merupakan hasil tambahan.
KIMIA
GOLONGAN UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT
Pengertian Unsur Transisi
Unsur transisi adalah unsur yang terletak di tengah unsur yang konfigurasinya s dan p yaitu d, inilah yang disebut bagian transisi serta elektron pada kulit terluar dan kulit pertama terluar untuk berikatan dengan unsur-unsur yang lain. Dalam hal ini, unsur-unsur transisi tidak semua unsur transisi yang dapat di ceritakan tetapi hanya unsur transisi yang dapat di deskripsikan sebagian umum saja dan yang dipelajari pada saat kuliah.
Unsur transisi pada periode keempat umumnya memiliki elektron valensi pada subkulit 3d yang belum terisi penuh (kecuali unsur Seng (Zn) pada Golongan IIB). Hal ini menyebabkan unsur transisi periode keempat memiliki beberapa sifat khas yang tidak dimiliki oleh unsur-unsur golongan utama, seperti sifat magnetik, warna ion, aktivitas katalitik, serta kemampuan membentuk senyawa kompleks. Unsur transisi periode keempat terdiri dari sepuluh unsur, yaitu Skandium (Sc), Titanium (Ti), Vanadium (V), Kromium (Cr), Mangan (Mn), Besi (Fe), Kobalt (Co), Nikel (Ni), Tembaga (Cu), dan Seng (Zn).
Dalam kehidupan sehari-hari,kita sering mendengar kata-kata sepeti tembaga, besi, emas dan perak. Bagaimana posisi unsur-unsur tersebut dalam tabel periodik? Unsur-unsur tersebut terletak pada golongan transisi periode ke empat dan ke lima. Disini kami hanya menjelaskan tentang unsur-unsur transisi periode ke empat.
1. Skandium ( Sc )
Skandium merupakan unsur transisi yang berada paling ujung pada deretan unsur transisi. Unsur ini memiliki massa atom relative sebanyak 21.
2. Titanium ( Ti )
Tentunya kalian mempunyai jam tangan bukan? Ada jam yang terbuat dari logam, tidak berat ketika dipakai, tidak berkarat ketika kena air, dan tetap mengilap walaupun sudah lama dipakai.
Pernahkah kalian perhatikan dari logam apakah jam itu? Salah satu bahan yang digunakan dalam pembuatan jam tangan adalah titanium.
3. Vanadium ( V )
Vanadium adalah logam abu-abu yang keras dan tersebar luas dikulit bumi sekitar 0,02 % massa.
4. Kromium ( Cr )
Kromium, terletak pada golongan VI B periode keempat dan merupakan salah satu logam yang penting.
5. Mangan ( Mn )
Bijih mangan yang utama adalah pirolusit (MnO2).
6. Besi ( Fe )
Besi bersifat logam dan terletak pada golongan VIII B periode empat dalam tabeln periodic. Besi di dunia, dengan produksi tahunan mendekati satu miliar ton merupakan logam penting dalam peradaban modern.
7. Kobalt ( Co )
Kobalt di alam diperoleh sebagai bijih smaltit (CoAs2) dan kobaltit (CoAsS) yang biasanya berasosiasi dengan Ni dan Cu.
8. Nikel ( Ni )
Bijih nikel di alam banyak ditemukan dalam mineral petlantdit [(Fe,Ni)9S8) dan garnirit [(Ni, Mg)SiO3. nH2O].
9. Tembaga ( Cu )
Tentunya kalian sering melihat kawat tembaga bukan ? kawat tembaga yang berwarna kuning dan digunakan untuk kawat listrik.
10. Zink ( Zn )
Zink di alam merupakan senyawa yang tersebar luas sebagai bijih tambang. Umumnya senyawa tersebut adalah zink blende (ZnS) dan calamine (ZnCO3).
Sifat Fisis Dan Kimia Unsur-Unsur Periode Ke Empat
1. Sifat Logam
Semua unsur transisi periode keempat bersifat logam, baik dalam sifat kimia maupun dalam sifat fisis. Harga energy ionisasi yang relative rendah (kecuali seng yang agak tinggi), sehingga, mudah membentuk ion positif. Demikian pula, harga titik didih dan titik lelehnya relative tinggi (kecuali Zn yang membentuk TD dan TL relative rendah). Hal ini disebabkan orbital subkulit d pada unsur transisi banyak orbital yang kosong atau tersisi tidak penuh. Adanya orbital yang kosong memungkinkan atom-atom membentuk ikatan kovalen (tidak permanen) disamping ikatan logam. Orbital subkulit 3d pada seng terisi penuh sehingga titik lelehnya rendah. Bandingkan dengan unsur utama yang titik didih dan titik lelehnya juga relative rendah.
Unsur
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Jari-jari atom (nm)
0,16
0,15
0,14
0,13
0,14
0,13
0,13
0,13
0,13
0,13
Titik leleh (0C)
1540
1680
1900
1890
1240
1540
1500
1450
1080
420
Titik didih (0 C)
2370
3260
3400
2480
2100
3000
2900
2730
2600
910
Kerapatan (g/cm3)
3,0
4,5
6,1
7,2
7,4
7,9
8,9
8,9
8,9
7,1
E ionisasi I (kJ/mol)
6,30
660
650
6500
720
760
760
740
750
910
E ionisasi II (kJ/mol)
1240
1310
1410
1590
1510
1560
1640
1750
1960
1700
E ionisasi III (kJ/mol)
2390
2650
2870
2990
3260
2960
3230
3390
3560
3800
E0 red M2+ (aq)
-
-
-1,2
-0,91
-1,19
-0,44
-0,28
-0,25
+0,34
0,76
E0 red M3+ (aq)
-2,1
-1,2
-0,-86
-0,74
-0,28
-0,04
+0,44
-
-
-
Kekerasan ( skala mohs)
-
-
-
9,0
5,0
4,5
-
-
3,0
2,5
BILANGAN OKSIDASI UNSUR TRANSISI
Senyawa- senyawa unsur transisi alam ternyata mempunyai bilangan oksidasi lebih dari satu. Adnya bilok lebih dari satu ini karena mudahnya melepaskan elektron valensinya. dengan demikian energi ionisasi pertama, kedua dan seterusnya relative lebih kecil daripada golongan utama.
NOMOR ATOM
LAMBANG UNSUR
KONFIGURASI ELEKTRON
NOMOR GOLONGAN PADA TABEL PERIODIK
21
Sc
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2
III B
22
Ti
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2
IV B
23
V
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 4s2
V B
24
Cr
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1
VI B
25
Mn
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2
VII B
26
Fe
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2
VIII B
27
Co
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2
VIII B
28
Ni
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2
VIII B
29
Cu
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1
I B
30
Zn
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2
II B
2. Sifat Magnet
Adanya elektron-elektron yang tidak berpasangan pada sub kulit d menyebabkan unsur-unsur transisi bersifat paramagnetic (sedikit ditarik ke dalam medan magnet). Makin banyak elektron yang tidak berpasangan, maka makin kuat pula sifat paramagnetknya. Pada seng dimana orbital pada sub kulit d terisi penuh, maka bersifat diamagnetic (sedikit ditolak keluar medan magnet).
3. Membentuk Senyawa-Senyawa Berwarna
Senyawa unsur transisi (kecuali scandium dan seng), memberikan bermacam warna baik padatan maupun larutannya. Warna senyawa dari unsur transisi juga berkaitan dengan adanya orbital sub kulit d yang terisi tidak penuh. Peralihan elektron yang terjadi pada pengisian subkulit d (sehingga terjadi perubahan bilangan oksidasi) menyebabkan terjadinya warna pada senyawa logam transisi.
Senyawa dari Sc3+ dan Ti4+ tidak berwarna (Tb), karena subkulit 3d-nya kosong, serta senyawa dari Zn2+ tidak berwarna karena subkulit 3d-nya terisi penuh, sehingga tidak terjadi peralihan elektron.
Warna senyawa logam transisi dengan berbagai bilangan oksidasi
Unsur
+1
+2
+3
+4
+5
+6
+7
Sc
-
-
Tb
-
-
-
-
Ti
-
-
Ungu
Tb
-
-
-
V
-
Ungu
Hijau
biru
Merah
-
-
Cr
-
Biru
Hijau
-
-
Jingga
-
Mn
-
Merah muda
Coklat
Coklat tua
Biru
Hijau
Ungu
Fe
-
Hijau
Kuning
-
-
-
-
Co
-
Merah muda
Ungu
-
-
-
-
Ni
-
Hijau
-
-
-
-
-
Cu
Tb
Biru
-
-
-
-
-
Zn
-
Tb
-
-
-
4. Mempunyai Beberapa Tingkat Oksidasi
Kecuali Sc dan Zn, unsur-unsur transisi periode keempat mempunyai beberapa tingkat oksidasi. Bilangan oksidasi yang mungkin bergantung pada bilangan oksidasi yang dapat dicapai kestabilannya.
Kestabilan senyawa logam transisi diantaranya bergantung pada jenis atom yang mengikat logam transisi, senyawa berbentuk Kristal atau larutan, PH dalam air. Kestabilan bilangan oksidasi yang tinggi dapat dicapai melalui pembentukan senyawa dengan oksoaniaon, fluoride, dan oksofluorida.
5. Banyak Di Antaranya Dapat Membentuk Ion Kompleks
Ion kompleks adalah ion yang terdiri atas atom pusat dan ligan. Biasanya atom pusat merupakan logam transisi yang bersifat elektropositif dan dapat menyediakan orbital kosong sebagai tempat masuknya ligan. Contohnya ion besi (III) membentuk ion kompleks [Fe(CN)6].
6. Beberapa Diantaranya Dapat Digunakan Sebagai Katalisator
Salah satu sifat penting unsur transisi dan senyawanya, yaitu kemampuannya untuk menjadi katalis-katalis reaksi-reaksi dalam tubuh. Katalis adalah zat yang dapat mempercepat reaksi. Di dalam tubuh, terdapat enzim sitokrom oksidase yang berperan dalam mengoksidasi makanan. Enzim ini dapat bekerja bila terdapat ion Cu2+. Beberapa logam transisi atau senyawanya telah digunakan secara komersial sebagai katalis pada proses industry seperti TiCl3 (Polimerasasi alkena pada pembuatan plastic), V2O5(proses kontak pada pembuatan margarine), dan Cu atau CuO (oksidasi alcohol pada pembuatan formalin).
Kegunaan Unsur-Unsur Periode Keempat
1. Kegunaan Titanium
Sebagai bahan kontruksi, karena mempunyai sifat fisik :
1. Rapatannya rendah (logam ringan)
2. Kekuatasn struktrurnya tinggi
3. Tahan panas
4. Tahan terhadap korosi
Sebagai badan pesawat terbang dan pesawat supersonic
Sebagai pigmen putih, bahan pemutih kertas, kaca, keramik, dan kosmetik
2. Kegunaan Vanadium
Banyak digunakan dalam industri-industri:
- Untuk membuat peralatan yang membutuhkan kekuatan dan kelenturan yang tinggi seperti per mobil dan alat mesin berkecepatan tinggi
- Untuk membuat logam campuran
3. Kegunaan Kromium
Logam kromium banyak digunakan dalam bidang industry :
- Logam kromium dapat dicampur dengan besi kasar membentuk baja yang bersifat keras dan permukaannya tetap mengkilap.
- Kromium digunakan untuk penyepuhan, karena indah, mengkilap, dan tidak kusam
Larutan kromium (III) oksida, dalam asam sulfat pekat, adalah oksidator kuat yang biasanya digunakan untuk mencuci alat-alat laboratorium.
4. Kegunaan Mangan
Untuk produksi baja
Menghilangkan warna hijau pada gelas yang disebabkan oleh pengotor besi
Banyak tersebar dalam tubuh yang merupakan unsur yang penting untuk penggunaan vitamin B1.
5. Kegunaan Besi
Membuat baja
Banyak digunakan di dalam pembuatan alat-alat keperluan sehari-hari seperti, cangkul, pisau, sabit, paku, mesin, dan sebagainya.
6. Kegunaan kobalt
Sebagai aloi
Larutan Co2+ digunakan sebagai tinta rahasia untuk mengirim pesan dan juga dalam system peramalan cuaca
7. Kegunaan Nikel
Pembuatan aloi, electrode baterai, dan keramik
Zat tambahan pada besi tuang dan baja, agar mudah ditempa dan tahan karat
Pelapis besi (pernekel)
Sebagai katalis
8. Kegunaan Tembaga
Bahan kabel listrik
Bahan uang logam
Untuk bahan mesin tenaga uap
Dan untuk aloi
9. Kegunaan Zink
Bahan cat putih
Pelapis lampu TL
Layar TV dan monitor computer
Campuran logam dengan metal lain
Kesimpulan
1. Beberapa sifat logam:
Sifat logam sangat keras, tahan panas, elektropositif, dan penghantar listrik yang baik. Pengecualian untuk Cu merupakan logam yang lembut dan elastis.
· Banyak di antaranya dapat membentuk ion – ion berwarna yang berubah – ubah menurut keadaan bilangan oksidasinya.
· Mempunyai bilangan oksidasi yang harganya 0 atau positif.
· Dapat membentuk senyawa kompleks.
Memiliki elektron tidak berpasangan yang mengakibatkan titik didih atau titik leleh tinggi, bersifat paramagnetik,berwarna dan bersifat katalis.
2. Kegunaan unsur-unsur periode keempat :
a. Skandium digunakan pada lampu intensitas tinggi
b. Titanium digunakan pada industri pesawat terbang dan industri kimia.
c. Vanadium digunakan untuk membuat per mobil dan sebagai katalis pembuatan belerang.
d. Kromium digunakan untuk bahan pembuatan baja, nikrom, stanless steel.
e. Mangan digunakan untuk bahan pembuatan baja, manganin dalam pembuatan alat-alat listrik dan sebagai alloy mangan-besi atau ferromanganese.
f. Besi digunakan untuk pembuatan baja, perangkat elektronik, memori komputer, dan pita rekaman.
g. Kobalt digunakan untuk membuat aliansi (paduan logam)
h. Nikel digunakan untuk melapisi logam supaya tahan karat dan paduan logam
i. Tembaga digunakan untuk kabel – kabel, pipi – pipa, kaleng makanan dan untuk alat-alat elektronik.
j. Seng digunakan sebagai logam pelapis antikarat, paduan logam, pembuatan bahan cat putih, dan antioksidan dalam pembuatan ban mobil.
DAFTAR PUSTAKA
www.google.com
Muchtaridi.Sandri Justiana.2007.Kimia Tiga.Yudistira.Jakarta.
