Logam Transisi Deret Pertama [PDF]

Citation preview

LOGAM TRANSISI DERET PERTAMA A. Pendahuluan Unsur-unsur yang terletak di tengah table periodik unsur-unsur di antara golongan utama (II A dan IIIA) dikenal dengan unsur-unsur logam transisi. Unsur-unsur ini semua bersifat logam. Unsur-unsur transisi sering didefinisikan sebagai unsur-unsur dengan orbital d atau f yang belum terisi penuh (Cotton, 1987). Unsur-unsur blok –d mempunyai tiga deret yang sering disebut deret pertama, kedua, dan ketiga (untuk masing-masing periode ke-4, ke-5, dank e-6 dalam sitem periodic). Unsur-unsur transisi dalam mencakup unsur deret lantanida dan deret aktanida yakni dalam dua deret dengan panjang 14 yang diletakkan di bawah bodi utama dari tabel periodic. Seperti unsur-unsur golongan utama kebanyakan unsur-unsur blok –d segolongan (vertical) mempunyai kemiripan sifat kimia dan fisika sehingga ditandai dengan golongan B yaitu golongan IIB, IVB…..VIIIB, IB dan IIB. Sifat-sifat yang khas dari unsur transisi adalah mempunyai berbagai bilangan oksidasi, kebanyakan senyawaannya bersifat paramagnetic, kebanyaan senyawaannya berwarna, unsur transisi dapat membentuk senyawa kompleks. Unsur-unsur transisi kebanyakan kuat, keras, menghantar panas dan listrik dengan baik. Kebanyakan membentuk senyawa-senyawa komplek berwarna dan bersifat magnit yang berkaitan dengan ketidakpenuhan pengisian electron orbital –d atau –f. Beberapa sifat unsur-unsur logam transisi deret pertama disjikan dalam tabel berikut:



1



Semua logam transisi deret pertama keras dan memiliki titik leleh yang tinggi kecuali tembaga yang agak lunak. Mangan dan besi reaktif pada suhu kamar, sedangkan yang lain cukup tahan (kurang reaktif). Semua logam bereaksi dengan halogen, belerang dan unsur non logam lainnya jika dipanaskan. Meskipun beberapa karakter logam transisi berbeda, tetapi mempunyai kemiripan sifat umum seperti: 1. Kebanyakan mempunyai bilangan oksidasi lebih dari satu dengan hanya beberapa perkecualian. 2. Banyak dari senyawanya bersifat paramagnetic 3. Banyak senyawanya berwarna 4. Memiliki kecenderungan kuat untuk membentuk ion kompleks. B. Konfigurasi Elektronik Unsur-unsur Transisi Konfigurasi elektronik suatu atom dapat dituliskan secara lebih sederhana yaitu dengan menuliskan lambing atom gas mulia terdekat yaitu mempunyai nomor atom lebih kecil, kemudian diikuti dengan konfigurasu elektroni “kekurangannya”, ini berarti bahwa pada bagian dalam atom itu dibangun oleh konfigurasi elketronik gas mulia sebelumnya. Oleh karena gas mulia bersifat stabil dalam arti sukar mengadakan perubahan, maka konfigurasi elektronik “kekurangannya” ini sajalah yang justru menjadi penting. Konfigurasi elektronik dua taom unsur pertama untuk periode 4, yaitu



Sc dan



21



Ti,



22



masing-masing dapat dituliskan Sc: [18Ar] 3d1 4s2 dan Ti: [18Ar] 3d2 4s2. Menurut diagram aufbau, electron selanjutnya tentu mengisi orbital 3d secara berkelanjutan, yaitu 3d 1-3d10, untuk atom-atom unsur Sc-Zn. Berdasarkan aturan membangun dari Aufbau, pengisian elektron dalam orbital d mulai terjadi setelah elektron menghuni orbital 4s2 atau setelah atom kalsium, 20Ca: [Ar] 4s2. Oleh karena itu, unsur-unsur transisi dimulai pada periode keempat dalam tabel periodik, sesuai dengan bilangan kuantum utama terbesar (4s 3d). Oleh karena orbital d maksimum dihuni oleh sepuluh elektron maka akan terdapat sepuluh unsur pada periode keempat, yaitu mulai dari Sc dengan konfigurasi elektron [Ar] 3d1 4s2 sampai dengan Zn dengan konfigurasi elektron [Ar] 3d10 4s2.



2



Tabel. Konfigurasi Elektron Unsur-Unsur Transisi Periode Keempat



Unsur



Lambang



Konfigurasi Elektron



Sc



[18Ar] 3d1 4s2



Ti



Tingkat Oksidasi



Golongan



Sc3+



+3



IIIB



[18Ar] 3d2 4s2



Ti4+



+2,+3,+4



IVB



V



[18Ar] 3d3 4s2



V3+



+2,+3,+4,+5



VB



Cr



[18Ar] 3d5 4s1



Cr3+



+2,+3,+6



VIB



Mn



[18Ar] 3d5 4s2



Mn2+



+2,+3,+4,+6,+7



VIIB



Fe



[18Ar] 3d6 4s2



Fe2+,Fe3+



+2,+3



VIIIB



Co



[18Ar] 3d7 4s2



Co2+,Co3+



+2,+3



VIIIB



Ni



[18Ar] 3d8 4s2



Ni2+



+2



VIIIB



Cu



[18Ar] 3d10 4s1



Cu+,Cu2+



+1,+2



IB



Zn



[18Ar] 3d10 4s2



Zn2+



+2



IIB



Skandium



21



Titanium



22



Vanadium



23



Kromium



24



Mangan



Ion yang Umum



25



Besi



26



Kobalt



27



Nikel



28



Tembaga



29



Zink



30



Menurut aturan Aufbau, konfigurasi elektron krom adalah [18Ar] 3d4 4s2, tetapi faktanya bukan demikian melainkan [18Ar] 3d5 4s1. Demikian juga pada konfigurasi elektron atom tembaga, yaitu [18Ar] 3d10 4s1. Hal ini disebabkan oleh kestabilan subkulit d yang terisi penuh atau setengah penuh. Semua unsur transisi merupakan unsur-unsur logam. Kulit terluar dari unsur-unsur transisi hanya mengandung satu atau dua elektron pada orbital 4s sehingga mudah melepaskan elektron pada kulit terluarnya. Sifat logam dari unsur-unsur transisi lebih kuat jika dibandingkan dengan sifat logam dari golongan utama. Hal ini disebabkan pada unsur-unsur transisi terdapat lebih banyak elektron bebas dalam orbital d yang tidak berpasangan. Semakin banyak elektron bebas dalam suatu atom logam memungkinkan ikatan antaratom semakin kuat sehingga sifat logam dari unsur itu juga semakin kuat. Pengaruh nyata dari kekuatan ikatan antaratom pada logam transisi tercermin dari sifat kekerasan tinggi, kerapatan tinggi, titik didih dan titik leleh yang juga tinggi, serta sifat hantaran listrik yang lebih baik. Jika suatu atom memiliki elektron yang tidak berpasangan, atom tersebut akan bersifat paramagnetik, artinya dapat dipengaruhi oleh medan magnet. Sebaliknya, jika suatu atom tidak memiliki elektron yang tidak berpasangan maka akan bersifat diamagnetik, 3



artinya tidak dipengaruhi oleh medan magnet. Unsur-unsur transisi baik sebagai unsur bebas maupun senyawanya pada umumnya memiliki elektron tidak berpasangan sehingga banyak unsur dan senyawa transisi bersifat paramagnetik. Semakin banyak elektron yang tidak berpasangan, semakin kuat sifat magnetnya. Setiap elektron memiliki spin yang menghasilkan momen magnet. Momen magnet ini berperilaku seperti magnet. Jika semua elektron berpasangan maka momen magnet elektron akan saling meniadakan sesuai aturan Pauli (jika elektron berpasangan, spinnya harus berlawanan) sehingga atom bersifat diamagnetik. Jika elektron tidak berpasangan maka spin elektron yang menghasilkan momen magnet tidak ada yang meniadakan sehingga atom akan memiliki momen magnet dan bersifat paramagnetik. Tabel. Karakteristik Logam Unsur Transisi Unsur Jari-jari atom (nm) Titik leleh (0C) Titik didih (0 C) Kerapatan (g/cm3) E ionisasi I (kJ/mol) E ionisasi II (kJ/mol) E ionisasi III (kJ/mol) E0 red M2+ (aq) E0 red M3+ (aq) Kekerasan ( skala mohs)



Sc



Ti



V



Cr



Mn



Fe



Co



Ni



Cu



Zn



0,16



0,15



0,14



0,13



0,14



0,13



0,13



0,13



0,13



0,13



1540 2370



1680 3260



1900 3400



1890 2480



1240 2100



1540 3000



1500 2900



1450 2730



1080 2600



420 910



3,0



4,5



6,1



7,2



7,4



7,9



8,9



8,9



8,9



7,1



6,30



660



650



6500



720



760



760



740



750



910



1240



1310



1410



1590



1510



1560



1640



1750



1960



1700



2390



2650



2870



2990



3260



2960



3230



3390



3560



3800



-2,1



-1,2



-1,2 -0,91 -1,19 -0,44 -0,28 -0,-86 -0,74 -0,28 -0,04 +0,44



-0,25 +0,34 -



0,76 -



-



-



-



-



2,5



9,0



5,0



4,5



-



3,0



Jari-jari atom menentukan sifat-sifat unsur, penurunan jari-jari atom ini akibat dari kenaikan muatan inti yang menarik elektron valensi lebih kuat. Pada periode yang sama, dari kiri ke kanan jumlah proton bertambah, sedangkan kulit valensi tetap. Akibat bertambahnya jumlah proton, daya tarik muatan inti terhadap elektron valensi bertambah kuat sehingga ukuran atau jari-jari atom semakin kecil.



C. Kepadatan Unsur Transisi 4



Kepadatan dari unsur transisi umumnya lebih tinggi, (kecuali untuk skandium), dari kepadatan logam blok s umumnya rendah; terutama golongan I. Kepadatan setiap atom meningkat tajam di periode karena dipengaruhi oleh penurunan jari-jari atom sedangkan massa atom meningkat. Perbedaan kepadatan antara logam transisi dan logam golongan I ditekankan oleh fakta bahwa sebagian besar logam transisi memiliki struktur terjejal sementara logam golongan I tidak. Atom-atom pada sebagian besar logam transisi memiliki jari-jari kecil dan dikemas dalam struktur terdekat dikemas dengan sejumlah koordinasi 12. Atom-atom tersebut relatif padat dibandingkan dengan logam dari Golongan IA dan IIA yang lebih besar atom dikemas dalam struktur tubuh berpusat dengan koordinasi nomor 8. Sesuai dengan keperiodikan sifat unsur secara umum, dari kiri ke kanan dalam satu periode jari-jari atom unsur semakin kecil. Perubahan ukuran atom suatu unsur transisi terhadap unsur berikutnya dalam deret tidak sebesar yang ada pada unsur-unsur golongan utama karena elektron yang ditambahkan pada sub kulit d berada di sebelah dalam sub kulit yang terluar (4s). Elektron-elektron ini cukup efektif melindungi kulit yang lebih luar terhadap muatan inti sehingga kenaikan muatan inti efektifnya hanya dirasakan oleh elektron yang lebih luar (tidak sekuat pada unsur golongan utama) sehingga terjadi pengecilan ukuran atom hanya sedikit. D. Titik Leleh dan Titik Didih Titik leleh logam transisi umumnya tinggi (> 15000C), kecuali untuk seng. Titik leleh blok s umumnya rendah, terutama untuk golongan I. Titik lebur merupakan perkiraan yang ditunjukkan dari kekuatan ikatan antara partikel. Ikatan yang kuat terjadi pada logam transisi di mana jari-jari atom kecil dan struktur atom-padat. Pada blok s ikatan logam-logamnya lemah karena jari-jari atom yang lebih besar. Perbedaan ini kebanyakan ditandai ketika membandingkan logam transisi dengan logam golongan I , yang memiliki jari-jari atom terbesar dan tidak memiliki struktur terjejal. Selain itu, atom-atom tersebut hanya memiliki satu elektron valensi per atom untuk berkontribusi pada 'lautan elektron ". Titik didih logam transisi umumnya tinggi (~ 2000 0C), kecuali untuk seng, dibandingkan dengan logam blok-s, yang umumnya rendah. Ini adalah alasan yang sama seperti halnya untuk titik leleh, penguapan memisahkan partikel sepenuhnya. 5



Jika dibandingkan dengan unsur alkali dan alkali tanah, unsur transisi pada periode pertama memiliki elektronegativitas yang lebih besar. Akibatnya, unsur-unsur ini lebih sulit untuk bereaksi dibandingkan dengan unsur alkali dan alkali. Hampir semua elemen dalam kelompok transisi, periode empat mudah teroksidasi (memiliki E0red negatif) kecuali Cu mudah tereduksi. ini berarti bahwa secara teoritis; hampir semua elemen dari empat periode dapat bereaksi dengan asam kuat untuk menghasilkan gas hidrogen. Namun pada kenyataannya, unsur-unsur transisi periode empat lambat untuk bereaksi dengan asam kuat. Hal ini disebabkan oleh pembentukan lapisan oksida yang mencegah reaksi lebih lanjut. Dalam peiode ini, antara unsur-unsur yang berdekatan, perbedaan energi ionisasi tidak terlalu besar. Meskipun ada fluktuasi, dapat disimpulkan ada peningkatan energi ionisasi dari Sc ke Zn. Keduanya terjadi karena keunikan tertentu dalam elektron mengisi kulit 3s sub kulit dan 3p, pengisian tidak melanjutkan ke sub kulit 3d melainkan langsung ke 4s dan sub kulit 4d. Jadi ketika ada logam perubahan ion, elektron pada sub kulit 4s adalah terionisasi pertama. Hampir semua elektron di orbital d dari unsur transisi dapat digunakan bersama-sama dengan elektron dalam orbital s dalam membentuk senyawa. Perbedaan energi elektron dalam sub kulit 3d dan sub kulit 3s cukup kecil sehingga elektron dalam sub kulit 3d juga dilepaskan selama ionisasi selain elektron dalam sub kulit 4s. Hal ini telah menghasilkan unsur-unsur transisi memiliki beberapa bilangan oksidasi. Unsur-unsur transisi periode keempat memiliki beberapa bilangan oksidasi. Unsur-unsur transisi periode keempat yang elektropositif (mudah melepaskan elektron) yang memiliki bilangan oksidasi positif. Bilangan oksidasi maximun merupakan unsur dari keadaan transisi jumlah elektron dalam sub kulit 3d dan 4s.



Tabel. Keadaan Oksidasi logam transis Bilangan



Sc



Ti



V



Cr



Mn



Fe



Co



Ni



Cu



Zn



6



+3



Oksidasi



+2



+1



+2



+2



+2



+2



+2



+1



+3



+2



+3



+3



+3



+3



+3



+2



+4



+3



+6



+6



+6



+2



+4 +5



Semua elektron dari skandium mangan dalam orbital d yang mana elektronnya tidak berpasangan sehingga relatif mudah untuk menghapus. Hal ini mengakibatkan atom cenderung untuk mencapai oksidasi maksimal. Pada unsur besi dan seng, elektron dalam orbital d berpasangan dan terisi penuh. Dengan demikian, unsur-unsur ini cenderung lebih sulit untuk mencapai oksidasi maksimal. Elektron orbital yang lebih kuat terikat. Umumnya, periode empat unsur transisi memiliki keadaan oksidasi +2 karena dua elektron dalam sub kulit 4s sangat mudah untuk membentuk kation yang telah dinyatakan sebelumnya. Unsur skandium dan seng hanya memiliki satu jenis bilangan oksidasi. Scandium dengan bilang oksidasi = +3 akan memperoleh 3 elektron (2 elektron dalam orbital 4s dan satu elektron di orbital 3d) memiliki konfigurasi elektron yang stabil. Sementara itu, seng dengan bilangan oksidasi= +2 karena melepaskan dua elektron saja (dari orbital 4s), seng telah mencapai stabilitas tanpa melepas elektron dari sub kulit 3d.



DAFTAR PUSTAKA Djulia Onggo, P. (2004). Kimia Anorganik II. Bandung: ITB



7



Karyasa, I.W. (2014). Inorganic Chemistry 2: Chemistry of Metal Elements. Singaraja: Undiksha Press. Siregar Manimpan dan Sudria I.B. Nyoman. (2002). Kimia Anorganik II. Ikip Negeri Singaraja



8