Tantangan Unsur Transisi Periode 4-1 [PDF]

Citation preview

KOMPETENSI DASAR PENGETAHUAN 3.8 Menganalisis kelimpahan, kecenderungan sifat fisika dan kimia, manfaat, dan proses pembuatan unsur-unsur periode 3 dan golongan transisi (periode 4). KOMPETENSI DASAR KETERAMPILAN 4.8 Menyajikan data hasil penelusuran informasi sifat dan pembuatan unsur-unsur Periode 3 dan unsur golongan transisi (periode 4)



UNSUR-UNSUR TRANSISI PERIODE KE 4 Diskusikan pertanyaan-pertanyaan berikut! I. KELIMPAHAN Unsur-unsur transisi periode ke empat terdapat dalam jumlah melimpah dalam bentuk persenyawaannya di alam. Tuliskan mineral-mineral/sumber unsur-unsur transisi periode ke empat dalam tabel di bawah ini! UNSUR-UNSUR TRANSISI PERIODE KE-4 Unsur



Mineral-mineral di Alam



Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn



II. SIFAT FISIS DAN SIFAT KIMIA Sekarang coba perhatikan tabel berikut ini! Sifat



Sc



Ti



V



Cr



Mn



Fe



Co



Ni



Cu



Zn



Nomor Atom Konfigurasi elektron Kerapatan (g/cm3) Jari-jari atom (Å) Titik Leleh (oC) Titik Didih (oC) Potensial Reduksi (volt) Energi Ionisasi (kJ mol-) Keelektronega tifan Bilangan Oksidasi Sifat kemagnetan



21 ........



22 ........



23 ........



24 ........



25 ........



26 ........



27 ........



28 ........



29 ........



30 ........



2,99



4,51



6,1



7,27



7,30



7,86



8,9



8,9



8,92



7,1



1,61



1,45



1,32



1,25



1,24



1,24



1,25



1,25



1,28



1,33



1.541 2.836 -2,08



1.668 3.3287 -1,63



1.910 3.407 -1,18



1.907 2.671 -0,91



1.246 2.061 -1,19



1.538 2.861 -0,44



1.495 2.927 -0,28



1.455 2.913 -0,23



1.085 2.562 +0,34



420 907 -0,763



631



658



650



653



717



759



758



737



745



906



1,3



1,5



1,6



1,6



1,5



1,8



1,8



1,8



1,9



1,6



+2, +3



+2, +3



+2



+1, +2



+2



+3



+2, +3, +2, +3, +2, +3, +2, +3, +4 +4, +5 +6 +4,+7 Paramagnetik



Feromagnetik



Diamagnetik



Jawablah dengan singkat dan jelas !! 1. Dalam satu periode, bagaimanakah kecenderungan jari-jari atom dalam periode keempat? Jelaskan 2. Berdasarkan tabel di atas, bagaimanakah sifat logam dari unsur-unsur tersebut yang tergolong unsur transisi periode keempat! 3. Pada unsur-unsur tersebut terdapat perbedaan pada sifat kemagnetannya, apakah yang menyebabkan adanya perbedaan dari sifat kemagnetan pada unsur-unsur tersebut? 4. Beberapa dari unsur-unsur yang tergolong unsur transisi periode keempat memiliki lebih dari satu bilangan oksidasi. Apakah yang mempengaruhi adanya perbedaan tersebut?



5. Dalam persenyawaannya unsur transisi periode ke empat mempunyai warna. a. Bagaimana warna-warna pada ion-ion tersebut dapat muncul? Jelaskan ! b. Lengkapi tabel di bawah ini : Warna pada bilangan oksidasi Unsur Bilangn oksidasi +1 +2 +3 +4 +5 +6 Sc +3 --TB ---Ti +3, +4 --ungu -V +2, +3, +4, +5 -hijau -Cr +2, +3, +6 -hijau --Mn +2, +3, +4, +5, +6, +7 -coklat Fe +2, +3 -kuning ---Co +2, +3 -ungu ---Ni +2, +3 -TB ---Cu +1, +2 ----Zn +2 -----(TB = Tidak Berwarna) c. Mengapa ada ion-ion yang tidak berwarna ? Jelaskan ! 6. Persenyawaan atau unsur transisi periode juga sering digunakan sebagai katalisator suatu reaksi. a. Apakah yang dimaksud dengan katalisator ? b. Carilah persenyawaan atau unsur transisi yang dignakan sebagai katalisator dan reaksi apa yang dipengaruhinya ? (buatlah dalam bentuk tabel)



+7 ----------



III. SIFAT KHUSUS ION KOMPLEKS 1. Komponen ion kompleks adalah a. Atom pusat/ion pusat adalah atom/ion yang mempunyai orbital kosong b. Ligan adalah anion/molekul yang mempunyai PEB (Pasangan Elektron Bebas) c. Bilangan koordinasi (BK)adalah jumlah ikatan koordinasi yang terjadi antara ion pusat dengan ligan (umumnya 2 kali muatan atom/ion pusat, kecuali Fe2+ BK = 6) d. Muatan ion kompleks adalah jumlah muatan antara atom/ion pusat dengan ligan e. Ikatan koordinasi (ikatan kovalen semipolar) adalah ikatan kovalen yang terjadi jika salah satu atom menyumbangkan PEB untuk dipakai bersama. Tentukan komponen ion kompleks [Cu(NH3)4]2+ a. Atom pusat/ion pusat : b. Jenis Ligan/jumlah ligan : c. Bilangan koordinasi : d. Muatan ion kompleks : 2. Tatanama ion/molekul kompleks : (PELAJARI BUKU CETAK KIMIA 3 UNGGUL SUDARMO HAL 190191) a. Tulis rumus struktur dari :  trisetilendiaminanikel(II) sulfat  kalium heksasianidoferat(II)  ion heksahidroksoaluminat(III)  heksasianokrom(III) klorida b. Tulis nama dari ion/molekul kompleks dari :  [Cu(H2O)2(NH3)4]SO4  [CoCl2(NH3)4]Cl  [Co(H2O)6]2+  [Cr(NH3)6](NO3)3  Co(py)2(NH3)2(NO2)2]NO3 3. Struktur atom/ion kompleks menggunakan teori hibridisasi (pembastaran). Menurut teori Warner , ikatan terbentuk melalui pembentukan orbital gabungan dari atom pusat. Orbital gabungan ini disebut orbital bastar (hibridisasi) Bentuk molekul/ion Nama (lengkapilah) Hibridisasi Contoh kompleks sp linier [Ag(CN)2]+ ............. 2 sp segitiga planar [HgCl3]............ sp3 tetrahedral [NiCl4]2............ dsp2 segiempat datar [Ni(CN)4]2............ 3 3sp d trigonal bipiramida [CuCl5] ............ dsp3 trigonal bipiramida [Fe(CO)5] pentakarbonilbesi sp3d2 oktahedral [FeF6]-3 ............ 2 3 3d sp oktahedral [Co(CN)6] ............ CATATAN : Bilangan oksidasi Fe dalam [Fe(CO)5] =0



IV. PROSES PEMBUATAN 1. SCANDIUM (Sc) Scandium diproduksi dari scandium oksida (Sc 2O3) yang diubah menjadi scandium florida (ScF 3) selanjutnya di reduksi dengan logam kalsium untuk mendapatkan skandium murni. Tulis reaksinya : 2. TITANIUM (Ti) Pemisahan logam Titanium dari bijih logamnya menggunakan metode Kroll.  Ilmenit (FeTiO3) atau rutil (TiO2) diambil dari bijihnya dengan kokas pada suatu reaktor pada suhu 1000°C.  Ilmenit (FeTiO3) atau rutil (TiO2) direaksikan dengan gas klorin (Cl2) diperoleh gas TiCl4.  Setelah itu TiCl4 direduksi dengan magnesium cair berlebih pada suhu 800-850°C. Tulis reaksinya : 3. VANADIUM (V)  Bijih dipanaskan pada suhu ±850°C dan dihancurkan dengan penambahan NaCl atau Na 2CO3 menghasilkan natrium metavanadat (NaVO3).  Natrium metavanadat (NaVO3) dilarutkan dalam air dan diasamkan dengan penambahan padatan merah agar membentuk lelehan vanadium oksida(V2O5).  Lelehan vanadium oksida (V2O5) direduksi dengan kalsium(Ca) agar terbentuk vanadium murni. Tulis reaksinya : 4. KROMIUM (Cr)  Bijih kromit dilelehkan menggunakan alkali karbonat pada suhu tinggi FeCrO4(s) + Na2CrO3 + O2(g)  Na2CrO4(aq) + CO2 +Fe  Na2CrO4(aq) diendapkan menggunakan air Na2CrO4(aq) + H2O(l)  Na2Cr2O4 (s) + NaOH(aq)  Na2Cr2O4 (s) direduksi menggunakan karbon, dan membentuk oksida nya Na2Cr2O4 (s) + 2C(s)  Cr2O3(s) + Na2CO3(aq) + CO2(g)  Cr2O3 di reduksi dengan logam alumunium(Al) melalui teknik aluminateknik atau silikon(Si) untuk menghasilkan logam kromium murni Selesaikan reaksi ini : a. Cr2O3(s)+Al(s) b. Cr2O3(s) + Si  5. MANGAN (Mn) Pirolusit diolah menurut proses termit.  Pirolusit-MnO2 dipanaskan pada suhu 700-900°C agar mengalami reduksi sebagaian menjadi Mn 3O4.  Reduksi lebih lanjut dengan logam aluminium menghasilkan logam mangan (Mn) yang dapat dipisahkan sebagian lelehannya (mengingat bahwa Al2O3 memiliki titik leleh yang jauh lebih tinggi ~2045°C). Tulis reaksinya :  Pemurnian logam mangan lebih lanjut dilakukan secara destilasi. 6. BESI (Fe) Pengolahan besi meliputi penyediaan bahan baku, prinsip pengolahan, dan proses pengolahan.  Bahan Baku a. Bijih besi hematit (Fe2O3), dengan kandungan SiO2. (+10%) sedikit senyawa belerang, fosfor, alumunium, dan mangan. b. Batu kapur (CaCO3) untuk mengikat zat- zat pengotor. c. Kokas (C) sebagai bahan reduktor. d. Udara untuk mengoksidasi C sehingga membentuk CO.  Prinsip: Reduksi bijih besi oleh CO.  Proses pengolahan a. Ke dalam tungku tahan api, dimasukkan bijih besi, kokas, dan batu kapur. Udara dialirkan melalui dasar tungku sehingga bereaksi dengan karbon membentuk gas CO 2 b. Reaksi ini bersifat eksoterm sehingga dapat menaikkan temperatur tungku sampai mendidih mendekati 19000 C. C +O2  CO2 H= -394 kJ c. Gas CO2 yang panas naik dan mengoksidasi karbon membentuk gas CO. C + CO2  2CO H= +173 Kj d. Gas CO yang terjadi secara bertahap mereduksi bijih besi. 3 Fe2O3 + CO  2Fe3O4 + CO2 (daerah 5000 C) e. Fe3O4 merupakan campuran FeO dan Fe2O3 Fe3O4 + CO  3FeO + CO2 (daerah 8500 C) FeO + CO  Fe + CO2 (daerah 10000 C) f. Besi yang terbentuk turun ke bawah dan meleleh di dasar tungku. g. Fungsi CaCO3 adalah untuk mengikat kotoran yang bersifat asam seperti SiO 2, P4O10, atau oksida amfoter seperti Al2O3. Pada temperature tinggi, CaCO3 terurai membentuKk CaO dan CO2. CaCO3  2CaO + CO2



7.



8.



9.



10.



h. Selanjutnya, terjadi reaksi antara CaO dan kotoran. CaO + SiO2  CaSiO3 6CaO +P4O10  2Ca3(PO4)2 CaO + Al2O3  Ca(AlO2)2 i. Hasil- hasil reaksi tersebut (slag) meleleh dan mengapung diatas lelehan besi sehingga dapat dipisahkan. Slag kadang- kadang digunakan untuk industri semen karena mengandung sedikit fosfor dan juga digunakan untuk industri pupuk. Besi yang keluar juga digunakan untuk industri pupuk. j. Besi yang keluar dari tungku disebut besi kasar (pig iron atau cast iron) dan mengandung 95% Fe, 4% C, dan sedikit silikon, fosfor, dan belerang. Besi kasar bersifat getas. CARILAH GAMBAR tentang Proses pengolahan besi dengan tanur tinggi (blast furnace). Dan lengkapi keterangannya sesuai penjelasan di atas. KOBALT (Co)  Produksi kobalt diawali dengan membakar besi untuk mengambil mineral-mineral (Fe, Cu, Co) dalam bentuk oksidanya  Mineral oksida direaksikan dengan asam sulfat untuk mengendapkan tembaga sebagai CuSO 4, sedangkan besi, kobalt larut sebagai sulfat. Besi diendapkan dengan penambahan kapur (CaO).  Selanjutnya, Cobalt dalam larutan direaksikan dengan natrium hipoklorit (NaOCl) membentuk cobalt hidroksida. Setarakan reaksi : Co2+(aq) + NaOCl(aq) + OH-(aq) + H2O → Co(OH)3(s) + NaCl(aq)  Kobalt hidroksida dipanaskan agar membentuk Co 2O3, kemudian direduksi dengan karbon dalam bentuk arang dan diperoleh logam kobalt.  Setarakan reaksi : a. Co(OH)3 + O2  Co2O3 + H2O b. Co2O3 + C → Co + CO2 NIKEL (Ni)  Bijih yang mengandung Nikel dihancurkan dalam proses kominusi, tujuannya untuk memperluas bidang sentuh dan reaksi dapat berlangsung lebih cepat.  Bijih nikel dalam bentuk serbuk diklasifikasi dengan flotasi diair untuk menghilangkan pengotor. Serbuk nikel bersih dikeringkan dalam rotary dryer untuk mengurangi kandungan air pada bijih. Serbuk nikel kering dimasukkan kedalam tanur dan direduksi dengan mengalirkan gas CO agar diperoleh logam nikel yang belum murni.  Logam nikel yang belum murni dibakar pada tanur pemurni bersuhu tinggi ±7000°C, dan ditambahkan silica untuk mengikat pengotor yang berupa besi dan membentuk terak. Lelehan Nikel dialirkan dengan pipa di dasar tanur TEMBAGA (Cu)  Bijih kalkopirit dihancurkan hingga 10-15% menggunakan froth flotation (flotasi buih) atau bioleaching. Selanjutnya, dipanaskan hingga melebur dengan silica tujuannya untuk menghilangkan kelebihan besi pada bijih Setarakan CuFeS2 + SiO2 + O2  Cu2S + FeSiO3 + SO2  Tembaga sulfida yang diperoleh dipanaskan untuk mendapatkan lelehan tembaga Cu2S(s) + O2(g)  2Cu(s) + SO2(g)  Tembaga yang diperoleh dari pemanasan Cu 2S bersifat rapuh dan belum murni, jadi perlu dimurnikan melalui metode elektrolisis. Tulis reaksi pemurnian tembaga dengan metode elektrolisis: ZINC (Zn)  Bijih yang mengandung sfalerit di giling, selanjutnya dipisahkan dari mineral-mineral lain seperti besi, silica, dan sulfur melalui metode flotasi buih dan diperoleh seng sulfida.  Seng sulfida dibakar untuk memperoleh seng oksida. Setarakan reaksi : ZnS(s) + O2(g)  ZnO(s) + SO2(g)  Seng oksida yang diperoleh selanjutnya diolah melalui metode pirometalurgi. Kemudian Seng oksida dibakar pada suhu 950°C dengan karbon pada smelt furnace untuk mereduksi seng oksida. ZnO(s) + C(s) → Zn(l) + CO(g)  Selanjutnya, seng yang memiliki kemurnian rendah di destilasi fraksional pada suhu tinggi ke-1 untuk memisahkan campuran ampas biji dan mineral lain yang ditahan pada dasar furnace.



V. MANFAAT DAN DAMPAK PENGGUNAAN



No



Nama Unsur/ Senyawa



Rumus Kimia



Kegunaan/manfaat



Keterangan



1.



Scandium



Sc



2.



Titanium



Ti



3.



Vanadium



V



4.



Kromium



Cr



5.



Mangan



Mn



6.



Besi



Fe



7.



Kobalt



Co



8.



Nikel



Ni



9.



Tembaga



Cu



10.



Zinc



Zn