Unsur Golongan 14 Serta Senyawanya [PDF]

Citation preview

UNSUR GOLONGAN 14 SERTA SENYAWANYA Di alam, terdapat banyak sekali bahan – bahan penyusun materi di dalamnya. Bahan penyusun materi yang berukuran sangat kecil dan tidak dapat dibagi lagi dinamakan dengan unsur. Hingga saat ini, terdapat sekitar 118 unsur yang dibagi ke dalam beberapa golongan, yaitu golongan utama (golongan A ) dan golongan transisi (golongan B). Selain itu, unsur-unsur kimia dapat dikelompokkan menjadi unsur logam, nonlogam, semilogam, dan gas mulia. Keberadaan unsur-unsur kimia di alam sangat melipah. Sumber unsur-unsur kimia terdapat di kerak bumi, dasar laut, dan atmosfer, baik dalam bentuk unsur bebas, senyawa ataupun campurannya. Golongan 14 merupakan salah satu jenis golongan utama dalam tabel periodik unsur. Unsur – unsur yang termasuk golongan 14, yaitu Karbon (C), Silikon (Si), Germanium (Ge), Timah (Sn), dan Timbal (Pb). A. Karbon (C)



Gambar 1. Karbon Karbon adalah salah satu unsur yang terdapat dialam dengan symbol dalam sistem peridoik adalah “C”. Nama “carbon” berasal dari bahasa latin “carbo” yang berarti “coal” atau “charcoal”. Istilah “coal” menyatakan



sediment berwarna hitam atau coklat kehitaman yang bersifat mudah terbakar dan terutama memiliki komposisi utama belerang, hydrogen, oksigen, dan nitrogen. Karbon ditemukan di alam dalam tiga bentuk alotropik: amorphous, grafit dan berlian. Diperkirakan ada bentuk keempat, yang disebut karbon. Ceraphite (serafit) merupakan bahan terlunak, sedangkan belian bahan yang terkeras[CITATION Sya13 \l 14345 ]. Keistimewaan unsur karbon dibandingkan dengan unsur golongan IV A yang lain, unsur karbon secara alamiah mengikat dirinya sendiri dalam rantai, baik dengan ikatan tunggal C –10 C, ikatan rangkap dua C = C, maupun ikatan rangkap tiga C ≡ C. Hal ini terjadi karena unsur karbon mempunyai energi ikatan C – C yang kuat,yaitu sebesar 356 kj/ mol. Karbon adalah unsur paling berlimpah ke-15 di kerak Bumi dan ke-4 di alam semesta setelah hydrogen, helium, dan oksigen. Ditemukan baik di air, darat, dan atmosfer bumi, dan didalam tubuh makhluk hidup. Karbon terdapat di alam dalam keadaan bebas seperti intan dan grafit. Adapun dalam keadaan ikatan sebagai bahan bakar mineral, antrasi, batu bara, batu bara muda, dan sebagai minyak tanah, aspal, gas CO2 dan CaCO3. Karbon di alam juga terdapat sebagai hasil pembuatan arang amorf, misalkan kokas dari penyulingan kering batu bara, arang kayu dari pembakaran kayu, selain itu, karbon juga terdapat di atmosfer, biosfer, dan di laut. Adapun sifat fisika dan kimia unsur karbon, sebagai berikut : Tabe1 1. Sifat Fisika dan Kimia Karbon Simbol Radius Atom Volume Atom Massa Atom Titik Didih Radius Kovalensi



: : : : : :



C 0.91 Å 5.3 cm3/mol 12.011 5100 K 0.77 Å



Struktur Kristal Massa Jenis Konduktivitas Listrik Elektronegativitas Konfigurasi Elektron Formasi Entalpi Konduktivitas Panas Potensial Ionisasi Titik Lebur Bilangan Oksidasi Kapasitas Panas Entalpi Penguapan



: : : : : : : : : : : :



Heksagonal 2.26 g/cm3 0.07 x 106 ohm-1cm-1 2.55 [He]2s2p2 kJ/mol 80 Wm-1K-1 11.26 V 3825 K -4,+4,2 0.709 Jg-1K-1 -715 kJ/mol



Karbon memiliki nomor atom 6 dan nomor massa 12,011, terletak pada golongan 4A atau 14 dan terdapat dalam periode 2 dan blok p. Karbon dan silikon tidak reaktif pada suhu biasa. Karbon dan silikon membentuk kation sederhana seperti C4+ dan Si4+. Sifat kimia karbon beserta reaksinya: a. Karbon bereaksi langsung dengan fluor, dengan reaksi seperti berikut. C(s) + 2 F2(g) → CF4(g) b. Karbon



dibakar



dalam



udara



yang



terbatas



jumlahnya



menghasilkan karbon monoksida. 2 C(s) + O2(g) → 2 CO(g) Jika dibakar dalam kelebihan udara, akan terbentuk karbon dioksida. c.



Membentuk asam oksi. Bila karbon dipanaskan dalam udara, unsur ini bereaksi dengan oksigen membentuk CO2 dan jika CO2 ini bereaksi dengan air akan membentuk asam karbonat.



CO2(g) + H2O(l) → H4CO3(l) asam karbonat d.



Membentuk garam asam oksi. Asam karbonat, suatu asam diprotik yang khas, bereaksi dengan basa menghasilkan karbonat dan bikarbonat, antara lain seperti berikut.  K2CO3 = kalium karbonat  KHCO3 = kalium bikarbonat  MgCO3 = magnesium karbonat  Mg(HCO3)2 = magnesium bikarbonat



e. Kecenderungan atom karbon membentuk ikatan kovalen tunggal, ikatan rangkap dua dan ikatan rangkap tiga yang akan membentuk senyawa organik. Contoh: C2H6, C2H2, dan C2H4. Karbon menjadi unsur yang memiliki banyak manfaat didunia ini. Berbagai macam aplikasinya baik dalam bentuk senyawaan maupun dalam bentuk unsur memiliki banyak manfaat. Grafit digunakan untuk bahan hitam dalam pensil biasa, pigmen dalam cat hitam, bila serbuk grafit didispersikan dengan minyak akan dihasilkan pelumas cair. Intan, terutama yang bernoda dan kecil-kecil digunakan dalam industri untuk membuat bubuk penggosok yang paling keras untuk roda pengasah, ujung mata bor dan gigi gergaji.



B. Silikon (Si)



Gambar 2. Silikon Silikon (Latin: silicium) merupakan unsur kimia yang mempunyai simbol Si dan nomor atom 14 . Unsur kimia ini ditemukan oleh Jons Jakob Berzelius. Silikon membentuk 25.7% kerak bumi dalam jumlah berat, dan merupakan unsur terbanyak kedua, setelah oksigen. Silikon terdapat di matahari dan bintang-bintang dan merupakan komponen utama satu kelas bahan meteor yang dikenal sebagai aerolites. Silikon tidak ditemukan bebas di alam, tetapi muncul sebagian besar sebagai oksida dan sebagai silikat. Pasir, quartz, batu kristal, amethyst, agate, flint, jasper dan opal adalah beberapa macam bentuk silikon oksida. Granit, hornblende, asbestos, feldspar, tanah liat, mica, dsb merupakan contoh beberapa mineral silikat. Silikon dipersiapkan secara komersil dengan memanaskan silika dan karbon di dalam tungku pemanas listrik, dengan menggunakan elektroda karbon. Amorphous silikon dapat dipersiapkan sebagai bubuk cokelat yang dapat dicairkan atau diuapkan. Proses Czochralski biasanya digunakan untuk memproduksi kristal-kristal silikon yang digunakan untuk peralatan semikonduktor. Silikon super murni dapat dipersiapkan dengan cara dekomposisi termal triklorosilan ultra murni dalam atmosfer hidrogen dan dengan proses vacuum float zone [CITATION Sya13 \l 14345 ].



Adapun sifat fisika dan kimia unsur silikun, sebagai berikut : Tabel 2. Sifat Fisika dan Kimia Silikon Simbol



: Si



Radius Atom



: 1.32 Å



Volume Atom



: 12.1 cm3/mol



Massa Atom



: 28.0856



Titik Didih



: 2630 K



Radius Kovalensi



: 1.11 Å



Struktur Kristal



: Fcc



Massa Jenis



: 2.33 g/cm3



Konduktivitas Listrik : 4 x 106 ohm-1cm-1 Elektronegativitas



: 1.9



Konfigurasi Elektron Formasi Entalpi Konduktivitas Panas Potensial Ionisasi Titik Lebur Bilangan Oksidasi Kapasitas Panas Entalpi Penguapan



: : : : : : : :



[Ne]3s2p2 50.2 kJ/mol 148 Wm-1K-1 8.151 V 1683 K 4,2 0.7 Jg-1K-1 359 kJ/mol



Silikon merupakan unsur yang tidak reaktif secara kimia (inert), tetapi dapat terserang oleh halogen dan alkali. Kebanyakan asam, kecuali hidrofluorik



tidak



memiliki



pengaruh



pada



silikon.Unsur



silikon



mentransmisi lebih dari 95% gelombang cahaya infra merah, dari 1, 3 sampai 6 mikrometer. Sifat kimia silikon beserta reaksinya : 1.



Silikon bereaksi dengan halogen, secara umum reaksi yang terjadi dapat dituliskan seperti berikut.



Si + 2 X2 → SiX4 2.



Bila silikon dipanaskan dengan oksigen akan membentuk oksida SiO3, sehingga apabila oksida ini bereaksi dengan air membentuk dua asam yaitu asam ortosilikat (H 4SiO4) dan asam metasilikat H2SiO3. Senyawa ini tidak larut dalam air tetapi bereaksi dengan basa. H4SiO4(l) + 4 NaOH(l) → Na4SiO4(l) + H2O(l)



3.



Silikon membentuk garam dari asam oksi, antara lain seperti berikut.



4.



-



Na2SiO3 = Natrium metasilikat



-



Mg2SiO4 = Magnesium ortosilikat



-



LiAl(SiO3)2 = Litium aluminium metasilikat



Semua silikat membentuk larutan yang bersifat basa yang dapat dilarutkan dalam air, dimana ion SiO 32¯ bertindak sebagai basa dengan menghilangkan proton dari air. SiO 3 2¯(aq) + H 2 O(l)



5.



HSiO 3 (aq) + OH¯(aq)



Silikon membentuk molekul-molekul dan ion-ion raksasa, di mana atom oksigen menempati kedudukan yang berselangseling.



Silikon adalah salah satu unsur yang berguna bagi manusia. Silikon dicampur dengan aluminium untuk digunakan dalam mesin karena keberadaan silikon meningkatkan kemampuan logam. Silikon dapat meningkatkan sifat-sifat magnet besi, juga merupakan komponen penting dari baja, yang semakin kuat. Silika (SiO2) dalam pasir dan mineral di tanah



liat digunakan untuk membuat beton dan batu bata. Silika, seperti pasir, juga merupakan konstituen utama dari kaca. C. Germanium (Ge)



Gambar 3. Germanium Germanium berasal dari bahasa Latin: Germania, Jerman. Germanium ditemukan sekitar 100 tahun yang lalu oleh ahli kimia Rusia, Mendeleev Omitri pada tahun 1871. Sementara pada tahun 1886, seorang kimiawan Jerman, Clemens Winkler, memutuskan untuk memberi nama unsur baru germanium, sebagai penghormatan kepada tanah airnya. Germanium adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang unsur (Ge) dan nomor atom 32. Unsur ini logam yang putih keabu-abuan, massa atomnya 72.64 g/mol. Dalam bentuknya yang murni, germanium berbentuk kristal dan rapuh. Kelimpahan germanium dikerak bumi sekitar 1,6 ppm. Hanya ada dalam beberapa bentuk mineral seperti argyrodite, briartite, germanite, dan renierite. Beberapa bijih seng, tembaga, timbal mengandung cukup germanium



yang



dapat



diekstraksi



dari



bijih



besi



akhirnya.



Kebanyakan bijih besi dari germanium berupa sulfida. Bijih besi sulfidanya



diubah menjadi oksida besi dengan pemanasan di udara,proses ini dikenal dengan pemanggangan: GeS2 + 3 O2 → GeO2 + 2 SO2. [ CITATION Cot89 \l 1033 ] Unsur ini diambil secara komersil dari debu-debu pabrik pengolahan bijih-bijih seng, dan sebagai produk sampingan beberapa pembakaran batubara. Germanium dapat dipisahkan dari logam-logam lainnya dengan cara distilasi fraksi tetrakloridanya yang sangat reaktif. Teknik ini dapat memproduksi germanium dengan kemurnian yang tinggi. Adapun sifat fisika dan sifat kimia unsur germanium, sebagai berikut : Tabel 3. Sifat Fisika dan Kimia Atom Germanium Simbol Radius Atom Volume Atom Massa Atom Titik Didih Radius Kovalensi Struktur Kristal Massa Jenis Konduktivitas Listrik



: : : : : : : : :



Elektronegativitas Konfigurasi Elektron Formasi Entalpi Konduktivitas Panas Potensial Ionisasi Titik Lebur Bilangan Oksidasi Kapasitas Panas Entalpi Penguapan



: : : : : : : : :



Ge 1.37 Å 13.6 cm3/mol 74.9216 3107 K 1.22 Å Fcc 5.32 g/cm3 3 x 106 ohm 1cm-1 2.01 [Ar]3d10 4s2p2 31.8 kJ/mol 59.9 Wm-1K-1 7.899 V 1211.5 K 4 0.32 Jg-1K-1 334.3 kJ/mol



Germanium tidak larut dalam asam dan basa encer, tetapi larut perlahan dalam asam sulfat pekat dan bereaksi keras dengan alkali cair untuk menghasilkan germinates.



Beberapa reaksi Germanium dengan spesi lain adalah : a.



Reaksi degan Air Germanium tidak bereaksi dengan air



b. Reaksi dengan Hidrogen Ge(s) + 2 H2(g) → GeH4(s) Hidrida Germanium yang stabil hanya GeH4 b. Reaksi dengan Oksigen Ge(s) + 2 H2(g) → 2GeO(s) Ge(s) + 2 H2(g) → GeO2(s) c. Reaksi dengan Halogen Ge(s) + 2X2(g) → GeX4(s)



X = F, Cl, Br, I



Penggunaan germanium yang paling umum adalah semikonduktor. Germanium juga digunakan dalam transistor dan di sirkuit terpadu. Germanium juga digunakan dalam spektroskopi inframerah dan detektor inframerah. Beberapa senyawa germanium berguna karena beracun bagi bakteri tetapi tidak berbahaya bagi mamalia. D. Timah (Sn)



Gambar 4. Timah Timah dalam bahasa Inggris disebut sebagai Tin dengan symbol kimia Sn. Nama latin dari timah adalah “Stannum” dimana kata ini berhubungan



dengan kata “stagnum” yang dalam bahasa inggris bersinonim dengan kata “dripping” yang artinya menjadi cair / basah, penggunaan kata ini dihubungkan dengan logam timah yang mudah mencair. Kelimpahan timah dikerak bumi yaitu 2,1 ppm. Sumber utama timah (Sn) di alam adalah mineral cassiterite (SnO2). SnO2 dan mineral inilah yang merupakan sumber utama logam timah. Mineral kasiterit inilah yang menjadi sumber utama



timah. Prinsip



pengolahan logam timah ini adalah dengan mereduksi bijih oksida tersebut. Dahulu, reduksi bijih SnO2 dilakukandengan menggunakan batu bara panas, dengan reaksi sebagi berikut : SnO2 (s) + 2C(s) → Sn(l) + CO2 (g) Isolasi Timah dengan mereduksi bijih oksida tersebut. Pada zaman kuno,reduksi bijih SnO2 dilakukan dengan menggunakan batubara panas (glowing coal), menurut persamaan reaksi: SnO2(s) + 2C(s) → Sn(l) + CO2 (g). Pada tahap awal, bijih timah dipekatkan dalam suatu wadah dengan proses flotasi-buih. Dalam proses ini, serbuk bijih timah dibuat menjadi suspensi dalam air, kemudian ke dalam suspensi ini disemprotkan udara melalui saluran yang berlubang-lubang dan berputar agar terjadi gelembung-gelembung udara yang naik ke permukaan. Bijih timah yang sudah pekat kemudian dipanggang. Selanjutnya oksida timah direduksi dengan karbon. Teknik modern untuk proses ini yaitu tanur bergaung (reverberatory) pada T =1200-1300ᵒC. Adapun sifat fisika dan sifat kimia unsur timah, sebagai berikut : Tabel 4. Sifat Fisika dan Kimia Timah Simbol Radius Atom



: Sn : 1.62 Å



Volume Atom Massa Atom Titik Didih Radius Kovalensi Struktur Kristal Massa Jenis Konduktivitas Listrik Elektronegativitas Konfigurasi Elektron Formasi Entalpi Konduktivitas Panas Potensial Ionisasi Titik Lebur Bilangan Oksidasi Kapasitas Panas Entalpi Penguapan



: : : : : : : : : : : : : : : :



16.3 cm3/mol 118.71 2876 K 1.41 Å Tetragonal 7.31 g/cm3 8.7 x 106 ohm-1cm-1 1.96 [Kr]4d10 5s2p3 7.2 kJ/mol 66.6 Wm-1K-1 7.344 V 505.12 K 4,2 0.228 Jg-1K-1 290.37 kJ/mol



Timah merupakan logam perak keputih- putihan, mudah dibentuk, ductile dan memiliki struktur kristal yang tinggi. Timah larut dalam HCl, HNO3, H2SO4, dan beberapa pelarut organic seperti asam asetat, asam oksalat dan asam sitrat. Timah juga larut dalam basa kuat seperti NaOH dan KOH. Timah (II) cenderung memiliki sifat logam dan mudah diperoleh dari pelarutan Sn dalam HCl pekat panas. Berikut adalah reaksi timah dengan unsur/senyawa lain. a. Hidrida Hidrida



timah



Sn(s) + 2H2 → SnH4 b. Reaksi dengan Halogen Sn + 2X2 → SnX4 c. Reaksi dengan oksigen



yang



stabil



hanya



SnH4.



Jika timah dipanaskan dengan adanya udara maka akan terbentuk SnO2, oksida dari timah yang paling stabil. Sn(s) + O2(g) → SnO2(S) d. Reaksi dengan Asam



e. Reaksi dengan Basa



Logam Timah bereaksi langsung dengan basa kuat dalam keadaan panas. Timah merupakan logam ramah lingkungan, penggunaan untuk kaleng makanan tidak berbahaya terhadap kesehatan manusia. Kebanyakan penggunaan timah putih untuk pelapis/pelindung, dan paduan logam dengan logam lainnya seperti timah hitam dan seng.. Timah juga digunakan dalam pembuatan paduan perunggu. Paduan yang terbuat dari timah dan tembaga (cuprum). E. Timbal (Pb)



Gambar 5. Timbal Nama latin timbal (Anglo-saxon: lead, Latin: plumbum). Unsur ini telah lama diketahui dan disebutkan di kitab Exodus. Para alkemi mempercayai bahwa timbal merupakan unsur tertua dan diasosiasikan



dengan planet Saturn. Timbal alami, walau ada jarang ditemukan di bumi. Timbal ditemukan dari galena (PbS) dengan proses pemanggangan. Anglesite, cerussite, dan minim adalah mineral-mineral timbal yang umum ditemukan. Anglesite merupakan mineral timbal yang mengandung timbal sulfat PbSO4. Mineral ini terjadi sebagai hasiloksidasi mineral gelena akibat pengaruh cuaca. Warna mineral ini dariputih, abu-abu, hingga kuning, jika tidak murni maka warnanya abu-abu gelap. Mineral ini memiliki spesifik grafiti 6,3 dengan kandungant imbal sekitar 73%. Dalam proses ekstraksinya ditambahkan SiO2 [ CITATION NNG97 \l 1033 ]. Kelimpahan timbal di kerak bumi cukup besar yaitu 13 ppm. Sumber utama timbal (Pb) yaitu mineral galena yang hitam dan berat (PbS). Selain itu juga timbal ditemukan dalam beberapa mineral lain seperti anglesit ( PbSO4 ), kerusit ( PbCO3), piromorfit (Pb5( PO4)3Cl) dan mimetesit (Pb5(AsO4)3Cl)). Adapun sifat fisika dan sifat kimia unsur timah, sebagai berikut : Tabel 5. Sifat Fisika dan Kimia Timbal Simbol Radius Atom Volume Atom Massa Atom Titik Didih Radius Kovalensi Struktur Kristal Massa Jenis Konduktivitas Listrik Elektronegativitas Konfigurasi Elektron Formasi Entalpi Konduktivitas Panas Potensial Ionisasi



: : : : : : : : : : : : : :



Pb 1.75 Å 18.3 cm3/mol 207.2 2023 K 1.47 Å Fcc 11.35 g/cm3 4.8 x 106 ohm-1cm-1 2.33 [Xe]4f14 5d10 6s2p2 4.77 kJ/mol 35.3 Wm-1K-1 7.416 V



Titik Lebur Bilangan Oksidasi Kapasitas Panas Entalpi Penguapan



: : : :



600.65 K 4,2 0.129 Jg-1K-1 177.9 kJ/mol



Dalam proses ekstraksinya, mula-mula bijih galena dipekatkan dengan teknik flotasi buih, selanjutnya ditambahkan sejumlah kwarsa, SiO2, kemudian diikuti dengan pemanggangan terhadap campuran ini. Persamaan reaksi utama pada proses ini :



Kemudian proses reduksi dilaksanakan dengan batubara coke (C) dan air kapur



Kemudian ditambahkan SiO2



Alternatif lain pada proses reduksi adalah pemakaian bijih galena sebagai reduktor pengganti batubara (coke) :



Proses pemurnian lebih lanjut yang meliputi beberapa tahap seperti diuraikan berikut ini. a. Pb dilelehkan beberapa saat pada suhu di bawah titik leleh tembaga sehingga Cu pengotor mengkristal dan dapat dipisahkan. b. Udara ditiupkan di atas permukaan lelehan Pb sehingga pengotor Arsen dan antimon diubah menjadi Arsenat dan antimonat atau



oksidanya.termasuk Bismuth sehingga buih di atas permukaan yang dapat disendoki keluar. c. Ditambah 1-2% Zn agar Ag dan Au akan terbawa dalam Zn yang akan mengkristal lebih dahulu dan dapat dipisahkan dari lelehan Pb. d. Didinginkan perlahan pada suhu 4800-4200 C. Pemurnian tahap akhir biasanya dilakukan dengan teknik elektrolisis metode



Betts.



Proses



ini



memakai



larutan



elektrolit



timbal



heksafluorosilikat, PbSiF6 dan asam heksafluorosilikat, H2SiF6. Lembaranlembaran timbal dipasang sebagai katode dan pelat-pelat timbel yang belum murni dipasang sebagai anode . Anode timbel akan mengalami oksidasi menjadi larutan Pb2+ yang kemudian akan tereduksi menjadi logam Pb dan melekat pada katode. Dengan proses ini akan diperoleh timbal dengan kemurnian yang sangat tinggi (sekitar 99,9%). 1) Reaksi dengan Air 2) Reaksi dengan Udara Timbal membentuk PbO di udara pada suhu 600-800°C 2Pb(s) + O2(g) ∆ 2PbO(s) → 3) Reaksi dengan Halogen Timbal bereaksi dengan F2 pada suhu kamar menghasilkan PbF2, dan dengan Cl2 menghasilkan PbCl2 pada pemanasan. Pb(s) + F2(g) → PbF2(s) 4) Reaksi dengan asam Pb(s) + 2HNO3 (aq)→ Pb(NO3)2 (aq) + 2H2(g) Pb(s) + 2HCl (aq) →PbCl2 (aq) + 2H2 (g) a). Reaksi dengan basa Pb (s) + 2OH-(aq) →Pb(OH)2 (aq)



Kombinasi timbal dengan Te digunakan sebagai komponen aktif pada pembangkit listrik tenaga panas. Persenyawaan timbal dengan asetat menghasillkan silikat timbal atau Pb-silikat (CH3-COO-Pb-OOCH3), yang banyak digunakan sebagai bahan pengkilap keramik dan bahan tahan api. Kombinasi dengan senyawa nitrogen (N) akan membentuk Senyawa azida, senyawa ini digunakan sebagai detonator (bahan peledak).



DAFTAR PUSTAKA Earnshaw, N. G. (1997). Chemistry of The Element. Great Britain: Butterworth Heinemann. Syamsidar. (2013). Buku Daras: Dasar Reaksi Kimia Anorganik. Makassar: Alauddin University Press



Wilkinson, C. d. (1989). Kimia Anorganik Dasar. Jakarta: UI Press.