Transcript Kimia Transisi Periode ke IV
TRANSISI PERIODE KEEMPAT
Kelompok 6, XII IPA2 Anggota : Agustin Anggraeni Aulia Nadia Meiranti Inanda Rima Pinuri Mita Yuliani Pratiwi
UNSUR-UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT
Unsur-unsur transisi periode keempat terdiri dari :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), kromium (Cr), mangan (Mn), besi (Fe), kobalt (Co),
8.
9.
nikel (Ni), tembaga (Cu),
10.
seng (Zn), Unsur transisi ini semuanya adalah logam, sehingga disebut juga sebagai logam transisi.
IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB
21
Sc
[Ar] 3d¹4s² 45 22
Ti
[Ar] 3d²4s² 48 23
V
[Ar] 3d³4s² 51 24
Cr
[Ar] 3d 5 4s¹ 52 25
Mn
[Ar] 3d 5 4s² 55 26
Fe
[Ar] 3d 6 4s² 56 27
Co
[Ar] 3d 7 4s² 58,9 28
Ni
[Ar] 3d 6 4s² 58,7 29
Cu
[Ar] 3d¹⁰4s¹ 63,5 30
Zn
[Ar] 3d¹⁰4s² 65 5 Jenis senyawa unsur transisi adalah senyawa sulfida dan senyawa oksida yang bersifat sukar larut. Hal ini dapat dipahami dari keberadaanya dalam bentuk endapan dikerak bumi (bandingkan dengan keberadaan senyawa logam alkali dan logam alkali tanah yang mudah larut dan karenanya di temukan di laut). Perkecualian adalah tembaga (Cu) yang selain ditemukan dalam bentuk senyawa sulfida, juga berada di alam sebagai unsur meski dalam jumlah yang sedkit. Hal ini karena kereaktivanya yang rendah.
SIFAT PRODUK
1.
2.
3.
4.
Semua unsur transisi (Golongan B) adalah logam Hampir semuanya pada suhu ruangan Dapat membentuk ion kompleks 1.
Adanya elektron yang tidak berpasangan yang menyebabkan sifat-sifat Titik leleh tinggi diatas 1000 C 2.
Paramagnetik (tertarik magnet) 3.
4.
Bilangan oksidasi bermacam-macam bersifat katalis Senyawa-senyawa berwarna 5.
Logam-loga Golongan IIB (Zn) tidak memiliki sifat no4 diatas, sebab semua elektron nya berpasangan
(s²d¹ ⁰)
SIFAT FISIS
Untuk dapat mempelajari kecenderungan safat fisis unsur-unsur transisi periode keempat, perhatikan data
sifat anatomik dan struktur unsur-nya.
1. Sifat atomik unsur-unsur transisi periodik keempat Sifat anatomik
Jari-jari logam Energi ionisasi I (kJ/mol) Keelektronegatifan Bilangan oksidasi (maksimum)
Sc
144 631 1,3 +3
Ti
132 658 1,5 +4
V
122 650 1,6 +5
Cr
118 653 717 1,6 1,5 +6
Mn
117 +7
Fe
117 579 758 737 746 906 1,8 1,8 1,8 1,9 1,6 +6
Co
116 +5
Ni
115 +4
Cu
117 +3
Zn
125 +2 Dari tabel diatas, terlihat adanya keteraturan sifat atomik dari Sc ke Zn yang secar umum dapat di rumuskan sebagai berikut.
Nilai jari-jari atom berkurang dari Sc ke Ni, dan bertambah dari Ni ke Zn.
Nilai jari-jari atom dipengaruhi oleh gaya tarik-menarik antara inti dan elektron. Pada logam transisi, elektron yang terlibat tidak hanya dari subkulit terluar ns, tetapi juga dari subkulit sebelumnya, yakni (n-1)d.
2. Struktur unsur-unsur transisi periode keempat
Struktur kristal unsur-unsur transisi
Ikatan logam pada golongan transisi membentuk struktur kristal, seperti yang dapat dilihat di tabel ,
Unsur Struktur Kristal
perhatikan sebagian diantaranya meiliki struktur terjejal heksagonal Sc
hcp
(hcp) dan struktur kubus pusat muka Ti
hcp
(fcc). Struktur hcp dan fcc memiliki V
bcc
bilangan koordinasi 12 dan merupakan Cr Mn Fe
bcc bcc bcc
struktur dimana atom-atom tersusun paling rapat. Oleh karena itu, ikatan logam yang dimiliki unsur-unsur transisi ini cenderung kuat.
Co
hcp
Ni
fcc
Cu Zn
fcc hcp
Keteraturan sifat-sifat fisis unsur-unsur transisi periode keempat yang secara umum dirumuskan sebagai berikut:
Keratapan bertambah dari Sc ke Zn
Nilai keratapan bergantung pada massa atom, jari-jari atom , dan faktor keratapan per unit sel dalam struktur uunsur.
SIFAT FISIS UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT
SIFAT FISIS
Kerapatan (kg/m3)
Sc
2.990
Ti
4.500
V
5.960
Cr
7.200
Mn
7.200
Fe
7.860
Co Ni Cu
8.900 8.900 8.920
Zn
7.140
Kekerasan (Mohs) Titik leleh ( C) Titi didih ( C) 1.541
2.830
6.0
1.668
3.287
7.0
1.890
3.407
8.5
1.857
2.672
6.0
1.244
2.061
4.0
1.535
2,861 5.0
1.495
2.927
4.0
1.453
2.913
3.0
1.083
2.567
2.5
419 907 Hfus (kj/mol) Hvap (kj/mol) 14.1
314 15.5
421 20.9
452 16.9
344 12.1
226 13.8
350 16.2
377 17.5
370 13.1
300 7.32
115 Daya hantar panas (W/cmK) Daya hantar listrik (M -1 cm -1 ) 0.158
0.219
0.307
0.937
0.078
0.802
1.00
0.907
4.01
1.16
0.018
0.023
0.049 0.077
0.007
0.099
0.172
0.143
0.596
0.11
Kekerasan bertambah dari Ti ke Cr dan berkurang dari Cr ke Zn Titik leleh dan
H
fus
bertambah dari Sc ke V dan kemudian secara umum berkurang dari V ke Zn Titik didih dan
H
vap
bertambah dari Sc ke V dan kemudian secara umum berkurang dari V ke Zn
4000 3500 3000 2500 2000 1500 Titik leleh (°C) Titik didih (°C) 1000 500 0 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
Daya hantar listrik dan panas secara umum bertambah dari Sc ke Zn
SIFAT KIMIA
Untuk dapat mempelajari kecenderungan sifat kimia atau kereaktifan unsur-unsur transisi periode keempat, kita akan menggunakan data:
1.
2.
Sifat atomik keempat unsur-unsur transisi Konfigurasi elektron periode keempat unsur-unsur periodik transisi
1. Sifat atomik unsur-unsur transisi periodik keempat Sifat anatomik
Jari-jari logam Energi ionisasi I (kJ/mol) Keelektronegatifan Bilangan oksidasi (maksimum)
Sc
144 631 1,3 +3
Ti
132 658 1,5 +4
V
122 650 1,6 +5
Cr
118 653 717 1,6 1,5 +6
Mn
117 +7
Fe
117 579 758 737 746 906 1,8 1,8 1,8 1,9 1,6 +6
Co
116 +5
Ni
115 +4
Cu
117 +3
Zn
125 +2 Dari tabel diatas, terlihat adanya keteraturan sifat atomik dari Sc ke Zn yang secar umum dapat di rumuskan sebagai berikut.
Nilai jari-jari atom berkurang dari Sc ke Ni, dan bertambah dari Ni ke Zn.
Nilai jari-jari atom dipengaruhi oleh gaya tarik-menarik antara inti dan elektron. Pada logam transisi, elektron yang terlibat tidak hanya dari subkulit terluar ns, tetapi juga dari subkulit sebelumnya, yakni (n-1)d.
2. Konfigurasi elektron unsur-unsur transisi periode keempat
Periode 4
IIIB
Sc
IVB
Ti Konfigurasi elektron [Ar] 3d 1 4s 2 [Ar] 3d 2 45 2
VB
V
VIB
Cr Mn [Ar] 3d 3 4s 2 [Ar] 3d 5 4s 1 [Ar] 3d 5 4s 2 Fe
VIIIB
Co [Ar] 3d 6 4s 2 [Ar] 3d 7 4s 2 Ni
IB
Cu
IIB
Zn [Ar] 3d 8 4s 2 [Ar] 3d 10 4s 1 [Ar] 3d 10 4s 2 Dalam upaya mencapai konfigurasi gas mulia, logam transisi akan melepas elektron-elektron di subkulit s dan d-nya.
Karena jumlah elektron di subkulit d yang tegolong banyak, maka dibutuhkan energi yang lebih besar untuk melepas elektron-elektron tersebut.
keaktifan unsur-unsur transisi periode keempat ini juga ditunjukan dari nilai potensial reduksi
standar (E
)
Periode 4 M 2+ + 2e M Sc Ti -1,63 V -1,13 Cr -0,90
E
(volt)
Mn -1,18 Fe -0,44 Co -0,28 Ni -0,25 Cu +0,34 Zn -0,76 Dari tabel terlihat, secara umum nilai E negatif. Hal ini berarti unsur-unsur transisi ini mudah teroksidasi.
Namun, kecenderungan ini secara umum berkurang dari kiri ke kanan karena nilai E yang bertambah besar. Perkecualian adalah Cu yang memiliki nilai E positif yang menunjukan Cu tidak mudah teroksidasi.
Sifat Cu yang tidak mudah teroksidasi dapat dilihat pada pembahasan Deret Volta, diamana Cu terletak di sebelah kanan unsur H.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
CARA PEMBUATAN DAN REAKSI KIMIA-NYA
Cara pembuatan Titanium Cara pembuatan Vanadium Cara Pembuatan Kromium Cara pembuatan Mangan Cara pembuatan Besi Cara Pembuatan Kobalt Cara pembuatan Nikel Cara pembuatan Tembaga Cara pembuatan Seng
1.
Cara pembuatan Titanium
Produksi titanium yang makin banyak disebabkan karena kebutuhan dalam bidang militer dan industry pesawat terbang makin meningkat. Hal ini disebabkan karena titanium lebih disukai daripada aluminium dan baja. Aluminium akan kehilangan kekuatannya pada temperatur tinggi dan baja terlalu rapat (mempunyai kerapatan yang tinggi).
Langkah awal produksi titanium dilakukan dengan mengubah bijih rutil yang mengandung TiO 2 menjadi TiCl 4 , kemudian TiCl 4 dureduksi dengan Mg pada temperature tinggi yang bebas oksigen.
Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut :
TiO 2 (s) + C (s) + 2Cl 2(g) TiCl 4(g) + 2Mg (s) TiCl 4(g) + CO 2(g) Ti (s) + 2MgCl 2(g) Reaksi dilakukan pada tabung baja. MgCl 2 dipindahkan dan dielektrolisis menjadi Mg dan Cl digunakan.
2 . Keduanya kemudian didaurulangkan. Ti didapatkan sebagai padatan yang disebut sepon. Sepon diolah lagi dan dicampur dengan logam lain sebelum
2. Cara pembuatan Vanadium
Produksi vanadium sekitar 80% digunakan untuk pembuatan baja. Dalam penggunaannya vanadium dibentuk sebagai logam campuran besi. Fero vanadium mengandung 35% - 95% vanadium. Ferrovanadium dihasilkan dengan mereduksi V
2
0
5
campuran silicon dan besi. SiO
2
dengan pereduksi yang dihasilkan direaksikan dengan CaO membentuk kerak CaSiO
3(l)
.
Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut :
2 V 2 0 5(s) + 5Si (s) { 4V (s) + Fe (s) } + 5 SiO 2(s) SiO 2(s) + CaO (s) CaSiO 3
Kemudian ferrovanadium dipisahkan dengan CaSiO
3
.
3.
Cara Pembuatan Kromium
Krom merupakan salah satu logam yang terpenting dalam industry logam dari bijih krom utama yaitu kromit, Fe(CrO
2
)
2
yang direduksi dapat dihasilkan campuran Fe dan Cr disebut Ferokrom.
Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut :
Fe(CrO 2 ) 2(s) +4C (s) Fe (s) +2Cr (s) + 4CO (g)
Ferokrom ditambahkan pada besi membentuk baja.
4.
Cara pembuatan Mangan
Logam mangan diperoleh dengan:
1.
mereduksi oksida mangan dengan natrium, magnesium, aluminum atau dengan proses elektrolisis.
Proses aluminothermy dari senyawa MnO2,
Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut :
Tahap 1 : 3MnO 2(s) Tahap 2 : 3Mn 3 O 4(s) + 8Al (s) Mn 3 O 4(s) + O 2(g) 9Mn (s) + 4AL 2 0 3(s)
5.
Cara pembuatan Besi
Bahan dasar : Bijih besi hematit Fe 2 O 3 , magnetit Fe 3 O 4 , bahan tambahan batu gamping, CaCO 3 atau pasir (S i O 2 ). 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 CaSiO 3 ). Kira-kira 2 ton bijih, 1 ton kokes dan 0,3 ton gamping dapat menghasilkan 1 ton besi kasar.
Reaksi yang terjadi :
1.
2.
3.
Reaksi pembakaran.
Proses reduksi Reaksi pembentukan kerak
1. Reaksi pembakaran. Udara yang panas dihembuskan , membakar karbon terjadi gas CO 2 Gas CO 2 C + O 2 CO2 + C yang naik direduksi oleh C menjadi gas CO.
CO 2 2CO dan panas. 2. Proses reduksi Gas CO mereduksi bijih.
Fe 2 O 3 + 3CO 2 Fe + 3 CO 2 Fe 3 O 4 + 4CO 3 Fe + 4 CO 2 Besi yang terjadi bersatu dengan C, kemudian meleleh karena suhu tinggi (1.500
0 C) 3. Reaksi pembentukan kerak CaCO 3 CaO + CO 2 CaO + SiO 2 CaSiO 3 kerak pasir 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.
6.
Cara Pembuatan Kobalt
Kobalt di alam diperoleh sebagai biji smaltit (CoAs biji kobalt dilakukan sebagai berikut : Pemanggangan : 2 ) dan kobaltit (CoAsS) yang biasanya berasosiasi dengan Ni dan Cu. Untuk pengolahan CoAs (s) Co 2 O 3(s) + 6HCl Co 2 O 3(s) + As 2 O 3(s) 2CoCl 3(aq) + 3 H 2 O (l) Zat-zat lain seperti Bi 2 O 3 dan PbO diendapkan dengan gas H 2 S Bi 2 O 3(s) + 3 H 2 S (g) PbO (s) + H 2 S (g) Bi 2 S 3 (aq) + 3 H 2 O (l) PbS (s) + H 2 O (l) Pada penambahan CoCO diperoleh CoCl 3 3 (s) dengan pemanasan akan diendapkan As dan Fe sebagai karbonat. Dengan penyaringan akan . Tambahan zat pencuci mengubah CoCl 3 menjadi Co 2 O 3.
Selanjutnya CoCO 3 direduksi dengan gas hydrogen, menurut reaksi : Co 2 O 3 (s) + H 2(g) 2 CO (s) + 3 H 2 O (g) Penggunaan kobalt antara lain sebagai aloi, seperti alnico, yaitu campuran Al, Ni, dan Co.
7. Cara pembuatan Nikel
Proses pengolahan biji nikel dilakukan untuk menghasilkan nikel matte yaitu produk dengan kadar nikel di atas 75 persen. Tahap tahap utama dalam proses pengolahan adalah sebagai berikut: Pengeringan di Tanur Pengering bertujuan untuk menurunkan kadar air bijih laterit yang dipasok dari bagian Tambang dan memisahkan bijih yang berukuran 25 mm.
Kalsinasi dan Reduksi di Tanur untuk menghilangkan kandungan air di dalam bijih, mereduksi sebagian nikel oksida menjadi nikel logam, dan sulfidasi.
Peleburan di Tanur Listrik untuk melebur kalsin hasil kalsinasi/reduksi sehingga terbentuk fasa lelehan matte dan terak Pengkayaan di Tanur Pemurni untuk menaikkan kadar Ni di dalam matte dari sekitar 27 persen menjadi di atas 75 persen.
Granulasi dan Pengemasan untuk mengubah bentuk matte dari logam cair menjadi butiran-butiran yang siap diekspor setelah dikeringkan dan dikemas.
8.
Cara pembuatan tembaga
Pada umumnya bijih tembaga mengandung 0,5 % Cu, karena itu diperlukan pemekatan biji tembaga. Langkah-langkah pengolahan bijih tembaga adalah seperti skema berikut Reaksi proses pengolahannya adalah : 1.
2.
2 CuFeS 2(s) + 4 O 2 800 0 C Cu 2 S (l) + 2 FeO (s) + 3 SO 2 (g) FeO (s) + SiO 2 (s) 1400 0 C FeSiO 3 (l) Cu 2 S dan kerak FeSiO 3 (l) dioksidasi dengan udara panas, dengan reaksi sebagai berikut : 2 Cu 2 S (l) + 3 O 2 (g) 2 Cu 2 O (l) + Cu 2 S (s) 3 Cu 2 S (l) + 3 O 2 2 Cu 2 O (l) + 2 SO 2(g) 6 Cu (l) + SO 2 (g) 6 Cu (l) + 3 SO 2(g) Pada reaksi oksidasi tersebut diperoleh 98% - 99% tembaga tidak murni. Tembaga tidak murni ini disebut tembaga blister atau tembaga lepuh. Tembaga blister adalah tembaga yang mengandung gelembung gas SO dielektrolisis dengan elektrolit CuSO adalah tembaga blister.
4 (aq) 2 bebas.
Untuk memperoleh kemurnian Cu yang lebih tinggi, tembaga blister . Pada elektrolisis, sebagai electrode negatif (katode) adalah tembaga murni dan sebagai electrode positif (anode)
9.
Cara pembuatan seng
Logam seng telah diproduksi dalam abat ke-13 di Indina dengan mereduksi calamine dengan bahan-bahan organik seperti kapas. Logam ini ditemukan kembali di Eropa oleh Marggraf di tahun 1746, yang menunjukkan bahwa unsur ini dapat dibuat dengan cara mereduksi calamine dengan arang. Bijih-bijih seng yang utama adalah
sphalerita
(sulfida),
smithsonite
(karbonat),
calamine
(silikat) dan franklinite (zine, manganese, besi oksida). Satu metoda dalam mengambil unsur ini dari bijihnya adalah dengan cara memanggang bijih seng untuk membentuk oksida dan mereduksi oksidanya dengan arang atau karbon yang dilanjutkan dengan proses distilasi.
BENTUK MINERALNYA DI ALAM
1.
2.
3.
4.
5.
Skandium (Sc),
Skandium (Sc) terdapat dalam mineral torvetit (Sc 2 SiO 7 ).
Titanium (Ti),
Unsur ini terdapat dalam mineralrutil (TiO 2 ) yang terdapat dalam bijih besi sebagai ilmenit (FeTi) 2 O 3 dan ferrotitanate (FeTiO 3 ) juga terdapat dalam karang, silikat, bauksit batubara, dan tanah liat.
Vanadium (V),
Vanadium terdapat dalam senyawa karnotit (K-uranil-vanadat) [(K 2 (UO 2 ) 2 (VO 4 ) 2.
3H 2 )], dan vanadinit (Pb 5 (VO 4 )3Cl).
Kromium (Cr),
Bijih utama dari kromium di alam adalah kromit (FeO.Cr
2 O 2 ) dan sejumlah kecil dalam kromoker.
Mangan (Mn),
Bijih utamanya berupa pirulosit (batu kawi) (MnO 2 ), dan rodokrosit (MnCO 3 ) dan diperkirakan cadangan Mn terbesar terdapat di dasar lautan.
1.
2.
3.
4.
5.
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 (Fe 2 O 3 ), siderite (FeCO 3 ), dan magnetite (Fe 3 O 4 ).
Kobalt (Co), Kobalt terdapat di alam sebagai arsenida dari Fe, Co, Ni, dan dikenal sebagai smaltit, kobaltit (CoFeAsS) dan eritrit Co 3 (AsO 4 ) 2 .8H
2 O.
Nikel (Ni), Nikel ditemukan dalam beberapa senyawa berikut ini.
1.
Sebagai senyawa sulfida : penladit (FeNiS), milerit (NiS) 2.
Sebagai senyawa arsen : smaltit (NiCOFeAs 2 ) 3.
Sebagai senyawa silikat : garnierit (Ni.MgSiO
3 ) 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) CuFeS 2 , bornit (Cu 3 FeS 3 ), kuprit (Cu 2 O), melakonit (CuO), malasit (CuCO 3 .Cu(OH) 2 ).
Seng (Zn), Seng (Zn) terdapat di alam sebagai senyawa sulfida seperti seng blende (ZnS), sebagai senyawa karbonat kelamin (ZnCO 3 ), dan senyawa silikat seperti hemimorfit (ZnO.ZnSiO
3 .H
2 O).
PENGOLAHAN
A.
PENGOLAHAN LOGAM DARI BIJIH (METALURGI)
B.
PENGOLAHAN BESI BAJA
(BESI DIEKSTRAKSI DARI OKSIDA BESI DENGAN
REDUKTOR KARBON) C.
PENGOLAHAN TEMBAGA
(EKSTRAKSI TEMBAGA DARI BIJIHNYA DILAKUKAN MELALUI RANGKAIAN REAKSI REDOKS)
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 : Fe 2 O 3 , Cu 2 S, NiS, ZnS, MnO 2.
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.
2.
3.
Menaikan konsentrasi bijih.
proses reduksi Pembersihan, pembuatan aliase dan pemurnian
1. Menaikan Konsentrasi Bijih.
Memisahkan bijih dari campurannya misalnya dengan ditumbuk, lalu dipisahkan dengan berbagai cara, misalnya : 1) 2) Dicuci dengan air.
Diapungkan dengan deterjen atau zat pembuih (flotasi) 3) 4) Dipisahkan dengan magnet Dengan pemanggangan. Bijih dipanaskan di udara terbuka, menghasilkan oksidanya.
5)
2 ZnS + 3 O
2
2ZnO + 2 SO
2 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 Fe 2 O 3 + 3 CO 2 Fe + 3CO 2 b) Reduksi dengan logam yang lebih reaktif : TiCl 4 + 2 Mg Ti + 2MgCl 2 Cr 2 O 3 + 2 Al 2 Cr + Al 2 O 3
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
* Reduksi sendiri : Cu 2 S (s) + O 2 (g) 2 Cu (s) + SO 2(g)
Unsur Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Bijih/mineral
Rutile, TiO 2 Carnolite, V 2 O 5 Chromite, FeCr 2 O 4 Pyrolucite, MnO 2 Haematite, Fe 2 O 3 Magnetite, Fe 3 O 4 Cobaltite, Co As S Millerite, NiS Copper glance, CuS Zink blende, ZnS
Senyawa yang direduksi
Tidak dibuat dalam skala industri TiCl 4 V 2 O 5 Na 2 Cr 2 O 7 Mn 3 O 4 Fe 2 O 3 Co 3 O 4 NiO Cu 2 S ZnO
Pereduksi
Mg atau Na Al C lalu Al Al C atau CO Al C S* C(CO)
Keterangan
Dapur tinggi Dapur tinggi
B. PENGOLAHAN BESI BAJA
(BESI DIEKSTRAKSI DARI OKSIDA BESI DENGAN REDUKTOR KARBON)
Bahan dasar: Bijih besi hematit Fe 2 O 3 , magnetit Fe 3 O 4 , bahan tambahan batu gamping, CaCO 3 atau pasir (S i O 2 ).
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 CaSiO kasar.
3 ). Kira-kira 2 ton bijih, 1 ton kokes dan 0,3 ton gamping dapat menghasilkan 1 ton besi
Reaksi yang terjadi :
1. Reaksi pembakaran
.
Udara yang panas dihembuskan , membakar karbon terjadi gas CO 2 dan panas. Gas CO 2 yang naik direduksi oleh C menjadi gas CO.
C + O 2 CO 2 CO2 + C2CO
2. Proses reduksi
Gas CO mereduksi bijih.
Fe 2 O 3 Fe 3 O 4 + 3CO 2 Fe + 3 CO 2 + 4CO 3 Fe + 4 CO 2 Besi yang terjadi bersatu dengan C, kemudian mleleh karena suhu t inggi (1.500
0 C)
3. Reaksi pembentukan kerak CaCO 3 CaO + CO 2 CaO + SiO 2 CaSiO 3 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 : ü baja ringan kadar C : 0,05 – 0,2 % ü baja medium kadar C : 0,2 – 0,7 % ü baja keras kadar C : 0,7 – 1,6 %
C. PENGOLAHAN TEMBAGA
(ekstraksi tembaga dari bijihnya dilakukan melalui rangkaian reaksi redoks)
Tembaga terdapat di alam dalam bentuk senyawa Cu 2 S, Cu 2 O. Bijih tembaga dinaikan konsentrasinya dengan proses pengapungan (flotasi) lalu dikenakan proses pemanggangan. Maka terjadi proses reduksi intramolekuler, diperoleh tembaga.
Reaksinya :
Cu 2 S + O 2 2 Cu + SO 2 2 Cu 2 S + 3 O 2 2 Cu 2 O + 2 SO 2 Cu 2 S + 2 Cu 2 O 6 Cu + SO 2 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 CuSO 4
Reaksi :
- Katode : Cu +2 + 2 e Cu menempel katode.
- Anode : Cu (An) Cu +2 + 2e -
PEMANFAATAN
PEMANFAATAN UNSUR-UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Skandium (Sc) Titanium (Ti) Vanadium (V) Khromium (Cr) Mangan (Mn) Besi (Fe)
7.
8.
9.
Kobalt (Co) Nikel (Ni) Tembaga (Cu)
10.
Seng (Zn)
1. Skandium (Sc)
Skandium merupakan unsur yang jarang terdapat di alam, walaupun ada cenderung dalam bentuk senyawa dengan bilangan oksidasi +3 misalnya ScCl 3 , Sc 2 O 3 . Senyawa tidak berwarna dan bersifat diamagnetik, hal ini disebabkan ion Sc 3+ sudah tidak memiliki elektron dalam orbital d nya.
Kira-kira 20 kg (dalam bentuk Sc 2 O 3 ) 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 : 1.
Titanium digunakan sebagai bahan konstruksi karena mempunyai sifat fisik : 1.
Rapatannya rendah (logam ringan),Kekuatan strukturnya tinggi, 2.
Tahan panas, 2.
3.
4.
5.
6.
7.
3.
Tahan terhadap korosi,.
Titanium digunakan sebagai badan pesawat terbang dan pesawat supersonik, karena pada temperatur tinggi tidak mengalami perubahan kekuatan (strenght).
Titanium digunakan sebagai bahan katalis dalam industri polimer polietlen.
Titanium digunakan sebagai pigmen putih, bahan pemutih kertas, kaca, keramik, dan kosmetik.
Titanium digunakan sebagai katalis pada industri polimer.
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.
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 : 1.
Untuk membuat peralatan yang membutuhkan kekuatan dan kelenturan yang tinggi seperti per mobil dan alat mesin berkecepatan tinggi, 2.
3.
Untuk membuat logam campuran, Oksida vanadium (V 2 O 5 ) digunakan sebagai katalis dalam pembuatan asam sulfat dengan proses kontak.
4.
5.
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.
V 2 O 5 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.
3.
Kebanyakan khromium digunakan dalam proses pelapisan logam untuk menghasilkan permukaan logam yang keras dan indah dan juga dapat mencegah korosi.
Khromium juga dapat memberikan warna hijau emerald pada kaca.
4.
5.
6.
7.
Khromium juga luas digunakan sebagai katalis.
Industri refraktori menggunakan khromit untuk membentuk batu bata, karena khromit memiliki titik cair yang tinggi, pemuaian yang relatif rendah dan kestabilan struktur kristal.
Digunakan untuk katalis dan untuk pewarna gelas.
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).
1.
2.
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)
1.
2.
3.
4.
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 : 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: 1.
2.
3.
4.
Baja krom (95,9% Fe; 3,5%Cr; 0,3%Mn; 0,3%C) Baja mangan (11-14%Mn) Baja karbon (98,1% Fe; 1% Mn; 0,9%C) Baja wolfram (94%Fe; 5%W; 0,3%Mn; 0,7%C) Fe(OH) 3 tembok.
digunakan untuk bahan cat seperti cat minyak, cat air, atau cat Fe 2 O 3 sebagai bahan cat dikenal nama meni besi, digunakan juga untuk mengkilapkan kaca.
FeSO 4 digunakan sebagai bahan tinta.
1.
2.
3.
4.
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.
2.
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.
Perunggu-nikel digunakan untuk uang logam.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Perak jerman (paduan Cu, Ni, Zn) digunakan untuk barang perhiasan.
Logam rasein (paduan Ni, Al, Sn, Ag) untuk barang perhiasan.
Pembuatan aloi, battery electrode, dan keramik.
Zat tambahan pada besi tuang dan baja, agar mudah ditempa dan tahan karat.
Pelapis besi (pernekel).
Sebagai katalis.
1.
3.
2.
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.
CuSO 4 elektrolit dalam sel elektrokimia, campuran terusi dan Ca(OH) (terusi) banyak digunakan untuk larutan 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: 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 (Zn 2 (OH) 2 CO 3 ) yang dapat menghambat oksidasi lebih lanjut. Karena sifat tersebut, maka seng banyak digunakan untuk melapisi logam besi (disebut kaleng) Digunakan juga sebagai elektroda pada elektroda (katoda) pada sel elektrokimia dan untuk pembuatan paduan logam.
ZnO digunakan untuk bahan cat untuk memberikan warna putih dan digunakan untuk pembuatan salep seng (ZnO-vaselin).
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.
Seng dalam jumlah besar digunakan untuk membuat cetakan dalam industri otomotif, listrik, dan peralatan lain semacamnya.
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.
Seng juga digunakan secara luas untuk menyepuh logam-logam lain dengan listrik seperti besi untuk menghindari karatan.
Seng oksida banyak digunakan dalam pabrik cat, karet, kosmetik, farmasi, alas lantai, plastik, tinta, sabun, baterai, tekstil, alat-alat listrik dan produk-produk lainnya.
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.
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.