MATERI KIMIA KELAS XII (KIMIA UNSUR - LOGAM DAN NON LOGAM) 7

A.       Unsur – Unsur Logam dan Nonlogam

1.       Unsur – Unsur Logam

a.        Besi ( Fe )

Besi diperoleh dengan mengekstraksi mineralnya. Salah satu cara memperoleh besi adalah melalui proses tanur tinggi dengan mereduksi bijih besi dengan karbon monoksida (CO).

·         Bahan – bahan yang digunakan, antara lain :

1.       Bijih besi        : hematit (Fe₂O₃) dan magnetit (Fe₃O₄).

2.       Batu kapur (CaCO₃) yang berfungsi untuk mengikat zat – zat pengotor (SiO₂).

3.       Kokas (C) berfungsi sebagai reduktor.

4.       Udara panas yang berfungsi untuk membakar C.

·         Proses yang terjadi pada pengolahan besi secara garis besar :

Bijih besi, kokas dan batu kapur diumpankan dari puncak tanur, sementara dari bagian bawah ditiupkan udara panas. Kokas terbakar pada bagian bawah tanur dengan membebaskan kalor, sehingga suhu di daerah itu dapt mencapai 2.000^oC.

C_(s) + O_2(g) " CO_2(g) + kalor (2.000⁰C)

Ketika bergerak naik, gas CO₂ yang baru terbentuk itu bereaksi lagi dengan kokas yang bergerak turun membentuk CO.

CO_2(g) + C_(s) " 2CO_(g) (1.300^oC)

Gas CO inilah yang akan mereduksi bijih besi secara bertahap.

(+3)        tahap 1   (+3/+2) tahap 2     (+2)  tahap 3       (0)         

Fe2O3                       Fe3O4                      FeO                      Fe

Tahap 1 : 3Fe₂O₃ + CO " 2Fe₃O₄ + CO₂ (250^oC)

Tahap 2  : Fe₃O₄ + CO " 3FeO + CO₂ (600^oC)

Tahap 3 : FeO + CO " Fe + CO₂ (1.000^oC)

Reaksi totalnya dapat dituliskan sebagai berikut :

Fe₂O_3(s) + 3CO_(g) " 2Fe_(l) + 3CO_2(g)

Oleh karena suhu kamar sangat tinggi, besi yang terbentuk berupa lelehan. Besi yang dihasilkan dari tanur tiup disebut besi gubal (pig iron) atau besi kasar, mengandung kira – kira 95% besi, 3-4% karbon, dan sisanya pengotor lain seperti Mn, Si, dan P. Besi gubal bersifat keras tetapi rapuh. Pada umumnya, sebagian besar besi gubal langsung diproses untuk membuat baja. Sebagian lain dapat dialirkan kedalam cetakan sehingga diperoleh besi tuang (cast iron). Besi tempa diperoleh dari besi gubal dengan mengurangi kadar karbon. Besi tempa lebih lunak dan tidak rapuh.

·         Penggunaan besi

Besi adalah logam yang paling luas dan paling banyak penggunaannya, yaitu sekitar 14 kali total penggunaan semua logam lainnya. Hal tersebut disebabkan tiga alasan berikut.

-          Bijih besi relatif melimpah dan tersebar di berbagai penjuru dunia.

-          Pengolahan besi relatif mudah dan murah.

-          Sifat – sifat besi mudah dimodifikasi.

Kegunaan utama dari besi adalah untuk membuat baja (logam campur(aliase) dari besi). Baja yang paling terkenal adalah baja tahan karat(stainlees steels) yang merupakan paduan besi dan kromium(14-18%) dan nikel (7-9%) digunakan untuk membuat perkakas seperti gunting,obeng dan kunci, perkakas dapur, dll.

b.       Nikel (Ni)

Nikel bersifat keras, tahan karat, dan penghantar listrik yang baik. Untuk mendapatkan nikel (Ni) dari hijih yang berupa sulfida, dilakukan pemanggangan kemudian direduksi menurut reaksi berikut ini.

2NiS + 3O₂ " 2NiO + 2SO₂

2NiO + 3C " 2Ni + CO₂

Nikel dapat digunakan sebagai paduan logam (aliasi), misalnya : nikrom (Fe, Ni, Cr), monel (Cu, Ni), dan alnico (Fe, Al, Ni, Co)

c.        Timah (Sn)

·         Proses pembnetukan timah :

Timah dapat dapat diperoeh dari reduksi bijih timah (SnO₂)dengan karbon (C), menurut reaksi :

SnO₂ + C " Sn + CO₂

·         Kegunaan timah :

Timah adalah logam yang relatif lunak, bewarna putih perak dan tahan karat. Timah terutama digunakan untuk membuat kaleng kemasan , seperti untuk roti, susu, cat, dan buah. Kegunaan lain dari timah adalah untuk membuat logam campur, misalnya perunggu (paduan timah, tembaga, dan zink) dan solder (paduan timah dan timbal).

d.       Tembaga (Cu)

·         Tembaga terdapat di alam sebagai unsur bebas maupun sebagai senyawa, misalnya : Cu₂O dan CuFeS₂.

Tembaga dari kalkopirit(CuFeS₂) dapat diperoleh melalui proses oksidasi dan reduksi.

Reaksinya :             4CuFeS₂ + 9O₂ " 2Cu₂S + 2Fe₂O₃ + 6SO₂

                                         4Cu₂S + 3O₂ " 2Cu₂O + 2SO₂

                                         4Cu₂O + Cu₂S " 6Cu + SO₂

Pemurnian logam Cu dilakukan dengancara elektrolisis.

Sebagai:  Anode                                     : tembaga lepuh (kotor)

                                         Katode                                    : tembaga murni,

                                         Zat elektrolitnya    : CuSO₄

Reaksi yang terjadi :

CuSO_4(aq) " Cu²⁺_(aq) + SO₄^2-_(aq)

Katode                   : Cu²⁺ + 2e " Cu_(s) (murni)

Anode                     : Cu_(s) (tidak murni) " Cu²⁺ + 2e        +

                                           Cu_(s) (tidak murni) " Cu_(s) murni

·         Kegunaan tembaga :

-          Penggunaan utama tembaga adalah untuk kabel listrik.

-          Selain itu, tembaga digunakan untuk membuat paduan logam seperti perunggu (Cu+Sn) dan kuningan (Cu+Zn). Perunggu banyak digunakan untuk perhiasan, senjata (seperti pisau dan tombak), lonceng, dan alat musik.

e.        Emas (Au) dan Perak (Ag)

Emas dan perak ditemukan dalam bentuk bebas di alam yang dapat digunakan sebagi perhiasan dan mata uang. Perak antara lain digunakan untuk amalgam dan bahan penambal gigi. Senyawa AgBr digunakan untuk fotografi.

2.       Unsur – Unsur Nonlogam

a.        Oksigen (O)

Sifat – sifat gas oksigen antara lain :

1)      Tidak berwarna

2)      Tidak berbau

3)      Tidak berasa

4)      Larut dalam air

5)      Oksigen mengembun pada -183^oC dan membeku pada -218,4^oC.

6)      Sebagai oksidator kuat (dapat mengoksidasi logam dan nonlogam)

7)      Pada suhu dan tekanan normal oksigen tidak begitu reaktif , tetapi menjadi sangat reaktif pada suhu tinggi.

Kadar okigen di udara sekitar 20%. Gas oksigen (O₂) dapat diperoleh sebagai berikut :

1)      Di laboratorium dengan cara pemanasan senyawa oksida.

2KClO_3(s) " 2KCl_(s) + 3O_2(g)

2HgO_(s) " 2Hg_(s) + O₂

2)      Di industri dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu sebagai berikut :

a)       Elektrolisis air.

Elektrolisis air, dengan bantuan elektrolit, menghasilkan hidrogen di katode dan oksigen di anode.

2H₂O_(l)" 2H_2(g) + O_2(g)

b)      Dengan proses destilasi (penyulingan) di udara.

3)      Kegunaan Oksigen

1)      Untuk pernafasan ( penyelam, angkasawan, atau penderita penyakit tertentu)

2)      Oksigen cair bersama dengan hidrogen cair digunakan sebagai bahan bakar roket untuk mendorong pesawat ruang angkasa. Oksigen juga digunakan dalam berbagai industri kimia untuk mengoksidasi berbagai zat.

3)      Untuk proses pembakaran.

4)      Untuk pemutihan pulp dan kertas

5)      Sebagaian besar dari produksi oksigen digunakan dalam industri baja, yaitu mengurangi kadar karbon dalam besi gubal.

6)      Bersama – sama dengan gas asetilena digunakan untuk mengelas baja.

Bentuk lain (allotropi) dari oksigen adalah ozon (O₃) yang terbentuk melalui udara yang kena pengaruh sinar ultraviolet matahari atau petir. Reaksi yang terjadi : 3O_2(g) " 2O₃

b.       Nitrogen ( N )

Di udara yang paling banyak adalah gas nitrogen (78%). Akan tetapi, kelimpahan nitrogen dalam kulit bumi hanya sekitar 0,03%. Mineral terpenting dari nitrogen adalah sendawa (KNO₃) yang terdapat di India, dan sendawa Chili (NaNO₃) yang terdapat melimpah di Chili, Amerika Serikat.

1.       Sifat – sifat gas N₂ antara lain sebagai berikut.

1)      Tidak berwarna.

2)      Tidak berbau.

3)      Sukar bereaksi dengan unsur lain, hanya bereaksi pada suhu tinggi dengan bantuan katalis.

4)      Nitrogen mengembun pada -195,8^oC dan membeku pada -210^oC.

2.       Pembuatan Nitrogen

Dalam industri, nitrogen diperoleh dari udara. Prosesnya berlangsung dalam dua tahap, yaitu :

1)      Pencairan udara

2)      Distilasi bertingkat udara cair.

Pencairan udara dilakukan sebagai berikut. Setelah melalui penyaringan, udara dikompresi. Kompresi ini menyebabkan suhu udara meningkat. Proses dilanjutkan dengan pendinginan. Pada tahap ini, air dan karbon dioksida sudah membeku dan dapat dipisahkan, setelah melalui menara pendingin, udara kemudian diekspansikan sehingga suhunya turun dan sebagaian mencair. Udara yang belum mencair disirkulasikan, dialirkan lagi kedalam kompresor.  Oleh karena uap air dan karbon dioksida sudah membeku pada tahap awal, maka udara cair praktis hanya mengandung nitrogen, oksigen, dan argon. Pemisahan selanjutnya dilakukan dengan distilasi bertingkat, yaitu dengan menurunkan tekanan. Nitrogen akan menguap terlebih dahulu, kemudian argon.

3.       Kegunaan gas nitrogen

1)      Oleh karena sifatnya yang kurang reaktif , nitrogen digunakan untuk  membuat atmosfer inert dalam berbagai proses yang terganggu oleh oksigen, misalnya daam industri elektronika. Contoh : untuk mengisi bohlam lampu listrik.

2)      Untuk mencegah kerusakan makanan dalam kaleng.

3)      Untuk pembuatan pupuk urea CO(NH₂)₂ dan ZA(NH₄)₂SO₄.

4)      Nitrogen cair digunakan sebagai pendingin untuk menciptakan suhu sangat rendah.

c.        Karbon ( C )

Karbon terdapat bebas di alam sebagai intan, grafit, dan batu bara. Bentuk – bentuk yang berbeda dari unsur yang sama kita kenal dengan istilah alotropi. Perbedaan sifat diantar bentuk alotropi tersebut terjadi karena perbedaan strukturnya. 

Kelimpahan karbon di kulit bumi hanya sekitar 0,08%. Sekitar 50% dari karbon tersebut terdapat sebagai karbonat, misalnya kalsium karbonat (CaCO₃). Selebihnya terdapat sebagai senyawa organik, sebagai karbon dioksida, dan berbagai senyawa karbon lainnya. Hanya sebagaian kecil yang terdapat sebagai unsur, yaitu dalam bentuk intan dan grafit. Walaupun demikian, karbon memegang peranan penting dalam dunia makhluk hidup. senyawa karbon merupakan pembangun sel hidup.

1)      Intan merupakan zat padat paling keras, berfungsi sebagai perhiasan, memotong kaca, dan mengebor batu-batuan.

2)      Grafit merupakan karbon yang bewarna hitam mengilap dan mempunyai titik leleh yang sangat tinggi. Penggunaan grafit terutama berdasarkan sifatnya yang licin dan kemampuan menghantar listrik. Beberapa penggunaan grafit sebagai berikut.

1)       Sebagai anode dalam batu baterai dan dalam berbagai proses industri yang menggunakan elektrolisis, misalnya pada peleburan aluminium.

2)      Digunakan untuk membuat bahan pensil dan campuran tanah liat.

3)      Bahan pelumas.

4)      Sebagai komponen dalam pembuatan komposit. Ikatan antaratom karbon dlam setiap lapisan grafit sangat kuat, lebih kuat daripada baja. Oleh karena itu, serat grafit digunakan untuk membentuk komposit.

3)      Batu bara merupakan karbon yang terbentuk melalui karbonisasi tumbuhan zaman purba karena pengaruh suhu dan tekanan tinggi.

Karbon memiliki kelebihan yaitu dapat membentuk ikatan tunggal, rangkap dua, dan rangkap tiga ( C – C, C = C, C ⁼ C )