KIMIA UNSUR

BAB 3: Kelimpahan dan Sifat-Sifat Unsur

A. Kelimpahan Unsur-unsur di Alam 

1.  Unsur-unsur di alam

Unsur-unsur di alam lebih banyak berupa senyawa. Unsur gas mulia terdapat dalam bentuk bebas dan unsur gas mulia ditemukan dalam bentuk senyawa alami di alam. Unsur-unsur gas mulia (helium, neon, argon, kripton, xenon, dan radon) termasuk dalam 90 jenis unsur yang terdapat di alam, sedangkan sisanya merupakan unsur buatan seperti plutonium dan amerisium.

2. Kelimpahan unsur-unsur di kulit bumi

Unsur-unsur terdapat melimpah di kulit bumi kita, tetapi unsur-unsur tersebut mempunyai kelimpahan yang berbeda- beda. Udara yang kita hirup setiap hari mengandung nitrogen dan oksigen sebagai unsur dengan jumlah paling melimpah di udara.

B. Sifat-sifat Unsur

Penggunaan suatu unsur atau senyawanya selalu didasarkan pada sifat-sifat unsur tersebut. Misal aluminium digunakan sebagai pelapis karena tahan korosi.

1. Halogen

Halogen berada pada golongan VIIA.Unsur-unsur halogen dapat bereaksi dengan logam membentuk garam. Contoh garam dapur (NaCl) yang terbentuk dari reaksi klor dengan logam natrium. Halogen mempunyai 7 elektron valensi, Hal ini menyebabkan halogen sangat reaktif.

A. Sifat-sifat fisik

Beberapa sifat fisik halogen disajikan dalam Tabel berikut.

1) Wujud halogen

Pada suhu kamar, fluor dan klor berupa gas, brom berupa zat cair yang mudah menguap, sedangkan iod berupa zat padat yang mudah menyublim. Pada pemanasan, iod padat tidak mencair melainkan langsung menguap (menyublim).

2) Warna dan bau

Molekul halogen berwarna, karena menyerap sinar tampak sebagai hasil eksitasi elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi. Fluor berwarna kuning muda; klor berwarna hijau kekuningan, brom berwarna merah kecokelatan; dan iod berwarna hitam dan mudah menguap membentuk uap berwarna ungu. Uap halogen sangat beracun dan berbahaya bagi pernapasan, mata, dan kulit.

3) Elektronegativitas

Unsur-unsur halogen mempunyai konfigurasi elektron ns2 np5 dan merupakan unsur yang paling elektronegatif, karena mempunyai bilangan oksidasi (–1). Kecuali fluor yang selalu univalen, unsur halogen juga dapat mempunyai bilangan oksidasi (+1), (+3), (+5), dan (+7).

4) Afinitas elektron

Unsur-unsur halogen cenderung menangkap elektron untuk membentuk ion negatif. Afinitas elektron dari klor lebih besar dari afinitas fluor, tetapi F2 adalah oksidator kuat dibandingkan dengan Cl , karena molekul fluor lebih mudah terurai menjadi atom.

5) Titik didih, titik leleh, dan energi ikatan

Titik didih dan titik leleh akan bertambah, jika nomor atom bertambah. Energi ikatan “X2“ (kalor disosiasi) berkurang, jika nomor atom bertambah besar. Kecenderungan ini hanya dapat diamati untuk Cl2, Br2, dan I2.

B. Sifat-sifat kimia

1) Kereaktifan

Afinitas elektron adalah energi yang menyertai penyerapan satu elektron oleh suatu atom netral dalam wujud gas, sehingga terbentuk ion bermuatan negatif satu. Jika membebaskan energi, maka afinitas elektron bertanda negatif. Jika menyerap energi, maka afinitas elektron bertanda

positif. Afinitas .Contoh : F(g) + e– → F–(g)            H = –328 kJ

Cl(g) + e– → Cl–(g) H = –349 kJ

2) Kelarutan

Kelarutan halogen dalam air berkurang dari fluor ke iod. Iod relatif sukar larut dalam air, karena molekulnya bersifat nonpolar. Sedangkan iod mudah larut dalam larutan yang mengandung ion I-, karena membentuk ion polidida (I –). Halogen lebih mudah larut dalam pelarut nonpolar seperti karbontetraklorida (CCl4) atau kloroform (CHCl3).

C.Reaksi-reaksi halogen

1) Reaksi dengan halogen

Suatu senyawaan dari dua halogen disebut senyawa antarhalogen. Dalam suatu reaksi antara dua halogen, unsur yang lebih elektronegatif adalah zat pengoksidnya.

Reaksi dapat dituliskan: X2 + nY2 → 2XYn

Y adalah halogen yang lebih elektronegatif dan n adalah bilangan ganjil (1, 3, 5, . . .). Fluor merupakan halogen yang paling mudah membentuk senyawa antarhalogen.

2)  Reaksi dengan logam

Halogen bereaksi dengan unsur logam menghasilkan halida logam.

Contoh :          3Br2 + 2Al F2 +Cu

Pada umumnya halida logam mempunyai titik leleh tinggi dan lelehannya dapat menghantarkan listrik (bersifat elektrolit).

3) Reaksi dengan nonlogam dan metaloid

Halogen bereaksi langsung dengan unsur nonlogam dan metaloid.

Contoh: 3X2 + 2Z → 2ZX3

Reaksi halogen dengan fosfor, arsen, dan stibium menghasilkan trihalida, jika halogennya berlebih, maka dapat dihasilkan pentahalida.

Contoh :          P4(g) + 6Cl2(g)→ 4PCl3(g)

P4(g) + 10Cl2(g) → 4PCl5(g)

Nitrogen tidak langsung bereaksi dengan halogen karena ketidak-aktifannya, sedangkan silikon bereaksi dengan halogen menghasilkan tetrahalida.

Contoh : Si + 2X2 → SiX4

 4) Reaksi dengan senyawaan halogen lainnya

Reaksi ini halogen yang lebih aktif menggantikan halogen yang kurang aktif dari senyawaannya.

Contoh : F2(g) + 2NaBr(s) → Br2(g) + 2NaF(s)       

Cl2(g) + CaF2(s) → tidak terjadi reaksi

5) Reaksi dengan hydrogen

 Halogen bereaksi dengan hidrogen membentuk halida.

Contoh : Cl2(g) + H2(g) → 2HCl(g)

Br2(g) + H2(g) → 2HBr

6) Reaksi dengan hidrokarbon

Halogen umumnya bereaksi dengan hidrokarbon dengan menggantikan atom-atom hidrogen.

Contoh : CH4+ Cl2→ CH3Cl + HCl C2H6(g) + Br2(g) →C2H5Br(g) + HBr(g)

7) Reaksi dengan air (hidrolisis)

Semua halogen kecuali fluor berdisproporsionasi dalam air.

           

8) Reaksi dengan basa

Semua halogen akan bereaksi dalam larutan basa.

Contoh

2F2(g) + 2NaOH(aq) encer → 2NaF(aq) + F2O(g) +H2O(l)

D. Daya oksidasi halogen

Halogen bebas merupakan oksidator, dalam satu golongan dari atas ke bawah kekuatannya meningkat, yaitu F2 > Cl2 > Br2 > I2. Daya oksidasi halogen atau daya pereduksi ion halida berdasarkan potensial elektrodenya.

2. Logam alkali

Logam alkali adalah unsur-unsur yang menempati golongan IA. Golongan ini meliputi litium (Li), natrium (Na), kalium (K), rubidium (Rb), sesium (Cs), dan fransium (Fr).

A. Sifat-sifat fisik

Beberapa sifat fisik logam alkali disajikan dalam Tabel :

Berdasarkan data tersebut terlihat bahwa kecenderungan sifat logam alkali sangat beraturan. Dari atas ke bawah, kelektronegatifan, energi ionisasi, titik cair, dan titik leleh cenderung menurun, sedangkan jari-jari atom dan kerapatannya cenderung meningkat. Dalam keadaan gas, unsur- unsur alkali berupa molekul diatomik, misal Li2 dan Na2.Unsur-unsur alkali merupakan reduktor kuat. Kekuatan reduktor dapat dilihat dari potensial elektrodenya.

• Spektrum emisi adalah radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh unsur yang tereksitasi. Logam alkali akan tereksitasi ketika dipanaskan pada nyala api. Misal pada pembakar bunsen atau pembakar spiritus dengan memberikan warna nyala khas yang diberikan pada Tabel berikut. (Warna nyala logam alkali)

B. Sifat-sifat kimia

Ciri yang paling mencolok dari logam alkali adalah kereaktifannya cukup besar. Kereaktifan ini berkaitan dengan energi ionisasinya yang rendah, sehingga mudah melepaskan elektron. Hampir semua senyawa logam alkali bersifat ionik dan larut dalam air.

C. . Reaksi-reaksi logam alkali

1.) Reaksi dengan air

Semua logam alkali bereaksi dengan air membentuk basa dan gas hidrogen.

 Contoh: 2L(s) + 2H2O(l)→2LOH(aq) + H2(g)(L = logam alkali)

2) Reaksi dengan hidrogen

Logam alkali akan bereaksi dengan hidrogen ketika dipanaskan dan menghasilkan senyawa hidrida. Contoh : 2L(s) + H2(g) → 2LH(s)

3) Reaksi dengan oksigen

Reaksi antara logam alkali dengan oksigen menghasilkan oksida (M2O), peroksida (M2O2), dan superoksida (MO2).

Contoh:  K(s) + O2(g) → KO2(s)

 4) Reaksi dengan halogen

Reaksi logam alkali dengan halogen terjadi sangat hebat dan menghasilkan garam halida.

Contoh : 2Li(s) + Cl2(g) → 2LiCl(s).

 Natrium cair terbakar dalam gas klor menghasilkan nyala kuning.

 5) Reaksi dengan asam encer

Reaksi secara umum dapat dituliskan sebagai berikut.

2L + 2H+ → 2L+ + H 2

Reaksi logam alkali dengan asam encer akan menimbulkan gas hidogen disertai ledakan.

Contoh : 2Na(s) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + H2(g).

---

3. Logam alkali tanah

Alkali tanah merupakan unsur-unsur golongan IIA. Unsur-unsur golongan ini membentuk basa seperti alkali dan umumnya ditemukan dalam tanah berupa senyawa tak larut. Oleh karena itu unsur golongan IIA disebut logam alkali tanah.

A. Sifat-sifat fisik

Tabel Sifat-sifat logam alkali tanah.

Berbagai sifat fisik unsur alkali tanah diberikan dalam Tabel. Dalam satu golongan dari atas ke bawah jari-jari atom semakin bertambah, sehingga menyebabkan penurunan energi ionisasi dan keelektronegatifan unsur ini. Elektronegativitas unsur alkali tanah relatif kecil, sehingga mudah membentuk senyawa ion positif dan sangat mudah bereaksi dengan unsur-unsur yang mem- punyai keelektronegatifan besar, seperti golongan oksigen dan halogen

B. Sifat-sifat kimia

1) Kereaktifan logam alkali tanah

Kereaktifan unsur-unsur golongan alkali tanah cenderung meningkat dari berilium ke barium. Hal ini dikarenakan jari- jari atomnya semakin bertambah, sehingga menyebabkan berkurangnya energi ionisasi dan keelektronegatifan

2) Kelarutan senyawa logam alkali tanah

Logam alkali tanah mempunyai perbedaan dengan logam alkali dalam hal kelarutannya. Senyawa logam alkali pada umumnya larut dalam air, sedangkan logam alkali tanah banyak yang sukar larut dalam air

C.Reaksi-reaksi logam alkali tanah

1) Reaksi dengan oksigen

Reaksi logam alkali tanah dengan oksigen menghasilkan oksida (MO). Oksida ini cenderung bereaksi perlahan-lahan dengan air dan karbon dioksida dalam udara, membentuk hidroksida, dan karbonat.

Contoh : 2Mg(s) + O2(g) → 2MgO(l) MgO(l) + H2O(l) → Mg(OH)2(aq)

2) Reaksi dengan air

Kalsium, stronsium, dan barium bereaksi baik dengan air membentuk basa dan gas hidrogen. Magnesium bereaksi sangat lambat dengan air dingin dan sedikit lebih baik dengan air panas, sedangkan berilium tidak bereaksi.

Contoh : Mg(s) + 2H2O(l) →Mg(OH)2(aq) + H2(g)

3) Reaksi dengan halogen

Semua logam alkali tanah bereaksi dengan halogen (X2) membentuk halida. Lelehan halida dari berilium mempunyai daya hantar listrik yang buruk.

Contoh : Mg(s) + Cl2(g) → MgCl2(s)

 4) Reaksi dengan asam

Logam golongan IIA bereaksi dengan asam kuat membentuk garam dan gas hidrogen. Reaksi semakin hebat dari berilium ke barium.

Contoh : Ca(s) + 2HCl(aq) →            CaCl2(aq) + H2(g)

Selain beraksi dengan asam, berilium juga bereaksi dengan basa kuat.

Be(s) + 2NaOH(aq) + 2H2O(l) → Na2Be(OH)4(aq) + H2(g)

---

4.Unsur-unsur periode ketiga

Unsur-unsur yang berada dalam periode ketiga ada delapan unsur dengan kecenderungan sifat yang teratur. Unsur-unsur tersebut adalah natrium, magnesium, aluminium, silikon, fosfor, belerang, klor, dan argon.

A. Sifat-sifat fisik

Beberapa sifat fisik unsur periode 3 disajikan dalam Tabel.

1) Keelektronegatifan

Kecenderungan suatu atom untuk menarik elektron dengan atom lain dalam membentuk senyawa dinyatakan dengan keelektronegatifan. Unsur-unsur dengan keelektronegatifan kecil cenderung bersifat logam (elektropositif). Kecenderungan ini juga diperlihatkan oleh unsur-unsur periode ketiga.

2) Energi ionisasi

Dari gambar tersebut terlihat bahwa energi ionisasi unsur- unsur periode ketiga bertambah dari kiri ke kanan. Peningkatan energi ionisasi ini berkaitan dengan bertambahnya muatan inti, sehingga daya tarik inti ter- hadap elektron terluar makin besar.

3) Titik didih dan titik leleh

Dari gambar 4.12 dapat dilihat bahwa titik didih dan titik leleh unsur-unsur periode ketiga bertambah secara bertahap dari kiri ke kanan dan mencapai puncaknya pada golongan IVA (Si), kemudian turun secara drastis pada golongan VA (P).

            Natrium, magnesium, dan aluminium mempunyai ikatan logam. Kekuatan ikatan logam meningkat dari natrium hingga aluminium sebagai akibat bertambahnya jumlah elektron valensi. Meningkatnya kekuatan ikatan logam ini menyebabkan meningkatnya titik didih dan titik leleh.

B. Sifat-sifat kimia

Sifat-sifat kimia periode ketiga yang akan dibahas pada bagian ini meliputi sifat logam dan nonlogam, sifat asam basa, serta daya pereduksi dan daya pengoksidasi.

1)      Sifat logam dan nonlogam

Unsur-unsur periode ketiga, ada yang bersifat logam, metaloid, dan nonlogam. Kecenderungannya dari kiri ke kanan sifat logamnya semakin berkurang. Tiga unsur yang pertama, yaitu natrium, magnesium, dan aluminium merupakan logam sejati. Contoh:

2Na(s) + 2H+(aq) →2Na+(aq) + H (g) 2

2Al(s) + 6H+(aq) →2Al3+(aq) + 3H (g) 2

Aluminium tidak bereaksi dengan asam oksidator seperti HNO3, sedangkan natrium dan magnesium dapat bereaksi. Diantara ketiganya, aluminium merupakan logam yang paling kuat, magnesium agak rapuh, sedangkan natrium merupakan logam yang paling lunak dan ringan.

Silikon tergolong metaloid, yaitu unsur yang memiliki sifat logam dan nonlogam, di mana kekuatan logamnya sangat lemah dibandingkan logam sejati. Gaya yang bekerja dalam padatan adalah gaya dispersi. Molekul-molekul dalam padatan tersebut saling bertarikan dengan gaya dispersi yang menyebabkan titik didih dan titik leleh unsur tersebut menurun jauh jika dibandingkan dengan silikon.

 2) Sifat asam-basa hidroksida unsur periode ketiga

Semua unsur periode ketiga dapat bereaksi membentuk hidroksida M(OH)x, kecuali argon yang merupakan gas mulia. M adalah unsur periode ketiga selain argon dan x adalah nomor golongan. Hidroksida-hidroksida dari unsur- unsur periode ketiga dijelaskan sebagai berikut.

 Hidroksida dari natrium, magnesium, dan aluminium cukup stabil, yaitu NaOH, Mg(OH)2, dan Al(OH)3. Hidroksida dari silikon, fosfor, belerang, dan klor tidak stabil karena melepaskan molekul air.

•  Jika energi ionisasi rendah, maka ikatan M–OH bersifat ionik dan hidroksida bersifat basa, dalam air akan melepaskan ion OH–.

Contoh : MOH → M+ + OH–

•  Jika energi ionisasi tinggi, maka ikatan M–OH bersifat kovalen. Ikatan O–H bersifat polar sehingga ikatan tersebut dapat mengalami hidrolisis dan melepaskan ion H+. Dengan demikian larutannya bersifat asam.

 Contoh : MOH → MO– + H+

 Kecenderungan energi ionisasi unsur periode ketiga

adalah semakin bertambah dari natrium ke klor. Oleh karena itu sifat basa dari unsur-unsur di sebelah kiri lebih kuat, sedangkan unsur-unsur di sebelah kanan sifat asamnya lebih kuat.

NaOH merupakan basa terkuat dari unsur periode ketiga dan hidroksidanya mudah larut dalam air. Mg(OH)2 masih tergolong sebagai basa kuat, meskipun kekuatan basanya lebih lemah dibandingkan dengan NaOH. Aluminium bersifat amfoter, demikian pula dengan hidroksidanya Al(OH)3. Amfoter artinya senyawa tersebut dapat bersifat sebagai asam sekaligus sebagai basa. Dalam lingkungan basa kuat Al(OH)3 akan bersifat asam, sebaliknya dalam lingkungan asam kuat ia akan bersifat basa.

3) Daya pereduksi dan daya pengoksidasi unsur periode ketiga

Daya pereduksi dan daya pengoksidasi berkaitan dengan kecenderungan melepas atau menyerap elektron. Zat pereduksi (reduktor) merupakan zat yang melepaskan elektron dalam suatu reaksi redoks atau zat yang mengalami oksidasi, sedangkan zat pengoksidasi (oksidator) merupakan zat yang menyerap elektron atau mengalami reduksi. Dengan demikian, semakin mudah zat melepaskan elektron, maka daya pereduksinya semakin kuat. Sebaliknya, semakin sulit suatu zat untuk melepaskan elektron, maka daya oksidasinya makin kuat.

---

C. Air Sadah

1. Pengertian air sadah, penyebab dan jenis kesadahan

Air merupakan salah satu unsur terpenting dalam kehidupan. Air tersedia secara alami dan dapat diperoleh sebagai air tanah, air hujan, dan lainnya. Air alam mengandung berbagai jenis mineral tergantung dari asal air itu. Contoh air yang bersumber dari tanah dan batuan dapat mengandung mineral kalsium sulfat (CaSO4), kalsium hidrogen karbonat Ca(HCO3)2, magnesium sulfat (MgSO4), dan magnesium hidrogen karbonat Mg(HCO3)2.

• Air yang mengandung ion Ca2+ dan ion Mg2+ dalam jumlah banyak disebut air sadah (hard water). Air sadah menyebabkan sabun sukar berbuih karena ion-ion Ca2+ dan Mg2+ mengendapkan sabun dan membentuk apa yang disebut scum. Sedangkan air yang sedikit atau sama sekali tidak mengandung ion Ca+ dan Mg+ disebut air lunak (soft water).
• Air sadah ditimbulkan oleh adanya senyawa kalsium hidrogen karbonat. Senyawa ini terbentuk ketika air hujan meresap ke dalam batu kapur yang mengandung senyawa kalsium karbonat (CaCO3).
• Kesadahan air dibedakan atas kesadahan sementara dan kesadahan tetap. Kesadahan sementara (temporary hardness) disebabkan oleh garam-garam hidrogen karbonat, yaitu Ca(HCO3)2 atau Mg(HCO3)2. Kesadahan tetap (permanent hardness) disebabkan oleh garam CaSO4, CaCl2, MgSO4, dan MgCl2.

2. Penghilangan kesadahan

Kesadahan sementara dapat dihilangkan dengan mendidihkan air tersebut, karena garam karbonat mengendap pada pemanasan.Adapun kesadahan tetap dapat dihilangkan dengan cara-cara berikut.

 A.Proses soda-kapur

Menurut cara ini, air sadah direaksikan dengan soda Na2CO3 dan kapur Ca(OH)2, sehingga ion-ion Ca2+ dan Mg2+ diendapkan.

B.Proses zeolit

Dengan cara ini, air sadah dialirkan melalui natrium zeolit, sehingga ion-ion Ca2+ dan Mg2+ akan diikat zeolit menggantikan ion Na+ membentuk kalsium atau magnesium zeolit.

C.Distilasi (penyulingan)

Cara ini relatif mahal khususnya untuk produksi dalam jumlah besar.

D. Menggunakan resin penukar ion

Resin penukar ion kini banyak digunakan untuk melunakkan air, baik untuk kebutuhan rumah tangga maupun industri. Resin penukar ion mengandung ion-ion natrium bebas. Jika air sadah dilewatkan melalui resin penukar ion, maka resin akan menahan ion-ion kalsium dan magnesium. Sehingga diperoleh air lunak yang tidak lagi mengandung ion kalsium dan magnesium, tetapi mengandung ion natrium yang tidak menimbulkan kesadahan.

3. Keuntungan dan kerugian dari air sadah

Kalian pasti tahu sumur yang ada di rumah-rumah. Air sumur merupakan salah satu contoh air sadah. Air sadah dapat menguntungkan dan merugikan bagi kehidupan kita.

• Keuntungan yang dapat diperoleh dari air sadah sebagai berikut :

1)      Mempunyai rasa yang lebih baik daripada air lunak.

2)      Menyediakan kalsium yang diperlukan tubuh, misalnya : untuk pembentukan gigi dan tulang.

3)      Senyawa timbal (dari pipa air) lebih sukar larut dalamair sadah. Timbal merupakan racun bagi tubuh.

• Kerugian yang ditimbulkan air sadah sebagai berikut:

1)      Memboroskan sabun : Karena air sadah menggumpalkan sabun membentuk scum, sehingga sabun tidak akan berbuih sebelum ion Ca2+ dan Mg2+ mengendap.(Scum membuat pakaian menjadi kusa).

2)      Menimbulkan batu ketel Batu ketel adalah sejenis karang yang terbentuk pada dasar ketel. Selain itu, batu ketel dapat menyumbat pipa saluran air panas, misalnya pada radiator.

Unsur Transisi

Sifat Khas Unsur Transisi:

•      Bersifat Paramagnetik

•      Membentuk Senyawa Berwarna

•      Memiliki beberapa tingkat Oksidasi

•      Membentuk ion Kompleks

•      Berdaya katalitik