Skip to content
Iklan

Materi Logam dan Pengolahannya


Materi Logam dan PengolahannyaLogam memiliki peranan penting dalam peradaban manusia dan telah dimanfaatkan oleh manusia sejak berabad lamanya. Bahkan kita mengenal istilah zaman perunggu, zaman besi. Sebagai contoh tanpa sumbangsih dari dunia metalurgi (pengolahan metal), kita tak akan pernah kenal dengan musik  rock, musik metalik. Karena senar gitar yang dimainkan dalam gambar ini adalah produk dari teknologi yang sangat kompleks. Inti dari senar dibuat dari baja lunak, dengan memvariasikan kekerasan dan kelenturannya , bisa menghasilkan bunyi yang berbeda.

Kadang ketika kita berfikir tentang logam dalam kehidupan sehari-hari, kita cenderung berfikir tentang besi, aluminium, atau crom atau nikel. Karena kelimpahannya yang demikian besar dan kegunaannya yang sudah dirasakan sejak zaman perunggu. Walaupun demikian
logam2 yang kelimpahannya sedikit sekalipun memiliki peran sangat penting dalam teknologi modern. Sebagai ilustrasi pada gambar ini komposisi logam yang terlibat dalam pembuatan mesin jet. Bagaimana besi, sebagai logam yang paling dominan dalam teknologi, tidak ikut terlibat dalam pembuatan jet tsb.

Materi Logam dan Pengolahannya

Pada materi ini kita akanmempelajari bagaimana metode pengolahan, pemurnian logam dari  bijihnya dan mempelajari sifat-sifat logam. Kita akan membahas bagaimana struktur logam, ikatan
logam dalam zat padatnya serta melihat bagaimana logam dan campurannya berperan penting dalam teknologi modern misal dalam aplikasinya sebagai semikonduktor, superkonduktor, keramik, komposit dan nano material.

1. Keberadaan dan Sumber Alami dari Unsur-unsur Logam

Kebanyakan logam-logam ditemukan di alam ini dalam bentuk mineralnya. Komponen anorganik berbentuk kristal dari batuan yang dibentuk di kerak bumi. Sebagai contoh silikat dan aluminasilikat adalah mineral yang paling banyak kelimpahannya di kerak bumi. Tetapi karena proses pemekatan dan reduksinya lebih rumit menjadikan silikat dan alumina kurang begitu penting secara komersial sebagai sumber logam. Malachite (Cu2CO3(OH)2), magnetit (Fe2O3), Cinnabar (HgS), yang menghasilkan logam tembaga, besi dan air raksa menjadi mineral yang sangat penting secara komersial (Gambar 6.3). Mineral deposit dimana logam
mudah di produksi secara ekonomis disebut sebagi Bijih logam. (tabel 1).

Materi Logam dan Pengolahannya

2. Proses Pengolahan Logam

Metalurgi adalah Ilmu dan teknologi mengekstrak logam-logam dari bijihnya atau senyawa amalgamnya serta persiapan untuk aspek kegunaannya. Biasanya proses pengambilan logam dari bijihnya melibatkan tiga tahap utama yaitu (1) penambangan dan penyiapan bijih, (2) Tahap produksi logam dan (3) pemurnian logam.

2.1 Penambangan dan penyiapan bijih

Setelah proses penambangan as dilakukan tahap penyiapan bijih, dimana mineral dipisahkan dari materi pengotor, limbah –biasanya lumpur dan mineral silkat- dengan metode flotasi. Pada proses ini bijih mentah secara halus digerus dan ditambahkan ke dalam air yang berisi minyak dan deterjen. Setelah diaerasikan bijih tersebut terbawa keatas oleh busa deterjen yang kemudian dikeringkan untuk mendapatkan bijih matang.

2.2 Produksi logam

Karena sifat keelektronegatifan yang sangat rendah logam selalu bermuatan posistif, oleh karena itu proses pengolahan logam bebas dari mineral atau bijihnya adalah mengunakan proses reduksi pada tahap akhir produksinya (lihat Tabel 2). Sebelum dilakukan proses reduksi digunakan teknik-teknik metalurgi agar bijih lebih mudah direduksi menjadi logam bebasnya. Beberapa proses metalurgi yang sering digunakan dalam industri logam adalah pyrometalurgi, hydrometalurgi, elektrometalurgi.

Materi Logam dan Pengolahannya

Kebanyakan proses metalurgi dewasa ini menggunakan proses yang disebut pyrometalurgi, prosedur pengolahan logam menggunakan temperatur tinggi. Ada 3 jenis pyrometalurgi yang digunakan dalam industri logam yaitu kalsinasi, pembakaran, pelelehan. Kalsinasi adalah pemanasan bijih pada suhu tinggi sehingga bijih terdekomposisi dengan melepaskan produk gas. Produk gas yang terbentuk bisa sebagai CO2 atau H2O. Kalsinasi karbonat logam sering menghasilkan oksida logam dan CO2 . Sedangkan logam -logam terhidrat terdekomposisi mengeluarkan air. Sebagai contoh:

PbCO3(s) → PbO + CO2
CuSO4.xH2O → CuSO4 + xH2O

Pembakaran adalah perlakuan termal yang menyebabkan reaksi kimia antara bijih mentah dan atmosfir tungku pembakar biasanya O2. Proses pembakaran yang penting adalah oksidasi bijih sulfida logam, dimana sulfida logam dirubah menjadi oksida logam, seperti
contoh berikut:

2MoS2(s) + 7O2(g) → 2MoO3(s) + 4SO2(g)
2ZnS(s) + O2(g) → 2ZnO(g) + 2SO2(g)

Bijih sulfida dari logam yang kurang aktif seperti merkuri sulfida dapat direduksi langsung melalui pembakaran menghasilkan logam merkuri bebas

HgS(s) + O2(g) → Hg(g) + SO2(g)

Dalam banyak proses logam bebas juga dihasilkan dengan menggunakan gas pereduksi selama proses pembakaran. Carbon monoksida sering digunakan sebagai gas pereduksi dalam mereduksi oksida logam.

PbO(s) + CO(g) → Pb(l) + CO2(g)

Pelelehan, pada proses ini metrial yang terbentuk pada reaksi kimia dipisahkan dalam dua atau lebih lapisan. Dua lapisan penting yang terbentuk di tungku adalah lelehan logamnya dan ampas. Lelehan logam ini bisa saja mengandung hanya logam tunggal atau larutan dari dua atau lebih logam.

2.3 Pemurnian Logam

Tahap terakhir dari pengolahan logam adalah proses pemurniannya. Pada proses ini logam mentah atau produk logam yang masih ada pengotor dilakukan proses metalurgi agar meningkat kemurniannya dan komposisi logamnya menjadi lebih jelas. Tujuan dari proses
pemurnian ini agar menghasilkan logam tunggal murni. Namun kadang juga menghasilkan produk campuran yang komponen atom-atomnya terdefinisi, misalnya dalam produksi baja dari besi mentah.

2.3.1. Pyrometalurgi Besi

Materi Logam dan PengolahannyaKomponen besi di kerak bumi ditemukan dalam mineral yang berbeda-beda seperti pirit (FeS), siderit (FeCO3), hematit (Fe2O3) dan magnetit (Fe3O4). Proses metalurgi besi melibatkan reduksi kimia dari mineral oleh carbon pada tungku pembakar yang ditunjukkan pada Gambar 6.4. Bijih besi, batu kapur (CaCO3) dan
carbon dimasukkan kedalam tungku bagian atas. Melalui reaksi dengan oksigen dan air, arang juga berfungsi sebagai penyedia gas pereduksi CO dan H2 . Batu kapur CaCO3 sebagai penyuplai oksida basa CaO yang akan bereaksi dengan silikat dan pengotor lain untuk di buang sebagai ampas. Udara yang masuk dari tungku bawah merupakan bahan baku yang sangat penting untuk membakar arang. Di dalam tungku, oksigen bereaksi dengan karbon pada arang membentuk karbon dioksida:

C(s) + O2 (g) → 2CO(g) ΔH = -221 kJ

Sedang uap air yang hadir di udara juga bereaksi dengan karbon membentuk karbon monoksida dan gas hidrogen pada temperatur sekitar 2000 oC.

C(s) + H2O(g)→ CO(g) + H2(g) ΔH = +131 kJ

Gas-gas CO dan H2 yang terbentuk mereduksi besi oksida, sebagai contoh reaksi dengan Fe3O4 :
Fe3O4(s) + 4CO(g) → 3Fe(s) + 4CO2 (g) ΔH = -15 kJ

Fe3O4 (s) + 4H2 (g) → 3Fe(s) + 4H2O(g) ΔH = +150kJ

Materi Logam dan PengolahannyaKemudian lelehan besi dikumpulkan di dasar tungku seperti terlihat dalam Gambar 6.5. Lelehan ini masih bercampur dengan pengotor-pengotor seperti oksida silikon dan aluminium. Pengotor-pengotor seperti alumunium oksida Al2O3 dan silikon SiO2 direaksikan dengan CaO membentuk ampas:

CaO(s) + SiO2 (s) → CaSiO3 (l)
CaO(s) + Al2O3 (s) → Ca(AlO2)2 (l)

Manufaktur baja merupakan satu dari induistry logam yang sangat penting. Di USA konsumsi baja pertahun mencapai 100 juta ton. Baja adalah amalgam besi yang mengandung 0,03 sampai 1,4 % Materi Logam dan Pengolahannyacarbon dan beberapa komponen lain seperti Mn, P, S san Si.
Produksi besi pada dasarnya adalah proses reduksi besi oksida menjadi logam besi, sementara itu konversi besi menjadi baja adalah proses oksidasi, dimana pengotor yang tidak diinginkan dihilangkan dari besinya melalui reaksi dengan oksigen. Salah satu metode yang sering digunakan adalah menggunakan “basic oxygen process” Gambar 6.6 memperlihatkan proses oksigen basa. Lelehan besi dari tungku pembakar dituangkan ke dalam labu silinder dengan posisi vertikal dan diberikan gas oksigen bertekanan. Pada kondisi ini, mangan pospor dan silikon serta karbon yang berlebih bereaksi dengan oksigen membentuk oksidanya. Oksida-oksida ini kemudian direaksikan dengan pereaksi yang sesuai (contoh CaO atau SiO2 ) untuk membentuk ampas. Tipe pereaksi yang diperlukan bergantung kepada pengotor yang ada. Jika pengotor utama adalah silikon dan pospor maka pereaksi yang digunakan adalah pereaksi basa misal CaO.

CaO(s) + SiO2 (s) → CaSiO3 (l)
P4O10(s) + 6CaO(s) → Ca3(PO4)2(l)
Lain halnya jika pengotor utamanya adalah mangan, maka pereaksi basa seperti SiO 2 yang digunakan.

MnO(s) + SiO2(s) → MnSiO3(l)

2.3.2. Hidrometalurgi

Pengolahan logam menggunakan metode pyrometalurgi membutuhkan energi yang sangat besar dan menimbulkan polusi udara dari asap buangan, terutama sulful dioksida. Alternatif metode lain dikembangkan untuk pengolahan beberapa logam, dimana logam diekstraksi dari bijihnya dengan menggunakan reaksi air. Proses ini disebut hidrometalurgi. Proses hidrometalurgi yang paling penting adalah penyepuhan, dimana senyawa yang mengandung logam dilarutkan secara selektif. Jika senyawa tersebut larut dalam air, maka air sebagai zat penyepuh. Zat yang lebih umum digunakan untuk proses penyepuhan biasanya adalah asam, basa atau garam. Sering proses pelarutannya melibatkan pembentukan ion kompleks sebagai contoh dalam penyepuhan emas. Bijih emas yang telah dipekatkan kadarnya larutkan dalam larutan NaCN. Kehadiran ion CN- dan air akan mengoksidasi emas dan membentuk ion Au(CN)2– yang larut  dalam air.

4Au(s) + 8CN(aq) + O2 (g) + 2H2O(l) → 4Au(CN)2(aq) + 4OH(aq)

Setelah ion logam secara selektif terlarut dari bijihnya, ion tersebut akan mengendap dari larutan membentuk logam bebas atau sebagai senyawa ionik yang tak larut. Emas dalam contoh ini dihasilkan dari kompleks sianidanya melalui reduksi menggunakan serbuk Seng
Zn. Selain emas, alumunium juga diproduksi secara komersial melalui metode hidrometalurgi. Bijih yang paling berguna dalam proses pengolahan aluminium adalah bauksit, yang alumunium sebagai oksida hidratnya, Al2O3.H2O. Proses pemurnian alumunium disebut juga proses Bayer. Pertama-tama bijih alumunium digerus halus dan dicampurkan pada larutan NaOH pekat, sekitar 30 % berat NaOH pada interval temperatur antara 150 sampai 230 C. Tekanan yang cukup sekitar 30 atm diberikan untuk mencegah pendidihan. Al2O3 terlarut membentuk kompleks ion aluminat, Al(OH)4:
Al2O3.H2O(s) + 2H2O(l) + 2OH(aq) → 4Al(OH)4(aq)

Setelah endapan alumunium hidroksida dipisahkan dengan penyaringan, endapan tersebut dikalsinasi untuk proses selanjutnya, elektro-reduksi menjadi logam.

2.3.3. Elektrometalurgi

Elektrometalurgi sering digunakan dalam proses pengolahan logam terutama untuk logam-logam aktif seperti Natrium, magnesium dan alumunium. Logam-logam ini tidak dapat dihasilkan dari larutan airnya karena air lebih mudah direduksi daripada ion logamnya.
Potensial reduksi standar air lebih positif dari pada Na+ (Ered = -2,71 V), Mg2+ (Ered = -2,37 V), Al3+ (Ered = -1,66) baik dalam konsisi asam maupun basa:

2H+(aq) + 2e → H2(aq) Ered = 0,00 V
2H2O(l) + 2e→ H2(aq) + 2OH Ered = – 0,83 V

Oleh karena itu, untuk mendapatkan logam dari proses elektrometalurgi haruslah dilakukan pada medium lelehan garam non-air.

3. Ikatan Logam

Sejauh ini kita telah membahas logam dari sumber alaminya, proses produksinya serta beberapa sifat-sifat fisik dari logam seperti kekerasan, titik leleh, duktilitasnya sehingga bisa dibentuk kawat atau sifat kekenyalannya sehingga bisa dibuat lempengan tanpa mengalami pemecahan seperti gelas atau kristal ionik. Selain itu logam juga memiliki konduktifitas (daya hantar) termal dan listrik yang tinggi. Sebagai contoh jika kita menyentuh logam akan terasa
dingin karena logam menghantarkan panas secara efisien dari tangan kita. Begitu juga ketika kawat dihubungkan dengan baterei akan menghantarkan listrik. Untuk memahami sifat-sifat logam seperti diatas, kita harus melihat bagaimana ikatan dalam logam. Ada dua model teori yang sering digunakan untuk menjelaskan fenomena ini: model lautan elektron dan teori orbital molekul.

3.1. Model Lautan Elektron

Materi Logam dan PengolahannyaModel lautan elektron menggambarkan logam sebagai kation-kation yang terjejal dalam “lautan” elektron valensi, seperti
gambar 6.7. Elektron- elektron tertahan karena adanya gaya tarik elektrostatik dari kation logam dan terdistribusi merata pada struktur lapisan logamnya. Elektron-elektron ini senantiasa bergerak, artinya kita tidak pernah menjumpai ada elektron yang tertahan ke satu ion logam tetentu saja.
Model lautan elektron ini bisa menjelaskan secara kualitatif sifat dari logam yang mudah menghantarkan panas dan listrik. Karena mobilitas elektron yang sangat tinggi, elektron-elektron bebas bergerak dari elektroda negatif ke elektroda positif jika logam
tersebut diuhbungkan ke potensial listrik. Sifat kekenyalan dari logam yang mudah ditempa dapat dijelaskan oleh fakta bahwa atom-atom logam berikatan dengan atom tetangganya.
Materi Logam dan PengolahannyaModel lautan elektron ini tidaklah menjelaskan secara tepat dari semua sifat logam. Menurut model ini kekuatan ikatan atom-atom logam meningkat dengan meningkatnya elektron valensi, dengan melihat peningkatan titik leleh dan titik
didihnya. Namun fakta percobaan menunjukkan bahwa unsur-unsur logam tengah dari logam transisi memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi dibanding dengan unsur-unsur akhirnya. Gambar 6.8
menyimpulkan bahwa kekuatan ikatan logam pertama meningkat dengan meningkatnya jumlah elektron valensi kemudian menurun.

3.2. Teori Orbital Molekul

Materi Logam dan PengolahannyaPemahaman yang lebih detail tentang  ikatan logam dijelaskan dengan teori orbital molekul. Teori ini mengasumsikan bahwa ikatan atom terbentuk karena adanya interaksi kovalen dari orbital-orbital atom. Sebagai contoh misalnya molekul H2 berikatan kovalen dari interaksi dua orbital atom 1s1 atom hidrogen.

Hasil interaksi ini membentuk orbital molekul dimana orbital dengan energi terendah menempati orbital ikatan sedang lainya sebagai orbital anti ikatan. Hal yang sama juga terjadi pada ikatan atom dari molekul gas Na2 (Gambar 6.9). Apa yang terjadi jika jumlah atom Na yang berintekasi dalam ikatan ditingkatkan
menjadi 3, 4, 5, 6 dan seterusnya sampai 6,02 x 1023. Bagaimana perubahan orbital molekulnya? Tentu akan ada tiga orbital molekul untuk Na3 , empat orbital molekul untuk Na4 dan seterusnya. Perbedaan energi orbital molekul untuk molekul Nan akan menurun dengan bertambahnya jumlah atom sehingga terjadi penggabungan orbital molekul dimana pita level energi menjadi kontinue tidak lagi terkuanta untuk n yang sangat besar (lihat Gambar 6.10). Teori orbital molekul untuk logam ini disebut teori pita energi.

Materi Logam dan Pengolahannya

Tingkat energi orbital molekul dari molekul Nan . Kristal logam natrium digambarkan sebagai molekul raksasa Nan . Warna merah sebagai pita ikatan dari elektron valensi yang terisi. Pita energi tertinggi yang terisi elektron analog dengan HOMO (highest occupied molecular orbital) disebut pita valensi. Sedang pita energi yang lebih tinggi yang tidak terisi elektron analog dengan LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) disebut pita konduksi.
Perbedaan energi antra pita-pita ini disebut energi gap, Eg.

Materi Logam dan Pengolahannya

Pita-pita energi dan energi gap menentukan apakah material tersebut sebuah konduktor (logam), semikonduktor atau sebuah insulator (lihat Gambar 6.11). Pada Logam tidak dijumpai energi gap antara tingkat energi pita valensi dan pita konduksi, sehingga dengan sedikit bantuan termal elektron pada pita valensi mudah tereksitasi ke pita konduksi dan meninggalkan lubang. Lubang pada pita valensi selanjutnya diisi oleh elektron lain secara kontinue bergerak terus sepanjang material menyebabkan logam sebagai penghantar listrik yang baik. Pada semikonduktor energi gap lebih kecil daripada material insulator. Material semikonduktor akan menghantarkan listrik jika diberikan panas yang cukup sesuai dengan Eg atau ketika di hubungkan dengan elemen tertentu, biasanya unsur-unsur golongan 4A seperti Si dan Ge.
Kemampuan semikonduktor dalam menghantarkan listrik bisa juga ditingkatkan dengan menambahkan pengotor tertentu yang disebut doping. Sebagai contoh penambahan sedikit ari unsur Boron atau Pospor pada padatan silikon akan merubah struktur elektronik dari
padatan silikon tersebut. Pospor ([Ne]3s23p3) memiliki 1 elektron valensi lebih banyak dari silikon ([Ne]3s23p2), sehingga ada 1 elektron yang tidak berikatan yang dapat bergerak bebas pada struktur padatan material tersebut dan befungsi sebagai elektron konduksi. Padatan yang mengandung pengotor donor disebut semikonduktor tipe n (dari kata negatif karena adanya tambahan elektron).
Efek kebalikannya juga terjadi jika boron ditambahkan pada material silikon. Atom boron memeiliki tiga elektron valensi, ([1s22s22p1) lebih sedikit satu elektron dari silikon. Sehingga ada satu kekosongan elektron valensi pada struktur kristal silikon yang
memungkinkan satu elektron dari silikon tereksitasi ke orbital kosong tadi. Elektron lain akan mengisi orbital kosong yang baru dan seterusnya dalam satu arah sehingga “lubang positif” tadi bergerak pada arah sebaliknya, dan material silikon menjadi konduktor listrik. Pengotor seperti boron yang kurang elektron ini disebut pengotor acceptor. Semikonduktor yang mengandung pengotor acceptor ini disebut semikonduktor tipe p (positif).

Materi Logam dan Pengolahannya

Perkembangan industri semikonduktor sejak tahun 1960 sangat pesat. Dewasa ini semikonduktor menjadi komponen sangat penting dalam pembuatan alat-alat elektronik muali dari radi, televisi, kalkulator saku komputer dan sebagainya. Salah satu keunggulan
utama dari alat-alat dari zat padat ini dari alat elektronik tabung vakum adalah mudah dibuat menjadi komponen yang sangat kecil, yang memudahkan untuk dibawa seperti microprocessor.

4. Logam Transisi

Logam transisi didefinisikan sebagai semua unsur kimia yang menempati blok-d pada tabel berkala (Gambar 6.13) termasuk didalamnya unsur-unsur seperti krom, besi, nikel dan tembaga. Termasuk dalam grup ini adalah unsur-unsur yang sering disebut unsur transisi dalam yaitu unsur-unsur lantanida antara La dan Hf dan aktinida antara Ac dan Rf. Karena subgrup ini memiliki orbital f yang terisi elektron, kadang disebut sebagai unsur blok f.

Materi Logam dan Pengolahannya

4.1. Sifat Unsur Transisi

Unsur-unsur blok-d termasuk logam-logam yang aplikasinya banyak digunakan dalam konstruksi dan pabrikasi (Besi), sebagai logam mulia (Perak, emas dan platin), logam untuk koin mata uang (nikel dan tembaga), dalam dunia teknologi modern (titan). Unsur-unsur
dalam grup ini terdiri dari unsur yang kerapatannya tinggi (osmium d=22,49 g/cm3, dan iridium d=22,41 g/cm3), logam dengan titik leleh tertinggi (wolfram, mp=3410 °C, dan air raksa, mp=-38,9 °C), dua unsur bersifat radioaktif seperti technetium dan prometium.
Unsur-unsur tertentu dari logam transisi berperan sangat penting dalam sistem organisme makhluk hidup. Sebagai contoh kobalt adalah unsur penting pada vitamin B12, senyawa yang bertindak sebagai katalis dalam metabolisme karbohidrat, lemak dan protein.
Hemoglobin dan myoglobin, senyawa yang mengandung besi dalam proses oksidasi-reduksi secara biokimia. Molibdenum dan besi bersama dengan sulfur membentuk bagian reaktif dari enzym nitrogenase, katalis biologi yang digunakan dalam konversi N2 menjadi NH3 oleh organisme.
Banyak senyawa dari logam transisi memiliki warna yang mencolok, sehingga sering digunakan sebagai pigment dalam cat dan pewarna. Biru Prusia, Fe4 [Fe(CN)6]3 adalah agen pembiru dalam pencucian binatu dan rekayasa cetak biru (blue print). Pigment warna kuning
mengandung CdS, dan warna putih mengandung titanium(IV)oksida.

4.2. Konfigurasi Elektron

Karena prilaku kimia sangat berkaitan erat dengan struktur elektron, maka sangatlah penting mengetahui konfigurasi elektron dari senyawa transisi dan ion sejenisnya. Konfigurasi elektron dari logam transisi memiliki bentuk umum [inti gas mulia]nsa(n-1)d, dimana elektron valensinya adalah sub-kulit orbital dari ns dan (n-1)d. Pada keadaan oksidasi, elektron pada subkulit ns hilang terlebih dahulu kemudian satu atau dua elektron pada subkulit (n-1)d. Sebagai contoh logam besi memiliki konfigurasi elektron [Ar]3d64s2 akan menjadi ion Fe2+ dengan kehilangan 2 elektron pada subkulit 4s sehingga konfigurasinya menjadi [Ar]3d6 dan menjadi ion Fe3+ dengan kehilangan satu elektron berikutnya pada subkulit 3d menjadi [Ar]3d5. Subkulit d yang terisi sebagian ini bertanggung jawab terhadap perbedaan karakteristik dari logam transisi:

  1. Memiliki bilangan oksidasi yang bervariasi.
  2. Senyawa-senyawanya memiliki warna yang berbeda (Gambar 6.15)
  3. logam transisi dan senyawanya memperlihatkan sifat magnetik yang menarik dan sangat penting.

Materi Logam dan Pengolahannya

Gambar 6.16 memperlihatkan bilangan oksidasi dari deret pertama logam transisi. Bilangan oksidasi yang digambarkan dengan bulatan besar berwarna biru adalah bilangan yang sering dijumpai baik dalam larutan dan senyawa padatnya. Bilangan yang diperlihatkan
sebagai bulatan kecil berwarna hijau adalah bilangan oksidasi yang jarang dijumpai. Sc hanya memiliki bilangan oksidasi tingkat +3 dan Zn terjadi hanya pada bilangan oksidasi tingkat +2. Logam transisi lainnya memiliki variasi bialngan oksidasi dari +2 sampai +7.

Materi Logam dan Pengolahannya

Pada deret kedua atau ketiga dari logam transisi ukuran atomnya meningkat pada orbital 4d dan 5d yang memungkinkan untuk memiliki bilangan oksidasi +8 seperti pada senyawa RuO4 dan OsO4 . Secara umum bilangan oksidasi maksimum terjadi hanya ketika logam transisi berkombinasi dengan unsur yang sangat lektronegatif seperti O, F dan pada beberapa kasus dengan Cl.

4.3. Sifat Kemagnetan

Sifat kemagnetan dari logam transisi dan senyawanya adalah sangat menarik untuk diteliti dan sangat penting kegunaannya dalam teknologi modern. Pengukuran sifat kemagnetan ini menyediakan informasi tentang ikatan kimianya.
Materi Logam dan PengolahannyaSebuah elektron memiliki sebuah “spin” yang menghasilkan sebuah momen magnet, yang menyebabkan prilaku sebagai mini magnet. Ilustrasi dari letak dan arah ‘spin’ elektron dari unsur logam dapat dilihat pada Gambar 6.17. Pada padatan diamagnet, seluruh elektronnya berpasangan, elektron spin atas dan spin bawah saling meniadakan satu sama lain sehingga momen magnetnya menjadi nol. Jika logam transisi memiliki satu atau lebih elektron tak berpasangan, maka senyawanya bersifat paramagnet. Pada padatan paramagnet elektron pada satu atom tidak mempengaruhi elektron tak berpasangan pada atom tetangganya, sehingga menghasilkan momen magnet yang tertata secara acak. Pada logam yang elektron pada suatu atomnya mempengaruhi penataan elektron tak berpasangan dari atom tetangganya dan menyebabkan momen magnet yang tertata secara teatur disebut sebagai feromagnet. Logam-logam kobalt, besi dan nikel adalah contoh logam feromagnet. Jika padatan feromagnet ini
ditempatkan pada medan magnet luar, elektron-elektronnya cenderung tertata mengikuti paralel searah dari medan magnet tersebut dan akan menjadi magnet permanen. Pada kasus ini kemagnetannya dapat dihilangkan melalui pemanasan atau memvibrasi logamnya untuk menata ulang kembali spin domainnya.

5. Senyawa koordinasi dari beberapa logam transisi

Secara singkat dijelaskan beberapa kimia dari tiga unsur dari deret pertama logam transisi yang sering digunakan yaitu krom, besi dan kobalt.

5.1 Kromiun

Krom larut sangat lambat dalam asam klorida dan asam sulfat membebaskan gas hidrogen. Tanpa keterlibatan udara reaksi akan membentuk larutan “langit biru” dari ion Kromium(II).

Cr(s) + 2 H+(aq) → Cr2+(aq) + 2H2 (g)

Materi Logam dan PengolahannyaDengan adanya udara, Cr(II) akan teroksidasi oleh O2 membentuk ion Cr(III). Reaksi menghasilkan ion [(H2O)4Cr(OH)2Cr(H2O)4]4+. Penambahan larutan asam kuat, ion
ini akan bereaksi lambat dengan H+ membentuk ion Cr(H2O)63+
berwarna hijau yang sering dituliskan sebagai Cr3+(aq) (Lihat
Gambar 6.18). Sehingga reaksi total dengan larutan asam ini sering dituliskan dengan persamaan reaksi:

4Cr2+(aq) + O2(g) + 4H+→ 4Cr3+(aq) + 2H2O(l)

Kromium sering juga dijumpai memiliki bilangan oksidasi +6. pada larutan basa larutan kuning ion kromat (CrO42-) adalah yang paling stabil, sedang dalam larutan asam terbentuk ion dikromat (Cr2O72-) seperti yang ditunjukkan oleh reaksi berikut:

CrO42-(aq) + H+(aq) → HCrO4(aq)
2HCrO4(aq) → Cr2O72-(aq) + H2O(l)

5.2 Besi

Dalam larutan, besi memiliki bilangan oksidasi +2 (fero) atau +3 (feri). Besi bereaksi dengan asam non oksidator seperti asam asetat atau asam sulfat membentuk Fe(II), dengan adanya oksigen, Fe2+ cenderung teoksidasi membentuk Fe3+, Seperti terlihat dalam
persamaan reaksi dengan nilai standar oksidasinya positif:
4Fe2+(aq) + O2 (g) + 4H+(aq) → 4Fe3+(aq) + 2H2O(l) E° = + 0,46

Padatan warna coklat sering juga terlihat pada pipa kran, warna coklat ini adalah besi(III) oksida, yang terbentuk dari oksidasi besi (II) dalam air, yang dapat diwakilkan oleh reaksi berikut ini:

4Fe2+(aq) + 8HCO3-(aq) + O2 (g) → 2Fe2O3(s) + 8CO2 (g) + 4H2O(l)

Besi (III) mudah larut dalam larutan asam sebagai ion terhidrat, Fe(H2O)63+. Ion ini terhidrolisis segera seperti pada reaksi:

Fe(H2O)63+(aq) → Fe(H2O)5(OH)2+(aq) + H+(aq)

5.3 Tembaga

Tembaga dalam larutan air memiliki bilangan oksidasi +1 (kupro) dan +2 (kupri), dengan konfigurasi elektron masing-masing [Ar] 3d10 dan [Ar] 3d9. Garam-daram dari Cu+ sering tak larut
dalam air dan tak berwarna. Dalam larutan air ion Cu+ mengalami reaksi disproposionasi seperti:

2Cu+(aq) → Cu2+(aq) + Cu(s)

Karena reaksi ini dan juga karena mudahnya Cu+ teroksidasi menjadi Cu2+, bilangan oksidasi+2 sebagai bilangan oksidasi yang sering dijumpai pada ion tembaga.
Garam-garam Cu2+ seperti CuSO4 , Cu(NO3)2 dan CuCl2 larut dalam air. Garam-garam ini berwarna biru dan memiliki struktur hidrat, dimana molekul air terikat pada ion tembaga. Cu(OH)2 termasuk garam yang sukar larut dalam air terbentuk dari reaksi antara Cu2+ dengan NaOH. Senyawa biru ini akan kehilangan molekul airnya jika dipanaskan membentuk padatan hitam CuO.

Cu(OH)2 → CuO(s) + H2O(l)

Senyawa tembaga yang paling kecil nilai kelarutannya adalah CuS (Ksp = 6,3 x 10-36). Senyawa hitam ini tak larut dalam NaOH, NH3 atau asam nonoksidator seperti HCl. Namun dengan asam oksidator seperti HNO3 , CuS terlarut karena sulfidanya teroksidasi membentuk sulfur.

3CuS(s) + 8H+(aq) + 2NO3-(aq) → 3Cu2+(aq) + 3S(s) + 2NO(g) + 4H2O(l)

Senyawa-senyawa tembaga secara umum tidak beracun terhadap manusia, kecuali dalam jumlah yang sangat besar.

Daftar Pusaka

Brown, Lemay, Bursten, Murphy, “Chemistry The Central Science”, 11th eds, Pearson Educational International, 2009, hal. 980 – 1011.

Iklan

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: