Seksi VI : Data Reaktivitas
5 B AHAN K IMIA K OROSIF
6 B AHAN K IMIA YANG R EAKTIF PADA A IR
Air dapat bereaksi dengan bahan berbahaya membentuk suatu produk yang dapat terbakar dengan sendirinya, menimbulkan ledakan, toksik atau bersifat korosif. Proses yang menyebabkan air mendekomposisi suatu materi dikenal sebagai hidrolisis. Tetapi proses hidrolisis ini tidak selalu menimbulkan bahaya. Salah satu karakteristik B3 adalah sifat reaktifnya, karena dapat :
- bereaksi dengan air secara kuat,
- membentuk campuran yang eksplosif bila bercampur air, - menghasilkan gas, uap atau asap toksik.
Disamping itu dikenal pula bahan yang higroskopik, yaitu bahan yang mampu untuk menyerap air di udara, seperti H2O4 dan NaOH, sehingga bila bahan tersebut dibiarkan
terbuka di udara lembab, maka wadahnya lama kelamaan akan penuh. Beberapa bahan dikenal pula sebagai piroforik, yaitu bahan yang dapat terbakar secara spontan bila berada dalam keadaan udara kering atau lembab atau pada temperatur < 54,5 °C. Dalam uraian berikut ini dijelaskan secara umum kelompok bahan yang termasuk dalam katagori reaktif dalam air.
Logam-logam Alkali
Beberapa jenis logam ini adalah lithium, natrium, kalium, cesium, rubidium dan francium; namun yang paling sering digunakan adalah lithium, natrium dan kalium. Logam-logam alkali ini merupakan kelompok logam yang paling reaktif, terutama dalam kondisi lembab akan menghasilkan gas H2 dengan resiko kebakaran yang tidak dapat
dipadamkan dengan air, tetapi biasanya dengan dry powder yang mengandung grafit. Pengangkutan bahan ini membutuhkan label yang menyatakan sebagai 'berbahaya bila lembab'. Beberapa sifat dari lithium, natrium dan kalim adalah seperti terlihat dalam tabel 4.1.
TABEL 5.1 : Sifat fisika logam-logam alkali Lithium Natrium Kalium Kerapatan pada 20o C (g/ml) 0,534 0,972 0,819 Titik leleh (° C) 179 97,5 63,7 Titik didih (o C) 1317 833 760 Panas fusi (kcal/kg) 103,2 27,2 14,6 Panas penguapan (kcal/kg) 4680 1005 496
Lithium adalah logam yang lunak, merupakan unsur padat yang paling ringan dan dapat mengapung pada produk minyak bumi. Bahan ini digunakan dalam industri porselen, keramik, agen pemutih, farmasi. Bila bereaksi dengan air akan menghasilkan reaksi :
2 Li(s) + 2 H2O(l) ⇒ 2 LiOH(l) + H2(g)
Reaksi berlangsung lambat bila dibandingkan dengan reaksi alkali yang lain, sehingga tidak berbahaya dibandingkan logam alkali lainnya. Oleh karena titik didihnya lebih tinggi dari air, maka bila bereaksi dengan air akan tetap sebagai padatan, sedangkan logam alkali lainnya akan meleleh.
Natrium adalah unsur keenam yang paling banyak dijumpai dalam tanah dan lautan. Logam ini juga lunak, dan merupakan logam alkali yang paling umum digunakan. Bahan ini antara lain digunakan dalam produksi logam titanium, sebagai katalis dalam pembuatan karet sintetis, sebagai bahan baku dalam pembuatan senyawa-senyawa yang mengandung natrium yang bersifat reaktif, seperti natrium peroksida. Natrium dapat menyala secara spontan dalam udara bertemperatur kamar, berasap kuning dan membentuk natrium oksida sesuai dengan reaksi :
4 Na(s) + O2(g) ⇒ 2 Na2O(s)
Kalium merupakan unsur ketujuh yang paling banyak dijumpai di dalam tanah dan lautan. Sebagaian besar logam kalium digunakan untuk memproduksi logam campuran natrium-kalium sebagai penukar panas pada fluida. Dibandingkan dengan logam alkali yang lain, logam ini adalah yang paling reaktif. Bila terpapar dengan udara pada temperatur kamar, logam ini akan terbakar, berasap ungu dan membentuk kalium oksida.
Logam-logam lain
Beberapa jenis logam lain yang mempunyai sifat reaktif terhadap air adalah magnesium, titanium, alumunium dan seng. Kelompok ini bila dalam bentuk bubuk akan secara spontan meledak sehingga dapat menimbulkan resiko kebakaran, karena bersifat piroforik. Kemurnian dari logam kelompok ini akan menentukan resiko tersebut di atas. Bila permukaan logam ini diselimuti oleh oksida, maka resiko tersebut dapat dikurangi. Faktor lain yang mempengaruhinya adalah ukuran partikel, distribusi atau dispersi partikel, kelembaban dan jumlah oksigen yang terserap.
Magnesium merupakan unsur ke delapan yang terbanyak dijumpai di dalam tanah dan lautan. Logam ini termasuk logam yang ringan sehingga sering digunakan dalam industri pesawat terbang, mobil, atau untuk pembuatan bagian-bagian mesin dan
sebagainya. Bila logam ini terbakar di udara, hanya sekitar 75 % diantaranya yang bereaksi dengan oksigen untuk membentuk magnesium oksida, sedang sisanya akan membentuk magnesium nitrida, seperti reaksi :
2 Mg(s) + O2(g) ⇒ 2 MgO(s)
3 Mg(s) + N2(g) ⇒ Mg3N2(s)
Cahaya yang ditimbulkan oleh terbakarnya magnesium adalah putih terang, yang dapat membahayakan retina mata. Asap dari magnesium oksida berbahaya bila terhisap karena bersifat reaktif terhadap lembab yang ada dalam saluran pernafasan dan membentuk magnesium hidroksida, yang dapat menimbulkan luka pada paru-paru. Pengangkutan bahan ini membutuhkan label yang bertuliskan 'berbahaya bila lembab'. Titanium merupakan elemen ke sepuluh yang paling banyak dijumpai di dalam tanah dan lautan. Seperti halnya magnesium, logam ini termasuk yang mempunyai kerapatan kecil dibandingkan logam lainnya. Logam ini sekeras baja tetapi 45 % lebih ringan. Oleh karena kombinasi keras dan ringan ini, maka logam ini banyak digunakan dalam industri pesawat terbang. Logam ini tahan terhadap sifat korosi air laut sehingga banyak digunakan dalam pembuatan kapal laut. Namun biaya untuk memproduksi logam ini adalah sangat tinggi sehingga membatasi penggunaannya. Seperti halnya magnesium, logam ini reaktif terhadap air dan berisiko terhadap terjadinya ledakan dan kebakaran. Aluminum (alumunium) merupakan bahan yang paling populer diantara bahan-bahan sebelumnya, dan merupakan unsur ketiga terbanyak di perut bumi dan lautan. Alumunium lebih ringan dibanding titanium. Bahan ini dapat dibentuk sebagai lembaran yang tipis dan banyak digunakan dalam kegiatan industri maupun non- industri. Alumunium murni termasuk salah satu logam yang paling reaktif. Namun dengan terbentuknya alumunium oksida yang berada di permukaan akan melindungi logam ini dari reaksi kimia. Adanya lapisan inilah yang menyebabkan alumunium dianggap sebagai logam yang tidak berbahaya. Seperti halnya yang lain, maka bila serbuk alumunium diangkut maka dibutuhkan label sebagai 'berbahaya bila lembab'.
Seng termasuk yang sering digunakan dalam kegiatan non-industri. Campurannya dengan tembaga menghasilkan logam campuran yang dikenal sebagai kuningan. Seng juga digunakan untuk melindungi besi dari korosi (galvanis), atau sebagai pigmen dalam pembuatan cat. Transportasi bubuk seng membutuhkan label 'berbahaya bila lembab'.
Senyawa Organometalik
Kelompok senyawa organometalik yang penting dalam industri adalah dalam bentuk atom-atom logam yang terikat secara langsung dengan atom-atom karbon, sehingga dekenal sebagai senyawa-senyawa organometalik. Senyawa ini biasanya digunakan sebagai katalis polimerisasi. Tidak kurang dari 50 jenis senyawa organometalik tersedia secara komersial, umumnya mengandung satu sampai sepuluh atom karbon pada setiap molekulnya, beberapa diantaranya adalah : diethylzinc (C2H5)2Zn, tetraethyllead
(C2H5)5Pb, trimethylaluminum Al(CH3)3, tri(isobutyl) aluminum Al(C4H9)3,
dimethylcadmium Cd(CH3), tetramethyltin Sn(CH3)4.
Diethylzinc adalah organometalik yang biasanya digunakan dalam sintesa beberapa senyawa organik, terutama senyawa organometalik yang lain, dan digunakan pula sebagai katalis dalam polimerisasi ethene. Senyawa ini bersifat piroforik, dapat terbakar secara spontan di udara, membentuk seng oksida, karbon dioksida dan air. Dalam air, senyawa ini akan bereaksi secara keras membentuk ethane, seperti reaksi :
(C2H5)2Zn(l) + 2H2O(l) ⇒ Zn(OH)2(s) + C2H6(g)
Tata cara pengangkutan di Amerika Serikat mensyaratkan label 'bahan bakar spontan'. Diantara bahan organometalik yang mungkin paling terkenal adalah tetraethyllead yang digunakan dalam mengurangi ketuk (knock), yang ditambahkan pada bahan bakar kendaraan bermotor. Bila terjadi pembakaran, akan dihasilkan cemaran timbal di udara, sehingga sangat tidak dianjurkan untuk digunakan. Berbeda dengan senyawa organometalik yang lain, senyawa ini merupakan satu- satunya yang bukan termasuk piroforik, serta tidak reaktif terhadap air. Satu- satunya karakteristik bahaya yang menyertainya adalah sifat toksik dari cairan atau uapnya bila terhirup, terhisap atau kontak melalui kulit. Oleh karenanya, transportasi bahan ini membutuhkan label bertuliskan 'racun'. Maksimum pemaparan di ruang kerja adalah 0,075 mg/m3.
Kelompok organometalik yang juga penting dalam industri adalah senyawa- senyawa yang mengandung atom alumunium yang terikat pada atom karbon, dikenal sebagai senyawa aluminum alkyl, seperti trimethylaluminum dan tri(isobutyl) aluminum, yang digunakan terutama untuk katalis polimerisasi. Seluruh senyawa kelompok ini merupakan senyawa yang piroforik, bereaksi secara keras dengan air dan sangat toksik.
Hidrida-hidrida Metalik
Kelompok hidrida-hidrida metalik yang paling banyak digunakan secara komersial adalah yang tersusun dari atom hidrogen, atau logam alkali atau alumunium, atau kadangkala boron. Senyawa ini biasanya digunakan dalam industri sebagai pereduksi. Senyawa ini relatif stabil, namun bila bereaksi dengan air, termasuk kelembaban udara, akan menghasilkan gas H2 dan mudah terbakar. Kelompok ini juga bereaksi secara hebat dengan bahan odsidator. Beberapa jenis hidrida metalik ini antara lain adalah lithium atau natrium hidrida (LiH), lithium atau natrium borohidrida, tetrahidridoaluminate (LiAlH4), lithium aluminium hidrida (LiAlH4), aluminium tetrahidridoborate Al(BH4)3.
Departemen Transportasi Amerika Serikat mengatur secara khusus pengangkutan lithium dan natrium hidrida , serta lithium dan natrium borohidrida sebagai 'berbahaya bila lembab.
Borane
Senyawa-senyawa hidrogen dengan satu atau lebih unsur non-metal dikenal sebagai hidrida-hidrida molekular, karena berada sebagai satuan molekular. Molekular hidrida yang umum adalah air. Contoh lain adalah hidrogen sulfida (H2S), amonia (NH3),
methane (CH4), hidrogen khlorida (HCl) dan sebagainya. Molekular hidrida dari boron
disebut borane, merupakan senyawa yang reaktif terhadap air, sangat toksik dan bila terbakar akan terbentuk oksida boron. Paling tidak dikenal 14 jenis borane, umumnya tidak stabil pada temperatur kamar. Hidrida-hidrida ini akan terdekomposisi menjadi boron dan hidrogen pada temperatur di atas 300 o C.
Borane (BH3)pada tekanan atmosfer adalah tidak stabil, dan berubah menjadi diborane
(B2H6). Diborane ini termasuk gas yang mudah terbakar. Dengan konsentrasi diborane
sebesar 0,8 % (volume) di udara, akan dapat menyebabkan pembakaran spontan dan berasap hijau. Dengan sifat panas pembakarannya yang tinggi (527 kcal/mol), disertai dengan berat molekulnya yang rendah, menyebabkan diborane digunakan sebagai bahan bakar roket. Disamping itu, diborane tergolong toksik. Pemaparan maksimum
dalam ruangan kerja adalah hanya 0,1 ppm. Transportasi bahan ini membutuhkan label 'gas beracun dan mudah terbakar'.
Peroksida, Karbida, Fosfida dan Khlorida Metalik
Senyawa-senyawa yang tersusun antara logam dengan ion peroksida (O2=) dikenal
sebagai peroksida metalik, yang umumnya berbahaya karena bersifat sebagai oksidator disamping reaktif terhadap air. Peroksida metalik yang penting dalam industri adalah yang tersusun dari logam alkali dan alkali tanah, terutama natrium peroksida dan barium peroksida. Senyawa ini tidak terbakar, namun dapat menimbulkan api. Barium peroksida disamping membutuhkan label 'oksidator', diperlukan juga label 'racun'. Ion-ion karbon dalam bentuk C22-, C4- atau C34- dikenal sebagai karbida, dan senyawa
yang mengandung logam dengan ion-ion karbida dikenal sebagai karbida-karbida metalik, seperti kalsium karbida CaC2 yang digunakan dalam industri sebagai sumber
acetylene dan pupuk kalsium cyanamida. Bila kalsium karbida bereaksi dengan air, gas acetylene (C2H2) akan terbentuk sesuai dengan reaksi :
CaC2 (s) + 2 H2O(l) ⇒ Ca(OH)2(s) + C2H2 (g)
Gas acetylene inilah yang berfungsi sebagai bahan bakar pada saat digunakan dalam pengelasan. Untuk menghindari bahaya kebakaran atau ledakan, maka kalsium karbida harus dijaga agar tetap kering dan bebas dari lembab udara.
Contoh fosfida metalik adalah kalsium fosfida, yang juga reaktif terhadap air. Bila kalsium fosfida bereaksi dengan air, akan terbentuk gas bakar fosfine, seperti reaksi di bawah ini :
Ca3P2(s) + 6 H2O(l) ⇒ 3 Ca(OH)2(s) + 2 PH3(g)
Gas fosfine juga bersifat toksik.
Senyawa-senyawa yang mengandung khlor dengan metalik dan atau non-metalik merupakan substansi yang reaktif terhadap air. Senyawa ini tergolong berbahaya, karena bereaksi secara keras dengan air, menghasilkan hidrogen khlorida. Hidrogen khlorida adalah toksik, gas iritan dan bila berbentuk larutan akan bersifat korosif. Beberapa jenis senyawa ini adalah : alumunium khlorida (AlCl3) yang bersifat korosif,
antimoni pentakhlorida (SbCl5) yang bersifat korosif, boron trikhlorida (BCl3)menguap
pada 18oC dan bersifat toksik, fosforus oksikhlorida (POCl3) yang bersifat korosif dan
toksik.