Kimia UnsurPeta Konsep
D. Fosforus dan Senyawa Fosforus
Sumber utama dari fosfor adalah batuan fosfat yang dikenal dengan nama apatit, Ca9(PO4)6.CaF6.
Ada beberapa jenis fosfor, yaitu:
1. Fosfor putih, dengan tetrahedral sebagai bentuk molekulnya, lunak, sangat reaktif, dan beracun. Fosfor jenis ini sering disebut sebagai fosfor kuning karena kadang-kadang berwarna kekuningan.
2. Fosfor merah, bentuk molekulnya belum dapat dipastikan, kurang reaktif, dan tidak beracun.
3. Fosfor hitam (mirip grafit), diperoleh dengan memanaskan fosfor putih di bawah tekanan pada suhu 550 °C.
Baik fosfor merah maupun fosfor hitam stabil di udara, tetapi akan terbakar jika dipanaskan. Sedangkan fosfor putih karena mudah menyala dan sangat beracun, maka disimpan di dalam air.
Fosfor dapat diperoleh dari pemanasan batuan fosfat, silika (SiO2), dan coke (C) di dalam pembakar listrik. Uap fosforus yang terbentuk ditampung dalam air.
Reaksi: 2 Ca3(PO4)2(s) + 6 SiO2(s) + 10 C(s)
⎯⎯→
P4(g) + 6 CaSiO3(l) + 10 CO(g)
Kegunaan fosfor, antara lain:
1. Sebagian besar fosfor digunakan untuk memproduksi asam fosfat, di mana asam fosfat digunakan pada pelapisan logam agar tahan terhadap korosi atau dapat dijadikan lapisan dasar dalam pengecatan.
2. Digunakan juga dalam industri minuman ringan untuk memberikan rasa asam.
3. Fosfor merah digunakan untuk membuat korek api.
4. Kalium fosfat digunakan untuk pelengkap makanan dan pada soda kue. 5. Dalam tubuh manusia, fosfor terdapat pada nukleat, yaitu DNA dan RNA
dan kalsium fosfat sebagai senyawa utama penyusun matriks tulang. Beberapa senyawa fosfor sebagai berikut.
1. Asam Fosfat
Asam fosfat murni merupakan padatan kristal tidak berwarna, mempunyai titik leleh 42,35 °C. Pada suhu rendah, asam fosfat bersifat sangat stabil dan tidak mempunyai sifat oksidator, sedangkan pada suhu tinggi cukup reaktif terhadap logam yang mereduksinya.
Asam fosfat diperoleh dengan cara mereaksikan langsung batuan fosfat dengan asam sulfat pekat.
Reaksi:
Ca3(PO4)2(s) + 3 H2SO4(aq) + 6 H2O
⎯⎯→
3 CaSO4·2H2O(s) + H3PO4(aq)
Jika ke dalam asam fosfat ditambahkan gerusan apatit, akan diperoleh pupuk dengan kadar fosfat yang tinggi disebut TSP (triple superfosfat).
Selain untuk pupuk, asam fosfat juga digunakan untuk bahan penunjang detergen, bahan pembersih lantai, insektisida, dan makanan hewan.
2. Pupuk Superfosfat
Garam fosfat banyak digunakan dalam pembuatan pupuk. Batuan fosfat yang dihaluskan langsung dapat digunakan sebagai pupuk, akan tetapi karena kelarutan Ca3(PO4)2 sangat kecil, maka harus ditambahkan 70% asam sulfat untuk menghasilkan pupuk “superfosfat”.
Reaksi: Ca3(PO4)2(s) + 2 H2SO4
⎯⎯3 Ca(H PO )→ 2 4 ( )+ CaSO4( )
Superfosfat
E. Oksigen
Oksigen merupakan unsur yang paling banyak di bumi dan merupakan elemen paling penting dalam kehidupan. Semua makhluk hidup membutuhkan oksigen untuk proses respirasi (pernapasan). Oksigen terdapat di alam dalam keadaan bebas dan dalam bentuk senyawa. Dalam keadaan bebas di alam, oksigen mempunyai dua alotropi, yaitu gas oksigen (O2) dan gas ozon (O3). Kelimpahan oksigen di alam ± 20% dan dalam air ± 5%. Unsur oksigen mudah bereaksi dengan semua unsur, kecuali dengan gas mulia ringan. Gas oksigen tidak berwarna (oksigen padat/cair/lapisan tebal oksigen berwarna biru muda), tidak berbau, dan tidak berasa sehingga tidak terdeteksi oleh panca indra kita. Oksigen mengembun pada –183 °C dan membeku pada –218,4 °C. Oksigen merupakan oksidator yang dapat mengoksidasi logam maupun nonlogam.
Secara industri, dengan proses pemisahan kriogenik distilasi udara akan diperoleh oksigen dengan kemurnian 99,5%, sedangkan dengan proses adsorpsi vakum akan diperoleh oksigen dengan kemurnian 90 – 93% (Kirk – Othmer, vol. 17).
Dalam skala laboratorium, oksigen dapat diperoleh dengan cara berikut. 1. Pemanasan campuran MnO2 dan H2SO4, proses ini pertama kali diperke-
nalkan oleh C. W. Scheele (1771)
Reaksi: MnO2(s) + H2SO4(aq)
⎯
MnSO4(aq) + H2O(l) + O2(g)
2. Pemanasan HgO, proses ini pertama kali diperkenalkan oleh Priesttley
(1771) Reaksi: 2 HgO(s) ⎯ 2 Hg(l) + O2(g) 3. Pemanasan peroksida Reaksi: 2 BaO2(s) ⎯ 2 BaO(s) + O2(g)
Kegunaan oksigen, antara lain:
1. Gas oksigen digunakan untuk pernapasan semua makhluk hidup. 2. Gas oksigen diperlukan untuk proses pembakaran.
3. Pada industri kimia, oksigen digunakan sebagai oksidator untuk membuat senyawa-senyawa kimia.
4. Oksigen cair digunakan untuk bahan bakar roket.
5. Campuran gas oksigen dan hidrogen digunakan sebagai bahan bakar pesawat ruang angkasa (sel bahan bakar).
6. Bersama dengan asetilena digunakan untuk mengelas baja.
7. Dalam industri baja digunakan untuk mengurangi kadar karbon dalam besi gubal.
F.
Belerang
Belerang terdapat di muka bumi dalam bentuk bebas maupun senyawa. Belerang padat mempunyai dua bentuk alotropi, yaitu belerang rombik dan belerang monoklinik. Belerang yang biasa kita lihat adalah belerang rombik, dengan warna kuning, belerang ini stabil di bawah suhu 95,5 °C. Bila lebih dari suhu 95,5 °C, belerang rombik akan berubah menjadi belerang monoklinik yang akan mencair pada suhu 113 °C. Biasanya belerang dijumpai dalam bentuk mineral sulfida dan sulfat, hidrogen sulfida, maupun senyawa belerang organik. Belerang dapat diperoleh dengan cara ekstraksi melalui proses Frasch.
Belerang yang ada di bawah tanah dicairkan dengan mengalirkan air super panas (campuran antara air dan uap air dengan tekanan sekitar 16 atm dan suhu sekitar 160 °C) melalui pipa bagian luar dari suatu susunan tiga pipa konsentrik. Belerang cair kemudian dipaksa keluar dengan memompakan udara panas (dengan tekanan sekitar 20 – 25 atm). Setelah itu belerang dibiarkan membeku. Belerang yang diperoleh dengan cara ini mempunyai kemurnian sampai 99,6%, hal ini disebabkan karena belerang tidak larut dalam air.
Kegunaan belerang yang utama adalah untuk membuat asam sulfat, vulkanisasi karet, dan membasmi penyakit tanaman. Belerang juga digunakan untuk membuat CS2 dan senyawa belerang lainnya.
1. Asam Sulfat
Asam sulfat merupakan zat cair kental, tidak berwarna, dan bersifat higroskopis. Asam sulfat pekat merupakan asam oksidator. Senyawa- senyawa yang mengandung H dan O akan hangus bila dituangi asam sulfat pekat. Hal ini dikarenakan asam sulfat dapat menarik hidrogen dan oksigen dari senyawanya.
Asam sulfat dapat diperoleh menggunakan dua cara. a. Proses Kontak
Bahan baku asam sulfat berupa gas SO2 yang diperoleh dengan pemanggangan pirit atau pembakaran belerang.
Reaksi: 4 FeS2 + 11 O2
⎯⎯→
2 Fe2O3 + 8 SO2 atau S + O2
→
SO2 Gas belerang dioksida yang terjadi dicampur dengan udara, dialirkan melalui katalisator kontak (V2O5) pada suhu ± 500 °C dengan tekanan 1 atm. Pada reaksi ini, V2O5 tidak hanya bertindak sebagai katalisator tetapi juga bertindak sebagai oksidator.
Gas O3 yang terjadi dialirkan ke dalam larutan asam sulfat encer sehingga terjadi asam pirosulfat.
Reaksi: SO3 + H2SO4
⎯⎯→
H2S2O7
Dengan menambahkan air ke dalam campuran ini diperoleh asam sulfat pekat (98%).
Reaksi: H2S2O7 + H2O
⎯⎯→
b. Proses Bilik Timbal
Bahan baku pada proses ini adalah SO2, sama dengan proses kontak. Katalis yang digunakan pada proses ini adalah gas NO dan NO2. Gas SO2, NO, NO2, dan uap air dialirkan ke dalam ruang yang bagian dalamnya dilapisi Pb (timbal). Gas SO2 hasil pemanggangan dialirkan ke dalam menara glover bersama asam nitrat. Dalam hal ini asam nitrat diurai menjadi NO dan NO2. Campuran gas tersebut dialirkan ke dalam bilik timbal bersama-sama udara dan uap air hingga terjadi reaksi. Reaksi: 2 SO2 + O2 + NO + NO2 + H2O
⎯
2 HNOSO4 (asam nitrosil)
Asam nitrosil (HNOSO4) bereaksi dengan H2O membentuk asam sulfat (H2SO4).
Reaksi: 2 HNOSO4 + H2O
⎯
2 H2SO4 + NO + NO2
Gas NO dan NO2 dialirkan ke menara Gay Lussac kemudian diubah menjadi HNO3. Sedangkan asam nitrat akan dialirkan kembali ke menara glover dan seterusnya. Asam sulfat yang terbentuk akan dialirkan ke bak penampungan.
Asam sulfat banyak digunakan pada industri pupuk dan detergen. Selain itu juga bisa digunakan pada industri logam, zat warna, bahan peledak, obat-obatan, pemurnian minyak bumi, dan untuk pengisi aki.