2DASAR - DASAR PENGoLAHAN LoGAM
7. Spesies utama apa yang terdapat dalam bijih bauksit, apa saja sebagai pengotornya, dan secara singkat bagaimana cara pemurniannya
3.3 GOLONGAN ALKALI TANAH
3.3.8 Garam-garam logam Alkali Tanah Kalsium Karbonat, CaCO3
Kalsium yang merupakan unsur terbanyak kelima di bumi, sangat banyak terdapat sebagai kalsium karbonat dalam deposit masif kapur (chalk), gamping atau batu kapur (limestone), dan marmer yang tersebar luas di mana-mana. Kapur terbentuk juga di dalam laut, terutama selama abad “Cretaceous” kira-kira 135 juta tahun lalu, yang berasal dari kerangka organisme laut yang tak terhitung jumlahnya. Batu kapur terbentuk dalam laut ini, tetapi sebagai endapan sederhana karena jumlahnya yang semakin besar sehingga berlebihan. Persamaan reaksinya adalah :
Ca2+ (aq) + CO32- (aq) CaCO3 (s).
Marmer terbentuk sebagai akibat dari adanya kombinasi panas dan tekanan terhadap deposit batu kapur yang terpendam jauh di dalam kerak bumi yang mengakibatkan batu kapur meleleh. Lelehan batu kapur ini menjadi dingin kembali karena terdorong balik ke permukaan yang akhirnya memadat menjadi bentuk padatan tebal yang disebut marmer. Kalsium karbonat yang sangat murni terdapat dalam dua bentuk kristal yang berbeda yaitu kalsit dan “Iceland spar” (yang artinya tiang kapal Islandia). Kristal yang kedua ini lebih jarang dijumpai, namun kristal ini bersifat unik dalam hal kemampuannya meneruskan dua bayangan dari suatu objek yang diletakkan dibawahnya. Kedua bayangan ini muncul
Logam Golongan s 14 karena kristal ini memepunyai dua indeks refraksi atau indeks bias yang berbeda.
Gua-gua kapur terbentuk karena aliran air hujan yang mengandung karbon dioksida menerobos batu-batu kapur, dan melarutkan sebagian batu kapur ini serta membawanya pergi dalam aliran air dengan meninggalkan rongga-rongga sebagai gua, menurut persamaan reaksi: CaCOCaCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (l) → Ca2+ (aq) + 2 HCO3- (aq) Ion hidrogen karbonat bersifat sangat mudah terpolarisasi, oleh karena itu hanya distabilkan oleh kation yang densitas muatannya rendah seperti natrium (densitas muatannya 24 C mm-3), tetapi ion ini tidak distabilkan oleh ion kalsium yang densitas muatannya tinggi yaitu 52 C mm-3. Dengan demikian penguapan larutan kalsium hidrogen karbonat mengakibatkan terbentuknya kembali padatan kalsium karbonat, menurut persamaan reaksi:
Ca(HCO3)2 (aq) → CaCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (l)
Padatan kalsium karbonat inilah yang membentuk stalagmit, yaitu kalsium karbonat yang bertumbuh terus-menerus dan semakin tinggi dari dasar gua, dan stalagtit yaitu kalsium karbonat yang bertumbuh terus menerus mengarah ke bawah dari atap gua.
Salah satu misteri terbesar di bidang geokimia adalah proses pembentukan mineral dolomit. Dolomit dijumpai sebagai deposit (endapan) yang sangat besar. Struktur kimianya adalah CaMg(CO3)2, yang tersusun oleh ion-ion karbonat yang diselang-selingi secara bergantian oleh ion kalsium dan magnesium. Satu hal yang menarik adalah bahwa banyak deposit hidrokarbon (minyak) dijumpai di dalam deposit dolomit. Jika larutan ion-ion kalsium, magnesium, dan ion karbonat dicampur di laboratorium, maka hanya akan diperoleh campuran kristal kalsium karbonat dan kristal magnesium karbonat. Untuk membentuk dolomit dibutuhkan temperatur diatas 150 oC, suatu kondisi yang tidak mungkint erjadi pada permukaan bumi . Selain itu, konsentrasi ion magnesium di dalam air laut jauh lebih rendah
144 Kimia Anorganik Logam dibandingkan dengan ion kalsium. Hipotesis yang paling populer adalah bahwa dasar batu kapur terbentuk lebih dulu dan terpendam sangat dalam di dalam tanah, kemudian air yang kaya ion magnesium diduga tersirkulasi melalui pori-pori batu kapur ini dan secara selektif terjadi penggantian ion kalsium oleh ion magnesium. Kelemahan yang mencolok dari hipotesis ini adalah adanya hal yang sulit dimengerti mengapa pertukaran ion kalsium denga ion magnesium dapat terjadi secara teratur (uniform) hingga ribuan km3. Meskipun ada kelemahan dari hipotesisi ini, sampai dengan saat ini hipotesis tersebut masih merupakan penjelasan yang terbaik.
Kalsium karbonat dikenal secara populer sebagai Kalsium karbonat dikenal secara populer sebagai antasit. Walau- pun antasit menyediakan salah satu unsur esensial yang diperlukan tu-buh, namun menimbulkan kerugian. Reaksinya dengan asam lambung menghasilkan gas karbon dioksida dan ion kalsium yang ternyata mem- punyai efek yang berlawanan dengan ion magnesium. Ion kalsium me-nimbulkan efek sembelit (atau menyulitkan) sedangkan ion magnesium menimbulkan efek pencahar (pencuci). Antasit tertentu mengandung kedua jenis kation ini untuk saling menetralkan efek yang ditimbulkan. Semen Telah disadari kira-kira sejak 1500 BC, bahwa pasta dari campuran kalsium hidroksida dan pasir (mortar) dapat dipakai untuk merekatkan batu bata atau batu-batu dalam konstruksi bangunan. Campuran material tersebut secara perlahan mengikat karbon dioksida dari udara dan mengubah kalsium hidroksida menjadi padatan keras kalsium karbonat. Antara 100 BC hingga 400 AD, orang-orang Romawi dengan sempurna menggunakan mortar kapur (gamping) untuk mendirikan bangunan-bangunan dan pipa-pipa saluran air, dan sampai sekarang produknya banyak yang masih bertahan. Mereka juga membuat penemuan-penemuan yang penting yaitu bahwa campuran abu gunung berapi dengan mortar kapur (gamping) memberikan material yang jauh lebih kuat. Material-material ini merupakan bahan dasar pembuatan semen modern.
Logam Golongan s 145 Semen merupakan salah satu produk industri kimia terbesar di dunia. Semen dibuat dengan menggerus batu kapur dan serpih (alumino silikat) bersama-sama lalu memanaskan campuran ini hingga 1500 oC. Reaksi kimia yang terjadi membebaskan karbon dioksida dan melelehkan sebagian komponen membentuk padatan gumpalan (bongkahan) yang disebut dengan kerak-arang (clinker). Kerak-arang ini kemudian digerus menjadi serbuk dan dicampurkan dengan sedikit kalsium sulfat. Campuran ini dikenal sebagai semen Portland. Susunan kimia semen ini adalah ~ 26 % Ca2SiO4 (dikalsium silikat), 51 % Ca3SiO5 (trikalsium silikat), dan 11% Ca3Al2O6 (trikalsium aluminat). Ketika air ditambahkan maka terjadi berbagai reaksi hidrasi yang kompleks yang salah satu tipe reaksinya adalah: 2 Ca2SiO4 (s) + 4 H2O (l) → Ca3Si2O7.3H2O (s) + Ca(OH)2 (s) Silikat trihidrat yang disebut gel tobermorit membentuk kristal kuat yang merekatkan ikatan-ikatan kuat silikon-oksigen dengan pasir dan agregat kerikil (batu-batu kecil) yang dicampurkan pada semen. Karena produk lain dalam reaksi tersebut adalah kalsium hidroksida, campuran ini harus diperlakukan sebagai material korosif ketika mengeras. Kalsium klorida Kalsium klorida anhidrat bersifat higroskopik, mudah menyerap uap air, dan oleh karena itu sering dipakai sebagai bahan pengering di laboratorium kimia. Reaksi pembentukan heksahidrat, CaCl2.6H2O, bersifat eksotermik. Kalsium klorida, sebagai ganti natrium klorida, dapat dipakai untuk melelehkan es menurut dua cara. Pertama, reaksinya dengan air sangat eksotermik, dan kedua, kalsium klorida membentuk campuran yang membeku yang berakibat banyak mereduksi titik leleh. Kelarutan kalsium klorida dalam air sangat besar, dan larutan dengan konsentrasi 30 % massa kalsium klorida dapat tetap bertahan sebagai cairan hingga temperatur -55 oC, sangat jauh lebih rendah daripada temperatur terendah -18 oC yang dihasilkan oleh larutan
14 Kimia Anorganik Logam natrium klorida. Salah satu keuntungan penggunaan kalsium klorida adalah bahwa ion kalsium kurang merusak tanaman disbanding dengan ion natrium. Larutan kalsium klorida pekat bersifat seperti lem yang terasa sangat lengkèt, dan sifat ini dapat diaplikasikan untuk menangkap debu pada permukaan jalan yang tidak diperkeras.
Magnesium sulfat dan kalsium sulfat
Magnesium sulfat dijumpai sebagai heptahidrat, MgSO4.7H2O; pada mulanya diberi nama garam Epsom, yaitu nama suatu kota di Inggris tempat garam tersebut pertama kali ditemukan. Seperti garam magnesium yang lain, magnesium sulfat bersifat laksatif (efek memperlancar).
Kalsium sulfat terdapat sebagai dihidrat, CaSO4.2H2O, dan dikenal sebagai gipsum. Deposit mineral murni gipsum dengan densitas sangat tinggi disebut alabaster, dan telah digunakan untuk keperluan seni pahat. Jika dipanaskan ~ 100Jika dipanaskan ~ 100 oC terbentuk hemihidrat, plester (gips Paris), menurut persamaan reaksi :
CaSO4.2H2O (s)
→
∆ CaSO4.½H2O (s) + 1½ H2O (l)Padatan serbuk putih ini bereaksi dengan air secara perlahan membentuk jarum-jarum yang bersambungan dari kristal kalsium sulfat dihidrat yang sangat kuat-keras digunakan sebagai plester (pembalut). Biasanya bahan ini lebih dikenal sebagai pembalut gipsum.
Salah satu manfaat utama gipsum adalah penggunaannya sebagai dinding tembok atau penyekat ruangan yang tahan api. Gipsum tidakGipsum tidak bisa terbakar dan dapat diproduksi dengan biaya murah. Gipsum lebih disukai daripada kapur karena sifat reaksi dehidrasi gipsum yang menghasilkan hemihidrat tersebut. Reaksi ini akan terjadi dengan adanya api (kebakaran). Oleh karena reaksinya bersifat endotermik (hingga ~ 446 kJ mol-1), maka jika terjadi kebakaran gypsum ini akan menyerap energi dari api. Selain itu, setiap mol air yang dihasilkan akan menyerap energi sebesar entalpi penguapan (~ 44 kJ mol-1) untuk
Logam Golongan s 14 mengubahnya menjadi gas atau uap air, dan uap air ini akan mencegah konsumsi oksigen oleh api sehingga kebakaran lanjut dapat dihambat.
Kalsium karbida, CaC2
Kalsium dengan karbon membentuk senyawa yang sangat penting dalam industri yaitu kalsium karbida. Walaupun disebut karbida, senyawa ini tidak mengandung ion karbida, C4-, tetapi ion dikarbida(2-), C22-, yang umumnya disebut ion asetilida. Senyawa ini mengadopsi struktur NaCl, yaitu semua ion dikarbida(2-) menempati posisi anion (seperti halnya Cl-) dan semua ion kalsium menempati posisi kation (seperti halnya Na+) dalam struktur NaCl.
Kalsium karbida dibuat dengan memanaskan karbon (kokas) dan kalsium oksida pada temperatur ~ 2000 oC dalam tanur listrik menurut persamaan reaksi:
CaO (s) + 3 C (s)
→
∆ CaC2 (s) + CO (g)Penggunaan utama dikarbida ini adalah untuk memproduksi etuna (asetilena) yang dipergunakan pada pengelasan, menurut persamaan reaksi:
CaC2 (s) + H2O (l)
→
∆ Ca(OH)2 (s) + C2H2 (g)Sejarahnya, lampu-lampu penambang menggunakan pembakaran gas etuna yang diperoleh dari reaksi karbida dengan air. Para penjelajah gua-gua masih sering menggunakan lampu karbida-air ini karena dapat menghasilkan cahaya terang. Reaksi dengan dioksigen bersifat sangat eksotermik (sehingga dapat dimanfaatkan pada proses pengelasan), menurut persamaan reaksi:
2 C2H2 (g) + 5 O2 (g) → 4 CO2 (g) + 2 H2O (g) + kalor
Reaksi penting yang lainnya adalah dengan gas nitrogen.Reaksi penting yang lainnya adalah dengan gas nitrogen. Pada pemanasan sangat tinggi (~ 1100 oC) dalam tanur listrik terjadi pemutusan ikatan ganda tiga dinitrogen membentuk senyawa kalsium sianamida menurut persamaan reaksi :
148 Kimia Anorganik Logam Ion sianamida, [N=C=N]2-, bersifat isoelektronik dengan karbon dioksida dan juga mempunyai bentuk molekul yang sama yaitu linear. Kalsium sianamida merupakan bahan dasar untuk pembuatan berbagai senyawa organik, termasuk plastik melamin. Senyawa ini juga dapat digunakan untuk pupuk karena reaksinya dengan air akan dibebaskan nitrogen secara perlahan menurut persamaan reaksi: CaCN2 (s) + H2O (l) → CaCO3 (s) + 2 NH3 (g)