• Gas m ulia • Inert • Gas m onoat om ik • Konfigurasi okt et • Dist ilasi bert ingkat
Udara kering dan bersih pada 20 at m
Menara p end ingin
Kom p resor Udara cair
Selama beberapa tahun, pandangan tersebut dijadikan acuan pada pembentukan ikatan kimia. Menurut teori Lewis, gas mulia tidak reaktif sebab memiliki konfigurasi oktet.
Ketidakreaktifan gas mulia juga dapat dilihat dari data energi ionisasinya. Makin besar energi ionisasi, makin sukar gas mulia membentuk senyawa. Gas helium dan neon hingga saat ini belum dapat dibuat senyawanya.
Pada tekanan normal, semua gas mulia dapat dipadatkan, kecuali helium. Gas helium hanya dapat dipadatkan pada tekanan sangat tinggi, di atas 25 atm. Oleh karena gas helium merupakan gas yang memiliki titik leleh dan titik didih paling rendah maka gas tersebut dapat digunakan sebagai pendingin untuk mempertahankan suhu di bawah 10 K. Pada 4 K, gas helium menunjukkan sifat super fluida tanpa viskositas disebut super konduktor, yaitu zat yang memiliki daya hantar listrik tanpa hambatan dan menolak medan magnet. Daya hantar listrik helium pada 4 K, 800 kali lebih cepat dibandingkan kawat tembaga.
3. Pembuatan dan Kegunaan Unsur Gas Mulia
Secara komersial, semua gas mulia, kecuali helium dan radon diperoleh melalui distilasi bertingkat udara cair. Perbedaan titik didih yang tinggi memungkinkan gas-gas mulia di udara dapat dipisahkan.
Gas mulia banyak dipakai sebagai gas pengisi lampu pijar dan neon. Hampir semua gas mulia berwarna terang jika loncatan bunga api listrik dilewatkan ke dalam tabung berisi gas mulia. Neon berwarna merah, argon berwarna merah muda, kripton berwarna putih-biru, dan xenon berwarna biru.
Tabel 3.1 Energi Ionisasi Pertama Unsur-Unsur Gas Mulia
He Ne Ar Kr Xe Rn
Gas mulia EI(kJ mol–1)
2377 2088 1527 1356 1176 1042
Sekilas
Kimia
Sumber: Jendela Iptek: Kim ia, 1997 Gas mulia merupakan gas monoatomik, tidak berwarna, tidak berasa,
dan tidak berbau. Argon, kripton, dan xenon sedikit larut dalam air akibat terjebak di antara molekul air. Helium dan neon tidak dapat larut dalam air, sebab jari-jari atomnya terlalu kecil hingga dapat meninggalkan air. Beberapa sifat fisika gas mulia dapat dilihat pada tabel berikut.
Jari-jari (pm) Kerapatan (g cm–3) T itik didih (°C) T itik leleh (°C)
Sifat Fisika He
Tabel 3.2 Sifat Fisika dan Kimia Unsur-Unsur Gas Mulia
Ne Ar Kr e Rn 93 0,18 –269 –272 112 0,90 –246 –249 154 1,80 –186 –189 169 3,75 –153 –157 190 5,8 –108 –112 225 10 –62 –71 Gambar 3.1
Skema pencairan udara, digunakan dalam pembuatan udara cair kom ersial.
Sumber: Chem istry(Zum dahl., and Steven, S), 1989 Sumber: Chem istry with Inorganic Qualitative Analysis, 1989
Ram say adalah seorang ahli kim ia berkebangsaan Inggris yang menemukan argon. Dia bekerja sam a dengan ahli fisika Lord Rayleight. Pada tahun 1904 dia m enerim a hadiah Nobel unt uk kim ia.
Sir William Ramsay (1852–1916)
Sumber helium adalah gas alam. Helium memiliki titik didih paling rendah sehingga banyak dipakai sebagai pendingin. Gas mulia juga dipakai sebagai pelarut gas oksigen bagi para penyelam dan sebagai udara atmosfer bagi pesawat ruang angkasa.
O leh karena tabung yang berisi gas mulia menghasilkan cahaya berwarna terang jika dilewatkan loncatan bunga api listrik maka gas mulia banyak digunakan dalam alat penerang (Gambar 3 .2). Lampu neon dari gas mulia banyak digunakan dalam papan reklame. Helium dan nitrogen digunakan sebagai pengisi bola lampu pijar. Dalam bola lampu, campuran gas tersebut mengkonduksi panas dari filamen tungsten. Gas mulia juga digunakan dalam sejumlah sinar laser. Laser dari neon- helium pertama kali dioperasikan sebagai gas laser yang kontinu. Laser tersebut memancarkan cahaya merah dengan panjang gelombang 632,8 nm. Argon merupakan gas mulia terbanyak di udara, diperoleh dengan cara pemanasan udara kering dengan CaC2. Menurut cara ini, gas O2 dan N2 bereaksi dengan CaC2 dan menyisakan gas argon. Persamaan kimianya:
Udara + 3 CaC2⎯⎯→CaCN2 + 2CaO + 5 C + Ar
Gas argon digunakan sebagai gas penyambung (las) logam (Gambar 3.4). Dalam sistem pengukuran, kripton digunakan sebagai standar satuan panjang. Ukuran panjang satu meter didefinisikan sebagai 1.650.763,73 kali panjang gelombang spektrum garis ungu-merah dari atom kripton.
4. Senyawa Gas Mulia
Neil Bartlett, orang pertama yang membuat senyawa gas mulia. Dia mengetahui bahwa molekul oksigen dapat bereaksi dengan platina heksafluorida, PtF6 membentuk padatan ionik [O2+][PtF
6
–]. Oleh karena energi ionisasi gas xenon (1,17 × 103 kJ mol–1) tidak berbeda jauh dengan molekul oksigen (1,21× 103 kJ mol–1), Bartlett menduga bahwa xenon juga dapat bereaksi dengan platina heksafluorida.
Pada tahun 1962, Bartlett berhasil mensintesis senyawa xenon dengan rumus XeF6 berwarna jingga-kuning (lihat Gambar 3.5). Selain itu, xenon juga dapat bereaksi dengan fluor secara langsung dalam tabung nikel pada suhu 400°C dan tekanan 6 atm menghasilkan xenon tetrafluorida, berupa padatan tidak berwarna dan mudah menguap.
Xe(g) + 2F2(g)⎯⎯→XeF4(s)
Sejak saat itu banyak senyawa gas mulia yang dibuat dengan unsur-unsur yang keelektronegatifan tinggi, seperti fluor dan oksigen. Lihat Tabel 3.3.
Di antara semua unsur gas mulia, baru kripton dan xenon yang dapat dibuat senyawanya. Mengapa kedua gas mulia ini dapat membentuk senyawa?
Gambar 3.3 Lampu kilat (blitz) yang dipakai pada foto analog mengandung gas xenon. Sumber: Sougou Kagashi
Gambar 3.2 Berbagai jenis lampu berisi gas mulia.
Sumber: Sougou Kagashi
Gambar 3.4 Gas argon banyak digunakan dalam las (menyambung) logam. Sumber: Sougou Kagashi
Hal ini berkaitan dengan jari-jari atom gas mulia. Pada tabel periodik, jari-jari atom gas mulia makin ke bawah makin besar. Akibatnya, gaya tarik inti terhadap elektron valensi makin berkurang sehingga atom-atom gas mulia seperti xenon dan kripton lebih reaktif dibandingkan gas mulia yang lain. Radon dengan jari-jari paling besar juga dapat bereaksi dengan oksigen atau fluor, tetapi karena radon merupakan unsur radioaktif menjadikan senyawa yang terbentuk sukar dipelajari.
Jika senyawa-senyawa fluorida dari xenon direaksikan dengan air akan terbentuk senyawa xenon yang lain. Persamaan kimianya:
2XeF2 + 2H2O⎯⎯→2Xe + O2 + 4HF
6XeF4 + 12H2O⎯⎯→2XeO3 + 4Xe + 3O2 + 24HF XeF6 + H2O⎯⎯→XeOF4 + 2HF
Xenon trioksida, XeO3 merupakan oksida xenon yang paling utama. XeO3 memiliki bentuk padat berwarna putih dan bersifat eksplosif. Akan tetapi, jika dilarutkan dalam air, sifat eksplosif XeO3 akan hilang sebab terbentuk senyawa asam ksenat, H2XeO4, yang bersifat oksidator kuat.
Xenon trioksida dapat juga bereaksi dengan suatu basa, seperti NaOH membentuk garam ksenat dan garam perksenat. Persamaan kimianya:
XeO3 + NaOH⎯⎯→NaHXeO4 (natrium ksenat)
4NaHXeO4 + 8NaOH⎯⎯→3Na4XeO6 + Xe + 6H2O (natrium perksenat)
Gambar 3.5 Kristal XeF4
Pertama dibuat tahun 1962, melalui reaksi langsung Xe(g) dan F2(g) dalam kamar reaktor nikel pada 400°C dan 6 atm.
Kerjakanlah di dalam buku latihan.
1. Xenon difluorida dihidrolisis dalam larutan basa menghasilkan xenon, ion fluorida, dan O2. Tuliskan persamaan reaksinya.
2. Xenon difluorida adalah oksidator yang kuat. Dalam larutan HCl senyawa ini tereduksi menjadi xenon
Tes Kompetensi Subbab
A
dan HF. Tuliskan reaksi redoksnya, disertai dengan HCl yang dioksidasi menjadi Cl2.
3. Gambarkan struktur molekul dari XeF2, XeF4, dan XeF6. Hibridisasi apa yang terjadi pada senyawa tersebut? Sumber:Chemistry,2000 Xenon difluorida Xenon tetrafluorida Xenon heksafluorida Xenon trioksida Xenon tetroksida Senyawa Rumus XeF2 XeF4 XeF6 XeO3 XeO4 Deskripsi Kristal tak berwarna Kristal tak berwarna Kristal tak berwarna Kristal tak berwarna, eksplosif
Gas tak berwarna, eksplosif
Tabel 3.3 Senyawa yang Mengandung Unsur Gas Mulia (Xenon) dengan Unsur Elektronegatif
Gambarkan struktur molekul dari senyawa xenon, kemudian hubungkan dengan teori oktet dari Lewis. Adakah penyimpangan? Tergolong senyawa apakah menurut Lewis?
Kegiatan Inkuiri
Gambar 3.6 Mineral fluoroapat it dan fluorit (fluorosfar) [He]2s22p5 F [Ne]3s2 3p5 Cl [Ar]4s2 4p5 Br [Kr]5s2 5p5 I [Xe]6s2 6p5 At II A Sumber:Chemistry,2000
B.
Unsur-Unsur Halogen
Berdasarkan konfigurasi elektronnya, halogen menempati golongan VIIA dalam tabel periodik. Atom-atom unsur halogen memiliki afinitas elektron tinggi sehingga mudah menerima elektron membentuk konfigurasi elektron gas mulia. Oleh sebab itu, unsur-unsur halogen tidak pernah ditemukan dalam keadaan unsur bebas di alam.
1 Kelimpahan Unsur Halogen
Halogen umumnya terdapat dalam bentuk garamnya. Oleh sebab itu, unsur-unsur golongan VIIA dinamakan halogen, artinya pembentuk garam (halos dan genes, halos = garam; genes = pembentuk atau pencipta).
Fluorin dan klorin merupakan unsur halogen yang melimpah di alam. Fluorin terdapat dalam mineral fluorapatit, 3Ca3(PO4)2.CaF2 dan mineral fluorit, CaF2. Bentuk kedua mineral tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.6.
Klorin melimpah dalam bentuk NaCl terlarut di lautan maupun sebagai deposit garam. Bromin kurang melimpah, terdapat sebagai ion Br dalam air laut. Iodin terdapat dalam jumlah sedikit sebagai NaI dalam air laut dan sebagai NaIO3 bersama-sama garam nitrat. Unsur astatin tidak dijumpai di alam sebab bersifat radioaktif sehingga mudah berubah menjadi unsur lain yang lebih stabil.
2. Sifat-Sifat Unsur Halogen
Semua unsur halogen terdapat sebagai molekul diatom, yaitu F2, Cl2, Br2, dan I2. Fluorin dan klorin berwujud gas, fluorin berwarna kuning pucat dan klorin berwarna kuning kehijauan. Bromin mudah menguap, cairan dan uapnya berwarna cokelat-kemerahan. Iodin berupa zat padat berwarna hitam mengkilap yang dapat menyublim menghasilkan uap berwarna ungu (lihat Gambar 3.7).
Unsur-unsur halogen mudah dikenali dari bau dan warnanya. Halogen umumnya berbau menyengat, terutama klorin dan bromin (bromos, artinya pesing). Kedua gas ini bersifat racun sehingga harus ditangani secara hati-hati. Jika wadah bromin bocor maka dalam beberapa saat, ruangan akan tampak cokelat-kemerahan. Titik leleh, titik didih, dan sifat-sifat fisika lainnya ditunjukkan pada Tabel 3.4.
T itik leleh (°C) T itik didih (°C) Massa jenis (g cm–3) Keelektronegatifan Afinitas eletron (kJ mol–1) Jari-jari ion ( )
Jari-jari kovalen ( )
Sifat Sifat Unsur F
Tabel 3.4 Beberapa Sifat Unsur-Unsur Golongan VIIA
–220 –188 0,0017 4,0 – 328 1,19 0,64 Cl –101 –35 0,0032 3,0 –349 1,67 0,99 –7 –59 3,12 2,8 –325 1,82 1,14 114 184 4,93 2,5 – 295 2,06 1,33 Br I – – – 2,2 –270 – 1,48 At
Kenaikan titik leleh dan titik didih dari atas ke bawah dalam tabel periodik disebabkan gaya London di antara molekul halogen yang makin meningkat dengan bertambahnya panjang ikatan. Gaya berbanding lurus dengan jarak atau panjang ikatan.
Kereaktifan halogen dapat dipelajari dari jari-jari atomnya. Dari atas ke bawah, jari-jari atom meningkat sehingga gaya tarik inti terhadap penerimaan (afinitas) elektron makin lemah. Akibatnya, kereaktifan unsur-unsur halogen dari atas ke bawah berkurang.
Kereaktifan halogen dapat juga dipelajari dari afinitas elektron. Makin besar afinitas elektron, makin reaktif unsur tersebut. Dari atas ke bawah dalam tabel periodik, afinitas elektron unsur-unsur halogen makin kecil sehingga kereaktifannya: F Cl Br I.
Oleh karena unsur halogen mudah menerima elektron maka semua unsur halogen merupakan oksidator kuat. Kekuatan oksidator halogen menurun dari atas ke bawah dalam tabel periodik. Hal ini dapat dilihat dari potensial reduksi standar:
F2 + 2e–⎯⎯→2F– E° = + 2,87 V Cl2 + 2e–⎯⎯→2Cl– E° = + 1,36 V Br2 + 2e–⎯⎯→2Br– E° = + 1,07 V I2 + 2e–⎯⎯→2I– E° = + 0,54 V
Berdasarkan data potensial reduksi standar dapat disimpulkan bahwa F2 merupakan oksidator paling kuat. Oleh karena itu, unsur halogen dapat mengoksidasi halogen lain yang terletak di bawahnya dalam tabel periodik, tetapi reaksi kembalinya tidak terjadi.
Kekuatan oksidator F2, Cl2, Br2, dan I2 dapat dilihat dari reaksi antarhalogen. Gas fluorin dapat mengoksidasi unsur-unsur halogen yang berada di bawahnya: F2(g) + 2Cl–(aq)⎯⎯→2F–(aq) + Cl 2(g) F2(g) + 2Br–(aq)⎯⎯→2F–(aq) + Br 2(g) F2(g) + 2l–(aq)⎯⎯→2F–(aq) + l 2(s)
Demikian pula jika gas klorin ditambahkan ke dalam larutan yang mengandung ion Br– atau ion I–, akan terbentuk bromin dan iodin.
Cl2(aq) + 2Br–(aq)⎯⎯→2Cl–(aq) + Br 2(aq) Cl2(aq) + 2I–(aq)⎯⎯→2Cl–(aq) + I
2(aq)
Reaksi Cl2 dengan Br– atau I– dapat digunakan untuk identifikasi bromin dan klorin dalam suatu senyawa ion.
Gambar 3.7
Kristal Iodium apabila dipanaskan tidak mencair, tetapi menyublim.
Sumber:Chemistry: The molecular Science,1997
Halogen dapat mengoksidasi halogen lain yang berada di bawahnya dalam tabel periodik, tetapi reaksi kebalikannya tidak terjadi. Halogen can be oxidized by anot her halogen w hich is under the first one in periodic table, but the opposite react ion w ill not occur.
