Pembuatan Unsur dan Senyawa a Pembuatan Gas Mulia

a Gas Mulia

3. Pembuatan Unsur dan Senyawa a Pembuatan Gas Mulia

1) Pengambilan Helium (He) dari gas alam

Sumber gas He yang utama terdapat di matahari dan bintang tetapi kita sulit mengambilnya. Di udara terdapat dalam jumlah yang sangat sedikit. Untuk mengambilnya secara ekonomi tidak menguntungkan maka dicari sumber lain, yaitu yang berasal dari gas alam.

Untuk mendapatkan Helium dari gas alam ini diembunkan sehingga diperoleh produk yang berupa campuran Helium (He), gas Nitrogen (N₂) dan pengotor. Agar diperoleh gas He murni,

dilakukan proses kriogenik dan adsorbsi. Kriogenik adalah cara mendapatkan pada suhu rendah umumnya di bawah -100o_C.

Dalam proses kriogenik campuran gas alam diberi tekanan lalu didinginkan dengan cepat agar N₂mengembun sehingga dapat di- pisahkan. Dengan proses adsorbsi pengotor dapat diserap sehingga diperoleh gas helium murni.

2) Pengambilan Ne, Ar, Kr, Xe dari udara

Pada tahap awal dilakukan pemisahan udara dari CO₂dan uap air. Selanjutnya udara diembunkan dengan pemberian tekanan ± 200 atm dan diikuti dengan pendinginan cepat. Dengan ini sebagian besar udara akan membentuk fase cair dengan kandungan gas mulia lebih banyak ± 60% gas mulia (Ar, Kr, Xe) dan sisanya ± 30% O₂dan 10% N₂. He dan Ne tidak mengembun karena titik didih kedua gas tersebut sangat rendah. Langkah berikutnya Ar, Kr, dan Xe dipisahkan dengan menggunakan proses adsorbsi atau destilasi fraksionasi.

(i) Proses adsorbsi

Oksigen dan nitrogen dipisahkan terlebih dahulu untuk memperoleh Ar, Kr, dan Xe. O₂direaksikan dengan Cu sedangkan N₂ direaksikan dengan Mg. Hasil dari pemisahan ini (Ar, Xe, dan Kr) diadsorpsi oleh arang teraktivasi. Pada saat arang dipanaskan perlahan, setiap gas akan keluar dari arang. Akhirnya pada suhu ± -80o_{C diperoleh Ar, sementara Kr, dan Xe diperoleh pada suhu} yang lebih tinggi.

(ii)Proses destilasi bertingkat

Proses destilasi bertingkat merupakan prinsip pemisahan zat berdasarkan perbedaan titik didih zat. Titik didih N₂paling tinggi sehingga N₂dapat dipisahkan terlebih dahulu, kemudian Ar dan O₂ dipisahkan. Sedangkan Xe dan Kr dipisahkan pada tahapan destilasi berikutnya.

3) Perolehan Radon (Rn)

Radon diperoleh dari peluruhan unsur radioaktif U-238 dan peluruhan langsung Ra-226. Radon cepat meluruh menjadi unsur lain, Radon mempunyai waktu paruh 3,8 hari.

b. Pembuatan Halogen

Halogen dapat dibuat dengan cara elektrolisis atau dengan cara

mengoksidasi senyawa halida (X-_{). Pada umumnya unsur-unsur}

halogen (X₂) dibuat di laboratorium dengan cara mengoksidasi

tidak ada oksidator yang mampu mengoksidasi senyawa fluorida (F). Mengapa demikian? Fluorin mempunyai daya oksidasi tinggi dibanding halogen yang lain. Unsur halogen klorin, bromin, dan iodin dapat dihasilkan dari oksidasi terhadap senyawa halida dengan oksidator MnO₂atau KM_nO₄dalam lingkungan asam.

1. Fluorin (F₂)

Fluorin diperoleh melalui proses elektrolisis garam hidrogen fluorida, KHF₂ dilarutkan dalam HF cair, kemudian ditambahkan LiF 3% (agar suhu turun sampai ±100o_{C). Elektrolisis dilakukan} pada tempat terbuat dari baja, di mana sebagai katode baja dan sebagai anoda karbon (grafit).

Reaksi KHF₂→K++ HF₂- HF₂-_→H+_{+ 2F}- Katode : 2H+_{+ 2e →H} 2 Anoda : 2F- _→F 2+ 2e

Reaksi di atas perlu digunakan diafragma (pemisah berupa monel), untuk mencegah terjadinya reaksi antara H₂ dan F₂ maka gas F₂ yang terbentuk dapat ditampung dalam wadah yang terbuat dari aliasi Cu dengan Ni

2. Klorin (Cl₂)

Air laut dan garam batu merupakan sumber utama Cl, untuk mendapatkan Cl dapat dilakukan elektrolisis leburan NaCl, dan elektrolisis larutan NaCl.

Proses Downs

Elektrolisis leburan NaCl (NaCl cair)

Katode (besi) : Na+_{+ e →Na}

Anoda (karbon) : 2Cl-_→Cl 2+ 2e

Pada proses di atas sebelum NaCl dicairkan, NaCl dicampurkan dengan sedikit NaF (agar titik lebur turun dari 800o_{C menjadi} 600o_{C. Kontak (reaksi) antara logam Na dan gas Cl}

2 terbentuk digunakan lapisan besi tipis.

3. Bromin (Br₂)

Air laut juga sumber utama Br. Setiap 1 m3 _{air laut terdapat 3 kg} bromin (Br₂). Bromin didapatkan dengan cara mengoksidasi ion bromida yang terdapat dalam air laut.

Cl_(g)+ 2Br–

Br₂dalam air dapat mengalami hidrolisis. Br_2(g)+ H₂O_(l)→2H+_(aq)+ Br–_(aq)+ + BrO–_(aq)

Reaksi hidrolisis dapat dicegah dengan cara menambahkan H₂SO₄ pada air laut hingga pHnya 3,5. Setelah pH air laut 3,5, baru dialiri gas Cl₂ dan udara. Gas Br₂ yang diperoleh dimurnikan dari Cl₂ dengan cara destilasi.

4. Iodin (I₂)

Yodium di alam hanya terdapat natrium yodat (NaIO₃). Yodium

dibuat secara reduksi ion yodat dengan produksi natrium hidrogen- sulfit.

(IO₃-_{+ 6H} +_{+ Se →}1_⁄

2 I2+ 3H2O) x 2 (HSO₃-_{+ H}

2O →HSO4-+ 2H++ 2e) x 5

Ganggang laut (mengandung KI) dikeringkan, abu dari ganggang laut dicampur dengan air panas dan disaring. Larutan yang terjadi diuapkan sementara zat-zat yang kurang larut mengkristal. Sisa larutan kemudian dialiri gas Cl₂.

2KI_(aq)+ Cl_2(g)→2KCl_(aq)+ I_2(g)

5. Astatin (At)

Astatin diperoleh dari penembakan Bi dengan partikel α (He).

Astatin bersifat radioaktif dan mempunyai waktu paropendek (8,1 jam)

c. Pembuatan Logam Alkali

Logam-logam alkali dapat dibuat dengan elektrolisis lelehan garamnya atau mereduksi garamnya. Elektrolisis larutan garam logam alkali tidak akan menghasilkan logam alkali karena harga potensil elektroda lebih negatif dari pada air.

Ini dapat diperoleh dengan elektrolisis lelehan LiCl sebagai berikut. LiCl_(l) →Li+_(l)+ Cl-_(l)

Katoda: Li+

(l)+ e →Li Anoda: Cl–

(l) →1⁄2 Cl2(g)+ e

Natrium dibuat dari elektrolisis lelehan natrium klorida yang dicampur dengan kalsium klorida disebut proses gown. Fungsi dari kalsium klorida untuk menurunkan titik cair sehingga lebih efisien (dari 800o_{C sampai 500}o_C). 83 219 2 4 85 221 01 Bi He Bi + → + 2 n

NaCl_(l) →Na+_(l)+ Cl–₍l₎ Na+

(l)+ e →Na(l) Cl–

(l) →1⁄2 Cl2(g)+ e

3.28 Gambar pembuatan natrium dengan proses down

Logam kalium, rubidium, dan cesium dibuat dengan mereduksi lelehan garam kloridanya.

Na_(s)+ KCl₍l₎ ←→ NaCl₍l₎+ K_(s) Na_(s)+ RbCl₍l) ←→ NaCl(l)+ Rb(s) Na_(s)+ CsCl _←→ _NaCl

(l)+ Cs(s)

Kalium, rubidium, dan cesium yang terbentuk mudah menguap, maka harus dikeluarkan dari sistem kesetimbangan, sehingga kesetimbangan bergeser ke zat hasil.

d. Alkali Tanah

Alkali tanah mempunyai harga potensial elektroda sangat negatif, sehingga pembuatan logam alkali tanah dilakukan dengan cara elektrolisis lelehan garamnya, kecuali berilium.

Birilium dapat dibuat dengan mereduksi garam flouridanya. BeF₂+ Mg →MgF₂+ Be

Magnesium, kalsium, stonsium, dan barium dibuat dengan cara elektrolisis lelehan garam kloridanya. Pembuatan magnesium juga menggunakan proses down. Sumber utama, magnesium diperoleh dari air laut. Mula-mula air laut direaksikan dengan CaO yang berasal dari pemanasan batu kapur.

CaO_(s)+ H₂O_(l)→Ca2+_(aq)+ 2OH-_(q)

Mg2+

(aq)+ 2O-(aq)→Mg(OH)2(s)

Endapan Mg(OH)₂ direaksikan dengan larutan HCl pekat untuk

membentuk MgCl₂.

Mg(OH)_2(s)+ 2HCl_(aq)→MgCl_2(aq)+ 2H₂O_(l)

_ ₊ ion ion + Anoda karbon Katoda _ + jalan keluar lapisan elektrolit yang membeku dipermukaan lapisan karbon tangki besi bertindak sebagaikatoda leburan alumunium leburan kryolit

Larutan MgCl₂diperoleh dengan menguapkan airnya sehingga diper- oleh kristal MgCl₂, kemudian kristal MgCl₂dicairkan dan dielektrolisis.

MgCl₂₍l) ←→ Mg2+(l)+ 2Cl–(l) Katoda: Mg2+ (l)+ 2e →Mg(s) Anoda: 2Cl– (l) →Cl2(g)+ 2e MgCl₂ →Mg + Cl₂

e. Pembuatan Aluminium (Al)

Pengolahan logam aluminium melalui proses pemurnian dan proses elektrolisis menurut Charles Martin Hall.

1) Proses pemurnian bauksit

- Bauksit dicuci dengan larutan NaOH pekat

Reaksinya: Al₂O_3(s)+ 2NaOH_(aq)→2NaAlO_2(aq)+ H₂O_(l)

- NaAlO₂ yang terbentuk diubah menjadi Al(OH)₃ dengan

menambahkan asam. Reaksinya:

NaAlO_2(aq)+ HCl_(aq)+ H₂O_(aq) + H₂O₍l₎→Al(OH)₃+ NaCl_(aq) - Al(OH)₃yang terbentuk diubah menjadi Al₂O₃dengan pemanasan.

Reaksinya:

2Al(OH)₃→Al₂O_3(s)+ 3H₂O_(g)

2) Proses elektrolisis

- Al₂O₃ dicampur dengan kriolit, berfungsi sebagai pelarut dan menurunkan titik didih Al₂O₃dari 2000o_{C menjadi 1000}o_C.

- Larutan Al₂O₃dalam kriolit dielektrolisis (lihat gambar)

Gambar 3.29 ANODE KARBON CAIRAN ELEKTROLIT LELEHAN ALUMUNIUM TUNGKU KARBON (KATODE) D

Reaksi yang terjadi:

2Al₂O₃ →4Al3++ 6O2-

Katoda: 4Al3+_{+ 12e →4Al}

Anoda: 6O2- _→3O

2+ 12e

2Al₂O₃ →4Al + 3O₂

Logam aluminium yang terbentuk tertumpuk pada dinding bejana tempat yang digunakan untuk elektrolisis). Oksigen yang terbentuk terdapat pada anoda. Seringkali gas oksigen yang terbentuk bereaksi dengan karbon menghasilkan gas karbondioksida.

f. Pembuatan belerang

Sumber unsur belerang adalah gunung berapi dan dalam tanah. Pengambilan belerang dan depositnya dalam tanah ditambang dengan penambangan frash. Dengan menggunakan pompa Frasch, dipompa- kan uap air yang sangat panas ke dalam deposit belerang di dalam tanah sehingga belerang meleleh. Oleh udara bertekanan tinggi, campuran belerang dan air panas dipompa ke atas permukaan tanah. Belerang akan membentuk padatan ketika sampai permukaan tanah. Dengan cara ini kemurnian belerang yang diperoleh sampai 99,5 %.

g. Pembuatan silikon (Si)

Silikon dibuat dengan cara memanaskan pasir dan kokas (c) pada suhu sekitar 3000o_{C dalam tanur listrik atau tungku pembakaran.} Kokas (C) berfungsi sebagai reduktor.

SiO_2(l)+ C_(s)→Si_(l)+ 2CO_(g)

h. Pembuatan fosforus

Unsur fosforus diperoleh dengan memanaskan campuran kalsium fosfat, pasir, dan karbon pada suhu 1400o_{C - 1500}o_{C dalam suatu tanur} listrik.

2Ca₃(PO₄)_2(s)+ 6SiO_2(s)+ 10C_(s)→6CaSiO_3(s)+ 10CO_(g)+ P_4(g)

Uap fosforus yang terbentuk dipadatkan.

i. Pembuatan H₂SO₄

1) Dalam laboratorium

Serbuk belerang dibakar, uap yang dihasilkan dialirkan ke dalam air. Kemudian larutan SO₃dalam air kita uji dengan menggunakan kertas lakmus. Perubahan warna merah pada kertas lakmus menunjukkan oksida belerang pembentuk asam.

2) Dalam industri

Produksi H₂SO₄dalam industri dapat dibuat melalui 2 cara, yaitu pro- ses kontak dan proses kamar timbal.

a) Proses kontak

Bahan dasar: SO₂yang diperoleh dari pembakaran belerang reaksi selanjutnya adalah mereaksikan gas SO₂bersih dengan gas O₂pada suhu ±400o_{C dengan katalis V}

2O5(vanadium pentaoksida). Reaksi:

2SO_2(g)+ O_{2(g) ←}→ _2SO

3(g)

Gas SO₃ yang terjadi direaksikan dengan larutan H₂SO₄ encer hingga dihasilkan H₂S₂O₇ (asam pirosulfat).

Reaksi:

SO_3(g)+ H₂SO_4(aq) →H₂S₂O_7(l)

Kemudian H₂S₂O₇ditambahkan air Reaksi:

H₂S₂O_7(l)+ H₂O_(l)→2H₂SO_4(l)

uleum/asam sulfat pekat dengan kadar 98% b) Proses kamar timbal

Campuran gas SO₂dengan oksigen dialirkan ke kamar yang dilapisi Pb dengan katalisator gas NO dan NO₂sesuai reaksi.

NO, H₂

2SO_2(g)+ O_2(g) →2HNOSO_4(l)

NO₂ asam nitrosil

2HNOSO_4(l)+ H₂O_(l) →2H₂SO_4(l)+ NO_(g)+ NO_2(g)

asam sulfat dengan kadar < 98%

j. Pembuatan Cr

Logam kromium diperoleh melalui proses alumino thermit mere- duksi Cr₂O₃dengan aluminium.

k. Pembuatan Besi

Pengolahan logam besi dilakukan dalam tanur tinggi, melalui proses reduksi bijih besi (Fe₂O₃, Fe₃O₄) dengan karbonmonoksida meliputi tahap-tahap sebagai berikut. a. Daerah pemanasan (400 - 750)o_C. b. Daerah reduksi (750 - 1000)o_C. c. Daerah karburasi (1000 - 1300)o_C. d. Daerah pencairan (1300 - 1500)o_C. Gambar 3.30 1) Daerah Pemanasan

Pada daerah pemanasan karbonat, sulfida dan zat organik yang ada

pada bijih besi dioksidasi dan kokas dibakar menjadi CO₂ yang

kemudian oleh kokas lain CO₂direduksi menjadi CO. Reaksi:

C_(kokas)+ O_2(g)→CO_2(g)

CO_2(g)+ C_(kokas)→2CO_(g)

gasCO ini yang selanjutnya akan mereduksi bijih besi.