Sumber dan Kegunaan Unsur Transis

Kata Kunci • Bent uk st rukt ur t et rahedral

C. Sumber dan Kegunaan Unsur Transis

Umumnya unsur-unsur transisi periode keempat terdapat dalam bentuk oksida, sulfida, dan karbonat. Hanya tembaga yang dapat ditemukan dalam keadaan bebas maupun dalam bentuk senyawanya. Hal ini disebabkan tembaga tergolong unsur logam yang relatif sukar dioksidasi.

Keberadaan unsur-unsur transisi dalam bentuk oksidasi dan sulfida disebabkan unsur-unsur logam yang berasal dari perut bumi terdesak menuju kerak bumi akibat tekanan magma. Selama dalam perjalanan menuju kerak bumi, unsur-unsur logam bereaksi dengan belerang atau oksigen yang terdapat di kerak bumi sehingga terbentuk mineral dari unsur-unsur transisi.

Oleh sebab itu, mineral dari logam-logam transisi pada umumnya dalam bentuk oksida atau sulfida dan sebagian dalam bentuk senyawa karbonat. Jika dilihat pada Tabel 4 .4, tampak bahwa bentuk oksida merupakan mineral paling banyak ditemukan di alam sebab hampir semua material alam mengandung oksigen.

Mineral dapat dijadikan sumber material untuk memproduksi bahan- bahan komersial yang disebut bijih logam. Sumber bijih logam tersebar di berbagai wilayah Indonesia, seperti ditunjukkan pada Tabel 4.5.

Rut il, pirolusit , hem at it , dan m ilerit m asing-m asing rum us m olekulnya adalah ....

A. Fe₂O₃, MnO₂, NiS, ZnS B. Fe

2O3, CuS, MnO2, CuFeS2

C. TiO₂, MnO₂, Fe₂O₃ NiS D. Fe₃O₄, MnO₂, KMnO₄, ZnCO₃ E. TiO

2, Fe2O3, NiS, ZnS Pembahasan

Fe₂O₃ : h em at it MnO₂ : p iro lu sit NiS : m i l er i t ZnS : sp akrit Cu₂S : kalkosit CuFeS₂ : kalkop irit TiO₂ : ru t il ZnCO

3 : sm it son it

KMnO₄ : kalium perm anganat Jadi, rum us m olekulnya adalah TiO₂, MnO₂, Fe₂O₃, dan NiS. (C)

UNAS 2004

Mahir

Menjawab

Tabel 4.4 Sumber Mineral Unsur Transisi

Titanium Vanadium Kromium Mangan Besi Kobalt Nikel Tembaga Seng

Logam Mineral Komposisi Rutil Ilmenit Vanadit Kromit Pirolusit Hematit Magnetit Pirit Siderit Smaltit Kobaltit Nikelit Kalkosit Kalkofirit Malasit Spalerit TiO₂ FeTiO₃ Pb₃(VO₄)₂ FeCr₂O₄ MnO₂ Fe₂O₃ Fe₃O₄ FeS FeCO₃ CoAs₂ CoAsS NiS Cu₂S CuFeS Cu₂CO₃(OH)₂ ZnS

1. Skandium (Sc)

Scandium adalah unsur yang jarang terdapat di alam. Walaupun ada, umumnya terdapat dalam bentuk senyawa dengan biloks + 3. Misalnya, ScCl₃, Sc₂O₃, dan Sc₂(SO₄)₃.

Sifat-sifat senyawa skandium semuanya mirip, tidak berwarna dan bersifat diamagnetik. Hal ini disebabkan dalam semua senyawanya skandium memiliki konfigurasi elektron ion Sc3+_{, sedangkan sifat warna dan kemagnetan} ditentukan oleh konfigurasi elektron dalam orbital d. Logam skandium dibuat melalui elektrolisis lelehan ScCl₃. Dalam jumlah kecil, scandium digunakan sebagai filamen lampu yang memiliki intensitas tinggi.

2. Titanium (Ti)

Titanium merupakan unsur yang tersebar luas dalam kulit bumi (sekitar 0,6% massa kulit bumi). Oleh karena kerapatan titanium relatif rendah dan kekerasan tinggi, titanium banyak dipakai untuk bahan struktural, terutama pesawat terbang bermesin jet, seperti Boeing 747. Mesin pesawat terbang memerlukan bahan yang bermassa ringan, keras, dan stabil pada suhu tinggi. Selain ringan dan tahan suhu tinggi, logam titanium tahan terhadap cuaca sehingga banyak digunakan untuk material, seperti pipa, pompa, tabung reaksi dalam industri kimia, dan mesin mobil.

Umumnya, senyawa titanium digunakan sebagai pigmen warna putih. Titanium(IV) oksida merupakan material padat yang digunakan sebagai pigmen putih dalam kertas, cat, plastik, fiber sintetik, dan kosmetik.

Sumber utama titanium(IV) oksida adalah bijih rutil (matrik TiO₂) dan

ilmenit (FeTiO₃). Rutil diolah dengan klorin membentuk TiCl₄ yang mudah menguap, kemudian dipisahkan dari pengotor dan dibakar menjadi TiO₂.

TiCl₄(g) + O₂(g) ⎯⎯→ TiO₂(s) + Cl₂(g)

Ilmenit diolah dengan asam sulfat membentuk senyawa sulfat yang mudah larut dalam air.

FeTiO₃(s) + H₂SO₄(aq) ⎯⎯→ Fe2+_{(aq) + TiO} 3 2+_{(aq) + 2SO} 4 2–_{(aq) + 2H} 2O(A) Campuran hasil reaksi dimasukkan ke dalam vakum agar terbentuk FeSO₄.7H₂O padat yang mudah dikeluarkan. Sisa campuran dipanaskan menjadi titanium( IV) oksida hidrat ( T iO .H O ) , selanjutnya hidrat

Titanium: Logam Berteknologi Tinggi Titanium m erupakan logam yang keras, kuat, tahan panas (titik leleh 1.668°C), dan memiliki densitas rendah (4,51 g cm–3_{). Titanium}

seperti baja, tetapi 45% lebih ringan. Titanium dua kali lebih kuat daripada aluminium, tetapi 60% lebih berat. Titanium akan menjadi lebih kuat jika m em bentuk alloi dengan aluminium dan vanadium. Sifat ini m enjadikan titanium sebagai pilihan yang tepat untuk bahan pada aplikasi penerbangan, seperti rangka dan mesin pesawat.

Titanium merupakan logam tahan karat karena permukaannya dilindungi lapisan tipis oksidanya. Titanium tidak bereaksi dengan air laut, asam nitrat, larutan NaOH panas, bahkan terhadap larutan gas klorin.

Sumber:w w w . w ikipedia.org

Sekilas

Kimia

Tabel 4.5 Sumber Bijih Logam di Berbagai Daerah di Indonesia Daerah Kalimantan Barat Sumatra Barat Sumatra Selatan Sulawesi Tengah Sulawesi Tengah Sulawesi Tengah Pegunungan Jayawijaya; Kalimantan Barat Besi Nikel Tembaga Logam Mineral Hematit Magnetit Siderit Pirit Nikelit Garnerit Kalkopirit Rumus Fe₂O₃ Fe₃O₄ FeCO₃ FeS₂ NiS H₂(NiMg)SiO₄.2H₂O CuFeS₂

Jika di suatu daerah terdapat sumber tembaga, biasanya logam mulia lain, seperti emas juga cukup melimpah. Cari informasi berapa kadar emas di pertambangan Freeport Provinsi Papua.

kalor

TiO₂.H₂O(s) ⎯⎯→ TiO₂(s) + H₂O(g)

Senyawa titanium(III) dapat diperoleh melalui reduksi senyawa titan yang memiliki biloks + 4. Dalam larutan air, Ti3+ _{terdapat sebagai ion} Ti(H₂O)₆3+ _{berwarna ungu, yang dapat dioksidasi menjadi titanium(IV) oleh} udara. Titanium(II) tidak stabil dalam bentuk larutan, tetapi lebih stabil dalam bentuk oksida padat sebagai TiO atau sebagai senyawa halida TiX₂.

3. Vanadium (V)

Vanadium tersebar di kulit bumi sekitar 0,02% massa kulit bumi. Sumber utama vanadium adalah vanadit, Pb₃(VO₄)₂. Vanadium umumnya digunakan untuk paduan dengan logam besi dan titanium. Vanadium(V) oksida digunakan sebagai katalis pada pembuatan asam sulfat. Logam vanadium murni diperoleh melalui reduksi elektrolitik leburan garam VCl₂. Logam vanadium menyerupai baja berwarna abu-abu dan bersifat keras serta tahan korosi. Untuk membuat paduan tidak perlu logam murninya. Contohnya,

ferrovanadium dihasilkan melalui reduksi campuran V₂O₅ dan Fe₂O₃ oleh aluminium, kemudian ditambahkan besi untuk membentuk baja vanadium, baja sangat keras yang digunakan pada bagian mesin dan poros as.

4. Kromium (Cr)

Bijih kromium paling murah adalah kromit, FeCr₂O₄, yang dapat direduksi oleh karbon menghasilkan ferrokrom.

FeCr₂O₄(s) + 4C(s)

⎯⎯→

Fe–2Cr(s) + 4C(g)

Logam kromium banyak digunakan untuk membuat pelat baja dengan sifat keras, getas, dan dapat mempertahankan permukaan tetap mengkilap dengan cara mengembangkan lapisan film oksida.

Kromium dapat membentuk senyawa dengan biloks + 2, + 3, + 6. Kromium(II) dalam air merupakan reduktor kuat. Kromium(VI) dalam larutan asam tergolong oksidator kuat. Misalnya, ion dikromat (Cr₂O₇2–_)dapat direduksi menjadi ion Cr3+_:

Cr₂O₇2–_{(aq) + 14H}+_{(aq) + 6e}– ⎯⎯→ _2Cr3+_{(aq) + 7H}

2O(A) Gambar 4.5

Warna hijau em erald pada bat u perhiasan disebabkan adanya ion Cr3+_.

Sumber:Chem istry for You, 2001

Dalam larutan basa, kromium(VI) terdapat sebagai ion kromat, tetapi daya oksidatornya berkurang.

CrO₄2–_{(aq) + 4H}

2O(A) + 3e

– ⎯⎯→ _Cr(OH)

3(s) + 5OH –_(aq) Kromium(VI) oksida (CrO₃) larut dalam air membentuk larutan asam kuat yang berwarna merah-jingga:

2CrO₃(s) + H₂O(A) ⎯⎯→ 2H+_{(aq) + Cr} 2O7

2–_(aq)

Campuran krom(VI) oksida dan asam sulfat pekat digunakan sebagai pembersih unt uk menghilangkan bahan organik pada alat -alat laboratorium. Akan tetapi, larutan ini bersifat karsinogen (berpotensi menimbulkan kanker).

Tabel 4.6 Senyawa Kromium dan Biloksnya + 2 + 3 + 6 Biloks Senyawa CrX₂ CrX₃, Cr₂O₃, dan Cr(OH)₃ K₂Cr₂O₇, Na₂CrO₄, dan CrO₃

Gambar 4.6 Isot op kobalt digunakan unt uk perawat an pasien kanker. Sumber:Chem istry for You, 2001

5. Mangan (Mn)

Mangan relatif melimpah di alam (0,1% kulit bumi). Salah satu sumber mangan adalah batuan yang terdapat di dasar lautan dinamakan pirolusit. Suatu batuan yang mengandung campuran mangan dan oksida besi. Kegunaan umum mangan adalah untuk membuat baja yang digunakan untuk mata bor (pemboran batuan).

Mangan terdapat dalam semua biloks mulai dari + 2 hingga + 7, tetapi umumnya + 2 dan + 7. Dalam larutan, Mn2+_{membentuk Mn(H}

2O)6

2+_{, yang} berwarna merah muda. Mangan(VII) terdapat sebagai ion permanganat (MnO₄–_{) yang banyak digunakan sebagai pereaksi analitik. Beberapa jenis} mangan yang umum ditunjukkan pada Tabel 4.7.

Tabel 4.8 Senyawa Besi dan Biloksnya

+ 2 + 3

Campuran + 2 dan + 3

Biloks Senyawa

FeS, FeSO₄.7H₂O, dan K₄Fe(CN)₆ FeCl₃, Fe₂O₃, K₃[Fe(CN)₆], dan Fe(SCN)₃

Fe₃O₄ dan KFe[Fe(CN)₆]

6. Besi (Fe)

Besi merupakan logam yang cukup melimpah dalam kulit bumi (4,7%). Besi murni berwarna putih kusam yang tidak begitu keras dan sangat reaktif terhadap zat oksidator sehingga besi dalam udara lembap teroksidasi oleh oksigen dengan cepat membentuk karat.

Tabel 4.7 Senyawa Mangan dan Biloksnya

+ 2 + 4 + 7

Biloks Senyawa

Mn(OH)₂, MnS, MnSO₄, dan MnCl₂ MnO₂

KMnO₄

Di dalam air, garam besi(II) berwarna hijau terang akibat membentuk ion Fe(H₂O)₆2+_{. Besi(III) dalam bentuk ion Fe(H}

2O)6

3+ _{tidak berwarna,} tetapi larutan garamnya berwarna kuning-cokelat akibat terbentuknya ion Fe(OH)(H₂O)₅2+ _{yang bersifat basa.}

7. Kobalt (Co)

Walaupun kobalt relatif jarang terdapat di alam, tetapi dapat ditemukan dalam bijih smaltit (CoAs₂) dan kobaltit(CoAsS) dalam kadar yang memadai jika diproduksi secara ekonomis. Kobalt bersifat keras, berwarna putih kebiruan, dan banyak digunakan untuk membuat paduan, seperti baja perak (stainless steel). Baja perak merupakan paduan antara besi, tembaga, dan tungsten yang digunakan dalam instrumentasi dan alat-alat kedokteran (Gambar 4.6).

Kobalt utamanya memiliki biloks + 2 dan + 3, walaupun senyawa kobalt dengan biloks 0, + 1, dan + 4 juga dikenal. Larutan garam kobalt(II) mengandung ion Co(H₂O)₆2+ _{yang memberikan warna merah muda.} Kobalt dapat membent uk berbagai senyawa koordinasi, sepert i ditunjukkan pada Tabel 4.9.

Tambang Logam Transisi Di Indonesia

Kekayaan alam Indonesia sangat berpot ensi dan bernilai ekonom i tinggi. Tahukah Anda bahwa Indonesia merupakan salah satu negara t erbesar penghasil tem baga? Yaitu ketiga terbesar di dunia setelah Amerika Serikat dan Chili. Selain tembaga, Indonesia juga memproduksinikel,m angan,bijih besi, dan em as dengan jumlah yang besar. Mineral-mineral dan produk yang berhubungan dengannya m erupakan 19% dari total eksport negara Indonesia. Di antara mineral tersebut, emas sebagai pendapatan t ert inggi Indonesia. Produksi terbesar emas berasal dari Papua.

Sumber: Encarta: Reference Library, 2005;w w w.m pi.org.au

Sekilas

Kimia

Tabel 4.9 Senyawa Kobalt dan Biloksnya

Biloks Senyawa

CoSO₄, [Co(H₂O)₆]Cl₂, [Co(H₂O)₆](NO₃)₂, dan CoS CoF₃, Co₂O₃, K₃[Co(CN)₆], dan [Co(NH₃)₆]Cl₃ + 2

+ 3

Tabel 4.10 Senyawa Nikel dan Biloksnya

+ 2

Biloks Senyawa

NiCl₂, [Ni(H₂O)₆]Cl₂, NiS, NiO, Co₂O₃, [Ni(H₂O)₆]SO₄

Gambar 4.7

Paduan logam nikel dengan t em baga m em bent uk alloi yang disebut m onel, digunakan unt uk m em buat baling-baling kapal laut .

Sumber:Chem istry for You, 2001

8. Nikel (Ni)

Kelimpahan nikel dalam kulit bumi berada pada peringkat ke-24, terdapat dalam bijih bersama-sama dengan arsen, antimon, dan belerang. Logam nikel berwarna putih seperti perak dengan konduktivitas termal dan listrik tinggi, tahan terhadap korosi, dan digunakan untuk melapisi logam yang lebih reaktif. Nikel juga digunakan secara luas dalam bentuk paduan dengan besi membentuk baja.

Senyawa nikel umumnya memiliki biloks + 2. Larutan garam nikel(II) dalam air mengandung ion Ni(H₂O)₆2+ _{yang berwarna hijau emerald.} Senyawa koordinasi nikel(II) dapat dilihat pada Tabel 4.10.

9. Tembaga (Cu)

Tembaga memiliki sifat konduktor listrik sangat baik sehingga banyak digunakan sebagai penghantar listrik, misalnya untuk kabel listrik (Gambar 4.8). Selain itu, tembaga tahan terhadap cuaca dan korosi.

Walaupun tembaga tidak begitu reaktif, tetapi dapat juga terkorosi. Warna kemerah-merahan dari tembaga berubah menjadi kehijau-hijauan akibat terkorosi oleh udara membentuk patina.

3Cu(s) + 2H₂O(A) + SO₂(g) + 2O₂(g) ⎯⎯→ Cu(OH)₄SO₄

Tembaga dalam jumlah sedikit diperlukan oleh tubuh sebagai perunut, tetapi dalam jumlah besar sangat beracun. Oleh karena beracun, garam tembaga digunakan untuk membunuh jamur, bakteri, dan alga.

Gambar 4.8

Tem baga digunakan unt uk kabel list rik.

Sumber:Sougou Kagashi

Tabel 4.11 Senyawa Tembaga dan Biloksnya

+ 1 + 2

Biloks Senyawa Cu₂O, Cu₂S, dan CuCl

CuO, CuSO₄.5H₂O, CuCl₂.2H₂O, dan [Cu(H₂O)₆](NO₃)₂

Di antara logam unsur-unsur transisi periode 4, manakah yang tergolong bersifat racun bagi makhluk hidup? Bagaimana dampak yang ditimbulkan oleh logam tersebut? Diskusikan dalam kelas.

Kegiatan Inkuiri

Kerjakanlah di dalam buku latihan.

1. Tuliskan sumber mineral unsur transisi yang Anda ketahui.

Tes Kompetensi Subbab

C

2. Jelaskan kegunaan unsur transisi dalam bidang industri.

Gambar 4.9

Proses ekst raksi dan daur ulang logam Dit am b ang M i n eral Bijih d ip ekat kan Ekst raksi (p eleb uran) Pem u rn ian logam Logam + p en g o t o r Prod u k b arang Lim b ah logam Ekst raksi Daur ulang