Logam Alkali Tanah
Logam alkali tanah terdiri dari 6 unsur yang terdapat di golongan IIA. Yang termasuk ke dalam golongan II A yaitu :
Berilium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Stronsium (Sr), Barium (Ba), Radium (Ra).
Disebut alkali karena mempunyai sifat alkalin atau basa jika direaksikan dengan air. Dan istilah tanah karena oksidasinya sukar larut dalam air, dan banyak ditemukan dalam bebatuan di kerak bumi.
Tiap logam memiliki kofigurasi elektron sama seperti gas mulia atau golongan VIII A, setelah dilepas 2 elektron pada lapisan kulit S paling luar.
Contohnya konfigurasi elektron pada Magnesium (Mg) yaitu : 1s22s22p63s2 atau (Ne) 3s2. Ikatan
yang dimiliki kebanyakan senyawa logam alkali tanah adalah ikatan ionik. Karena, elektron paling luarnya telah siap untuk di lepaskan, agar mencapai kestabilan.
Unsur alkali tanah memiliki reaktifitas tinggi, sehingga tidak ditemukan dalam bentuk monoatomik , unsur ini mudah bereaksi dengan oksigen, dan logam murni yang ada di udara, membentuk lapisan luar pada oksigen.
SIFAT-SIFAT PERIODIK UNSUR
Jari-Jari Atom adalah jarak dari inti atom sampai ke elektron di kulit terluar. Besarnya jari-jari atom dipengaruhi oleh besarnya nomor atom unsur tersebut. Semakin besar nomor atom unsur-unsur segolongan, semakin banyak pula jumlah kulit elektronnya, sehingga semakin besar pula jari-jari atomnya. Jadi, dalam satu golongan (dari atas ke bawah), jari-jari atomnya semakin besar. Dalam satu periode (dari kiri ke kanan), nomor atomnya bertambah yang berarti semakin bertambahnya muatan inti, sedangkan jumlah kulit elektronnya tetap. Akibatnya tarikan inti terhadap elektron terluar makin besar, sehingga menyebabkan semakin kecilnya jari-jari atom.
Jari-Jari Ion. Ion mempunyai jari yang berbeda secara nyata jika dibandingkan dengan jari-jari atom normalnya. Ion bermuatan positif (kation) mempunyai jari-jari-jari-jari yang lebih kecil, sedangkan ion bermuatan negatif (anion) mempunyai jari-jari yang lebih besar jika dibandingkan dengan jari-jari atom normalnya.
maka akan diperlukan energi yang lebih besar, begitu juga pada pelepasan elektron yang ke-3 dan seterusnya. Maka EI 1<>
Afinitas Elektron adalah energi yang dilepaskan oleh atom apabila menerima sebuah elektron untuk membentuk ion negatif. Semakin negatif harga afinitas elektron, semakin mudah atom tersebut menerima elektron dan unsurnya akan semakin reaktif. Dalam satu golongan (dari atas ke bawah), harga afinitas elektronnya semakin kecil. Dan dalam satu periode (dari kiri ke kanan), harga afinitas elektronnya semakin besar. Unsur golongan utama memiliki afinitas elektron bertanda negatif, kecuali golongan IIA dan VIIIA. Afinitas elektron terbesar dimiliki oleh golongan VIIA.
Keelektronegatifan adalah kemampuan suatu unsur untuk menarik elektron dalam molekul suatu senyawa. Harga keelektronegatifan ini diukur dengan menggunakan skala Pauling yang besarnya antara 0,7 sampai 4. Unsur yang mempunyai harga keelektronegatifan besar, cenderung menerima elektron dan akan membentuk ion negatif. Sedangkan unsur yang mempunyai harga keelektronegatifan kecil, cenderung melepaskan elektron dan akan membentuk ion positif. Dalam satu golongan (dari atas ke bawah), harga keelektronegatifan semakin kecil. Dan dalam satu periode (dari kiri ke kanan), harga keelektronegatifan semakin besar.
Sifat Logam dan Non Logam. Sifat logam berhubungan dengan keelektropositifan, yaitu kecenderungan atom untuk melepaskan elektron membentuk kation. Sifat logam bergantung pada besarnya energi ionisasi (EI). Makin besar harga EI, makin sulit bagi atom untuk melepaskan elektron dan makin berkurang sifat logamnya. Sifat non logam berhubungan dengan keelektronegatifan, yaitu kecenderungan atom untuk menarik elektron. Dalam satu periode (dari kiri ke kanan), sifat logam berkurang sedangkan sifat non logam bertambah. Dalam satu golongan (dari atas ke bawah), sifat logam bertambah sedangkan sifat non logam berkurang. Unsur logam terletak pada bagian kiri-bawah dalam sistem periodik unsur, sedangkan unsur non logam terletak pada bagian kanan-atas. Unsur-unsur yang terletak pada daerah peralihan antara unsur logam dengan non logam disebut unsur metaloid. Metalloid adalah unsur yang mempunyai sifat logam dan non logam.
Kereaktifan. Kereaktifan bergantung pada kecenderungan unsur untuk melepas atau menarik elektron. Dalam satu periode (dari kiri ke kanan), mula-mula kereaktifan menurun, tapi akan semakin bertambah hingga golongan alkali tanah (VIIA).
Unsur golongan ini bersifat basa, sama seperti unsur golongan alkali, namun tingkat kebasaannya lebih lemah. Senyawa Be(OH)2 bersifat amfoter. Artinya bisa bersifat asam atau pun basa. Sedangkan unsur Ra bersifat Radioaktif. Semua logam alkali tanah merupakan logam yang tergolong reaktif, meskipun kurang reaktif dibandingkan dengan unsur alkali. Alkali tanah juga memiliki sifat relatif lunak dan dapat menghantarkan panas dan listrik dengan baik, kecuali Berilium. Logam ini juga memiliki kilapan logam.
Logam alkali tanah memiliki jari-jari atom yang besar dan harga ionisasi yang kecil. Dari Berilium ke Barium, nomor atom dan jari-jari atom semakin besar. Selain itu semua logam alkali tanah juga mempunyai kecenderungan teratur mengenai keelektronegatifan yang semakin kecil dan daya reduksi yang semakin kuat dari Berilium ke Barium.
Beberapa Sifat Umum Logam Alkali Tanah
Sifat Umum Be Mg Ca Sr Ba
Konfigurasi Elektron [He] 2s2 [Ne] 3s2 [Ar] 4s2 [Kr] 5s2 [Xe] 6s2
Titik Leleh 1553 923 1111 1041 987
Titik Didih 3043 1383 1713 1653 1913
Jari-jari Atom (Angstrom) 1.12 1.60 1.97 2.15 2.22
Jari-jari Ion (Angstrom) 0.31 0.65 0.99 1.13 1.35
Energi Ionisasi I (KJ mol-1) 900 740 590 550 500
Energi Ionisasi II (KJ mol-1) 1800 1450 1150 1060 970
Elektronegativitas 1.57 1.31 1.00 0.95 0.89
Potensial Elektrode (V)
M2+ + 2e à M
-1.85 -2.37 -2.87 -2.89 -2.90
Massa Jenis (g mL-1) 1.86 1.75 1.55 2.6 3.6
Berdasarkan Tabel diatas dapat diamati juga hal-hal sebagai berikut,
1. Konfigurasi elektronnya menunjukan bahwa logam alkali tanah mempunyai elektron
valensi ns2. Selain jari-jari atomnya yang lebih kecil dibandingkan logam alkali, kedua
elektron valensinya yang telah berpasangan mengakibatkan energi ionisasi logam alkali tanah lebih tinggi daripada alkali.
2. Meskipun energi ionisasinya tinggi, tetapi karena energi hidrasi dari ion M2+ dari alkali
tanah lebih besar daripada energi hidrasi ion M+ dari alkali, mengakibatkan logam alkali
tetap mudah melepaskan kedua electron valensinya, sehingga lebih stabil sebagai ion M2+.
3. Jari-jari atomnya yang lebih kecil dan muatan intinya yang lebih besar mengakibatkan
logam alkali tanah membentuk kristal dengan susunan yang lebih rapat, sehingga mempunyai sifat yang lebih keras daripada logam alkali dan massa jenisnya lebih tinggi.
4. Berilium mempunyai energi ionisasi yang sangat tinggi dan keelektronegatifan yang
cukup besar, kedua hal ini menyebabkan berilium dalam berikatan cenderung membentuk ikatan kovalen.
5. Potensial elektrode (reduki) standar logam alkali tanah menunjukkan harga yang rendah
(negatif). Hal ini menunjukkan bahwa logam alkali tanah merupakan reduktor yang cukup kuat, bahkan kalsium, stronsium, dan barium mempunyai daya reduksi yang lebih kuat daripada natrium.
6. Titik didih dan titik leleh logam alkali tanah lebih tinggi daripada suhu ruangan. Oleh
karena itu, unsur-unsur logam alkali tanah berwujud padat pada suhu ruangan.
ke Barium. Selain dengan air unsur logam alkali tanah juga bisa bereaksi dengan Oksigen, Nitrogen, dan Halogen
Reaksi-Reaksi Logam Alkali Tanah Reaksi secara umum Keterangan
2M(s) + O2(g) à 2MO(s) Reaksi selain Be dan Mg tak perlu
Pemanasan
M(s) + O2(g) à MO2 (s) Ba mudah, Sr dengan tekanan tinggi, Be,
Mg, dan Ca, tidak terjadi
M(s) + X2(g) à MX2 (s) X: F, Cl, Br, dan I
M(s) +S(s) à MS (s)
M(s) + 2H2O (l) à M(OH)2(aq) + H2 (g)
Be tidak dapat, Mg perlu pemanasan
3M(s) + N2 (g) à M3N2 (s) Reaksi berlangsung pada suhu tinggi, Be
tidak dapat berlangsung M(s) + 2H+(aq) à M2+(aq) + H2 (g) Reaksi cepat berlangsung
M(s) + H2 (g) à MH2 (s) Perlu pemanasan, Be dan Mg tidak dapat
berlangsung Reaksi Logam Alkali Tanah dengan Air
Berilium tidak bereaksi dengan air, sedangkan logam Magnesium bereaksi sangat lambat dan hanya dapat bereaksi dengan air panas. Logam Kalsium, Stronsium, Barium, dan Radium bereaksi sangat cepat dan dapat bereaksi dengan air dingin. Contoh reaksi logam alkali tanah dan air berlangsung sebagai berikut,
Ca(s) + 2H2O(l)→ Ca(OH)2(aq) + H2(g)
Reaksi Logam Alkali Tanah Dengan Oksigen
Dengan pemanasan, Berilium dan Magnesium dapat bereaksi dengan oksigen. Oksida Berilium dan Magnesium yang terbentuk akan menjadi lapisan pelindung pada permukaan logam.Barium dapat membentuk senyawa peroksida (BaO2)
2Mg(s) + O2 (g)→ 2MgO(s)
Ba(s) + O2(g) (berlebihan) → BaO2(s)
Pembakaran Magnesium di udara dengan Oksigen terbatas pada suhu tinggi akan dapat
menghasilkan Magnesium Nitrida (Mg3N2)
4Mg(s) + ½ O2(g) + N2 (g) → MgO(s) + Mg3N2(s)
Bila Mg3N2 direaksikan dengan air maka akan didapatkan gas NH3
Mg3N2(s) + 6H2O(l)→ 3Mg(OH)2(s) + 2NH3(g)
Reaksi Logam Alkali Tanah Dengan Nitrogen
3Mg(s) + N2(g) → Mg3N2(s)
Reaksi Logam Alkali Tanah Dengan Halogen
Semua logam Alkali Tanah bereaksi dengan halogen dengan cepat membentuk garam Halida, kecuali Berilium. Oleh karena daya polarisasi ion Be2+ terhadap pasangan elektron Halogen
mengandung ion Ca2+ dan Mg2+. Selain ion kalsium dan magnesium, penyebab kesadahan juga
bisa merupakan ion logam lain maupun garam-garam bikarbonat dan sulfat. Kesadahan air ini dapat dilihat pada air ketika sedang mencuci, karena sebenarnya air sadah sendiri adalah air biasa yang sering digunakan sehari-hari. Dari air tersebut kita akan menemukan dua jenis air:
Air Lunak
Jika busa sabun yang dihasilkan pada air itu cukup banyak maka air tersebut termasuk air lunak. Air lunak adalah air yang mengandung kadar mineral yang rendah. Penentuan air ini dilihat dari jumlah busa sabun yang dihasilkan.
Air Sadah (hard water)
Jika busa sabun yang dihasilkan pada air itu sangat sedikit atau bahkan tidak menghasilkan sabun sama sekali maka air tersebut merupakan air sadah. Air sadah ini adalah air yang mengandung kadar mineral yang sangat tinggi. Biasanya secara fisik terlihat air tampak keruh. Kesadahan air
total dinyatakan dalam satuanppmberat per volume (w/v) dari CaCO3. Air sadah yang
bercampur sabun dapat membentuk gumpalan (scum) yang sukar dihilangkan.
Air sadah digolongkan menjadi dua jenis, berdasarkan jenis anion yang diikat oleh kation (Ca2+ atau Mg2+), yaitu air sadah sementara dan air sadah tetap.
Air Sadah Sementara, yaitu air yang mengandung garam hidrogen karbonat (Ca(HCO3)2 dan
Mg(HCO3)2). Senyawa Kalsium Karbonat dan Magnesium Karbonat dari batu kapur dan
dolomite dapat larut menjadi senyawa Bikarbonat karena adanya gas karbondioksida di udara. CaCO3(S) + 2 H2O(l) + CO2(g)→ Ca(HCO3)2
Air Sadah Tetap, yaitu air yang mengandung garam selain garam hidrogen karbonat, seperti
garam sulfat (CaSO4, MgSO4) dan garam klorida (CaCl2, MgCl2). Air sadah tetap tidak dapat
dihilangkan dengan pemanasan, tetapi harus ditambahkan Natrium Karbonat (soda) MgCl2(aq) + Na2CO3(aq)→ MgCO3(s) + 2NaCl(aq)
Air sadah kurang baik apabila digunakan untuk mencuci dengan menggunakan sabun (NaC17H35COO). Hal ini disebabkan karena ion Ca2+ atau Mg2+ dalam air sadah dapat
mengendapkan sabun sehingga membentuk endapan berminyak yang terapung dipermukaan air. Dengan demikian, sabun hanya sedikit membuih dan daya pembersih sabun berkurang.
2NaC17H35COO(aq) + Ca2+ → Ca(C17H35COO)2(s) + 2Na+(aq)
Walaupun tidak berbahaya, air sadah dapat menimbulkan kerugian, diantaranya :
Kesadahan Air dapat menyebabkan noda pada bahan pecah belah dan bahan flat.
Kesadahan Air dapat menyebabkan bahan linen berubah pucat.
Mineral Kesadahan Air dapat menyumbat semburan pembilas dan saluran air.
Residu Kesadahan Air dapat melapisi elemen pemanas dan menurunkan efisiensi panas.
Kesadahan Air dapat menciptakan biuh logam pada kamar mandi shower dan bathtubs.
Menghilangkan Kesadahan
Pemanasan. Pemanasan dapat menghilangkan kesadahan sementara. Pada suhu tinggi, garam
hidrogen karbonat Ca(HCO3)2 akan terutarai, sehingga ion Ca2+ akan mengendap sebagai CaCO3
Ca(HCO3)2(aq) à CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l)
Penambahan ion karbonat. Soda (NaCO3).10H2O yang ditambahkan dalam air sadah dapat
mengendapkan ion Ca2+ menjadi endapan CaCO
3.
Na2CO3.10H2O(s) à 2Na+(aq) + CO32- + 10H2O
CaCl2 à Ca2+(aq) + 2Cl-(aq)
Na2CO3.10H2O(s) + CaCl2 à 2NaCl + CaCO3 + 10H2O
Menggunakan zat pelunak air. Natrium Heksametafosfat [Na2(Na4(PO3))] dapat digunakan untuk
menghilangkan air sadah yang mengandung ion Ca2+ dan Mg2+. Kedua ion ini akan diubah
menjadi ion kompleks yang mudah larut, sehingga tidak dapat bergabung dengan ion dari sabun. Na2[Na4(PO3)6](s) à 2Na+(aq) + [Na4(PO3)6]2-(aq)
CaCl2 à Ca2+ + 2Cl
-Na2[Na4(PO3)6] + CaCl2 à 2NaCl + Ca[Na4(PO3)6]
Menggunakan resin penukar ion. Resin berfungsi mengikat semua kation atau anion yang ada di dalam air sadah.
IV. PROSES EKSTRAKSI LOGAM ALKALI TANAH
Ekstraksi adalah pemisahan suatu unsur dari suatu senyawa. Logam alkali tanah dapat di ekstraksi dari senyawanya. Untuk mengekstraksinya kita dapat menggunakan dua cara, yaitu metode reduksi dan metode elektrolisis.
Ekstraksi Berilium (Be)
Metode reduksi
Untuk mendapatkan Berilium, bisa didapatkan dengan mereduksi BeF2. Sebelum mendapatkan
BeF2, kita harus memanaskan beril [Be3Al2(SiO6)3] dengan Na2SiF6 hingga 700 0C. Karena beril
adalah sumber utama berilium.
BeF2 + Mg à MgF2 + Be
Metode Elektrolisis
Untuk mendapatkan berilium juga kita dapat mengekstraksi dari lelehan BeCl2 yang telah
ditambah NaCl. Karena BeCl2 tidak dapat mengahantarkan listrik dengan baik, sehingga
Katoda : Be2+ + 2e- à Be
Anode : 2Cl- à Cl 2 + 2e
-Ekstraksi Magnesium (Mg)
Metode Reduksi
Untuk mendapatkan magnesium kita dapat mengekstraksinya dari dolomit [MgCa(CO3)2] karena
dolomite merupakan salah satu sumber yang dapat menhasilkan magnesium. Dolomite dipanaskan sehingga terbentuk MgO.CaO. lalu MgO.CaO. dipanaskan dengan FeSi sehingga menhasilkan Mg.
2[ MgO.CaO] + FeSi à 2Mg + Ca2SiO4 + Fe
Metode Elektrolisis
Selain dengan ekstraksi dolomite magnesium juga bisa didapatkan dengan mereaksikan air alut dengan CaO. Reaksi yang terjadi :
CaO + H2O à Ca2+ + 2OH
-Mg2+ + 2OH- à Mg(OH)
2
Selanjutnya Mg(OH)2 direaksikan dengan HCl Untuk membentuk MgCl2
Mg(OH)2 + 2HCl à MgCl2 + 2H2O
mendapatkan kalsium, kita dapat mereaksikan CaCO3 dengan HCl agar terbentuk senyawa CaCl2.
Reaksi yang terjadi :
mereduksi CaCl2 oleh Na. Reduksi CaO oleh Al
6CaO + 2Al à 3 Ca + Ca3Al2O6
Reduksi CaCl2 oleh Na
CaCl2 + 2 Na à Ca + 2NaCl
Metode Elektrolisis
Untuk mendapatkan Strontium (Sr), Kita bisa mendapatkannya dengan elektrolisis lelehan SrCl2.
Lelehan SrCl2 bisa didapatkan dari senyawa selesit [SrSO4]. Karena Senyawa selesit merupakan
sumber utama Strontium (Sr). Reaksi yang terjadi ; katode ; Sr2+ +2e- à Sr
anoda ; 2Cl- à Cl 2 + 2e
-Ekstraksi Barium (Ba)
Metode Elektrolisis
Barit (BaSO4) adalah sumber utama untuk memperoleh Barium (Ba). Setelah diproses menjadi
BaCl2barium bisa diperoleh dari elektrolisis lelehan BaCl2. Reaksi yang terjadi :
katode ; Ba2+ +2e- à Ba
anoda ; 2Cl- à Cl 2 + 2e -Metode Reduksi
Selain dengan elektrolisis, barium bisa kita peroleh dengan mereduksi BaO oleh Al. Reaksi yang terjadi :
6BaO + 2Al à 3Ba + Ba3Al2O6.
V. KEBERADAAN DI ALAM
Logam alkali tanah memilii sifat yang reaktif sehingga di alam hanya ditemukan dalam bentuk senyawanya. Berikut keberadaan senyawa yang mengandung logam alkali :
Berilium. Berilium tidak begitu banyak terdapat di kerak bumi, bahkan hampir bisa dikatakan
tidak ada. Sedangkan di alam berilium dapat bersenyawa menjadi Mineral beril [Be3Al2(SiO 6)3],
dan Krisoberil [Al2BeO4].
Magnesium. Magnesium berperingkat nomor 7 terbanyak yang terdapat di kerak bumi, dengan 1,9% keberadaannya. Di alam magnesium bisa bersenyawa menjadi Magnesium Klorida
[MgCl2], Senyawa Karbonat [MgCO3], Dolomit [MgCa(CO3)2], dan Senyawa Epsomit
[MgSO4.7H2O]
Kalsium. Kalsium adalah logam alkali yang paling banyak terdapat di kerak bumi. Bahkan kalsium menjadi nomor 5 terbanyak yang terdapat di kerak bumi, dengan 3,4% keberadaanya. Di
alam kalsium dapat membentuk senyawa karbonat [CaCO3], Senyawa Fospat [CaPO4], Senyawa
Sulfat [CaSO4], Senyawa Fourida [CaF]
Stronsium. Stronsium berada di kerak bumi dengan jumlah 0,03%. Di alam strontium dapat
membuntuk senyawa Mineral Selesit [SrSO4], dan Strontianit
Barium. Barium berada di kerak bumi sebanyak 0,04%. Di alam barium dapat membentuk
senyawa : Mineral Baritin [BaSO4], dan Mineral Witerit [BaCO3]
VI. APLIKASI LOGAM ALKALI TANAH
Berilium (Be)
2. Berilium digunakan pada kaca dari sinar X.
3. Berilium digunakan untuk mengontrol reaksi fisi pada reaktor nuklir
4. Campuran berilium dan tembaga banyak dipakai pada alat listrik, maka Berilium sangat penting sebagai komponen televisi.
Magnesium (Mg)
1. Magnesium digunakan untuk memberi warna putih terang pada kembang api dan pada lampu Blitz.
2. Senyawa MgO dapat digunakan untuk melapisi tungku, karena senyawa MgO memiliki titik leleh yang tinggi.
3. Senyawa Mg(OH)2 digunakan dalam pasta gigi untuk mengurangi asam yang terdapat di
mulut dan mencagah terjadinnya kerusakan gigi, sekaligus sebagai pencegah maag
4. Mirip dengan Berilium yang membuat campuran logam semakin kuat dan ringan sehingga biasa digunakan pada alat alat rumah tangga.
Kalsium (Ca)
1. Kalsium digunakan pada obat obatan, bubuk pengembang kue dan plastik.
2. Senyawa CaSO4 digunakan untuk membuat Gips yang berfungsi untuk membalut tulang yang
patah.
3. Senyawa CaCO3 biasa digunakan untuk bahan bangunan seperti komponen semen dan cat
tembok.Selain itu digunakan untuk membuat kapur tulis dan gelas.
4. Kalsium Oksida (CaO) dapat mengikat air pada Etanol karena bersifat dehidrator,dapat juga mengeringkan gas dan mengikat Karbondioksida pada cerobong asap.
5. Ca(OH)2 digunakan sebagai pengatur pH air limbah dan juga sebagai sumber basa yang
harganya relatif murah
6. Kalsium Karbida (CaC2) disaebut juga batu karbit merupakan bahan untuk pembuatan gas
asetilena (C2H2) yang digunakan untuk pengelasan.
7. Kalsium banyak terdapat pada susu dan ikan teri yang berfungsi sebagai pembentuk tulang dan gigi.
Stronsium (Sr)
1. Stronsium dalam senyawa Sr(no3)2 memberikan warna merah apabila digunakan untuk bahan
kembang api.
2. Stronsium sebagai senyawa karbonat biasa digunakan dalam pembuatan kaca televisi berwarna dan komputer.
3. Untuk pengoperasian mercusuar yang mengubah energi panas menjadi listrik dalam baterai nuklir RTG (Radiisotop Thermoelectric Generator).
Barium (Ba)
1. BaSO4 digunakan untuk memeriksa saluran pencernaan karena mampu menyerap sinar X
2. BaSO4 digunakan sebagai pewarna pada plastic karena memiliki kerapatan yang tinggi dan
warna terang.
