TITANIUM TITANIUM
Titanium adalah unsur terbanyak ke sembilan di kerak bumi dan terdistribusi secara Titanium adalah unsur terbanyak ke sembilan di kerak bumi dan terdistribusi secara luas. Karena afinitasnya yang besar terhadap oksigen dan unsur lain, titani
luas. Karena afinitasnya yang besar terhadap oksigen dan unsur lain, titani um tidak terdapatum tidak terdapat dalam bentuk logam statis di alam, tetapi dalam bentuk mineral yang stabil. Bentuk umum dalam bentuk logam statis di alam, tetapi dalam bentuk mineral yang stabil. Bentuk umum mineral titanium adalah
mineral titanium adalahilmeniteilmenite (FeTiO(FeTiO33)) dandan rutilerutile dalam bentuk titanium dioksida (TiOdalam bentuk titanium dioksida (TiO22).). Titanium, yang dilambangkan dengan simbol Ti, merupakan logam transisi dan Titanium, yang dilambangkan dengan simbol Ti, merupakan logam transisi dan mempunyai nomor atom 22
mempunyai nomor atom 22 dan berat atom 47,90. Tdan berat atom 47,90. Titanium adalah logam yang pitanium adalah logam yang palingaling melimpah kesembilan, yaitu sekitar 0,62% dari kerak bumi. Meski melimpah, titanium jarang melimpah kesembilan, yaitu sekitar 0,62% dari kerak bumi. Meski melimpah, titanium jarang ditemukan dalam bentuk logam murni. Titanium ditemukan di meteor dan di dalam matahari. ditemukan dalam bentuk logam murni. Titanium ditemukan di meteor dan di dalam matahari. Bebatuan yang diambil oleh misi Apollo 17 menunjukkan keberadaan TiO
Bebatuan yang diambil oleh misi Apollo 17 menunjukkan keberadaan TiO22sebanyak 12,1%.sebanyak 12,1%. Garis-garis titanium oksida sangat jelas terlihat di spektrum bintang-bintang tipe M. Garis-garis titanium oksida sangat jelas terlihat di spektrum bintang-bintang tipe M. Kebanyakan titanium ditemukan dalam bentuk rutile atau titanium dioksida (TiO
Kebanyakan titanium ditemukan dalam bentuk rutile atau titanium dioksida (TiO22). Titanium). Titanium umumnya terbentuk pada batuan igneous, sering ditemukan sebagai ilmenite (FeTiO
umumnya terbentuk pada batuan igneous, sering ditemukan sebagai ilmenite (FeTiO33) dan) dan perovskite
perovskite (CaTiO(CaTiO33). Mineral Ilmenite (FeTiO). Mineral Ilmenite (FeTiO33) ini banyak dijumpai di pantai selatan pulau) ini banyak dijumpai di pantai selatan pulau Jawa, Indonesia, dalam bentuk pasir besi. Untuk di luar Indonesia, Australia, Kanada, Cina, Jawa, Indonesia, dalam bentuk pasir besi. Untuk di luar Indonesia, Australia, Kanada, Cina, India, Norwegia, Afrika Selatan, dan Ukraina adalah negara penghasil konsentrat titanium India, Norwegia, Afrika Selatan, dan Ukraina adalah negara penghasil konsentrat titanium terbesar. Di Amerika Serikat, titanium terutama diproduksi negara bagian Florida, Idaho, terbesar. Di Amerika Serikat, titanium terutama diproduksi negara bagian Florida, Idaho, New
New Jersey, Jersey, New New York, York, dan dan Virginia. Virginia. Meskipun Meskipun titanium titanium cukup cukup melimpah, melimpah, harga harga titaniumtitanium tetap mahal dikarenakan pengolahannya hingga menjadi logam murni masih sulit dilakukan. tetap mahal dikarenakan pengolahannya hingga menjadi logam murni masih sulit dilakukan.
Untuk ilmenite sendiri mengandung hampir 53% TiO
Untuk ilmenite sendiri mengandung hampir 53% TiO22(rutile) yang merupakan mineral(rutile) yang merupakan mineral penting untuk
penting untuk pengolahan titapengolahan titanium yang nium yang masih masih ada pengotor ada pengotor silika silika sekitar sekitar 10%, besi 10%, besi oksida,oksida, vanadium, niobium, tantalum, dan sedikit timah, kromium, dan senyawa molibdeum . Dalam vanadium, niobium, tantalum, dan sedikit timah, kromium, dan senyawa molibdeum . Dalam bentuk
bentuk magmatik, magmatik, titanium titanium berbentuk tiberbentuk titanite tanite (CaTi(SiO(CaTi(SiO44)) yang mengandung silika.)) yang mengandung silika. Rutiel- Rutiel-bering beach
bering beach dapat ditambang jika mengandung TiOdapat ditambang jika mengandung TiO22 sampai 0.3%. Dari beberapa bentuk sampai 0.3%. Dari beberapa bentuk bijih titanium hanya bijih ilmenite (FeTiO
bijih titanium hanya bijih ilmenite (FeTiO33) dan rutile yang memiliki nilai ekonomis.) dan rutile yang memiliki nilai ekonomis.
Ada 2 bentuk allotropic dan 5 isotop alami dari unsur ini, Ti-46 sampai Ti-50 dengan Ada 2 bentuk allotropic dan 5 isotop alami dari unsur ini, Ti-46 sampai Ti-50 dengan Ti-48 yang paling banyak terdapat di alam (73,8%). Salah satu karakteristik Titanium yang Ti-48 yang paling banyak terdapat di alam (73,8%). Salah satu karakteristik Titanium yang paling terkenal
paling terkenal adalah adalah sifat sifat yang sama yang sama kuatnya dengan kuatnya dengan baja nambaja namun hanya un hanya dengan 60% dengan 60% beratberat baja.
baja. Unsur Unsur Titanium Titanium terdapat terdapat dalam dalam bentuk bentuk senyawa senyawa : : TiBTiB22 (Titanium Borida), TiC(Titanium Borida), TiC (Titanium Carbida), TiO
(Titanium Carbida), TiO22 ( Titanium Dioksida), TiN (Titanium Nitrida).( Titanium Dioksida), TiN (Titanium Nitrida).
Secara klinis, ada dua bentuk titanium, yang pertama adalah dalam bentuk titanium Secara klinis, ada dua bentuk titanium, yang pertama adalah dalam bentuk titanium murni (cpTi). Titanium murni adalah
murni (cpTi). Titanium murni adalah logam putih,logam putih, lustrouslustrous dengan sifat densitas rendah,dengan sifat densitas rendah, kekuatan tinggi dan daya tahan terhadap korosi yang sangat baik. Bentuk kedua adalah
titanium
titanium-6% alumunium- 4% vanadium.-6% alumunium- 4% vanadium. Alloy Alloy ini mempunyai kekuatan yang lebih besar dariini mempunyai kekuatan yang lebih besar dari titanium murni.
titanium murni. Alloy Alloy dipakai dalam industri kapal terbang, militer oleh karena densitasnyadipakai dalam industri kapal terbang, militer oleh karena densitasnya yang rendah, kekuatan tarik yang besar (500 MPa) dan tahan terhadap temperatur tinggi. yang rendah, kekuatan tarik yang besar (500 MPa) dan tahan terhadap temperatur tinggi. Sifat Fisik
Sifat Fisik
Titanium berwarna abu abu putih keperakan. Selain itu, titanium juga memiliki massa Titanium berwarna abu abu putih keperakan. Selain itu, titanium juga memiliki massa jenis
jenis yang yang rendah, rendah, keras keras tahan tahan karat, karat, dan dan mudah mudah diproduksi. diproduksi. Logam ini Logam ini memiliki memiliki kerapatankerapatan 4510 kg/m
4510 kg/m33, berada , berada diantara aluminium dan stainless steel (bisa dikdiantara aluminium dan stainless steel (bisa dikatakan sebagai logamatakan sebagai logam ringan). Meski ringan, logam ini mempunyai kekuatan hampir sama dengan baja, ditambah ringan). Meski ringan, logam ini mempunyai kekuatan hampir sama dengan baja, ditambah mempunyai daktilitas yang tinggi. Bentuk titanium yang dikomersilkan (kemurnian 99,2%) mempunyai daktilitas yang tinggi. Bentuk titanium yang dikomersilkan (kemurnian 99,2%) memiliki
memiliki ultimate tensile strengthultimate tensile strength (UTS) sekitar 63.000 psi atau 434 Mpa. Logam ini(UTS) sekitar 63.000 psi atau 434 Mpa. Logam ini memiliki kekerasan yang cukup tinggi, non-magnetik dan konduktor yang buruk. Selain itu, memiliki kekerasan yang cukup tinggi, non-magnetik dan konduktor yang buruk. Selain itu, memiliki
memiliki fatigue fatigue limit limit untuk batas pemakaian pada beberapa aplikasi. Ia memiliki titik lelehuntuk batas pemakaian pada beberapa aplikasi. Ia memiliki titik leleh sekitar 3032 ° F (1667 ° C) dan titik didih 5946 ° F (3285 ° C) sehingga dapat dipakai sebagai sekitar 3032 ° F (1667 ° C) dan titik didih 5946 ° F (3285 ° C) sehingga dapat dipakai sebagai logam refractori. Berikut merupakan gambar titanium
logam refractori. Berikut merupakan gambar titanium
Gambar 1.1 titanium Gambar 1.1 titanium
Titanium tidak larut dalam larutan asam kuat, tidak reaktif diudara karena memilki Titanium tidak larut dalam larutan asam kuat, tidak reaktif diudara karena memilki lapisan oksida dan nitrida sebagai pelindung. Logam ini tahan pengikisan 20 kali lebih besar lapisan oksida dan nitrida sebagai pelindung. Logam ini tahan pengikisan 20 kali lebih besar daripada logam campuran tembaga nikel. Batu permata titania lebih tampak cemerlang dari daripada logam campuran tembaga nikel. Batu permata titania lebih tampak cemerlang dari intan apabila dipotong dan dipoles dengan baik. Pada sistem periodik terletak pada golongan intan apabila dipotong dan dipoles dengan baik. Pada sistem periodik terletak pada golongan IVB dan periode 4. nomor atam titanium adalah 22 dengan massa atom relatifnya adalah IVB dan periode 4. nomor atam titanium adalah 22 dengan massa atom relatifnya adalah 47,88 gr/mol.
47,88 gr/mol.
Titanium merupakan unsur dengan struktur elektronik [Ar] 3d
Titanium merupakan unsur dengan struktur elektronik [Ar] 3d22 4s4s22 dandan memilikimemiliki berbagai
berbagai tingkat tingkat bilangan bilangan oksidasi oksidasi pada pada persenyawaannya persenyawaannya yaitu yaitu +4, +4, +3, +3, +2 +2 dan dan 0. 0. BilanganBilangan oksidasi +4 dikatakan lebih stabil dari lainnya karena bilangan oksidasi yang lebih rendah oksidasi +4 dikatakan lebih stabil dari lainnya karena bilangan oksidasi yang lebih rendah mengalami disproporsionasi. mengalami disproporsionasi. 2 Ti 2 Ti+3+3 → Ti→ Ti+2+2 + Ti+ Ti+4+4 2 Ti 2 Ti+2+2 → Ti→ Ti00 + Ti+ Ti+4+4 Adapun sifat
Titik Didih 3285oC Titik Leleh 1667oC Jari-Jari 0,68 Kerapatan 4,54 g/cm-3 Elektronegativitas 1,54 Energi Ionisasi 658,8; 640,1; 658,5 Volume Atom 10,6 cm3/mol
Massa Atom 47,88
Struktur kristal : Heksagonal
Konduktivitas listrik 2,6 x 106ohm-1cm-1 Formasi Entalpi 18.6 kJ/ mol
Konduktivitas Panas 21,9 Wm-1K -1 Kapasitas panas 0,523 Jg-1K -1 Entalpi penguapan 455,2 kJ/mol
Adapun potensial reduksi standar dari Ti pada larutan asam yaitu:
+4 +3 +2 0
TiO2+ +0,10 Ti3+ -0,37Ti2+ -1,63Ti Sifat Kimia
Reaksi dengan Air
Titanium akan bereaksi dengan air membentuk Titanium dioksida dan hydrogen.
Ti(s) + 2H2O(g) → TiO2(s) + 2H2(g) Reaksi dengan Udara
Ketika Titanium dibakar di udara akan menghasilkan Titanium dioksida dengan nyala putih yang terang dan ketika dibakar dengan Nitrogen murni akan menghasilkan Titanium Nitrida.
Ti(s) + O2(g) → TiO2(s) 2Ti(s) + N2(g) →TiN(s) Reaksi dengan Halogen
Reaksi Titanium dengan Halogen menghasilkan Titanium Halida. Reaksi dengan Fluor berlangsung pada suhu 200°C.
Ti(s) + 2F2(s) → TiF4(s) Ti(s) + 2Cl2(g) → TiCl4(s)
Ti(s) + 2Br2(l) → TiBr4(s) Ti(s) + 2I2(s) → TiI4(s) Reaksi dengan Asam
Logam Titanium tidak bereaksi dengan asam mineral pada temperatur normal tetapi dengan asam hidrofluorik yang panas membentuk kompleks anion
(TiF6)3-2Ti(s) + 2HF (aq) → 2(TiF6)3-(aq) + 3 H2(g) + 6 H+(aq) Reaksi dengan Basa
Titanium tidak bereaksi dengan alkali pada temperatur normal, tetapi pada keadaan panas.
Pelarut yang baik untuk semua logam adalah HF, karena akan terbentuk kompleks heksafluoro. Dimana reaksinya adalah sebagai berikut:
Ti + 6 HF →H2[TiF6] + 2H2
Ti larut dengan lambat pada HCl pekat pada suhu tinggi, dan akan menghasilkan Ti3+ dan H2. Ti dapat dioksidasi dengan HNO3 pada suhu tinggi dan akan menghasilkan hidrat oksida TiO2.(H2O)n. Bentuk massive dari logam Ti bersifat tidak reaktif atau pasif pada temperatur sedang dan rendah. Hal ini disebabkan karena film oksida tipis yang bersifat impermeabel. Pada temperatur ruang, logam Ti tidak dipengaruhi baik oleh asam maupun basa.
Pada temperatur 450C, Ti mulai bereaksi dengan banyak substansi. Pada temperatur melebihi 600C, Ti bersifat sangat reaktif. Ti membentuk dioksida TiO2, halide TiX4,
interstisial nitrida TiN dan interstisial karbida TiC dengan penggabungan langsung. Seperti halnya dengan golongan Scandium, logam Ti berupa serbuk dapat menyerap H2. Jumlah H2 yang diserap tergantung pada temperatur dan tekanan, dan senyawa interstisial yang
terbentuk yaitu TiH2terbatas. Hidrida interstisial ini stabil di udara dan tidak dipengaruhi oleh air.
Titanium melepaskan gas hidrogen bila bereaksi dengan asam panas, membentuk garam Ti (III):
2 Ti + 3H2SO4 Ti2(SO4)3 + 3H2
Titanium membentuk senyawa dioksida yang tidak larut bila bereaksi dengan HNO3: Ti + 4HNO3 TiO2+ 4NO2 + 2H2O
Senyawa dioksida dari Ti merupakan senyawa padatan berwarna putih yang tidak larut, yang mana dapat dibuat dengan menetralkan larutan garam TiO2. TiO2dapat dengan mudah larut dalam basa seperti NaOH dan menghasilkan senyawa titanat:
TiO2+ 2NaOH Na2TiO3+ H2O
TiO2tidak dapat bereaksi dengan larutan asam encer, namun dapat agak larut dalam larutan asam kuat seperti H2SO4:
TiO2+ 2H2SO4 Ti(SO4)2 + 2H2O
Reaksi ini mengindikasikan bahwa ketika TiO2bersifat amfoter, sifat keasamannya yang mendominasi.
KEGUNAAN v TITANIUM
Ø Kira-kira 95% hasil Titanium digunakan dalam bentuk Titanium dioksida (TiO2),sejenis pigmen putih terang yang kekal dengan kuasa liputan yang baik untuk cat, kertas, obat gigi,
dan plastik.
Ø Alloy Titanium digunakan dalam pesawat, plat perisai, kapal angkatan laut, peluru berpandu. Dapat juga digunakan dalam perkakas dapur dan bingkai kaca (yang nilai
ekonomisnya tinggi).
Ø Titanium yang dialloykan bersama Vanadium digunakan dalam kulit luaran pesawat terbang, peralatan pendaratan, dan saluran hidrolik.
Ø Karena daya tahannya yang baik terhadap air laut, Titanium digunakan sebagai pemanas- pendingin akuarium air asin dan pisau juru selam.
Ø Di Rusia, Titanium menjadi bahan utama dalm pembuatan kapal angkatan perang termasuk kapal selam seperti kelas Alfa, Mike dan juga Typhoon karena kekuatannya terhadap air laut. Ø Bahan utama batu permata buatan manusia yang secara rel atif agak lembut.
Ø Titanium tetraklorida (TiCl4), cairan tidak berwarna yang digunakan untuk melapisi kaca. Ø Titanium dioksida (TiO2) digunakan dalam pelindung matahari karena ketahanannya terhadap ultra ungu.
Ø Digunakan dalam implant penggantian sendi karena sifat lengainya secara fisiologi. Ø Titanium digunakan untuk peralatan operasi.
Ø Karena kelengaiannya dan menghasilkan warna yang menarik menjadikan logam ini populer untuk menindik badan.
Ø Digunakan dalam implant gigi karena kemampuannya yang luar biasa untuk berpadu dengan tulang hidup ( osseointegrate ).
Senyawa- senyawa Titanium 1. Bilangan oksidasi +4
a. Oksida
TiO2 digunakan sebagai pigmen warna putih pada cat. Kegunaan lain dari TiO2 adalah untuk pemutih kertas dan bahan pengisi pada plastik dan karet. Beberapa juga digunakan untuk pemutih nilon.
Di alam, TiO2 sangat bervariasi warnanya karena adanya pengotor. Ada 2 macam proses untuk mendapatkan TiO2 murni yaitu melalui proses sulfat dan proses klorida. Pada proses klorida, rutile (TiO2) dipanaskan dengan klorin dan kokas pada suhu 900oC sehingga terbantuk TiCl4. Lalu TiCl4 dipanaskan dengan O2 pada suhu 1200oC, dan didapatkan TiO2 murni serta Cl2. Dan klorin dapat digunakan kembali. Reaksi dari proses klorida adalah sebagai berikut:
TiO2+ 2C + 2Cl2→ TiCl4 + 2CO TiCl4+ 2O2→TiO2+ 2Cl2
Sedangkan pada proses sulfat, ilmenite (FeTiO3) dilarutkan pada H2SO4 pekat : FeSO4, Fe2(SO4)3 dan titanil sulfat TiO.SO4 dan akan terbentuk sulfat dalam bentuk cake (padatan). Cake ini di larutkan dalam air dan beberapa bahan yang tidak larut akan dapat dipisahkan. Senyawa Fe3+ pada larutan akan direduksi menjadi Fe2+
menggunakan besi tua lalu FeSO4 akan terbentuk kristal melalui proses evaporasi vakum dan pendinginan. Larutan TiOSO4 selanjutnya dihidrolisis dengan pendidihan, dan kemudian larutan ditanamkan dengan rutil atau kristal anatase.
Struktur kristal dari oksida menunjukkan bahwa kristal bersifat ionik. TiO2tebentuk dengan tiga struktur kristal yang berbeda yaitu rutil, anatase, dan brookit. Rutil
merupakan struktur kristal yang paling banyak dimana Ti secara oktahedral dikelilingi oleh 6 atom O. sedangkan untuk dua struktur kristal yang lain merupakan susunan oktahedral terdistorsi. Senyawa oksida ini tidak larut dalam air. Ion M4+ tidak ada
dalam larutan, tetapi ion MO2+ terbentuk, menghasilkan garam basa seperti titanil sulfat TiOSO4. Baik ion TiO2+maupun [Ti(OH)2]2+ ada dalam larutan, namun dalam bentuk padatan kedua ion tersebut terpolimerisasi membentuk jembatan oksigen pada (MO)n2+.
Struktur X – ray dari TiO.SO4 menunjukkan bahwa Ti dikelilingi oleh 6 atom O yaitu 2 rantai atom O, 3 atom O dari gugus SO4-dan 1 atom O dari H2O.
TiO2 merupakan padatan berwarna putih yang sangat stabil, non volatil, dan bersifat amfoter. TiO2dapat larut dalam asam dan basa menghasilkan senyawa titanat dan titanil.
TiO.SO4 TiO2.(H2O)n Na2TiO3.(H2O)n
b. Peroksida
Sifat khas dari larutan Ti(IV) adalah dapat membentuk warna kuning – oranye bila ditambah dengan H2O2. Reaksi ini dapat digunakan untuk penentuan Ti(IV) atau H2O2 secara kolorimetri. Terbentuknya warna ini dapat disebabkan karena pembentukan kompleks perokso. Di bawah pH 1, senyawa yang terbentuk adalah
[Ti(O2).OH.(H2O)n]+, dimana gugus perokso merupakan ligan bidentat. c. Halida
TiCl4dikenal juga sebagai halida dan dibuat dengan cara melewatkan Cl2selama pemanasan TiO2dan C. Senyawa halida lain dapat dibuat dengan cara yang sama.
Untuk mencegah penanganan F2, flourida dapat disiapkan dari reaksi antara TiCl4 dengan HF anhidrat.
TiCl4 + 4HF TiF4+ 4HCl
Iodida juga dapat dibuat dengan cara pemanasan halogen dan logam. TiCl4bersifat tidak berwarna, diamagnetik, dan merupakan cairan beruap.
Halida dapat terhidrolisis dengan cepat oleh air, dan uap dalam udara menghasilkan TiO2. Hidrolisis lebih lanjut dengan HCl encer menghasilkan oksoklorida TiOCl2. TiCl4 + 2H2O TiO2.(H2O)n + 4HCl
TiCl4 + H2O TiOCl2 + 2HCl
Senyawa flourida lebih stabil dibandingkan dengan senyawa halida lain. Tetrahalida bertindak sebagai asam Lewis dengan berbagai macam donor, membentuk kompleks
oktahedral.
TiF4 [TiF6]2- stabil
TiCl4 [TiCl6]2- tidak stabil
2. Bilangan Oksidasi 3+
Senyawa Ti(+III) memiliki konfigurasi d1, berwarna, dan bersifat paramagnetik. Ti(III) bersifat lebih basa dibandingkan Ti(IV), dan penambahan basa ke dalam larutan Ti3+ menghasilkan endapan Ti2O3.(H2O)n yang berwarna ungu dan tidak larut dalam basa berlebih.
Halida TiX3dapat secara langsung terbentuk dengan mereduksi senyawa TiX4. Dengan demikian TiCl3anhidrat dapat diperoleh sebagai endapan ungu dengan m ereduksi TICl4 menggunakan H2pada 600C. TiCl3 merupakan katalis Ziegler – Natta yang sangat penting. Reduksi dari larutan yang mengandung Ti(+IV) dengan Zn mengahsilkan ion
akua yang berwarna ungu [Ti(H2O)6]3+. Ada dua bentuk terhidrasi dari TiIIICl3yang
memiliki warna yang berbeda. Dalam suatu kompleks TiIII dikelilingi oleh 6 molekul H2O yaitu [Ti(H2O)6]3+ 3Cl-, dan pada kompleks lainnya TiIIIdikelilingi oleh 5 molekul H2O dan 1 ion Cl- menghasilkan senyawa kompleks [TiCl(H2O)5]2+ 2Cl. Kedua senyawa
kompleks yang berbeda ini memberikan peningkatan selisih CFSE pada orbital d sehingga lompatan energi untuk elektron tunggal pada orbital d berbeda, dan dengan demikian
warna kompleksnya menjadi berbeda.
PERTANYAAN
1. Bagaimana cara memperoleh logam Ti murni?
Logam Titanium sulit untuk diekstrak karena memiliki titik leleh yang tinggi dan juga mudah bereaksi dengan udara, oksigen, nitrogen dan hidrogen pada temperatur yang tinggi. Dalam bentuk oksida, tidak dapat direduksi oleh C atau CO karena akan terbentuk karbida. Karena TiO2 stabil maka langkah pertama yang dilakukan adalah membentuk TiCl4dengan adanya pemanasan dengan bantuan C dan Cl2 pada suhu 900oC.
TiO2 + 2C + 2Cl2→TiCl4+ 2CO
2FeTiO3+ 6C + 7Cl2 → 2TiCl4+ 6CO + 2FeCl3
TiCl4 berupa larutan yang akan dipisahkan dari FeCl3 dan pengotor yang lain dengan cara didestilasi. Lalu dapat digunakan beberapa metode untuk mendapatkan logam Ti. Metode tersebut yaitu:
a. Proses Kroll
Logam Ti didapatkan dengan mereduksi TiCl4 dengan Ca pada tungku pembakaran elektrik. Lalu dapat digunakan Mg atau Na. Pada temperatur ini, Ti sangat reaktif dan mudah bereaksi dengan udara atau N2. Dan reaksinya adalah sebagai berikut:
TiCl4 + 2 Mg 1000-1150oC Ti + 2MgCl2
MgCl2 yang terbentuk dapat dihilangkan dengan melarutkan pada air, atau lebih baik dengan melarutkan pada HCl agar Mg yang tersisa juga dapat larut. Dapat juga MgCl2
dihilangkan dengan distilasi vakum. Dan akan tertinggal Ti berbentuk spons, hasil dari destilasi. Sedangkan bila menggunakan Na maka akan terbentuk Ti dalam bentuk granula kecil.
b. Metode van Arkel – de Boer
Pada metode ini, sejumlah Ti yang tidak murni, dipanaskan dengan I2pada suatu bejana sehingga terbentuk TiI4 yang volatil (Ti sudah terpisah dengan beberapa pengotor). Pemanasan ini dilakukan dibawah tekanan atmosfer agar titik didih TiI4 menjadi lebih rendah. TiI4 yang berupa gas akan terdekomposisi pada bara pijar filamen tungsten. Semakin banyak endapan logam pada filamen maka semakin bagus konduktivitas listriknya. Semakin besar arus listrik yang melewati filamen tungsten maka bara pijar akan tetap terjaga. Berikut merupakan reaksi dari metode ini :
ImpureTi + 2I2 50-250oC TiI4 1400oC Ti + 2I2 Tungsten filamen
2. Bagaimana mekanisme katalis Ziegler-Natta yang menggunakan logam titan pada reaksi polimerisasi propilena?
Katalisator Ziegler-Natta dibuat melalui langkah-langkah berikut :
1. Mereaksikan zat teraktifasi dengan satu atau lebih senyawa donor elektron yang mengandung hidrogen labil.
2. Mereaksikan hasil reaksi 1 dengan satu atau lebih ester asam aromatik.
3. Mereaksikan zat teraktifasi di dalam hasil reaksi 2 dengan titan tetrakhlorida. 4. Mereaksikan katalisator yang terkandung di dalam produk reaksi 3 dengan titan
tetrakhlorida.
Katalisator Ziegler-Natta mengandung titan dalam jumlah yang cukup tinggi, dan memiliki aktititas cukup besar untuk mempolimerisasi oletin.
Mekanisme reaksi polimerisasi propilena menggunakan logam tansisi titan sebagai katalis berupa TiCl4 dan kokatalis Al(CH2CH3) dapat dijabarkan sebagai berikut :
a. Pembentukan kompleks ko-katalis dan donor (Moore, 1996)
Reaksi antara ko-katalis dan donor berlangsung spontan (hanya terjadi dalam beberapa detik). TEAL (tri etil aluminium) bereaksi dengan donor (cyclohexyl dimethoxy silane)
membentuk kompleks asam basa yang terurai menjadi etyl-cyclo hexyl methyl methoxy silane dandiethyl aluminium methoxy.
Karena jumlah TEAL berlebih maka kompleks asam basa bereaksi lagi dengan TEAL membentuk kompleks kokatalis.
b. Aktivasi katalis
Untuk memudahkan penulisan, selanjutnya kompleks kokatalis ditulis AlEt3. Kompleks kokatalis diadsorbsi oleh katalis menjadi katalis aktif dan dietil aluminium klorida.
Dari mekanisme reaksi di atas, terlihat bahwa reaksi aktivasi katalis terjadi proses bolak- balik. Reaksi bola-balik sangat dipengaruhi oleh suhu. Aktivasi katalis merupakan reaksi
eksotermis, sehingga suhu dijaga agar tidak terlalu tinggi sebab jika terlalu tinggi maka reaksi akan bergeser ke arah kiri. Ini mengakibatkan jumlah pusat aktif yang terbentuk menjadi berkurang. Hal ini akan menyebabkan jumlah monomer yang terinisiasi tidak banyak dan berakibat pada menurunnya mileage(g polimer/ mg katalis yang digunakan).
c. Inisiasi
Propilena (monomer) bereaksi di pusat aktif katalis (Ti) membentuk kompleks yang kemudian akan terkoordinasi membentuk tahap transisi. Tahap transisi (transition state)
adalah tahap dimana gugus etil pada pusat aktif terlepas dan membentuk ikatan dengan propilena pada akhir rantai (terjadi penyisipan). Kemudian terjadi migrasi rantai dan
d. Propagasi
Proses pada tahap inisiasi berulang juga pada propagasi sehingga diperoleh polipropilena dengan keteraturan yang tinggi . Rantai polimer tumbuh pada permukaan katalis melalui reaki-reaksi penyisipan rantai monomer yang terkompleksasi dan gugus Et yang asaln ya dari kokatalis organologam (AlRt3) berakhir sebagai gugus ujung rantai.
e. Terminasi
Terminasi rantai yang tumbuh bisa terjadi dengan beberapa cara. Chain transfer (transfer rantai) pada polimerisasi propilena terjadi dengan beberapa cara, tergantung pada katalis dan kondisi operasi yang digunakan. Transfer rantai ke monomer atau transfer hidrida internal menghasilkan ujung rantai tak jenuh. Chain transfer yang sering dilakukan yaitu menggunakan zat hidrogen untuk mengontrol berat molekul polimer. Pada konsentrasi hidrogen dan derajat polimerisasi tertentu, hidrogen dapat memutuskan ikatan antara Ti
dan Cl pada rantai polimer sehingga terbentuk ikatan antara Ti dan H. Namun monomer akan mudah menyisip antara ikatan Ti dan H, sehingga terjadi polimerisasi lagi.
Tanpa penerapan pereaksi-pereaksi transfer seperti itu, berat molekul akan menjadi terlalu tinggi untuk pemakaian komersial.
3. TiCl3 yang terhidrasi menghasilkan 2 macam ion kompleks yaitu [Ti(H2O)6]3+ dan [Ti(H2O)5Cl]3+. Jelaskan mengapa kedua kompleks tersebut memiliki warna yang berbeda ( ion [Ti(H2O)6]3+ berwarna ungu dan ion [Ti(H2O)5Cl]3+berwarna hijau)?
TiCl3dengan adanya air akan mengalami hidrasi menjadi 2 macam ion kompleks yaitu [Ti(H2O)6]3+ yang terdiri dari 6 ligan H2O dan [Ti(H2O)5Cl]3+, dimana ligannya terdiri dari 5 molekul H2O dan 1 molekul Cl.
PEMBUATAN ZIRKONIUM,
HAFNIUM DAN TITANIUM
(Makalah Kimia Anorganik III) Penulis:
Nama: Tyas Rosawinda Khairunnisa NPM: 0917011048
Dosen Pembimbing:
Prof. Suharso, Ph.D
\
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya ucapkan atas kehadirat Allah SWT, karena dengan rahmat dan karunia-N ya saya masih diberi kesempatan untuk menyelesaikan makalah ini. Tidak lupa saya ucapkan
kepada dosen pembimbing dan teman-teman yang telah memberikan dukungan dalam menyelesaikan makalah ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan makalah ini masih banyak kekurangan, oleh sebab itu penulis angat mengharapkan kritik dan saran yang membangun. Dan semoga sengan
selesainya makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan teman-teman. Amin.
1.1 Latar Belakang
Golongan IV B juga disebut golongan transaktinida. Unsur dalam golongan IV B termasuk dalam unsur transisi yaitu unsur blok d yang konfigurasi elektronnya diakhiri oleh sub kulit d. Unsur-unsur yang termasuk dalam golongan IV B antara lain Titanium (Ti), Zirkonium (Zr),
Hafnium (Hf) serta unsur Rutherfordium (Rf).
Beberapa sifat golongan ini dapat kita lihat dalam Sistem Periodik Unsur. Konfigurasi elektron terluar unsur ini adalah (n-1)d2 ns2.
1.2 Tujuan Makalah
Adapun tujuan dalam penulisan makalah ini adalah untuk menambah pengetahuan mahasiswa mengenai unsur golongan VB terutama tentang bagaimana proses pembuatan senyawa hafnium, titanium dan hafnium.
II. ISI
A. UNSUR ZIRKONIUM
Nama zirkon kemungkinan berasal dari bahasa Persia zargun yang memberikan deskripsi warna batu permata yang sekarang dikenal sebagai zircon, jargon, hyacinth, atau ligure. Mineral ini tidak diketahui mengandung elemen baru sampai Klaproth, pada tahun 1789, menganalisa jargon dari pulau Ceylon dan menemukan bahan baru yang dia namakan Zirkonertz (zirconia), tetapi Werner namakan zircon ( silex circonius). Logam ini dalam bentuknya yang tidak murni pertama kali diisolasi oleh Berzelius di tahun 1824 dengan memanaskan campuran potasium dan potasium zirkonium fluorida dalam proses dekomposisi yang mereka kembangkan.
Zirkonium ditemukan dalam jumlah banyak di bintang-bintang tipe S, dan juga telah diidentifikasikan dalam matahari dan meteor. Analisis bebatuan bulan yang diambil dari berbagai misi Apollo menunjukkan kandungan zirkonium yang tinggi, dibandingkan dengan bebatuan bumi.
Mineral utama yang mengandung unsur zirkonium adalah zirkon/zirkonium silika (ZrO2.SiO2) dan baddeleyit/zirkonium oksida (ZrO2). Kedua mineral ini dijumpai dalam bentuk senyawa dengan hafnium. Pada umumnya zirkon mengandung unsur besi, kalsium sodium, mangan, dan unsur lainnya yang menyebabkan warna pada zirkon bervariasi, seperti putih bening hingga kuning, kehijauan, coklat kemerahan, kuning kecoklatan, dan gelap, sisitim kristal monoklin, prismatik, dipiramida, dan ditetragonal, kilap lilin sampai logam,
belahan sempurna – tidak beraturan, kekerasan 6,5 – 7,5, berat jenis 4,6 – 5,8, indeks refraksi 1,92 – 2,19, hilang pijar 0,1%, dan titik lebur 2.5000C . Mineral utama yang mengandung unsur zirkonium adalah zirkon/zirkonium silika (ZrO2.SiO2) dan baddeleyit/zirkonium oksida (ZrO2).
Zirkonium hanya membentuk satu oksida yang penting yaitu zirkonia ZrO2, yang bersifat amfoter. Garam-garam zirkonium normal , seperti ZrCl4, mudah terhidrolisis dalam larutan sehingga menjadi garam-garam zirkonil yang mengandung radikal bivalen ZrO2+. Zirkonium juga mudah membentuk ion-ion kompleks seperti heksafluorozirkonat (IV) [ZrF6]2- yang
dihasilkan dengan memanaskan zirkonia dengan kalium hidrogen fluorida (5).
Zr + HNO3 ZrO(NO3)2 + 4 H2O
Zr(NO3)2 + 4 HCl ZrCl4 + 4 HNO3
U-Zr + 6HF UF4 + ZrF2 + 3 H2
UF4 + HNO3 UO2(NO3)2 + 4 HF + NO2
Zirkonium dan paduan yang digunakan untuk pembuatan kelongsong bahan bakar reaktor nuklir harus mempunyai tingkat kemurnian yang tinggi (nuclear grade). Meskipun di dalam
produk zirkonium tersebut masih mengandung logam-logam pengotor tetapi tidak boleh melebihi dari spesifikasi yang telah ditentukan untuk pembuatan kelongsong bahan bakar reaktor nuklir.
Reaksi dengan Air
Zirkonium tidak bereaksi dengan air pada keadaan di bawah normal. Reaksi dengan Udara
Zr (s) + O2 (g) → ZrO2 (s) Reaksi dengan Halogen
Zr (s) + 2F2 (g) → ZrF4 (s) Zr (s) + 2Cl2 (g) → ZrCl4 (s) Zr (s) +2Br2 (g) → ZrBr4 (s) Zr (s) + 2I2 (g) → ZrI4 (s)
Reaksi dengan Asam
Hanya terdapat sedikit kemungkinan logam Zirkonium bereaksi dengan asam. Zirkonium tidak dapat bercampur dengan asam hidrofluorik, HF, membentuk kompleks fluoro.
B. UNSUR HAFNIUM
Logam ini diperkirakan menyusun kurang lebih 0,00058 % dari lapisan bumi. Logam ini ditemukan dalam campuran senyawa Zirkonium yang mana tidak ditemukan dalam unsur bebas di alam. Mineral yang mengandung Zirkonium seperti Alvite [(Hf, Th, Zr) SO4 H2O],
Thortveitite dan Zirkon (Zr SlO4) biasanya mengandung 1%-5% Hf. Antara logam Hafnium dan Zirkonium mempunyai sifat yang sama sehingga sulit dipisahkan. Perlu diketahui bahwa Hafnium ditemukan sebagai produk sampingan dari pemurnian Zirkonium. Rutherfodium(Rf) Unsur ini merupakan unsur sintetik yang merupakan isotop yang mengalami peluruhan melalui reaksi fisi yang berjalan s pontan.
Hafnium alami merupakan campuran dari 6 isotop stabil yaitu : Hafnium 174 (0,2%), Hafnium 176 (5,2%), Hafnium 177 (18,6%), Hafnium 178 (27,1%), Hafnium 179 (13,7%), dan Hafnium 180 (35,2%).
Logam Hafnium resistan terhadap kondisi alkali, namun Hafnium bereaksi dengan Halogen membentuk Hafnium Tetrahalides, misalnya HfCl4, Hf f4. Selain itu, pada temperature tinggi, Hafnium dapat bereaksi dengan Oksigen membentuk HfO2, dengan Nitrogen membentuk HfN yang mana mempunyai titik didih 3305oC, dengan
Karbon membentuk HfC, dengan Melting Point mendekati 3890oC ,dan Boron, Silikon serta Sulfur.
Reaksi dengan Air
Hafnium tidak bereaksi dengan air di bawah kondisi normal. Reaksi dengan Udara
Hf (s) + O2 (g) → HfO2 (s) Reaksi dengan Halogen Hf (s) +2F2 (g) → HfF4 (s)
C. UNSUR TITANIUM
Unsur ini terdapat di banyak mineral dengan sumber utama adalah Rutile dan Ilmenite, yang tersebar luas di seluruh bumi. Ada 2 bentuk allotropic dan 5 isotop alami dari unsur ini;Ti-46 sampai Ti-50 dengan Ti-48 yang paling banyak terdapat di alam (73,8%). Salah satu karakteristik Titanium yang paling terkenal adalah sifat yang sama kuatnya dengan baja
namun hanya dengan 60% beratbaja.
Unsur Titanium terdapat dalam bentuk senyawa : TiB2 (Titanium Borida), TiC(Titanium Carbida), TiO2 ( Titanium Dioksida), TiN (Titanium Nitrida).
Titanium juga dijumpai pada Meteorit dan ditemukan pada Matahari dan bintang jenis M. Batuan yang dibawa dari bulan pada misi Apollo-17, mengandung 12,1% TiO2.
Reaksi dengan Air
Titanium akan bereaksi dengan air membentuk Titanium dioksida dan hydrogen. Ti(s) + 2H2O(g) → TiO2(s) + 2H2(g)
Reaksi dengan Udara
yang terang dan ketika dibakar dengan Nitrogen murni akan menghasilkan Titanium Nitrida.
Ti(s) + O2(g) → TiO2(s) 2Ti(s) + N2(g) →TiN(s)
Reaksi dengan Halogen
Reaksi Titanium dengan Halogen menghasilkan Titanium Halida. Reaksi dengan Fluor berlangsung pada suhu 200°C.
Ti(s) + 2F2(s) → TiF4(s) Ti(s) + 2Cl2(g) → TiCl4(s)
Ti(s) + 2Br2(l) → TiBr4(s) Ti(s) + 2I2(s) → TiI4(s)
Reaksi dengan Asam
Logam Titanium tidak bereaksi dengan asam mineral pada temperatur normal tetapi dengan asam hidrofluorik yang panas membentuk kompleks anion
(TiF6)3-2Ti(s) + 2HF (aq) → 2(TiF6)3-(aq) + 3 H2(g) + 6 H+(aq)
Reaksi dengan Basa
II. PENUTUP
Demikian yang dapat saya sampaikan mengenai materi yang menjadi pokok bahasan dalam makalah ini, tak ada gading yang tak retak dan tak ada samudera yang tak bergelombang, begitu juga tentunya dengan makalah ini yang masih jauh dari kesempurnaan.
Untuk itu, Penulis berharap para pembaca dapat memberikan kritik dan saran yang membangun kepada penulis demi sempurnanya makalah ini dan penulisan makalah di kesempatan – kesempatan berikutnya.
Semoga makalah ini berguna bagi penulis pada khususnya juga para pembaca yang pada umumnya, terimkasih
