UNSUR TEMBAGA (Cu)
SEPTARIA YOLAN KL. NIM : H311 12 253
Pendahuluan
A. Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari, manusia selalu berhubungan dengan unsur-unsur maupun senyawa. Bahkan penggunaan zat tersebut makin meningkat dengan berkembang pesatnya industri, baik sebagai alat, bahan dasar maupun sumber energi. Sumber daya alam di Indonesia sangat kaya akan sumber mineral bijih logam. Salah satu kelompok unsur yang banyak dikembangkan saat ini adalah unsur-unsur transisi. Unsur transisi ditemukan di kerak bumi terutama sebagai bijih mineral (bijih logam) dengan kadar tertentu. Unsur transisi adalah unsur yang dapat menggunakan elektron pada kulit terluar dan kulit pertama terluar untuk berikatan dengan unsur-unsur yang lain. Unsur transisi periode keempat umumnya memiliki elektron valensi pada subkulit 3d yang belum terisi penuh (kecuali unsur Seng (Zn) pada Golongan IIB). Hal ini menyebabkan unsur transisi periode keempat memiliki beberapa sifat khas yang tidak dimiliki oleh unsur-unsur golongan utama, seperti sifat magnetik, warna ion, aktivitas katalitik, serta kemampuan membentuk senyawa kompleks. Salah satu unsur periode keempat adalah tambaga (Cu). Sebagian besar unsur transisi periode keempat mudah teroksidasi (memiliki E°red negatif), kecuali unsur tembaga yang cenderung mudah tereduksi (E°Cu = + 0,34 V). Hal ini berarti bahwa secara teoritis, sebagian besar unsur transisi periode keempat dapat bereaksi dengan asam kuat (seperti HCl) menghasilkan gas hidrogen, kecuali unsur Tembaga.
Tembaga atau cuprum (Cu) berbentuk kristal dengan warna kemerahan dan di alam dapat ditemukan dalam bentuk logam bebas, namun lebih banyak ditemukan dalam bentuk persenyawaan atau sebagai senyawa padat dalam bentuk mineral. Bijih tembaga yang terpenting yaitu pirit atau chalcopyrite (CuFeS2), copper glance atau chalcolite (Cu2S), cuprite (Cu2O), malaconite (CuO) dan malachite (Cu2(OH)2CO3). Tembaga kadang-kadang ditemukan secara alami, seperti yang ditemukan dalam mineral-mineral, yaitu cuprite, malachite, azurite, chalcopyrite, dan bornite. Tembaga memiliki sifat diamagnetik yang tidak tertarik oleh medan magnet. Hal ini disebabkan atom atau molekul dimana elektron dalam orbitalnya semua berpasangan. Dalam tabel periodik tembaga menempati posisi dengan nomor atom 29.
sehingga mudah dibentuk sesuai desain yang dikehendaki, bersifat tidak reaktif secara kimiawi, dan sangat berharga. Oleh karena itu, artikel ini ditulis untuk menambah cakrawala kita tentang karakteristik unsur tembaga, kegunaan tembaga, kelimpahan tembaga di alam, isolasi, dan perbandingan logam tembaga dengan unsur lain dalam seperiode.
Isi
A. Kelimpahan Tembaga di alam
Menurut data tahun 2005, Chili merupakan penghasil tembaga terbesar di dunia, disusul oleh AS dan Indonesia. Tembaga dapat ditambang dengan metode tambang terbuka dan tambang bawah tanah. Kandungan tembaga dinyatakan dalam % (persen). Jadi jika satu tambang berkadar 2,3%, berarti dari 100 kg bijih akan dihasilkan 2,3 kg tembaga. Selain sebagai penghasil no.1, tambang tembaga terbesar juga dipunyai Chili. Tambang itu terdapat di Chuquicamata, terletak sekitar 1.240 km sebelah utara ibukota Santiago. Sedang tambang tembaga terbesar di Indonesia adalah yang diusahakan PT Freeport Indonesia di area Grasberg, Papua. Freeport juga mengoperasikan beberapa tambang bawah tanah besar, meski dengan kemampuan produksi yang masih berada di bawah Grasberg. Tembaga di alam tidak begitu melimpah dan ditemukan dalam bentuk bebas maupun dalam bentuk senyawaan. Bijih tembaga yang terpenting yaitu pirit atau chalcopyrite (CuFeS2), copper glance atau chalcolite (Cu2S), cuprite (Cu2O), malaconite (CuO) dan malachite (Cu2(OH)2CO3) sedangkan dalam unsur bebas ditemukan di Northern Michigan Amerika Serikat. Tembaga kadang-kadang ditemukan secara alami, seperti yang ditemukan dalam mineral-mineral seperti cuprite, malachite, azurite, chalcopyrite, dan bornite. Deposit bijih tembaga yang banyak ditemukan di AS, Chile, Zambia, Zaire, Peru, dan Kanada. Bijih-bijih tembaga yang penting adalah sulfida, oksida-oksidanya, dan karbonat. Selanjutnya, tembaga diambil dari bijih-bijih tembaga dengan cara smelting, leaching, dan elektrolisis (Yustika, 2012).
B. Sifat Unsur lain dalam seperiode
- Sifat Kimia Unsur Transisi Periode Keempat, yaitu (Kartika, dkk., 2013):
1. Jari-jari atom berkurang dari Sc ke Zn, hal ini berkaitan dengan semakin bertambahnya elektron pada kulit 3d, maka semakin besar pula gaya tarik intinya, sehingga jarak elektron pada jarak terluar ke inti semakin kecil.
antar atom yang berurutan tidak terlalu besar. Karena ketika logam menjadi ion, maka elektron pada kulit 4s yang terlebih dahulu terionisasi.
3. Konfigurasi elektron pada semua unsur transisi periode keempat mempunyai elektron pada kulit terluar 4s2, kecuali pada unsur Cr dan Cu terdapat pada subkulit 4s1.
4. Bilangan oksidasi Senyawa-senyawa unsur transisi di alam ternyata mempunyai bilangan oksidasi lebih dari satu. Walaupun unsur transisi memiliki beberapa bilangan oksidasi, keteraturan dapat dikenali. Bilangan oksidasi tertinggi atom yang memiliki lima elektron yakni jumlah orbital d berkaitan dengan keadaan saat semua elektron d (selain elektron s) dikeluarkan. Jadi, dalam kasus skandium dengan konfigurasi elektron (n-1)d1ns2, bilangan oksidasinya 3. Mangan dengan konfigurasi (n-1)d5ns2, akan berbilangan oksidasi maksimum +7. Bila jumlah elektron d melebihi 5, situasinya berubah. Untuk besi Fe dengan konfigurasi elektron (n-1)d6ns2, bilangan oksidasi utamanya adalah +2 dan +3. Sangat jarang ditemui bilangan oksidasi +6. Bilangan oksidasi tertinggi sejumlah logam transisi penting seperti Kobal (Co), Nikel (Ni), Tembaga (Cu) dan Zink (Zn) lebih rendah dari bilangan oksidasi atom yang kehilangan semua elektron (n-1) d dan ns-nya. Di antara unsur-unsur yang ada dalam golongan yang sama, semakin tinggi bilangan oksidasi semakin tinggi unsur-unsur pada periode yang lebih besar.
- Sifat unsur lain dalam seperiode
Seng adalah logam yang putih kebiruan, logam ini cukup mudah ditempa dan liat pada 110–150 ° C. Seng melebur pada 410 ° C dan mendidih pada 906 ° C. Logamnya yang murni, melarut lambat sekali dalam asam dan dalam alkali. Adanya zat-zat pencemar atau kontak dengan platinum atau tembaga yang dihasilkan oleh penambahan beberapa tetes larutan garam dari logam-logam ini dapat mempercepat reaksi. Ini menjelaskan larutnya seng-seng komersial. Seng tersebut dengan mudah larut dalam asam klorida encer dan asam sulfat encer dengan mengeluarkan hidrogen (Evi, A., 2012):
Zn (s) + 2H+ (aq) → Zn2+ (aq) + H2 (g) C. Isolasi
- Ekstraksi tembaga
Ekstrasi ini dari bijih sulfida dapat dilakukan dengan proses termal yaitu pirometalurgi atau dengan proses pelarutan air yaitu hidrometalurgi. Pada proses pirometalurgi, bijih pekat dipanaskan (proses roasting) dalam kondisi udara terbatas. Proses ini menguraikan ikatan rangkap sulfida menjadi besi (III) oksida dan tembaga (I) sulfida menurut persamaan reaksi.
4 CuFeS2 (s) + 9 O2 (g) → 2 Cu2S (l) + 2 Fe2O3 (s)
sangat terkenal, dipahami, banyak dijumpai pada peleburan-peleburan tembaga, dan merupakan proses yang relatif cepat. Kelemahan proses ini bahwa biji harus dapat dipekatkan cukup tinggi, proses peleburannya membutuhkan banyak energi dan membebaskan energi bebas SO2 dalam jumlah besar sebagai polutan yang mencemari udara atau lingkungan. Proses hidrometalurgi, yaitu ekstraksi logam dengan proses pelarutan. Digunakan hingga abad ke-20 dan hanya logam khusus perak dan emas. Secara umum proses hidrometalurgi terdiri dari tiga tahapan utama yaitu pelumeran (leaching), pemekatan (concentration), dan pemulihan (recovery). Jadi, dalam proses hidrometalurgi, belerang dibebaskan dalam bentuk ion sulfat dalam larutan dan belerang padatan, bukan sebagai gas belerang dioksida sebagaimana dihasilkan pada proses pirometalurgi (Sugiyarto dan Suyanti, 2010).
- Pengolahan Bijih Tembaga
Bijih tembaga dapat berupa karbonat, oksida dan sulfida. Untuk memperoleh tembaga dari bijih yang berupa oksida dan karbonat lebih mudah dibanding bijih yang berupa sulfida. Hal ini disebabkan tembaga terletak dibagian bawah deret volta sehingga mudah diasingkan dari bijihnya. Bijih berupa oksida dan karbonat direduksi menggunakan kokas untuk memperoleh tembaga, sedangkan bijih tembaga sulfida, biasanya kalkopirit (CuFeS2), terdiri dari beberapa tahap untuk memperoleh tembaga, yakni (Utomo, G.R., 2011):
a. Pengapungan (flotasi)
Proses pengapungan atau flotasi diawali dengan pengecilan ukuran bijih kemudian digiling sampai terbentuk butiran halus. Bijih yang telah dihaluskan dimasukkan ke dalam campuran air dan suatu minyak tertentu. Kemudian udara ditiupkan ke dalam campuran untuk menghasilkan gelembung-gelembung udara. Bagian bijih yang mengandung logam yang tidak berikatan dengan air akan berikatan dengan minyak dan menempel pada gelembung-gelembung udara yang kemudian mengapung ke permukaan. Selanjutnya gelembung-gelembung udara yang membawa partikel-partikel logam dan mengapung ini dipisahkan kemudian dipekatkan.
b. Pemanggangan
Bijih pekat hasil pengapungan selanjutnya dipanggang dalam udara terbatas pada suhu dibawah titik lelehnya guna menghilangkan air yang mungkin masih ada pada saat pemekatan dan belerang yang hilang sebagai belerang dioksida. Campuran yang diperoleh dari proses pemanggangan ini disebut calcine, yang mengandung Cu2S, FeO dan mungkin masih mengandung sedikit FeS. Setelah itu calcine disilika guna mengubah besi(II)oksida menjadi suatu sanga atau slag besi(II)silikat yang kemudian dapat dipisahkan. Reaksinya sebagai berikut :
FeO(s) + SiO2 → FeSiO3
c. Reduksi
Cu2S atau matte yang yang diperoleh kemudian direduksi dengan cara dipanaskan dengan udara terkontrol, sesuai reaksi
2Cu2S(s)+ 3O2(g)→ 2Cu2O(s)+ 2SO2(g) Cu2S(s)+ 2Cu2O(s) → 6Cu(s)+ SO2(g)
Tembaga yang diperoleh pada tahap ini disebut blister atau tembaga lepuhan sebab mengandung rongga-rongga yang berisi udara.
d. Elektrolisis
Blister atau tembaga lepuhan masih mengandung misalnya Ag, Au, dan Pt kemudian dimurnikan dengan cara elektrolisis. Pada elektrolisis tembaga kotor (tidak murni) dipasang sebagai anoda dan katoda digunakan tembaga murni, dengan elektrolit larutan tembaga(II)sulfat (CuSO4). Selama proses elektrolisis berlangsung tembaga di anoda teroksidasi menjadi Cu2+ kemudian direduksi di katoda menjadi logam Cu. Pada proses ini anoda semakin berkurang dan katoda (tembaga murni) makin bertambah banyak, sedangkan pengotor-pengotor yang berupa Ag, Au, dan Pt mengendap sebagai lumpur.
D. Kegunaan Unsur
- Sebagai bahan untuk kabel listrik dan kumparan dinamo.
- Paduan logam. Paduan tembaga 70% dengan seng 30% disebut kuningan, sedangkan paduan tembaga 80% dengan timah putih 20% disebut perunggu. Perunggu yang mengandung sejumlah fosfor digunakan dalam industri arloji dan galvanometer. Kuningan memiliki warna seperti emas sehingga banyak digunakan sebagai perhiasan atau ornamen-ornamen. Sedangkan perunggu banyak dijadikan sebagai perhiasan dan digunakan pula pada seni patung.
- Mata uang dan perkakas-perkakas yang terbuat dari emas dan perak selalu mengndung tembaga untuk menambah kekuatan dan kekerasannya.
- Sebagai bahan penahan untuk bangunan dan beberapa bagian dari kapal.
- Serbuk tembaga digunakan sebagai katalisator untuk mengoksidasi metanol menjadi metanal (Utomo, G.R., 2011).
Gambar 1. Unsur tembaga
Penutup
A. Kesiumpulan
Tembaga atau cuprum (Cu), berbentuk kristal dengan warna kemerahan dan di alam dapat ditemukan dalam bentuk logam bebas, namun lebih banyak ditemukan dalam bentuk persenyawaan atau sebagai senyawa padat dalam bentuk mineral. Menurut data tahun 2005, Chili merupakan penghasil tembaga terbesar di dunia, disusul oleh AS dan Indonesia. Bijih tembaga yang terpenting yaitu pirit atau chalcopyrite, copper glance atau chalcolite, cuprite (Cu2O), malaconite (CuO) dan malachite (Cu2(OH)2CO3). Sifat Kimia Unsur Transisi Periode Keempat, yaitu jari-jari atom berkurang dari Sc ke Zn, energi ionisasi cenderung bertambah dari Sc ke Zn, konfigurasi elektron pada semua unsur transisi periode keempat mempunyai elektron pada kulit terluar 4s2, kecuali pada unsur Cr dan Cu, dan bilangan oksidasi senyawa unsur transisi di alam mempunyai bilangan oksidasi lebih dari satu. Sifat unsur lain dalam seperiode, contohnya seng adalah logam yang putih kebiruan, logam ini cukup mudah ditempa dan liat pada 110–150 ° C. Logamnya yang murni, melarut lambat sekali dalam asam dan dalam alkali. Isolasi unsur tembaga, yaitu ekstraksi tembaga dari bijih sulfida dapat dilakukan dengan proses termal yaitu pirometalurgi atau dengan hidrometalurgi dan pengolahan bijih tembaga untuk memperoleh tembaga berupa karbonat direduksi menggunakan kokas, sedangkan bijih tembaga sulfida, biasanya kalkopirit, terdiri dari beberapa tahap, yakni pengapungan, pemanggangan, reduksi, dan elektrolisis. Kegunaan unsur tembaga, yaitu bahan untuk kabel listrik, paduan logam, mata uang, bahan penahan untuk bangunan, dan serbuk tembaga yang digunakan sebagai katalisator.
Pustaka
Kartika, L., Ika, D., Dewi, R., Pratiwi, A.I., Sardi, H., Zulkarnaen, A., Idris, R., 2013,
Makalah Kimia Gol. Transisi Peride 4 dalam SPU, (online), (http://www.academia
.edu/5446425/MAKALAH_KIMIA_gol.transisis_peride_4_dalam_SPU, diakses pada
tanggal 29 November 2014, pukul 18.00 WITA).
Evi, A., 2012, Bab II Kajian Pustaka, (online), (http://eprints.uny.ac.id/9220/4/bab%202% 20-%2007307144012.pdf, diakses tanggal 28 November 2014, pukul 13.35 WITA).
Sugiarto, K.H., dan Suyanti, R.D., 2010, Kimia Anorganik Logam, Graha Ilmu, Yogyakarta. Utomo, G.R., 2011, Tembaga atau Cuprum, (online), (https://www.scribd.com/doc/13138823
7/TEMBAGA-pdf, diakses tanggal 28 November 2014, pukul 13.40 WITA).
