TUJUAN PEMBELAJARAN
1. Siswa dapat menjelaskan proses pembuatan unsur-unsur gas mulia melalui diskusi kelompok
2. Siswa dapat menjelaskan proses pembuatan unsur-unsur halogen melalui diskusi kelompok
3. Siswa dapat menjelaskan proses pembuatan unsur-unsur alkali dan alkali tanah melalui diskusi kelompok
4. Siswa dapat menjelaskan proses pembuatan unsur-unsur periode 3 dan senyawanya melalui diskusi kelompok
5. Siswa dapat menjelaskan proses pembuatan unsur-unsur golongan transisi (periode 4) dan senyawanya melalui diskusi kelompok
▸ Baca selengkapnya: proses pembuatan unsur gas mulia
(2) 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 -100oC.
Dalam proses kriogenik campuran gas alam diberi tekanan lalu didinginkan dengan cepat agar N2 mengembun sehingga dapat dipisahkan. 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 CO2 dan 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% O2 dan ±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. O2 direaksikan 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 ±-80oC diperoleh Ar, sementara Kr, dan Xe diperoleh pada suhu yang lebih tinggi.
Proses destilasi bertingkat merupakan prinsip pemisahan zat berdasarkan perbedaan titik didih zat. Titik didih N2 paling tinggi sehingga N2 dapat dipisahkan terlebih dahulu, kemudian Ar dan O2 dipisahkan. Sedangkan Xe dan Kr dipisahkan pada tahapan destilasi berikutnya. mengoksidasi senyawa halida (X-). Pada umumnya unsur-unsur halogen (X2) dibuat di laboratorium dengan cara mengoksidasi senyawa halida. Gas fluorin (F2) jarang dibuat di laboratorium karena 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 MnO2 atau KMnO4 dalam lingkungan asam.
1. Pembuatan Fluorin (F2)
Fluorin diperoleh melalui proses elektrolisis garam hidrogen fluorida, KHF2 dilarutkan dalam HF cair, kemudian ditambahkan LiF 3% (agar suhu turun sampai ±100oC). Elektrolisis dilakukan pada tempat terbuat dari baja, di mana sebagai katode baja dan sebagai anoda karbon (grafit).
Reaksi
KHF2 → K+ + HF 2-HF2- → H+ + 2F Katode: 2H+ + 2e → H2 Anoda : 2F- → F2 + 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
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- → Cl2 + 2e
Pada proses di atas sebelum NaCl dicairkan, NaCl dicampurkan dengan sedikit NaF (agar titik lebur turun dari 800oC menjadi 600oC. Kontak (reaksi) antara logam Na dan gas Cl2 terbentuk digunakan lapisan besi tipis.
3. Pembuatan 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–(aq) → 2Cl-(aq) + Br2(g)
Br2 dalam air dapat mengalami hidrolisis.
Br2(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. Pembuatan Iodin (I2)
Yodium di alam hanya terdapat natrium Iodat (NaIO3). Yodium dibuat secara reduksi ion yodat dengan produksi natrium hidrogensulfit.
( IO3- + 6H+ + Se → ½I2 + 3H2O ) x 2 ( HSO3- + H2O → HSO4- + 2H+ + 2e ) x 5
Ganggang laut (mengandung KI) dikeringkan, abu dari ganggan laut dicampur dengan air panas dan disaring. Larutan yang terjadi diuapkan sementara zat-zat yang kurang larut mengkristal. Sisa larutan kemudian dialiri gas Cl2.
5. Pembuatan Astatin (At)
Astatin diperoleh dari penembakan Bi dengan partikel α (He). Astatin bersifat radioaktif dan mempunyai waktu paropendek (8,1 jam)
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) → ½Cl2(g) + e
Natrium dibuat dari elektrolisis lelehan natrium klorida yang dicampur dengan kalsium klorida disebut proses Down. Fungsi dari kalsium klorida untuk menurunkan titik cair sehingga lebih efisien (dari 800oC sampai 500oC).
NaCl(l) → Na+(l) + Cl–(l)
Na+
(l) + e → Na(l)
Cl–
(l) → ½Cl2(g) + e
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)
Kalium, rubidium, dan cesium yang terbentuk mudah menguap, maka harus dikeluarkan dari sistem kesetimbangan, sehingga kesetimbangan bergeser ke zat hasil.
ALKALI TANAH
Alkali tanah mempunyai harga potensial elektroda sangat negatif, sehingga pembuatan logam alkali tanah dilakukan dengan cara elektrolisis lelehan garamnya, kecuali berilium. Berilium 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-(aq)
Mg2+
(aq) + 2OH-(aq) → Mg(OH)2(s)
Endapan Mg(OH)2 direaksikan dengan larutan HCl pekat untuk membentuk MgCl2. Mg(OH)2(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + 2H2O(l)
Larutan MgCl2 diperoleh dengan menguapkan airnya sehingga diperoleh kristal MgCl2, kemudian kristal MgCl2 dicairkan dan dielektrolisis.
MgCl2(l) Mg2+(l) + 2Cl–(l)
− Bauksit dicuci dengan larutan NaOH pekat
− NaAlO2 yang terbentuk diubah menjadi Al(OH)3 dengan menambahkan asam. Reaksinya:
NaAlO2(aq) + HCl(aq) + H2O(aq) + H2O(l) →Al(OH)3 + NaCl(aq)
− Al(OH)3yang terbentuk diubah menjadi Al2O3 dengan pemanasan. Reaksinya:
2Al(OH)3 → Al2O3(s) + 3H2O(g)
2) Proses elektrolisis
− Al2O3 dicampur dengan kriolit, berfungsi sebagai pelarut dan menurunkan titik didih Al2O3 dari 2000oC menjadi 1000oC.
− Larutan Al2O3 dalam kriolit dielektrolisis (lihat gambar)
Reaksi yang terjadi:
2Al2O3 → 4Al3+ + 6O 2-Katoda: 4Al3+ + 12e → 4Al Anoda: 6O2- → 3O2 + 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.
2. Pembuatan belerang (S)
Dengan menggunakan pompa Frasch, dipompakan 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 %.
3. Pembuatan Silikon (Si)
Silikon dibuat dengan cara memanaskan pasir dan kokas (c) pada suhu sekitar 3000oC dalam tanur listrik atau tungku pembakaran. Kokas (C) berfungsi sebagai reduktor.
SiO2(l) + C(s) → Si(l) + 2CO(g)
Pembuatan H2SO4
1) Dalam laboratorium
Serbuk belerang dibakar, uap yang dihasilkan dialirkan ke dalam air. Kemudian larutan SO3 dalam air kita uji dengan menggunakan kertas lakmus. Perubahan warna merah pada kertas lakmus menunjukkan oksida belerang pembentuk asam.
2) Dalam industri
Produksi H2SO4 dalam industri dapat dibuat melalui 2 cara, yaitu proses kontak dan proses kamar timbal.
a) Proses kontak
Bahan dasar : SO2 yang diperoleh dari pembakaran belerang reaksi selanjutnya adalah mereaksikan gas SO2 bersih dengan gas O2 pada suhu ±400oC dengan katalis V2O5 (vanadium pentaoksida).
Reaksi:
2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)
Gas SO3 yang terjadi direaksikan dengan larutan H2SO4 encer hingga dihasilkan H2S2O7 (asam pirosulfat).
Reaksi:
SO3(g) + H2SO4(aq) → H2S2O7(l)
Reaksi:
H2S2O7(l) + H2O(l) → 2H2SO4(l)
asam sulfat pekat dengan kadar 98% b) Proses kamar timbal
Campuran gas SO2 dengan oksigen dialirkan ke kamar yang dilapisi Pb dengan katalisator gas NO dan NO2 sesuai reaksi.
2SO2(g) + O2(g) 2HNOSO4(l)
asam nitrosil
2HNOSO4(l) + H2O(l)⎯⎯→ 2H2SO4(l) + NO(g) + NO2(g)
asam sulfat dengan kadar < 98%
4. Pembuatan Fosforus (P)
Unsur fosforus diperoleh dengan memanaskan campuran kalsium fosfat, pasir, dan karbon pada suhu 1400oC - 1500oC dalam suatu tanur listrik.
2Ca3(PO4)2(s) + 6SiO2(s) + 10C(s) → 6CaSiO3(s) + 10CO(g) + P4(g)
Uap fosforus yang terbentuk dipadatkan.
UNSUR-UNSUR GOLONGAN TRANSISI (PERIODE 4)
Unsur-unsur transisi berada di alam dalam bentuk senyawaan. Bagaimana cara untuk mendapatkan unsur-unsur transisi tersebut? Mari kita pelajari cara mendapatkan beberapa unsur transisi berikut ini.
1. Pembuatan Skandium (Sc)
Skandium (Sc) dibuat dengan elektrolisis cairan ScCl3 yang dicampurkan dengan klorida-klorida lain.
2. Pembuatan Titanium (Ti)
Salah satu metode yang digunakan dalam proses pembuatan titanium adalah Metode Kroll yang banyak menggunakan klor dan karbon. Hasil reaksinya adalah titanium tetraklorida yang kemudian dipisahkan dengan besi triklorida dengan menggunakan proses distilasi. Senyawa titanium tetraklorida, kemudian direduksi oleh magnesium menjadi logam murni. Udara dikeluarkan
NO, H2
agar logam yang dihasilkan tidak dikotori oleh unsur oksigen dan nitrogen. Sisa reaksi adalah antara magnesium dan magnesium diklorida yang kemudian dikeluarkan dari hasil reaksi menggunakan air dan asam klorida sehingga meninggalkan spons titanium. Spon ini akan mencair dibawah tekanan helium atau argon yang pada akhirnya membeku dan membentuk batangan titanium murni.
3. Pembuatan Vanadium (V)
Frevonadium (logam campuran dengan besi) dihasilkan dari reduksi V2O5 dengan campuran silikon (Si) dan besi (Fe), reaksinya:
2V2O5(s) + 5 Si(s) + Fe(s) → 4V(s) + Fe(s) + 5 SiO2(s)
Senyawa SiO2 ditambah dengan CaO menghasilkan suatu terak yaitu bahan yang dihasilkan selama pemurnian logam.
4. Pembuatan Krom (Cr)
Unsur krom dapat kita peroleh dengan cara mengekstraksi bijihnya. Langkah-langkah dalam ekstraksi unsur krom dari bijihnya adalah seperti berikut.
a. Kromium (III) dalam bijih diubah menjadi dikromat (VI) b. Reduksi Cr (VI) menjadi Cr (III)
c. Reduksi kromium (III) oksida dengan aluminium (reaksi termit)
Logam kromium diperoleh melalui proses alumino thermit mereduksi Cr2O3 dengan aluminium.
Cr2O3(s) + 2Al → 2Cr(l) + Al2O3(s)
Hasil ekstrasi ini diperoleh logam kromium dengan kemurnian 97% – 99%. Adapun ferokromium diperoleh dengan mereduksi bijih dengan kokas atau silikon dalam tanur listrik.
5. Pembuatan Mangan (Mn)
MnO2 + Fe2O3 + 5C → Mn + 2Fe + 5CO
6. Pembuatan Besi (Fe)
Pengolahan logam besi dilakukan dalam tanur tinggi, melalui proses reduksi bijih besi (Fe2O3, Fe3O4) dengan karbon monoksida meliputi tahap-tahap sebagai berikut.
a. Daerah pemanasan (400 - 750)oC. b. Daerah reduksi (750 - 1000)oC. c. Daerah karburasi (1000 - 1300)oC. d. Daerah pencairan (1300 - 1500)oC.
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 CO2 direduksi menjadi CO.
Reaksi:
C(kokas) + O2(g) → CO2(g) CO2(g) + C(kokas)→2CO(g)
Pada daerah reduksi ini baik Fe2O3 dan Fe3O4 direduksi oleh gas CO menjadi
Pada daerah karburasi ini besi reduksi menyerap karbon untuk menurunkan titik cairnya.
4) Daerah Pencairan
Pada daerah pencairan ini kerak (CaSiO3) mencair. Cairan kerak dan besi cair dialirkan melalui lubang yang berbeda karena perbedaan massa jenis. Biasanya besi cair ini masih tercampur dengan beberapa zat di antaranya karbon, silikat, belerang maka besi cair ini disebut sebagai besi kasar (pig iron). Untuk mendapatkan jenis besi yang bermacam-macam adalah dengan mengurangi kadar karbonnya.
1) Besi tuang dengan kadar C antara 2,5 - 4,5%
Bersifat keras dan rapuh biasa digunakan untuk setrika besi dan wajan besi. 2) Besi baja dengan kadar C antara: 1,5 - 0,2%
Bersifat kuat dan ulet biasa digunakan untuk kerangka jembatan dan mobil. 3) Besi tempa dengan kadar C antara 0,12 - 0,25%
Bersifat kesat biasa digunakan untuk paku, rantai, dan lain-lain.
Pembuatan Baja
Baja adalah paduan logam besi dengan unsur lain. Pembuatan baja dari besi kasar (pig iron) harus melalui pross-proses sebagai berikut.
1) Menurunkan kadar C dalam besi kasar dari 3 - 4% menjadi -0,2 - 1,5%. 2) Membuang pengotor Si, Mn, dan P.
3) Menambahkan unsur logam lain sesuai dengan jenis baja yang diinginkan (Ni, Cr, Mn, dll).
tungku dimasukkan besi kasar, besi bekas, dan kapur (CaO). Kemudian oksigen murni ditiupkan ke dalam campuran yang berupa cairan panas. Oksigen akan bereaksi dengan karbon menjadi CO2 dan pengotornya akan terpisah.
7. Pembuatan Kobalt (Co)
Unsur cobalt diproduksi ketika hidroksida hujan, akan timbul hipoklorit sodium ( NaOCl) . Berikut reaksinya :
2Co2+(aq) + NaOCl(aq) + 4OH-(aq) + H2O → 2Co(OH)3(s) + NaCl(aq)
Trihydroxide Co(OH)3 yang dihasilkan kemudian dipanaskan untuk membentuk oksida dan kemudian ditambah dengan karbon sehingga terbentuklah unsur kobalt metal. Berikut reaksinya
2Co(OH)3 (heat) → Co2O3 + 3H2O 2Co2O3 + 3C → 4Co(s) + 3CO2(g
8. Pembuatan Nikel (Ni)
Logam nikel di dapat dari bijih yang berupa seyawa sulfida. Proses yang dilakukan adalah pemanggangan kemudian direduksi menurut reaksi berikut ini
2NiS + 3O2 → 2NiO + 2SO2 2NiO + 3C → 2Ni + CO2
9. Pembuatan Tembaga (Cu)
Kalkopirit (CuFeS2) merupakan bijih tembaga yang digunakan untuk menghasilkan tembaga. Untuk mengolah CuFeS2 menjadi tembaga harus melalui empat tahap, yaitu pengapungan (pemekatan), pemanggangan, peleburan, dan elektrolisis.
Melalui pengapungan bijih tambaga yang hanya mengandung 0,5% Cu akan diperoleh bijih besi pekat yang mengandung 20 - 40% Cu. Kemudian bijih pekat dipanggang untuk mengubah bijih pekat menjadi besi sulfida.
Bijih yang sudah dipanggang dilebur dan dihasilkan dua lapisan. Lapisan bawah adalah Copper matte yang mengandung Cu2S dan besi leleh. Lapisan atas adalah kerak silikat yang mengandung FeSiO3. Copper matte yang dihasilkan dipindahkan ke tungku lain dan ditiupkan udara sehingga menghasilkan blister copper (tembaga lepuh).
2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2 Cu2S + Cu2O → 2Cu + SO2
Blister copper mengandung 98 - 99% Cu dan masih mengandung pengotor besi, seng, perak, emas, dan platina. Untuk menghilangkan pengotor-pengotor tersebut dilakukan elektrolisis. Sebagai anoda digunakan blister copper dan sebagai katoda tembaga murni, sedangkan elektolitnya larutan CuSO4.
CuSO4(aq) → Cu2+(aq) + SO42-(aq)
Katoda: Cu2+
(aq) + 2e → Cu(s)
Anoda: Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e
Cu(s) → Cu(s)
Kadar tembaga yang dihasilkan mencapai 99,999%.
10. Pembuatan Zing (Zn)
Logam zing diperoleh dengan cara memanaskan ZnCO3 dan ZnS dengan udara. ZnO yang dihasilkan direduksi dengan karbon pada suhu di atas 1000oC.
Pembuatan gas oksigen untuk keperluan industri dengan cara penyulingan bertingkat udara cair bersama dengan pembuatan gas nitrogen. Di laboratorium gas O2 dihasilkan dari pemanasan KClO3 dan HgO.
Reaksi:
2HgO(s) → 2Hg(l) + O2(g)
Pembuatan N2
Dalam industri gas nitrogen diperoleh dari udara bersama gas oksigen, melalui penyulingan bertingkat udara yang dicairkan. Berdasarkan perbedaan titik didih N2 (-197oC) dan O2 (-183oC) akan terbentuk fraksi nitrogen bagian atas dan fraksi oksigen bagian bawah. Di laboratorium gas-gas N2 dapat diperoleh dengan cara peruraian NH4NO2 dengan cara pemanasan:
NH4NO2(aq) → 2H2O(l) + N2(g)
Pembuatan Karbon
