A. PENDAHULUAN - KIMIA UNSUR

  KIM 4 1 materi78.co.nr

  Logam transisi

  (s), alotrop: fosfor merah, fosfor putih

  S S ⁸

  (s), alotrop: belerang

  α, belerang β Unsur logam kebanyakan ditemukan dalam bentuk senyawa/mineral, namun dapat juga ditemukan unsur bebasnya (kecuali logam alkali dan alkali tanah).

  Unsur Mineral/bijih Logam alkali & alkali tanah

  Na  sendawa Chili (NaNO ^{3 )}  air laut/halit (NaCl) K  air laut/silvit (KCl)  ortoklas/kalium feldspar (KAlSi ^{3 O 8 )}

  Mg  air laut (MgCl ² )

   magnesit (MgCO ^{3 )}  dolomit (MgCO ^{3 .CaCO 3 )}  epsomit/garam inggris (MgSO ⁴ .7H ² O)

   karnalit (KCl.MgCl ² .6H ² O) Ca

   kalsit/batu kapur/pualam (CaCO ^{3 )}  gipsum/batu tahu (CaSO ⁴ .2H ² O)

   kaporit (Ca(OCl) ² ) Sr

   selestit (SrSO ⁴ )  stronsianit (SrCO ³ )

  Ti  rutil (TiO ² )

  (g)

  Cr  kromit (FeCr ^{2 O 4 )}

  Mn  pirolusit (MnO ^{2 )}

  Fe  hematit (Fe ^{2 O 3 )}

   magnetit (Fe ^{3 O 4 )}  pirit (FeS ^{2 )}

   siderit (FeCO ^{3 )}  kromit (FeO ^{3 )}  limonit (Fe ^{2 O 3 .H 2 O)}

  Ni  pentlandit (FeNiS)  millerit (NiS) Cu  kalkopirit (CuFeS ^{2 )}  kalkosit (Cu ^{2 S)}

   kuprit (Cu ^{2 O)}  malasit

  (Cu ² (OH) ² CO ³ ) Zn

   sfalerit (ZnS)  smithsonit (ZnCO ³ )

  Logam golongan utama & metaloid

  Al  bauksit (Al ^{2 O 3 )}

   kriolit (Na ³ AlF ⁶ ) Si

   pasir/kuarsa (SiO ^{2 )}  tanah liat (Al ² O ³ .2SiO ² .2H ² O)

  C C(s), alotrop: grafit, intan, amorf N N ^{2 (g)} O O ^{2 (g), alotrop: oksigen atomik, oksigen} triatomik, ozon P P ⁴

  H H ²

  Kimia Unsur A .

  O 85,84% Mg 0,13% H 10,82% S 0,09%

  PENDAHULUAN

  Kimia unsur adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari sifat fisis dan sifat kimia unsur. Sistem periodik unsur modern sampai tahun 2011 terdiri atas 118 unsur, 98 di antaranya ditemukan secara alami, dan 20 lainnya disintesis di laboratorium.

  B . KELIMPAHAN UNSUR DI ALAM

  Kelimpahan unsur-unsur di kulit bumi:

  Unsur Kelimpahan Unsur Kelimpahan

  O 49,20% Ca 3,39% Si 25,67% Na 2,63%

  Al 7,50% K 2,40% Fe 4,71% Mg 1,93%

  Kelimpahan senyawa di udara kering di bumi:

  Rumus Kelimpahan Rumus Kelimpahan

  N ² 78,09% Ne 0,0018% O ^{2 20,94% He 0,00052%}

  Ar 0,934% CH ^{4 0,00012%} CO ^{2 0,0315% Kr 0,00010%}

  Kelimpahan unsur di perairan bumi:

  Unsur Kelimpahan Unsur Kelimpahan

  Cl 1,94% Ca 0,04% Na 1,08% K 0,04% C .

  Non-logam lain

SUMBER UNSUR DI ALAM

  Unsur di bumi secara alami dapat ditemukan dalam bentuk unsur bebas atau mineral. Mineral atau bijih (

  ore ) adalah zat yang

  terbentuk secara alami yang mengandung bermacam-macam unsur dengan kadar tinggi, dan dapat dituliskan dalam suatu rumus mineral. Unsur non-logam kebanyakan ditemukan dalam bentuk bebasnya (tidak membentuk senyawa).

  Unsur Sumber murni Senyawa/mineral Gas mulia

  Hanya ditemukan dalam bentuk gas monoatomik di alam.

  Halogen

  F F ²

  (g)

   fluorspaar/fluorit (CaF ^{2 )}  kriolit (Na ^{3 AlF 6 )}

  Cl Cl ²

  (g)

   air laut/halit (NaCl) Br Br ^{2 (l)}  air laut/bromargirit (AgBr)

  I I ² (s)  air laut (NaIO ^{3 )}

  materi78.co.nr KIM 4

  Sn ^{2 Proses Deacon}  kasiterit (SnO )

  4HCl(g) + O ^{2 (g) d 2 Cl 2 (g) + 2H 2 O(g)} Pb

   galena (PbS)  anglesit (PbSO ^{4 )}

  Pembuatan bromin:

• ^- C  intan (C)

  Pendesakan Br

   grafit (C) _{2 2}

  2NaBr(aq) + Cl (g) d 2NaCl(aq) + Br (l) Berdasarkan kandungan mineralnya, secara _- umum mineral dibagi menjadi:

  Pendesakan I 1) Unsur bebas , contohnya belerang, intan. _2-

  2KI(aq) + Br ^{2 (g) d 2KBr(aq) +}

  I ^{2 (s)} 2) Sulfida (S ), contohnya pirit, kalkopirit. _2- 3) Oksida (O ), contohnya hematit, bauksit.

• _- Proses Weldon 4) Halida (X ), contohnya kriolit, halit.
_{3 2-} Dilakukan dengan mencampurkan KI dengan 5) Karbonat (CO ), contohnya dolomit, pualam. batu kawi dan asam sulfat pekat. _{2- 2 2 4}

  6) Sulfat (SO ^{4 ), contohnya garam inggris.} _{4 3-}

  2KI(aq) + MnO (s) + 2H SO (aq) d MnSO ^{4 (aq) + K 2 SO 4 (aq) + H 2 O(l) +}

  I ^{2 (s)} 7) Fosfat (PO ), contohnya fluorapatit.

  8) Silikat (Si), contohnya feldspar, kuarsa.

  Pembuatan hidrogen: D .

PEMBUATAN UNSUR NON-LOGAM

  Elektrolisis air

• ^- Unsur Cara Pembuatan/Proses

  2H O + 2e d 2OH H ^{2 (l) (aq) 2 (g)}

• Halogen

  Reaksi metana

  F  Elektrolisis leburan KF

  Reaksi metana dengan uap air menghasilkan Cl

   Elektrolisis lelehan NaCl  Proses Weldon suatu campuran CO dan H ^{2 yang disebut sin-gas.}

   Proses Deacon CH ^{4 (g) + H 2 O(g) d CO(g) + H 2 (g) -} Br

   Pendesakan Br Pembuatan nitrogen dan oksigen:

• _- I  Pendesakan I  Proses Weldon

  Distilasi bertingkat udara cair Non-logam lain

  1) Penyaringan H

   Elektrolisis air  Reaksi metana Udara disaring dari pengotor padat. N

   Distilasi bertingkat udara cair 2) Pencairan udara

  O  Distilasi bertingkat udara cair

  Udara dikompresi lalu didinginkan, sehingga P

   Proses Wohler air dan CO ^{2 membeku dan dapat dipisahkan.}

  S  Proses Frasch  Proses Sisilia _{2 2} Jadi, udara cair hanya mengandung N , O dan Ar.

  Pembuatan fluorin: 3) Distilasi bertingkat

• _{+ -} Elektrolisis leburan KF

  E : 2KF d 2K + 2F Udara diekspansi kembali dan didistilasi ⁺ bertingkat dengan menurunkan tekanan. _- K (-) : 2K + 2e d 2K _{2 Gas-gas dalam udara cair tersebut menguap}

  A (+) : 2F d F + 2e + ₂ pada tekanan yang berbeda, urutannya

  2KF d 2K + F adalah N ^{2 , Ar lalu O 2 .} Pembuatan klorin: Pembuatan fosfor:

  Elektrolisis lelehan NaCl

• _{+ -} Proses Wohler (fosfor putih)

  E : 2NaCl d 2Na + 2Cl ⁺ 1) Reaksi dalam tanur listrik

  K (-) : 2Na + 2e d 2Na ^- ₂

  2Ca ^{3 (PO 4 ) 2 (l) + 6SiO 2 (l) d 6CaSiO 3 (l) + P 4 O 10 (g)} A (+) : 2Cl d Cl + 2e + _{2 2) Reduksi}

  2NaCl d 2Na + Cl P ^{4 O 10 (g) + 5C(s) d P 4 (s) + 5CO 2 (g)}

  Proses Weldon ₂ Dilakukan dengan mencampurkan NaCl dengan Fosfor putih lalu disimpan dalam CS atau

  H ^{2 O agar tidak teroksidasi.} batu kawi dan asam sulfat pekat.

  2NaCl(aq) + MnO ^{2 (s) + 2H 2 SO 4 (aq)} d MnSO ^{4 2 4 2 2} (aq) + Na SO (aq) + H O(l) + Cl (g)

  2

  KIM 4 3 materi78.co.nr

  Proses Goldschmidt

  Pembuatan magnesium:

  Proses Dow

  Magnesium berasal dari air laut yang diproses sehingga menghasilkan MgCl ^{2 , melalui tahap:} 1)

  Pelarutan CaO dalam air CaO(s) + H ^{2 O(l) d 2Ca 2+} (aq) + 2OH ^- (aq)

  2) Pengendapan Mg ²⁺

  Mg ²⁺ (aq) + 2OH ^- (aq) d Mg(OH) ^{2 (s)} 3)

  Reaksi dengan HCl pekat Mg(OH) ² (s) + 2HCl(aq) d MgCl ² (aq) + 2H ² O(l)

  4) Pencairan MgCl ² MgCl ² (aq) d MgCl ² (s)

  MgCl ^{2 (s) d MgCl 2 (l)} Selanjutnya proses elektrolisis lelehan MgCl ^{2 .} E : MgCl ^{2 d Mg 2+} + 2Cl ^- K (-) : Mg ²⁺ + 2e d Mg A (+) : 2Cl ^- d Cl ^{2 + 2e +} MgCl ^{2 d Mg + Cl 2} Pembuatan kromium:

  Cr ^{2 O 3 (s) + 2Al(s) d Al 2 O 3 (s) + 2 Cr (s)} Pembuatan mangan:

  Selanjutnya proses elektrolisis lelehan NaCl yang dicampur dengan CaCl ^{2 untuk menurunkan titik} leleh NaCl.

  Proses aluminotermi

  3MnO ^{2 (s) d Mn 3 O 4 (s) + O 2 (g)}

  3Mn ³ O ⁴ (s) + 8Al(s) d 9 Mn (s) + 4Al ² O ³ (s) Pembuatan besi:

  Proses tanur tiup Menghasilkan besi gubal ( pig iron ).

  1) Hematit, kokas dan batu kapur diletakkan pada puncak tanur yang ditiup udara panas.

  2) Pembakaran kokas a.

  Menaikkan suhu sampai 2000 ^o C

  C(s) + O ^{2 (g) d CO 2 (g) (eksoterm)} b. Menghasilkan CO untuk reduksi hematit

  CO ^{2 (g) + C(s) d 2CO(g)} 3) Reduksi hematit

  E : 2NaCl d 2Na ⁺ + 2Cl ^- K (-) : 2Na ⁺ + 2e d 2Na A (+) : 2Cl ^- d Cl ^{2 + 2e +}

  NaCl(aq) d NaCl(s) NaCl(s) d NaCl(l)

  Pembuatan belerang:

  E . PEMBUATAN UNSUR LOGAM Unsur Cara Pembuatan/Proses Logam alkali & alkali tanah

  Proses Frasch

  Adalah proses pengambilan belerang dari bawah permukaan tanah. 1)

  Belerang dicairkan dengan dialiri air bersuhu 1600 ^o C dan bertekanan 16 atm. 2)

  Belerang cair dikeluarkan dengan pompa udara panas bertekanan 20-25 atm. 3)

  Belerang cair kemudian dibiarkan membeku menjadi belerang padat.

  Proses Sisilia

  Adalah proses pengambilan belerang di permukaan tanah. 1)

  Mineral yang mengandung belerang dipanaskan hingga belerang terpisah. 2)

  Belerang kemudian dimurnikan dengan cara sublimasi.

  Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba  Elektrolisis cairan/lelehan garam halidanya  Proses Down (Na)  Proses Dow (Mg)

  Natrium berasal dari air laut yang diuapkan sehingga menghasilkan NaCl.

  Logam transisi

  Cr  Proses Goldschmidt Mn  Proses aluminotermi

  Fe  Tanur tiup/tanur tinggi Cu  Reduksi kalkopirit

  Logam golongan utama & metaloid

  Al  Proses Hall-Heroult Si  Reduksi kuarsa

  Pembuatan logam alkali dan alkali tanah:

  Elektrolisis cairan/lelehan garam halidanya

  Contoh: Pembuatan kalium dari elektrolisis cairan KCl. E : 2KCl d 2K ⁺ + 2Cl ^- K (-) : 2K ⁺ + 2e d 2K A (+) : 2Cl ^- d Cl ² + 2e +

  2KCl d 2 K + Cl ² Pembuatan natrium:

  Proses Down

  Fe ^{2 O 3 (s) + 3CO(g) d 2 Fe (l) + 3CO 2 (g)} 4) Pembentukan terak (cairan kental) dari pengotor bijih besi oleh batu kapur

  KIM 4 4 materi78.co.nr

  3) Pelarutan belerang trioksida SO ³ (s) + H ² SO ⁴ (aq)

  Si(s) + 2Cl ^{2 (g) d SiCl 4 (g)} 3) Pengendapan

  SiCl ⁴ (g) + 2H ² (g) d Si (s) + 4HCl(g)

F .

  Senyawa Cara Pembuatan/Proses

  H ^{2 SO 4}  Proses kontak  Bilik timbal NaOH  Proses klor-alkali NaHCO ³

   Proses Solvay Na ² CO ³  Proses Solvay NH ³

   Proses Haber-Bosch HNO ³  Proses Ostwald baja  Proses tungku oksigen Proses kontak pada pembuatan H ^{2 SO 4 :}

  1) Pembakaran belerang S(s) + O ^{2 (g)}

  → SO ^{2 (g)} 2) Oksidasi belerang dioksida

  2SO ² (g) + O ² (g) qe 2SO ³ (g) Reaksi ini dilakukan pada suhu sekitar 500°C dan tekanan 1 atm, dan dengan katalis V ^{2 O 5 .}

  → H ² S ² O ⁷ (l) 4) Asam pirosulfat direaksikan dengan air

  1) Reduksi kuarsa SiO ^{2 (l) + C(s) d Si(l) + 2CO(g)}

  H ^{2 S 2 O 7 (l) + H 2 O(l)} →

  H ^{2 SO 4 (aq)}

  Proses klor-alkali adalah elektrolisis larutan NaCl pada pembuatan NaOH: E : 2NaCl d 2Na ⁺ + 2Cl ^- K (-) : 2H ² O + 2e d 2OH ^- + 2H ² A (+) : 2Cl ^- d Cl ² + 2e +

  2NaCl + 2H ² O d 2Na ⁺ + 2OH ^- + 2H ² + Cl ²

  2NaCl + 2H ² O d 2 NaOH + 2H ² + Cl ² Proses Sovlay pada pembuatan NaHCO ^{3 dan} Na ^{2 CO 3 :}

  1) Pemanasan batu kapur CaCO ³ (s)

  → CaO(s) + CO ² (g)

  2) Pembentukan asam karbonat CO ^{2 (g) + H 2 O(l)}

  → H ^{2 CO 3 (aq)} 3) Penambahan amonia

  H ² CO ³ (aq) + NH ³ (g) → NH ⁴ HCO ³ (aq)

  2) Pemurnian Si(l) d Si(s)

  Reduksi kuarsa

  CaCO ^{3 (s) d CaO(s) + CO 2 (g)} CaO(s) + SiO ² (s) d CaSiO ³ (l)

  Pembuatan silikon:

  3CaO(s) + P ^{2 O 5 (g) d Ca 3 (PO 4 ) 2 (l)} Pembuatan tembaga:

  Reduksi kalkopirit

  1) Flotasi Serbuk kalkopirit diberi air dan minyak, sehingga tembaga berminyak dan mengapung.

  2) Pemanggangan

PEMBUATAN SENYAWA

  2) Pengendapan

  4) Reduksi Menghasilkan tembaga kotor yang disebut tembaga lepuh.

  2Al ^{2 O 3 d 4 Al + 3O 2} Elektroda yang digunakan adalah grafit. Oksigen yang dihasilkan bereaksi dengan grafit, sehingga anoda harus diganti ketika telah habis.

  E : 2Al ^{2 O 3 d 4Al 3+} + 6O ^2- K (-) : 4Al ³⁺ + 12e d 4Al A (+) : 6O ^2- d 3O ^{2 + 12e +}

  2Al(OH) ^{3 (s) d Al 2 O 3 (s) + 3H 2 O(g)} Selanjutnya proses elektrolisis bauksit yang dicampur dengan lelehan kriolit agar titik didihnya turun.

  3) Pemanasan

  4CuFeS ^{2 (s) + 9O 2 (g)} d 2Cu ² S(s) + 2Fe ² O ³ (s) + 6SO ² (g) 3) Peleburan

  Peleburan menghasilkan lapisan Cu ^{2 S dan Fe} cair, dan lapisan FeSiO ³ cair (terak).

  2Cu ² S(l) + 3O ² (g) d 2Cu ² O(s) + 2SO ² (g) Cu ^{2 S(l) + Cu 2 O(s) d 2 Cu (s) + SO 2 (g)}

  1) Pelarutan bauksit Al ^{2 O 3 (s) + 2NaOH(aq) + 3H 2 O(l)} d 2NaAl(OH) ^{4 (aq)}

  5) Elektrolisis (pemurnian logam)

  Cu murni dijadikan katoda, Cu kotor di-

  jadikan anoda, dan larutan CuSO ⁴ dijadikan elektrolitnya.

  2NaAl(OH) ⁴ (aq) + CO ² (g) d 2Al(OH) ³ (s) + Na ² CO ³ (aq) + H ² O(l)

  anoda, sehingga tembaga menjadi murni.

  Pembuatan aluminium:

  Proses Hall-Heroult

  Pengotor-pengotor Cu biasanya adalah Ag, Au, Pt, Fe dan Zn. Selama elektrolisis, logam pengotor tidak akan larut, tetapi membentuk lumpur

  KIM 4 5 materi78.co.nr

  Proses tungku oksigen pada pembuatan baja: 1)

  Baja silikon Si keras dan kuat magnet

  Baja mangan Mn keras dan kuat per, mesin penghancur

  Baja kromium- vanadium Cr, V kuat poros as, roda gigi

  perkakas dapur, alat pemotong

  Nama Aliasi Sifat Contoh Stainless steel Cr, Ni tahan karat

  Contoh-contoh baja:

  Contoh badan mobil, pipa, rantai, corong, baut poros as, rel, palu, obeng bor, pemotong logam, palu pandai besi

  Kadar C 0,05-0,3% 0,3-0,6% 0,6-1,5% Sifat mudah ditempa sukar ditempa sangat keras dan kuat

  Beda Rendah Menengah Tinggi

  Baja adalah aliasi logam yang dibentuk dari logam utama besi, sedikit karbon dan logam lain. Berdasarkan kadar karbon, baja terbagi menjadi:

  Tungku oksigen lalu ditiupkan oksigen, sehingga kadar karbon turun karena teroksidasi menjadi CO, dan pengotor diikat CaO menjadi terak.

  Besi gubal dari proses tanur tiup dimasukkan ke dalam tungku oksigen. 2)

  HNO ^{3 (aq) + NO(g)}

  4) Pembentukan NaHCO ³ NH ⁴ HCO ³ (aq) + NaCl(aq) →

  3NO ^{2 (g) + H 2 O(l)} → 2

  (g) 3) Pembentukan asam nitrat

  2NO(g) + O ² (g) → 2NO ²

  2) Pembentukan nitrogen dioksida

  4NH ^{3 (g) + 5O 2 (g)} → 4NO(g) + 6H ^{2 O(g)}

  1) Pembentukan nitrogen oksida

  Proses Ostwald pada pembuatan HNO ³ :

  Reaksi ini dilakukan pada suhu tinggi dan tekanan tinggi, dan dengan katalis serbuk Fe. Untuk mengurangi reaksi balik, amonia yang terbentuk segera dipisahkan.

  Proses Haber-Bosch pada pembuatan NH ^{3 :} N ² (g) + 3H ² (g) qe 2 NH ³ (g)

  Na ^{2 CO 3 (s) + H 2 O(g) + CO 2 (g)}

  2NaHCO ^{3 (s)} →

  Endapan NaHCO ^{3 kemudian dipisahkan} melalui penyaringan, dan dapat diolah kembali menjadi Na ² CO ³ .

  NaHCO ^{3 (s) + NH 4 Cl(aq)}

  Baja invar Ni sukar memuai alat ukur