Post on 27-Oct-2015
TUGAS KIMIA ANORGANIK 1
(ACHE 233)
GOLONGAN OKSIGEN
Dosen Pengasuh:
Dra. Hj. St. H. Nurdiniah, M.Pd
KELOMPOK VII
Mohd. Noorsalim (A1C309007) ( 8 )
Ainul Hidayah (A1C309233) (39)
Sri Hardianti (A1C309235) (41)
Agustina Irawati (A1C309241) (42)
M. Wahyu Noviani (A1C309048) (23)
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT
BANJARMASIN
2010
1O. GOLONGAN OKSIGEN
1O.1 Kecenderungan Golongan
Oksigen, sulfur (belerang), dan selenium termasuk non logam, telurium
semilogam dan polonium sebagai logam dalam golongan ini. Titik leleh dan titik
didih menunjukkan kecenderungan kenaikan yang khas bagi nonlogam, diikuti
kecenderungan penurunan yang khas bagi logam mulai polonium (Tabel 1O.1).
Klasifikasi ini didukung oleh data tahanan listnk yang sangat rendah bagi logam
polonium (43 µQ cm), melonjak tinggi bagi semilogam telurium (1O6 µQ cm) dan
sangat tinggi bagi nonlogam selenium (1O16 µQ cm).
Kecuali oksigen, terdapat pola tertentu perihal tingkat oksidasi unsur-unsur
golongan 16 , yaitu bilangan oksidasi genap, +6, +4, +2, dan -2. Secara umum
stabilitas tingkat oksidasi -2 dan +6 menurun dengan naiknya nomor atom, tetapi
kestabilan tingkat oksidasi +4 naik, walaupun kecenderungan ini tidak teratur.
Tabel 1O.1 Data beberapa sifat golongan 16
Unsur Konfigurasi elektron Titik Leleh (oC) Titik Didih (oC)
2O [2He] 2s2 2p4 -219 -183
16S [1ONe] 3s2 3p4 119 445
34Se [18Ar] 3d1O 4s2 4p6 221 685
52Te [36Kr] 4d1O 5s2 5p4 452 987
84Po [54Xe] 4f14 5d1O 6s2 6p4 254 962
1O.2 Anomali Oksigen
Sifat anomali oksigen mirip dengan nitrogen yaitu pembentukan ikatan π
yang sangat kuat dengan menggunakan orbital atomik 2p, dan absennya orbital d .
Stabilitas ikatan ganda dan sifat katenasi
Seperti halnya nitrogen, ikatan rangkap dua O=O (494 kJ mol-1) sangat
jauh lebih kuat danpada ikatan tunggal O-O (142 kJ mol-1) ; dibandingkan dengan
ikatan tunggal C–C (335 kJ mol-1), ikatan tunggal O-O sangat lemah kaitannya
dengan pembentukan katenasi. Bila dipertimbangkan bahwa ikatan rangkap dua
terdiri dari ikatan σ dan ikatan π (Tabel 10.2), maka energi ikatan rangkap dua ini
menjadi sangat besar untuk oksigen, tetapi makin kecil bagi belerang dan
selenium. Perbedaan inilah yang menjelaskan rendahnya peran ikatan rangkap dua
pada unsur-unsur selain oksigen dalam golongan ini.
Dalam golongan karbon (Golongan 14), kemampuan katenasi menurun
dengan naiknya nomor atom, tetapi dalam golongan 16, belerang mampu
membentuk rantai yang terpanjang (S8). Kenyataannya ikatan tunggal O-O paling
lemah danpada ikatan tunggal atom oksigen dengan atom-atom lain, O–X.
Sebagai contoh energi ikatan. tunggal O–S adalah 275 kJ mol-1, hampir dua kali
energi ikatan tunggal O-O. Dengan demikian atom oksigen lebih suka membentuk
ikatan dengan atom-atom lainnya daripada dengan dirinya sendiri. Sebaliknya
energi ikatan tunggal S–S yaitu 270 kJ mol-1, hanya sedikit lebih rendah dan
energi ikatan tunggal atom S dengan atom-atom lain. Dengan demikian
kecenderungan pembentukan senyawa katenasi cukup besar bagi belerang.
Tabel 1O.2 Energi ikatan untuk unsur-unsur golongan 16
Ikatan Energi ikatan σ / kJ mol-1 Energi ikatan π / kJ mol-1
Oksigen-oksigen 142 350
Belerang-belerang 270 155
Selenium-selenium 210 125
Absen-nya orbital d
Oksigen membentuk hanya satu senyawa dengan fluorin yaitu OF2, tetapi
belerang mampu membentuk beberapa senyawa dengan fluorin termasuk SF6.
Untuk mencapai hingga enam ikatan kovalen ini atom belerang harus melibatkan
orbital d. Dengan demikian tidak ditemuinya senyawa oksigen-fluorin (yang
analog dengan SF6) berkaitan dengan tidak tersedianya orbital d dalam atom
oksigen.
1O.3 Oksigen
Oksigen dikenal dalam dua bentuk alotrop, dioksigen, O2, dan trioksigen
atau ozon,O3. Dioksigen berupa gas tak berwama yang mempunyai titik didih -
183o C, dan berwarna biru dalam fasa cairnya serta bersifat paramagnetik (yang
dapat dijelaskan secara jitu oleh teori orbital molekuler). Dioksigen merupakan
gas yang sangat reaktif bereaksi dengan hampir semua unsur kecuali gas mulia ;
daya larutnya dalam air tidak terlalu besar (5 g per 100 mL pada 0°C) dibanding
dengan karbon dioksida (170 g per 100 mL).
Dalam laboratonum terdapat beberapa cara pembuatan gas dioksigen,
misalnya pemanasan kalium klorat dengan katalis mangan(IV) oksida, demikian
juga dekomposisi larutan hidrogen peroksida dengan katalis tersebut menurut
persamaan reaksi
2 KC1O3 (s) 2 KCI (s) + O2(g)
2 H2O2 (aq) 2 H2O ( l ) + O2 (g)
Disamping sifat paramagnetik molekul dioksigen ternyata terdapat pula molekul
dioksigen yang bersifat diamagnetik dan ini dapat diperoleh dan reaksi antara
hidrogen peroksida dengan natrium hipoklorit menurut reaksi sebagai benkut :
2 H2O2 (aq) + CIO-((aq) O2 (g) diamagnetik + H2O(l) + Cl- (aq)
Perubahan sifat dalam molekul dioksigen ini dan paramagnetik (2 elektron tak
berpasangan) menjadi diamagnetik (berpasangan) hanya membutuhkan energi
kira-kira 95 kJ mol-1.
Ozon berupa gas biru tua, mempunyai titik didih -112°C dan bersifat
diamagnetik ; ozon mempunyai struktur bengkok, V dengan sudut ikatan 117°,
sesuai dengan ramalan teoris VSEPR. Ozon bersifat racun sangat kuat, dengan
konsentrasi rnaksimum diijinkan 0,1 ppm. Gas ozon dihasilkan pada daerah
tegangan listrik tinggi, termasuk mesin-mesin fotokopi dan printer laser
merupakan sumber penyebar ozon disekitar ruangan kantor. Untuk mengurangi
produksi ozon, mesin-mesin tersebut harus dilengkapi dengan filter karbon yang
MnO2
MnO2
MnO2
harus diganti secara periodik. Gas dioksigen yang dialirkan melalui medan listrik
10 - 20 kV mampu mengubah dioksigen menjadi ozon dengan konsentrasi
keseimbangan kira-kira 10 % :
3O2 (g) 2O3 (g) (∆Hf o = +143 kJ mol-1).
Ozon merupakan oksidator yang sangat kuat, lebih kuat danpada dioksigen.
1O.3.1 Ikatan dalam senyawa oksigen kovalen
Atom oksigen biasanya membentuk dua ikatan kovalen tunggal, –O–, atau
satu ikatan rangkap dua, O = . Apabila atom oksigen membentuk dua ikatan
kovalen tunggal, maka sudut ikatan dapat berbeda (lebih kecil) daripada sudut
tetrahedral reguler (109° 28’) ; hal ini dipengaruhi oleh banyaknya elektron
mandiri sebagaimana diramalkan oleh teori VSEPR. Untuk air misalnya, adanya
dua pasang elektron mandiri rnenghasilkan (penciutan) sudut ikatan H–O–H
sebesar 104,5°. Tetapi untuk senyawa oksigen-halogen analog, OF2 dan OC12
yang masing-masing membentuk sudut ikatan 103° dan 111°, maka tolakan
pasangan elektron mandiri yang lebih kuat tidak berlaku secara umum, dan oleh
karena itu diperlukan penjelasan ekstra yang lebih teliti.
Pada hibridisasi, orbital hibrida yang terbentuk merupakan campuran dan
beberapa orbital yang porsinya dapat berbeda bergantung posisinya dalam ruang,
ataupun dapat berubah-ubah berkaitan dengan sifat elektronegativitas
substituennya. Jadi untuk orbital hibrida sp3 misalnya, ikatan kovalen yang terjadi
dapat saja lebih berkarakter s bagi suatu substituen tetapi dapat juga lebih
berkarakter p bagi substituen yang lain. Dalam hai ini Henry A. Bent
mengusulkan aturan empirik bahwa substituen yang lebih elektronegatif memilih
orbital hibrid yang kurang berkarakter s dan sebaliknya substituen yang lebih
elektropositif memilih orbital hibrid yang lebih berkarakter s. Jadi karena fluorin
lebih bersifat elektronegatif, hibndisasi sp3 bagi atom pusat oksigen dalam OF2
akan kurang berkarakter s atau menjadi lebih berkarakter p, dan akibatnya sudut
ikatan F-O–F mendekat ke arah 9O° yaitu besarnya sudut antara dua orbital p.
Sebaliknya karena klorin, kurang bersifat elektronegatif daripada oksigen, orbital
hibridisa sp3 lebih berkarakter s sehingga membentuk sudut yang besarya ke arah
lebih besar dan sudut tetrahedron reguler (sp3), yaitu 109° 28'. Alternatif
penjelasan lain yaitu bahwa karena atom klorin jauh lebih besar, maka tolakan
antar kedua atom klorin dalam OC12 menjadi lebih signifikan sehingga
mengakibatkan membesarnya sudut ikatan dan sudut tetrahedron reguler.
Cara lain atom oksigen benkatan yaitu pembentukan tiga ikatan kovalen
tunggal, yang ekivalen (Gambar 10.1); salah satu contoh yaitu ion hidronium,
H3O+ atau lebih tepatnya H3O+ (3H2O), dimana panjang ikatan O–H ketiganya
adalah sama, 1,01Ǻ, tetapi dengan sudut ikatan H–O–H yang bervariasi yaitu
1O5° untuk yang satu dan 116° untuk dua yang lain dalam suatu bentuk piramid
segitiga. Dalam kasus kation [O(HgCl)3]+, ternyata ketiga ikatan kovalen O–Hg
terletak pada satu bidang datar dengan sudut ikatan 120o dalam suatu bangun
segitiga samasisi ; daiam hal ini pasangan elektron mandiri atom oksigen tidak
lagi dalam orbital hibrida sp3, melainkan dalam orbital p murni yang dapat
membentuk ikatan π (cara samping) dengan orbital-orbital (p) atom Hg.
Gambar 1O.1 Struktur tiga ikatan tunggal O–M dalam H3O+ (a) dan [O(Hgr–l)3]+ (b)
Oksigen juga dapat membentuk ikatan kovalen koordinat, baik sebagai
asam Lewis (yang sangat jarang ditemui) maupun sebagai basa Lewis yang paling
umum ditemui. Sebagai asam Lewis misalnya dalam senyawa ONF3, sebagaimana
telah dibicarakan dalam Bab 9 (golongan nitrogen). Sebagai basa Lewis ikatan
kovalen koordinat banyak ditemui dalam banyak senyawa kompleks dengan
molekul air sebagai ligan.
1O.3.2 Kecenderungan dalam senyawa oksigen
Oksida-oksida logam elektropositif kuat bersifat ionik dan basa ; misalnya
barium oksida bereaksi dengan air menghasilkan basa menurut persamaan reaksi :
BaO (s) + H2O ( l ) Ba(OH)2 (aq)
atau BaO (s) + H2sO ( l ) Ba2+ (aq) + 2 OH- (aq)
Beberapa oksida basa lainnya seperti tembaga(II) oksida misalnya, bersifat tidak
larut dalam air tetapi larut dalam asam encer menurut persamaan reaksi :
CuO (s) + 2H2O+ (aq) Cu2+ (aq) + 3H2O ( l )
Okida-oksida logam elektropositif lemah seperti misalnya aluminium,
seng, dan timah, bersifat amfoterik, yaitu bereaksi dengan asam maupun basa ;
seng oksida misalnya, bereaksi dengan asam menghasilkan ion kompleks [Zn(H2
O)6]2+ (atau sering ditulis lebih sederhana sebagai ion Zn2+), dan bereaksi
dengan basa (kuat) menghasilkan garam kompleks tetrahidroksozinkat(II),
menurut persaman reaksi :
ZnO (s) + 2H3O+ (aq) Zn 2+(aq) + 3H2O ( l )
ZnO (s) + 2OH- (aq) + H2O( l ) [Zn(OH)4 ]2- (aq)
Apabila suatu logam dapat rnembentuk, lebih dan satu macam oksida,
biasanya oksida dengan tingkat oksidasi rendah bersifat basa, dan oksida dengan
tingkat oksidasi tinggi bersifat asam. Sebagai contoh, Cr2O3 bersifat basa oleh
karena itu bereaksi dengan asam menghasilkan garam, sedangkan CrO3 bersifat
asam karena dengan air menghasilkan asam kromat, menurut persamaan reaksi
berikut :
Cr2O3 (s) + 6 H3O+ (aq) 2Cr3+ (aq) + 9H2O ( l )
CrO3 (s) + H2O( l ) H2CrO4(aq)
Oksida-oksida nonlogam selalu terikat secara kovalen, untuk tingkat
oksidasi rendah cenderung bersifat netral dan untuk tingkat oksidasi tinggi
cenderung bersifat asam. Sebagai contoh karbon monoksida dan dinitrogen oksida
keduanya bersifat netral, sedangkan karbon dioksida dan dinitrogen pentaoksida
keduanya bereaksi dengan air membentuk asam menurut persamaan reaksi :
CO2 (g) + H2O ( l ) H2CO3 (aq)
N2O5 (g) + H2O ( l ) 2HNO3 (aq)
1O.3.3 Hidrogen peroksida
Hidrogen peroksida murni berupa cairan hampir tidak
berwarna, sangat kental oleh karena kuatnya ikatan
hidrogen, dan bersifat korosif. Struktur molekulnya
membentuk dihedral dengan sudut 111o dan sudut ikatan
H—O—O sebesar 94,5°. Hidrogen peroksida bersifat
tidak stabil secara temodinamik, mudah terdispropo-
sionasi (auto redoks) menurut persamaan reaksi :
2 H2O2( l ) 2H2O ( l ) + O2 (g) AG = -119,2 kJ mol-1
1O.4 Belerang
Belerang terdapat dalam kerak bumi sebagai unsurnya, mineral sulfida dan
sulfat, gas H2S dalam gas alam, dan sebagai senyawa belerang organik dalam
batubara dan minyak. Belerang dapat ditambang menurut proses Frasch, yaitu
campuran air superpanas dan uap air (160oC dan 16 atm.) dipompakan ke dalam
tanah daerah mineral belerang melalui pipa besar pertama dan mengakibatkan
belerang mencair. Udara dengan tekanan ~ 2O - 25 atm. dipompakan melalui pipa
kedua yang lebih kecil yang terdapat dalam pipa besar pertama sehingga
mengakibatkan belerang cair tertekan ke luar melalui pipa ketiga untuk kemudian
dikumpulkan sebagai padatannya.
Belerang mempunyai kesamaan sifat dengan oksigen antara lain yaitu,
keduannya membentuk senyawa ionik dengan logam aktif, dan keduanya
membentuk senyawa kovalen seperti H2S dan H2O, CS2 dan CO2, SCl, dan Cl2O.
Tetapi beberapa faktor yang membuat berbeda antara lain yaitu panjang ikatan
kovalen tunggal O adalah 74 pm dan S adalah 104 pm, elektronegatifitas O adalah
3,5 dan S hanya 2,6.
Alotrop belerang yang terdapat secara alamiah yaitu S8, siklooktasulfur
yang tertata secara zigzag. Alotrop ini mengkristal dalam bentuk jarum diatas
temperatur 95°, tetapi dibawah temperatur ini diperoleh dua macam bentuk kristal,
monoklin dan rombik. Alotrop lain yaitu sikloheksasulfur ; bahkan alotrop
siklosulfur dengan anggota 6-20 telah berhasil disintesis, namun yang paling
stabil yaitu siklododekasulfur, S12 (Gambar 10.2).
Gambar 1O.2 Struktur alotrop belerang
Belerang rombik (Sα) terdiri dan 16 lingkar S8, dalam satu unit selnya dan
berubah menjadi belerang monoklinik pada 95,5 °C. Belerang -monoklinik (Sβ)
dipikirkan terdiri dari 6 lingkar S8 dalam satu unit selnya dan memeleh pada 119 oC menghasilkan belerang cair. Belerang cair (Sλ) terdiri dari molekul-molekul S8,
berwarna kuning, transparan, dan pada 160 °C lingkar S8 menjadi terbuka dan
saling bergabung membentuk molekul-molekul rantai spiral sebagai belerang cair
Sµ Belerang cair Sµ berwarna hitam, sangat kental - rekat dan mendidih pada 445 oC menghasilkan belerang uap. Belerang uap, S8 terdisosiasi menjadi molekul-
molekul yang lebih kecil jika temperatur dinaikkan. Belerang plastik terbentuk
jika cairan Sµ dituangkan ke dalam air dingin, merupakan rantai molekul-molekul
dan bersifat seperti karet pada awalnya, namun akhimya mudah patah dan berubah
menjadi belerang rombik. Fungsi temperatur terhadap alotrop belerang seperti
dilukiskan diagram berikut :
1O.4.1 Hidrogen sulfida
Hidrogen sulfida berupa gas yang tak berwama, berbau seperti telur busuk,
dan sangat bersifat racun, lebih dan hidrogen sianida. Hidrogen sulfida diproduksi
secara alamiah oleh bakteri anaerob, misalnya yang terjadi pada proses
pembusukan. Dalam laboratorium gas H2S dipreparasi dan reaksi antara sulfida
logam dengan asam encer, seperti besi(II) sulfida dengan asam hidroklonda
menurut persamaan reaksi :
FeS (s) + 2HCI (aq) FeC12 (aq) + H2S (g)
Reaksi uji terhadap adanya gas H2S biasanya dengan menggunakan
kertas yang di basahi larutan timbal (II) asetat yang menghasilkan warna coklat-
hitam PbS menurut reaksi
Pb(CH3COO)2 (aq) + H2S (g) PbS(s) + CH3COOH (aq)
Struktur molekul H2S mengadopsi bentuk V seperti halnya air, demikian
juga H2Se, namun sudut ikatan menjadi makin kecil dengan menurunnya unsur
dalam golongan (sudut ikatan pada molekul H2O, H2S, dan H2Se, secara berurutan
yaitu 104,5o,92,5o, dan 90o). Hal ini berkaitan dengan menurunnya sifat
keelektronegatifitasan atom pusat yang paralel dengan berkurangnya pemakaian
orbital hibrida (sp3) daripada orbital p murninya.
1O.4.2 Sulfida
Hanya sulfida-sulfida logam golongan 1, 2, dan aluminium saja yang larut
dalam air. Sulfida-sulfida ini terhidrolisis oleh air, dan akibatnya larutan sulfida
bersifat basa sebagaimana ditunjukkan oleh persamaan reaksi benkut :
S2- (aq) + H2O ( l ) HS- (aq) + OH- (aq)
Hidrolisis berlanjut akan menghasill:an gas H2S yang berbau busuk menyengat
HS- (aq) + H2O ( l ) H2S (s) + OH- (aq)
Sistem natnum-belerang merupakan dasar untuk baterei berkemampuan
tinggi. Dalam hampir semua baterei, elektroda berupa padatan dan elektrolit
berupa cairan ; tetapi dalam baterei sistem yang dimaksud ini, kedua elektroda
natnum dan belerang berupa cairan dan elektrolitnya justru padatan yaitu Na
Al11O17 (barangkali sama dengan formula NaAlO2.5AI2O3). Proses yang terjadi
pada elektroda dapat dilukiskan menurut persamaan reaksi benkut :
Na ( l ) Na+ (NaAl11O17) + e
n S ( l ) + 2e Sn2- (Na Al11O17)
Baterei jenis ini berkemampuan sangat tinggi, dan dapat diisi ulang ; sayangnya
baterei ini beroperasi pada temperatur tinggi, 3OO °C, dan tentu saja baterei ini
harus dibungkus rapat untuk mencegah terjadinya reaksi antara natrium dan
belerang dengan oksigen atau uap air dalam udara.
Sulfida dimanfaatkan antara lain untuk bahan kosmetik, misalnya
diantimoni trisulfida (Sb2S3) yang berwarna hitam legam dipakai untuk penghitam
bulu mata. Unit disulfida -S-S- , merupakan penghubung silang polimer-polimer
asam amino dalam rambut manusia. Pada tahun 1930, para peneliti di Institut
Rockefeller dapat menunjukkan bahwa unit disulfida penghubung ini dapat
diputus oleh sulfida atau molekul yang mengandung gugus -S-H dalam larutan
sedikit basa. Hal ini merupakan metode pengubahan secara permanen bentuk
rambut dan keriting menjadi lurus atau sebaliknya. Dalam proses ini larutan ion
tioglikolat, HSCH2CO2-, disiramkan pada rambut sehingga terjadi pengurangan -
S-S- penghubung-silang menjadi gugus -SH menurut persamaan reaksi :
2 HSCH2CO2- (aq) + -S-S- (rambut) [SCH2CO2
-]2 (aq) + 2 -S-H (rambut)
Dengan menggunakan alat pengeriting atau pelurus, rantai protein rambut
kemudian dapat diubah secara mekanik. Penambahan larutan hidrogen peroksida,
akan mengoksidasi gugus -S-H menjadi bentuk ulang -S-S- sebagai penghubung-
silang yang baru kembali, menurut persamaan reaksi :
2 -S-H (rambut ) + H2O2 (aq) -S-S- (rambut) + 2H2O ( l )
1O.4.3 Oksida belerang
Belerang dioksida dan belerang tnoksida
Oksida belerang yang umum yaitu belerang dioksida, SO2 (titik didih -10
°C) dan SO3 (titik didih 44,8°C) ; belerang dioksida mempunyai struktur bengkok,
V, dengan sudut O-S-O, 119° dan panjang ikatan S-O, 1,43Ǻ, dan belerang
trioksida mempunyai bentuk segitiga samasisi dengan sudut ikatan O—S—O,
120° dan panjang ikatan S-O, 1,42 Ǻ pada fase gas. Panjang ikatan tersebut jauh
lebih pendek daripada panjang ikatan tunggal S-O (1,63 Ǻ) dan sangat dekat
dengan panjang ikatan rangkap-dua S=O (1,40 Ǻ). Bentuk molekul SO2 bersama-
sama dengan SO3,S3O9 dan H2SO4, dapat diperiksa pada Gambar 10.3.
Gambar 1O.3 Struktur molekul SO2,SO3,S3O9, dan H2SO4
Kedua oksida tersebut bersifat asam Lewis dengan atom S bertindak sebagai
akseptor pasangan elektron, namun SO3 jauh lebih kuat dan lebih keras. Sifat
asam Lewis yang kuat ini mengakibatkan SO3 mampu membentuk polimer
melalui jembatan oksigen dalam fase padat pada temperatur dan tekanan kamar.
Sesungguhnya fasa gas maupun cairan berisi campuran antara SO3 dengan trimer
trisulfur nanoksida, S3O9; cairannya meleleh pada 16oC dan mengkristal sebagai
S3O9. Dalam lingkungan lembab-air, terbentuk padatan polimer berantai sangat
panjang dengan formula HO(SO3)nOH, dimana n = 105.
Belerang dioksida mudah larut dalam air, namun seperti halnya amonia
dan karbon dioksida hampir semua gas yang larut berada sebagai molekul SO2,
hanya sebagian kecil saja yang bereaksi dengan air membentuk asam sulfit
SO2 (g) + H2O ( l ) H2SO3(aq)
Oleh karena itu gas belerang dioksida dalam laboratorium dapat dibuat dengan
mereaksikan (larutan) sulfit atau hidrosulfit dengan larutan asam encer menurut
persamaan reaksi benkut :
SO32- (aq) + 2 H3O+ (aq) 3 H2O ( l ) + SO2 (g)
HSO3- (aq) + H3O+ (aq) 2 H2O ( l ) + SO2 (g)
Berbeda dan belerang dioksida, belerang trioksida bersifat asam kuat dan
larut dalam air membentuk asam sulfat menurut persamaan reaksi :
SO3 (g)+ H2O ( l ) H2SO4 ( l )
1O.4.4 Asam sulfat
Asam sulfat berupa cairan kental seperti minyak yang membeku pada 10,4oC.
Proses pencampuran asam sulfat dengan air sangat eksotermik ; oleh karena itu
pada pengenceran, asam sulfat pekat harus secara perlahan dituangkan ke dalam
air, bukan sebaliknya, dan sambil diaduk secara terus-menerus. Asam sulfat murni
mempunyai sifat hantaran listrik yang signifikan sebagai akibat sifat swaionisasi
menurut persamaan reaksi :
2 H2SO4 ( l ) H2O (H2SO4) + H2S2O7 (H2SO4)
H2O (H2SO4) + H2SO4 ( l ) H3O+ (H2SO4) + HSO4- (H2SO4)
H2O (H2SO4) + H2S2O7 (H2SO4) H3O+ (H2SO4) + HS2O7- (H2SO4)
Asam sulfat pekat merupakan campuran air dan asam sulfat dengan konsentrasi
kira-kira 18 M.
Biasanya asam sulfat dipikirkan hanya sebagai asam saja, namun
sesungguhnya asam sulfat dapat bereaksi menurut lima cara yang berbeda, yaitu
sebagai suatu asam, pengering terhadap air, pengoksidasi, agen sulfonasi, dan
sebagai suatu basa.
Asam sulfat sebagai suatu asam
Asam sulfat encer sering digunakan sebagai suatu asam. Asam sulfat
encer adalah asam kuat diprotik membentuk dua anion, ion hidrogen sulfat, HSO4-
dan ion sulfat, SO42- menurut persamaan ionisasi sebagai berikut:
H2SO4(aq) + H2O (l) ↔ H3O+ (aq) + HSO4- (aq) Ka(l) = sangat besar
HSO4- (aq) + H2O (l) ↔ H3O+ (aq) + SO4
- (aq) Ka(2)= 1X10-2
Persamaan keseimbangan pertama terletak jauh lebih menggeser ke arah kanan
danpada persamaan keseimbangan kedua. Jadi spesies yang dominan dalam
larutan encer asam sulfat yaitu ion hidronium, H3O+ dan ion hidrogen sulfat,
HSO4-
Asam sulfat sebagai pengenng terhadap air
Asam sulfat pekat mempunyai kemampuan melenyapkan komponen air
dan struktur formula suatu senyawa. Sebagai contoh, gula dapat diubah menjadi
karbon dan air oleh asam sulfat melalui suatu reaksi eksotermik yang spektakuler
sebagai berikut
C12H22O11 (s) + H2SO4 (l) → 12 C (s) + 11 H2O (g) + H2SO4 (aq)
Fungsi asam sulfat yang demikian ini sangat penting dalam banyak reaksi kimia
organik. Sebagai contoh, penambahan asam sulfat pekat pada etanol akan
menghasilkan etena C2H4 atau etoksietana (atau dietil eter), (C2H5)2O bergantung
pada kondisi reaksi yang bersangkutan menurut persamaan reaksi
C2H5OH (l) + H2SO4 (l) → C2H5OSO3H (aq) + H2O (l)
C2H5OSO3H (aq) → C2H4 (g) + H2SO4 (aq) (dalam asam berlebih)
C2H5OSO3H (aq) + C2H5OH (l) → (C2H5)2O (l) + H2SO4 (aq) (dalam etanol berlebih)
Asam sulfat sebagai pengoksidasi
Walaupun asam sulfat bukan oksidator sekuat asam nitrat, namum asam
sulfat pekat-panas merupakan agen pengoksidasi yang baik. Sebagai contoh, asam
sulfat pekat-panas bereaksi dengan logam tembaga (II) menghasilkan ion
tembaga(II) dan asam sulfat tereduksi menjadi belerang dioksida dan air menurut
persamaan reaksi redoks
Cu (s) → Cu2+(aq) + 2e-
2H2SO4 (l) + 2 e- → SO2 (g) + 2H2O (l) + SO42-
(aq)
Asam sulfat sebagai agen sulfonasi
Asam sulfat pekat mempunyai kemampuan menggantikan satu atom
hidrogen dalam suatu senyawa organik dengan gugus asam sulfonik, -SO3H,
seperti contoh benkut in! :
H2SO4 (l) + CH3C6H5 (l) → CH3C6H4SO3H(s) + H2O (l)
Asam sulfat sebagai suatu basa
Suatu asam Bronsted-Lowry hanya dapat bertindak sebagai basa apabila
ditambahkan pada suatu donor proton yang lebih kuat. Asam sulfat adalah asam
yang kuat oleh karena itu hanya asam yang sangat lebih kuat saja seperti
asamfluorosulfonik yang mampu memaksa asam sulfat bertindak sebagai basa
menurut persamaan reaksi
H2SO4 (l) + HSO3F(l) → H3SO4+ (H2SO4) + SO3F- (H2SO4)
Pembuatan asam sulfat
Asam sulfat merupakan bahan kimia yang diproduksi secara besar-
besaran metode pembentukanbuatannya (baik rnenurut proses "kontak" maupun
"kamar timbal") selalu menggunakan belerang dioksida yang dapat disiapkan dan
pembentukanbakaran lelehan belerang dalam udara kering :
S(s) + O2 (g) → SO2 (g)
Oksidasi lebih lanjut dapat dilakukan dengan mencampurkan belerang dioksida
dan udara kenng kemudian mengalirkannya lewat katalisator V2O5 dalam suatu
"suport inert" pada temperatur 4OO - 5OO °C, maka akan terjadi reaksi :
SO2 (g) + ½ O2(g) → SO3(g)
Dengan air, belerang trioksida bereaksi hebat, dan bukan merupakan proses yang
menguntungkan untuk keperluan industri. Tetapi belerang tnoksida bereaksi
dengan asam sulfat pekat secara terkontrol menghasilkan asam pirosulfat, yang
kemudian dapat direaksikan dengan air untuk mendapatkan asam sulfat pekat
menurut persamaan reaksi :
SO3(g) + H2SO4 (l) → H2S2O7 (l)
H2S2O7 (l) + H2O (l) → 2H2SO4 (l)
Semua tahapan reaksi tersebut ternyata bersifat eksotemaik, dan
keseluruhan perubahan dan belerang menjadi asam sulfat dibebaskan panas
sebesar 535 Kj mol-1.
1O.4.5 Garam oksi-belerang
Sulfat
Sulfat (dan nitrat) adalah garam yang paling banyak dihadapi untuk
berbagai keperluan dengan alasan antara lain
(1) Sebagian besar garam sulfat larut dalam air sehingga sangat bermanfaat
sebagai sumber kation logam, kecuali PbSO4 (putih) dan BaSO4 (putih).
(2) Anion sulfat bukan agen pengoksidasi ataupun pereduksi, sehingga dapat
membentuk garam baik dari logam dengan tingkat oksidasi rendah maupun
tinggi, misalnya besi(II) sulfat dan besi(III) sulfat.
(3) Ion sulfas merupakan basa konjugasi dan asam yang moderat kuat (ion
hidrogen sulfat); oleh karena itu ion sulfat tidak akan mengubah secara
signifikan nilai pH suatu larutan.
(4) Garam sulfat cenderung stabil oleh pemanasan, paling tidak lebih stabil
daripada garam nitrat analog.
Garam sulfat umumnya dibuat melalui tiga macam reaksi yaitu, pertama
antara basa seperti natnum hidroksida dengan asam sulfat encer menurut
persamaan reaksi :
2NaOH(aq) + H2SO4 (aq) → Na2SO4 (aq) + H2O (l)
Kedua, reaksi antara logam elektropositif seperti seng dengan asam sulfat encer
menurut persamaan reaksi :
Zn (s) + H2SO4 (aq) → ZnSO4 (aq) + H2 (g)
Ketiga, reaksi antara garam kabonat misalnya tembage.(Il) karbonat dengan asam
sulfat encer menurut persaman reaksi :
CuCO3 (aq) + H2SO4 (aq) → CuSO4 (aq) + H2O (l) + CO2 (g)
Uji sulfat yang umum yaitu dengan penambahan ion barium untuk menghasilkan
endapan putih barium sulfat menurut persamaan reaksi :
Ba2+ + SO42- → Ba SO4(s)
Hidrogen sulfat
Seperti halnya garam hidrogen karbonat, hanya logam-logam alkali dan
alkali tanah mempunyai kerapatan muatan yang cukup rendah yang mampu
menstabilkan kation-kation besar dengan muatan rendah dalam fasa padat. Nilai
ionisasi-kedua asam sulfat sangat besar sehingga garam hidrogen sulfat bersifat
asam sebagaimana. ditunjukkan persaman reaksi
HSO4- (aq) + H2O (l) ↔ H3O+
(aq) + SO42-
(aq)
Hidrogen sulfat dapat dipreparasi dengan mereaksikan secara
stoikiometrik natrium hidroksida dengan asam sulfat dan kemudian menguapkan
larutannya :
NaOH(aq) + H2SO4 (aq) → NaHSO4 (aq) + H2O (l)
Sulfit
Walaupun sesungguhnya asam sulfit sebagian besar merupakan larutan
belerang dioksida dalam air, garam sulfit maupun hidrogen sulfit benar-benar
ada. Natrium sulfit dapat dipreparasi dengan mengalirkan gas belerang dioksida
ke dalam larutan natrium hidroksida menurut persamaan reaksi :
2 NaOH(aq) + SO2 (g) → Na2SO3 (aq) + H2O (l)
Ion sulfit merupakan agen reduktor, mengalami oksidasi menjadi ion sulfat
menurut persamaan setengah reaksi
SO32-
(aq) + 3H2O(l) → SO42-
(aq) + 2H3O+(aq) + 2e
Tiosulfat
Ion tiosulfat mirip dengan ion sulfat (Gambar 1O.4) kecuali bahwa salah
satu atom oksigen diganti oleh atom belerang (tio - merupakan awalan yang
berarti belerang). Kedua atom belerang im mempunyai lingkungan yang sama
sekali berbeda, "tambahan" atom belerang bertindak mirip sebagai ion sulfida.
Tingkat oksidasi bagi atom belerang pusat yaitu +5, sedangkan bagi atom
belerang "tambahan" yaitu -1. Natnum tiosulfat pentahidrat dapat dipreparasi
dengan mudah dengan mendidihkan belerang dalam larutan sulfit menurut
persamaan reaksi
SO32-
(aq) + S(s) → S2O32-
(aq)
Ion tiosulfat tidak stabil oleh pemanasan, mengalami disproporsionasi menjadi
tiga spesies dengan tingkat oksidasi belerang yang berbeda-beda yaitu sulfat,
sulfida dan belerang manurut persamaan reaksi
4Na2 S2O3(s) → Na2SO4(s) + Na2S(s) + 4S (s)
Tiosulfat bereaksi dengan asam membentuk endapan kuning belerang dan gas
belerang dioksida menurut persamaan reaksi
S2O32-
(aq) + 2H3O+(aq) → H2S2O3 (aq) + 2H2O (l)
H2S2O3 (aq) → H2O (l) + S(s) + SO2 (g)
Natrium tiosulfat dalam laboratorium berguna untuk titrasi redoks, misalnya pada
iodometri, yaitu untuk menentukan kadar iodin dalam suatu larutan. Dalam proses
titrasi, iodin direduksi menjadi iodida dan tiosulfat standar dioksidasi menjadi
tetrationat, S4O62- menurut persamaan reaksi :
2S2O32-
(aq) + I2(aq) → S4O62-
(aq) + 2I- (aq)
Ion tetrationat mengandung jembatan atom belerang (Gambar 1O.4), analog
dengan ion peroksodisulfat, S2O82-. Campuran dingin larutan tiosulfat dan besi(M)
menghasilkan senyawa kompleks ungu legam yang khas bagi ion
bis(tiosulfato)ferat(III) menurut persamaan reaksi
2S2O32-
(aq) + Fe3+ (aq) → [Fe(S2O3)2]2-
(Ungu legam)
Gambar 1O.4 Struktur ion tiosulfat, tetTati)nat, dan peroksodisulfat
Kimia fotografi
Ion tiosulfat khususnya sangat penting dalam fotografi. Film dilapisi
dengan perak bromida, AgBr. Selama pengambilan gambar dengan film hitam-
putih, cahaya mereduksi sebagian ion perak menjadi logam perak ; dalam sebuah
mikrokristal perak bromida biasanya dihasilkan 1O hingga 1OO atom logam
perak. Jumlah ini tentu terlalu kecil untuk dilihat, dan oleh karena itu proses tahap
pertama yaitu menambahkan suatu "developer" (pengembang), biasanya
hidroquinon (C6H6O2 atau p- C6H4 (OH)2). Zat ini secara selektif mereduksi semua
ion perak yang telah mengandung atom perak, hingga mengembangkan
"bayangan" dengan faktor sebesai 1O10 kali. Tahap berikutnya adalah
penghilangan sisa perak bromida yang tidak lanit (tidak bereaksi), jika tidak
seluruh film akan berubah menjadi hitam ketika kena cahaya luar ; untuk
keperluan itu ion tiosulfat ditambahkan, maka akan terjadi reaksi dengan ion
perak menghasilkan ion kompleks tris(tiosulfato)perak(I), [Ag(S2O3)3]5- menurut
persamaan reaksi :
AgBr (s) + 3S2O32-
(aq) → [Ag(S2O3)3]5-(aq) + Br- (aq)
Ion kompleks ini larut dan terbuang pada pencucian. Partikel perak-hitam akan
tertinggal membentuk "bayangan". Proses ini pada dasarnya sama untuk fotografi
berwarna kecuali melibatkan juga pewarna-pewarna organik. Pemakaian
amonium tiosulfat lebih menguntungkan daripada natnum tiosulfat sebab proses
berlangsung lebih cepat dan perak dapat diambil ulang lebih mudah dan limbah
larutannya.
peroksodisulfat
Walaupun ion sulfat mengandung belerang dengan tingkat oksidasi
tertinggi, +6, namun masih dapat dioksidasi lagi secara elektrolitik menjadi
peroksodisulfat dengan menggunakan elektroda halus plating, larutan asam, dan
rapatan arus yang tinggi.
Kondisi demikian ini mendukung terjadinya oksidasi dengan tanpa
menghasilkan gas hasil oksidasi air menjadi oksigen ; persamaan setengah
reaksinya yaitu :
2HSO4- (aq) + 2H2O (l) → S2O8
2-(aq) + 2H3O+
(aq) + 2e
Ion peroksodisulfat mengandung satu jembatan diokso, –O-O– (Gambar 1O.4),
sehingga kedua atom belerang mempunyai tingkat oksidasi +6 tetapi kedua atom
oksigen jembatan mempunyai tingkat oksidasi -1. Semua panjang ikatan terminal
SO adalah ekivalen yaitu 1,5 A, menunjukkan adanya ikatan rangkap. Asam
peroksodisulfat berupa padatan putih ; dua garam yang penting sebagai agen
oksidator yaltu. kalium - dan amonium peroksodisulfat, dimana ion
peroksodisulfat tereduksi menjadi ion sulfat menurut persamaan setengah reaksi :
S2O82-
(aq) + 2e → 2SO42-
(aq) E0 = +2,01 V
1O.4.6 Halida belerang
Senyawa penting belerang-halogen yaitu belerang-fluorin, dan belerang-
klorin. Belerang- fluorin membentuk dua senyawa penting yaitu belerang
heksafluorida, SF6, dan belerang tetrafluorida, SF4. Belerang heksafluonda berupa
gas tak berwarna, tak berbau, tidak reaktif, berdaya racun rendah serta stabil oleh
karena itu gas ini dapat dimanfaatkan sebagai "insulator" dalam sistem listrik
bertegangan tinggi. Pada tekanan 25O kPa, gas ini mampu mencegah terjadinya
loncatan muatan antar dua beda potensial 1,00 MV dengan jarak pisah 5 cm.Gas
ini juga digunakan pada jendela kaca double dan triple untuk meredam baik panas
maupun suara.
Gas belerang heksafluorida dengan massa molar yang sangat tinggi ini
ternyata mempunyai sifat yang unik untuk identifikasi polusi udara ; dengan
melepaskan sedikit gas ini ke dalam sumber udara yang terpolusi, udara yang
sudah terkontaminasi ini dapat dikenali jejaknya sampai ribuan kilometer dan
diidentifikasi beberapa hari kemudian. Demikian juga dengan mengalirkan gas ini
ke dalam lautan yang sangat dalam, arus lapisan air-dalam dapat diidentifikasi
melalui gerakan / perpindahan gas tersebut. Gas ini dapat dibuat secara sederhana
dengan membakar lelehan belerang di dalam gas difluorin, menurut persamaan
reaksi :
S ( l ) + 3 F2 (g) SF6 (g)
Belerang heksafluorida mengadopsi bangun oktahedron sesuai dengan ramalan
teori VSEPR, dan ditinjau dari teori ikatan valensi, atom pusat S mengadopsi
orbital hibrida sp3d2. Struktur beberapa senyawa belerang-halogen dapat diperiksa
pada Gambar 10.5.
Belerang tetrafluorida, SF4 ternyata berupa gas yang sangat reaktif, terurai oleh
udara lembab (air) menjadi belerang dioksida dan hidrogen fluorida menurut
persamaan reaksi :
SF4(g) + 2 H2O ( l ) SO2 (g)+ 4 HF (g)
Gambar 1O. 5 Struktur beberapa senyawa belerang-halogen,
SF, , SF4 I SIC12 , dan SC12
Sifat kereaktifan gas ini sangat mungkin berkaitan dengan adanya pasangan
elektron mandiri pada posisi terbuka dan suatu bangun jungkat-jungkit terdistorsi,
hasil turunan dan bangun bipiramida segitiga sebagaimana diramalkan oleh teori
VSEPR (Gambar 1O.5).
Berbeda dan senyawa belerang-fluorin, belerang-klorin hanya terbentuk
dengan tingkat oksidasi rendah. Lelehan belerang yang dialiri dengan gas diklorin
menghasilkan disulfur diklorida, S2Cl2 suatu cairan kuning yang beracun (titik
leleh -80 °C dan tititk didih 138°C) persamaan reaksinya yaitu:
2S( l ) + Cl2(g) S2Cl2 ( l )
Disulfur diklorida banyak digunakan pada proses vulkanisasi karet, menghasilkan
hubungan-silang disulfur antara rantai-rantai atom karbon yang membuat karet
menjadi lebih kuat. Struktur molekul senyawa ini mirip dengan hidrogen
peroksida, (Gambar 10.5).
Apabila disulfur diklorida dengan katalisator diiodin dialin gas diklorin
maka akan diperoleh belerang diklorin menurut persamaan reaksi
S2Cl2 ( l ) + Cl2(g) 2 SCl2 ( l )
Belerang diklorin berupa cairan merah dan digunakan untuk membuat berbagai
senyawa yang mengandung belerang termasuk gas beracun "mustard",
S(CH2CH2CI)2. Sebagaimana diramalkan oleh teori VSEPR, molekul SCl2
mengadopsi bentuk V (Gambar 10.5).
SOAL-SOAL LATIHAN OKSIGEN
1O.1 Tulis persamaan reaksi benkut ini
a. serbuk halus besi dengan dioksigen
b. padatan banum sulfida dengan. tnoksigen
c. padatan banum dioksida(2-) dengan air
d. pembentukananasan kalium klorat
1O.2 Jelaskan perbedaan utama antara oksigen dengan unsur-unsur lain dalam
golongannya
1O.3 Bandingkan besarnya sudut Br-O-Br dalam Br2O dengan CI-O-CI dalam
Cl2O.
1O.4 Ramalkan struktur / formula molekul O2F2, dan tentukan tingkat oksidasi
atom oksigen dalam moleku ini.
1O.5 Sudut ikatan Si-O-Si dalam mineral torvetit, SC2Si2O7, yang mengandung
ion [O3Si-O-SiO3 ]6-, ternyata 18O° (linear). Jelaskan fakta ini dengan
konsep hibndisasi.
1O.6 Gambarkan struktur formula spesies benkut ini, asam sulfat, ion belerang
pentafluorida, belerang tetrafluorida, SOF4 (oksigen pada bidang ekuator), ion
tiosulfat, danSO2Cl'2
1O.7 Jelaskan mengapa sudut ikatan H2Te lebih kecil (~ 89,5°) daripada sudut
ikatan H2O
1O.8 Jelaskan mengapa larutan Na2S dalam air berbau H2S
1O.9 Jelaskan 5 peran reaksi kimiawi bagi asam sulfat.
1O. 1O Bagaimana cara menguji ionsulfat, dan hidrogen sulfida ?