Makalah Kimia UnsurReaktivitas Unsur Transisi Deret Pertama (Ti dan V)

Disusun oleh:Kelompok 1

1. Fikka Kartika 08109200342. Iin sundariani 08109200363. Ike Oktaviana 08109200384. Irma Citra R. 0810920044

Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas BrawijayaMalang

2011

BAB IPENDAHULUAN

Unsur-unsur transisi secara keseluruhan merupakan logam, dan merupakan konduktor listrik dan konduktor panas yang baik. Logam transisi ini memberikan warna dan bersifat paramagnetik pada banyak seyawa karena kulit mereka yang terisi sebagian (Cotton and Wilkinson, 1986).

Logam transisi mempunyai sifat tertentu yang sudah dikenal, di antaranya adalah logam ini keras, kuat, mengkilap, dan ditempa, dan dapat ditarik. Logam transisi mampu menghantarkan panas dan listrik, mempunyai titik leleh, titik didih, dan kerapatan yang tinggi. Logam transisi dapat membentuk ion kompleks yang berwarna dalam larutan. Logam-logam ini juga mempunyai muatan lebih dari satu, misalnya Fe2+ dan Fe3+. Logam transisi mempunyai banyak kegunaan (Trisnamiati, 1986).

- Beberapa sifat logam transisi secara lengkap dapat dilihat dalam tabel berikut :Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu

Titik Leleh 0C 1668 1890 1875 1244 1537 1493 1453 1083Sifat Keras,

tahan korosi

Keras, tahan korosi

Rapuh, tahan korosi

Putih, rapuh reaktip

Mengilap reaktip

Keras, tahan korosi

Sangat tahan

Lunak mudah ditempa

Berat jenis g cm-3 4,51 6,11 7,19 7,18 7,87 8,90 8,91 8,94E0 volt -1,19 -0,91 -1,18 -0,44 -0,28 -0,24 +0,34Kelarutan dalam asam

HCl panas,

HF

HNO3, HF,

H2SO4(p)

HCl encer, H2SO4

HCl encer H2SO4

HCl encer H2SO4

HCl encer

HCl encer H2SO4

HNO3

H2SO4

Makalah ini akan menjelaskan khususnya mengenai Titanium dan Vanadium. Titanium memiliki 4 (empat) elektron valensi 3d2 4s2. Tingkat oksidasi dari titanium -1, 0, 2, 3, dan 4. Tingkat oksidasi 4 yang paling stabil, untuk tingkat oksidasi rendah akan teroksidasi oleh : udara, air atau pereaksi-pereaksi yang lainnya. Beberapa contoh tingkat oksidasi dan stereokimia dari unsur titanium.

Biloks Bilangan Koordinasi

Struktur Geometri Contoh

Ti-1 6 Oktahedral Tibipy3-

Ti0 6 Oktahedral Tibipy3, Ti(CO)6

Ti2+ 4 Tetrahedral (-C5H5)2Ti(CO)2

Ti3+ 3 Planar Ti(N(SiMe3)2)3

5 Trigonal Bipiramid (TBP)

TiBr3(NMe3)2

Ti4+ 4 Tetrahedral TiCl4

5 Tetrahedral K2Ti2O5

6 Oktahedral TiF62-

Vanadium bilangan oksidasi maksimum (V) sedikit memiliki kemiripan sifat dengan unsur-unsur golongan pospor. Beberapa spesies kationik yang dikenal dengan baik antara lain

: [V(II)(H2O)6]2+, [V(III)(H2O)6]3+, V(IV)O22+

(aq), V(V)O2+

(aq). Beberapa contoh tingkat oksidasi dan stereokimia dari unsur vanadium dapat dilihat dalam tabel dibawah ini :

Biloks Bilangan Koordinasi

Struktur Geometri Contoh

V-1 6 Oktahedral V(CO)6-, Li(V(bipy)3).4C4H8O

V0 6 Oktahedral V(CO)6, V(bipy)3

V1 6 Oktahedral [V(bipy)3]+

V2+ 6 Oktahedral [V(H2O)6]2+, [V(CN)6]4+

V3+

6 Oktahedral [V(NH3)6]3+

5 Trigonal Bipiramid (TBP) VCl3(NMe3)2

4 Tetrahedral [VCl4]-

3 Planar V(N(SiMe3)2)3

V4+

6 Oktahedral VO2(rutile), K2VCl6

5 Tetragonal Piramidal (TP) PCl4+, VCl5

-

4 Tetrahedral VCl4

V5+6 Oktahedral VF6

-, V2O5

5 Trigonal Bipiramid (TBP) VF5

4 Tetrahedral VOCl3

BAB IIPEMBAHASAN

1. Apa saja reaksi yang bisa terjadi pada Titanium (Ti) dan Vanadium (V)?

Jawab:

Pada Titanium bisa terjadi beberapa reaksi, yaitu (Anonymous1, 2011):

Reaksi dengan air

Titanium akan bereaksi dengan air membentuk Titanium dioksida dan Hidrogen.

Ti(s) + 2H2O(g) → TiO2(s) + 2H2(g)

Reaksi dengan udara

Ketika Titanium dibakar di udara, akan dihasilkan Titaniun dioksida dengan nyala

putih yang terang dan ketika dibakar dengan Nitrogen murni akan dihasilkan

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 200C.

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) + 3H2(g) + 6H+(aq)

Reaksi dengan basa

Titanium tidak bereaksi dengan alkali pada temperatur normal, tetapi pada keadaan

panas.

Vanadium dapat membentuk senyawaan biner, antara lain (Anonymous2, 2011):

Halida, halida dengan tingkat oksidasi +5 VF5 (merupakan cairan tak berwarna (titik

leleh 48C)

VCl4 diperoleh dengan mereaksikan logam vanadium dengan gas klor (Cl2), pada

kondisi penyimpanan dapat kehilangan Cl

VCl4 (Merah) → VCl3 (ungu) → VCl2 (hijau pucat)

Vanadium Oksida (V2O5) diperoleh melalui penambahan H2SO4 encer dalam larutan

amonium vanadat.

2NH4VO3 → V2O5 + 2 NH3 + H2O

Vanadat dibuat dengan melarutkan vanadium pentoksida pada larutan NaOH

V2O5 + NaOH→ VO43- + Na+

Vanadium oxo halida :

Contoh : VOX3 (X = F, Cl, Br), VO2F, VO2Cl, VOF3, dibuat dengan mereaksikan

antara V2O5 dengan F2 pada temperatur tertentu.

Ion dioksovanadium dan vanadium kompleks.

Dibuat melalui pengasaman ion vanadat

VO43- + H+ → VO2+ + (VO2(H2O)4]+

2. Mengapa oxovanadium(IV) atau senyawa vanadil merupakan jenis dari

vanadium yang paling stabil dan penting?

Jawab:

Oksovanadium (IV) atau senyawa vanadil merupakan jenis vanadium yang

paling stabil dan penting, dan unit VO kuat/tahan dengan berbagai reaksi kimia.

Larutan V3+ dioksidasi di udara, ketika VV siap direduksi oleh agen reduksi ringan

menjadi bentuk ion oksovanadium(IV) [VO(H2O)5]2+ :

VO2+ + 2H+ + e- V3+ + H2O E0 = 0.34 V

VO2+ + 2H+ + e- VO2+ + H2O E0 = 1.0 V

Penambahan basa pada [VO(H2O)5]2+ menghasilkan oksida hidrat VO(OH)2, yang

kembali larut dalam asam menghasilkan kation. Senyawa(IV) biasanya berwarna biru

kehijauan. Terdiri dari pyramidal segiempat koordinat lima atau koordinat enam

dengan bentuk octahedron. Contohnya adalah [VO(bipy)2Cl]+, [VO(NCS)4]2-, dsb.

Ikatan VO pendek (1.56-1.59 Å), sehingga ikatan VO dapat dilihat bergagai bentuk,

komponen π timbul dari aliran electron O ( pπ) (dπ). Sama halnya dengan VO2,

yang memiliki struktur rutile distorsi, satu ikatan (1.76 Å) nyata tampak lebih pendek

daripada yang lain dalam unit VO6 ( perlu diketahui bahwa pada TiO2, semua ikatan

Ti – O secara nyata sama). Semua kompleks koordinat lima seperti terlihat pada

gambar mengikat ligan menjadi bentuk octahedral, sehingga dengan struktur seperti

demikian membuatnya stabil (Cotton et al, 1987).

3. Mengapa Ti(H2O)63+ berwarna ungu?

Jawab:

Teori medan Kristal dapat menjelaskan tentang pembentukan senyawa

kompleks, sifat magnetik dan perubahannya karena pengaruh temperatur serta

kestabilan dari senyawa kompleks. Salah satu sifat yang dapat dijelaskan dengan teori

medan kristal atau crystal field theory adalah pengaruh medan ligan pada warna

(Anonymous3, 2009).

Kompleks octahedral memiliki enam ligan yang mengelilingi atom pusat,

dimana masing-masing ligan memiliki muatan negatif. Sebagai contoh, [Ti(OH2)6]3+,

kompleks memiliki muatan 3+ karena H2O dalam keadaan netral (tidak memilki

muatan) dan Ti mamiliki bilangan oksidasi +III. Saat ion logam membentuk

kompleks seperti [Ti(OH2)6]3+, orbital d mengalami split (Crittenden, 2003):

Ini adalah orbital d1 oktahedral, orbital ini memiliki 2 split dengan dz2 dan dx2-y2 berjarak

3/5 Dokt ke atas dan dzx dxy dan dzy berjarak 2/5 Dokt ke bawah.

[Ti(OH2)6]3+ yang memiliki orbital d1, elektronnya menempati orbital t2g yang

dihasilkan oleh split medan ligan oktahedral. Kompleksnya berwarna ungu akibat dari

absorpsi pada daerah 500 nm (20300 cm-1) yang berhubungan dengan promosi elektron d

ke orbital eg (Anonymous4, 2009).

Proses eksitasi pada orbital d (dari t2g ke eg) memerlukan energi dengan panjang

gelombang 5000 Å (Bahar, 2010). Panjang gelombang 5000 Å atau 500 nm memberikan

serapan pada warna hijau. Warna komplementer dari hijau adalah ungu sehingga warna

yang tampak oleh mata kita adalah ungu.

4. Titanium dapat membentuk senyawa kompleks, salah satu diantaranya

membentuk garam okso yaitu TiSO4.H2O. Bagaimana perbedaan struktur

kristal dari senyawa TiSO4.H2O dengan bentuk anhidratnya (TiSO4)?

Jawab:

Jarak interatomik relevan pada struktur kristal TiSO4 dan TiSO4.H2O digambarkan

pada tabel 1 (Ahmed et al, 1996).

Tabel 1. Jarak interatomik (dalam pm) untuk struktur kristal TiSO4 dan TiSO4.H2O

(Ahmed et al, 1996).

Sedangkan proyeksi dan perspektif struktur ditunjukkan pada gambar 1.

Banyaknya rantai zigzag ...—Ti – O – .... yang merupakan bentuk tersendiri dari

kedua struktur, membentuk secara horisontal pada proyeksi. Jarak antar rantai Ti – O

memiliki panjang yang hampi sama, 179 pm untuk TiSO4 dan 182 pm untuk

TiSO4.H2O. Jarak ini sebenarnya sangat pendek dibandingkan dengan nilai normal

dari ikatan Ti – O yaitu sekitar 195 pm. Struktur ini terdiri dari gugus SO 4 tetrahedral

dengan jarak S – O 144 – 150 pm pada TiSO4 dan 148-150 pm pada TiSO4.H2O.

Pada TiSO4 atom oksigen dari SO4 dihubungkan ke empat atom titanium berbeda

pada jarak 188-201 pm. Pada TiSO4.H2O ini hanya 3 dari 4 oksigen dari SO4 yang

berikatan dengan atom titanium pada jarak 198-203 pm. Atom oksigen keempat dari

gugus SO4 langsung terhubung dengan terusan terbuka dimana molekul air ditemukan

(gambar 1). Pada terusan ini, jarak keenam oksigen-oksigen antara oksigen dari

molekul air dan oksigen disekitarnya berkisar 270-290 pm, yang mana merupakan

tipe untuk ikatan hydrogen O --- H – O pada hidrat (Ahmed et al, 1996).

Gambar 1. Struktur kristal TiSO4 dan TiSO4.H2O proyeksi dan perspektif

(Ahmed et al, 1996).

Detail struktur pada gambar 1cenderung mengaburkan perbedaan antara TiSO4

dan TiSO4.H2O. Karena itu representasi proyektif yang lebih sederhana dan ideal

ditunjukkan pada gambar 2, yang segera focus pada perbedaan susunan dari rantai

...—Ti – O – . Pada TiSO4 rantai tersebut berbentuk parallel, sedangkan terdapat

hubungan oleh bayangan cermin pada TiSO4.H2O. Perbedaan cara gugus SO4 dan

rantai ...—Ti – O –... berhubungan merupakan hasil susunan rantai yang berbeda dan

bergabungnya kristalair dari TiSO4.H2O (Ahmed et al, 1996).

Gambar 2. Representasi proyektif yang lebih sederhana dan ideal dari struktur TiSO4 dan

TiSO4.H2O (Ahmed et al, 1996).

5. Bagaimana peran Titanium dan Vanadium sebagai katalis?

Jawab:

Logam transisi dan persenyawaannya merupakan katalis yang baik. Logam

transisi dan senyawa-senyawanya dapat berfungsi sebagai katalis karena memiliki

kemampuan mengubah tingkat oksidasi atau, pada kasus logam dapat mengadsorp

substansi yang lain pada permukaan logam dan mengaktivasi substansi tersebut selama

proses berlangsung.

Senyawa dari unsur Vanadium dapat digunakan sebagai katalis dalam suatu

reaksi. Vanadium (V) oksida adalah sebuah katalis dalam proses Kontak untuk

memproduksi asam sulfat.

Reaksi keseluruhan

Selama berlangsungnya proses kontak untuk membuat asam sulfat, belerang

dioksida diubah menjadi belerang trioksida. Hal ini dilakukan dengan cara

melewatkan belerang dioksida dan oksigen diatas padatan katalis vanadium(V)

oksida.

Bagaimana jalannya reaksi

Hal ini merupakan contoh yang baik untuk melihat kemampuan logam transisi

dan persenyawaannya untuk digunakan sebagai katalis karena kemampuan yang

dimiliki oleh logam transisi dan persenyawaannya untuk mengubah tingkat

oksidasinya (bilangan oksidasi).

Belerang dioksida di oksidasi menjadi belerang trioksida dengan vanadium(V)

oksida. Pada saat proses berlangsung, vanadium(V) oksida di reduksi menjadi

vanadium(IV) oksida.

Vanadium(IV) dioksida kemudian di oksidasi kembali oleh oksigen.

Meskipun katalis berubah-ubah selama proses reaksi berlangsung, pada akhir

proses reaksi sifat kimia dari katalis tersebut sama dengan pada awal proses reaksi.

Katalis Zigler-Natta

Senyawa dari unsur Titanium dapat digunakan sebagai katalis dalam suatu

reaksi. Titanium Tetraklorida adalah sebuah katalis dalam proses pembentukan

polietena. Larutan TiCl4 dan AlEt3 dalam pelarut hidrokarbon bereaksi secara

eksotermis untuk membentuk suatu padatan berwarna coklat. Katalis ini penting

untuk polimerisasi etena (etilena) untuk membentuk polietena yang bersifat

stereoregular, yaitu polimer yang molekul-molekulnya mempunyai orentasi yang

sama. Dimana polimer yang dihasilkan dengan menggunakan katalis ini mempunyai

titik leleh yang lebih tinggi dan lebih kuat dari pada polimer yang bersifat ataktik.

Spesi aktif dari katalis ini adalah Ti(III) dan AlEt3 dapat mereduksi TiCl4 menjadi

TiCl3. Kemudian salah satu dari atom Cl diganti oleh gugus etil. Mekanismenya

adalah ikatan rangkap dalam etena terikat pada tempat yang kosong pada atom Ti

pada permukaan katalis. Kemudian reaksi pergeseran karbon terjadi dan juga migrasi

etena dimana etena masuk/diinsersikan diantara Ti dan C dalam ikatan Ti-Et.

Perpanjangan dari rantai C dari 2 menjadi 4 atom, meninggalkan tempat kosong dari

Ti. Proses ini diulangi sampai terbentuk rantai C yang panjang.

Polimerisasi etena berlangsung dengan temperatur dan tekanan tinggi. Dengan

menggunakan katalis Zigler-Natta polimerisasi dapat dilakukan pada kondisi

temperatur ruang-930C dan pada tekanan atmosfir-100atm.

DAFTAR PUSTAKA

Ahmed, M. A. K., Fjellvag, H., and Kjekshus, A., 1996, SYNTHESES AND CRYSTAL

STRUCTURES OF TITANIUM OXIDE SULFATES, Department of Chemistry,

University of Oslo, Norway

Anonymous1, 2011, TITANIUM, http://www.bilangapa.co.cc/2011/02/titanium-dan-paduannya_09.html, diakses tanggal 05 Mei 2011

Anonymous2, 2011, UNSUR-UNSUR TRANSISI PERIODE PERTAMA (Ti,V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni dan Cu), , diakses tanggal 05 Mei 2011

Anonymous3, 2009, MAKALAH TEORI MEDAN KRISTAL, http://gokilgoblin.blogspot.com/2009_02_01_archive.html, diakses tanggal 05 Mei 2011

Anonymous4, 2009, SPEKTRA, DIAGRAM TANABE-SUGANO DAN DERET SPEKTROKIMIA, http://anakx2.multiply.com/journal/item/536, diakses tanggal 05 Mei 2011

Bahar, Setyadi Laksono, 2010, TEORI MEDAN KTRISTAL, http://chemistry-its.blogspot.com/2010/12/teori-medan-kristal.html, diakses tanggal 06 Mei 2011

Clark, Jim, 2008, SIFAT-SIFAT UNSUR GOLONGAN TRANSISI,

http://www.chem-istry.org/materi_kimia/kimia_anorganik1/logam_transisi/vanadium-

anorganik/ diakses tanggal 3 Mei 2011

Cotton, F.A and Wilkinson, G., 1986, BASIC INORGANIC CHEMISTRY, John Willey and

Son, New York

Crittenden, Timothy, 2003, SPLITTING IN THE d-ORBITAL, http://www.chem.shef.ac.uk/chm 131-2002/cha02tdc/cft.html , diakses tanggal 05 Mei 2011

Lee, J.D., 1991, CONCICE INORGANIC CHEMISTRY, Chapman and Hall, London

Trisnamiarti, A., 1986, Kamus KIMIA BERGAMBAR, Penerbit Erlangga, Jakarta