Logam-logam Alkali

Dalam Sistem Periodik Unsur, unsur-unsur yang terletak pada golongan IA yaitu

litium(Li), natrium (Na), kalium (K), rubidium (Rb), sesium (Cs) dan fransium (Fr) disebut

logam alkali.

Hidrogen termasuk nonlogam walaupun dengan alkali sama-sama memiliki satu

elektron pada kulit terluarnya. Berdasarkan konfigurasi elektron diketahui semua unsur alkali

memiliki 1 elektron yang terletak pada kulit terluar. Persamaan ini menyebabkan unsur-unsur

alkali memiliki sifat kimia yang mirip.Walaupun memiliki sifat yang mirip tetapi unsur-unsur

alkali keberadaan di alam tidak bersama-sama. Hal ini disebabkan oleh ukuran-ukuran ion

alkali yang sangat berbeda satu dengan yang lainnya.

Sumber Logam Alkali Di Alam

Natrium ditemukan sebagai natrium klorida (NaCl) yang terdapat dalam air laut,

dalam entuk sendawa Chili NaNO3, trona (Na2CO3.2H2O), boraks (Na2B4O7.10H2O)

dan mirabilit (Na2SO4).

Kalium didapat sebagai mineral silvit (KCl), mineral karnalit (KCl.MgCl2.6H2O)

sendawa (KNO3), dan  feldspar (K2O.Al2O3.3SiO2). Selain dari kalium juga terdapat

dalam air laut.

Unsur rubidiumm dan sesium dihasilkan sebagai hasil samping proses pengolahan

litium dari mineralnya.

Macam-macam Logam Alkali

a. Natrium

Natrium atau sodium adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki simbol

Na dan nomor atom 11. Natrium adalah logam reaktif yang lunak, keperakan, dan seperti

lilin, yang termasuk ke logam alkali yang banyak terdapat dalam senyawa alam (terutama

halite). Dia sangat reaktif, apinya berwarna kuning, beroksidasi dalam udara, dan bereaksi

kuat dengan air, sehingga harus disimpan dalam minyak. Karena sangat reaktif, natrium

hampir tidak pernah ditemukan dalam bentuk unsur murni.

Sifat utama

Seperti logam alkali lainnya, natrium adalah unsur reaktif yang lunak, ringan, dan

putih keperakan, yang tak pernah berwujud sebagai unsur murni di alam. Natrium

mengapung di air, menguraikannya menjadi gas hidrogen dan ion hidroksida. Jika digerus

menjadi bubuk, natrium akan meledak dalam air secara spontan. Namun, biasanya ia tidak

meledak di udara bersuhu di bawah 388 K.

b. Rubidium

Sejarah

(Latin, rubidus, merah menyala). Ditemukan oleh Bunsen dan Kirchoff pada tahun

1861 di dalam mineral lepidolite dengan menggunakan spektroskop.

Sumber

Unsur ini ternyata ditemukan lebih banyak dari yang diperkirakan beberapa tahun

lalu. Sekarang ini, rubidium dianggap sebagai elemen ke-16 yang paling banyak ditemukan di

kerak bumi. Rubidium ada di pollucite, leucite dan zinnwaldite, yang terkandung sekitar 1%

dan dalam bentuk oksida. Ia ditemukan di lepidolite sebanyak 1.5% dan diproduksi secara

komersil dari bahan ini. Mineral-mineral kalium, seperti yang ditemukan pada danau Searles,

California, dan kalium klorida yang diambil dari air asin di Michigan juga mengandung

rubidium dan sukses diproduksi secara komersil. Elemen ini juga ditemukan bersamaan

dengan cesium di dalam deposit pollucite di danau Bernic, Manitoba.

Sifat-sifat

Rubidium dapat menjelma dalam bentuk cair pada suhu ruangan. Ia merupakan logam

akali yang lembut, keperak-perakan dan unsur akali kedua yang paling elektropositif. Ia

terbakar secara spontan di udara dan bereaksi keras di dalam air, membakar hidrogen yang

terlepaskan. Dengan logam-logam alkali yang lain, rubidium membentuk amalgam dengan

raksa dan campuran logam dengan emas, cesium dan kalium. Ia membuat lidah api bewarna

ungu kekuning-kuningan. Logam rubidium juga dapat dibuat dengan cara mereduksi

rubidium klorida dengan kalsium dan dengan beberapa metoda lainnya. Unsur ini harus

disimpan dalam minyak mineral yang kering, di dalam vakum atau diselubungi gas mulia.

Isotop

Ada 24 isotop rubidium. Isotop rubidium yang ditemukan secara alami ada dua, 85Rb

dan 87Rb. Rb-87 terkandung sebanyak 27.85% dalam rubidium alami dan isotop ini

merupakan pemancar beta dengan paruh waktu 4.9 x 1010 tahun. Rubidium cukup radioaktif

sehingga dia dapat mengekspos photographic film dalam 30 sampai 60 hari. Rubidium

membentuk empat oksida: Rb2O, Rb2O2, Rb2O3, Rb2O4.

Kegunaan

Karena rubidium sangat mudah diionasi, unsur ini pernah dipikirkan sebagai bahan

bakar mesin ion untuk pesawat antariksa. Hanya saja, cesium sedikit lebih efisien untuk hal

ini. Unsur ini juga pernah diajukan untuk digunakan sebagai fluida penggerak turbin uap dan

untuk generator elektro-panas menggunakan prinsip kerja magnetohydrodynamic dimana ion-

ion rubidium terbentuk oleh energi panas pada suhu yang tinggi dan melewati medan magnet.

Ion-ion ini lantas mengantar listrik dan bekerja seperti amature sebuah generator sehingga

dapat memproduksi aliran listrik. Rubidium juga digunakan sebagai getter dalam tabung-

tabung vakum dan sebagai komponen fotosel. Ia juga telah digunakan dalam pembuatan kaca

spesial. RbAg4I5 sangat penting karena memiliki suhu ruangan tertinggi sebagai konduktor

di antara kristal-kristal ion. Pada suhu 20 derajat Celcius, konduktivitasnya sama dengan

larutan asam sulfur. Sifat ini memugkinkan rubidium digunakan pada aplikasi untuk baterai

super tipis dan aplikasi lainnya.

c. Natrium

Sejarah

(Inggris, soda; Latin, sodanum, obat sakit kepala). Sebelum Davy berhasil

mengisolasi unsur ini dengan cara elektrolisis soda kaustik, natrium (unsur ini disebut sodium

dalam bahasa Inggris), telah dikenal dalam berbagai suatu senyawa.

Sumber

Natrium banyak ditemukan di bintang-bintang. Garis D pada spektrum matahari sangat

jelas. Natrium juga merupakan elemen terbanyak keempat di bumi, terkandung sebanyak

2.6% di kerak bumi. Unsur ini merupakan unsur terbanyak dalam grup logam alkali.

Jaman sekarang ini, sodium dibuat secara komersil melalui elektrolisis fusi basah natrium

klorida. Metoda ini lebih murah ketimbang mengelektrolisis natrium hidroksida, seperti yang

pernah digunakan beberapa tahun lalu.

Sifat-sifat

Natrium, seperti unsur radioaktif lainnya, tidak pernah ditemukan tersendiri di alam.

Natrium adalah logam keperak-perakan yang lembut dan mengapung di atas air. Tergantung

pada jumlah oksida dan logam yang terkekspos pada air, natrium dapat terbakar secara

spontanitas. Lazimnya unsur ini tidak terbakar pada suhu dibawah 115 derajat Celcius.

Kegunaan

Logam natrium sangat penting dalam fabrikasi senyawa ester dan dalam persiapan

senyawa-senyawa organik. Logam ini dapat di gunakan untuk memperbaiki struktur beberapa

campuran logam, dan untuk memurnikan logam cair.

Campuran logam natrium dan kalium, NaK, juga merupakan agen heat transfer (transfusi

panas) yang penting.

Senyawa-senyawa

Senyawa yang paling banyak ditemukan adalah natrium klorida (garam dapur), tapi

juga terkandung di dalam mineral-mineral lainnya seperti soda niter, amphibole, zeolite, dsb.

Senyawa natrium juga penting untuk industri-industri kertas, kaca, sabun, tekstil, minyak,

kimia dan logam. Sabun biasanya merupakan garam natrium yang mengandung asam lemak

tertentu. Pentingnya garam sebagai nutrisi bagi binatang telah diketahui sejak zaman

purbakala.

Di antara banyak senyawa-senyawa natrium yang memiliki kepentingan industrial adalah

garam dapur (NaCl), soda abu (Na2CO3), baking soda (NaHCO3), caustic soda (NaOH),

Chile salpeter (NaNO3), di- dan tri-natrium fosfat, natrium tiosulfat (hypo, Na2S2O3 . 5H20)

and borax (Na2B4O7 . 10H2O).

Penanganan

Logam natrium harus ditangani dengan hati-hati. Logam ini tidak dapat diselubungi dalam

kondisi inert sehingga kontak dengan air dan bahan-bahan lainnya yang membuat natrium

bereaksi harus dihindari.

d. Kalium

Sejarah

(Inggris, potasium; Latin, kalium, Arab, qali, alkali). Ditemukan oleh Davy pada

tahun 1807, yang mendapatkannya dari caustic potash (KOH). Ini logam pertama yang

diisolasi melalui elektrolisis. Dalam bahasa Inggris, unsur ini disebut potassium.

Sumber

Logam ini merupakan logam ketujuh paling banyak dan terkandung sebanyak 2.4%

(berat) di dalam kerak bumi. Kebanyakan mineral kalium tidak terlarut dalam air dan unsur

kalium sangat sulit diambil dari mineral-mineral tersebut.

Mineral-mineral tertentu, seperti sylvite, carnalite, langbeinite, dan polyhalite ditemukan di

danau purba dan dasar laut yang membentuk deposit dimana kalium dan garam-garamnya

dengan mudah dapat diambil. Kalium ditambang di Jerman, negara bagian-negara bagian

New Mexico, California, dan Utah. Deposit besar yang ditemukan pada kedalaman 3000 kaki

di Saskatchewan, Kanada diharapkan menjadi tambang penting di tahun-tahun depan.

Kalium juga ditemukan di samudra, tetapi dalam jumlah yang lebih sedikit ketimbang

natrium.

Produksi

Kalium tidak ditemukan tersendiri di alam, tetapi diambil melalui proses elektrolisis

hidroksida. Metoda panas juga lazim digunakan untuk memproduksi kalium dari senyawa-

senyawa kalium dengan CaC2, C, Si, atau Na.

Kegunaan

Permintaan terbanyak untuk kalium adalah untuk pupuk. Kalium merupakan bahan

penting untuk pertumbuhan tanaman dan ditemukan di banyak tanah. Campuran logam

natrium dan kalium (NaK) digunakan sebagai media perpindahan panas. Banyak garam-

garam kalium seperti hidroksida, nitrat, karbonat, klorida, klorat, bromida, ioda, sianida,

sulfat, kromat dan dikromat sangat penting untuk banyak kegunaan.

Sifat-sifat

Unsur ini sangat reaktif dan yang paling elektropositif di antara logam-logam.

Kecuali litium, kalium juga logam yang sangat ringan. Kalium sangat lunak, dan mudah

dipotong dengan pisau dan tampak keperak-perakan pada permukaan barunya. Elemen ini

cepat sekali teroksida dengan udara dan harus disimpan dalam kerosene (minyak tanah).

Seperti halnya dengan logam-logam lain dalam grup alkali, kalium mendekomposisi air dan

menghasilkan gas hidrogen. Unsur ini juga mudah terbakar pada air. Kalium dan garam-

garamnya memberikan warna ungu pada lidah api.

Isotop

17 isotop kalium telah diketahui. Kalium normal mengandung 3 isotop, yang satu

pada 40 derajat Kelvin (.0118%) merupakan isotop radioaktif dengan paruh waktu 1.28 x 109

tahun.

Penanganan

Radioaktivitas yang ada pada kalium tidak terlalu berbahaya.

f. Fransium

Sejarah

Elemen ini ditemukan pada tahun 1993 oleh Marguerite Perey, ilmuwan Curie

Institute di Paris. Fransium yang merupakan unsur terberat seri logam-logam alkali, muncul

sebagai hasil disintegrasi unsur actinium. Ia juga bisa dibuat secara buatan dengan

membombardir thorium dengan proton-proton. Walau fransium secara alami dapat ditemukan

di mineral-mineral uranium, kandungan elemen ini di kerak bumi mungkin hanya kurang dari

satu ons. Fransium juga merupakan elemen yang paling tidak stabil di antara 101 unsur

pertama di tabel periodik. Ada 33 isotop fransium yang dikenal. Yang paling lama hidup

223Fr (Ac, K), anak 227Ac, memiliki paruh waktu selama 22 menit. Ini satu-satunya isotop

fransium yang muncul secara alami. Karena isotop-isotop fransium lainnya sangat labil, sifat-

sifat fisik mereka diketahui dengan cara teknik radiokimia. Sampai saat ini unsur belum

pernah dipersiapkan dengan berat yang memadai atau diisolasi. Sifat-sifat kimia fransium

sangat mirip dengan Sesium.

g. Litium

Sejarah

(Yunani, lithos, batu). Ditemukan oleh Arfvedson pada tahun 1817, litium merupakan

unsur logam teringan, dengan berat jenis sekitar setengahnya air.

Sumber

Litium tidak ditemukan sebagai unsur tersendiri di alam; ia selalu terkombinasi

dalam unit-unit kecil pada batu-batuan berapi dan pada sumber-sumber mata air. Mineral-

mineral yang mengandung litium contohnya: lepidolite, spodumeme, petalite, dan

amblygonite. Di Amerika Serikat, litium diambil dari air asin di danau Searles Lake, di

negara bagian California dan Nevada. Deposit quadramene dalam jumlah besar ditemukan di

California Utara. Logam ini diproduksi secara elektrolisis dari fusi klorida. Secara fisik,

litium tampak keperak-perakan, mirip natrium (Na) dan kalium (K), anggota seri logam

alkali. Litium bereaksi dengan air, tetapi tidak seperti natrium. Litium memberikan nuansa

warna pelangi yang indah jika terjilat lidah api, tetapi ketika logam ini terbakar benar-benar,

lidah apinya berubah menjadi putih.

Kegunaan

Sejak Perang Dunia II, produksi logam litium dan senyawa-senyawanya menjadi

berkali lipat. Karena logam ini memiliki spesifikasi panas yang tertinggi di antara benda-

benda padat, seringkali digunakan pada aplikasi transfer panas. Tetapi perlu diingat bahwa

logam ini sangat mudah aus atau korosif dan perlu penanganan tertentu. Litium digunakan

sebagai bahan campuran logam, sintesis senyawa organik dan aplikasi nuklir. Unsur ini juga

digunakan sebagai bahan anoda pada baterai karena memiliki potensial elektrokimia yang

tinggi. Elemen litium digunakan pula untuk pembuatan kaca dan keramik spesial. Kaca pada

teleskop di gunung Palomar mengandung litium. Bersama dengan litium bromida, keduanya

digunakan pada sistem pendingin dan penghangat ruangan. Lithium stearat digunakan untuk

sebagai lubrikasi suhu tinggi. Senyawa-senyawa litium lainnya digunakan pada sel-sel kering

dan baterai.

h. Sesium

Sejarah

(Latin, caesius, biru langit). Sesium ditemukan secara spektroskopik oleh Bunsen dan

Kirchohoff pada tahun 1860 dalam air mineral dari Durkheim.

Sumber

Sesium merupakan logam alkali yang terdapat di lepidolite, pollucte (silikat aluminum

dan Sesium basah) dan di sumber-sumber lainnya. Salah satu sumber terkaya yang

mengandung Sesium terdapat di danau Bernic di Manitoba, Kanada. Deposit di danau

tersebut diperkirakan mengandung 300.000 ton pollucite yang mengandung 20% Sesium.

Unsur ini juga dapat diisolasi dengan cara elektrolisis fusi sianida dan dengan beberapa

metoda lainnya. Sesium murni yang bebas gas dapat dipersiapkan dengan cara dekomposisi

panas Sesium azida.

Sifat-sifat

Karakteristik metal ini dapat dilihat pada spektrum yang memiliki dua garis biru yang

terang dan beberapa di bagian merah, kuning dan hijau. Elemen ini putih keperak-perakan,

lunak dan mudah dibentuk. Sesium merupakan elemen akalin yang paling elektropositif.

Sesium, galium dan raksa adalah tiga logam yang berbentuk cair pada suhu ruangan. Sesium

bereaksi meletup-letup dengan air dingin, dan bereaksi dengan es pada suhu di atas 116

derajat Celsius. Sesium hidroksida, basa paling keras yang diketahui, bereaksi keras dengan

kaca.

Kegunaan

Karena Sesium memiliki ketertarikan dengan oksigen, logam ini dijadikan penarik

pada tabung-tabung elektron. Ia juga digunakan dalam sel-sel fotoelektrik, dan sebagai katalis

di hydrogenasi senyawa-senyawa tertentu. Logam ini baru-baru saja ditemukan aplikasinya

pada sistim propulsi. Sesium digunakan pada jam atom dengan akurasi sebesar 5 detik dalam

300 tahun. Senyawa-senyawanya yang penting adalah klorida dan nitrat.

Isotop

Sesium memiliki isotop paling banyak di antara unsur-unsur tabel periodik, sebanyak

32 dengan massa yang berkisar dari 114 sampai 145.

Reaktifitas

Jika logam-logam alkali dimasukkan ke dalam amonia cair, maka akan terbentuk amida-

amida logam alkali seperti LiNH2, NaNH2, dan KNH2 yang mana senyawa-senyawa ini

merupakan pelarut-pelarut yang penting dalam sintesis organik. Pada wujud padat, amida-

amida ini mengandung ion-ion yang menempati setengah dari lobang-lobang tetrahedral

dalam struktur ccb.

Walaupun Li, Na, K disimpan di dalam pelarut hidrokarbon untuk mencegah reaksinya

dengan O2 atmosfir dan uap air, tetapi logam-logam tersebut dapat juga ditangani di udara

terbuka dengan cara menghindarkannya dari terpaan udara. Rb dan Cs harus ditangani di

dalam atmosfir yang inert. Li bereaksi dengan air secara cepat ; Na beraksi hebat dengan air,

sedangkan K, Rb, dan Cs bereaksi dengan keras dan berbahaya karena H2 yang dihasilkan

bisa terbakar.

2 Li + 2 H2O 2 LiOH + H2

Umumnya natrium digunakan sebagai drying agent untuk pelarut-pelarut hidrokarbon dan

eter. Pembuangan kelebihan Na harus dilakukan dengan sangat hati-hati dan biasanya

melibatkan reaksi Na dengan propan-2-ol untuk menghasilkan H2 dan NaOCHMe2. Cara ini

akan menghasilkan reaksi yang kurang dahsyat sehingga lebih aman dibanding reaksi antara

Na dan H2O atau dengan alkohol dengan Mr yang rendah. Metode alternatif lainnya untuk

pembuangan Na dalam jumlah kecil adalah melibatkan penambahan H2O ke suatu kontainer

keramik yang berisi pasir. Pengubahan Na menjadi NaOH terjadi secara perlahan-lahan

dimana NaOH bereaksi dengan pasir menghasilkan natrium silikat.

Semua logam alkali bereaksi dengan halogen dan dengan H2 bila dipanaskan.

2 M + X2 → 2 MX

2 M + H2 → 2 MH

Energetika pembentukan hidrida logam merupakan hal yang esensil seperti energetika

pembentukan halida logam yang dinyatakan dalam siklus Habern – Born.

Litium bereaksi dengan N2 secara spontan pada 298K menghasilkan nitrida litium padat

berwarna merah kecoklatan yang sensitif terhadap kelembaban

6 Li + N2 2 Li3N

Padatan Li3N memiliki struktur kisi yang menarik dan konduktifitas ionik yang tinggi.

Percobaan untuk menghasilkan nitrida biner dari logam-logam alkali yang lebih berat belum

berhasil hingga tahun 2002. Na3N (yang sangat sensitif terhadap kelembaban) dapat disintesis

di dalam satu ruang vakum dengan cara mendepositkan atom natrium dan nitrogen ke dalam

satu substrat safir dingin dan kemudian dipanaskan pada temperatur kamar. Struktur dari

Na3N sangat bertolak belakang dengan struktur Li3N; Na3N mengadopsi struktur anti-ReO3

yang mana ion-ion Na+ adalah 2-koordinat dan ion-ion N3- adalah oktahedral seperti yang

terlihat pada gambar di bawah ini.

(a) Struktur padatan Li3N yang terdiri dari lapisan-lapisan ion N3- dan ion Li+

(perbandingan 1 : 2) berselang-seling dengan lapisan ion-ion Li+; ion-ion ini tersusun di atas

ion-ion N3-. Tiap-tiap N pusat terdapat dalam lingkungan heksagonal bipyramidal (8-

koordinat); terdapat dua jenis ion Li+, yang terdapat pada lapisan 1 adalah 2-koordinat dan

yang terdapat pada lapisan 2 adalah 3-koordinat yang mengarah ke N pusat, (b) Unit sel dari

Na3N yang mengadopsi struktur anti-ReO3. Warna biru = N, merah = Li, dan oranye = Na

Asetilida, M2C2, dapat terbentuk bila Li atau Na dipanaskan dengan karbon; senyawa-

senyawa ini dapat juga dibuat dengan jalan mereaksikan logam tersebut dengan C2H2 dalam

amonia cair. Reaksi-reaksi antara grafit dan K, Rb atau Cs menghasilkan pembentukan

senyawa-senyawa interkalasi, CnM (n = 8, 24, 36, 48, 60). Logam-logam alkali larut dalam

Hg menghasilkan amalgam. Amalgam natrium (yang terdapat dalam keadaan cair hanya jika

persentase Na rendah) sangat berguna sebagai reduktor dalam Kimia Anorganik dan Organik;

dapat digunakan dalam media aqueous sebab ada overpotensial untuk pembebasan H2.

Halida

Halida-halida MX dibuat dengan penggabungan langsung unsur-unsurnya

2M + X2 → 2MX dan semua halida mempunyai harga ΔfH0 yang sangat negatif. Namun

demikian, tabel 2 menunjukkan bahwa untuk X = F, harga ΔfH0(MX) menjadi kurang negatif

dari atas ke bawah, sementara kecenderungan sebaliknya, adalah benar untuk X = Cl, Br dan

I. Untuk suatu logam tertentu, ΔfH0(MX) selalu menjadi kurang negatif dari MF ke MI.

Generalisasi ini dapat dijelaskan dengan siklus Haber-Born. Perhatikan pembentukan MX

dari persamaan berikut:

ΔfH0(MX)={ ΔaH0(M)+IE1(M) }+{1/2D(X2)+ΔEAH(X)}+ΔkisiH0(MX)

untuk MF, kuantitas variabel adalah ΔaH0(M), IE1(M) dan ΔkisiH0(MF), dan dengan cara yang

sama untuk MCl, MBr, dan MI. Jumlah ΔaH0(M) dan IE1(M) menghasilkan pembentukan Li+

681, Na+ 604, K+ 509, Rb+ 485, dan Cs+ 454 kJ mol-1. Untuk fluorida-fluorida, kecenderungan

harga ΔfH0(MF) tergantung pada harga relatif dari { ΔaH0(M) + IE1(M)} dan ΔkisiH0(MF)

(tabel 2), dan dengan cara yang sama untuk klorida, bromida, dan iodida. Dari pemeriksaan

data menunjukkan bahwa variasi dalam{ ΔaH0(M) + IE1(M)} adalah lebih kecil dari variasi

dalam ΔkisiH0(MF), tetapi lebih besar daripada variasi dalam ΔkisiH0(MX) untuk X = Cl, Br,

dan I. Hal ini dikarenakan energi kisi proporsional dengan 1/(r+ + r-) dan demikian juga

variasi dalam ΔkisiH0(MX) untuk halida tertentu adalah paling besar bila r- adalah paling kecil

(untuk F-) dan kecil bila r- adalah paling besar (untuk I-). Perkirakan untuk halida-halida

logam tertentu (persamaan 7), perubahan kecil dalam {1/2D(X2) + ΔEAH(X)} (-249, -228, -

213, -188 kJ mol-1 untuk masing-masing F, Cl, Br, I adalah makin besar dengan menurunnya

ΔkisiH0(MX). Dalam tabel 2 di atas, tercatat bahwa perbedaan antara harga-harga ΔfH0(MF)

dan ΔfH0(MI) turun secara signifikan dengan naiknya ukuran ion M+.

Kelarutan halida-halida logam alkali dalam air ditentukan oleh kesetimbangan antara energi

kisi dan energi bebas hidrasi. LiF mempunyai energi kisi paling tinggi diantara halida-halida

logam alkali dan hanya sedikit larut, tetapi hubungan kelarutan diantara halida-halida lainnya

akan didiskusikan lebih lanjut. Garam-garam LiCl, LiBr, LiI, dan NaI dapat larut dalam

beberapa pelarut-pelarut organik yang mengandung oksigen, misalnya, LiCl larut dalam THF

dan MeOH; kompleksasi ion Li+ atau ion Na+ oleh pelarut donor-O adalah sama dalam semua

kasus. LiI dan NaI sangat larut dalam NH3, membentuk kompleks; kompleks yang tak stabil

[Na(NH3)4]I telah diisolasi dan mengandung ion Na yang terkoordinasi secara tetrahedral.

Dalam keadan uap, halida-halida logam alkali terutama terdapat sebagai pasangan ion, tetapi

pengukuran jarak ikatan M – X dan momen dipol listrik menyiratkan bahwa kontribusi

kovalen terhadap ikatan adalah penting, khususnya dalam halida-halida litium.

Ekstraksi Logam Alkali

Logam-logam alkali sangat stabil terhadap pemanasan, sehingga logam-logam alkali tidak

dapat diperoleh dari oksidanya melalui proses pemanasan. Logam alkali tidak dapat

dihasilkan dengan mereduksi oksidanya, hal ini disebabkan logam-logam alkali merupakan

pereduksi yang kuat.

Keberadaan natrium dan kalium telah dikenali sejak lama, namun untuk mereduksi logam-

logam alkali dalam air tidak dapat dilakukan karena logam-logam alkali dapat bereaksi

dengan air membentuk basa kuat. Pada abad ke-19 H. Davy akahirnya dapat mengisolasi

natrium dan kalium dengan melakukan elektrolisis terhadap lelehan garam KOH atau NaOH. 

Dengan metode yang sama Davy berhasil mengisolasi Li dari Li2O. Kemudian Rb dan Cs

ditemukan sebagai unsur baru dengan teknik spektroskopi pada tahun 1860-1861 oleh

Bunsen dan Kirchhoff. Sedangkan fransium ditemukan oleh Perey dengan menggunakan

teknik radiokimia tahun 1939.

Semua logam alkali hanya dapat diisolasi dari leburan garam halidanya melalui proses

elektrolisis. Garam-garam halida mempunyai titik lebur yang sangat tinggi, oleh karena itu

umumnya ditambahkan garam halida yang lain untuk menurunkan titik lebur garam

halidanya.

 

Elektrolisis Litium

Gambar Lithium

Sumber logam litium adalah spodumene (LiAl(SO)3). Spodumene dipanaskan pada suhu 100 oC kemudian ditambah H2SO4 pekat panas sehingga diperoleh Li2SO4. Campuran yang

terbentuk dilarutkan ke dalam air. Larutan Li2SO4 ini kemudian direaksikan dengan Na2CO3.

Dari reaksi ini terbentuk endapan Li2CO3.

Li2SO4(aq) +  Na2CO3(aq) ―→ Li2CO3(s) +  Na2SO4(aq)

 

Setelah dilakukan pemisahan Li2CO3 yang diperoleh direaksikan dengan HCl sehingga

diperoleh garam LiCl.

Li2CO3(s) +  2HCl(aq) ―→  2LiCl +  H2O +  CO2

 

Garam LiCl ini yang akan digunakan sebagain bahan dasar elektrolisis litium. Namun karena

titik lebur LiCl yang sangat tinggi sekitar 600 °C maka ditambahkan KCl dengan

perbandingan volume 55% LiCl dan 45% KCl. Penambahan KCl ini bertujuan untuk

menurunkan titik lebur LiCl menjadi 430 ºC. Reaksi yang terjadi pada proses elektrolisis Li

adalah sebagai berikut

Katoda :  Li+ +  e ―→ Li

Anoda  :   2Cl‾ ―→ Cl2 + 2e

 

Selama elektrolisis berlangsung ion Li+ dari leburan garam klorida akan bergerak menuju

katoda. Ketika tiba dikatoda ion-ion litium akan mengalami reaksi reduksi menjadi padatan

Li yang menempel pada permukaan katoda. Padatan yang terbentuk dapat diambil secara

periodik, dicuci kemudian digunakan untuk proses selanjutnya sesuai keperluan. Sedangkan

ion Cl‾ akan bergerak menuju anoda yang kemudian direduksi menjadi gas Cl2.

 

Elektrolisis Natrium

Gambar Logam Natrium

Natrium dapat diperoleh dari elektrolisis leburan NaCl dengan menambahkan CaCl2

menggunakan proses downs cell. Penambahan CaCl2 bertujuan menurunkan titih leleh

NaCl dari 801ºC menjadi 580 ºC. Proses ini dilakukan dalam sel silinder meggunakan

anoda dari grafit dan katoda dari besi atau tembaga. Selama proses elektrolisis

berlangsung, ion-ion Na+ bergerak menuju katoda kemudian mengendap dan

menempel pada katoda, sedangkan ion Cl‾ memebntuk gas Cl2 pada anoda. Reaksi

yang terjadi pada proses elektrolisis natrium dari lelehan NaCl:

Peleburan NaCl ―→ Na+ + Cl‾

Katoda :  Na+ +  e ―→ Na

Anoda  :  2Cl‾ ―→  Cl2 +  2e

Reaksi elektrolisis: Na+ + Cl‾―→  Na + Cl2

Metode reduksi

Kalium, rubidium, dan sesium tidak dapat diperoleh dengan proses elektrolis karena logam-

logam yang terbentuk pada anoda akan segera larut kembali dalam larutan garam yang

digunakan. Oleh sebab itu untuk memperoleh Kalium, rubidium, dan sesium dilakukan

melalui metode reduksi.

Gambar Logam sesium

Proses yang dilakukan untuk memperoleh ketiga logam ini serupa yaitu dengan mereaksikan

lelehan garamnya dengan natrium.

Na  +  LCl ―→ L  +  NaCl            (L= kalium, rubidium dan sesium)

Dari reaksi di atas L dalam bentuk gas yang dialirkan keluar. Gas yang keluar kemudian

dipadatkan dengan menurunkan tekanan atau suhu sehingga terbentuk padatan logam L.

Karena jumlah produk berkurang maka reaksi akan bergeser ke arah produk. Demikian

seterusnya hingga semua logam L habis bereaksi.

Gambar Logam Rubidium

 

Sifat Fisika Logam Alkali

Secara umum, logam alkali ditemukan dalam bentuk padat, kecuali sesium yang berbentuk

cair. Padatan logam alkali sangat lunak seperti sabun atau lilin sehingga dapat diiris

menggunakan pisau. Hal ini disebabkan karena logam alkali hanya memiliki satu elektron

pada kulit terluarnya. Beberapa sifat fisik logam alkali seperti yang tertera di bawah ini.

Warna Nyala Logam Alkali

Warna nyala yang dihasilkan oleh suatu unsur disebut sprektum emisi. Spektrum emisi yang

dihasilkan berkaitan dengan model atom Neils Bohr. Ketika atom diberikan sejumlah energi,

elektron-elektron yang berada pada keadaan dasar akan tereksitasi menuju kulit yang lebih

tinggi dengan ringkat energi yang lebih tinggi. Elektron yang tereksitasi dapat kembali

keadaan dasar atau mengimisi dengan memancarkan sejumlah energi dalam bentuk radiasi

elektromagnetik dengan panjang gelombang (λ) tertentu. Spektrum emisi terjadi ketika

larutan garamnya dibakar menggunakan nyala bunsen. Spektrum emisi yang dihasilkan setiap

unsur berbeda antara yang satu dengan yang lainnya.

Gambar spektrum emisi sesium

Ketika dibakar litium menghasilkan warna merah, natrium menghasilkan warna kuning,

kalium menghasilkan warna pink atau lilac, rubidium menghasilkan warna merah lembayung

dan sesium menghasilkan warna merah lembayung. Warna-warna yang dihasilkan oleh

unsur-unsur alkali sangat indah sehingga logam-logam alkali banyak dimanfaatkan dalam

pembuatan kembang api atau mercun.

 

Energi Ionisasi

Energi ionisasi untuk unsur-unsur segolongan berhubungan erat dengan jari-jari atom. Jari-

jari atom pada golongan alkali dari Li ke Cs jari-jarinya semakin besar, sesuai dengan

pertambahan jumlah kulitnya. Semakin banyak jumlah kulitnya, maka semakin besar jari-jari

atomnya. Semakin besar jari-jari atom, maka gaya tarik inti terhadap elektron yang terletak

pada kulit terluar semakin kecil. Gaya tarik yang makin lemah menyebabkan unsur-unsur

segolongan, dari atas ke bawah energi ionisasinya semakin kecil. Dengan melepas satu

elektron pada kulit terluar, Li menjadi Li+, Na menjadi Na+, K manjadi K+ dan yang lainnya.

Sifat Kimia

Logam alkali merupakan unsur logam yang sangat reaktif dibanding logam golongan lain.

Hal ini disebabkan pada kulit terluarnya hanya terdapat satu elektron dan energi ionisasi yang

lebih kecil dibanding unsur golongan lain. Dalam satu golongan, dari atas ke bawah,

kereaktifan logam alkali makin bertambah seirng bertambahnya nomor atom.

Reaksi dengan Air

Produk yang diperoleh dari reaksi antara logam alkali dan air adalah gas hidrogen dan logam

hidroksida. Logam hidroksida yang dihasilkan merupakan suatu basa kuat. Makin kuat sifat

logamnya basa yang dihasilkan makin kuat pula, dengan demikian basa paling kuat yaitu

dihasilkan oleh sesium. Reaksi antara logam alkali dan air adalah sebaga berikut:

2M(s) + 2H2O(l) ―→ 2MOH(aq) + H2(g) (M = logam alkali)

 

Reaksi antara logam alkali dengan air merupakan reaksi yang eksotermis. Li bereaksi dengan

tenang dan sangat lambat, Natrium dan kalium bereaksi dengan keras dan cepat, sedangkan

rubidium dan sesium bereaksi dengan keras dan dapat menimbulkan ledakan.

Gambar reaksi natrium dengan air

 

Reaksi dengan Udara

Logam alkali pada udara terbuka dapat bereaksi dengan uap air dan oksigen. Untuk

menghindari hal ini, biasanya litium, natrium dan kalium disimpan dalam minyak atau

minyak tanah untuk menghindari terjadinya kontak dengan udara.

Litium merupakan satu-satunya unsur alkali yang bereaksi dengan nitrogen membentuk

Li3N. Hal ini disebabkan ukuran kedua atom yang tidak berbeda jauh dan struktur yang

dihasilkanpun sangat kompak dengan energi kisi yang besar.

Produk yang diperoleh dari reaksi antara logam alkali dengan oksigen yakni berupa oksida

logam. Berikut reaksi yang terjadi antara alkali dengan oksigen

4M   +  O2 ―→  2L2O             (L = logam alkali)

 

Pada pembakaran logam alkali, oksida yang terbentuk bermacam-macam tergantung pada

jumlah oksigen yang tersedia. Bila jumlah oksigen berlebih, natrium membentuk peroksida,

sedangkan kalium, rubidium dan sesium selain peroksida dapat pula membentuk membentuk

superoksida. Persamaan reaksinya

Na(s) + O2(g) ―→ Na2O2(s)

L(s) + O2(g) ―→ LO2(s) (L = kalium, rubidium dan sesium)

 

Reaksi dengan Hidrogen

Dengan pemanasan logam alkali dapat bereaksi dengan hidrogen membentuk senyawa

hidrida. Senyawa hidrida yaitu senyawaan logam alkali yang atom hidrogen memiliki

bilangan oksidasi -1.

2L(s) +   H2(g) ―→ 2LH(s) (L =  logam alkali)

 

Reaksi dengan Halogen

Unsur-unsur halogen merupakan suaru oksidator sedangkan logam alkali merupakan reduktor

kuat. Oleh sebab itu reaksi yang terjadi antara logam alkali dengan halogen merupakan reaksi

yang kuat. Produk yang diperoleh dari reaksi ini berupa garam halida.

2L  +  X2 ―→ 2LX            (L = logam alkali, X = halogen)

 

Reaksi dengan Senyawa

Logam-logam alkali dapat bereaksi dengan amoniak bila dipanaskan dan akan terbakar dalam

aliran hidrogen klorida.

2L + 2HCl ―→ LCl   +  H2

2L + 2NH3 ―→  LNH2 +  H2 L = logam alkali

Oksida, Peroksida, Superoksida, Suboksida, dan Ozonida

Bila logam-logam golongan 1 dipanaskan dalam udara atau dalam O2 berlebih, produk

utama dapat diperoleh tergantung pada logamnya, misalnya, litium oxida, Li2O, natrium

peroksida, Na2O2, dan superoksida, KO2, RbO2, dan CsO2

pembentukan oksida 4 Li + O2 → 2 Li2O pembentukan

peroksida 2 Na + O2 → Na2O2

pembentukan superoksida K + O2 → KO2

Oksida-oksida Na2O, K2O, Rb2O, dan Cs2O yang tidak murni dapat diperoleh dengan

menggunakan udara terbatas, tetapi lebih baik dibuat dengan cara peruraian termal peroksida

atau superoksida. Warna oksida-oksida bervariasi mulai dari putih hingga oranye; Li2O dan

Na2O membentuk kristal berwarna putih, sementara K2O berwarna kuning pucat, Rb2O

berwarna kuning, dan Cs2O berwarna oranye. Semua oksida adalah basa kuat; kebasaan

meningkat dari Li2O ke Cs2O. Peroksida dari litium dapat diperoleh dengan aksi H2O2 pada

larutan etanolik LiOH, tetapi akan terurai pada pemanasan. Natrium peroksida (digunakan

secara luas sebagai oksidator) dibuat dengan cara pemanasan logam Na di atas wadah Al di

udara, bila murni akan terbentuk Na2O2 yang tak berwarna dan warna kuning biasanya

muncul dikarenakan adanya sejumlah kecil NaO2. Superoksida dan peroksida mengandung

ion paramagnetik [O2]- dan ion diamagnetik [O2]2-. Superoksida mempunyai momen magnetik

≈ 1,73 µB konsisten dengan adanya satu elektron tak berpasangan.

Oksidasi sebagian dari Rb dan Cs pada temperatur rendah menghasilkan suboksida

seperti Rb6O, Rb9O2, Cs7O, dan Cs11O3. Struktur senyawa-senyawa ini mengandung unit-unit

oktahedral dari ion-ion logam dengan oksigen berada di pusat. Rumus suboksida tidak sesuai

dengan bilangan oksidasi.

Struktur suboksida Cs11O3 yang terdiri dari tiga oksigen pusat, unit-unit oktahedral berbagi

muka. Biru = Cs, merah = O

Tiap-tiap senyawa mengandung ion M+ dan ion O2-, dan rumus Rb6O lebih baik ditulis

sebagai (Rb+)6(O2-).4e-, yang menunjukkan adanya elektron bebas.

Oksida, peroksida, dan superoksida logam alkali bereaksi dengan air sesuai dengan

persamaan-persamaan reaksi berikut:

M2O + H2O 2 MOH

M2O2 + 2 H2O 2 MOH + H2O2

2 MO2 + 2 H2O 2 MOH + H2O2 + O2

Salah satu penggunaan KO2 adalah dalam masker pernafasan dimana KO2 menyerap H2O dan

menghasilkan O2 untuk pernafasan dan KOH untuk menyerap CO2 yang dikeluarkan ketika

kita bernafas

KOH + CO2 KHCO3

Natrium peroksida bereaksi dengan CO2 menghasilkan Na2CO3, menyebabkannya cocok

digunakan untuk pembersihan/pemurnian udara di dalam ruang terisolasi, misalnya, di dalam

kapal selam; KO2 beraksi dengan cara yang sama tetapi lebih efektif.

Walaupun semua peroksida logam alkali terurai pada pemanasan sesuai persamaan

reaksi

M2O2(s) M2O(s) + ½ O2(g)

kestabilan termalnya tergantung pada ukuran kation; Li2O2 adalah peroksida yang paling

kurang stabil, sementara Cs2O2 adalah yang paling stabil. Kestabilan dari superoksida

(dengan mengacu pada M2O2 dan O2) mengikuti kecenderungan yang sama.

Ozonida, MO3, mengandung ion [O3]- yang bersifat paramagnetik dan bentuk

molekulnya bengkok, yang dikenal untuk semua logam alkali. Garam-garam KO3, RbO3, dan

CsO3 dapat dibuat dari peroksida atau superoksida dengan mereaksikannya dengan ozon,

tetapi metode ini gagal, atau menghasilkan produk reaksi rendah, untuk LiO3 dan NaO3.

Ozonida-ozonida ini telah dapat dibuat baru-baru ini dalam amonia cair dengan cara interaksi

CsO3 dengan resin penukar ion yang dimasukkan dengan ion Li+ atau Na+. Ozonida bersifat

eksplosif berbahaya. Resin penukar ion terdiri dari satu fase padat (misalnya, zeolite) yang

mengandung gugus asam atau basa yang dapat mempertukarkan kation dan anion dari larutan

yang dibersihkan melalui resin; aplikasi yang penting adalah dalam pemurnian air.

Hidroksida

Pada tahun 2002, ≈45 Mt NaOH (caustic soda) digunakan di seluruh dunia dan kira-

kira 1/3 dari jumlah tersebut dibuat di AS. NaOH digunakan dalam kimia organik dan

anorganik dimanapun dibutuhkan alkali yang murah, dan penggunaan oleh industri dapat

dilihat pada gambar 10.2b, hal 259. NaOH padat (TL=591K) sering ditangani sebagai flake

atau pellet, dan larut dalam air dengan mengeluarkan panas yang lumayan besar.

Pembuatan Natrium Hidroksida

Natrium hidroksida adalah merupakan padatan berwarna putih yang larut dalam air

dan bersifat korosif terhadap kulit. Titik lebur 318,40C dan titik didih 13900C. Padatan NaOH

cenderung membentuk kerak natrium karbonat pada permukaannya karena terjadi reaksi

dengan CO2 di atmosfir. Peralatan utama pada produksi industry adalah proses klor-alkali.

Proses ini melibatkan penggunaan arus listrik untuk menjenuhkan larutan garam di dalam sel-

sel yang paling umum adalah katoda merkuri atau sel diaphragma. Reaksinya adalah sebagai

berikut: elektrolisis

2H2O(l) + 2NaCl(aq) 2NaOH(aq) + Cl2(g) H2(g)

Untuk mencegah produk-produk reaksi bereaksi satu sama lain, maka sel-sel dirancang

berbeda. Secara tradisional, NaOH telah digunakan pada pembuatan sabun, proses tekstil, dan

refineri petroleum. Juga digunakan secara luas pada industri zat warna, detergen, pulp, kertas,

rayon, dan karet. NaOH sedikit digunakan pada industri netralisasi sebab adanya bahan kimia

yang lebih murah, seperti lime (CaO).

Pembuatan NaCl

Padatan NaCl atau garam NaCl adalah merupakan kristal, transparent dengan titik

lebur 8030C dan titik didih 14300C. NaCl secara luas terdistribusi di alam. Air laut

mengandung 2,68% NaCl, deposit batuan garam ditemukan dalam jumlah yang sangat besar

di Amerika Utara dan Eropa. NaCl biasanya diperoleh dengan salah satu dari tiga metode

utama yang ada.

1. Shaft Method; menggunakan tehnik yang sama dengan tehnik yang

digunakan pada penambangan batubara yang melibatkan pemotongan, pembentukan,

pengeboran, pembakaran, dan transportasi.

2. Penambangan larutan; peralatan memompa air ke dalam deposit batuan garam,

pelarutan garam, dan membawa air laut ke permukaan.

3. Penguapan dengan matahari; air laut ditempatkan pada lading yang sangat luas

untuk menguapkan air dan mengendapkan padatan garam. Metode ini adalah metode yang

paling tua dan masih tetap digunakan untuk sekitar 50% produksi dunia. Kegunaan garam ini

sangat luas, tetapi yang paling penting adalah penggunaannya sebagai bahan mentah untuk

produksi bahan-bahan kimia lainnya.

Kalium hidroksida (TL=633K) sangat mirip dengan NaOH dalam pembuatan dan

sifat-sifat. KOH lebih larut dibanding NaOH dalam EtOH, yang mana KOH menghasilkan

ion etoksida konsentrasi rendah dan hal ini menyebabkan naiknya penggunaan KOH etanolik

dalam sintesis organik.

C2H5OH + [OH]- [C2H5O]- + H2O

Struktur kristal hidroksida-hidroksida golongan 1 biasanya rumit, tetapi bentuk KOH pada

temperatur tinggi mempunyai kisi NaCl dengan ion [OH]- mengalami rotasi yang membentuk

pseudo-spherical.

Reaksi-reaksi hidroksida logam alkali dengan asam dan oksida asam tidak

memberikan hal yang khusus. Namun demikian, reaksi-reaksi dengan CO sangat menarik

karena hidroksida-hidroksida ini menghasilkan bentuk logam (metanoat), seperti pada reaksi

berikut

450K

NaOH + CO HCO2Na

Banyak unsur-unsur non-logam mengalami disproporsionasi bila direaksikan dengan alkali

aqueous; P4 menghasilkan PH3 dan [H2PO2]-, S8 menghasilkan S2- dan campuran oksoanion,

dan Cl2 bereaksi menghasilkan Cl- dan [OCl]- atau [ClO3]-. Unsur-unsur non-logam tidak

membentuk hidrida yang stabil, dan logam-logam amfoter, bereaksi dengan MOH aqueous

menghasilkan H2 dan anion-anion okso, misalnya, reaksi

2 Al + 2 NaOH + 6 H2O 2 Na[Al(OH)4] + 3 H2