UNSUR-UNSUR TRANSISI

OLEHPUTU SUARYA

1. PendahuluanDefinisi: suatu unsur yang memiliki kulit d atau

kulit f yang terisi sebagian. Definisi yang lebih luas mencakup juga unsur-

unsur yang mempunyai kulit d dan kulit f yang terisi sebagian dalam senyawaannya.

Ini berarti bahwa logam-logam mata uang; Cu, Ag dan Au merupakan logam transisi karena

CuII mempunyai konfigurasi 3d9, AgII : 4d9, dan AuIII : 5d8.

Unsur-unsur Golongan Transisi:

Unsur-unsur transisi adalah unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir pada orbital d.

Fenomena yang terdapat pada orbital-orbital d ialah: Elektron-elektron dalam orbital- orbital d cenderung berada dalam keadaan penuh (d10) atau setengah penuh (d5).

Oleh karena itu, konfigurasi elektron 24 Cr adalah 4s1 3d5 bukannya 4s2 3d4 dan 29Cu adalah 4s1 3d10, bukannya 4s23d9

http://library.thinkquest.org/2690/ptable/ptable.html

Cara penomoran golongan unsur-unsur transisi:1. Nomor golongan harus dibubuhi huruf B2. Nomor golongan = jumlah elektron s + d ( jumlah

elektron dikulit terluar + jumlah elektron d yang diisi terakhir).

jika s + d = 9 , golongan VIII Bs + d = 10, golongan VIII Bs + d = 11, golongan IBs + d = 12, golongan II B

Contoh :21 Sc 1s2 2s22p63s23p6 4s23d1 golongan IIIB22Ti 4s23d2 golongan IVB23V 4s23d3 golongan VB

Beberapa sifat khas unsur-unsur transisi:

1. Semua unsur transisi adalah logam2. Hampir semua unsur transisi berwujud padat pada

suhu kamar, kecuali Hg3. Memiliki sifat katalis4. Bersifat para magnetik ( tertarik oleh medan magnet )5. Mempunyai valensi dan bilangan oksidasi umumnya

lebih dari satu6. Dapat membentuk senyawa kompleks7. Umumnya berwarna-warni

Logam Transisi

Jika unsur-unsur block d membentuk ion-ion, elektron-elektron pada 4s hilang pertama kali.Untuk menulis struktur elektronik dari Co2+:

Co [Ar] 3d74s2

Co2+ [Ar] 3d7

Ion 2+ dibentuk dengan kehilangan dari dua elektron 4s. Untuk menulis struktur elektronik untuk V3+ : V [Ar] 3d34s2

V3+ [Ar] 3d2

Elektron 4s pertama kali hilang diikuti oleh satu satu dari elektron 3d .

Variabel tingkat oksidasi (nomor) Contoh dari variabel tingkat oksidasi dalam logam-logam transisi.

Besi Besi biasanya mempunyai dua tingkat oksidasi dalam (+2 dan +3) , Sebagai contoh, Fe2+ dan Fe3+. Ia juga dapat mempunyai tingkat oksidasi (tidak umum) +6 dalam ion ferrate (VI) , FeO4

2-.

Mangan+2 dalam Mn2+ +3 dalam Mn2O3 +4 dalam MnO2 +6 dalam MnO4

2- +7 dalam MnO4

-

Pembentukan ion-ion komplek

Apakah ion kompleks itu ?Suatu ion komplek mempunyai ion metal pada pusatnya dengan sejumlah molekul atau ion lain mengelilinginya yang terikat pada ion pusat tersebut melalui ikatan koordinasi. Molekul-molekul atau ion-ion yang mengelilingi ion metal pusat disebut ligands. Ligand-ligan sederhana termasuk air, amonia dan ion klorida.

Beberapa contoh ion kompleks yang dibentuk oleh logam transisi:

[Fe(H2O)6]2+

[Co(NH3)6]2+

[Cr(OH)6]3-

[CuCl4]2-

Pembentukan senyawa-senyawa yang berwarna..

The origin of colour in the transition metal ionsThe origin of colour in the transition metal ionsThe origin of colour in the transition metal ionsThe origin of colour in the transition metal ions

Keaslian warna dalam ion-ion metal transisi.Jika sinar putih melalui larutan dari salah satu ion-ion ini,atau dipantulkannya, beberapa warna dalam sinar diabsorbsi.Warna yang terlihat adalah bagaimana mata kita melihat apa yang tertinggal.

Aktivitas katalitik :Iron in the Haber Process

Proses Haber mereaksikan hidrogen dan nitrogen untuk membuat amonia menggunakan katalis besi.

Nikel dalam hidrogenasi ikatan C=C

Transition metal compounds as catalystsTransition metal compounds as catalystsTransition metal compounds as catalysts

Senyawa-senyawa logam transisi sebagai katalis.

Vanadium(V) oksida dalam proses kontak.

Ion besi dalam reaksi antara ion persulfat dan ion iodida

The chemistry of some specific transition metalsSenyawa beberapa logam-logam transisi yang spesifik.

VANADIUMVanadium(V) oksida sebagai catalis dalam proses reaksi.

Bagaimana jalannya reaksi ?

Sulfur dioksida dioksidasi menjadi sulfur trioksida oleh vanadium (V) (V) Oksida . Dalam proses, vanadium(V) oksida direduksi menjadi vanadium(IV) oksida.

Vanadium(IV) oksida kemudian di re-oksidasi oleh oksigen.

Tingkat oksidasi VanadiumTingkat oksidasi Vanadium dalam senyawanya adalah +5, +4, +3 dan +2.

Tahap reduksi vanadium(V) ke vanadium(II)Reduksi dari +5 ke +4

Reduksi dari +4 ke +2Warna berubah secara teratur.

Pembentukan senyawa-senyawa yang berwarna

Penggantian air oleh ion sulfat.

Penggantian air dengan ion klorida.Dalam adanya ion klorida (misalnya dengan chromium(III) klorida), biasanya warna yang teramati adalah hijau. Ini terjadi jika dua molekul air digantikan oleh ion klorida memberikanion tetraaquadichlorochromium(III) - [Cr(H2O)4Cl2]+.

Reaksi ion chromium(III)heksa hidrat dengan ion hidroksida

Reaksi dari ion chromium(III)heksa hidrat dengan laruran ammonia

Reaksi ion chromium(III)heksa hidrat dengan ion karbonat

Oksidasi dari chromium(III) ke chromium(VI).

Unsur-unsur transisi dibagi menjadi tiga golongan sesuai dengan kemiripan sifatnya, yakni:

1. Unsur-unsur transisi utama atau unsur blok d2. Unsur-unsur lantanida3. Unsur-unsur aktinida.

Unsur-unsur transisi utama atau unsur blok di bagi dalam kelompok:a. unsur transisi blok d deret pertama b. unsur transisi blok d deret keduac. unsur transisi blok d deret ketiga

Unsur Transisi Blok d Deret Pertama Definisi: unsur-unsur yang mempunyai kulit 3d terisi

sebagian baik dalam keadaan dasar dari atom bebas (kecuali Cu) atau dalam satu atau lebih ion-ion kimianya.

Anggota : Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni dan Cu.

Sifat khusus unsur transisi:1. Konfigurasi elektron

Konfigurasi elektron : penyusunan elektron pada orbital di dalam atom.

Konfigurasi elektron didasarkan beberapa ketentuan:1. Aturan Aufbau: pengisisan elektron dimulai dari tingkat

energi yang terendah terlebih dahulu.2. Aturan Hund: dalam pengisian elektron pada orbital, mula-

mula diisi masing-masing orbital satu elektron dengan arah yang sama, setelah orbital terisi satu elektron baru mengisi orbital dengan elektron berpasangan.

3. Larangan Pauli: dalam satu atom tidak mungkin ada 2 elektron yang mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama.

Tabel Konfigurasi elektron atom dan ion unsur-unsur transisi

Unsur

Konfigurasi elektron dari atom (Ar)....

Ion yang umum Konfigurasi elektron dari ion (Ar)....

ScTiVCrMnFeCoNiCu

3d1 4s2

3d2 4s2

3d3 4s2

3d5 4s1

3d5 4s2

3d6 4s2

3d7 4s2

3d8 4s2

3d10 4s1

Sc3+

Ti4+

V3+

Cr3+

Mn2+

Fe2+, Fe3+

Co2+

Ni2+

Cu+, Cu2+

3d2

3d3

3d5

3d6, 3d5

3d7

3d8

3d10, 3d9

2. Sifat logamUnsur transisi semuanya bersifat logam, hal ini disebabkan:

- jumlah elektron terluarnya yang kecil ( 1 atau 2)-elektron valensinya yang lebih banyak dibanding

golongan utama.dengan demikian maka antara atom akan makin mudah berikatan antar sesamanya (dikenal dengan ikatan logam), sehingga logam transisi mempunyai sifat:

a. penghantar panas yang baikb. penghantar listrik yang baikc. lebih kerasd. titik didih / leleh yang tinggi

3. Bilangan Oksidasi (biloks)Senyawa unsur transisi mempunyai biloks lebih dari satu.Contoh: Mn pada KMnO4 =+7

K2MnO4 = +6

MnO2 = +4

MnO = +2Adanya biloks lebih dari satu disebabkan mudahnya melepaskan

elektron dari elektron valensinya. Dengan demikian energi ionisasi pertama, kedua dan seterusnya mempunyai harga relatif kecil dibanding unsur golongan utama.

4. Sifat MagnetikSifat magnetik dari suatu zat (atom, ion atau molekul)

ditentukan oleh struktur elektronnya. Kemungkinannya: diamagnetik atau paramagnetik,Senyawaan transisi deret pertama sebagian besar

bersifat paramagnetik.Perkiraan momen magnetik yang disebabkan oleh spin

elektron tak berpasangan, ditentukan dengan persamaan berikut:

µ = √ n (n + 2) µ = momen magnet dalam Bohr Magneton

(BM) n = jumlah elektron yang tak berpasangan

Tabel beberapa harga momen magnet ion transisi deret pertama

Ion Jumlah elektron tak berpasangan

Momen menurut perhitungan BM

Momen menurut pengamatan BM

V4+

Cu2+

V3+ Ni2+

Cr3+

Co2+

Fe3+

Co3+

Mn2+

Fe2+

1122334455

1,731,732,832,833,873,874,904,905,92

5,92

1,7 – 1,81,7 – 2,22,6 – 2,82,8 - 4,0

3,84,1 – 5,25,1 – 5,5

5,45,95,9

5. Ion berwarnaIon-ion unsur transisi mempunyai sifat yang khas yakni menunjukkan warna.Warna ini disebabkan oleh elektron pada sub kulit d.

Ion Ti4+,Sc3+, Zn2+ dan Cu+ tidak berwarna: Pada Ti4+,Sc3+ tidak mempunyai elektron pada orbital d

sedangkan pada Zn2+ dan Cu+ orbotal d penuh dengan elektron

Unsur Biloks Senyawa WarnaBesi

tembaga

+2+3+3

+2+2+2

Fe(CN)64-

Fe(CN)63-

[Fe(SCN)(H2O)5]2+

Cu(H2O) 43+

Cu(NH3) 43+

CuCl42-

KuningKuningMerah

BiruBiru tua kuning

Skandium (Sc)Skandium merupakan unsur yang melimpah

di alam, namun karena sulitnya melakukan pemisahan menyebabkan unsur ini tidak mudah tersedia

TitaniumTitanium relatif melimpah dalam kulit bumi

(0,6 %), bijih-bijih yang utama adalah ilmenite FeTiO3 dan rutile TiO2.

Sintesis logamnya:FeTiO3 atau TiO2 + C dan Cl2 TiCl2 800 oC + Mg Ti

(berbusa) +

MgCl2

Reaksi dengan asam:Titanium tidak bereaksi dengan asam atau basa lemah. Ti bereaksi dengan HCl panas menghasilkan kompleks

kloro TiIII, dengan HF atau HNO3 + HF memberikan komplek fluoro.

Reaksinya dengan HNO3 panas menghasilkan oksida nitrat.

Kegunaan:Titanium digunakan dalam mesin turbin, industri zat

kimia, pesawat terbang dan peralatan kelautan

Senyawaan titaniumSenyawaan biner titanium yang paling dikenal adalah:TiCl4: cairan tidak berwarna, berbau menusuk, berasaap dalam udara

basahTitanium oksida : berada di alam sebagai mineral; rutile, anatase dan

brookiteKompleks titaniumKompleks titanium dapat berupa kompleks TiII, TiIII dan TiIV.Kompleks TiII: TiCl42-

Kompleks TiIII : [Ti(H2O)6]3+

→ diperoleh dari reduksi larutan TiIV

TiO2+(aq) + 2H+ + e → Ti3+ + H2OKompleks TiIV:

Garam okso : (NH4)2TiO(C2O4)2.H2OKompleks anion: TiF6-

Campuran dari TiX4 : TiX4L2

Kompleks perokso: [Ti(O2)(OH)] +

Reaksi solvolitik dari TiCl4: TiCl4 + 4 ROH + 4 R’NH2 → Ti(OR)4 + 4R’NH3Cl

Vanadium (V)Terdapatnya:Vanadium tersebar luas di alam tetapi hanya sedikit

sebagai deposit. Vanadium terdapat dalam minyak tanah dari venezuela. Sifat-sifat:

-Pada suhu tinggi vanadium cukup reaktif terhadap O2, N2 dan karbon -Pada suhu ruang tidak dapat diserang oleh udara, asam dan basa

bukan pengoksidasi selain HF.-Larut dalam HNO3, H2SO4 pekat dan air raja.

Kegunaan:Sebagai campuran dalam pembuatan baja dan besi

tuang yakni sebagai ferrovanadium,

Senyawaan vanadium1. Vanadium (II):

Senyawa ini diperoleh dengan mereduksi vanadium (III), Contohnya: [V(H2O)6]2+ diperoleh dari reduksi larutan V (III) oleh Zn dalam

suasana asam. Larutan vanadium (II) sering digunakan untuk menghilangkan runutan O2 dari

gas inert.2. Vanadium (III) Seyawa ini diperoleh dari reduksi vanadium (IV), baik reduksi elektrolitik

ataupun reduksi kimia. Senyawa yang dihasilkan juga mudah mengalami oksidasi menjadi VO2+.

3. Vanadium (IV) Senyawa vanadium (IV) merupakan spesies yang paling stabil. Senyawa

yang paling terkenal adalah senyawa oksovanadium (IV), senyawa ini berwarna hijau kebiruan. Contohnya misalnya adalah [VO(H2O)6]

2+.4. Vanadium (V) Contoh dari senyawa ini adalah V2O5, senyawa ini diperoleh dari reaksi

antara ammonium vanadat dengan asam sulfat ecer. Vanadium (V) dapat membentuk sederet anion isopoli ataupun heteropoli.

Kromium (Cr)Kromium di alam ditemukan terutama sebagai chromite, FeCr2O4, berbentuk spinel dengan CrIII pada lingkungan oktahedral dan CrII pada lingkungan tetrahedral. Dalam bidang industri kromium diperlukan dalam dua bentuk yaitu: kromium murni dan aliasi besi-kromium (ferrocromium).

Kromium murni diekstraksi dari bijihnya dengan tahapan sebagai berikut:

1. Kromium (III) dari bijihnya diubah menjadi kromium (IV) melalui reaksi dengan lelehan NaOH dan O2.

FeCr2O4 + 4OH- + O2 → FeO + CrO42- + H2O

2. CrO42- dilarutkan dengan natrium bikarbonat.

2 CrO42- + Na2CO3 + 4 H+ → Na2Cr2O7 + CO2 + 2 H2O

3. Reduksi Cr(VI) menjadi Cr(III)Na2Cr2O7 + 2 C → Cr2O3 + Na2CO3 + CO

4. Reduksi Cr (III) oksida dengan aluminiumCr2O3 + 2 Al → Al2O3 + Cr

Kromium yang dihasilkan adalah berupa logam kromium dengan kemurnian 97 – 99 %.

Sedangkan ferrokromium diperoleh dengan mereduksi chromite dengan kokas atau silikon dalam tanur listrik.FeCr2O4 + 4 C → Fe + 2Cr + 4CO

Penggunaan kromium sangat terkenal karena penyepuhan kromium yang memberikan dua sifat yakni; sifat dekoratif (indah, mengkilat dan tidak kusam) dan sifat kekerasan (tahan panas, tahan pakai, tahan korosi serta koefisien geser rendah).

Penggunaan lainnya adalah sebagai bahan pembuat baja kromium (stainles steel), larutan K2Cr2O7 dalam asam sulfat pekat adalah oksidator kuat yang biasanya digunakan sebagai pencuci alat laboratorium.

Mangan (Mn)Mangan relatif melimpah di alam, terutama terdapat sebagai deposit dalam bentuk oksida, oksida hidrat atu karbonat. Logamnya dapat diperoleh dengan memanggangnya melalui reduksi dengan Al.Mn3O4 + Al → Al3O4 + Mn

Mangan dengan konfigurasi elektron terluar 3d5 4s2 memiliki tingkat oksidasi tertinggi +7, terjadi pada senyawaan okso MnO4-, Mn2O7 dan MnO3F. Mangan cukup elektropositif dan mudah melarut dalam asam bukan pengoksidasi

Besi (Fe)Bijih utama dari besi adalah hematite Fe2O3, magnetite Fe3O4, limonite

FeO(OH) dan siderite FeCO3. Pada zaman dulu manusia telah berhasil mengekstrak besi dari bijihnya,

campuran gilingan bijih besi dan arang dibiarkan diatas bara sehingga besi meleleh kemudian besi ditampung.

Sebagai perkembangan dari proses ini, campuran besi dan arang diletakkan diatas tanur kemudian dihembuskan udara panas ke dasar tanur, sehingga proses ini dikenal dengan proses tanur hembus (blast furnace). Proses ini merupakan reduksi bijih besi dengan karbon monoksida yang dihasilkan dari kokas dan udara yang dihembuskan didasar tanur.C + O2 → CO2

CO2 + C → 2 COGas CO ini yang akan mereduksi bijih besi secara bertahap:

Tahap 1 : 3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2

Tahap 2 : Fe3O4 + CO → 3 FeO + CO2

Tahap 3 : FeO + CO → Fe + CO2

Sehingga reaksi totalnya adalah:Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2

Besi yang dihasilkan adalah berupa besi gubal (besi kasar) yang mengandung 95 % besi, 3 – 4 % karbon dan sisanya pengotor lain seperti Mn, Si, P dan S.

Pada proses pembuatan besi juga menggunakan kapur (CaCO3) yang berfungsi sebagai fluks, yakni bahan yang akan bereaksi dengan pengotor dalam bijih besi dan memisahkan pengotor itu dalam bentuk cairan kental yang disebut terak (slag). Reaksi pembentukan terak yang menghilangkan pengotor berlangsung sebagai berikut:CaCO3 → CaO + CO2

CaO + SiO2 → Si + 2 CO

3 CaO + P2O5 → Ca3(PO4)2

Lapisan terak ini sekaligus berfungsi melindungi besi cair dari oksidasi kembali. Terak dikeluarkan dari saluran tersendiri dan dapat digunakan sebagai bahan pembuatan jalan dan pupuk.

Sifat-sifat besi1. Besi bereaksi dengan uap air pada suhu tinggi

3 Fe + 4 H2O → Fe2O4 + 4H2

2. Besi bereaksi dengan asam klorida dan asam sulfat encer

Fe + 2H3O+ → Fe2+ + H2 + 2H2O

Penggunaan besiBesi adalah logam yang paling luas penggunaannya, yaitu sekitar 14 kali total penggunaan logam lainnya. Hal tersebut disebabkan karena:1.Bijih besi relatif melimpah dan tersebar

diberbagai penjuru dunia2.Pengolahan besi relatif mudah dan murah3.Sifat-sifat besi mudah dimodifikasi.

Kegunaan utama besi adalah untuk membuat baja. Baja adalah istilah yang digunakan untuk semua logam campuran dari besi.

Tabel komposisi beberapa macam baja dan penggunaanya

Macam baja Komposisi Sifat Penggunaan

Baja sedang

Baja berkadar karbon tinggi

Stainless steel

Baja mangan

Baja walfram

0,09 - 0,2 % C0,05 - 1,0 % Mn0,2 - 0,75% Si

0,4 - 0,9 % C0, 5 - 1,0 % Mn0,2 - 0,75% Si

0,2 - 0,4 % C18 % Cr 8% Ni

0,4 - 0,9 % C13 % Mn

0,4 - 0,9 % C5 % W

Mudah dibentuk

Keras

Tahan korosi

Kuat dan keras

Sangat keras

Badan mobil, jarum, pipa

Perkakas, paku, pelat

Pisau, perkakas

Per

Ujung alat pemotong

Kobal (Co)Sumber utama Kobal adalah “speisses” yakni

sisa dalam peleburan bijih arsen dari Ni, Cu dan Pb.

Kobal relatif tidak reaktif, ia larut lambat dalam asam mineral encer.

Tingkat oksidasi yang umum dari kobal adalah: +2 dan +3

Nikel (Ni)Sumber utama nikel : -millerit (NiS) dan garnierite

( suatu silikat magnesium nikel dalam berbagai komposisi) dan aliasi dengan besi dalam meteor.

Nikel sangat tahan terhadap serangan udara dan air pada suhu kamar, mudah larut dalam asam mineral encer, banyak digunakan sebagai katalis.

Senyawaan nikel yang paling umum adalah dalam bentuk NiII.

Tembaga (Cu) Tugas : Konfigurasi elektron Cu dengan orbital 4s terisi 1

elektron, bandingkanlah sifat-sifatnya dengan unsur alkali (golongan IA)!