Download - Chapter21-KimiaUnsur

KONSEP dan OBJEK ilmu kimia

Pengantar

• struktur atom dan molekul• ikatan kimia • konsep mol• keperiodikan sifat kimia• sifat fisik gas, cair dan padat• sifat fisik larutan• laju reaksi• termodinamika kimia• sifat asam-basa• kelarutan dan keseimbangan senyawa kompleks• elektrokimia

• kimia unsur (kimia anorganik)• kimia organik• biokimia

benda-benda yang dipelajari

Pembagian unsur-unsur berdasarkan sifat fisik

• padat (kecuali Hg) pada suhu kamar • penghantar listrik• liat, tidak mudah patah

• umumnya gas, kecuali: karbon fosfor, sulfur, selenium, dan iodium • bukan penghantar listrik

• padatan mudah patah

• sifat fisik antar logam dan non-logam• penampakan logam, tetapi mudah patah• semikonduktor

Untuk mendapat unsur-unsur melibatkan proses pemisahan dan pemurnian

Prinsip pemisahan dan pemurnian unsur dan senyawa

...memanfaatkan perbedaan sifat FISIK dan KIMIA

• perbedaan sifat FISIK~ wujud pada suhu tertentu~ titik leleh: kristalisasi~ titik didih: destilasi~ massa jenis~ kelarutan: kristalisasi partisi~ adsorpsi: kromatografi~ kelistrikan~ dan lain-lain ...

• perbedaan sifat KIMIA~ terhadap ion S2-

~ terhadap reduktor~ terhadap oksidator~ dan lain-lain ...

... adanya PERBEDAAN PEMISAHAN dan PEMURNIAN

selanjutnya

NON-LOGAM: keberadaanNon-logam di alam sebagai unsur bebas atau dalam bentuk senyawa

• sebagai gas mulia: atmosfir• Xe dan Rn: deposit batuan

• F2(g), Cl2(g), Br2(l), I2(s)• garam halida dan oksohalida

• O2 (20% udara)• oksida logam• ion CO3

2-, SO4

2-, PO43-

• N2 (80% udara)• NO2 dan ion NO3

-

• asam amino/protein, RNA/DNA

• grafit dan intan• karbonat (CaCO3)• senyawa organik

• S8

• garam sulfida

• fosfor putih• garam fosfat (CaPO4)

• RNA/DNA

NON-LOGAM: pembuatan gas halogen•Reduksi garam halida oleh MnO2:

2X– + MnO2 + 4H+ X2 + M2+ + 2H2O

X– = Cl–, Br–, dan I–

•Reaksi pertukaran diantara halida:

F2 + 2 NaCl 2 NaF + Cl2 juga dengan NaBr dan NaICl2 + 2 NaBr 2 NaCl + Br2 juga dengan dan NaI

Br2 + 2 NaI 2 NaBr + I2

•Elektrolisis:

NaF (cair) + energi listrik Na + F2

NaCl (cair) + energi listrik Na + Cl2

NON-LOGAM:•Pembuatan boron

•Pembuatan karbon amorf Coke dari batubaraArang dari kayuJelaga dari minyak bumi

•Pembuatan silikon

(coke)

untuk sebagai bahan elektronik (transistor, chips, sel surya)

pemurnian ultramurni

Metaloid: keberadaan dan pembuatanMetaloid umumnya memiliki keelektronegatifa yang lebih rendah bilangan oksidasi positif.

Pembuatan unsur-unsur metaloid reaksi REDUKSI

•Pembuatan boron:

2BCl3(g) + 3H2(g) + panas 2B(s) + 6HCl(g)

•Pembuatan silikon:

SiO2(s) + C(s) + panas Si(s) + CO2(g)

•Pembuatan gemanium:

GeO2(s) + C(s) + panas Ge(s) + CO2(g)

GeO2(s) + 2H2(g) + panas Ge(s) + 2H2O(g)

Metaloid: keberadaan dan pembuatan

•Pembuatan arsenat:

2As2O3(s) + 3C(s) + panas 4As(s) + 3CO2(g)

As2O3(s) + 3H2(g) + panas 2As(s) + 3H2O(g)

•Pembuatan antimon:

2Sb2O3(s) + 3C(s) + panas 4Sb(s) + 3CO2(g) Sb2O3(s) + 3H2(g) + panas 2Sb(s) + 3H2O(g)

Perbedaannon-logam perioda 2 dan perioda 3:Unsur periode 2 berukuran kecil dan keelektronegatifan

tinggi membentuk ikatan-

selain ikatan-• cenderung kovalen (t.l.

rendah)• mampu menghasilkan

ikatan-hidrogen (NH3, H2O, HF)

NON-LOGAM PERIODA 3 HANYA MAMPU BERIKATAN KOVALEN TUNGGAL SAJA

Beberapa struktur unsur non-logamIkatan kovalen melahirkan alotropi bentuk padatan

yang berbeda yang dibentuk oleh unsur yang sama

Alotropi karbon:

Beberapa struktur unsur non-logam

Alotropi fosfor: fosfor putih, merah dan hitam

fosfor putih

fosfor merah

Alotropi boron: B12

Alotropi sulfur: S8

ortorombik

Logam: sifat kimia dan keberadaannya di alam

Keberadan senyawa-senyawa logam

Logam: sifat kimia dan keberadaannya di alam

•Logam adalah unsur elektropositif garam ionik atau oksida•Garam atau oksida larut dalam air tersimpan di perairan (garam-garam golongan alkali dan alkali tanah, garam nitrat)

•Garam atau oksida sukar atau tidak larut dalam air tersimpan di kerak bumi (garam karbonat, sulfat dan fosfat)

•Pembuatan logam reaksi reduksi

Elektrolisis• logam-logam: Na, K, Li

Reduksi dengan C atau H2

MxOy + C/H2 M + CO2/H2OMxSy + C/H2 M + CS2/H2Sgaram karbonat, sulfat dan fosfat oksida/sulfida logam

2SnO + C + panas 2Sn + CO2

2PbO + C + panas 2Pb + CO2

SnO + H2 + panas 2Sn + H2OPbO + H2 + panas 2Pb + H2O

Metalurgi: ilmu dan teknologi logam

•Bijih deposit mineral yang propek secara ekonomis

•Batuan biasa deposit mineral yang tidak prospek ekonomi•Proses metalurgi pada pembuatan logam meliputi:

~ Pemekatan (pretreatment): penghilangan batuan pengotor dan pengubahan senyawa logam menjadi senyawa yang mudah direduksi (oksida atau sulfida).

~ Reduksi: pengubahan oksida/sulfida menjadi logam.

~ Pemurnian lebih lanjut apabila diperlukan untuk produk-produk logam tertentu.

Metalurgi: ilmu dan teknologi logam

Jenis dan sumber bijih

Metalurgi: pretreatment (pemekatan)

•Beberapa metoda pada pretreatment (pemekatan):

~ Pencucian dengan air sambil diaduk (perbedaan massa jenis)

~ Flotasi: pemisahan berdasarkan perbedaan massa jenis pada larutan kental (detergen+minyak)

~ Penyaringan: apabila pengotor dan garam yang diinginkan berbeda fasa

~ Roasting: pengubahan garam menjadi oksida:

flotasi

2Cu2S + 3O2 + panas 2Cu2O + 2SO2

2PbS + 3O2 + panas 2PbO + 2SO2

memisahkan emas

Metalurgi: reduksiPembuatan logam besi: reduksi oksida besi oleh CO

pengurangan oksigen secara

bertahap

logam besi terbentuk

logam besi meleleh

10.000 ton/hari

Metalurgi: pemurnian besi

Pemurnian besi menjadi baja (Fe + 1% C) atau stainless steel (mengandung sampai 30% Cr dan sedikit Ni) basic oxygen process

Reaksi yang terjadi:

memiliki massa jenis lebih kecil dari besi cair

Metalurgi: pembuatan logam Al dari bauksit

Bijih bauksit = oksida Al2O3.xH2O yang terkotori oleh Fe2O3 dan SiO2 +OH–

Al(OH)4–, SiO3

–,

Fe2O3(s)

saringAl(OH)4

–, SiO3

–

+CO2

Al(OH)3(s), SiO3–

filtrat

saringendapan

Al(OH)3(s) panas Al2O3(s)

Senyawa kompleks

Senyawa kompleks terbentuk melalui reaksi asam-basa Lewis antara ion logam (asam Lewis) dan suatu ligan (basa Lewis)

molekul atau anion

H2

ONH3

X–

OH–

S2–

NO2–

CN–

SCN–

S2O32–

Contoh:

Senyawa kompleks: jenis liganLigan dikelompokkan:~ monodentat = satu molekul/ion menyumbangkan satu pasang elektron~ bidentat = satu molekul/ion menyumbangkan dua pasang elektron~ tridentat = satu molekul/ion menyumbangkan tiga pasang elektron, dst...

Senyawa kompleks yang dibentuk dari ligan polidentat = lebih stabil

Senyawa kompleks: jenis ligan

Ligan heksadentat:

Senyawa kompleks: jenis ligan

Ligan tetradentat:

Hemoglobin komponen sel darah merah sebagai pengangkut O2

Senyawa kompleks: tatanama

Perhatikan nama-nama senyawa kompleks berikut:

Perhatikan nama nama ion logam pada kompleks kation, kompleks netral dan kompleks kation


Nama-nama ligan:


Nama-nama ion logam pada kompleks anion:

Sifat fisik senyawa kompleks: WARNA

Salah satu sifat fisik yang penting dari senyawa kompleks ADALAH warna

[Co(H2O)6]2+

[Ni(H2O)6]2+

[Cu(H2O)6]2

+

[Zn(H2O)6]2

+

[Ni(H2O)6]2

+[Ni(NH3)6]2

+

[Ni(en)3]2+


•WARNA terjadi apabila suatu benda menyerap sebagian spektrum sinar tampak ( 400 – 800 nm)

•Bagian molekul yang menyerap energi elektromagnetik adalah elektron yang ada pada ikatan energi elektron meningkat (= keadaan tereksitasi)

•Energi yang diserap elektron tidak permanen, melainkan dilepaskan kembali, tetapi dalam bentuk energi elektromagnetik lain energi di daerah infra merah (panas)

•Pola serapan zat warna spektrum sinar tampak


Warna komplemen


Contoh spektrum sinar tampak senyawa kompleks dari [Ti(H2O)6]2+:

WARNA: penjelasan dari teori medan kristal

Andaian-andaian teori medan kristal:• Ikatan koordinasi antara ion logam ligan interaksi ion-ion

atau ion-dipol

• Adanya ligan yang terikat pada senyawa kompleks JUGA berinteraksi dengan orbital d dari ion logam memberikan gangguan yang tidak sama rata kepada tingkatan energi orbital-orbital d

ketiga orbital d berada diantara sumbu koordinat orbital

kedua orbital d berada pada sumbu koordinat orbital


... dengan demikian, interaksi ligan dan orbital d pada kompleks oktahedral:

interaksi tolak menolak elektron ligan dengan elektron pada ketiga orbital ini relatif sangat lemah

interaksi tolak menolak elektron ligan dengan elektron pada kedua orbital ini relatif sangat kuat

... adanya interaksi yang tidak sama tersebut tingkatan energi elektron pada kelima orbital menjadi TIDAK SAMA, tingkatan energi elektron di dxy, dyz dan dzx LEBIH RENDAH dari elektron di dz2 dan dx2-y2


perbedaan tingkatan energi orbital d tersebut memungkinkan terjadinya PENYERAPAN SINAR

... adanya interaksi yang tidak sama tersebut tingkatan energi elektron pada kelima orbital menjadi TIDAK SAMA, tingkatan energi elektron di dxy, dyz dan dzx LEBIH RENDAH dari elektron di dz2 dan dx2-y2


... secara kualitatif teori ini dapat menjelaskan perubahan-perubahan warna senyawa-senyawa kompleks berikut:

menyerapmerah

menyerapjingga

menyerapkuning

energi serapan SEMAKIN BESAR

= ukuran energi yang diserap

senyawa kompleks jenis d0 atau d10 TIDAK BERWARNA


... variasi jenis ligan dalam menghasilkan variasi nilai

ligan medan-kuatligan medan-rendah

nilai meningkat

ligan medan-rendah senyawa kompleks spin-tinggi (elektron pada ion logan banyak yang tidak berpasangan)

ligan medan-kuat senyawa kompleks spin-rendah (elektron pada ion logan banyak yang berpasangan)

ATURAN tersebut berlaku untuk kelompok senyawa kompleks d4-d7

Kemagnetan: penjelasan dari teori medan kristal

... nilai lebih kecil memungkin elektron dapat menempati semua orbital d (lebih tersebar)

... nilai yang besar cenderung elektron pada ion logam untuk berpasangan

Konfigurasi elektron pada ion logam untuk senyawa kompleks jenis d1-d3 atau d8-d10 tidak tergantung kepada nilai