Unsur-unsur Alkali: Kelimpahan, Sumber, Sifat Kimia, dan Kegunaan

Dalam Sistem Periodik Unsur, unsur-unsur yang terletak pada golongan 1 atau IA yaitu:
- litium(Li), 
- natrium (Na), 
- kalium (K), 
- rubidium (Rb), 
- sesium (Cs) dan 
- fransium (Fr) 
Nama khusus unsur-unsur golongan 1 atau IA disebut logam alkali. Hidrogen termasuk nonlogam walaupun dengan alkali sama-sama memiliki satu elektron pada kulit terluarnya.

1. SUMBER LOGAM ALKALI DI ALAM
Di kerak bumi natrium dan kalium sangat melimpah sedangkan litium, rubidium dan sesium kelimpahannya sangat sedikit. Kelimpahan logam alkali yang paling sedikit adalah fransium. Hal ini disebabkan fransium merupakan unsur radioaktif yang memancarkan sinar beta (β) dengan waktu paruh yang pendek sekitar 21 menit, kemudian segera berubah menjadi unsur thorium. Logam fransium dihasilkan dari unsur aktinum dengan pemancaran sinar alpha (α).
-   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 rubidium dan sesium dihasilkan sebagai hasil samping proses pengolahan litium dari mineralnya.
Konfigurasi elektron unsur-unsur golongan alkali sebagai berikut.
Nomor atom dan Simbol Unsur
Konfigurasi Elektron
3Li
2  1
11Na
2  8  1
19K
2  8  8  1
27Rb
2  8  18  8  1
55Cs
2  8  18  18  8  1

Berdasarkan konfigurasi elektron diketahui semua unsur alkali memiliki 1 elektron yang terletak pada kulit terluar. Persamaan ini menyebabkan unsur-unsur alkali memiliki kemiripan sifat. Walaupun memiliki sifat yang mirip tetapi keberadaan di alam tidak bersama-sama. Hal ini disebabkan oleh ukuran-ukuran ion alkali yang berbeda satu dengan lainnya. Berikut jari-jari ion logam alkali.
Nomor atom dan Simbol Unsur
Konfigurasi Elektron
Jari-Jari Atom
3Li
2  1
0,060
11Na
2  8  1
0,095
19K
2  8  8  1
0,133
27Rb
2  8  18  8  1
0,148
55Cs
2  8  18  18  8  1
0,169

2. ESKSTRAKSI LOGAM ALKALI
Logam-logam alkali sangat stabil terhadap pemanasan, sehingga logam-logam alkali tidak dapat direduksi dari oksidanya menggunakan karbon. Hal ini disebabkan logam-logam alkali merupakan pereduksi kuat dan dapat bereaksi dengan karbon. Logam-logam alkali tidak dapat dielektrolisis dalam pelarut air karena dapat bereaksi dengan air, selain itu adanya perbedaan potensial oksidasi logam alkali dengan air sehingga air yang teroksidasi ketika elektrolisis dilakukan.
Semua logam alkali hanya dapat ekstraksi dari leburan garam halidanya melalui proses elektrolisis dengan menambahkan garam halida yang lain untuk menurunkan titik lebur garam-garam halida alkali yang sangat tinggi.

2.1 Elektrolisis Litium
Sumber logam litium adalah spodumene (LiAlSi2O6). Spodumene dipanaskan pada suhu 100 oC kemudian ditambah H2SO4 pekat panas sehingga diperoleh Li2SO4. Campuran yang terbentuk dilarutkan ke dalam air, kemudian direaksikan dengan Na2CO3. Dari reaksi ini terbentuk endapan Li2CO3.
Li­­­2SO4(aq)  +  Na2CO3(aq)  Li­­­2CO3(s)  +  Na2SO4(aq)

Setelah dilakukan pemisahan dengan cara penyaringan, 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 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, kemudian digunakan untuk proses selanjutnya sesuai keperluan. Sedangkan ion Cl‾ akan bergerak menuju anoda yang kemudian direduksi menjadi gas Cl2.

2.2 Elektrolisis Natrium
Natrium dapat diperoleh dari elektrolisis leburan NaCl dengan menambahkan CaCl2 menggunakan proses downs cell. Penambahan CaCl2 bertujuan menurunkan titih lebur 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‾ membentuk gas Cl2 pada anoda. Reaksi yang terjadi pada proses elektrolisis natrium dari lelehan NaCl:
 NaCl Na+ + Cl‾
Katoda :  Na+  e Na
Anoda  :  2Cl‾  Cl2  +  2e
Na+ + Cl‾ ⟶ Na + Cl2

2.3 Ekstraksi Kalium, rubidium dan sesium
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.
Proses yang dilakukan untuk memperoleh ketiga logam ini serupa yaitu dengan mereaksikan lelehan garamnya dengan natrium.
Na(s)  +  LCl(l) L(g)  +  NaCl(l)     (L= kalium, rubidium dan sesium)

Dari reaksi di atas logam L dalam bentuk gas yang dialirkan keluar kemudian dipadatkan dengan menurunkan tekanan atau suhu. Karena jumlah produk berkurang maka reaksi akan bergeser ke arah produk. Demikian seterusnya hingga semua logam L habis bereaksi.

3. 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. Bentuk dan wujud logam alkli dapat dilihat pada Gambar di bawah ini.


Gambar logam alkali dari kiri ke kanan berturut-turut adalah litium(Li), natrium (Na), kalium (K), rubidium (Rb), sesium (Cs)

Beberapa sifat fisik logam alkali seperti yang tertera pada Tabel berikut ini.

Li
Na
K
Rb
Cs
No.atom
3
11
19
37
55
 Jari-jari atom, nm
0,133
0,157
0,203
0,216
0,235
Keelektronegatifan
1
0,9
0,8
0,8
0,7
Eº, volt
-3,04
-2,71
-2,92
-2,99
-3,02
Titik didih (oC)
1330
892
774
688
690
Titik leleh (oC)
180
97,8
63,7
38,9
29,7
Massa jenis (g/mL)
0,54
0,97
0,86
1,53
1,93


4. WARNA NYALA LOGAM ALKALI
Warna nyala yang dihasilkan oleh suatu unsur disebut sprektum emisi. Sprektum ini dihasilkan bila larutan garamnya dipanaskan dalam nyala Bunsen, atau dengan mengalirkan muatan listrik pada uapnya. Ketika dibakar litium menghasilkan warna merah, natrium menghasilkan warna kuning, kalium menghasilkan warna ungu, rubidium menghasilkan warna merah lembayung dan sesium menghasilkan warna biru, seperti pada Gambar berikut ini.


Gambar Spektrum emisi logam alkali berturut-turut dari kiri ke kanan berturut-turut adalah litium, natrium, kalium, rubidium, sesium

Warna hasil pembakaran unsur-unsur alkali sangat indah, sehingga garam-garam logam alkali banyak dimanfaatkan dalam pembuatan kembang api atau mercun. Misalnya Li2CO3 menghasilkan warna pada kembang api.
Spektrum emisi terjadi karena ketika atom diberi energi (dipanaskan) elektronnya akan tereksitasi ke tingkat yang lebih tinggi. Ketika energi itu dihentikan, maka elektronnya akan kembali lagi ke tingkat dasar sehingga memancarkan energi radiasi elektromagnetik. Menurut Neils Bohr, besarnya energi yang dipancarkan oleh setiap atom jumlahnya tertentu (terkuantitas) dalam bentuk spektrum emisi. Sebagian anggota spektrum terletak di daerah sinar tampak sehingga akan memberikan warna-warna yang jelas dan khas untuk setiap atom.

5. ENERGI IONISASI
Energi ionisasi
Li
Na
K
Rb
Cs
Pertama (kJ/mol)
520
496
419
403
376
Kedua (kJ/mol)
7.299
4.562,5
3.050,1
2.630
2.420

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 lemah. Gaya tarik yang makin lemah menyebabkan unsur-unsur segolongan, dari atas ke bawah energi ionisasinya semakin kecil.
Pada tabel energi ionisasi di atas jelas terlihat energi ionisasi pertama jauh berbeda dengan energi ionisasi kedua. Hal ini disebabkan untuk elektron pertama mengalami gaya tarik inti lebih lemah dibanding elektron kedua.

6. 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.
Litium merupakan agen reduksi yang sangat baik, karena merupakan unsur alkali yang sangat elektropositif dan memiliki potensial oksidasi lebih besar dari semua unsur yang ada.

6.1 Reaksi dengan Air
Produk yang diperoleh dari reaksi antara logam alkali dan air adalah gas hidrogen dan logam hidroksida yang bersifat basa kuat. Makin kuat sifat logamnya basa yang dihasilkan makin kuat pula.
Karena sesium memiliki sifat logam yang kuat maka basa yang dihasilkan adalah paling kuat.
Berikut gambaran secara umum reaksi antara logam alkali dan air:
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 menimbulkan ledakan.

6.2 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.
Produk yang diperoleh dari reaksi antara logam alkali dengan oksigen yakni berupa oksida logam.
4M + O2 2M2O   (M = 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.
Na(s) + O2(g) Na2O2(s) atau NaO(s)
M(s) + O2(g) MO2(s)
(M = kalium, Rubidium, dan Sesium)

6.3 Reaksi dengan Hidrogen
Dengan pemanasan logam alkali dapat bereaksi dengan hidrogen membentuk senyawa hidrida yang bersifat ionik. Senyawa hidrida yaitu senyawaan logam alkali yang atom hidrogen memiliki bilangan oksidasi -1.
2M(s) + H2(g) 2MH(s)   (M = Logam Alkali)

6.4 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.
2M + X2 2MX
(M = Logam Alkali,  X = Halogen)

6.5 Reaksi dengan Senyawa
Logam-logam alkali dapat bereaksi dengan amoniak bila dipanaskan dan akan terbakar dalam aliran hidrogen klorida.
2M + 2HCl MCl + H2
2M + 2NH3 MNH2 + H2
(M = Logam Alkali)

7. KEGUNAAN LOGAM ALKALI DAN BEBERAPA SENYAWA ALKALI
Uap natium merupakan salah satu logam alkali yang dimanfaatkan untuk pembuatan lampu. Lampu ini dikenal dengan nama lampu natrium dan umumnya digunakan sebagai lampu penerangan di jalan raya. Lampu natrium ditandai dengan warna kuning cemerlang yang mampu menembusi kabut. Dibanding logam murninya, senyawa-senyawa yang dibentuk dari logam alkali lebih banyak dimanfaatkan.

Gambar Lampu Natrium dan Masker K2O dengan sistem tertutup yang digunakan pada orang yang keracunan gas

K2O biasanya digunakan untuk memulihkan orang-orang yang keracunan gas.  Selain itu digunakan pula dalam kapal selam, untuk menghilangkan gas karbondioksida dan uap air yang dihasilkan dari pernapasan para awak kapal. Reaksi yang terjaid antara K2O dengan uap air dan karbondioksida sebagai berikut.
K2O (s) + 2H2O(g) 4KOH(s) + 3O2(g)
KOH(s) + CO2(g) KHCO3(s)

Dari reaksi inilah gas oksigen yang dihirup akan segera digantikan oleh O2 yang dihasilkan dari reaksi antara K2O dengan uap air.


Tidak ada komentar:

IKUTI

KONTAK

Nama

Email *

Pesan *