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:
Posting Komentar