Unsur-Unsur Alkali Tanah atau Golongan IIA

PENDAHULUAN

Dalam tabel periodik unsur atau sistem periodik unsur, berilium (Be), magnesium (Mg), kalsium (Ca), stronsium (Sr), barium (Ba), dan radium (Ra) merupakan unsur-unsur yang terletak pada golongan IIA disebut alkali tanah.

Unsur-unsur golongan ini disebut alkali tanah karena unsur dari golongan ini semuanya ditemukan dari dalam tanah dan membentuk basa apabila direaksikan dengan dengan air. Basa yang dibentuk tidak sekuat basa dari unsur-unsur golongan IA atau 1. Radium merupakan unsur yang radioaktif sehingga tidak dibahas dibagian ini.

Berikut konfigurasi elektron unsur-unsur alkali tanah

Nomor atom dan Simbol Unsur	Konfigurasi Elektron
4Be	2  2
12Mg	2  8  2
20Ca	2  8  8  2
38Sr	2  8  18  8  2
56Ba	2  8  18  18  8

Berdasarkan konfigurasi di atas diketahui semuanya mempunyai 2 elektron valensi yang didahului oleh 6 elektron kecuali pada berilium yang hanya mempunyai 2 elektron. 2 elektron valensi ini meneybabkan unsur-unsur ini sangat reaktif walaupun tidak sereaktif unsur-unsur golongan alkali.

Dalam reaksi kimia kedua elektron valensi ditransfer sehingga terbentuk ion dengan jumlah elektron yang sama seperti gas mulia.

1. SIFAT LOGAM ALKALI TANAH

Salah satu sifat yang membedakan antara unsur-unsur golongan alkali dengan golongan alkali tanah yaitu terletak pada kelarutan senyawa-senyawa yang dibentuk di dalam air. Senyawa-senyawa yang dihasilkan dari logam alkali sebagian besarnya tidak larut dalam air. Beberapa sifat fisika logam alkali tanah dapat dilihat pada Tabel.

	Be	Mg	Ca	Sr	Ba
Nomor Atom	4	12	20	38	56
Konfigurasi elektron	[He] 2s2	[Ne] 3s2	[Ar] 4s2	[Kr] 5s2	[Xe] 6s2
Titik leleh	1280	650	850	768	714
Titik didih	2477	1100	1487	1380	1640
Jari-jari atom, nm	0,089	0,065	0,099	0,113	0,135
Jari-jari ion, nm	0,031	0,065	0,099	0,113	0,135
Energi ionisasi
Pertama kJ/mol	900	740	590	550	500
Kedua kJ/mol	1800	1450	1150	1060	970
Elektronegativitas	1,5	1,2	1,0	1,0	0,90
E standart, volt	-1.85	-2.37	-2.87	-2.89	-2.90
Massa jenis, g/mL	1.86	1.75	1.55	2.6	3.6

2. Sifat Kimia

Logam-logam alkali merupakan unsur-unsur reduktor kuat. Kereaktifan dan sifat reduktor logam-logam alkali, dari atas ke bawah makin bertambah seiring berambahnya nomor atom.

Senyawa-senyawa yang dibentuk dari 4 unsur terakhir berupa senyawa ionik. Sedangkan magnesium dan berilium menghasilkan senyawa ionik tetapi terdapat bagian yang bersifat kovalen. Hal ini dapat diamati pada leburan berilium klorida yang tidak dapat menghantarkan arus listrik.

2.1 Reaksi dengan Air

Berilium merupakan satun-satunya logam alkali tanaha yang tidak bereaksi dengan air, magnesium bereaksi sangat lambat dan lebih cepat bila reaksi disertai pemanasan atau direaksikan dengan air panas. Sedangkan kalsium, stronsium, barium, dan radium bereaksi keras dengan air. Produk yang diperoleh dari reaksi berupa logam hidroksida dan gas hidrogen.

 M(s) + 2H₂O(l) ⟶ M(OH)₂(aq) + H₂ (g)

Ca(OH)₂ dan Mg(OH)₂ merupakan zat padat putih yang larut dalam air yang menyebabkan ada endapan putih ketika dipanaskan (air kapur).  Mg(OH)₂ digunakan dalam pasta gigi untuk menetralkan zat-zat asam yang terdapat di mulut dan mencagah terjadinnya kerusakan gigi dan digunakan pula dalam obat-obat maag untuk menetralkan asam lambung (HCl). Sedangkan Ca(OH)₂ atau kapur mati digunakan untuk menetralkan tanah-tanah yang bersifat asam.

2.3 Reaksi dengan Oksigen dan Hidrogen

Dengan pemanasan, logam-logam alkali dapat bereaksi dengan oksigen membentuk oksida logam (MO). Oksida yang terbentuk akan menutupi permukaan logam sehingga reaksi akan terhenti.

Pembakaran magnesium menghasilkan sinar putih terang. Barium dan strosium jika disertai tekanan pada pemanasan dapat membentuk peroksida (MO₂).  Semua logam alkali tanah dapat bereaksi dengan hidrogen, namun Ca, Sr dan Ba bereaksi pada suhu tinggi.

2M(s) + O₂ (g) ⟶ 2MO(s)        (M = logam alkali)

M(s) + O₂(g) ⟶ MO₂(s)        (M = barium dan stronsium)

M + H₂ ⟶ MH₂          (M = logam alkali)

BeO tidak larut dalam air karena memiliki ikatan kovalen sedangkan oksida logam yang lain larut dalam air karena memiliki ikatan ionik.

MgO mempunyai titik lebur 2.800 °C sehingg sering dipakai untuk melapisi dinding-dinding tungku api. Kalsium oksida atau kapur mentah (CaO) dalam laboratorium dipakai untuk mengeringkan amoniak dan menghilangkan air dalam etanol.

2.3 Reaksi dengan Nitrogen, Halogen dan Amoniak

Pada suhu tinggi semua logam alkali dapat bereaksi dengan nitrogen. Sedangkan halogen dan amoniak pada suhu kamar dapat bereaksi.

3M +  N₂ ⟶ M ₃N₂

 M  +  X₂ ⟶ MX₂                            

M  +   2NH₃ ⟶ M(NH₂)₂  +  H₂

(M = logam alkali tanah, X = halogen)

3. PEMAKAIAN LOGAM DAN SENYAWAAN ALKALI TANAH

Berilium dipakai pada kontener-kontener bahan bakar atom karena berilium mampu menyerap netron dan tidak menjadi radioaktif dan dipakai pada alat-alat sinar-X karena berilium transparan terhadap sinar-X.

Sedangkan paduannya dengan tembaga digunakan pada barang-barang elektronik seperti televisi karena memiliki daya hantar listrik yang bagus.

Selain itu paduannya berlium sering (biasanya dengan aluminium) dgunakan pada bagian tertentu dari pesawat jet karena memiliki sifat yang ringan.

Magnesium memiliki sifat yang ringan sehingga sering dipadukan dengan aluminium untuk meperoleh paduan logam yang ringan namun kuat, misalnya magnalum (Al 95% dan magnesium 5%) dan duralumin (Al 95%, Mg 0,5% dan Mn 0,5%).

Selain itu digunakan sebagai perlindungan katodik untuk melindungi pipa besi, tiang listrik dan bangunan-bangunan yang menggunakan besi yang tertanam di dalam tanah. Selain magnesium dapat digunakan untuk mereduksi beberapa logam dari senyawaannya, salah satunya titanium.

TiCl₄(s)   +   2Mg(s) ⟶ 2MgCl₂(s)  Ti(s)

Kalsium sering dipakai sebagai bahan untuk mengeringkan zat-zat organik cair seperti alkohol, untuk mengeluarkan oksida logam dan pemurnian logam misalnya kromium.

Stronsium dan barium dalam bentuk logam belum digunakan dalam skala yang besar namun dalam bentuk senyawaan banyak dimanfaatkan. Senyawa Sr(NO₃)₂ digunakan pada kembang api sebagai penghasil warna merah.

4. SUMBER DAN EKSTRAKSI LOGAM ALKALI TANAH

4.1 Ekstraksi Berilium

Berlium merupakan unsur yang ditemukan di alam dalam jumlah sidikit dan sukar diekstraksi. Berilium ditemukan sebagai mineral silikat, seperti beril BeAl₂Si₆O₁₈ (sumber utama berilium) dan pansit, BeSiO₄.

Untuk memperoleh Be diawali dengan melarutkan beril dalam NaOH kemudian ditambah asam sulfat sehingga diperoleh endapan BeSO₄. Setelah dilakukan pemisahan BeSO₄ ditambahkan NH₄OH sehingga terbentuk Be(OH)₂ yang teurai menjadi BeO ketika dipanaskan. 

Reaksi sebagai berikut:

Be²⁺  +  SO₄^- ⟶ BeSO₄(s)

BeSO₄(s)  +  NH₄OH ⟶ Be(OH)(s)

Be(OH)(s) ⟶ BeO(s)

2BeO(s) + C(g) + 4Cl₂(g) ⟶ 2BeCl₂ + CO₂

BeO yang diperoleh dipanaskan bersama karbon dan gas klor sehingga diperoleh berilium klorida. Lelehan BeCl₂ inilah yang kemudian dielektrolisis. Reaksi elektrolisis

Katoda: Be²⁺(aq) ⟶  Be(s)+2e

Anoda: 2Cl^-(aq) + 2e ⟶ Cl₂(g)

4.2 Ekstraksi Magnesium

Magnesium merupakan unsur yang sangat melimpah dalam kerak bumi. Di alam magnesium ditemukan sebagai mineral karbonat, sulfat, klorida dan silikat, seperti dolomit (MgCO₃.CaCO₃), magnesit (MgCO₃), epnosit (MgSO₄.7H₂O), kiserit (MgSO₄.H₂O), krisotil (Mg(OH)₄Si₂O₅).

Selain dari meneral-meneral ini, magnesium ditemukan pula pada klorofil dan garam-garam magnesium yang larut dalam air.

Metode Reduksi: untuk mendapatkan magnesium kita dapat mengekstraksinya dari dolomit (MgCa(CO₃)₂) karena dolomit merupakan salah satu sumber yang dapat menhasilkan magnesium. Dolomite dipanaskan sehingga terbentuk MgO.CaO. lalu MgO.CaO dipanaskan dengan FeSi sehingga menhasilkan Mg.

2(MgO.CaO) +  FeSi ⟶ 2Mg + Ca₂SiO₄ + Fe

Metode elektrolisi: selain dengan ekstraksi dolomit magnesium juga bisa didapatkan dengan mereaksikan air laut dengan CaO. Reaksi yang terjadi: 

CaO + H₂O ⟶ Ca²⁺  + 2OH^-

Mg²⁺ + 2OH^-  ⟶ Mg(OH)₂

Selanjutnya Mg(OH)₂ yang terbentuk direaksikan dengan HCl Untuk membentuk MgCl₂

Mg(OH)₂ +  2HCl ⟶ MgCl₂ + 2H₂O

Setelah mendapatkan lelehan MgCl₂ kita dapat mengelektrolisisnya untuk mendapatkan magnesium

Katode : Mg²⁺ + 2e^- ⟶ Mg

Anode  : 2Cl^- ⟶ Cl₂ + 2e^-

4.3 Ekstraksi Kalsium

Kalsium merupakan unsur yang kelimpahannya lebih besar dari magnesium dan biasanya diperoleh dalam bentuk mineral. Mineral-mineral kalsium, seperti gamping, marmer dan batu karang merupakan mineral kalsium dalam bentuk karbonat. Selain itu kalsium dapat ditemukan sebagai fluorit (CaF₂), fluorapatit yang juga merupakan sumber fosfat (Ca₃(PO₄)₂.CaF₂) dan gipsun (CaSO₄.2H₂O).

Metode Elektrolisis: batu kapur (CaCO₃) adalah sumber utama untuk mendapatkan kalsium. Untuk mendapatkan kalsium, kita dapat mereaksikan CaCO₃ dengan HCl agar terbentuk senyawa CaCl₂. Reaksi yang terjadi:

CaCO₃ + 2HCl ⟶ CaCl₂ + H₂O + CO₂

Setelah mendapatkan CaCl₂ maka dapat dilakukan proses elektrolisis ubtuk mendapatkan kalsium. Reaksi yang terjadi:

Katoda  : Ca²⁺ + 2e^-  ⟶ Ca

Anoda  : 2Cl^- ⟶ Cl₂ + 2e^-

Metode Reduksi: logam kalsium juga dapat dihasilkan dengan mereduksi CaO oleh Al atau dengan mereduksi CaCl₂­ oleh Na. Reduksi CaO oleh Al:

6CaO + 2Al ⟶ 3Ca + Ca₃Al₂O₆

Reduksi CaCl₂ oleh Na:

CaCl₂ + 2 Na ⟶ Ca + 2NaCl

4.4 Ekstraksi Stronsium

Stronsium dan barium kelimpahannya sebih sedikit dibanding kalium dan magnesium. Di alam kedua logam ini ditemukan sebagai mineral karbonat dan mineral sulfat, seperti stontionit (SrSO₄), witerit (BaCO₃), selestin (SrSO₄) dan barit (BaSO₄).

Metode elektrolisis: untuk mendapatkan Strontium dapat diperoleh dengan melakukan  elektrolisis terhadap lelehan SrCl_2­. Lelehan SrCl₂ bisa didapatkan dari senyawa selesit (SrSO₄) karena senyawa selesit merupakan sumber utama strontium. Reaksi yang terjadi:

Katode  :  Sr²⁺ +2e^-  ⟶ Sr

Anoda  : 2Cl^- ⟶ Cl₂ + 2e^-

4.5 Ekstraksi Barium

Metode Elektrolisis: barit (BaSO₄) adalah sumber utama untuk memperoleh Barium. Setelah diproses menjadi BaCl₂ barium bisa  diperoleh dari elektrolisis lelehan BaCl_2. Reaksi yang terjadi:

Katode :  Ba²⁺ +2e^-  ⟶ Ba

Anoda  : 2Cl^- ⟶ Cl₂ + 2e^-

Metode Reduksi: selain dengan elektrolisis, barium dapat diperoleh dengan mereduksi BaO oleh Al. Reaksi yang terjadi: 

6BaO + 2Al ⟶ 3Ba + Ba₃Al₂O₆