3 unsur anorganik di lingkungan

3 Unsur‐unsur Anorganik di Lingkungan

37

Bab III Unsur‐unsur Anorganik

di Lingkungan Kualitas lingkungan sangat ditentukan oleh komposisi zat‐zat dan energi yang berperan di dalamnya. Dalam keadaan kesetimbangan, segala sesuatu telah

disusun apa adanya, sesuai dengan ukuran yang dibutuhkan untuk menopang kehidupan. Tidak kurang dan tidak lebih. Sampai......hasil karya manusia

merubahnya, sehingga.....alam terpaksa berupaya membentuk kesetimbangan baru.....yang seringkali tak terduga dan manusia sendiri terlambat untuk siap

menerimanya.

Alam semesta ini dalam pengamatan terbatas para ilmuwan, memiliki atom‐atom

yang sangat berlimpah dan bisa dikelompokkan dalam 92 unsur alamiah. Unsur tersebut yang

paling kecil adalah hidrogen (H) dengan 1 proton dan 1 elektron, dan paling besar adalah

uranium (U) dengan 92 proton dan 92 elektron. Berat atom uranium adalah 238, karena

disamping 92 proton, ada netron‐netron yang menyusunnya. Unsur‐unsur dengan nomor

atom 93, 94, 95 dan seterusnya sangat tidak stabil walaupun beberapa berhasil dibuat.

Nukleus yang besar sangat cepat terpecah kembali atau tidak bertahan lama. Ke‐92 unsur

alamiah itu dan beberapa unsur yang berhasil dibuat dapat dilihat lengkap pada tabel periodik

unsur.

Setelah pengamatan dan perhitungan dilakukan dengan sangat teliti, didapati

bahwa elektron‐elektron hanya menempati 7 lapis kulit sehingga stabil. Makin tinggi tingkat

kulit maka makin sedikit energi yang dibutuhkan untuk melepas elektron dari orbitnya,

sehingga atom terionisasi. Energi ini dinamakan energi ionisasi (EI). Dalam perhitungan

diperoleh EI untuk kulit 1 adalah sebesar 13,6 eV, kulit 2 sebesar 3,4 eV, kulit ke 3 sebesar 1,51

eV, kulit ke 4 0,85 eV dan seterusnya hingga kulit ke 7 mendekati 0 eV. Untuk kulit lebih dari 7

maka EI = 0 eV sehingga elektron tidak mungkin bisa berada dalam orbit yang diharapkan. Dari

sini jelas untuk melepas 1 elektron hidrogen dan membuat ion hidrogen memerlukan 13,6 eV.

Energi ini dibutuhkan untuk melawan energi tarikan inti atom. Makin besar level kulit, maka

letak elektron makin jauh dari inti dengan demikian tarikan inti makin kecil dan EI atom

tersebut makin kecil.

Sifat‐sifat unsur‐unsur alam yang melimpah tersebut, dapat digolongkan

berdasarkan kemiripan sifat yang berulang tiap kenaikan 2, 8 atau 18 nomor atom, sehingga

ada golongan non transiasi atau unsur golongan utama sebanyak 7 (IA‐VIIA) dan golongan


38

unsur transisi sebanyak 10 (IB‐VIIB), dan golongan unsur gas‐gas mulia sebanyak 1 (0 atau

VIII). Tabel periodik unsur disusun berdasarkan kenaikan nomor atom (jumlah proton) dan

menunjukkan hubungan unsur kimia tersebut dengan konfigurasi yang dimilikinya. Dalam

satu golongan, makin ke bawah maka sifat logam unsur (dalam pengertian kimia berarti

mudah melepaskan elektron) semakin meningkat karena ukuran atom meningkat makin

besar. Sedangkan dalam satu perioda makin ke kanan sifat logam (elektropositif) makin

berubah ke sifat non logam (elektronegatif), sebab jumlah elektron pada kulit terluar

meningkat. Oleh sebab itu unsur‐unsur logam cenderung berada di kiri dan bagian bawah

tabel periodik.

Secara periodik, sifat‐sifat yang mirip tersebut dapat dijelaskan:

1. Jari‐jari atom, jarak antara inti atom dengan lintasan elektron paling luar atau orbital

elektron terluar dari atom. Dalam satu golongan jari‐jari atom makin besar untuk

atom‐atom posisi ke bawah, ‐karena jumlah lintasan elektron atau kulit atom makin

bertambah:

• periode 1 maka hanya ada 1 kulit atau K pada atom dengan orbital 1s

• periode 2 maka atom mempunyai 2 kulit elektron (kulit K, L dengan orbital

1s 2s dan 2p)

• periode 3 maka atom mempunyai 3 kulit elektron (kulit K,L dan M dengan

orbital 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d), dan seterusnya

Dalam satu periode, jari‐jari atom makin kecil untuk kulit‐kulit yang terisi lebih

banyak elektron, karena makin banyak jumlah elektron dalam satu kulit maka tarikan

elektron dengan inti makin besar sehingga jarak elektron terluar dengan inti relatif

lebih pendek. Sehingga makin ke kanan letak atom unsur dalam tabel priodik, maka

jari‐jari atom makin kecil.

2. Elektronegatifitas, kemampuan atom membentuk ion negatif karena kemudahannya

untuk mendapatkan elektron tambahan pada orbital elektron valensinya. Dalam

satu periode, makin ke kanan –jumlah elektron di kulit makin banyak‐ maka

kecenderungan atom untuk mendapat elektron tambahan makin besar. Hal ini

adalah upaya untuk mencapai isoelektrik (bersifat elektrik sama) dengan golongan

gas mulia. Sehingga makin ke kanan elektronegativitas atom makin besar. Kebalikan

dengan ini adalah elektropositifitas dan energi ionisasi. Untuk atom sebelah kiri,

energi ionisasi (energi melepas elektron valensi agar menjadi ion positif) makin kecil

sehingga elektropositifitas atom makin besar.


39

3. Jari‐jari ion, jarak antara inti atom dengan kulit elektron. Untuk ion positif selalu <

dari jari‐jari atom, sedangkan untuk negatif > dari jari‐jari atom.

4. Potensial ionisasi, energi yang dibutuhkan oleh suatu atom dalam bentuk gas untuk

melepaskan elektron valensinya yang tidak terikat erat

5. Afinitas elektron, energi yang timbul bila suatu atom netral dalam bentuk gas

menerima elektron

3.1 Unsur-unsur Golongan I-A (lithium, natrium, kalium, rubidium, cesium, dan fransium)

Unsur‐unsur golongan ini semua mepunyai struktur satu elektron di kulit s terluar,

merupakan logam yang khas dengan melepaskan elektron terluarnya untuk meniru

konfigurasi gas mulia. Semuanya sangat reaktif dengan sifat logam makin besar dari lithium

(Li) ke fransium (Fr), karena energi ionisasi pertama makin menurun. Energi ionisasi kedua

sangat besar, sehingga tidak bisa terbentuk ion divalen.

Dalam litosfer, unsur‐unsur golongan satu seperti natrium (Na) dan kalium (K) cukup

melimpah dan lithium (Li), rubidium (Rb), serta cesium (Cs) berada dalam jumlah lebih sedikit.

Sejumah besar kandungan garam batuan, adalah NaCl, dan karnalit, KClMgCl2.6H2O, yang

dihasilkan dalam penguapan air laut dalam waktu yang relatif panjang. Litium dan rubidium

terdapat dalam bentuk beberapa mineral bersama silikat (mineral silikat)

Natrium dan senyawaannya berperan cukup penting, aliasi logamnya bersama

timbal (Na‐Pb), digunakan dalam pembuatan tetraalkil‐lead untuk bahan bakar,– meskipun

bahan bakar bertimbal tidak ramah lingkungan. Garam kalium, berbentuk sulfat atau phospat,

telah bertahun‐tahun dipakai dalam pertanian sebagai pupuk. Ion Na+ maupun K+ secara

fisiologis penting dalam hewan dan tumbuhan. Lithium banyak dipakai sebagai logam dan

sintesis alkil lithium. Dalam bentuk garamnya, lithium biasa dipakai dalam pengobatan

beberapa gangguan mental.

Lithium dan natrium dapat diperoleh dengan elektrolisis garam leburan bertitik

leleh rendah seperti CaCl2 + NaCl. Untuk K, Rb, dan Cs karena titik lelehnya terlalu rendah dan

mudah menguap, sangat sulit untuk mendapatkannya melalui elektrolisis. Logam‐logam

biasanya dimurnikan dengan destilasi. Lithium, natrium, kalium dan rubidium berwarna

keperakan dalam bentuk logam murninya, sedangkan cesium berwarna keemasan

Logam‐logam golongan I‐A ini sangat elektropositif dan bereaksi langsung dengan

sebagian besar unsur lain atau banyak persenyawaan dengan pemanasan. Dalam

golongannya, lithium biasanya paling kurang reaktif, sedangkan Cs yang paling reaktif. Logam

lithium bereaksi lambat dengan air pada 250C, meskipun cukup reaktif terhadap N2, pada suhu


40

yang tinggi sampai 400 oC, membentuk nitrida kristal berwarna merah rubi, Li3N. Seperti Mg, Li

juga dapat digunakan untuk menyerap gas N2, dalam beberapa pemanfaatan industri. Logam‐

logam lainnya menunjukkan reaksi yang signifikan pada air.

Semua golongan satu bereaksi kuat dengan air, kecuali lithium agak lambat. Natrium

bereaksi hebat dengan air, dalam jumlah besar minimbulkan ledakan (eksplosif, reaksi

spontan). Kalium murni akan menyala jika direaksikan dengan air, dan Rb serta Cs

menimbulkan ledakan dalam berapapun kuantitasnya. Dapat bereaksi dengan klorin, bromin,

sulfur, dan hidrogen. Bentuk hidroksidanya, MOH, bersifat alkalis (basa) dan tidak berurai

ketika dipanaskan. Bentuk karbonatnya terurai hanya dengan pemanasan tinggi. Dalam

reaksinya dengan oksigen (O2), semua logam golongan I‐A akan terbakar, menghasilkan Li2O

dan sedikit Li2O2 (peroksida), Na2O2 dan NaO2 (superoksida), RbO2 dan CsO2. Kenaikan

kestabilan per dan superoksida sesuai dengan kenaikan kenaikan ukuran ion‐ion alkali

merupakan contoh yang khas mengenai kestabilan anion yang lebih besar dengan kation yang

lebih besar. Jika bereaksi dengan Hg (raksa/hydrargirum) logam‐logam alkali larut dengan

hebat. Contoh amalgam natrium (Na/Hg), berupa cairan jika Na sedikit, dan berupa padatan

jika Na lebih banyak. Amalgam ini merupakan zat pereduksi yang baik dalam larutan aqua.

Logam‐logam golongan I larut dengan baik dalam ammonia memberikan larutan

berwarna biru jika sangat encer (diduga karena adanya elektron‐elektron tersolvasi), dan

menghantarkan listrik dengan baik. Entalpi pengionan kedua yang tinggi menghindarkan

terjadinya ion 2+ . Secara umum logam‐logam alkali umumnya dicirikan dengan :

- Titik lelehnya tinggi

- Lelehannya menghantarkan listrik dengan baik

- Mempunyai kelarutan yang besar dalam air

Unsur Konfigurasi elektron

Titik leleh 0C Jari‐jari ionik E0 V

Li [He]2s 180 0.6 ‐3.0 Na [Ne]2s 98 0.96 ‐2.7 K [Ar]2s 64 1.33 ‐2.9 Rb [Kr]2s 39 1.48 ‐3.0 Cs [Xe]2s 29 1.69 ‐3.0 Fr [Rn]2s

Solvasi. Solvasi atau pelarutan untuk logam biasanya ditinjau dari dua hal yaitu: 1)

adanya lapisan hidrasi primer, yang sejumlah molekul pelarutnya langsung terkoordinasi, dan

2) adanya bilangan solvasi, jumlah total molekul pelarut pada ion yang cukup memberikan

pengaruh sifat yang besar. Kedua hal tersebut akan mempengaruhi jari‐jari bentuk

terhidratnya, dan jari‐jari bentuk kristalnya (jari‐jari kristal berbanding terbalik dengan jai‐jari


41

hidrat logam alkali). Jari‐jari terhidrasi yang kecil akan meningkatkan mobilitas ion dalam

larutan akuatik. Hal ini akan sangat berpengaruh pada perilaku ion‐ion alkali dalam

interaksinya dengan bahan penukar ion serta difusinya melewati dinding sel atau membran.

Dalam resin penukar kation, dua kation akan bersaing untuk mendapatkan tempat

anionik dalam kesetimbangan. Suatu kesetimbangan dapat diukur dengan baik, untuk logam‐

logam alkali urutan penggantian katoin adalah Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+, meskipun pada

beberapa kasus terjadi penyimpangan akibat afinitas. Untuk Li+ lapisan hidrasi primer terdapat

4 molekul air (H2O), Na+ dan K+ mempunyai kelipatan 4 molekul dalam hidrasi primernya,

sedangkan Rb+ dan Cs+ mengkoordinasi 6 molekul H2O.

Pada lapisan hidrasi primer bekerja gaya‐gaya elektrostatik yang dapat mengikat

lapisan tambahan molekul‐molekul air, sebagai lapisan hidrasi skunder. Pada ion dan kristal

yang lebih besar, bilangan hidrasi total akan turun karena energi hidrasinya yang lebih kecil

(karena kerapatan lapisan hidrasi primer menyebabkan lapisan hidrasi tambahan lebih

sedikit), menyebabkan jari‐jari hidrasi menjadi kecil, dan mobilitas ion menjadi besar.

3.2 Unsur-unsur golongan II-A (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra)

Berrilium (Be) biasanya terdapat pada mineral Beryl, Be3Al2(SiO3)6, senyawa yang

sangat beracun bila dihirup, menyebabkan degenerasi paru‐paru. Mg, Ca, Sr dan Ba tersebar

dalam mineral‐mineral dalam laut, CaCO3, dolomit, karnalit, Magnesit (MgCO3), Talk/batu

lunak (H2Mg3(SiO3)4.MgCl2) sekitar 0,5 % air laut. Diantara unsur‐unsur golongan II yang

kelimpahannya sangat rendah adalah SrSO4 (Stronsionit) dan BaSO4 (barit). Untuk radium (Ra)

semua bentuk isotopnya radioaktif.

Secara umum jari‐jari atom golongan II lebih kecil dari golongan I karena muatan inti

lebih besar dan elektron terluar lebih banyak. Dampak lain adalah titik leleh dan kerapatan

atomnya menjadi jauh lebih besar unsur‐unsur golongan II. Entalpi pengionannya juga besar

sehingga atom‐atom unsur golongan II terionisasi 2+.

Unsur golongan II bersifat ionik, Mg2+ mempunyai kepolaran tinggi, dan juga dapat

membentuk ikatan dengan karbon. Be(OH)2 dan Mg(OH)2 larut sebagian di air, unsur‐unsur

lain dalam bentuk hidroksidanya larut sangat kuat dan bersifat basa.

Berrilium dalam bentuk logam atau hidroksidanya larut dalam basa kuat

menghasilkan ion Berriliat (Be(OH)4)2‐. Sedangkan Mg berwarna putih keabuan dan punya

lapisan tipis oksida pelindung, mudah larut dalam asam encer, sangat berperan dalam

tumbuhan terutama dalam pembentukan klorofil.


42

MgO relatif innert (terutama setelah dibakar pada suhu tinggi), sedangkan oksida

lainnya bereaksi dengan air mengeluarkan panas. Hal ini bisa dilihat ketika gamping aktif (CaO)

dimasukkan dalam air, maka segera menjadi larutan kapur Ca(OH)2 dan menghasilkan panas.

Unsur golongan II juga bereaksi dengan karbon membentuk karbida, contoh CaC2 kalsium

karbida diperoleh dengan reduksi bentuk oksida kalsium (CaO) dengan karbon. Senyawaan ini

sangat reakstif dengan air, menghasilkan panas dan asetilen, bahan bakar gas. Semua unsur

golonga II dapat dibuat dalam bentuk oksida dengan jalan kalsinasi/pemangganga pada suhu

tinggi.

Bentuk‐bentuk karbonat ligam‐logan golongan ini semuanya kurang larut diair, dan

hasil kali kelarutannya (Ksp) atau kelarutannya akan menurun dengan bertambahnya ukuran

M2+. MgCO3 digunakan dalam bubuk obat sebagai penyerap asam dalam obat lambung. Mg

dan Ca cenderung membentuk kompleks dengan senyawaan lain terutama EDTA (etilen

diamin tetraalkil). Dengan EDTA Ca atau Mg membentuk senyawa kompleks Chellat. Ca juga

akan membentuk kompleks dengan poliphosphat. Kedua bentuk kompleks ini menjadi dasar

analisis dan penghilangan Ca dari larutan air.

Unsur Konfigurasi elektron

Titik leleh 0C Jari‐jari ionik E0 V

Be [He]2s 1280 0.31 ‐1.85 Mg [Ne]2s 950 0.65 ‐2.37 Ca [Ar]2s 840 0.99 ‐2.87 Sr [Kr]2s 770 1.13 ‐2.89 Ba [Xe]2s 725 1.35 ‐2.90 Ra [Rn]2s 700 1.40 ‐2.92 Zn [Ar]3d 4s 420 0.74 ‐0.76 Cd [Kr]4d 5s 320 0.97 ‐0.40 Hg [Xe]5d 6s ‐39 1.10 +0.85

3.3 Logam golongan III

Logam golongan ini adalah Al, Ga, In, Ti dan yang paling banyak digunakan dalam

proses‐proses pengolahan lingkungan adalah aluminium (Al). Aluminum digunakan secara

besar‐besaran dan paling aktif diantara yang lain, terutama jika dalam bentuk garam

sulfatnya. Aluminium memiliki sifat amfoter, dimana dapat bereaksi dalam asam maupun

basa. Di alam aluminium biasa dijumpai dalam batuan kerak bumi seperti felspar dan mika,

contoh bauksit (Al2O3.nH2O) dan kryolit (Na3AlF6). Dalam bentuk logam murninya aluminium

bersifat keras, kuat, berwarna putih. Meskipun sangat elektropositif, aluminium sangat tahan

terhadap korosi karena lapisan oksidanya yang kuat dan liat yang terbentuk dipermukaan, dan

dapat dilapiskan dengan proses anodisasi dan dapat dicampur pigmen berwarna.


43

Salah satu garam aluminium yang penting adalah alum, merupakan struktur yang

memberikan namanya pada sejumlah besar garam analognya yang terbentuk dengan unsur

lain. Rumus umumnya adalah MAl(SO4)2.12H2O; dengan M adalah kation monoatomik

univalensi, kecuali Li+, karena struktur terlalu kecil sehingga tidak stabil. Kristal alum ini

terbuat dari [M(H2O)6], [Al(H2O)6]3+, dan dua ion SO4

2‐.

[ Al (H2O)6 ]3+ OH‐ Al(OH)P

OH‐ [ Al(OH)4 ]‐

H3O+ H3O+

3.4 Karbon (C) Terdapat sangat banyak persenyawaan karbon yang dikenal daripada persenyawaan

unsur lain kecuali hidrogen, kebanyakan persenyawaan karbon dikenal dalam senyawa

organik. Keistimewaan karbon yang unik adalah kecenderungannya secara alamiah mengikat

dirinya sendiri dalam rantai‐rantai atau cincin dengan ikatan tunggal, ganda dan rangkap tiga

(C‐C, C=C dan C≡C)

Dua bentuk karbon yang paling dikenal adalah allotrop karbon: intan dan grafit,

berbeda sifat fisik dan kimia karena berbeda susunan dan ikatan atom‐atomnya. Intan lebih

masif dan rapat dari grafit, dan grafit lebih stabil. Banyaknya bentuk karbon amorf, seperti

arang, jelaga adalah bentuk kristal mikro dari grafit. Sifat fisika dari bahan ini sangat

ditentukan oleh sifat dan luasnya permukaan. Bentuk‐bentuk yang dibuat menjadi butiran

halus akan memberikan permukaan yang relatif luas dengan gaya tarik yang hanya jenuh

sebagian, akan dengan mudah menyerap gas dan zat terlarut dari larutan.

Senyawaan Anorganik Karbon

Karbon monoksida. Gas beracun yang tidak berwarna ini terbentuk jika karbon

dibakar dengan kondisi kekurangan oksigen. Pada semua suhu tercapai kesetimbangan CO

dengan CO2, tetapi akan cepat jika dalam suhu yang lebih tinggi. Sifat toksiknya muncul karena

kemampuannya mengikat Fe dalam hemoglobin dalam darah. Dalam keadaan biasa, hanya

besi dan nikel yang dapat bereaksi langsung dengan karbon monoksida.

Karbon dioksida dan asam karbonat. Karbon dioksida (CO2) berada di atmosfer (300

ppm). Zat ini dilepaskan dalam skala besar dari proses fermentasi, pembakaran senyawa

karbon, kalsinasi batu kapur, pernafasan, dan sebagainya. Padatan karbon diokasida

(menyublim pada suhu ‐78,5 0C) atau “es kering” digunakan sebagai bahan pembeku.

Karbon dioksida adalah bentuk anhidrida asam sederhana asam karbonat. Laju CO2

masuk ke dalam kesetimbangan dengan H2CO3 dan hasil dissosiasi ketika melewati air adalah


44

lambat, sehingga tidak semua CO2 yang larut dalam air berdissosiasi membentuk H2CO3. Inilah

yang menyebabkan secara analisis dapat dibedakan antara H2CO3 dan CO2 (lihat analisis asidi‐

alkali pada kualitas air). Pada pH sistem < 8, mekanisme utama hidrasi CO2 dengan H2O

menghasilkan H2CO3; pada pH > 10 reaksi yang menonjol adalah CO2 dengan OH‐ menghasilkan

HCO3‐; sedangkan pada pH 8‐10 kedua mekanisme tersebut terjadi.

Ikatan C‐N, sianida. Karbon dapat berikatan dengan nitrogen (C‐N) menghasilkan

senyawaan karbon anorganik. Spesies penting yang dikenal adalah ion‐ion sianida, sianat dan

tiosianat beserta derivatnya. Beberapa senyawaan C‐N antara lain:

1. Sianogen, (CN)2, gas yang mudah menyala dan sangat endotermis. Kemungkinan

dapat dihasilkan oleh oksidasi katalitik gas HCN oleh NO2, atau oksidasi CN‐ dalam air

dengan kehadiran Cu2+. Sianogen terdissosiasi menjadi radikal CN. Suatu campuran

stoikiometri O2 dengan (CN)2 terbakar menghasilkan nyala panas sampai 5050 oC.

2. Hidrogen sianida, HCN, merupakan gas yang sangat beracun (meskipun kurang

beracun dibandingkan H2S), tidak berwarna dan terbentuk bila sianida direaksikan

dengan asam. HCN banyak digunakan dalam industri seperti ditambahkan langsung

pada alkena, dalam pembuatan bahan nilon (adiponitril, NC(CH2)4CN.

3.5 Nitrogen di Alam ( NH3, NO2, dan NO3)

Senyawaan nitrogen (N) merupakan salah satu kajian yang sangat menarik dalam

teknik kelingkungan, karena sangat pentingnya senyawa‐senyawa nitrogen di atmosfer dan

dalam proses kehidupan semua makhluk hidup. Sifat kimia nitrogen sangat kompleks sebab

adanya beberapa keadaan oksidasi dari nitrogen yang dapat diperkirakan dan kenyataannya

bahwa perubahan keadaan oksidasinya dapat terjadi pada organisme hidup. Yang lebih

menarik lagi perubahan keadaan oksidasi nitrogen oleh bakteri dapat bernilai positif atau

negatif, tergantung pada kondisinya, aerobik atau anaerobik.

Nitrogen secara kimia anorganik, dapat eksis dengan tujuh keadaan oksidasi, dan

semua senyawaannya cukup melimpah di alam dalam kondisinya yang sesuai. Keadaan

oksidasi untuk N pada senyawa‐senyawa nitrogen di bawah ini berturut‐turut adalah ‐3, 0, +1,

+2, +3, +4, +5

NH3 – N2 – N2O – NO – N2O3 – NO2 – N2O5

Dalam lingkungan akuatik, hanya sedikit keadaan oksidasi nitrogen yang dominan, dan yang

cukup dominan dalam penentuan kualitas air adalah sebagai berikut :

NH3 – N2 – N2O3 – N2O5

N2O3 dan N2O5 adalah asam anhidrat dari asam nitrat dan asam nitrit.


45

Keberadaan senyawa nitrogen dan perubahan yang terjadi di alam dapat dilihat pada

ilustrasi dengan diagram siklus nitrogen Gambar 3.1 bawah ini.

Gambar 3.1 Siklus Nitrogen di alam (sumber: Manahan)

Urea adalah satu dari senyawaan ammonium popular karena berhubungan dengan ammonia

secara gradual. Binatang dan manusia tidak mampu menggunakan nitrogen dari atmosfer atau

dari senyawa anorganik untuk memproduksi protein. Mereka tergantung pada tumbuhan atau

hewan lain yang memakan tumbuhan untuk menghasilkan protein, dengan pengecualian

golongan ruminant. Binatang mampu menghasilkan protein yang dibutuhkan dari materi

karbohidrat dan urea melalui kerja bakteri dalam lambungnya. Dalam tubuh hewan protein

digunakan paling besar untuk pertumbuhan dan memperbaiki jaringan otot. Beberapa

digunakan untuk energi. Dalam hal lain, senyawaan nitrogen dilepaskan dalam waste produk

tubuh sepanjang hidup. Urin berisi nitrogen hasil dari metabolisme protein. Nitrogen ada

dalam urin secara prinsip sebagai urea yang dihidrolisis lebih cepat oleh enzim urease menjadi

ammonium karbonat.

Nitrogen berada di alam sebagian besar dalam bentuk dinitrogen yang terlarut di

atmosfer bumi (78% atmosfer adalah N2 yang punya boilling point 77,3 K dan panas

dissosiasinya besar sehingga innert)

N2 (gas) 2N (gas) ΔH = 944.7 kJ/mol

Karena keakuatan ikatan N≡N dan sifatnya yang endotermis meskipun mengandung ikatan

yang kuat. Dinitrogen dilaporkan sebagai senyawa yang tidak reaktif dibandingkan dengan

sistem ikatan rangkap tiga lainnya, seperti X‐C≡C‐X, C≡O, X‐C≡N, dan sebagainya.


46

Nitrogen dapat diperoleh dengan kondensasi fraksional udara bebas. Secara kimiawi

N2 dapat bereaksi dengan cepat bersama Li membentuk Li3N, atau bereaksi dengan

senyawaan transisi membentuk kompleks, atau dengan bakteri fiksasi nitrogen yang hidup

bebas maupun yang bersimbiosis pada akar dan tunas.

Dalam industri HNO3, dibuat dengan memanfaatkan nitrogen di atmosfer

H2 O2 O2 + H2O

N2 NH3 NO HNO3 (aq)

Proses Habber Proses Oswald

Ammonia (NH3) larut dengan sangat baik di air, membentuk NH4OH ‘ammonium hidroksida’.

Dalam kenyataannya sangat sulit ditemuai NH3 di air yang tidak berdisosiasi dengan air.

Oksida nitrogen

Dinitrogen Oksida (N2O), struktur linear NNO, innert dengan halogen, logam alkali,

dan ozone pada suhu rendah. Pada pemanasan N2O akan terdekomposisi menjadi N2 dan O2,

bereaksi dengan logam alkali dan senyawaan organik dan juga mendukung pembakaran.

Bersifat anastesik. Diperoleh dengan dekomposisi termal lelehan ammonium nitrat

NH4NO3 N2O + H2O T= 250 0C

Nitrogen Monoksida (NO), reaktif dengan O2 bereaksi dengan sempurna

membentuk NO2. Molekul‐molekul NO bersifat paramagnetik.

2NO + O2 2NO2

NO juga teroksidasi menjadi asam nitrat jika bertemu dengan oksidator kuat. Dianalisis

dengan permanganat, karena reaksinya yang stoikiometeris dan kuantitatif. Dalam kondisi

asam akan tereduksi menjadi N2O jika bereaksi dengan SO2. Secara termodinamika NO tidak

stabil, pada suhu antara 30 – 50 0C akan terdekomposisi menjadi N2O dan NO2.

Nitrogen Dioksida (NO2) dan Dinitrogen Pentaoksida (N2O4). Kedua bentuk oksida

nitrogen ini ada bersama‐sama dalam kesetimbangan yang sangat bergantung pada

temperatur.

(paramagnetik/coklat) 2NO2 N2O4 (diamagnetik/tak berwarna)

pada suhu tinggi (>1400C) sebagian besar bentuknya NO2 yang bersifat paramagnetik dan

berwarna coklat. Sedangkan N2O4 bersifat diamagnetik tidak berwarna. Dekomposisi termal

NO2 terjadi mulai temperatur 150 0C menghasilkan NO dan O2, dan berakhir pada 600 0C.

N2O5, dinitrogen pentaoksida, membentuk kristal tak berwarna yang tidak stabil

dibuat dengan reaksi

2HNO3 + P2O5 2HPO3 + N2O5


47

dinitrogen pentaoksida juga dikenal dengan asam nitrat anhidrat (lelehan) atau nitronium

nitrat NO2+NO3

‐ (dalam bentuk padat)

3.6 Logam Berat (Cd, Hg, Pb, Zn, Cu+, Ni, Mn, Cr6+, Fe2+, Mo, Se)

Dalam beberapa kasus, kualitas ligkungan akan menurun drastis karena perubahan komposisi

unsur‐unsur dari idealnya. Salah satu sebab adalah masuknya unsur‐unsur logam berat

dengan kadar akumulasinya yang berlebihan, karena :

- proses pertambangan dan pemurnian logam / bijih

- penggunaan dan pembakaran bahan bakar fosil

- proses‐proses industri logam

- penyemprotan pestisida dan pupuk dengan berlebihan

- limbah‐limbah

Logam‐logam karena kekuatannya mempengaruhi kualitas lingkugan, beberapa dikategorikan

logam berat, yaitu antara lain : Cd, Hg, Pb, Zn, Cu+, Ni, Mn, Cr6+, Fe2+, Mo, Se. Logam‐logam ini

harus diselesaikan tersendiri, untuk memperbaiki kembali kondisi lingkungan, biasanya

dengan metode:

- presipitasi kimia

- adsorpsi

- recovery elektrolitik

- ion exchange

- reverse osmosis

- etode‐metode biologis

• Biotransformasi logam

• Presipitasi ekstrasel

• Penangkapan logan dengan permukaan sel

3.7 Hidrogen dan Air

Dalam tabel periodik unsur, hidrogen (H) berada pada golongan IA dan periode

I. Atom hidrogen (1H1) ini, memiliki 1 proton dan 1 elektron, membentuk lebih banyak

senyawa daripada unsur lainnya sehingga hidrogen sangat banyak berperan dalam aspek

reaksi‐reaksi kimia. Dikenal tiga isotop hidrogen : tritium (T/3H), deuterium (D/2H), dan

hidrogen (H/1H). Bentuk normal unsurnya adalah diatomik, yaitu H2, D2, T2, HD, HT, atau DT.


48

Deuterium sebagai D2O dipisahkan dari air dengan cara destilasi bertingkat atau elektrolisis,

dan dalam jumlah besar digunakan sebagai moderator (air berat) dalam reaktor nuklir.

Hidrogen molekular berupa gas tak berwarna, tak berbau (titik beku 20,28 K)

relatif tidak larut dalam air. Dibuat dengan mudah dengan reaksi asam encer dengan logam

seperti Zn, Al, atau Fe, dan melalui elektrolisis air. Dalam industri diperoleh melalui reaksi

bolak‐balik uap air dengan metana atau minyak bumi rantai pendek dengan katalis nikel (Ni)

pada suhu sekitar 750 0C

CH4 + H2O CO + 3H2

CO + H2O CO2 + H2

Hidrogen tidak begitu reaktif pada suhu yang rendah, karena disosiasi hidrogen

sangat endotermis. Unsur ini akan mudah terbakar pada suhu yang tinggi membentuk air ,

bereaksi dengan oksigen dan halogen disertai ledakan pada kondisi tertentu. Pada suhu tinggi

gas hidrogen mereduksi banyak oksida, baik menjadi oksida lebih rendah atau menjadi

logamnya. Dengan katalis tertentu di atas suhu kamar, akan bereaksi bersama N2 membentuk

NH3. Hidrogen juga membentuk hidrida dengan kebanyakan nonlogam dan logam

elektropositif.

Kimia Hidrogen

Kimiawi hidrogen terutama bergantung (umumnya) pada tiga proses elektronik

yaitu: (1) hilangnya elektron valensi membentuk H+, (2) masuknya elektron pada kulit s –

membenttuk H‐, dan (3) pembentukan ikatan kovalen tunggal seperti H2O. Perbedaan nilai

elektronegativitas antara unsur H dan unsur O, dan ketidaksimetrisan struktur H2O (diduga

karena ada 2 pasang eletron bebas yang tidak digunakan ikatan oleh O), menjadikan air (H2O)

bersifat polar dan menjadi pelarut yang baik untuk senyawaan polar. Ada tambahan sifat

hidrogen yang tidak termasuk ketiga sifat kimiawi di atas, yaitu ikatan hidrogen. Ikatan ini

penting karena akan menyangkut secara intensif gaya antar molekuler, umumnya

mendominasi kimiawi air, larutan akua, pelarut hidrolitik, dan spesies yang mengandung –OH.

Juga bertanggung jawab pada rangkaian rantai polipeptida pada protein dan pasangan asam

nukleat dan basanya.

Ikatan Hidrogen terjadi jika atom hidrogen – terikat pada atom lain, X, terutama

F, O, N, atau Cl sehingga X–H benar‐benar polar – secara parsial bermuatan positif


49

berinteraksi dengan atom lain yang negatif atau kaya elektron (elektronegatif), dituliskan

sebagai

X – H . . . . . . . Y

Ikatan ini, dalam anggapan teoritis, disebabkan oleh gaya tarik elektrostastik dari H dan Y.

Secara eksperimen adanya pengaruh ikatan hidrogen dapat dilihat pada beberapa sifat fisika

senyawaan hidrogen. Air (H2O) atau HF mempunyai titik didih lebih tinggi dari H2S atau HCl.

Hal ini karena ikatan hidrogen jauh lebih kuat pada antar molekul H2O atau antar molekul HF,

menyebabkan assosiasi molekul‐molekul lebih stabil, daripada H2S atau HCl. Untuk

memisahkan antar molekul H2O atau HF (membentuk uap/gas) memerlukan energi/kalor yang

lebih tinggi. Jenis ikatan ini juga memberikan peran pada reaksi dissosiasi dan pelarutan zat‐

zat polar, dalam prinsip like dissolves like.

Air. Secara kimiawi menjadi sangat penting dalam aspek kehidupan maupun

dalam reaksi‐reaksi anorganik di alam, karena sifat air yang memenuhi sebagai

medium/pelarut universal, yaitu kepolarannya. Bagian sangat besar (lebih dari 85 %) sel‐sel

penyusun kehidupan adalah air, yang pada dasarnya merupakan medium bioreaksi, isolator

tekanan, dan penstabil fluktuasi energi hasil reaksi biomolekuler. Air yang tersusun atas dua

atom hidrogen (elektropositif) dengan satu atom elektronegatif oksigen (H2O) melalui ikatan

kovalen, merupakan pelarut yang sangat baik bagi senyawa‐senyawa polar, dengan kelarutan

yang semakin besar dan stabil jika membentuk ikatan hidrogen yang makin kuat (secara

parsial terjadi pengkutuban muatan negatif (elektronegatif) dan positif (elektropositif)

senyawa terlarut).

Tak jarang pada kondisi tertentu, beberapa zat cukup reaktif pada air. Komposisi

badan air akan sangat mudah berubah, akibat interaksi yang terjadi dengan zat‐zat lain,

seperti larutnya sejumlah kation logam (Fe+, Pb2+, Hg2+, dll) atau anion lain (CO32‐, OH‐, PO4

2‐,

dsb). Beberapa gas di atmosfer bereaksi dengan uap air membentuk hujan asam (NOx, SOx)

atau beberapa atom unsur logam murni membentuk reaksi spontan menghasilkan hidroksida

(Na(s) + H2O menghasilkan NaOH disertai energi yang besar, salah satu ciri reaksi spontan).

Walaupun pada dasarnya sifat inert air sangat besar, tapi kemampuan air sebagai pelarut

membuat kualitas dan komposisi perairan mudah berubah, seperti keasaman, kesadahan,

kandungan ion, kandungan organik, COD, BOD, dan seterusnya.

3.8 Golongan Unsur Peralihan atau Transisi

Unsur peralihan ini terletak diantara golongan logam dan nonlogam dalam tabel

periodik. Konfigurasi nelektron unsur golongan ini mempunyai orbital kulit d dan f yang terisi


50

tidak penuh. Hampir semua bersifat logam, berupa logam keras yang menghantarkan listrik

dan panas dengan baik. Kebanyakan membentuk senyawaan berwarna dan paramagnetik.

Persamaan sifat kimia untuk golongan transisi ini lebih tampak dalam satu periode daripada

golongan. Termasuk dlamm golongan unsur ini adalah unsur blok‐d, unsur lantanida dan unsur

aktinida.

Secara umum sifat –sifat unsur transisi adalah bermacam‐macam. Deret pertama

unsur transisi blok‐d: logam‐logam bersifat keras (kecuali Cu, mudah dibentuk), tahan panas,

elektropositif, penghantar listrik dan panas yang baik; termasuk dalam golongan ini Ti (tahan

korosi), V (tahan korosi), Cr (rapuh, tahan korosi), Mn (putih, rapuh, reaktif), Fe (Mengkilap

reaktif), Co (keras, tahan korosi, kebiruan), Ni (sangat tahan korosi), dan Cu (lunak, mudah

ditempa dan kemerahan).

Lantanida. Beberapa digunakan sebagai flouresen atau luminesen, misal Y dan Eu.

Actanida. Semua unsur actanida adlah radioaktif. Keberadaan U dan Th yang ada dibumi

karena waktu paruh yang sangat panjang, sedangkan unsur lain walaupun dapat terbentuk

akan segera menghilang karena waktu paruhnya yang snagat pendek.

Sifat‐sifat lain unsur peralihan yang perlu diperhatikan :

Jumlah elektron pada kulit terluar tetap.

Titik lebur dan titik didih tinggi.

Jari‐jari atom hampir sama.

Energi potensialnya hanya sedikit bertambah besar dengan bertambahnya nomor atom.

Biasanya membentuk senyawa kompleks.

3.9 Golongan Gas Mulia Golongan VIIIA terdiri atas unsur He , Ne, Ar, Kr, Xe, dan Rn. Gas mulia ini adalah bagian

kecil di struktur komposisi atmosfer. Helium diperoleh dalam mineral radioaktif dan tercatat

sebagai salah satu gas hasil peluruhan inti. Gas`ini aslinya terdiri atas`peluruhan isotop

uranium dan thorium yang memancarkan partikel alfa. Neon, argon, kripton dan xenon

diperoleh dengan fraksionasi udara cair. Kegunaan He adalah sebagai cairan dalam krioskopi,

argon digunakan untuk membuat kondisi inert dalam laboratorium, pengelasan, dan lampu

listrik yang diisi gas, sedangkan neon digunakan untuk tabung pemutusan muatan. Radon yang

semua isotopnya radioaktif dengan waktu paruh sangat pendek, juga terlibat dalam rangkaian

peluruhan dari uranium dan thorium.

Sifat dari gas mulia ini adalah sebagai berikut dan beberapa sifat lain ditampilkan pada

tabel:


51

Susunan elektron penuh yaitu 2 untuk helium dan yang lain 8 elektron pada kulit lintasan

terluar.

Sangat stabil, kecuali radon yang bersifat radioaktif dengan waktu paruh yang pendek.

Unsur Konfigurasi valensi Titik didih normal (K)

He 1s2 4,2

Ne 2s2 2p6 27,1

Ar 3s2 3p6 87,3

Kr 4s2 4p6 120,3

Xe 5s2 5p6 166,1

Rn 6s2 6p6 208,2

3 unsur anorganik di lingkungan

Documents