Download - Golongan Ia
A. KEBERADAAN DAN KELIMPAHAN
Meskipun memiliki kemiripan sifat kimia, unsur-unsur golongan IA tidak
berada bersama-sama, terutama karena perbedaan ukuran ion di antara unsur
golongan IA ini. Secara singkat kelimpahan unsur-unsur ini tertera dalam Tabel 1.
Tabel 1 Kelimpahan unsur-unsur dalam kerak bumi berdasarkan beratnya
Kelimpahan dalam kerak bumi
Kelimpahan relatif
(ppm) (%)LiNaKRbCs
182270018400
782,6
0,00182,271,84
0,00780,00026
35782346
Litium terutama diperoleh sebagai mineral silikat, spodumene,
LiAl(SiO3)2, lepidolite, Li2Al2(SiO3)3(FOH)2. Penghasil utama mineral litium
adalah Rusia, Zimbabwe, Cina, Kanada dan Portugal. Natrium dan kalium ada
dalam jumlah besar di laut. Kebanyakan natrium ada sebagai garam (NaCl).
Berbagai garam seperti, NaCl, Na2B4O7.10H2O (boraks), Na2CO3.NaHCO3.2H2O
(trona), NaNO3 (saltpeter), dan Na2SO4 (mirabilita) diperoleh dari deposit, yang
terbentuk dari penguapan air laut seperti Dead Sea dan Great Salt Lake di USA.
Kalium ada terutama sebagai deposit KCl (silvite), campuran KCl dan NaCl
(silvinite), dan garam rangkap KCl.MgCl2.6H2O (karnalit). Larutan garam kalium
secara umum disebut ‘potas’. Sumber rubidium dan sesium tidak begitu jelas dan
unsur-unsur ini diperoleh dari proses produksi litium.
Semua unsur yang lebih berat dari bismuth (83Bi) bersifat radioaktif. Oleh
karena itu fransium yang memiliki nomor atom 89 bersifat radioaktif dengan
waktu paruh 21 menit. Pendeknya waktu paruh ini menyebabkan ketidakeksisan
fransium di alam.
Ac89227 He2
4 + Fr87223 e−1
0 + Ra88223
99% Waktu paruh 21 menit
B. EKSTRAKSI LOGAM
Logam-logam golongan IA begitu reaktif sehingga tidak ditemukan dalam
keadaan bebas. Senyawa-senyawanya kebanyakan stabil terhadap panas sehingga
penguraian secara termal tidak dapat dilakukan. Logam-logam ini juga menempati
bagian atas deret elektrokimia maka bereaksi dengan air. Hal ini menyebabkan
tidak memungkinkan penggantian satu unsur dari larutannya dengan unsur yang
berada pada deret elektrokimia lebih tinggi. Logam-logam golongan IA ini juga
merupakan agen pereduksi paling kuat sehingga tidak mungkin mereduksi
oksidanya. Elektrolisis larutannya dengan katoda merkuri bisa menjadi alternatif
memperoleh logamnya, namun memisahkannya amalgama (perpaduan logam
tertentu dengan merkuri) sangat sulit.
Logam-logam golongan IA semuanya dapat diperoleh dengan elektrolisis
lelehannya, biasanya lelehan halide, dan perlu ditambahkan pengotor untuk
menurunkan titik lelehnya. Natrium diperoleh dengan mengelektrolisis lelehan
campuran sekitar 40% NaCl dan 60% CaCl2 dalam ‘Down cell’ (Gambar 1).
Campuran ini meleleh pada 600oC, sementara NaCl murni meleleh pada 803oC.
Sejumlah kecil kalsium yang terbentuk selama proses elektrolisis, tidak larut
dalam cairan natrium, tetapi larut dalam campuran eutektik. Ada beberapa
keuntungan mengelektrolisis suatu campuran:
1. Titik lelehnya lebih rendah sehingga mengurangi bahan bakar.
2. Jika suhu proses rendah, tekanan uap natrium yang dihasilkan juga rendah.
Hal ini menjadi penting karena uap natrium terbakar di udara.
3. Pada suhu lebih rendah, logam natrium yang dihasilkan tidak larut dalam
cairan. Hal ini menjadi penting karena jika larut maka akan terjadi ‘arus
pendek’ pada elektroda dan ini harus dihindari dalam proses elektrolisis.
‘Down cell’ terdiri atas sebuah bejana baja berbentuk silinder, yang
dilapisis dengan batu api, berukuran tinggi 2,5 meter dan diameter 1,5 meter.
Anoda terbuat dari grafit, ada di tengah bejana, dikelilingi (dibalut) katoda baja.
Lembar tipis logam memisahkan kedua elektroda untuk mencegah bercampurnya
natrium yang dihasilkan pada katoda dan gas Cl2 yang dihasilkan pada anoda.
Cairan natrium yang hasilkan akan naik karena densitasnya lebih rendah daripada
elektrolit. Cairan natrium ini dialirkan dan ditampung dalam ‘drum baja’.
Gambar 1 Down Cell
Dengan cara yang sama, kalium diperoleh dari lelehan KCl. Metode
modern menggunakan Na sebagai pereduksi, karena Na pereduksi lebih kuat
daripada K.
Na + KCl NaCl + K
Rb dan Cs diproduksi dengan cara yang sama, mereduksi kloridanya Ca pada
750oC dengan tekanan rendah.
C. KEGUNAAN LOGAM GOLONGAN IA DAN SENYAWANYA
Litium stearat C17H35COOLi digunakan dalam pembuatan pelumas mobil.
Li2CO3 ditambahkan pada bauksit untuk menurunkan titik leleh pada produksi
elektrolitik aluminium. Li2CO3 juga digunakan untuk penguat gelas. Li2CO3 juga
digunakan untuk dunia kedokteran, karena dapat menjaga keseimbangan Na+ dan
K+ , antara Mg2+ dan Ca2+ dalam tubuh. Logam litium digunakan untuk paduan
logam, seperti dengan timbal membentuk ‘logam putih’ yang ada kaitannya
dengan mesin motor. Paduannya dengan aluminiium untuk membuat bagian
pesawat menjadi ringan dan kuat. Ketika litium ditembak dengan neutron, akan
dihasilkan tritium, yang sangat berguna untuk tujuan termonuklir.
Soda kaustik, NaOH, merupakan alkali yang paling penting untuk
digunakan dalam industri seperti pembuatan berbagai senyawa organic amaupun
anorganik, pembuatan kertas, netralisasi, pembuatan alumina, sabun dan rayon.
Sejumlah besar digunakan untuk pembuatan gelas, pospat, silicat, dan
menghilangkan polutan SO2 dari pembakaran batubara pada pembangkit listrik.
NaOCl untuk pemutih dan desinfektan.
Kalium merupakan unsur esensial untuk kehidupan. Hamper 95% kalium
digunakan untuk pupuk tanaman. Garam kalium selalu lebih mahal daripada
garam natrium. KOH untuk pospat kalsium dan sabun lunak, seperti kalsium
stearate. KMnO4 digunakan pada pabrik sakarin, agen pengoksidasi dan untuk
titrasi. KBr untuk fotografi.
D. STRUKTUR ELEKTRONIK
Struktur elektronik atom-atom golongan I A diakhiri dengan ns1. Elektron
valensi tunggal ini terletak jauh dari inti sehingga terikat lemah dan mudah
dilepas. Sebaliknya, elektron yang tersisa begitu kuat ditarik oleh inti atom
sehingga sangat sulit dilepas.
Tabel 2 Struktur elektronik unsur golongan IA
E. UKURAN ATOM DAN ION
Atom-atom golongan IA berukuran paling besar dalam satu periode.
Ketika elektron terluar dilepas sehingga terbentuk ion M+ maka ukurannya akan
menurun drastis, hal ini dikarenakan :
1. Kulit elektron terluar secara sempurna lepas.
2. Dengan lepasnya elektron, muatan positif pada inti lebih besar daripada
ketika jumlah elektron masih lengkap, sehingga setiap elektron yang
tertinggal akan tertarik lebih kuat ke arah inti, akibatnya ukuran ion menjadi
jauh lebih pendek.
Ukuran ion positif selalu lebih kecil daripada atom netralnya. Namun
demikian tetap saja ukuran ionnya sangat besar dalam satu periode. Ukuran ion ini
meningkat dari Li+ hingga Fr+ karena jumlah kulit bertambah banyak.
F. DENSITAS
Atom-atom golongan IA ukurannya besar sehingga memiliki densitas
rendah. Secara singkat densitas atom golongan IA tertera dalam Tabel 2.
Tabel 3 Ukuran dan densitas
Radius logam Radius ionic M+ Densitas(Ao) (Ao) (g cm-1)
LiNaKRbCs
1,521,862,272,482,65
0,761,021,381,521,67
0,540,970,861,531,90
G. ENERGI IONISASI
Energi ionisasi unsur golongan IA selalu lebih rendah dalam tiap periode.
Atomnya sangat besar sehingga elektron terluar terikat sangat lemah yang
berdampak pada rendahnya energy ionisasi. Data energy ioisasi tertera dalam
Tabel 3 Energi ionsasi.
Tabel 4 Energi ionsasi.
Energi ionisasi pertama(kJ/mol)
Energi ionisasi pertama
(kJ/mol)LiNaKRbCs
520, 1495,7418,6402,9375,6
72964563306926502420
H. ELEKTRONEGATIVITAS DAN JENIS IKATAN
Elektronegativitas unsur-unsur golongan IA paling kecil di antara unsur-
unsur yang ada. Oleh karena itu, jika unsur golongan IA bereaksi dengan unsur
lain akan dihasilkan perbedaan kelektroonegatifan yang besar dan ikatannya
tergolong ikatan ion.
Tabel 5 Keelektronegativan golongan IA
Elektronegatifvitas Pauling
Li
Na
K
Rb
Cs
1,0
0,9
0,8
0,8
0,7
Perbedaan keelektronegatifan mendekati 1,7-1,8 menunjukkan 50%
karakter ion. Perbedaan keelektronegatifan antara Na dan Cl sebesar 2,1 sehingga
ikatan NaCl dominan karakter ionnya. LiF (perbedaan keelektronegatifan 3,0) dan
KBr (perbedaan keelektronegatifan 2,0) merupakan senyawa ion.
I. STRUKTUR LOGAM, KEKERASAN DAN ENERGI KOHESIF
Pada suhu normal, logam golongan IA memiliki kisi krital berbentuk
kubus berpusat badan dengan bilangan koordinasi 8. Namun pada suhu sangat
rendah akan membentuk ‘heksagonal paket tertutup’ dengan bilangan koordinasi
12.
Logam-logam golongan IA sangat lunak dan dapat dipotong dengan
mudah menggunakan pisau. Litium paling keras di antara golongannya tetapi
lebih lunak daripada timbal.
Energi kohesif (EK) yaitu energi yang mengikat atom-atom atau ion-ion
bersama-sama dalam padatan, berlawanan dengan entalpi atomisasi (Energi yang
dibutuhkan untuk memecah padatan menjadi atom-atom gas). EK golongan I A
sekitar ½ EK golongan II A, 1/3 EK golongan III A. EK menentukan kekerasan.
EK bergantung pada jumlah elektron yang berpartisipasi dalam ikatan dan
bergantung dari kekuatan ikatan yang terbentuk serta ukuran atom dan sifat
penyebaran elektron berikatan terluar. Ukuran litium hingga sesium makin besar
sehingga EK menurun dan berkibat kelunakan logam makin meningkat.
Tabel 6 Energi kohesif (EK)
EK (kJ/mol)
Li
Na
K
Rb
Cs
161
108
90
82
78
J. TITIK LELEH DAN TITIK DIDIH
Secara umum rendahnya EK menyebabkan rendahnya titik leleh dan titik
didih. Titik leleh golongan IA berkisar antara 28,5oC hingga 181oC. Angka ini
terlalu rendah untuk ukuran titik leleh suatu logam. Bandingkan saja dengan
golongan transisi yang titik lelehnya di atas 1000oC.
Tabel 7 Titik leleh dan titik didih
Titik leleh (oC) Titik didih (oC)
Li
Na
K
Rb
Cs
181
98
63
39
28,5
1347
881
766
688
705
K. WARNA NYALA DAN SPEKTRA
Akibat rendahnya energy ionisasi, maka ketika unsur golongan IA di sinari
cahaya, energy cahaya yang terserap cukup untuk menjadikan atom kehilangan
sebuah elektron. Elektron yang terlepas dengan cara ini disebut fotoelektron.
Elektron bisa juga tereksitasi pada level energy yang lebih tinggi, misalnya
pada uji nyala. Logam klorida atau garam lainnya yang akan diuji nyala,
dimasukkan dalam HCl pekat, kemudian diletakkan di atas lempeng platinum atau
nikrom, di atas nyala Bunsen.
Tabel 8 Warna nyala dan panjanggelombang
Warna Panjang gelombang (nm)
Bilangan gelombang(cm-1)
Li
Na
K
Rb
Cs
merah tua
kuning
lilac
merah ungu
biru
670,8
589,2
766,5
780,0
455,5
14908
16972
13046
12821
21954
L. WARNA SENYAWA
Warna timbul karena energi diserap atau dipancarkan dalam transisi
elektron yang menghasilkan panjang gelombang pada daerah tampak. Ion-ion
logam golongan I A semuanya mempunyai konfiguarsi elektron seperti gas mulia,
yang semua elektronnya berpasangan. Untuk mempromosikan elektron
memerlukan sejumlah energi untuk memisahkan pasangan elektron, sejumlah
energi untuk memecahkan kulit elektron dan sejumlah energi untuk
mempromosikan elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi. Oleh karena itu
tidak ada transisi elektron yang sesuai sehingga senyawa-senyawanya tidak
berwarna.
Sedikit transisi dapat terjadi dengan melibatkan energi yang tinggi, yang
lebih tampak dalam daerah ultraviolet daripada daerah tampak. Akibatnya tidak
dapat ditangkap oleh mata manusia. Ada beberapa senyawa golongan I A yang
berwarna. Namun warna ini disebabkan oleh warna anionnya, sebagai contoh:
Natrium Kromat (NaCrO4) berwarna kuning, Kalium Dikromat (K2Cr2O7)
berwarna orange dan Kalium Permanganat (KMnO4) berwarna ungu tua.
M. SIFAT-SIFAT KIMIA
1. Reaksi dengan air
Semua logam golongan I A berekasi dengan air membentuk hidroksida
dan melepas hidrogen. Reaksi makin hebat dari atas ke bawah. Litium bereaksi
lambat, natrium meleleh pada permukaan air dan mungkin dapat mengeluarkan
api, sementara kalium meleleh dan selalu mengaluarkan api.
2 Li + 2H2O 2LiOH + H2
2 Na + 2H2O 2NaOH + H2
2 K + 2H2O 2KOH + H2
Tabel 9 Reaksi logam-logam golongan IA
Potensial elektroda standar (Eo) Li+/Li = -3,05 volt, Na+/Na = -2,71 volt,
K+/K = -2,93 volt, Rb+/Rb = -2,92 volt, dan Cs+/Cs = -2,92 volt. Litium memiliki
Eo paling negative sehingga memiliki energi hidrasi tinggi. Hubungan Eo dan
energy bebas Gibbs (ΔG) dinyatakan dalam rumus berikut:
ΔG = -nFEo
dengan n adalah jumlah elektron yang dilepas, F adalah tetapan Faraday. Reaksi
Li+ + e Li memiliki harga Eo paling negatif sehingga menghasilkan ΔG
paling positif. Ini artinya reaksi tidak mungkin terjadi. Tetapi reaksi sebaliknya,
LiLi+ + e memiliki harga negatif yang besar untuk ΔG, sehingga ketika
bereaksi dengan air, litium akan melepas energi paling besar daripada logam
lainnya dalam golongan IA. Berdasarkan fakta ini, menjadi aneh jika litium
bereaksi lambat dengan air. Kejanggalan ini akan lebih jelas diterangkan
berdasarkan teori kinetik daripada termodinamika. Kalium memiliki titik leleh
rendah, dan panas reaksinya cukup untuk membuat logam ini meleleh atau
menguap. Lelehan logam ini akan menyebar dan menyentuh lebih banyak luas
permukaan air, sehingga reaksi lebih cepat, melepas panas lebih banyak dan
mengeluarkan api.
Natrium hidroksida sering disebut soda kaustik, sedangkan kalium
hidroksida sering dikenal sebagai kalium kaustik, karena keduanya bersifat
korosif (sebagai contoh pada bahan gelas atau kaca dan pada kulit). Alkali kaustik
ini terkenal sebagai basa paling kuat dalam pelarut air. Hidroksida Na, K dan Cs
sangat larut dalam air, tetapi LiOH lebih sedikit larut.
Tabel 10 Kelarutan hidroksida golongan IA
Unsur Kelarutan (g/100g H2O)
Li
Na
K
Rb
Cs
13,0 (25oC)
108,3 (25oC)
112,8 (25oC)
197,6 (30oC)
385,6 (15oC)
Basa-basa ini bereaksi dengan asam membentuk garam dan air dan
biasanya digunakan untuk penetralan.
NaOH + HCl NaCl + H2O
Basa-basa ini juga bereaksi dengan CO2, yang ada di udara, membentuk
karbonat. LiOH digunakan menyerap karbon dioksida di ruangan tertutup seperti
poterkapsul (menurunkan berat).
NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O
Basa-basa ini juga bereaksi dengan oksida-oksida ampoter, seperti dengan
Al2O3 membentuk aluminat, dengan SiO2 (atau gelas) membentuk silicat, dengan
SnO2 membentuk stannat, dan dengan ZnO membentuk zinkat.
Basa-basa ini melepaskan amonia dari garam amonium dan dari kompleks
koordinasi.
NaOH + NH3Cl NH3 + NaCl + H2O
NaOH + 2[Co(NH3)6]Cl3 12NH3 + Co2O3 + NaCl + H2O Heksaamin Kobal (III) klorida
NaOH bereaksi dengan H2S membentuk sulpida S2- dan hidrogen sulpida
SH-.
NaOH + H2S NaSH Na2S
Hidroksida bereaksi dengan alkohol membentuk alkoksida.
NaOH + EtOH NaOEt + H2O
2. Reaksi dengan udara
Semua logam golongan IA terbakar di udara membentuk oksida. Jenis
oksida yang terbentuk bergantung pada jenis logamnya Secara kimia unsur-unsur
golongan IA sangat reaktif, cepat timbul bercak (noda) ketika berada dalam udara
kering. Litium membentuk monoksida Li2O (dan beberapa peroksida Li2O2).
Natrium membentuk peroksida Na2O2 (dan beberapa monoksida Na2O). Logam
golongan IA lainnya dapat membentuk superoksida bertipe MO2. Kelima logam
golongan IA dapat diinduksi membentuk normal oksida, peroksida atau
superoksida dengan cara melarutkan logam dalam ammonia cair dan meniupkan
sejumlah oksigen.
Monoksida adalah ionik, misalnya 2Li+ dan O2-. Li2O dan Na2O murni
merupakan padatan putih sebagaimana diharapkan tetapi aneh bahwa K2O
berwarna kuning pucat, Rb2O berwarna kuning cerah dan Cs2O berwarna oren.
Oksida logam biasanya bersifat basa. Oksida M2O merupakan jenis oksida basa
yang kuat dan bereaksi dengan air membentuk basa kuat.
Li2O + H2O 2LiOH
Na2O + H2O 2NaOH
K2O + H2O 2KOH
Struktur Kristal Li2O, Na2O dan K2O merupakan struktur anti-fluorit.
Struktur anti-fluorit mirip dengan fluorit CaF2, namun posisi ion positif dan
negatif bertukar. Artinya, Li+ mengisi posisi yang ditempati F- dan O2- mengisi
posisi yang ditempati Ca2+. Cs2O memiliki struktur anti CdCl2.
3. Reaksi dengan nitrogen
Hanya unsur litium yang bereaksi dengan nitrogen membentuk suatu
nitrida. Litium nitrida merupakan senyawa ion (3Li+ dan N3-) dan berwarna merah
delima. Ada dua reaksi nitrida yang menarik. Pertama, pemanasan pada suhu
tinggi akan menguraikan nitrida ini menjadi unsur-unsurnya. Kedua, nitride ini
bereaksi dengan air membentuk amonia.
2Li3N p⃗anas 6Li + N2
Li3N + 3H2O 3LiOH + NH3
N. KELARUTAN DAN HIDRASI
Semua garam sederhana larut dalam air, menghasilkan ion, dan karenanya
larutannya menghantar arus listrik. Li+ ukurannya paling kecil, sehingga
diharapkan dengan konsentrasi yang sama, daya hantar arus listriknya lebih besar
daripada larutan garam natrium, kalium, rubidium, maupun sesium. Logikanya,
ion berukuran kecil bermigrasi lebih cepat menuju katoda daripada ion besar.
Namun fakta hasil pengukuran menunjukkan hasil sebaliknya yaitu daya hantar
arus listrik garam Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+. Alasan atas keanehan ini adalah
ion terhidrasi dalam larutan. Ion Li+ berukuran paling kecil maka terhidrasi paling
kuat, akibatnya jari-jari ion terhidrasinya berukuran besar, dan ini menyebabkan
pergerakannya menjadi lambat. Sebaliknya, ion Cs+ yang berukuran paling besar,
terhidrasi paling sedikit, jari-jari ion terhidrasinya lebih kecil, maka
pergerakannya menjadi lebih cepat dan daya hantar arus listriknya menjadi lebih
besar.
Tabel 11 Data terkait ion terhidrasi logam golongan IA
Beberapa molekul air tertangkap ion logam dan diikatnya membenttuk
kompleks. Molekul-molekul air ini membentuk kulit primer air. Oleh Karen itu
Li+ secara tetrahedral dikelilingi 4 molekul air. Empat pasang elektron bebas
dari empat atom oksigen dari empat molekul air disumbangkan kepada ion logam.
Menurut teori VSEPR, empat pasang elektron ini akan membentuk struktur
tetrahedral. Menurut teori ikatan valensi, satu orbital 2s dan tiga orbtal 2p
membentuk empat orbital hibrida sp3 yang terisi oleh pasangan elektron bebas
dari atom oksigen.
Gambar 2 Hibridisasi sp3 pada orbital ion terhidrasi logam Golongan IA
Rb+ dan Cs+ merupakan ion yang lebih berat sehingga bisa mengikat 6
molekul air. Teori VSEPR memprediksi struktur octahedral. Teori ikatan valensi
menjelaskan penataan octahedral menggunakan satu orbital s, tiga orbital p dan 2
orbital d untuk berikatan. Berdasarkan kulit primer (primary shell) yang dibentuk
molekul air ini, tetap saja ukuran Cs+ terhidrasi lebih besar daripada Li+ terhidrasi.
Pada lapisan kedua(secondary layer) oleh air, ion logam dapat terhidrasi
lebih kuat, melalui ikatan yang lemah yaitu gaya tarik ‘ion-dipol’. Maksudnya
gaya tarik antara ion logam dan dipol dari molekul air. Kekuatan gaya tarik ini
berbanding terbalik terhadap ukuran ion logam. Artinya, semakin besar ukuran
ion logam maka semakin sedikit molekul air yang terikat. Oleh karena itu, hidrasi
sekunder ini menurun dari litium hingga sesium. Ion litium mengalami hidrasi
paling berat. Hal inilah yang menyebabkan lambatnya pergerakan ion litium
terhidrasi yang berdampak rendahnya daya hantar arus listrik dibanding ion logam
segolongannya.
Gambar 3 Hibridisasi d2sp3 pada orbital ion terhidrasi logam Golongan IA
Catatan, bahwa orbital d berisikan tiga kelompok yang disebut orbital t2g dan dua
kelompok yang disebut eg. Hanya dua kelompok yang digunakan untuk berikatan.
Ukuran ion terhidrasi merupakan faktor penting yang mempengaruhi
gerakan ion-ion ini melawati dinding sel. Hal ini juga menjelaskan perilaku ion
ion ini pada kolom penukar katioon, yang mana ion Li+ terikat kurang kuat
shingga ion Li+ terelusi lebih awal.
Jika suatu garam tidak larut, itu karena energy kisinya lebih besar dari
energy hidrasinya. semakin besar ukuran ion logam, semakin kecil energi
hidrasinya. Secara umum, kelarutan garam-garam golongan IA dalam air,
menurun dari litium ke sesium. Suatu garam dapat larut jika energi yang dilepas
saat terhidrasi lebih besar daripada energi yang diperlukan untuk memecahkan
kisi Kristal (energi kisi). Jadi jika suatu padatan tidak larut berarti energi
hidrasinya lebih kecil daripada energi kisinya.
Tabel 12 Data energy hidrasi dan kisi dari halida golongan IA
Kelarutan dari kebanyakan logam golongan IA menurun dari atas ke
bawah dalam satu golongan. Hal ini disebabkan penurunan energi kisi lebih
lambat daripada penurunan energi hidrasi, atau dengan kata lain energi kisi turun
sedikit sedang energi hidrasi turun lebih banyak. Sebagai contoh, penurunan
energi kisi dari NaCl ke KCl sebesar 67 kJ/mol, sementara penurunan energi
hidrasi dari Na+ ke K+ sebesar 76 kJ/mol, sehingga NaCl lebih larut daripada
KCl. Perkecualian untuk garam fluorida dan karbonat dari logam golongan IA,
bahwa penurunan energi kisi lebih cepat daripada penurunan energi hidrasi dari
atas ke bawah dalam satu golongan. Oleh karena itu, NaF kurang larut daripada
KF.
Gambar 4 Kelarutan terkait energy kisi dan hidrasi. (a) padatan larut, (b) padatan tidak larut
O. LARUTAN LOGAM GOLONGAN IA DALAM AMONIA CAIR
Logam-logam alkali bereaksi dengan ammonia cair (dengan kehadiran
pengotor atau katalis seperti Fe) membentuk amida logam dan hidrogen.
M + NH3 MNH2 + ½H2
Jika pengotor atau katalis tidak ada, maka logam alkali dapat melarut
secara langsung dalam amonia cair yang konsentrasinya sangat tinggi. Logam-
logam ini dapat ditutupi kembali (diratakan permukaannya) dengan melewatkan
amonia tanpa pemanasan.
Logam alkali yang terlarut dalam amonia memberikan warna biru tua dan
spisies utamanya tersolvasi ion logam dan tersolvasi elektron. Jika dibiarkan.
Lambat laun warna biru ini memudar, menandakan terbentuknya logam amida,
pada konsentrasi di atas 3M, larutan berwarna “copper-bronze” dan mengkilap
karena terbentuk kluster ion logam.
Larutan logam alkali dalam amonia dapat menghantar arus listrik lebih
baik daripada larutan garam dengan pelarut selain amonia. Konduktivitasnya
hampir sama dengan konduktivitas logam murni (konduktivitas khusus Hg = 10 -4
ohm-1, Na/NH3 = 0,5 x 10-4 ohm-1, K/NH3 = 0,45 x 10-4 ohm-1). Hantaran arus
listrik ini terutama karena kehadiran elektron tersolvasi.
Logam-logam alkali juga larut dalam amina-amina lain. Larutan ini
digunakan dalam sintesis organik dan anorganik. Larutan logam alkali dalam
amonia merupakan agen pereduksi yang ampuh untuk golongan IVA, VA dan
VIA, beberapa senyawa dan kompleks koordinasi, dan juga mereduksi cincin
aromatis.
Bi + Na/NH3 Na3Bi (Bi direduksi dari bilangan oksidasi 0 menjadi –III)
S + Na/NH3 Na2S (S direduksi dari bilangan oksidasi 0 menjadi –II)
[Ni(CN)4]2- + 2e [Ni(CN)4]4- (N direduksi dari bilangan oksidasi +II menjadi 0)
P. SENYAWA LOGAM GOLONGAN IA DENGAN KARBON
Jika litium dipanaskan dengan karbon maka terbentuk karbida ionic Li2C2.
Logam golongan IA lainnya tidak bereaksi secara langsung dengan karbon.
Karbida serupa dapat terbentuk jika logam tersebut dipanaskan dengan etuna atau
dialirkan di atas larutan logam tesebut dalam ammonia cair.
2 Li + 2C Li2C2
Na + C2H2 NaHC2 Na2C2
Senyawa-senyawa ini mengandung ion karbida (C≡C)2- atau
hidridokarbida (C≡C-H)-. Reaksi penting dari karbida ini adalah jika bereaksi
dengan air maka terbentuk etuna (asetilina). Oleh karena itu, karbida-karbida ini
juga disebut asetilida.
Na2C2 + H2O NaOH + C2H2
LiC2H digunakan untuk industri penghasil vitamin A. Logam-logam
kalium, rubidium dan sesium bereaksi dengan grafit dengan cara menyerang
ruang-ruang di antara lapisan karbon dalam kisi grafit. Reaksi ini menghasilkan
karbida interstisial berwarna yang nonstoikiometri, misalnya C60K(grey),
C36K(blue).
Q. SULPIDA
Semua logam golongan IA bereaksi dengan sulpur membentuk sulpida
Na2S atau polisulpida Na2Sn dengan n = 2, 3, 4, 5 atau 6. Polisulpida tersusun atas
rantai zig-zag dari atom sulpida.
S S S-
-S S- -S S
Natrium sulpida dapat dibuat dengan memanaskan natrium natrium sulpat
dengan karbon atau dengan mengalirkan H2S pada larutan NaOH.
Na2SO4 + 4C Na2S + 4CO
NaOH + H2S NaHS + H2O
NaOH + NaHS Na2S + H2O
Sulpida golongan IA mengalami hidrolisis dalam air dan menghasilkan
larutan alkali yang sangat kuat.
Na2S + H2O NaSH + NaOH
Na2S digunakan untuk pembuatan pewarna sulpur organik dan
menghilangkan rambut hingga akarnya pada pabrik penyamaan kulit. Na2S mudah
dioksidasi oleh udara membentuk natrium tiosulpat, yang ini dimanfaatkan dalam
dunia fotografi untuk melarutkan perak halida dan juga sebagai reagen pada titrasi
iodin dalam skala laboratorium..
2Na2S + 2O2 + H2O Na2S2O3 + 2NaOH
2Na2S2O3 + I2 Na2S4O4 + 2NaI
R. NATRIUM HIDROGEN KARBONAT (NATRIUM BIKARBONAT
Sekitar 200.000 ton NaHCO3 diproduksi secara rutin di USA. Sekitar 40%
digunakan untuk serbuk pengembang (ragi), 15% untuk industri kimia, 12% untuk
bidang farmasi termasuk di dalamnya preparasi anti-asam pada masalah
pencernaan dan 10% digunakan untuk pemadam kebakaran.
NaHCO3 dapat digunakan untuk pembuatan kue atau roti karena terurai
pada suhu antara 50-100oC dan melepaskan gelembung gas CO2.
dipanaskan
2NaHCO3 Na2CO3 + H2O + CO2
S. HIDRIDA
Logam-logam golongan IA bereaksi dengan hidrogen, membentuk hidrida
ion atau mirip garam, M+H-. Kereaktifan bereaksi dengan hidrogen ini menurun
dari litium ke sesium. Hidrida-hidrida ini mengandung ion H- (ini tidak umum,
karena biasanya hidrogen membentuk H+). Eksistensi ion H- ini dapat dibuktikan
dengan dihasilkannya gas hidrogen jika hidrida ini dielektrolisis.
Hidrida-hidrida ini bereaksi dengan air, melepas gas hidrogen. Hidrida
litium digunakan untuk tujuan militer dan untuk pengisi balon meteorologi.
LiH + H2O LiOH + H2
Litium juga membentuk hidrida kompleks, Li[AlH4], yang disebut hidrida
aluminium litium. Li[AlH4] merupakan agen pereduksi yang ampuh. Li[AlH4]
dibuat dari hidrida litium dalam larutan eter.
4LiH + AlCl3 Li[AlH4] + 3LiCl
Hidrida aluminium litium adalah senyawa ion dan berbentuk tetrahedral.
Li[AlH4] merupakan agen pereduksi yang ampuh dan secara luas digunakan
dalam kimia organik, yakni mereduksi senyawa karbonil menjadi alcohol.
Li[AlH4] bereaksi “keras” dengan air sehingga digunakan untuk pelarut organik
kering secara absolut dan sebagai contoh adalah eter yang harus benar-benar
bersih dari air jika digunakan untuk merendam (menyimpan ) natrium. Li[AlH4]
juga mereduksi beberapa senyawa anorganik.
BCl3 + Li[AlH4] B2H6 (diboran)
PCl3 + Li[AlH4] PH3 (pospin)
SiCl4 + Li[AlH4] SiH4 (silan)
Natrium tetrahidridoborat (natrium borohidrida), Na[BH4], merupakan
contoh kompleks hidrida lainnya. Kompleks ini merupakan senyawa ion yang
berisikan ion [BH4]-. Kompleks ini paling baik dibuat melalui pemanasan natrium
hidrida dengan trimetil borat.
230-270oC
4NaH + B(OCH3)3 Na[BH4] + 3NaOCH3
Tetrahidridoborat untuk logam golongan IA yang lain dapat dibuat dari
garam natrium. Tetrahidridoborat ini (khususnya Na dan K) semakin meningkat
penggunaannya sebagai agen pereduksi karena makin berkurang kesensitifannya
dibanding Li[AlH4]. Na[BH4] dapat dikristalisasikan dari air dingin dan K[BH4]
dapat dikristalisasikan dari air panas. Hal ini menjadi keuntungan jika
menggunakan larutan berair. Sementara tetrahidridoborat yang lain bereaksi
dengan air.
[BH4]- + 2H2O BO2- + 4H2
T. NATRIUM SULFAT
Sekitar 4,2 juta ton Na2SO4 dimanfaatkan secara rutin. Sekitar 55%
diperoleh dari produk samping pabrik pembuatan HCl dan dari proses netralisasi
yang menggunakan H2SO4. Sekitar 45% diperoleh dari sumber utamanya yaitu
garam glober Na2SO4.10H2O.
Sekitar 70% Na2SO4 terutama digunakan untuk industry kertas, sekitar
10% digunakan untuk pabrik detergen dan 10% digunakan dalam pabrik
gelas/kaca. Proses pembuatan kertas kraft menggunakan Na2SO4 untuk melarutkan
lignin yang mengikat serat selulosa dalam kayu.
U. PERAN PENTING LOGAM ALKALI DALAM MAKHLUK HIDUP
1. Organisme hidup memerlukan sedikitnya 27 unsur, 15 di antaranya adalah
logam. Logam diperlukan dalam jumlah makro adalah K, Mg, Na dan Ca.
Logam diperlukan dalam jumlah mikro adalah Mn, Fe, Co, Cu, Zn, dan Mo.
Dalam jumlah sedikit adalah V, Cr, Sn, Ni, dan Al.
2. Sejumlah besar golongan I dan II diperlukan makhluk hidup terutama untuk
menyeimbangkan muatan listrik berkaitan dengan makromolekul organik
bermuatan negatif, juga untuk menjaga tekanan osmotik dalam sel, serta
memelihara dari kerusakan dan kehancuran sel.
3. Nampak ada kemiripan sifat kimia antara Na dan K, tetapi kita akan terkejut
manakala fungsi biologi mereka sangat berbeda.
4. Na+ secara aktif dikeluarkan dari sel tetapi K+ tidak. Transport ion ini kadang-
kadang disebut pompa natrium dan ini mencakup pengeluaran aktif Na+ dan
menghisap aktif K+. Analisis cairan di dalam dan di luar sel binatang
menunjukkan bahwa transport ion ini nyata terjadi. dalam sel binatang
konsentrasi ion K+ sekitar 0,15M dan konsentrasi ion Na+ sekitar 0,01M.
5. Dalam cairan tubuh (limpa dan darah) konsentrasi ion K+ sekitar 0,003M dan
konsentrasi ion Na+ sekitar 0,15M.
6. Transport ini memerlukan energi yg diperoleh dari hidrolisis ATP.
Diperkirakan hidrolisis satu molekul ATP menjadi ADP menghasilkan energi
yang cukup untuk memindahkan tiga ion Na+ keluar dari sel dan dua ion K+
serta satu ion H+ masuk ke dalam sel.
7. Perbedaan rasio Na+ dan K+ di dalam dan di luar sel menghasilkan potensial
listrik di antara sisi membran sel. Ini berguna untuk fungsi syaraf dan otot sel.
8. Gerakan glukosa masuk ke dalam sel bersama-sama dengan ion Na+. Ini
disebabkan oleh gradien konsentrasi yg tinggi. Selanjutnya ion Na+ harus
dikeluarkan dari sel. Gerakan asam-asam amino juga demikian.
9. Ion K+ dalam sel berguna untuk metabolisme glukosa, sintesis protein, dan
aktivasi beberapa enzim.
PERTANYAAN:
1. Berikan beberapa alasan, mengapa logam-logam golongan IA sulit
diekstraksi?
2. Na2SO4 sebagaimana tersebut dalam teks di atas, dapat diperoleh dari produk
samping pabrik pembuatan HCl dan dari proses netralisasi menggunakan
H2SO4. Jelaskan alasannya!
3. Berika dua contoh kegunaan logam-logam golongan IA atau senyawanya dan
berikan alasan mengapa digunakan untuk hal tersebut?
4. Jelaskan, mengapa logam-logam golongan IA dalam tiap periodenya:
a. Bervalensi satu?
b. Ionnya besar?
c. Agen pereduksi yang kuat?
d. Sedikit membentuk senyawa kompleks?
e. Memiliki energi ionisasi rendah?
f. Densitas rendah?
5. Mengapa logam-logam golongan IA bersifat lunak memiliki titik didih dan
titik leleh rendah?
6. Ion litium merupakan ion yang paling kecil dalam golongan IA. Diharapkan
ion litium memiliki mobilitas paling besar sehingga memiliki daya hantar
arus listrik yang paling besar. Tetapi faktanya berkebalikan, larutan sesium
paling besar daya hantarnya. Mengapa demikian?.
7. Jari-jari atom litium adalah 1,23 Ao. ketika electron terluar 2s dilepaskan, jari-
jari ion Li+ menjadi 0,76 Ao. Anggaplah bahwa perbedaan jari-jari ini terkait
dengan ruang yang ditempati elektron 2s. Hitung persentase volume atom
lithium yang ditempati elektron valensi tunggal. Apakah asumsi ini bisa
diterima? Mengapa jari-jarinya mengalami penurunan begitu drastis?
8. NaCl tidak berwarna, tetapi Na2CrO4 berwarna kuning. Mengapa demikian?
9. KBr kurang larut daripada NaBr, tetapi K2CO3 lebih larut daripada Na2CO3.
Mengapa demikian?
10. Senyawa LiH mengandung ions Li+ dan H-. Manakah yang lebih besar, ions
Li+ atau H-, mengapa?
11. Berikan persamaan reaksi antara natrium dan:
a. H2O b. H2 c. N2 d. karbon