kimia logam alkali dan alkali tanah
TRANSCRIPT
LOGAM ALKALI DAN ALKALI TANAH
Logam alkali dan alkali tanah adalah logam golongan utama yang unsur-
unsurnya terdapat pada golong IA dan IIA dalam sistem periodik. Dalam bahasa Arab
kali berarti abu.
Logam alkali terdiri atas enam buah unsur, yaitu litium (Li), natrium (Na),
kalium (K), rubidium (Rb), sesium (Cs), dan fransium (Fr). Unsur logam alkali tidak
terdapat bebas di alam melainkan terdapat dalam nbentuk senyawa. Hal itu karena unsur
logam alkali sangat reaktif. Disebut dengan logam alkali karena dapat membentuk basa
kuat.
Logm alkali tanah terdiri atas enam unsur, yaitu berilium (be), magnesium
(Mg), kalsium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) dan radium (Ra). Unsur logam alkali
tanah di alam terdapat dalam bentuk senyawa yang tidak larut dalam tanah. Seperti
halnya logam akali, logam alkali tanah juga membentuk basa kuat namun lebih lemah
dibanding alkali.
Pada pokok bahasan ini akan kita pelajari sifat-sifat logam alkali dan alkali
tanah, yang meliputi sifat, terdapatnya di alam, dan kegunaannya.
1. Logam Alkali (Golongan IA)
Atom-atom logam alkali mempunyai satu elektron yang lebih banyak dari
atom gas mulia terdekat. Satu elektron itu merupakan elektron velansi.
a. Sifat unsur logam alkali
Untuk lebih memudahkan mempklajari sifat fisis unsur logam alkali, perhatiakn
tabel 5.11
Tabel 5.11 sifat fisis unsur logam alkali.
No Sifa
t
fisis
Unsur Litium Natrium Kalium Rubidium Sesium Fransium
Tanda
atom
Li Na K Rb Cs Fr
1. Nomor atom 3 11 19 37 55 87
2. Nomor massa 6,941 22,989 39,098 85,478 132,905 223
3. Konfigurasi
electron
(He)
2s1
(Ne) 3 s1 (Ar) 4s1 (Kr) 5 s1 (Xe)
6s1
(Rn) 7s1
4. Masa jenis (g
cm-3)
0,534 0,971 0,862 1,532 1,878 -
5. Jari-jari atom
(A)
1,45 1,80 2,20 2,47 2,60 2,7
6. Jari-jari ion
(A)
0,60 0,95 1,33 1,48 1,69 2,8
7. Energi
ionisasi
400
- Pertama
(kj/mol)
- Kedua
(kj/mol)
520
7.298
496
4.562
419
3.052
403
2.632
376
2.233
8. Afinitas
electron
59,63 52,86 48,38 46,88 45,50 Est, 44
9. Titik leleh
(0C)
180,5 97,8 63,6 39,5 28,4 25
10. Titih didih
(0C)
1.347 903,8 774 688 678 677
11. Potensial
elektron (v)
L+ + 2e L -3,05 -2,71 -2,93 -2,92 -2,92 2,9
12. Kalor lebur 3.000 2.602 2.335 2.351 2,09 -
13. Kalor uap 147,1 97,42 89,6 76,9 67,8 -
14. Warna nyala Merah
tua
Kuning Ungu Merah-
biru
Biru -
Tabel 5.11 tidak menyatakan sifat transium karena bersifat radioaktif
1) Keteraturan perubahan sifat fisis logam alkali
Berdasarkan pada tabel 5.11 dapat dijelaskan sebagai berikut. Konfigurasi
logam elektron logam alkali adalah ns1 yang berarti terletak pada golongan
IA dalam sistm periodik dan menempati blok S. logam alkali mepunyai
elektron valnsi satu, sehingga mudah melepaskan elektron dan membentuk
ion positif bervalensi satu.
L L+ + 1e
Kecenderungan sifat logam alkali sangat beraturan. Dari atas ke bawah :
- jari-jari atom dan jari-jari ion
- massa jni
- sifat reduktor
secara berurutan semakin besar.
Sementara itu, dari atas ke bawah :
- energi ionisasi
- afinitas elektron
- titik leleh
- titik didih
Secara berurutan semakin kecil
Massa jenis logam alkali menunjukkan logam alkali merupakn logam
ringan. Titik lelehnya yang cukup rendah menunjukkan bahwa logam alkali
merupakan logam-logam yang lunak. Lunaknya logam bertambah dengan
bertambahny nomor atom.
2) Hubungan jari-jari atom dengan kereaktifan logam alkali
Dalam satu golongan dari atas ke bawah jari-jari atom bertambah besar.
Dengan demikian, besarnya energi untuk melepaskan elektron terlemahnya
(energi ionisasi) semakin kecil. Dengan semakin kecil harga energi ionisasi
logam alkali dari Li ke Cs dalam golongan IA sehingga semakin besar
kereaktifan logam alkali. Maka dari atas ke bawah logam alkali :
- semakin mudah melepaskan elektron
- semakin elektropositif
- sifat reduktor bertambah besar.
Secara berurutan bertambah besar.
3) Reaksi-reaksi logam alkali
Logam alkali adalah logam yang reaktif. Kereaktifan logam-logam alkali
bertambah dari atas ke bawah. Kereaktifan logam alkali dapat diketahui dari
reaksi yang dialaminya. Beebrapa reaksi yang akan dipelajari adalah reaksi
dengan air, reaksi dengan oksigen, serta reaksi dengan hidrogen dan
halogen.
a) Reaksi logam alkali dengan air
Logam alkali breaksi dengan air. Pada reaksi tersebut dihasilkan basa
dan gas H2 serta dibebaskan kalor 2L(s) + 2H2O(l) 2LOH(aq) + H2(g). Gas
H2 langsung trbakar dan reaksinya disertai nyala serta ledakan (letupan).
Kecuali litium (Li) yang mmerlukan temperatur + 25 0C serta reaksinya
agak lambat. Untuk lebih memahami reaksi logam alkali dengan air,
berikut diberikan contoh percoban reaksi logam natrium dengan air. Alat
dan bahan yang digunakan ialah botol, gelas kimia, penjepit logam, kaca
arloji, kertas saring, dan logam natrium.
Perlakuan yang diberikan dan hasil pengamatan dari percobaan dapat
dilihat pada tabel 5.12
Tabel 5.12 langkah kegiatan dan hasil pengamatan dari percobaan reaksi
logam natrium dengan air.
No. Perlakuan terhadap logam
Na
Hasil pengamatan
1. Mengambil logam Na dari
botol penyimpanan dengan
menggunakan penjepit logam,
kemudian diletakkan di atas
kaca arloji (hati-hati jangan
sampai kena kulit).
Menyerap minyak tanah dari
permukan logam tersebut
Penampilan permukaan
1) Permukaan logam
tidak halus.
2) Berwarna kuning
kusam
dengan kertas saring.
Mengamati prmukaannya dan
mencatat penampilannya pada
data pengamatan.
2. Mngiris logam natrium dan
mengamti permukaannya, serta
mencatat kekerasannya.
1) Penmapilan
permukaan irisan :
putih seperti perak
dan mengilap
2) Kekerasan: dapat
dioris, lunak.
3. Mengisi dua pertiga bagian
gelas kimia dengan air,
menambahkan 4-5 tetes
indikator PP. mengamati
perubahan yang terjadi. Meraba
(memegang) dinding luar gelas
kimia dengan tangan,
merasakan temperaturnya.
1) Warna air tetap (tidak
berwarna)
2) Temperatur pada
gelas kimia dingin
seperti temperatur
kamar.
4. Memasukkan kertas saring ke
dalam gelas kimia tadi dan
mengatur agar kertas saring
tetap berada pada permukaan
air.
Memotong logam Na sebesar
butir kacang hijau, kemudian
dengan bantuan penjepit logam
meletakkan logam Na tersebut
di atas kertas saring yang ada
di dalam gelas kimia dengan
kaca arloji.
1) Logam Na akan
bergerak ke atas
kertas saring dan
menyala diserta
letupan gas H2.
2) Timbul banyak asap
3) Air di dalam gelas
kimia berubah dari
tidak berwarna
menjadi merah
jambu.
4) Gelas kimi terasa
Mengamati perubahan yang
terjadi dan mencatat hasilnya.
panas, temperatur di
atas tmperatur kamar.
b) Reaksi logam alkali dengan oksigen
Jika logam alkali berada dalam udara (O2) pada tekanan 1 atmosfer,
akan terjadi perubahan sebgai berikut :
(1) Litium akan berubah menjadi (Li2O) yang tercampur sedikit
dengan Li2O2 (Litium peroksida)
(2) Natrium mula-mula akan berubah menjadi Na2O yang kemudian
teroksidasi menjadi Na2O2 (natrium peroksida)
(3) Kalium dan sesium langsung berubah menjadi superoksida:
KO2dan CsO2
c) Reaksi logam alkali dengan hidrogen
Persamaan reaksi dengan logam alkali (L) dengan hidrogen sebagai
berikut.
2L + H2 2LH (LH = hibrida)
d) Reaksi logam alkali dengan halogen
Persamaan reaksi logam alkali (L) dengan alogn sebagai berikut.
2L + X2 2LX
b. Unsur logam alkali di alam
Logam-logam alkali mrupkan logam yang reaktif sehingga di alam tidak
terdapat dalam keadaan bebas, melainkan sebagai senyawa. Natrium dan kalium
terdapat sebagai kerak bumi dalam urutan keenam dan katujuh. Natrium
terutama diperoleh berupa garam NaCl dalm air laut dan pda senyawa chili
(NaNO3). Kalium didapatkan berupa feldspar (K2O,Al2O3,SiO2). Litium terdapat
dalm jumlah kecil pada batuan serta tanah liat.
Rubidium dan sesium amat jarang, sedangakan fransium unsur terakhir dari
golongan IA tidak terdapat di alam, karena merupakan radioaktif buatan.
c. Kegunaan logam alkali dan senyawanya
1) Kegunaan natrium (Na)
Kegunaan natrium dalm kehidupan sehari-hari adlah sebagai berikut.
(1) Natrium digunakan sebagai cairan pendingain (coolant) pada reaktor
nuklir, karena meleleh pada 98 0C dan mendidih pada 892 0C.
(2) Natrium digunakan untuk membuat senyawa natrium yang tidak dapt
dibuat dari NaCl, seperti Na2O2 (natrium peroksida) dan NaCN (natrium
sianida).
(3) Natrium digunakan pada penglohan logam-logam tertentu, seperti Li, K,
dan Zn.
(4) Natrium digunkan pada industri pmbuatan bahan antiketukan pada
bnsin, yaitu TEL (tetraetillead). Daklam hal tersebut Na digunkan untuk
membentuk logam paduan (alloy) dengan Pb. Persamaan reaksi yang
terjadi :
Pb + Na + 4C2H5Cl (C2H5)4Pb + 4NaCl
Alloy TEL
Akan tetapi, senyawa timbal dalam bensin mecemari udara. Oleh karena
itu, penggunaan TEL semakin dikurngai hingga akhirnya diharapkan
tidak digunakan lagi.
(5) Uap natrium digunakan untuk lampu natrium yang berwarna kuning
yang dapt menembus kabut.
(6) Campuran Na dan K untuk termometer temperatur tinggi.
(7) Natrium juga digunakan untuk foto sel dalam alat-alat elektronik.
2) Kegunaan senyawa natrium
a) Natrium hidroksida (NaOH)
Natrium hidroksida disebut dengan nama kaustik soda atau soda api
yang banyak digunakan dalm industri berikut.
(1) Industri sabun dan deterjen
Sabun dibuat dengan meraksikan lemak atau minyak dengan
NaOH. Persamaan reaksinya:
CH2 O C C17H35
O
CH O C C C17H35 + 3 NaOH 3C17COOHNa + CH2OH
O
CH2 O C C17H15 CHOH
O CH2OH
Gliserol
(2) Industri pulp dan kertas
Bahan dasar pmbuatan kertas adalah selulosa. Untuk mendapatkan
selulosa (pulp), bahan baku pulp, yaitu kayu, bambu, dan jerami
dimasak dengan kaustik soda (NaOH).
(3) Pengolahan aluminium
Kaustik soda digunakan untuk mengolah bauksit menjadi Al2O3
(alumina) murni. Bauksit yang masih kotor direaksikan dengan
larutan NaOH pekat sehingga Al2O3 dan SiO2 larut, tetapi Fe2O3
dan kotoran lain tidak larut.
(4) NaOH juga digunakan dalam industri tekstil, plastik, pemurnian
minyak bumi, serta pembuatan senyawa natrium lainnya.
b) Natrium klorida (NaCl)
Natrium klorida lam kehiduypan sehari-hari sangat dibutuhkan untuk
keperluan rumah tangga, yaitu untuk pengolahan bahan makanan. Selain
itu, NaCl juga digunkan pada industri susu serta pengawetan ikan dan
daging, regenerasi alat pelunak air, dan pada pengolahan kulit. Selain
itu, natrium klorida juga digunakan sebagai bahan baku untuk membuat
natrium (Na), klorin (Cl2), H2, HCl, serta senyawa-senyawa natrium
seperti NaOH dan Na2CO3. di negara yang bermusim dingin, natrium
digunakan untuk mencairkan salju di jalan raya.
c) Natrium karbonat (Na2CO3)
Natrum karbonat dinamakan juga soda abu, diguanakan pada industri
pmbuatan kertas, untuk membentuk sabun damar, yang brfungsi
menolak air dan pengikat serat selulosa (pulp). Selaij itu, natrium
karbonat digunakan pada industri kaca, industri detrjen, dan bahan baku
pelunak air (menghilanghkan kesadahan air).
d) Natrium bikarbonat (NaHCO3)
Natrium bikarbonat disebut juga soda kue. Kegunaanya sebagai bahan
pengembang pada pembuatan kue. Pada pembuatan kue, jika adonan
yang mengandung NaHCO3 dipanaskan, senyawa itu akan terurai
membebaskan gas CO2 yang dapat memekarkan dan meninggikan
adonan sehingga kue atau roti menjadi lbih besar karena adanya rongga-
rongga di dalamnya.
e) Natrium sulfida (Na2S)
Natrium sulfida digunakan bersama-sama dengan NaOH pada proses
pengolahan pulp (bahan dasar pembuat kertas). Pulp yang dihasilkan
lebih bagus dan lebih kuat dibandingkan dengan pulp hasil proses soda.
Proses itu disebut juga proses kraft.
f) Kegunaan senyawa natrium yang lain
(1) NaCN untuk ekstraksi emas dan untuk mengeraskan baja
(2) NaNO2 untuk bahann pengawet
(3) NaHSO3 untuk proses pembuatan pulp
(4) Na2SO4.10H2O sebagai bahan yang dapat dipakai untuk
menyimpan energi surya, sehingga dapat dipakai sebagai
penghangat ruangan dan penghangat air.
(5) Na2SiO3 untuk bahan prkat atau pengisi dalam industri kertas
(karton) dan sebagai bahan pengisi pada industri sabun.
3) Kegunaan kalium (K)
Kegunaan kalium dalam kehidupan sehari-hari ialah sebagai berikut.
(1) Unsur kalium sangat penting bagi pertumbuhan. Tumbuhan membntuk
garam-garam kalium, tidak sebagai ion K+ sendiri, tetapi bersama-
sama ion Ca2+ dalam perbandingan tertentu.
(2) Unsur kalium digunakan dalam pembuatan kalium superoksida (KO2)
yang dapat bereaksi dengan air membentuk oksigen.
Persamaan reakisnya:
4KO2(s) + H2O(l) 4KOH(aq) + 3O2(g)
senyawa KO2 digunakan sebagai bahan cadangan oksigen dalam
tambang (bawah tanah), kapal selam, dan digunakan untuk
memulihkan seseorang yang keracunan gas.
4) Kegunaan senyawa kalium
Kegunaan senyawa kalium ialah sebagai berikut.
(1) KOH digunakan pada industri sabun lunak (lembek)
(2) KCl dan K2SO4 digunakan untuk pupuk pada tanaman
(3) KNO3 digunakan sebagai komponen esendial dalam bahan peledak,
petasan dan kembang api.
(4) KClO3 digunakan untuk pembuatan koreka api, bahan peledak, dan
mercon. KClO3 dapat digunanakn pula sebagai bahan pembuat gas Cl2,
apabila direaksikan dengan larutan HCl pada laboratorium.
(5) K2CO3 digunakan pada industri kaca.
5) Logam alkali lain dan senyawanya
Selain natrium dan kalium, kegunaan logam alkali lain dan senyawanya
ialah sebagai berikut.
(1) Litium digunakan untuk membuat baterai
(2) Rubidium (Rb) dan sesium (Cs) digunakan sebagai permukaan peka
cahaya dalm sel foto listrik yang dapt merubah cahaya menajdi listrik.
(3) Li2CO3 digunakan untuk pembuatan beberapa jenis peralatan gelas dan
keramik.
d. Pembuatan Logam Alkali Dan Senyawanya
1) Pembuatan logam natrium (Na)
Logam nnatrium diperoleh dengan cara elektrolisis leburan (lelehan) NaCl
yang dicampur dengan CaCl2 yang berguna untuk menurrunkan titik cair
dari 800 0C menjadi sekitar 500 0C. Karena potensial reduksi ion Na+ maka
pada elektrolisis hanya terjadi reduksi ion Na+. Proses pembuatan logam Na
melalui elektrolisis leburan NaCl, menggunakan sel down.
Persamaan reaksi elektrolisis leburan NaCl:
2 NaCl(l) 2 Na+(l) + 2 Cl-
(l)
Katode (-) 2 Na+(l) + 2 e 2 Na(l)
Anode (+) 2 Cl-(l) 2 Cl(g) + 2 e
2 NaCl(l) 2 Na(l) + 2 Cl(g)
Logam Na cair yang terjadi pada katode dapat mengapung di atas cairan
NaCl, selanjutnya dikumpulkan dalam alat penampung khusus. Logam
alkali dibuat dengan cara elektrolisis leburan atau lelehan garam-garamnya.
2) Logam kalium dapat dibuat dengan
(1) Elektrolisis lelehan KOH, tetapi karena kalium yang dihasilkan mudah
larut dalam leburan KOH maka proses itu tidak efktif;
(2) Elektrolisis lelehan KCN;
(3) Reduski garam kloridanya;
(4) Reduksi KCl dengan natrium.
3) Litium (Li) dibuat dengan cara elektrolisis cairan LiCl. Logam Li diperoleh
di katode dan gas Cl2 diperoleh di anode.
Pembuatan logam alkali dan senyawanya, yang akan dibahas di sini adalah
proses pembuatan logam natrium (Na) dan natrium hidroksida (NaOH)
4) Pembuatan senyawa akali yang akan dibahas di sini adalah :
Pembuatan natrium hidroksida (NaOH)
Senyawa natrium hidroksida dapat dibuat dengan cara elektrolisis larutan
NaCl. Proses elektolisis larutan NaCl dapat dilihat melalui bagan sel Nelson.
Persamaan reaksi elektrolisis larutan NaCl :
2 NaCl 2 Na+ + 2 Cl-
Katode (-) 2 H2O + 2 e 2 OH- + H2
Anode (+) 2 Cl- Cl2 + 2 e
2 NaCl + 2H2O 2 Na+ + 2OH- + Cl2 + H2
NaOH
e. Warna Nyala Logam Alkali
Senyawa logam alkali bila dipanaskan bisa memancarkan warna yang khas,
yang dapt untuk mengenali jenis logam alkali dalam senyawa tersebut. Di dalam
laboratorium kita dapat melakukan uji reaksi nyala sebagai berikut. Misalkan
yang akan diamati adalah warna nyala dari logam alkali natrium (Na) maka
senyawa garam natrium klorida diambil satu sendok makan dan diletakkan
salam cawan porselen. Selanjutnya, senyawa tersebut ditetesi alkohol dan
dinyalakan (dibakar) sambil diaduk-aduk suapay warna nyalanya tampak jelas.
Ternyata, tampak dari pembakaran senyawa garam natrium tersebut adalah
warna kuning. Gambar 5.5 menunjukkan percobaan reaksi nyala garam NaCl.
Dengan melakukan percobaan yangs ama terhadap senyawa logam alkali
tanah yang lain, dapat disimpulkan warna nyala dari garam alklai tanah, seperti
pada tabel 5.13
Tabel 5.13 Warna Nyala Logam Alkali Dalam Senyawa Garam.
No Ion Logam Alkali Warna Nyala
1.
2.
3.
4.
5.
Li+
Na+
K+
Rb+
Cs+
Merah tua
Kuning
Ungu
Merah-biru
Biru
2. Logam Alkali Tanah (Golongan II A)
Logam golongan II A disebut logam alkali tanah karena sifat-sifatnya seperti
logam alkali. Dalam sistem periodik, logam alkali tanah terletak dua nomor
lebih jauh dari gas mulia, karena itu atom-atom logam alkali tanah
mempunyai dua elektron lebih banyka dari atom gas mulia sebelumnya.
Kedua elektron itu merupakan elektron velansi yang menetukan sifat-sifat
kimia logam alkali tanah.
Untuk lebih memperjelas sifat logam alkali tanah, berikut diberikan
tabel sifat fisis logam alkali tanah.
Tabel 5.14 Sifat Fisis Logam Alkali Tanah.
no Unsur Berilium Magnesium Kalsium Stronsium Barium
Sifat
fisis
Tanda
atom
Be Mg Ca Sr Ba
1. Nomor atom 4 12 20 38 56
2. Nomor massa 9,012 24,31 40,08 87,62 137,30
3. Konfigurasi
elektron
(He) 2s2 (Ne) 3 s2 (Ar) 4s2 (Kr) 5 s2 (Xe) 6s2
4. Masa jenis (g cm-
3)
1,85 1,74 1,54 2,6 3,51
5. Jari-jari atom (A) 1,05 1,50 1,80 2,00 2,15
6. Jari-jari ion (A) 0,31 0,65 0,99 1,13 1,35
7. Energi ionisasi
- Pertama (kj/mol)
- Kedua (kj/mol)
900
1.759
738
1.451
590
1.146
550
1.064
503
965
8. Titik leleh (0C) 1.287 649 839 768 729
9. Titih didih (0C) 2.472 1.090 1.484 1.377 1.89
10. Potensial elektron
(v)
M2+ + 2e M -1,87 -2,36 -2,87 -2,90 -2,91
11. Warna nyala Merah
jingga
Merah tua Hijau
a. Sifat Unsur Logam Alkali Tanah
Untuk menjelaskan unsur logam alkali tanah perhatikan data pada tabel 5.14.
Yang akan diterangkan disini adalah keteraturan perubahan sifat fisis logam
alkali tanah serta hubungan besarnya jari-jari atom dengan kereaktifan logam
alkali tanah.
1) Keteraturan perubahan sifat fisis logam alkali tanah.
Dari data tabel 5.14 dapat dijelaskan sebagai berikut. Konfigurasi elektron
logam alkali tanah adalah ns2 yang berarti golongan IIA (blok S) pada sistem
periodik, memiliki elektron valensi dua, sehingga mudah melepaskan kedua
elektron valensinya. Dengan demikian, akan tercapai susunan atom gas mulia
dan terbentuk ion M2+.
M M2+ + 2 e
Apabila dibandingakan dengan logam alkali yang hanya perlu melepaskan
satu elektron untuk mencapai konfigurasi gas mulia maka golongan alkali
tanah kurang reaktif dari pada golongan alkali karena perlu melepaskan 2
elektron. Kecenmderungan sifat logam alkali tanah sangat beraturan, seperti
halnya logam alkali (IA). Keterangan perubahan sifat fisis tersebut ialah
sebagai berikut.
Dari atas ke bawah :
- jari-jari atom dan jari-jari ion
- sifat reduktor
secara beraturan semakin besar
sementara itu, dari atas ke bawah:
- energi ionisasi
- efinitas elektron
secara beraturan semakin kecil.
Kemampuan unsur alkali tanah dlam meredukis lebih lemah dari pada unsur-
unsur golongan lkali. Data E0 reduksi alkali tanah lebih besar dari pada E0
reduksi golongan alkali atau E0 oksidasi alkali tanah lebih kecil dari pada E0
oksidasi golongan akali, sehingga sifat reduktor alkali tanah juga lebih kecil.
2) Hubungan jar-jari atom dengan kerreaktifan logam alkali tanah
Seperti halnya golongan alkali, golongan alkli tanah juga mempunyai
keteraturan dan kecenderungan yang sama. Hubungan jari-jari atom dengan
keraktifan logam alkali tanah ialah makin besar jari-jari atom semakin mudah
melepaskan elektron, semakin besar pula kereaktifan logam alkali tanah dan
semakin elektropositif. Sehingag jari-jari atoom dan keraktifan unsur-unsur
logam alkali bertambah secara berurutan dari atas ke bawah (dari berilium ke
barium)
3) Rekasi logam alkali tanah
Seperti halnya logam alkali, leogam alkali tanah juga bereaksi dengan air
membentuk basa, tetapi berlangsungnya reaksi tidak sehebat logam alkali.
Logam alkali tanah juga bereaksi dengan unsur-unsur non logam, seperti
oksigen, nitrogen, dan halogen..
Untuk lebih memudahkan, dalam reaksi logam alkali tanah selanjutnya
dilambangkan dengan M.
a) Reaksi dengan air
Semua logam alkali tanah dapat beraksi dengan air. Magnesium bereaksi
lambat dengan air dingin dan lebih cepat dalam air panas. Secara umum,
persamaan reaksinya sbb :
M(s) + H2O(l) M(OH)2(s) + H2O(g)
b) Reaksi dengan oksigen
Semua logam alkali tanah bereaksi dengan O2 di udara membentuk
oksida, kecuali berilium dan magnesium yang hanya dapat beraksi jika
dipanaskan (dibakar). Persamaan reaksinya :
M(s) + O2 2MO(s)
Jika logam Mg dibakar, selain oksida juga terbentuk ditrida.
Mg(s) + O2(g) 2MgO(s)
3Mg(s) + N2(g) Mg3N2(s)
Magnesium ditrida bereaksi dengan air membentuk amoniak.
Mg3N2(s) + 3H2O 2NH3(g) + 3MgO
c) Reaksi dengan halogen
Semua logam alkali tanah bereaksi dengan halogen (X2) membentuk
garam halida. M(s) + X2(g) MX2(s)
d) Reaksi dengan asam
Semua logam alkali tanah bereaksi dengan asam kuat membentuk garam
dan gas hidrogen. Mg(s) + 2HX(aq) MX2(aq) + H2(g)
Reaksi logam alkali tanah dengan asam yang sering dicoba di
laboratorium adalah logam Mg dengan larutan asam klorida.
Percobaannya sebagai berikut:
(1) Menyiapkan labu erlenmeyer yang diisi larutan asam klorida (HCl(aq))
(2) Memasukkan potongan logam magnesium (Mg(s))
(3) Menampung gas H2 yang terbentuk dengan balon. Setelah dihasilkan
gas H2 cukup banyak, dites dengan nyala api maka akan terjadi
letupan gas H2.
Persamaan reaksi yang terjadi adalah
Mg(s) + HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g)
e) Reaksi dengan basa
Logam alkali tanah yang paling lemah kereaktifannya adalah berilium.
Namun demikian, logam Be dapat pula berekasi dengan basa kuat sifat
berilium yang dapat bereaksi dengan basa kuat dan asam kuat disebut
amfoter.
Selain logam berilium yang bersifat amfoter, basa dari logam alkali
tanah pun ada yang bersifat amfoter, yaitu Be(OH)2. Hal itu disebabkan
sifat basa logam alkali tanah dalam satu golongan dari Be ke Ba (dari
atas ke bawah) makn bertambah kuat. Basa Be(OH)2 merupakan basa
yang paling lemah.
Persamaan reaksi Be dan Be(OH)2 yang bersifat amfoter adalah sebagai
berikut
Be(s) + 2NaOH(aq) + 2H2O(l) Na2Be(OH)4(aq) + H2(g)
Be(s) + HCl(aq) BeCl2(aq) + H2(g)
Be(OH)2(s) + 2NaOH(aq) Na2Be(OH)4(aq)
Be(OH)2(s) + 2HCl(aq) BeCl2(q) + H2O(l)
4) Kelarutan logam alkali tanah
Senyawa logam alkali tanah pada umumnya sukar larut dalam air, berbeda
dengan senyawa logam alkali yang pada umumnya mudah larut dalam air.
Untuk mengetahui kelarutan senyawa logam alkali tanah, dilakukan suatu
eksperimen, yaitu mereaksikan larutan yang mengandung ion-ion logam
alkali tanah dengan berbagai pereaksi. Pereakis tersebut terdiri dari ion
hidroksida, ion karbonat, ion sulfat, ion oksalat, dan ion kromat yang
konsentrasi dan volumenya sama. Misalny, sama-sama 5 mL ion logam alkali
tanah 0,05 M dengan mL ion hidroksida 0,05 M. eksperimn tersebut
dilengkapi pula dengan data-data Ksp dari masing-masing garam yang
terbentuk. Dari eksperimen tersebut diperoleh data, seperti yang tertera pada
tabel 5.15
Tabel 5.15
Data Hasil Eksperimen Kelarutan Senyawa Larutan Alkali Tanah
Ion Logam
Alkali
0,50 M
Ion
Pereaksi
0,05 M
Ksp
Mengend
ap (+)
Atau
tidak
mengend
ap (-)
Hubungan Ksp Dengasn
Hasil Kali Konsentrasi Ion-
Ion
Mg2+
Ca2+
Sr2+
Ba2+
OH-
(Hidroks
ida)
1 x 10-11
4 x 10-5
4 x 10-4
5 x 10-3
+
+
-
-
[Mg2+][OPH-] > Ksp
Mg(OH)2
[Ca2+][OPH-] > Ksp
Mg(OH)2
[Sr2+][OPH-] < Ksp
Mg(OH)2
[Ba2+][OPH-] < Ksp
Mg(OH)2
Mg2+
Ca2+
Sr2+
Ba2+
Co32-
(karbona
t)
1 x 10-5
5 x 10-9
1 x 10-10
5 x 10-9
+
+
+
+
[Mg2+][CO32-] > Ksp
[Ca2+][ CO32-] > Ksp
[Sr2+][ CO32-] > Ksp
[Ba2+][ CO32-] > Ksp
Mg2+
Ca2+
Sr2+
Ba2+
SO42-
(sulfat)
1 x 10-2
1 x 10-6
1 x 10-7
1 x 10-10
-
+
+
+
[Mg2+][SO42-] < Ksp
[Ca2+][ SO42-] > Ksp
[Sr2+][ SO42-] > Ksp
[Ba2+][ SO42-] > Ksp
Mg2+
Ca2+
Sr2+
Ba2+
C2O42-
(oksalat)
Besar
2 x 10-9
5 x 10-8
2 x 10-7
-
+
+
+
-
[Ca2+][C2O42-] > Ksp
[Sr2+][C2O42-] > Ksp
[Ba2+][C2O42-] > Ksp
Mg2+
Ca2+
Sr2+
Ba2+
CrO42-
(kromat)
Besar
Besar
2 x 10-5
1 x 10-10
-
-
+
+
-
-
[Sr2+][CrO42-] > Ksp
[Ba2+][CrO42-] > Ksp
Catatan :
1. Endapan hidroksida dan garam alkali tanah berwarna putih, kecuali garam
kromat berwarna kuning.
2. Menurut perhitungan
a. Untuk basa alkali tanah 5 mL M2+ 0,05 M + 5mL OH- 0,05 M, jika
konsentrasi ion logam dimusalkan [M2+]
maka, [M2+][OH-]2 = (0,025)(0,025)2
= 1,56 x 10-5
b. Untuk garam alkali tanah 5mL M2+ 0,05 M + 5 mL X2- 0,05 M, jika
konsentrasi ion logam dimisalkan [M2+] dan konsentrasi sisa asam
dimisalkan [X2-]
maka [M2+][X2-]= (0,025)(0,025)
= 6,25 x 10-4
3. [M2+] [X2-] > Ksp MX = lewat jenuh (mengendap)
[M2+] [X2-] = Ksp MX = jenuh
[M2+] [X2-] < Ksp MX = tidak jenuh (larut)
Kesimpulan dari hasil eksperimen kelarutan senyawa logam alkali tanah
adalah sebagai berikut ;
(1) secara berurutan dari Be ke Ba (dari atas ke bawah), basa logam alkali
tanah mempunyai harga Ksp yang semakin besar, sehingga sifat basanya
semakin kuat dan kelarutannya semakin besar.
(2) Secara berurutan dari Be ke Ba (dari bawah ke atas), senyawa garam
karbonat, sulfat dan kromat dari logam alklai tanah sukar larut atau
kelarutannya semakin kecil.
b. Unsur logam alkali tanah di alam
Seperti halnya logam alkali, logam alkali tanah juga tidak terdapat bebas di alam,
melainkan dalam bentuk senyawa-senyawa.
Untuk lebih memudahkan mempelajari unsur-unsur logam alkali tanah di alam,
perhatikan tabel 5.16
Tabel 5.16 logam alkali tanah di alam
No Nama Unsur Tanda Atom Tempatnya di alam
1. Berilium Be Bersama-sama aluminium dan
senyawa silikat beryl
(3BeSiO3.Al3(SiO3)3 atau
Be3Al2(SiO3)6
2. Magnesium Mg Magnesit (MgCO3)
Dolomit (CaCO3.MgCO3)
Epsonit atau garam Inggris
(MgSO4.7H2O)
Kiserit (MgSO4.H2O)
Kaimit (KCl.MgSO4.3H2O)
Olivin (Mg2SiO4)
Asbes (CaMg2(SiO3)4)
3. Kalsium Ca Dolomit (CaCO3MgCO3)
Batu kapur atau marmer (CaCO3)
Gips (CaSO4.2H2O)
Fosforit [Ca3(PO4)2]
Flourspar (CaF2)
Apatit [Ca3(PO4)2.CaF2]
4. Stronsium Sr Salestit (SrSO4)
Strosianit (SrCO3)
5. Barium Ba Barit (BaSO4) dan witerit (BaCO3)
6. Radium Ra Bijih uranium (Pithblande) zat radio
aktif
c. Kegunaan logam alkali tanah dan senyawanya
1) Beriluim (Be)
Kegunaan berilium dalam kehidupan sehari-hari ialah sebagi berikut ;
(1) Logam berilium dipakai pada tabung sinar X, komponene reaktor atom,
dan pembuatan salah satu komponene televisi.
(2) Campuran logam berilium dan tembaga (alloy Be) digunakan pada
pembuatan pegas, klip, dan sambungan listrik.
2) Magnesium
Kegunaan magnesium dalam kehidupan sehari-hari ialah sebagai berikut :
(1) Logam magnesium digunakan dalam pembuatan logam paduan (alloy)
untuk membuat campuran logam yang ringan dan liat yang dapat
digunakan pada pembuatan alat-alat bringan, seperti suku cadang
pesawat terbang atau alat-aolat rumah tangga.
(2) Logam magnesium digunakan sebagai pelindung katode untuk
mencegah korosi pada pipa atau tangki, karena Mg lebih reaktif
dibandingkan dengan besi.
(3) Logam magnesium digunakan usebagai bahan pereduksi dalm proses
pengolhana logam tertentu. Logam magnesium digunakan untuk
kembang api dan pada lampu blitz (fotografi).
3) Kalsium (Ca)
Kegunaan kalsium dalm kehidupan sehari-hari ialah sebagai berikut
(1) logam klsium digunkan sebagai pereduksi dalam pembuatan logam lain
yang kurang umum, seperti Sc, W, Th, U, dan lantanida, dari oksida atau
flouridanya.
(2) Logam kalsium digunakan dalam pembuatan baterai
(3) Logam kalsium digunakan pada pembuatan alloy tembaga dan
aluminium.
(4) Unsur kalsium banyak terdapat dalam susu danh teri yang berperan
dalam pertumbuhan tulang dan gigi.
4) Stronsium dan barium (Sr dan Ba)
Senyawa stronsium dan barium digunakan untuk pembuatan kembang api,
karena memberi warna nyala yang bagus dan menarik, yaitu Sr memberi
warna nyala merah tua dan Ba memberi warna nyala hijau.
5) Senyawa alkali tanah
Kegunan senyawa alkali tanah dalm kehidupan sehari-hari ialah sebegai
berikut
a) magnesium oksida (MgO)
digunakan sebagai bahan untuk melapisi tanur yang menggunakan
temperatur tinggi (tahan panas)
b) magnesium hidroksida (Mg(OH)2)
(1) sebagai bahan pasta gigi
(2) suspensinya untuk memnetralkan asam lambung yang berlebihan
(obat sakit maag)
c) garam inggris atau epson (MgSO47H2O)
sebagai obat pencahar (cuci perut)
d) kapur tohor atau quick lime (CaO)
(1) untuk kapur tulis
(2) bersifat dehidrator untuk mengikat air (menghilanhkan air) pada
etanoluntuk mengeringkan gas, dan untuk mengikat SO2 pada
cerobong asap.
e) Kalsuim karbida atau batu karbit (CaC2)
Untuk pembuatan gas asitelina (C2H2) yang digunakan untuk
pengelasan.
f) Batu kapur (CaCO3)
Bersama-sama dengan kapur tohor digunakan untuk menetralkan tanah.
g) Gips (CaSO4 2H2O)
Digunakan dalam bidang kesehatan untuk penderita patah tulang dan
untuk cetakan giri.
h) Kapur mati atau kapur sirih (Ca(OH)2)
(1) Digunakand alam pembuatan basa lain
(2) Sebagai serbuk pemutih dalam pemurnian gula dan penyamakan
kulit
(3) Dapat digunakan sebagai pengapur dinding.
(4) Campuran kapur mati, pasir, dan air merupakan adukan yang
digunakan dalam penyusunan batu bata pada bangunan. Proses
pengerasannya melibatkan CO2 dari udara yang bereaksi dengan
Ca(OH)2 membentuk batu kapur CaCO3
i) Kalsium klorida (CaCl2)
(1) Digunakan untuk melebur es di jalan raya pada musim dingin
(2) Pada mesin pendingan menurunkan titik beku, karena CaCl2 sangat
higroskopis, dapat mengikat air sebagai CaCl2. 6H2O.
d. Pembuatan Logam Alkali Tanah
Pada pembuatan logam alkali tanah secara besar-besaran untuk industri pada
umumnya dilakukan dengan cara elektrolisis lelehan garan kloridanya.
Logam alkali tanah yang paling banyak diproduksi adalah logam magnesium.
Untuk itu yang akan dibahas pada pembuatan logam alkali tanah di sini adalah
pembuatan magnesium.
Pembuatan logam magnesium (Mg)
Logam magnesium dapat diperoleh melalui ekstraksi air laut. Langkah kerja yang
dilakukan pada proses tersebut ialah sebagai berikut.
1) Kulit hewan laut dna kerang dibakar untuk menghasilkan CaO
2) CaO direaksikan direaksikan dengan air, menghasilkan air kapur sebagai
sumber basa
3) Air laut ditambah Ca(OH)2 sehingga Mg(OH)2 mengendap
4) Mg(OH)2 yang terbentuk diendapkan dan disaring, selanjutnya direaksikan
dengan HCl, menghasilkan MgCl2(aq)
5) MgCl2(aq) yang terbentuk dikristalkan , selnjutnya dilelehkan atau dilebur
untuk dielektrolisis.
Langkah-langkah tersebut dapat ditulis dengan persamaan reaksi sebagai berikut.
1 CaCO3(s)
CaO(s) + CO2(g)
2 CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2
3 Mg2+(aq) + OH-
(aq) Mg(OH)2(s)
4 Mg(OH)2(s) + 2HCl MgCl2(aq)+ 2H2O(l) Elektrolisis lelehan
MgCl2
5 MgCl2(l) Mg2+ + 2Cl
Katode (-)Mg2+ + 2e Mg(s)
Anode (+) 2Cl Cl2(g) + 2e
MgCl2(l) Mg(s) + Cl2(g)
Lelehan MgCl2 harus dicampur dengan CaCl2 untuk menurunkan temperatur
sekitar 70000C. sebagai anode digunakan karbon (C). gas Cl2 yang dihasilkan
digunakan kembali untuk membuat HCl
Selain dengan cara elektrolisis, MgCl2(l) dapat pula dihasilkan dengan cara
reduksi MgO yang berasal dari dolomit. Proses tersebut dilangsungkan pada
temperatur tinggi, 1.2000C dan tekanan rendah. Mg yang terbentuk berupa uap
Mg dan menyublim menjadi Mg padat dalam keadaan murni. Persamaan
reaksinya sebagai berikut
MgCO3.CaCO3
MgO + CaO + CO2(g)
2MgO + CaO + Si CaSiO3 + 2Mg
e. Warna nyala logam alkali tanah
Seperti halnya pada logam alkali, logam alkali taah yang senyawa garamnya
mempunyai warna nyala yang khas. Warna dari logam tersebut dapt dipakai
untuk mengidentifikasi logam alkali tanah tersebut . hasil penelitian warna nyala
logam alkali dalam senyawa garamnya dapat dilihat pada tabel 5.17
Tabel 5.17 Warna Nyala Logam Alkali Tanah Dalam Senyawa Garam
No Ion Logam Alkali Tanah Warna Nyala
1.
2.
3.
4.
5.
Be2+
Mg2+
Ca2+
Sr2+
Ba2+
-
-
merah jingga
merah tua
hijau muda
