Unsur – unsur golongan VB

1
Unsur – unsur golongan VB
Golongan VA terdiri dari 4 unsur yaitu Vanadium (V), Niobium (Nb),
Tantalum (Ta). Beberapa sifat unsur golongan ini dapat kita lihat pada tabel
berikut :
Sifat – sifat
Konfigurasi
Vanadium
Niobium
Tantalum
Dubnium
(V23)
(Nb41)
(Ta73)
(Db105)
2, 8, 11, 2
2, 8, 18, 12, 2, 8, 18, 32, 2, 8, 18, 32,
1
Elektron terluar
Massa
3d3 4s2
atom 50, 94
4d4 5s1
11, 2
32, 11, 2
5d3 6s2
5f14 6d3 7s2
130, 95
268
16,6
-
92, 91
(g/mol)
Masa jenis
6,1
Titik cair (° C)
1900
8,4
2996
-
Titik didih (° C)
3450
2468
5425
-
atom 1,34
3300
1,49
-
0,73
-
7,00
-
1,5
-
Jari-jari
1,46
(A°)
Jari-jari ion (A°)
0,59
Potensial ionisasi 6,74
0,70
pertama
6,80
Elektronegativitas 1,6
Bilangan oksidasi
-1, +2, +3, +3, +4, +5
-1, 0, +1, +2, 1,6
+3, +4, +5
-1, +2, +3, +4, +5
+4, +5
Kalor uap
106
Kalor lebur
4,2
Kapasitas
(25 °C)
J/(mol·K)
kalor 24.89
180
-
6,4
6,8
-
24.60
25.36
-
-
2
Sifat magnetic
Paramagnetic no data
Resistivitas listrik (20 °C) 197
(0 °C) 152
no data
-
(20 °C) 131
-
(nΩ·m)
Konduktivitas
30.7
53.7
57.5
termal (300 K)
-
(W·m−1·K−1)
-
Ekspansi
termal 8.4
(25
7.3
6.3
°C)
(µm·m−1·K−1)
-
Kecepatan suara 4560 m/s
(pada
3480 m/s
3400 m/s
-
wujud
kawat) (20 °C)
Modulus Young
128 GPa
105 GPa
186 GPa
Modulus geser
47 GPa
38 GPa
69 GPa
6.0
6.5
Skala
kekerasan 6.7
Mohs
Elektron terluar V ( 3d3 4S2 ), Nb ( 4d4 4S1 ), Ta ( rd3 4S2 ). Bilangan
oksidasi bervariasi, stabilitas bilangan oksidasi +5 meningkat dari V-Nb-Ta.
Dengan demikian V+5 mudah direduksi menjadi V+2 sedang Nb+5 dan Ta+5
tetap stabil, V+5 merupakan oksidator yang baik. Sifat unik tiap-tiap unsur
berkurang dangan berkurangnya ukuran kation. Dengan demikian sifat unik V+4 >
V+3 > V+2. Akibatnya VCl4 bersifat kovalen.
Sifat oksidanya, V2O5 amphoter tetapi lebih bersifat asam, sedang Nb2O5
dan Ta2O5 lebih sedikit basa.
Pada suhu kamar tidak reaktif tetapi pada pemanasan bereaksi membentuk
halida VCl5, VCl4, VCl3, dan VI3. sedang Nb dan Ta hanya membentuk halida
tipe MX5.
Semua halida bersifat kovalen, mudah menguap. Dengan H2 membentuk
senyawa non-stoikiometrik, VH0,7 ; NbH0,86 dan TaH0,76. Kecenderungan
membentuk komplek : V > Nb > Ta
3
Jari-jari ( ion dan atom ) Nb dengan Ta hampir sama sebagai akibat
lanthanida contraction, sehingga sifat keduanya hampir sama.
Senyawa logam-logam ini dengan bilangan oksidasi rendah tampah
berwarna karena adanya orbital d yang berisi sebagian.
1. Vanadium
•
Sejarah dan terdapatnya :
Pada tahun 1831, ahli kimia Swedia, Niel Grabiol Sefstrom
menemukan unsur baru dalam bijih besi di Swedia. Unsur itu dinamakannya
Vanadium seperti dewi Vanadis yang berarti cantik menawan. Tahun 1865
Roscor dan Thorpe menemukan unsur ini berada bersama tembaga dan lapisan
bawah batu pasir dari cheshire. Senyawa vanadium tersebar melimpah dalam
kerak bumi.
Beberapa mineral vanadium yang menonjol adalah :
1. vanadinite : 3 Pb3(VO4)2 . PbCl2
2. carnotite
: K2O . 2UO3 . V2O53H2O
3. patronite
: V2S5 . 3CuS2
Vanadium juga terdapat dalam tanah liat, batu-batuan, batu bara dan
minyak mentah dengan kadar yang kecil.
Cara mendapakan Vanadium diantaranya adalah dengan cara ekstraksi dari
beberapa senyawa yaitu :
a. Dari vanadinite.
Ekstrksi dari bijih ini melibatkan beberapa tahap :
1) Pemisahan PbCl2.
Bijih direaksikan dengan HCl pekat, PbCl2 akan mengendap,
dioxovandium chlotida (VO2Cl) tetap dalam larutan.
2) Pembuatan V2O5.
4
Setelah PbCl2 dipisahkan, larutan ditambah NH4Cl dan dijenuhkan
dengan NH3, sehingga terbentuk NH4VO3 yang bila dipanaskan akan
terbentuk V2O5.
3) Reduksi V2O5.
V2O5 direduksi dengan Ca pada 900 – 950 º C untuk memperoleh
vanadium murni ( Mardenand – Rich, 1927 ).
b. Dari carnotite.
1) Pembuatan sodium orthovanadate.
Carnotite dicairkan dengan Na2CO3, masa cair yang diperoleh
diekstraksi dengan air untuk mengendapkan Fe(OH)3, larutan
dipekatkan dan didinginkan maka didapat Na3VO4.
2) Pembuatan V2O5.
Larutan yang berisi Na3VO4 diberi NH4Cl dan dijenuhkan dengan
NH3, sehingga terbentuk NH4VO3 (amonium metavanadate), yang
dipanaskan untuk mendapatkan V2O5.
3) Reduksi V2O5.
Dengan cara Mardenand-Rich diperoleh logam vanadium murni.
Pembuatan logam :
Logam ini sangat sulit diperoleh dalam keadaan murni sebab titik cair yang
tinggi dan reaktivitas terhadap O2, N2 dan C pada suhu tinggi.
Vanadium ± 99 % dapat diperoleh dengan mereduksi V2O5 dengan
Al (proses thermit).
Vanadium murni diperoleh dengan mereduksi VCl3 dengan Na atau
dengan H2 pada suhu 900 º C. VCl3 diperoleh dari reaksi V2O5
dengan S2Cl2 pada 300 º C.
Reduksi VCl4 dengan Mg dapat memperoleh 99,3 % vanadium.
Aliase vanadium :
Produk komersial vanadium adalah terutama sebagai aliase,
Ferro vanadium.
5
Cupro vanadium
Keduanya dibuat dengan mereduksi vanadium oksida yang dicampur
dengan oksida logam Fe atau Cu dengan karbon .dalm electric furnace.
Nikelo vanadium, dibuat dengan pemanasan campuran V2O5 + NiO.
Obalto vanadium, dibuat dengan mencampur endapan (dari reaksi
larutan Na-vanadate dengan cobalto sulphate) dengan Na2CO3 dalam
electric furnace.
Penggunaan :
Penambahan 0,1 – 0,3 % V pada baja akan meningkat daya rentang.
Vanadium penting untuk alat-alat baja kecepatan tinggi.
V2O5 dipakai sebagai katalisator dalam oksudasi naphtalen dan juga dalam
pembuatan H2SO4 proses kontak.
Sifat-sifat :
Dipanaskan dalam H2 (tanpa gas lain) pada 1100 º C membentuk
vanadium hidrida yang stabil.
Logam ini reaktif dalam keadaan dingin, bila dipanaskan terbentuk V2O
(coklat), dipanaskan terus terbentuk V2O3 (hitam), V2O4 (biru), akhirnya
V2O5 (orange). Logam ini terbakar dengan nyala terang dengan oksigen.
Bila dipanaskan dengan Cl2 kering terbentuk VCl4.
Logam ini tidak bereaksi dengan air brom, HCl/dingin, melepaskan H2
dengan HF dan membentuk larutan hijau.
Senyawa-senyawa :
Vanadium membentuk senyawa dengan bilangan oksidasi +5, +4, +3 dan
+2. senyawa dengan bilangan oksidasi rendah merupakan reducing agent, bersifat
unik dan berwarna.
1. senyawa V+5 (yang tidak berwarna) direduksi dengan reduktor yang
sesuai terjadi perubahan sebagai berikut :
VO3-
→
VO+2
→ V+3
→ V+2
6
Meta vandate
ion vana-
hijau
+4
ion
(ion tak ber-
dyl, V
vanado
warna, V+5)
(biru)
(violet)
a. Vanadium pentoksida, V2O5
Dibuat dari :
o Oksidasi / pemanggangan logam atau oksidanya dengan
bilangan oksidasi rendah. V2O5 sebagai hasil akhir.
o Hidrolisa VOCl3.
o Pemanasan amonium vanadate.
Penggunaan :
o Sebagai katalis dalam oksidasi SO2 → SO3, dalam pembuatan
asam sulfat.
V2O5
2SO2 + O2 ↔ 2SO3
o Katalis dalam oksidasi alkohol dan hidrogenasi olefin.
b. Vanadium pentaflourida, VF5.
Senyawa ini dinyatakan sebagai sublimat putih murni. Dibuat
dengan pemanasan VF4 dalam lingkungan nitrogen, pada suhu
350°C – 650°C. Senyawa ini sangat mudah larut dalam air atau
pelarut organik.
c. Vanadium oxitrikhlorida, VOCl3.
Senyawa ini dibuat dengan melewatkan Cl2 kering pada VO3
yang dipanaskan. Senyawa ini berwarna kuning bening dengan
titik didih 127
° C.
d. Vanadium pentasulfida, V2S5.
Senyawa ini dibuat dengan memanaskan campuran vanadium
trisulfida, dengan sulfur tanpa udara pada 400 ° C. senyawa ini
berupa
bubuk hitam.
+4
2. Senyawa V .
7
Senyawa – senyawa dengan bilangan oksidasi +4 ini sangat
stabil, mudah dibuat.
a. Vanadium titroksida, V2O4 atau VO2.
Dibuat dengan pemanasan campuran vanadium trioksida
dan vanadium pentoksida tanpa udara dengan jumlah molar yang
sama. Senyawa ini berbentuk kristal biru tua, mudah larut dalam
asam atau basa.
b. Vanadium titraflourida, VF4.
Dibuat dari reaksi HF anhidrid dengan VCl4. Reaksi berjalan
mulai suhu – 28°C dan meningkat secara lambat sampai 0°C.
Flourida ini berupa bubuk kuning kecoklatan, larut dalam air
membentuk larutan berwarna biru.
3. Senyawa vanadil.
Senyawa ini berisi kation vanadil (VO+2) dimana bilangan
oksidasinya
+4, bersifat unik, berwarna biru. Vanadil klorida
dibuat dari hidrolisa VCl4
VCl4 + H2O → VOCl2 + 2HCl
Atau dari reaksi V2O5 dengan HCl
V2O5 + HCl → 2VOCl2 +3H2O + Cl2
Senyawa VOCl2 bersifat reduktor kuat yang digunakan secara
komersial dalam pewarnaan. Hanya E° dari VO+2/ VO3 adalah – 1
volt.
4. Senyawa V+3.
a. Vanadium trioksida, V2O3.
Dibuat dengan mereduksi V2O5 dengan hidrogen. V2O3
bersifat basa, larut dalam asam memberikan ion hezaquo,
V(H2O)63+.
b. Vanadium halida dan oxihalida.
Vanadium triflourida, VF3. 3H2O dibuat bila V2O3 dilarutkan
HF. Trihalida yang lain adalah VCl3 dan VBr3, sedang VI3 tidak
8
dikenal. Vanadium oxihalida yang dikenal adalah VOCl dan
VOBr. Keduanya tak larut dalam air tetapi larut dalam asam.
5. Senyawa V+2.
Senyawa – senyawa V+2 berwarna dan paramagnetik ion V+2
merupakan reduktor kuat. Larutan encer V+2 (violet) mereduksi air
membebaskan H2.
V+2 + H+ → V+3 + ½ H2
(violet)
(hijau)
6. Senyawa V+1, V-1 dan V°.
Bilangan oksidasi ini tidak umum, distabilkan oleh ligan asam
п. Bilangan oksidasi +1 dijumpai pada senyawa V(CO)6-1.
2. Niobium dan Tantalum
Kedua unsur ini walaupun bersifat logam dalam beberapa hal,
memiliki sifat kimia seperti unsur non logam.keduanya tidak memiliki kation
yang nyata, tetapi membentuk beberapa anion. Halida dan oxihalida sangat
mudah menguap dan mudah terhidrolisa.
• Sejarah Niobium dan Tantalum
Niobium ditemukan oleh ahli kimia dari Inggris yaitu Charles Hatchett
pada tahun 1801. Hatchett menemukan niobium dalam sampel mineral
yang disebutnya columbite dan unsur baru columbium. Columbium
ditemukan oleh Hatchett dalam bentuk campuran dengan Tantalum.
Tantalum sendiri ditemukan oleh Anders Ekeberg seorang kimiawan
Swedia.
Kemudian timbul kebingungan antara kedua unsur tersebut apakah
keduanya merupakan unsur yang sama atau bukan. Maka pada tahun 1809,
ahli kimia Inggris William Hyde Wollaston membandingkan bentuk
oksidasi yang terjadi antara columbium – columbite, dengan densitas 5918
gr/ml, dan tantalum – tantalite dengan densitas 7935 gr/ml, dan
menyimpulkan bahwa kedua unsur tersebut berbeda karena memilii
9
densitas yang berbeda sehingga nama columbium menjadi niobium dan
Tantalum tetap Tantalum.
•
Terdapatnya :
Didalam kerak bumi, Niobium terdapat 10 – 12 kali lebih banyak dari
Tantalum. Sumber komersial utama kedua unsur ini adalah mineral
columbite – tantalite yang memiliki komposisi (Fe/Mn) (Nb/Ta)2O6, dan
niobium
juga
dapat
ditemukan
pada
mineral
pyrochlore
((Na,Ca)2Nb2O6(OH,F))
Sifat – sifat :
Kedua logam ini sangat sukar dipisahkan. Logam Niobium bersifat tipis,
lunak, keabu-abuan, mengkilat, dapat dibengkokkan, titik cair tinggi (Nb= 2468 °
C). Logam Tantalum bersifat gelap, padat, dapat dibengkokkan, lebih keras
daripada Niobium, daya hantar panas dan listriknya tinggi, titik cair tinggi (Ta =
2996° C), sangat tahan terhadap asam. Keduanya dapat dilarutkan dengan HNO3,
HF dan larut sangat lambat dalam alkali cair.
Senyawa – senyawa :
•
Senyawa Nb+5 dan Ta+5.
a) Nb2O5 dan Ta2O5.
Dibuat dengan dihidroksioksida terhidrat (sering disebut asam
niobat
atau tantalat), atau dengan pemanggangan senyawa tertentu
dengan
oksigen berlebih. Kedua senyawa ini berbentuk bubuk yang
padat, relatif inert secara kimia, hampir tak bereaksi dengan asam
kecuali HF pekat. Dapat pula senyawa ini dilarutkan dengan dicairkan
bersama alkali hidrogen sulfat, alkali karbonat atau alkali hidroksida.
b) NbX5 dan TaX5 (X = halida).
Senyawa NbF5 dan TaF5 dibuat dengan reaksi flourinasi langsung
logam atau pentakhloridanya. Keduanya berbentuk padat putih, mudah
menguap. Titik cair Nb = 80 ° C, Ta = 95 ° C. Titik didih Nb = 235 °
C, Ta = 229 ° C, membentuk cairan dan uap tak berwarna. Senyawa
halida yang lain berwarna kuning sampai coklat, dibuat dengan reaksi
langsung logam dengan halogen berlebih. Halida – halida ini bertitik
10
cair dan titik didih antara 200 – 300 ° C, larut dalam pelarut organik
seperti eter, CCl4, dan sebagainya.
•
Senyawa Nb dan Ta dengan bilangan oksidasi rendah.
a. Oksida NbO2 dan TaOx (x = 2 s.d 2,5)
b. Tetrahalida.
Semua halida dikenal kecuali TaF4. Senyawa NbF4 berwarna hitam
tak mudah menguap, paramagnetik. Tetrakhlorida dan tetrakronida berwarna
hitam coklat atau hitam. NbI4 dapat diperoleh secara mudah dengan pemanasan
NbI5 sampai 300° C. Senyawa ini diamagnetik.
•
Aplikasi
Niobium
•
Sebagai bahan konstruksi pembangkit listrik tenaga nuklir
•
Sebagai campuran logam tahan karat (contohnya Niobium foil),
yang disebabkan oleh adanya senyawa Niobium karbit dan
Niobium Nitrit, dengan konsentrasi Niobium dalam senyawa
sekitar 0.1%.
•
Sebagai superkonduktor magnet (3 tesla clinical Magnetic
resonance imaging scanner), dan superkonduktor radio frekuensi
•
Dalam pembuatan mata uang koin (Contohnya Austria 2003,
Latvia 2004)
•
Dalam peralatan kesehatan, Pace maker
•
Dalam pembuatan perhiasan
Tantalum
•
Digunakan dalam pembuatan anak timbangan dalam laboratorium
•
Digunakan dalam membuat piranti elektronika
•
Dalam pembuatan lensa kamera
•
Untuk memproduksi variasi campuran logam yang memiliki titik
didih tinggi serta kekuatan yang baik
•
Pembuatan peralatan karbit yang terbuat dari logam
•
Digunakan dalam pembuatan komponen mesin jet
11
3. Dubnium
Dubnium merupakan unsur logam transisi golongan Vb yang dibuat
melalui reaksi fusi nuklir. Unsur ini ditemukan oleh Albert Ghiorso pada tahun
1970. Karena inti atom dubnium sangat besar maka dubnium merupakan unsur
yang tidak stabildan dapat segera meluruh ketika terbentuk.
Unsur Dubnium dapat dibuat dengan menembaki unsur amerisiumdengan
atom – atom neon, dan menghasilkan isotop – isotop dubnium, dan dengan cepat
meluruh dengan memancarkan energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik.
Reaksinya sebagai berikut:
249
98
Cf + 157N
260
105
Db + 4 01 n
Senyawa yang dapat terbentuk misalnya Db2O5 (Dubnium pentoksida),
DbX5 (Dubnium Halida), senyawa kompleks halida
DbO43- , DbF6-, DbF83-.
Keterangan lain tentang unsur Dubnium belum diketahui secara pasti.