Sifat Katalitik Logam Transisi

KIMIA UNSUR-UNSUR
TRANSISI
Pengertian Unsur Transisi
Unsur transisi : unsur yang dalam atom netralnya atau
dalam senyawanya mengandung konfigurasi elektronik
belum penuh pada orbital d.
Sifat Unsur-Unsur Transisi
1. Oksida dan hidroksida logam transisi (M2+, M3+) kurang basa & sukar
larut.
2. Garam logam transisi kurang bersifat ionik & kurang stabil terhadap
pemanasan.
3. Garam & ion logam transisi dalam air lebih mudah terhidrat &
terhidrolisis menghasilkan sifat asam.
4. Ion logam transisi lebih mudah tereduksi.
Konfigurasi Elektronik
Tabel 1. Konfigurasi Elektronik Beberapa Unsur
Simbol
Konfigurasi
Elektronik
Ion yang
Umum
Tingkat Oksidasi
K
[18Ar] 4s1
K+
+1
Ca
[18Ar] 4s2
Ca2+
Sc
[18Ar] 3d14s2
Sc3+
+3
Ti
[18Ar] 3d1 4s2
Ti4+
+2, +3, +4
V
[18Ar] 3d2 4s2
V3+
+2, +3, +4, +5
Cr
[18Ar] 3d5 4s1
Cr3+
+2, +3,
Mn
[18Ar] 3d5 4s2
Mn2+
+2, +3, +4,
Fe
[18Ar] 3d6 4s2
Fe2+, Fe3+
+2, +3
Co
[18Ar] 3d7 4s2
Co2+, Co3+
+2, +3
Ni
[18Ar] 3d8 4s2
Ni2+
+2
Cu
[18Ar] 3d10 4s1
Cu+, Cu2+
Zn
[18Ar] 3d10 4s2
Zn2+
+2
+1, +2
+2
+6
+6, +7
Hasil Rasionalisasi Eksperimen
1. Energi ionisasi untuk elektron (n-1)d lebih besar dari Ei elektron ns.
2. Dengan bertambahnya nomor atom, elektron (n-1)d lebih stabil
dari elektron ns.
3. Jika atom unsur transisi melepaskan satu elektron, maka ion
positifnya mempunyai konfigurasi elektron yang berbeda dari
tingkat dasarnya.
Kecenderungan dalam Periode &
Golongan
Kecenderungan dalam periode
- Variasi tingkat oksidasi mengalami
pertengahan deret.
penggelembungan
pada
Kecenderungan dalam golongan
- Unsur-unsur periode 5 & 6 memiliki kemiripan yang sangat kuat
dalam satu kelompok.
- Unsur-unsur seri 4d & 5d memiliki tingkat oksidasi yang lebih tinggi
daripada unsur seri 3d.
Tingkat Oksidasi
Ti
+4
V
+3, +4
Cr
+3, +6
Mn
+2, +3, +7
Fe
+2, +3
Co
+2, +3
Ni
+2
Cu
+1, +2
Zr
+4
Nb
+5
Mo
+6
Tc
+4, +7
Ru
+3
Rh
+3
Pd
+2
Ag
+1
Hf
+4
Ta
+5
W
+6
Re
+4, +7
Os
+4, +8
Ir
+3, +4
Pt
+2, +4
Au
+3
Sifat Magnetik
Pada umumnya unsur-unsur transisi bersifat paramagnetik
karena mempunyai elektron yang tidak berpasangan pada
orbital-orbital d-nya. Sifat paramagnetik ini akan semakin kuat
jika jumlah elektron yang tidak berpasangan pada orbitalnya
semakin banyak. Logam Sc, Ti, V, Cr, dan Mn bersifat
paramagnetik, sedangkan Cu dan Zn bersifat diamagnetik.
Untuk Fe, Co, dan Ni bersifat feromagnetik, yaitu kondisi yang
sama dengan paramagnetik hanya saja dalam keadaan padat.
• Untuk menyatakan ukuran besar sifat paramagnetik dipakai besaran
momen magnetik. 𝜇𝑠 𝑑𝑒𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛 𝐵𝑜ℎ𝑟 𝑀𝑎𝑔𝑛𝑒𝑡𝑜𝑛 𝐵𝑀
• 1 BM =
𝑒ℎ
4𝜋𝑚𝑐
Hubungan jumlah elektron tak berpasangan dengan sifat paramagnetik
spin yaitu:
𝜇𝑠 = 2 𝑛𝑠 𝑛𝑠 + 1 𝐵𝑀
Atau
𝜇𝑠 = 𝑛 𝑛 + 2 𝐵𝑀
Suseptibilitas Magnetik dan Pengukurannya
Suseptibilitas(kerentanan atau sifat kemudahan) magnetik. Pengukuran
suseptibilitas didasari adanya perbedaan massa sampel.
Karena dalam hal ini besara n massa atau besaran molar lebih instruktif,
maka suseptibilitas volume, k, diubah menjadi suseptibilitas massa, Xg,
atau suseptibilitas molar, XM menurut hubungan berikut:
Xg =
𝑘
𝑑
XM = Xg.Mr
Hubungan massa sampel dan kuat medan magnetik yang menunjuk
pada gaya magnetik yang bekerja pada sampel dapat dinyatakan dalam
rumusan berikut:
Xm =
∆𝑤1 − ∆𝑤2 .𝑙.𝑔.𝑀
𝑤.𝐻 2
• Harga ini masih harus dikoreksi dengan suseptibilitas diamagnetik, XA
sehingga XM’ = XM – XA
• Selanjutnya momen magnetik dapat dihitung:
𝜇𝑠 = 2,828 (XM’.T)
Sifat Katalitik Logam Transisi
• Banyak unsur golongan transisi digunakan sebagai katalisator (katalis)
dalam berbagai reaksi.
• Berperan menurunkan energi aktifasi suatu reaktan.
• Tidak berperan sebagai pembentuk produk.
• Contoh : TiCl3 (Polimerasasi alkena pada pembuatan plastic),
V2O5(proses kontak pada pembuatan margarine), dan Cu atau CuO
(oksidasi alcohol pada pembuatan formalin).
Jenis-jenis katalisator
Katalisator Homogen
•Reaktan dan katalis berfase sama
Katalisator Heterogen
•Reaktan dan katalis berbeda fase/wujud
Katalisator Homogen
Membentuk kompleks antara
Keterlibatan proses redoks katalis
• Reaktan menjadi aktif karena
pengaruh proses perubahan
bilok (menerima 1 elektron)
• Contoh : Cu2+ menjadi Cu+
Co3+ menjadi Co2+
Mn3+ menjadi Mn2+
Reaktan +
katalis
Kompleks
antara
Aktifnya
reaktan dalam
kompleks
Produk +
katalis
Contoh reaksi katalitik homogen
• Reaksi hidrocarbonilasi alkena menjadi aldehid :
• Reaksioksidasi etena menjadi metanal :
• Sintesis asam asetat dengan proses karbonilasi metanol :
Katalisator Heterogen
• Biasanya berwujud padatan (logam murni, paduan/alloy, dan
senyawa oksidanya).
• Dapat langsung terpisah dengan produk setelah reaksi
berlangsung.
• Menyediakan permukaan serap kepada reaktan untuk dapat
bereaksi dengan cepat.
• Contoh : paduan Pt-Rh dalam alat gas buang kendaraan.
logam Pt dalam persenyawaan hidrogen dan oksigen.
Interaksi molekul reaktan dengan logam
katalis
Fisisorpsi
kemisorpsi
• Reaktan mengumpul pada
permukaan katalis.
• Ikatan antar molekul reaktan
melemah karena berikatan
lemah dengan logam katalis.
Cara kerja katalisator
Molekul reaktan
menempel pada
permukaan katalis
Reaktan mengalami
perpindahan
menuju sisi aktif
Interaksi antar
molekul/atom
terjadi lebih aktif
Produk + katalis
Pelepasan produk
dari permukaan
katalis
Pembentukan
produk
Tabel Kecenderungan beberapa logam transisi melakukan
proses kemisorpsi terhadap beberapa gas
Contoh reaksi
Fisisorpsi
kemisorpsi
• Hidrogenasi etena menjadi
etana (katalis : Ni)
• Sintesis amonia dari nitrogen
dan hidrogen (Fe + alumina +
garam K)
• Sintesis asam sulfat dalam skala
industri (garam K3VO4)
• Proses elektrolisis (menghasilkan
gas Cl2 menggunakan RuO2 ,
menghasilkan gas O2 dengan
tetrafinilporfirinkobalt(II)).