Kimia Unsur

KIM 4
materi78.co.nr
Kimia Unsur
A.
B.
Non-logam lain
PENDAHULUAN
Kimia unsur adalah cabang ilmu kimia yang
mempelajari sifat fisis dan sifat kimia unsur.
H
H2(g)
C
C(s), alotrop: grafit, intan, amorf
Sistem periodik unsur modern sampai tahun
2011 terdiri atas 118 unsur, 98 di antaranya
ditemukan secara alami, dan 20 lainnya disintesis
di laboratorium.
N
N2(g)
O
O2(g), alotrop: oksigen atomik, oksigen
triatomik, ozon
P
P4(s), alotrop: fosfor merah, fosfor putih
S
S8(s), alotrop: belerang α, belerang β
KELIMPAHAN UNSUR DI ALAM
Kelimpahan unsur-unsur di kulit bumi:
Unsur
Kelimpahan
Unsur
Kelimpahan
O
49,20%
Ca
3,39%
Si
25,67%
Na
2,63%
Al
7,50%
K
2,40%
Fe
4,71%
Mg
1,93%
Kelimpahan senyawa di udara kering di bumi:
Rumus Kelimpahan Rumus Kelimpahan
N2
78,09%
Ne
0,0018%
O2
20,94%
He
0,00052%
Ar
0,934%
CH4
0,00012%
CO2
0,0315%
Kr
0,00010%
Unsur logam kebanyakan ditemukan dalam
bentuk senyawa/mineral, namun dapat juga
ditemukan unsur bebasnya (kecuali logam alkali
dan alkali tanah).
Unsur
Mineral/bijih
Logam alkali & alkali tanah
Na
 sendawa Chili (NaNO3)
 air laut/halit (NaCl)
K
 air laut/silvit (KCl)
 ortoklas/kalium feldspar (KAlSi3O8)
Mg





Ca
 kalsit/batu kapur/pualam (CaCO3)
 gipsum/batu tahu (CaSO4.2H2O)
 kaporit (Ca(OCl)2)
Kelimpahan unsur di perairan bumi:
C.
Unsur
Kelimpahan
Unsur
Kelimpahan
O
85,84%
Mg
0,13%
H
10,82%
S
0,09%
Cl
1,94%
Ca
0,04%
Na
1,08%
K
0,04%
SUMBER UNSUR DI ALAM
Unsur di bumi secara alami dapat ditemukan
dalam bentuk unsur bebas atau mineral.
Mineral atau bijih (ore) adalah zat yang
terbentuk secara alami yang mengandung
bermacam-macam unsur dengan kadar tinggi,
dan dapat dituliskan dalam suatu rumus mineral.
Unsur non-logam kebanyakan ditemukan dalam
bentuk bebasnya (tidak membentuk senyawa).
Unsur Sumber murni
Senyawa/mineral
Gas mulia
Hanya ditemukan dalam bentuk gas
monoatomik di alam.
Halogen
F
F2(g)
 fluorspaar/fluorit (CaF2)
 kriolit (Na3AlF6)
Cl
Cl2(g)
 air laut/halit (NaCl)
Br
Br2(l)
 air laut/bromargirit (AgBr)
I
I2(s)
 air laut (NaIO3)
air laut (MgCl2)
magnesit (MgCO3)
dolomit (MgCO3.CaCO3)
epsomit/garam inggris (MgSO4.7H2O)
karnalit (KCl.MgCl2.6H2O)
Sr
 selestit (SrSO4)
 stronsianit (SrCO3)
Logam transisi
Ti
 rutil (TiO2)
Cr
 kromit (FeCr2O4)
Mn
 pirolusit (MnO2)
Fe
 hematit (Fe2O3)  siderit (FeCO3)
 magnetit (Fe3O4)  kromit (FeO3)
 pirit (FeS2)
 limonit (Fe2O3.H2O)
Ni
 pentlandit (FeNiS)
 millerit (NiS)
Cu
 kalkopirit (CuFeS2)  kuprit (Cu2O)
 kalkosit (Cu2S)
 malasit
(Cu2(OH)2CO3)
Zn
 sfalerit (ZnS)
 smithsonit (ZnCO3)
Logam golongan utama & metaloid
Al
 bauksit (Al2O3)
 kriolit (Na3AlF6)
Si
 pasir/kuarsa (SiO2)
 tanah liat (Al2O3.2SiO2.2H2O)
KIMIA UNSUR
1
KIM 4
materi78.co.nr
Proses Deacon
Sn
 kasiterit (SnO2)
Pb
 galena (PbS)
 anglesit (PbSO4)
C
 intan (C)
 grafit (C)
4HCl(g) + O2(g) d 2Cl2(g) + 2H2O(g)
Pembuatan bromin:
Pendesakan Br2NaBr(aq) + Cl2(g) d 2NaCl(aq) + Br2(l)
Berdasarkan kandungan mineralnya, secara
umum mineral dibagi menjadi:
1) Unsur bebas, contohnya belerang, intan.
Pendesakan I2KI(aq) + Br2(g) d 2KBr(aq) + I2(s)
2) Sulfida (S2-), contohnya pirit, kalkopirit.
3) Oksida (O2-), contohnya hematit, bauksit.
Proses Weldon
4) Halida (X-), contohnya kriolit, halit.
Dilakukan dengan mencampurkan KI dengan
batu kawi dan asam sulfat pekat.
5)
Karbonat (CO32-), contohnya dolomit, pualam.
2KI(aq) + MnO2(s) + 2H2SO4(aq)
6) Sulfat (SO42-), contohnya garam inggris.
7) Fosfat
(PO43-),
d MnSO4(aq) + K2SO4(aq) + H2O(l) + I2(s)
contohnya fluorapatit.
8) Silikat (Si), contohnya feldspar, kuarsa.
D.
Pembuatan iodin:
Pembuatan hidrogen:
PEMBUATAN UNSUR NON-LOGAM
Unsur
Elektrolisis air
Cara Pembuatan/Proses
2H2O(l) + 2e d 2OH-(aq) + H2(g)
Halogen
Reaksi metana
F
 Elektrolisis leburan KF
Cl
 Elektrolisis lelehan NaCl  Proses Weldon
Br
 Pendesakan Br
I
 Pendesakan I-
Reaksi metana dengan uap air menghasilkan
suatu campuran CO dan H2 yang disebut sin-gas.
 Proses Deacon
CH4(g) + H2O(g) d CO(g) + H2(g)
-
Pembuatan nitrogen dan oksigen:
 Proses Weldon
Distilasi bertingkat udara cair
Non-logam lain
H
 Elektrolisis air
N
 Distilasi bertingkat udara cair
O
 Distilasi bertingkat udara cair
P
 Proses Wohler
S
 Proses Frasch
1) Penyaringan
 Reaksi metana
Udara disaring dari pengotor padat.
2) Pencairan udara
Udara dikompresi lalu didinginkan, sehingga
air dan CO2 membeku dan dapat dipisahkan.
 Proses Sisilia
Jadi, udara cair hanya mengandung N2, O2
dan Ar.
Pembuatan fluorin:
3) Distilasi bertingkat
Elektrolisis leburan KF
E
+
2KF d 2K + 2F
:
K (-) :
A (+) :
Udara diekspansi kembali dan didistilasi
bertingkat dengan menurunkan tekanan.
-
+
2K + 2e d 2K
2F- d F2 + 2e
+
2KF d 2K + F2
Pembuatan klorin:
Elektrolisis lelehan NaCl
E
:
K (-) :
A (+) :
Gas-gas dalam udara cair tersebut menguap
pada tekanan yang berbeda, urutannya
adalah N2, Ar lalu O2.
Pembuatan fosfor:
+
2NaCl d 2Na + 2Cl
Proses Wohler (fosfor putih)
-
1) Reaksi dalam tanur listrik
2Na+ + 2e d 2Na
2Cl- d Cl2 + 2e
+
2NaCl d 2Na + Cl2
Proses Weldon
Dilakukan dengan mencampurkan NaCl dengan
batu kawi dan asam sulfat pekat.
2Ca3(PO4)2(l) + 6SiO2(l) d 6CaSiO3(l) + P4O10(g)
2) Reduksi
P4O10(g) + 5C(s) d P4(s) + 5CO2(g)
Fosfor putih lalu disimpan dalam CS2 atau
H2O agar tidak teroksidasi.
2NaCl(aq) + MnO2(s) + 2H2SO4(aq)
d MnSO4(aq) + Na2SO4(aq) + H2O(l) + Cl2(g)
KIMIA UNSUR
2
KIM 4
materi78.co.nr
Pembuatan belerang:
Proses Frasch
Adalah proses pengambilan belerang dari bawah
permukaan tanah.
1) Belerang dicairkan dengan dialiri air bersuhu
1600oC dan bertekanan 16 atm.
2) Belerang cair dikeluarkan dengan pompa
udara panas bertekanan 20-25 atm.
3) Belerang cair kemudian dibiarkan membeku
menjadi belerang padat.
Proses Sisilia
Adalah proses pengambilan
permukaan tanah.
E.
belerang
di
Selanjutnya proses elektrolisis lelehan NaCl yang
dicampur dengan CaCl2 untuk menurunkan titik
leleh NaCl.
E
2NaCl d 2Na+ + 2Cl-
:
K (-) :
2Na+ + 2e d 2Na
2Cl- d Cl2 + 2e
A (+) :
2NaCl d 2Na + Cl2
Pembuatan magnesium:
Proses Dow
Magnesium berasal dari air laut yang diproses
sehingga menghasilkan MgCl2, melalui tahap:
1) Pelarutan CaO dalam air
CaO(s) + H2O(l) d 2Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
1) Mineral
yang
mengandung
belerang
dipanaskan hingga belerang terpisah.
2) Pengendapan Mg2+
2) Belerang kemudian dimurnikan dengan cara
sublimasi.
3) Reaksi dengan HCl pekat
PEMBUATAN UNSUR LOGAM
Mg2+(aq) + 2OH-(aq) d Mg(OH)2(s)
Mg(OH)2(s) + 2HCl(aq) d MgCl2(aq) + 2H2O(l)
4) Pencairan MgCl2
Unsur
Cara Pembuatan/Proses
Logam alkali & alkali tanah
Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba
 Elektrolisis cairan/lelehan garam halidanya
 Proses Down (Na)
 Proses Dow (Mg)
Logam transisi
Cr
 Proses Goldschmidt
E
Mn
 Proses aluminotermi
Fe
 Tanur tiup/tanur tinggi
Pembuatan kromium:
MgCl2(aq) d MgCl2(s)
MgCl2(s) d MgCl2(l)
Selanjutnya proses elektrolisis lelehan MgCl2.
:
K (-) :
A (+) :
MgCl2 d Mg2+ + 2ClMg2+ + 2e d Mg
2Cl- d Cl2 + 2e
Proses Goldschmidt
 Reduksi kalkopirit
Logam golongan utama & metaloid
Al
 Proses Hall-Heroult
Cr2O3(s) + 2Al(s) d Al2O3(s) + 2Cr(s)
Pembuatan mangan:
Proses aluminotermi
 Reduksi kuarsa
3MnO2(s) d Mn3O4(s) + O2(g)
Pembuatan logam alkali dan alkali tanah:
Elektrolisis cairan/lelehan garam halidanya
3Mn3O4(s) + 8Al(s) d 9Mn(s) + 4Al2O3(s)
Contoh:
Pembuatan besi:
Pembuatan kalium dari elektrolisis cairan KCl.
Proses tanur tiup
E
K (-) :
Menghasilkan besi gubal (pig iron).
2KCl d 2K+ + 2Cl-
:
2K+ + 2e d 2K
A (+) :
2Cl- d Cl2 + 2e
+
MgCl2 d Mg + Cl2
Cu
Si
+
+
2KCl d 2K + Cl2
Pembuatan natrium:
Proses Down
1) Hematit, kokas dan batu kapur diletakkan
pada puncak tanur yang ditiup udara panas.
2) Pembakaran kokas
a.
Menaikkan suhu sampai 2000oC
C(s) + O2(g) d CO2(g) (eksoterm)
b. Menghasilkan CO untuk reduksi hematit
Natrium berasal dari air laut yang diuapkan
sehingga menghasilkan NaCl.
NaCl(aq) d NaCl(s)
NaCl(s) d NaCl(l)
CO2(g) + C(s) d 2CO(g)
3) Reduksi hematit
Fe2O3(s) + 3CO(g) d 2Fe(l) + 3CO2(g)
4) Pembentukan terak (cairan kental) dari
pengotor bijih besi oleh batu kapur
KIMIA UNSUR
3
KIM 4
materi78.co.nr
CaCO3(s) d CaO(s) + CO2(g)
Pembuatan silikon:
CaO(s) + SiO2(s) d CaSiO3(l)
Reduksi kuarsa
1) Reduksi kuarsa
3CaO(s) + P2O5(g) d Ca3(PO4)2(l)
SiO2(l) + C(s) d Si(l) + 2CO(g)
Pembuatan tembaga:
2) Pemurnian
Reduksi kalkopirit
Si(l) d Si(s)
1) Flotasi
Si(s) + 2Cl2(g) d SiCl4(g)
Serbuk kalkopirit diberi air dan minyak,
sehingga tembaga berminyak dan mengapung.
3) Pengendapan
SiCl4(g) + 2H2(g) d Si(s) + 4HCl(g)
2) Pemanggangan
F.
4CuFeS2(s) + 9O2(g)
d 2Cu2S(s) + 2Fe2O3(s) + 6SO2(g)
3) Peleburan
Peleburan menghasilkan lapisan Cu2S dan Fe
cair, dan lapisan FeSiO3 cair (terak).
4) Reduksi
Menghasilkan tembaga kotor yang disebut
tembaga lepuh.
2Cu2S(l) + 3O2(g) d 2Cu2O(s) + 2SO2(g)
Cu2S(l) + Cu2O(s) d 2Cu(s) + SO2(g)
5) Elektrolisis (pemurnian logam)
Cu murni dijadikan katoda, Cu kotor dijadikan anoda, dan larutan CuSO4 dijadikan
elektrolitnya.
Pengotor-pengotor Cu biasanya adalah Ag,
Au, Pt, Fe dan Zn.
Selama elektrolisis, logam pengotor tidak
akan larut, tetapi membentuk lumpur
anoda, sehingga tembaga menjadi murni.
PEMBUATAN SENYAWA
Senyawa
H2SO4
 Proses klor-alkali
NaHCO3
 Proses Solvay
Na2CO3
 Proses Solvay
NH3
 Proses Haber-Bosch
HNO3
 Proses Ostwald
baja
 Proses tungku oksigen
Proses kontak pada pembuatan H2SO4:
1) Pembakaran belerang
S(s) + O2(g) → SO2(g)
2) Oksidasi belerang dioksida
2SO2(g) + O2(g) qe 2SO3(g)
Reaksi ini dilakukan pada suhu sekitar 500°C
dan tekanan 1 atm, dan dengan katalis V2O5.
3) Pelarutan belerang trioksida
SO3(s) + H2SO4(aq) → H2S2O7(l)
4) Asam pirosulfat direaksikan dengan air
Proses Hall-Heroult
H2S2O7(l) + H2O(l) → H2SO4(aq)
1) Pelarutan bauksit
Al2O3(s) + 2NaOH(aq) + 3H2O(l)
d 2NaAl(OH)4(aq)
2) Pengendapan
d 2Al(OH)3(s) + Na2CO3(aq) + H2O(l)
3) Pemanasan
2NaCl d 2Na+ + 2Cl-
K (-) :
2H2O + 2e d 2OH- + 2H2
A (+) :
2Cl- d Cl2 + 2e
+
-
2NaCl + 2H2O d 2Na + 2OH + 2H2 + Cl2
Selanjutnya proses elektrolisis bauksit yang
dicampur dengan lelehan kriolit agar titik
didihnya turun.
2NaCl + 2H2O d 2NaOH + 2H2 + Cl2
Proses Sovlay pada pembuatan NaHCO3 dan
Na2CO3:
1) Pemanasan batu kapur
2Al2O3 d 4Al3+ + 6O2-
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
K (-) : 4Al3+ + 12e d 4Al
6O2- d 3O2 + 12e
:
+
2Al(OH)3(s) d Al2O3(s) + 3H2O(g)
A (+) :
Proses klor-alkali adalah elektrolisis larutan
NaCl pada pembuatan NaOH:
E
2NaAl(OH)4(aq) + CO2(g)
:
 Proses kontak
 Bilik timbal
NaOH
Pembuatan aluminium:
E
Cara Pembuatan/Proses
+
2Al2O3 d 4Al + 3O2
Elektroda yang digunakan adalah grafit. Oksigen
yang dihasilkan bereaksi dengan grafit, sehingga
anoda harus diganti ketika telah habis.
2) Pembentukan asam karbonat
CO2(g) + H2O(l) → H2CO3(aq)
3) Penambahan amonia
H2CO3(aq) + NH3(g) → NH4HCO3(aq)
KIMIA UNSUR
4
KIM 4
materi78.co.nr
4) Pembentukan NaHCO3
NH4HCO3(aq) + NaCl(aq)
→ NaHCO3(s) + NH4Cl(aq)
Endapan NaHCO3 kemudian dipisahkan
melalui penyaringan, dan dapat diolah
kembali menjadi Na2CO3.
5) Pemanasan NaHCO3 menghasilkan Na2CO3
2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g)
Proses Haber-Bosch pada pembuatan NH3:
N2(g) + 3H2(g) qe 2NH3(g)
Reaksi ini dilakukan pada suhu tinggi dan
tekanan tinggi, dan dengan katalis serbuk Fe.
Untuk mengurangi reaksi balik, amonia yang
terbentuk segera dipisahkan.
Proses Ostwald pada pembuatan HNO3:
1) Pembentukan nitrogen oksida
4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g)
2) Pembentukan nitrogen dioksida
2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)
3) Pembentukan asam nitrat
3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3(aq) + NO(g)
Baja adalah aliasi logam yang dibentuk dari
logam utama besi, sedikit karbon dan logam lain.
Berdasarkan
menjadi:
kadar
baja
terbagi
Beda
Rendah
Menengah
Tinggi
Kadar C
0,05-0,3%
0,3-0,6%
0,6-1,5%
Sifat
mudah
ditempa
sukar
ditempa
sangat keras
dan kuat
poros as,
rel, palu,
obeng
bor,
pemotong
logam, palu
pandai besi
Sifat
Contoh
badan
mobil, pipa,
Contoh
rantai,
corong, baut
Contoh-contoh baja:
Nama
Aliasi
Stainless steel Cr, Ni tahan karat
perkakas
dapur, alat
pemotong
Baja kromiumvanadium
Cr, V
kuat
poros as,
roda gigi
Baja mangan
Mn
keras dan
kuat
per, mesin
penghancur
Baja silikon
Si
keras dan
kuat
magnet
Baja invar
Ni
sukar
memuai
alat ukur
Proses tungku oksigen pada pembuatan baja:
1) Besi gubal dari proses tanur tiup dimasukkan
ke dalam tungku oksigen.
karbon,
2) Tungku oksigen lalu ditiupkan oksigen,
sehingga kadar karbon turun karena
teroksidasi menjadi CO, dan pengotor diikat
CaO menjadi terak.
KIMIA UNSUR
5