UNSUR TRANSISI

D. UNSUR LOGAM TRANSISI PERIODE KEEMPAT 1. PENGERTIAN

2. SIFAT-SIFAT Sifat Umum@ Logam padat dan dapat menghantarkan arus listrik dan panas dengan baik.@ Membentuk senyawa yang pada umumnya berwarna, mempunyai beberapa biloks.@ Pada umumnya dapat membentuk senyawa kompleks, bersifat paramagnetik.@ Memiliki titik leleh > unsur golongan utama yang merupakan logam.@ Unsur transisi dan senyawanya dapat bertindak sebagai katalis. Sifat Logam@ Memiliki banyak elektron tak berpasangan yang bebas bergerak pada kisi kristalnya sehingga dapat membentuk ikatan logam yang kuat. Akibatnya logamnya bersifat kekerasan dan kerapatan tinggi, titik leleh tinggi, dan penghantar listrik yang baik. Sifat Kemagnetan@ Pada umumnya memiliki elektron yang tidak berpasangan, sehingga dapat diinduksi oleh medan magnet dan bersifat paramagnetik (dapat ditarik oleh magnet), seperti : Sc, Ti, V, Cr dan Mn. @ Unsur yang memiliki elektron berpasangan (Zn dan Cu) bersifat diamagnetik (tidak tertarik oleh medan magnet). Unsur Fe, Co, Ni bersifat ferromagnetik, meski logam ini dijauhi medan magnet, tetapi induksi magnet logam ini tidak hilang. Ion Berwarna@ Warna disebabkan oleh tingkat energi elektron yang hampir sama. Elektron-elektron dapat bergerak ke tingkat yang lebih tinggi dengan mengabsorpsi sinar tampak yang terlihat oleh mata. UnsurIonWarnaUnsurIonWarna

ScSc3+Tidak berwarnaMnMn2+Merah muda

TiTi2+UnguMn3+Merah-coklat

Ti3+Ungu-hijauMnO4-Coklat-ungu

Ti4+Tidak berwarnaFeFe2+Hijau

VV2+UnguFe3+Jingga

V3+HijauCoCo2+Merah muda

VO2+BiruCo3+Biru

VO43-MerahNiNi2+Hijau

CrCr2+BiruNi3+Merah

Cr3+HijauCuCu+Tidak berwarna

CrO42-KuningCu2+Biru

Cr2O72-jinggaZnZn2+Tidak berwarna

Bilangan Oksidasi@ Logam transisi pada umumnya memiliki > 1 biloks.Unsur+1+2+3+4+5+6+7

Sc--*----

Ti-*---

V**--

Cr-*--*-

Mn-**-*

Fe-**--

Co-*----

Ni-*----

Cu*-----

Zn-*-----

Keterangan : * : biloks yang stabil

: biloks yang tidak stabil

Katalis@ Logam dan senyawanya digunakan sebagai katalis, pada pembuatan ammonia : katalis Fe, pembuatan H2SO4 : katalis V2O5, reaksi organik : katalis logam Ni dan Pt 3. KEGUNAAN UNSUR-UNSUR PERIODA KEEMPAT Skandium (Sc) : sebagai komponen pada lampu listrik yang berintensitas tinggi. Titanium (Ti) : di alam terdapat sebagai TiO2 dan FeTiO3, sebagai paduan logam yang sangat keras dan tahan karat. Vanadium (V) : di alam sebagai V2O5, katalis pada pembuatan H2SO4 (proses kontak), dengan Fe : baja vanadium yang keras, kuat, dan tahan karat (untuk per mobil). Krom (Cr) : logam keras dan tahan karat, dihasilkan dari bijih ferokromit, FeO.Cr2O3, penyepuh (plating) pada peralatan logam (menahan korosi dan menambah keindahan), pigmen dan penyamak kulit. Nikrom : 15% Cr + 60% Ni + 25% Fe (alat pemanas). Mangan (Mn) : di alam sebagai MnO2 / bercampur dengan oksida besi, digunakan dalam proses pembuatan baja karena dapat mengikat oksigen agar tidak terjadi gelembung-gelembung gas yang dapat menyebabkan baja keropos. Besi (Fe) : di alam dalam bijih hematite, siderit, dan magnetit, logam yang murah, mudah berkarat (dicampur dibuat V / Mn : baja), besi cair (besi tuang) banyak mengandung C yang menjadi sangat keras jika dingin. Kobalt (Co) dan Nikel (Ni) : paduan logam (alloy), misal : alnico (campuran Al, Ni, dan Co) yang memiliki sifat kemagnetan kuat. Ni : sebagai bahan campuran stainless steel, Co : sebagai bahan sintesis vitamin B-12. Tembaga (Cu) : di alam dalam senyawa kalkopirit (CuFeS2), kalkosit (Cu2S), dan malasit (Cu2(OH)2CO3), ditemukan bersama Au dan Ag. Cu : kabel listrik dan peralatan rumah tangga. Cu : paduan logam, seperti kuningan (+ Zn), perunggu (+ Zn, Mn, Sn), monel (+ Ni, Fe). Seng (Zn) : di alam sebagai zinsit (ZnO), sfalerit / zink blende (ZnS), pembuatan atap (tidak mudah berkarat), batu baterai, campuran kuningan, melapisi logam besi agar tidak berkarat, pigmen lithopone (putih) pada pembuatan cat, alat elektronik (menghamburkan sinar X) : pada tabung televisi, oscilloscope, dan fluoroscope sinar X.PEMBUATAN BESI

Besi merupakan unsur keempat terbanyak di muka bumi. Di alam, besi

terdapat dalam bentuk senyawa, antara lain sebagai hematit (Fe2O3), magnetit

(Fe3O4), pirit (FeS2), dan siderit (FeCO3). Selain sangat reaktif yaitu cepat

teroksidasi membentuk karat dalam udara lembap, besi murni bersifat lunak

dan liat

Proses pembuatan besi dilakukan melalui dua tahap.

1. Peleburan Besi

Peleburan besi dilakukan dalam suatu alat yang disebut blast furnace

(tungku sembur) dengan tinggi 40 m dan lebar 14 m dan terbuat dari batu

bata yang tahan panas tinggi. Bahan yang dimasukkan dalam tanur ini ada

tiga macam, yaitu bijih besi yang dikotori pasir (biasanya hematit), batu

kapur (CaCO3) untuk mengikat kotoran (fluks), dan karbon (kokas) sebagai

zat pereduksi (Martin S. Silberberg, 2000: 973).

Reaksi: 2 FeO3 + 3 C(4 Fe + 3 CO2

Suhu reaksi sangat tinggi dan tekanan tanur sekitar 1 3 atm gauge,

sehingga besi mencair dan disebut besi gubal (pig iron).

Besi cair pada umumnya langsung diproses untuk membuat baja, tetapi

sebagian ada juga yang dialirkan ke dalam cetakan untuk membuat besi

tuang (cast iron) yang mengandung 3 4 % karbon dan sedikit pengotor

lain, seperti Mn, Si, P. Besi yang mengandung karbon sangat rendah (0,005

0,2%) disebut besi tempa (wrought iron).

Batu kapur berfungsi sebagai fluks, yaitu untuk mengikat pengotor yang

bersifat asam, seperti SiO2 membentuk terak. Reaksi pembentukan terak

adalah sebagai berikut. Mula-mula batu kapur terurai membentuk kalsium

oksida (CaO) dan karbon dioksida (CO2).

Reaksi: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

Kalsium oksida kemudian bereaksi dengan pasir

membentuk kalsium silikat, komponen utama dalam

terak (Martin S. Silberberg, 2000: 974).

Reaksi: CaO(s) + SiO2(s)( CaSiO3(l)

Terak ini mengapung di atas besi cair dan

harus dikeluarkan dalam selang waktu tertentu.

2. Peleburan Ulang Besi-Baja

Proses pembuatan baja dibagi menjadi

beberapa tahap sebagi berikut.

a. Menurunkan kadar karbon dalam besi

gubal dari 3 4% menjadi 0 1,5%,

yaitu dengan mengoksidasikannya

dengan oksigen.

b. Membuang Si, Mn, dan P serta pengotor

lain melalui pembentukan terak.

c. Menambahkan logam aliase, seperti

Cr, Ni, Mn, V, Mo, dan W sesuai dengan jenis baja yang diinginkan (Oxtoby,

Gillis, Nachtrieb, 2003: 210).

Teknologi pengolahan besi gubal (pig iron) menjadi baja secara murah

dan cepat diperkenalkan oleh Henry Bessemer (1856), tetapi sekarang sudah

tidak digunakan lagi. William Siemens tahun 1860 mengembangkan tungku

terbuka (open herth furnace), dan sekarang tungku yang banyak digunakan

adalah tungku oksigen.

Berbagai jenis zat ditambahkan pada pengolahan baja yang berguna

sebagai scavangers (pengikat pengotor), terutama untuk mengikat oksigen

dan nitrogen. Scavangers yang terpenting adalah aluminium, ferosilikon,

feromangan, dan ferotitan. Zat tersebut bereaksi dengan nitrogen atau

oksigen yang terlarut membentuk oksida yang kemudian terpisah ke dalam

terak.

Baja dapat digolongkan ke dalam tiga golongan, yaitu:

a. Baja karbon, terdiri atas besi dan karbon.

b. Baja tahan karat (stainless stell), mempunyai kadar karbon yang rendah

dan mengandung sekitar 14% kromium.

c. Baja aliase, yaitu baja spesial yang mengandung unsur tertentu sesuai

dangan sifat yang diinginkan.

Untuk mencegah perkaratan pada baja dapat dilakukan dengan berbagai

cara, yaitu:

a. Menambahkan logam lain.

b. Menggunakan lapisan pelindung.

c. Menggunakan logam yang dapat dikorbankan.

d. Melindungi secara katodik.

PENGOLAHAN BIJIH BESI

a) Bahan baku terdiri atas: bijih besi, Fe2O3 atau

Fe2O4, CaCO3, atau SiO2 kokas (C).

b) Pengolahan dengan proses tanur tinggi.

c) Bagan pengolahan besi dengan proses tanur tinggi.

Campuran bahan baku akan turun ke bagian bawah

dengan suhu yang lebih tinggi 800 C. Di sini karbon

terbakar menjadi CO2 dan gas CO2 yang terjadi direduksi

oleh karbon menjadi gas CO.

C + O2 CO2( CO2 + C 2 CO

Gas CO yang terjadi mereduksi bijih besi.

Reaksinya:

3 Fe2O3 + CO 2 Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO 3 FeO + CO2

FeO + CO Fe + CO2

Besi yang terbentuk masih dalam bentuk padat (titik

lebur besi 1.540 C) dan terus turun ke bagian lebih

bawah lagi. Di sini besi yang terbentuk menyerap karbon.

Oleh karena itu, daerah ini disebut daerah karburasi

atau daerah hangus ( 1.000 C), karena menyerap

karbon, sehingga titik lebur besi turun.- Besi yang telah menyerap karbon ini meluncur lagi ke

bawah dan mencair (daerah pencairan) besi cair

berkumpul di bagian bawah tanur.

Pada bagian atas besi cair terjadi reaksi pembentukan

kerak.

CaCO3 CaO + CO2

CaO + SiO2 CaSiO3

pasir kerakPembuatan Besi

Besi diperoleh dari bijih besi dengan cara mereduksi bijih dalam tanur (tungku).

Bahan-bahan yang diperlukan meliputi:

a) bijih besi (hematit) Fe2O3 sebagai bahan baku,

b) batu kapur CaCO3 untuk mengikat zat pengotor,

c) kokas (C) sebagai reduktor,

d) udara untuk mengoksidasi C menjadi CO.

Proses yang terjadi pada

pembuatan besi:

a) Bahan-bahan (biji besi, batukapur, dan kokas) dimasukkan ke dalam tungku dari puncak tanur.

b) Udara panas dialirkan melalui dasar tanur sehingga mengoksidasi karbon menjadi gas CO2.

C (s) + O2(g) CO2(g)

(H = -394 Kjc) Kemudian gas CO2

bergerak naik dan

bereaksi lagi dengan kokas manjadi CO.

CO2(g) + C(s) 2CO(g) (H = +173 kJd) Gas CO yang terjadi mereduksi bijih besi secara bertahap menjadi besi.

3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 (pada suhu 500 C)

Fe3O4 + CO 3FeO + CO2 (pada suhu 850 C)

FeO + CO Fe + CO2 (pada suhu 1000 CBesi yang terbentuk berwujud cair turun ke bawah mengalir melalui

dasar tungku.

Zat pengotor yang tercampur dengan bijih besi, seperti SiO2, P4O10

dan Al2O3 diikat oleh CaO yang berasal dari penguraian batu kapur pada

suhu tinggi.

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) (pada suhu 800 900 C)

Selanjutnya CaO mengikat zat pengotor dengan reaksi:

CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3(l) (pada suhu 1200 C)

6CaO(s) + P4O10(s) 2Ca3(PO4)2(l) (pada suhu 1200 C)

CaO(s) + Al2O3(s) Ca(AlO2)2(l) (pada suhu 1200 C)Hasil-hasil reaksi ini disebut slag mengapung di atas lelehan besi

sehingga dapat dipisahkan untuk bahan dalam industri semen dan pupuk.

Besi yang dihasilkan dalam proses tanur ini disebut besi kasar (pig

iron) yang mengandung 95% Fe, 4% C dan sedikit Si, P, dan S. Besi kasar

ini keras tapi rapuh (mudah patah).

Skandium (Sc)

Scandium adalah unsur yang jarang terdapat di alam. Walaupun ada,

umumnya terdapat dalam bentuk senyawa dengan biloks +3. Misalnya,

ScCl3, Sc2O3, dan Sc2(SO4)3.

Sifat-sifat senyawa skandium semuanya mirip, tidak berwarna dan bersifat diamagnetik. Hal ini disebabkan dalam semua senyawanya scandium memiliki konfigurasi elektron ion Sc3+, sedangkan sifat warna dan kemagnetan ditentukan oleh konfigurasi elektron dalam orbital d. Logam skandium dibuat melalui elektrolisis lelehan ScCl3. Dalam jumlah kecil, scandium digunakan sebagai filamen lampu yang memiliki intensitas tinggi.Skandium adalah salah satu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Sc dan nomor atom 21. Skandium berupa logam transisi yang lembut dan warnanya putih keperakan, merupakan mineral yang langka dari Skandinavia dan kadang-kadang disebut sebagai elemen mineral langka.