Kimia unsur (Unsur Transisi Periode Keempat)

UNSUR-UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT

KELOMPOK 6 :

DELLA AYUDITA

DWI INDAH LESTARI

LIA LADYKA SARI

METHASWARI F A

M. RIZKY PUTRA

NONI SARTIKA

XII IPA 5

Unsur-Unsur Transisi Periode Keempat terdiri dari :

1. Skandium (Sc)2. Titanium (Ti)3. Vanadium (V)4. Kromium (Cr)5. Mangan (Mn)6. Besi (Fe)7. Kobalt (Co)8. Nikel (Ni)9. Tembaga (Cu)10.Seng (Zn)

KEBERADAAN UNSUR UNSUR LOGAM TRANSISI DI ALAM

Unsur Keberadaan di Alam

Skandium Sc terutama terdapat pada mineral tortveitil (~34% Sc), wikit, bijih Sn, dan tungsten. Bentuk dasar adalah Sc2O3. Logam Sc diperoleh sebagai produk samping pemurnian uranium.

Titanium Ti merupakan unsur peringkat ke-10 terbanyak di kerak bumi. Ti biasanya terdapat dalam bentuk mineral rutile (TiO2) atau ilmenite (FeTiO3 ).

Vanadium V terdapat di kerak bumi dengan kadar ~0,02%. V terdapat pada mineral patronit (VS4), Vanadinit [Pb5(VO4 )3Cl], dan kamotit [K2(UO2)2(VO4 ) 2·3H2O ]

Kromium Cr terdapat pada mineral kromit [Fe,Mg(CrO4].

Unsur Keberadaan di Alam

Mangan Mn terutama terdapat pada pirolusit (MnO₂),psilomelan[(Ba,H₂0)2Mn₅O₁₀], dan rodokrosit (MnCO₃). Logam Mn diekstraksi dari pirolusit.

Besi Fe merupakan unsur kedua terbanyak di alam. Besi ditemukan dalam mineral hematit (Fe₂O₃), magnetit (Fe₃O₄ ) , siderit (FeCO₃), limonit (2Fe₂O₃ 3H₂O), dan pirit (FeS₂)∙

Kobalt Co berada sebagai senyawa kobaltin (CoAsS) dan lineit (CO₃S₄). Co murni dihasilkan dari produk samping pemurnian Ni,Cu, dan Fe.

Nikel Ni ditemukan dalam mineral pentlandit [(NiFe)₉S₈] . Logam Ni diperoleh dengan memanaskan bijih besi dalam tungku pembakaran.

Tembaga Cu ditemukan dalam bentuk unsur maupun senyawa sulfida dalam mineral kalkopirit (CuFeS₂) ,kovelin (CuS), kalkosit (Cu₂S) atau seperti kuprit (Cu₂O)

Seng Zn ditemukan di dalam mineral zinkblende/spalerit (ZnS), kalamin, franklinit, smitsonit, (ZnCO3), wilemit, dan zincite (Zn0).

SIFAT SIFAT UNSUR TRANSISIPERIODE KEEMPAT

SIFAT FISIS UNSUR-UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAT

SIFAT ATOMIKSifat Atomik Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

Jari-jari logam (pm) 144 132 122 118 117 117 116 115 117 125

Energi Ionisasi I (kJ/mol) 631 658 650 653 717 759 758 737 746 906

Keelektronegatifan 1,3 1,5 1,6 1,6 1,5 1,8 1,8 1,8 1,9 1,6

Biloks (maksimum) +3 +4 +5 +6 +7 +6 +5 +4 +3 +2

SIFAT FISISSifat fisis Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

Kerapatan (kg/m3) 2.990 4.500 5.960 7.200 7.200 7.860 8.900 8.900 8.920 7.140

Kekerasan (Mohs) - 6,0 7,0 8,5 6,0 4,0 5,0 4,0 3,0 2,5

Titik Leleh (0C) 1.541 1.668 1.890 1.857 1.244 1.535 1.495 1.453 1.083 419

Titik Didih (0C) 2.830 3.287 3.407 2.672 2.061 2.861 2.927 2.913 2.567 907

∆Hfus (KJ/mol) 14.1 15,5 20,9 16,9 12,1 13,8 16,2 17,5 13,1 7,32

∆Hv (KJ/mol) 314 421 452 344 226 350 377 370 300 115

Daya Hantar Listrik (MΩ-1 cm-1 ) 0.018 0,023 0,049 0,077 0,007 0,099 0,172 0,143 0,596 0,166

Daya Hantar Panas (W/cmK) 0.158 0,219 0,307 0,937 0,078 0,802 1,00 0,907 4,01 1,16

SIFAT KIMIA

Untuk dapat mempelajari kereaktifan unsur-unsur transisi periode keempat, dapat digunakan data Sifat Atomik dan Konfigurasi Elektron.

KONFIGURASI

ELEKTRON

Dalam upaya mencapai konfigurasi gas mulia, logam transisi akan melepas elektron-elektron di subkulit s dan d –nya.

Karena jumlah elektron di subkulit d yang tergolong banyak, maka dibutuhkan energi yang lebih besar untuk melepas elektron-elektron tersebut.

Hal ini ditunjukkan dari kecenderungan nilai energi ionisasi nya yang secara umum bertambah dari Sc ke Zn, meski ada fluktuasi. Dengan demikian, diharapkan kereaktifan unsur-unsur transisi akan berkurang dari Sc ke Zn.

Namun demikian, di dalam prakteknya, ada faktor lain yang mempengaruhi kereaktifan logam transisi, yakni : karakteristik lapisan oksida yang terbentuk pada permukaan unsur sewaktu unsur teroksidasi/ bereaksi.

Kereaktifan unsur-unsur transisi periode keempat juga ditunjukkan dari nilai Potensial reduksi standar (E⁰) pada tabel berikut :

E⁰ (Volt)

Periode 4 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

M + 2e⁻ ↔ M - -1,63 -1,13 -0,90 -1,18 -0,44 -0,28 -0,25 +0,34 -0,76

SIFAT-SIFAT KARAKTERISTIKUNSUR-UNSUR TRANSISI PERIODE

KEEMPAT

Sifat Karakteristik Unsur-Unsur Transisi Periode Keempat :

1. Sifat Magnetik2. Tingkat Oksidasi3. Warna Senyawa

SIFAT MAGNETIK

Sifat magnetik suatu unsur disebabkan keberadaan elektron yang tidak berpasangan di dalam orbital atomnya.

Kemungkinan adanya elektron tidak berpasangan cenderung ditemui pada atom dari unsur dengan subkulit yang terdiri dari banyak orbital, yakni

subkulit d dan f.Seperti diketahui, sebagian besar unsur-unsur transisi periode keempat

memiliki elektron-elektron yang tidak berpasangan dalam orbital-orbital di subkulit d –nya,

Hal ini menyebabkan unsur-unsur ini menjadi mudah tertarik ke medan magnet luar.

Elektron yang Tidak Berpasangan

Berdasarkan sifatnya dalam medan magnet luar, sifat magnetik zat dapat dibedakan menjadi :

a. DiamagnetikSifat diamagnetik dimiliki zat yang semua elektronnya sudah berpasangan (↑↓) dimana momen magnetiknya saling meniadakan. Sewaktu diletakkan dalam medan magnet, zat ini akan ditolak sedikit oleh medan magnet.

b. ParamagnetikSifat paramagnetik dimiliki zat yang mempunyai setidaknya 1 elektron tidak berpasangan (↑). Dalam medan magnet luar, momen-momen magnetik atom yang terdistribusi acak akan tersusun berjajar. Zat akan tertarik ke medan magnet luar tersebut.

Tingkat Oksidasi Unsur-Unsur Transisi Periode Keempat

Warna Senyawa

PROSES EKSTRAKSI BESI DAN TEMBAGA

Proses Ekstraksi Besi

Tahapan ekstraksi Fe dari bijih besi :

-Bijih besi, batu kapur (CaCO₃), dan kokas (C) dimasukkan dari

bagian atas tanur.

-Kemudian, udara panas ditiupkan kebagian bawah tungku agar C

bereaksi dengan O₂ membentuk CO₂.

-Gas CO₂ yang terbentuk selanjutnya akan bergerak ke atas dan

bereaksi lebih lanjut dengan C untuk membentuk CO.

C (s)+ O₂(g) → CO₂(g)

CO₂(g) + C(s) → 2CO (g)

-Produk reaksi yakni gas CO kemudian bergerak naik dan mulai

mereduksi senyawa-senyawa besi pada bijih besi.

Reaksi keseluruhannya dapat ditulis debagai berikut :

Fe yang terbentuk akan mengalir dan berkumpul di bawah.

Karena suhu di bawah lebih tinggi sekitar 2000⁰C, Fe akan berada

dalam bentuk lelehannya.

3Fe₂O₃(s) + CO(g) → 2Fe₃O₄ (s) + CO₂(g)

Fe₃O ₄(s) + CO(g) → 3FeO(s) + CO₂(g)

FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO₂(g)

Fe₂O₃(s) + 3CO → 2Fe(l) + 3CO₂(g)

-Sementara itu, CaCO₃ dalam tanur akan terurai menjadi CaO

-CaO yang terbentuk akan bereaksi dengan pengotor yang bersifat

asam yang ada dalam bijih besi, seperti pasir silika. Reaksi ini

menghasilkan senyawa dengan titik didih rendah yang disebut

terak (slag).

CaO(s) + SiO₂(s) → CaSiO₃(l)

-Lelehan terak kemudian akan mengalir ke bagian bawah tanur. Karena kerapatan lelehan terak yang lebih rendah dibandingkan lelehan besi, maka lelehan terak berada di atas lelehan besi sehingga keduanya dapat dikeluarkan secara terpisah. (Secara tidak langsung, lelehan terak ini melindungi lelehan besi dari teroksidasi kembali).

Besi yang terbentuk di dalam tanur tiup masih mengandung pengotor dan bersifat cukup rapuh. Besi ini disebut juga besi gubal. Besi gubal dapat dicetak langsung menjadi besi tuang atau diproses lebih lanjut menjadi baja, tergantung dari aplikasinya.

Proses Ekstraksi Tembaga

Bijih tembaga diola

h dulu agar kandungannya menjadi sekit

ar 25-35% Cu.

Tungku

Pelebura

n

Tungku

Pemisahan Perak

Tungku

Konversi

Pemurnia

n deng

an Pembakaran

Pembuatan anode

Cu

Diagram proses ekstraksi tembaga :

Aplikasi Unsur dan Senyawa Transisi Periode Keempat dalam Kehidupan Sehari-hari

a. Sebagai Magnet

b. Sebagai Katalis

Katalis Aplikasi Industri

V₂O₅ Untuk produksi H₂SO₄ menggunakan proses kontak.

Fe

Serbuk Fe dan garam lainnya digunakan sebagai katalis dalam proses Haber-Bosch untuk produksi

NH₃.

Ni Untuk hidrogenasi (penambahan hidrogen) ke

dalam minyak dari tumbuh-tumbuhan

TiCl₃ Untuk polimerisasi etena menjadi polietena.

Penggunaan unsur-unsur transisi periode keempat sebagai katalis terkait dengan sifat karakteristiknya, yakni memiliki berbagai tingkat oksidasi.Hal ini memberikan alternatif bagi jalur reaksi dengan energi aktivasi yang lebih rendah, sehingga reaksi dapat berlangsung lebih cepat.

c. Sebagai Bahan Struktur

Logam transisi mempunyai ikatan logam yang lebih kuat dibandingkan logam utama (non-transisi), dan struktur kristal yang rapat. Hal ini menyebabkan logam transisi

memiliki kekuatan mekanik yang tinggi sehingga digunakan sebagai bahan struktur.

d. Sebagai Pewarna

e. Sebagai mineral penting dalam tubuh

Ion Logam Transisi Fungsi dalam tubuh

Fe

Peredaran O₂ ke seluruh tubuh, penyimpanan O₂ dalam jaringan otot,

respirasi, pembelahan sel

Cu Respirasi

Zn Kontrol pH darah

Co Pembelahan Sel

Dampak Pemanfaatan Unsur dan Senyawa Transisi Periode Keempat

Dampak Pemanfaatan Unsur dan Senyawa Transisi Periode Keempat

Pertanyaan & Jawaban1. Nama : Yogi Sundana

Pertanyaan : Sebutkan dampak positif dan negatif pada unsur transisi periode keempat!

Jawaban : Dampak Positif : a. Kromium : untuk melapisi logam lain, pewarna keramik dan tekstilb. Tembaga : sebagai insektisida, anti lumut pada kolam, pewarna gelas dan katalisDampak Negatif :Penggunaan Cu mudah terbakar dalam bentuk serbuk halus

2. Nama : Mutia RadianaPertanyaan : Jelaskan proses ekstraksi besi dan tembaga!Jawaban :Proses Ekstraksi Besi :

Tahapan ekstraksi Fe dari bijih besi :

-Bijih besi, batu kapur (CaCO₃), dan kokas (C) dimasukkan dari bagian atas

tanur.

-Kemudian, udara panas ditiupkan kebagian bawah tungku agar C bereaksi

dengan O₂ membentuk CO₂.

C (s)+ O₂(g) → CO₂(g)

-Gas CO₂ yang terbentuk selanjutnya akan bergerak ke atas dan bereaksi

lebih lanjut dengan C untuk membentuk CO.

CO₂(g) + C(s) → 2CO (g)

-Produk reaksi yakni gas CO kemudian bergerak naik dan mulai

mereduksi senyawa-senyawa besi pada bijih besi.

Reaksi keseluruhannya dapat ditulis debagai berikut :

Fe₂O₃(s) + 3CO → 2Fe(l) + 3CO₂(g)

Fe yang terbentuk akan mengalir dan berkumpul di bawah. Karena

suhu di bawah lebih tinggi sekitar 2000⁰C, Fe akan berada dalam

bentuk lelehannya.

3Fe₂O₃(s) + CO(g) → 2Fe₃O₄ (s) + CO₂(g)

Fe₃O ₄(s) + CO(g) → 3FeO(s) + CO₂(g)

FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO₂(g)

-Sementara itu, CaCO₃ dalam tanur akan terurai menjadi CaO

-CaO yang terbentuk akan bereaksi dengan pengotor yang bersifat asam yang

ada dalam bijih besi, seperti pasir silika. Reaksi ini menghasilkan senyawa dengan

titik didih rendah yang disebut terak (slag).

Lelehan terak kemudian akan mengalir ke bagian bawah tanur. Karena

kerapatan lelehan terak yang lebih rendah dibandingkan lelehan besi, maka

lelehan terak berada di atas lelehan besi sehingga keduanya dapat dikeluarkan

secara terpisah. (Secara tidak langsung, lelehan terak ini melindungi lelehan besi

dari teroksidasi kembali).

Besi yang terbentuk di dalam tanur tiup masih mengandung pengotor

dan bersifat cukup rapuh. Besi ini disebut juga besi gubal. Besi gubal dapat

dicetak langsung menjadi besi tuang atau diproses lebih lanjut menjadi baja,

tergantung dari aplikasinya.

CaO(s) + SiO₂(s) → CaSiO₃(l)

Gambar Tanur Besi

Proses Ekstraksi Tembaga :Diagram proses ekstraksi tembaga :

Bijih tembaga diola

h dulu agar kandungannya menjadi sekit

ar 25-35% Cu.

Tungku

Pelebura

n

Tungku

Pemisahan Perak

Tungku

Konversi

Pemurnia

n deng

an Pembakaran

Pembuatan anode

Cu

Tembaga

anode

dengan

kandunga

n 99,4% Cu masuk ke proses

elektrolisi

s untu

k menghasilkan ~99,999% CU

3. Nama : M. Arif MaulanaPertanyaan: Jelaskan proses pembuatan Titanium, Vanadium dan Kromium pada unsur transisi periode keempat!Jawaban :

1. Cara Pembuatan Titanium :Langkah awal produksi titanium dilakukan dengan mengubah

bijih rutil yang mengandung TiO2 menjadi TiCl4, kemudian TiCl4 dureduksi dengan Mg pada temperature tinggi yang bebas oksigen.Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut :TiO2 (s) + C(s) + 2Cl2(g) → TiCl4(g) + CO2(g)

TiCl4(g) + 2Mg(s) → Ti(s) + 2MgCl2(g)

Reaksi dilakukan pada tabung baja. MgCl2 dipindahkan dan dielektrolisis menjadi Mg dan Cl2. Keduanya kemudian didaurulangkan. Ti didapatkan sebagai padatan yang disebut sepon. Sepon diolah lagi dan dicampur dengan logam lain sebelum digunakan.

2. Cara pembuatan VanadiumProduksi vanadium sekitar 80% digunakan untuk pembuatan baja. Dalam penggunaannya vanadium dibentuk sebagai logam campuran besi. Fero vanadium mengandung 35% - 95% vanadium. Ferrovanadium dihasilkan dengan mereduksi V205 dengan pereduksi campuran silicon dan besi. SiO2 yang dihasilkan direaksikan dengan CaO membentuk kerak CaSiO3(l). reaksinya sebagai berikut.2 V205(s) + 5Si(s) → 4V(s) + Fe(s) + 5 SiO2(s)

SiO2(s) + CaO(s) → CaSiO3

Kemudian ferrovanadium dipisahkan dengan CaSiO3.3. Cara Pembuatan kromiumKrom merupakan salahsatu logam yang terpenting dalam industry logam dari bijih krom utama yaitu kromit, Fe(CrO2)2 yang direduksi dapat dihasilkan campuran Fe dan Cr disebut Ferokrom.Reksinya sebagai berikut : Fe(CrO2)2(s) +4C(s) → Fe(s)+2Cr(s) + 4CO(g)

Ferokrom ditambahkan pada besi membentuk baja.