Hidrogen dan Oksigen I. Judul Percobaan : Hidrogen dan Oksigen II. Hari / Tanggal Percobaan : Senin / 27 Oktober 2014; 09.00 WIB III. Selesai Percobaan : Senin / 27 Oktober 2014; 11.00 WIB IV. Tujuan Percobaan : Percobaan Hidrogen: 1. Mengetahui cara pembuatan gas hidrogen 2. Mengetahui sifat-sifat gas hidrogen dan senyawanya 3. Mengidentifikasi gas hidrogen dan senyawanya. Percobaan Oksigen: 4. Mengetahui cara pembuatan gas oksigen di laboratorium 5. Mengetahui adanya gas oksigen dalam suatu senyawa V. Tinjauan Pustaka : Hidrogen Hidrogen adalah unsur teringan yang terdapat dalam tabel periodik dan merupakan unsur yang paling banyak terdapat di jagat raya dengan pr e sentase kadar h i drogen di jagat raya adalah 75% berat atau 93% mol. 1 Kimia Anorganik II
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Hidrogen dan Oksigen
I. Judul Percobaan :
Hidrogen dan Oksigen
II. Hari / Tanggal Percobaan :
Senin / 27 Oktober 2014; 09.00 WIB
III. Selesai Percobaan :
Senin / 27 Oktober 2014; 11.00 WIB
IV. Tujuan Percobaan :
Percobaan Hidrogen:
1. Mengetahui cara pembuatan gas hidrogen
2. Mengetahui sifat-sifat gas hidrogen dan senyawanya
3. Mengidentifikasi gas hidrogen dan senyawanya.
Percobaan Oksigen:
4. Mengetahui cara pembuatan gas oksigen di laboratorium
5. Mengetahui adanya gas oksigen dalam suatu senyawa
V. Tinjauan Pustaka :
Hidrogen
Hidrogen adalah unsur teringan yang terdapat dalam tabel
periodik dan merupakan unsur yang paling banyak terdapat di jagat raya
dengan presentase kadar hidrogen di jagat raya adalah 75% berat atau 93%
mol. Hidrogen terdapat di bumi sampai diruang angkasa sebagai penyusun
bintang. Hidrogen dalam bentuk unsurnya berupa gas diatomik (H2), gas H2
merupakan gas yang paling ringan, tidak berwarna, dan tidak berbau, dan
gas ini bersifat mudah terbakar dengan adanya oksigen. Gas hidrogen di
alam terdapat dalam dua bentuk molekular yaitu orthohidrogen dan
parahidrogen, kedua bentuk molekular ini berbeda dalam hal spin relatif
elektron dan inti atomnya. Pada ortohidrogen spin dua protonnya adalah
parallel sehingga membentuk keadaan olekular yang disebut sebagai “triplet
1Kimia Anorganik II
Hidrogen dan Oksigen
dengan bilangan kuantum spin 1 (1/2+1/2), pada parahidrogen maka spin
protonya antiparalel sehingga membentuk keadaan “singlet” dan bilangan
kuantum spinnya 0 (1/2-1/2). Pada keadaan STP (Standard Temperature
Pressure) gas hydrogen tersusun dari 25% bentuk para dan 75% bentuk
ortho. Bentuk orto tidak dapat dimurnikan, disebabkan perbedaan kedua
bentuk hydrogen tersebut maka sifat fisika keduanya juga berbeda.
Hidrogen memiliki nomor atom 1 dan nomor massa 1,008. Dengan
nomor atom ini maka hidrogen memiliki konfigurasi electron 1s1 dan
jumlah electron dalam kulit atomnya 1. Hidrogen diletakkan dibagian atas
bersama dengan golongan 1A, tapi perlu diingat bahwa hidrogen bukan
merupakan anggota golongan 1A dan hidrogen bukan anggota golongan
manapun di dalam tabel periodik. Hidrogen diletakkan dalam periode 1
bersama dengan helium, dan blok tempat hidrogen berada pada sistem
periodik adalah pada blok s.
Hidrogen dapat membentuk senyawa dengan kebanyakan unsur
dan dapat dijumpai dalam air dan senyawa-senyawa organik. Isotop
hidrogen yang paling banyak dijumpai di alam adalah protium, yang inti
atomnya hanya mempunyai proton tunggal dan tanpa neutron. Senyawa
ionik hidrogen dapat bermuatan positif (kation) ataupun negatif (anion).
Hidrogen sangat penting dalam reaksi asam basa yang mana banyak reaksi
ini melibatkan pertukaran proton antar molekul terlarut. Oleh karena
hidrogen merupakan satu-satunya atom netral yang persamaan
Schrödingernya dapat diselesaikan secara analitik, kajian pada energetika
dan ikatan atom hidrogen memainkan peran yang sangat penting dalam
perkembangan mekanika kuantum.
Gas hidrogen adalah gas yang mudah terbakar. Gas hydrogen
bersifat eksplosif jika membentuk campuran dengan udara dengan
perbandingan volume 4%-75% dan dengan klorin dengan perbandingan
volume 5%-95%. Disebabkan gas hydrogen sangat ringan maka api yang
2Kimia Anorganik II
Hidrogen dan Oksigen
disebabkan pembakaran gas hidrogen cenderung bergerak ke atas dengan
cepat sehingga mengakibatan kerusakan yang sangat sedikit jika
dibandingkan dengan api yang berasal dari pembakaran hidrokarbon.
Reaksi spontanitas ini biasanya di picu oleh adanya kilatan api, panas, atau
cahaya matahari. Entalpi pembakaran gas hydrogen adalah -256 kJ/mol
dengan reaksi:
2 H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) + 572 kJ
Hidrogen sangat reaktif dan bereaksi dengan setiap unsur yang
bersifat oksidator dan bersifat lebih elektronegatif dibandingkan hidrogen
seperti golongan halide. Hidrogen dapat bereaksi secara spontan dengan
klorin dan florin pada temperature kamar membentuk hydrogen halide.
Hidrogen juga dapat membentuk senyawa dengan unsur yang kurang
bersifat elektronegatif misalnya logam dengan membentuk hidrida.
Kelarutan hidrogen dalam pelarut organik sangat kecil jika
dibandingkan dengan kelarutannya dalam air. Hidrogen dapat terserap
dalam metal seperti baja. Penyerapan hidrogen oleh baja ini menyebabkan
baja bersifat mudah patah sehingga menyebabkan kerusakan dalam
pembuatan peralatan. Dengan sifat ini maka ilmuwan dapat menyimpan ga
hidrogen dalam logam platinum.
Pada suhu normal hydrogen terdapat dalam bentuk diatomiknya
akan tetapi pada suhu yang sangat tinggi hidrogen terdisosiasi menjadi
atom-ataomnya. Atom hydrogen sangat reaktif dan dapat bereaksi dengan
oksida logam seperti perak, tembaga, timbal, bismuth, dan raksa untuk
menghasilkan logam bebasnya.
Atom hidrogen juga dapat bereaksi dengan senyawa organik untuk
membentuk kompleks seperti dengan C2H4 membentuk C2H6 dan C4H10.
Pada tekanan yang sangat tinggi hydrogen bisa memiliki sifat seperti logam.
Sifat Fisika dan Kimia Hidrogen
Sifat Fisika
3Kimia Anorganik II
Hidrogen dan Oksigen
Titik lebur : -259,140C
Titik didih : -252,87 oC
Warna : tidak berwarna
Bau : tidak berbau
Densitas : 0,08988 g/cm3 pada 293 K
Kapasitas panas : 14,304 J/gK
Sifat Kimia
Panas Fusi : 0,117 kJ/mol H2
Energi ionisasi : 1312 kJ/mol
Afinitas elektron : 72,7711 kJ/mol
Panas atomisasI : 218 kJ/mol
Panas penguapan : 0,904 kJ/mol H2
Jumlah kulit : 1
Biloks minimum : -1
Elektronegatifitas : 2,18 (skala Pauli)
Konfigurasi elektron : 1s1
Biloks maksimum : 1
Volume polarisasi : 0,7 Å3
Struktur : hcp (hexagonal close packed) (padatan H2)
Jari-jari atom : 25 pm
Konduktifitas termal : 0,1805 W/mK
Berat atom : 1,0079
Potensial ionisasi : 13,5984 eV
Memproduksi Hidrogen Skala Laboratorium
Dalam skala laboratorium hidrogen biasanya dibuat dari hasil
samping reaksi tertentu misalnya mereaksikan logam dengan asam seperti
mereaksikan antara besi dengan asam sulfat.
Fe(s) + H2SO4(aq) → FeSO4(aq) + H2(g)
4Kimia Anorganik II
Hidrogen dan Oksigen
Sejumlah kecil hidrogen dapat juga diperoleh dengan mereaksikan
kalsium hidrida dengan air. Reaksi ini sangat efisien dimana 50% gas
hydrogen yang dihasilkan diperoleh dari air.
CaH2(s) + 2 H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + 2 H2(g)
Elektrolisis air juga sering dipakai untuk menghasilkan hidrogen
dalam skala laboratorium, arus dengan voltase rendah dialirkan dalam air
kemudian gas oksigen akan terbentuk di anoda dan gas hIdrogen akan
terbentuk di katoda.
2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g)
Memproduksi Hidrogen Skala Industri
Dalam skala industri hidrogen dapat dibuat dari hidrokarbon, dari
produksi secara biologi melalui bantuan alga dan bakteri, melalui
elektrolisis, ataupun termolisis. Produksi hidrogen dari hidrokarbon masih
menjadi primadona disebabkan dengan metode ini bisa dihasilkan hidrogen
dalam jumlah yang melimpah sehingga metode yang lain perlu
dikembangkan lagi akar meningkatkan nilai ekonomi hidrogen.
a. Pembuatan hidrogen dari hidrokarbon
Hidrogen dapat dibuat dari gas alam dengan tingkat efisiensi sekitar
80% tergantung dari jenis hidrokarbon yang dipakai. Pembuatan hydrogen
dari hidrokarbon menghasilkan gas CO2, sehingga CO2 ini dalam prosesnya
dapat dipisahkan. Produksi komersial hidrogen menggunakan proses
“steam reforming” menggunakan methanol atau gas alam dan
menghasilkan apa yang disebut sebagai syngas yaitu campuran gas H2 dan
CO.
CH4 + H2O → 3H2 + CO + 191,7 kJ/mol
Panas yang dibutuhkan oleh reaksi diperoleh dari pembakaran
beberapa bagian methane. Penambahan hasil hydrogen dapat diperoleh
5Kimia Anorganik II
Hidrogen dan Oksigen
dengan menambahkan uap air kedalam gas hasil reaksi yang dialirkan
dalam reaktor bersuhu 130oC.
CO + H2O → CO2 + H2 – 40,4 kJ/mol
Reaksi yang terjadi adalah pengabilan oksigen dari molekul air ke
CO untuk menjadi CO2. Reaksi ini menghasilkan panas yang dapat dipakai
untuk menjaga suhu reaktor.
b. Pembuatan hidrogen dari air melalui elektrolisis
Hidrogen dapat dibuat dari proses elektrolisis air dengan
menggunakan suplai energi yang dapat diperbaharuhi misalnya angin,
hydropower, atau turbin. Dengan cara elektrolisis maka produksi yang
dijalankan tidak akan menghasilkan polusi. Proses elektrolisis menjadi
salah satu proses yang memiliki nilai ekonomi yang urah dibandingkan
dengan menggunakan bahan baku hidrokarbon. Salah satu teknik
elektrolisis yang mendapatkan perhatian cukup tinggi adalah “elektrolisis
dengan menggunakan tekanan tinggi” dalam teknik ini elektrolisis
dijalankan untuk menghasilkan gas hidrogen dan oksigen dengan tekanan
sekitar 120-200 Bar. Teknik lain adalah dengan menggunakan “elektrolisis
temperatur tinggi” dengan teknik ini konsumsi energi untuk proses
elektrolisis sangat rendah sehingga bisa meningkatkan efisiensi hingga
50%. Proses elektrolisis dengan menggunakan metode ini biasanya
digabungkan dengan instalasi reactor nuklir disebabkan karena bila
menggunakan sumber panas yang lain maka tidak akan bisa menutup
biaya peralatan yang tergolong cukup mahal
c. Pembuatan hidrogen melalui proses biologi
Beberapa macam alga dapat menghasilkan gas hydrogen sebagai
akibat proses metabolismenya. Produksi secara biologi ini dapat dilakukan
dalam bioreaktor yang mensuplay kebutuhan alga seperti hidrokarbon dan
dari hasil reaksi menghasilkan H2 dan CO2 Dengan menggunakan metode
6Kimia Anorganik II
Hidrogen dan Oksigen
tertentu CO2 dapat dipisahkan sehingga kita hanya mendapatkan gas H2
saja.
d. Dekomposisi air dengan gelombang radio
Dengan menggunakan gelombang radio maka dapat menghasilkan
hidrogen dari air laut dengan dasar proses dekomposisi. Jika air ini
diekspos dengan sinar terpolarisasi dengan frekuensi 13,56 MHz pada
suhu kamar maka air laut dengan konsentrasi NaCl antara 1-30% dapat
terdekomposisi menjadi hidrogen dan oksigen.
e. Termokimia
Terdapat lebih dari 352 proses termokimia yang dapat dipakai
untuk proses splitting atau termolisis dengan cara ini kita tidak
membutuhkan arus listrik akan tetapi hanya sumber panas. Beberapa
proses termokimia ini adalah CeO2/Ce2O3, Fe3O4/FeO, S-I, Ce-Cl, Fe,Cl dan
lainnya. Reaski yang terjadi pada proses ini adalah: 2H2O → 2H2 + O2 dan
semua bahan yang dipergunakan dapat didaur ulang kembali menuju
proses yang baru
Senyawa Hidrogen
1. Hidrida
Istilah hidrida dipakai untuk menyatakan bahwa bilangan oksidasi
hidrogen yang bereaksi dengan unsur yang lain adalah -1 dan dinotasikan
sebagai H-. Beberapa contoh senyawa hidrida adalah LiH, NaH, LiAlH4,
BeH2 dan lainnya. Ikatan dalam senyawa hidrida dapat bersifat kovalen
hingga sangat bersifat ionik dan hidrida ini bisa menjadi bagian molekul,
oligomer, polimer, padatan ion, layer dalam absorbsi kimia, atau bahkan
menjadi bagian dari suatu logam. Hidrida bereaksi sebagai basa lewis dan
bersifat sebagai reduktor dan bisa juga bisa bereaksi dengan radikal
hidrogen dan proton. Berbagai macam unsur dapat membentuk hidrida
dan sekarang menjadi subyek penelitian yang penting untuk menemukan
7Kimia Anorganik II
Hidrogen dan Oksigen
logam yang dapat menyimpan hydrogen untuk pembangkit listrik atau
baterai. Hidrida juga memerankan peranan yang penting dalam sintesis
senyawa organik disebabkan bersifat sebagai reduktor.
2. Hidrokarbon
Dalam bidang organik senyawa hidrokarbon didefinisikan sebagai
senyawa yang pada dasarnya terdiri dari hidrogen dan karbon, akan tetapi
pengertian ini semakin meluas disebabkan beberapa hidrokarbon juga
mengandung unsur lain seperti fosfor, nitrogen, belerang dan bahkan
logam (organometalik). Golongan hidrokarbon sangat luas diantaranya
alkana, alkena, alkuna, alkohol, ester, asam karboksilat, aldehid, keton,
amida, senyawa aromatik dan berbabagai macam makromolekul seperti
golongan proten, dan karbohidrat.
Umumnya hidrokarbon merupakan sumber energi utama yang ada
di bumi akan tetapi dengan pertimbangan kondisi bumi saat ini maka
penggunaan energi ini mulai sedikit-demi sedikit dialihkan ke sumber
energi yang ramah lingkungan. Hidrokarbon juga merupakan sumber atau
bahan dasar untuk membuat berbagai macam senyawa organik yang lain
misalnya, industri petrokimia menjadi dasar untuk pembuatan senyawa
kimia yang lain.
3. Hidrogen Halida
Hidrogen halida adalah senyawa kimia yang dihasilkan dari reaksi
antara hidrogen dengan unsur halide yaitu golongan 7 misalnya HF, HCl,
HBr, dan HI. Senyawa HAt jarang ditemukan di alam dan bersifat tidak
stabil. Senyawa hydrogen halide (HX) bersifat asam disebabkan
kecenderungan mereka melepaskan H+ dalam larutan. Kecuali HF maka
hydrogen halide yang lain adalah asam kuat. Dalam larutan sesama
molekul halide dapat membentuk ikatan hydrogen dimana ikatan ini
menyebabkan beberapa senyawa memiliki titik didih yang lebih tinggi dari
8Kimia Anorganik II
Hidrogen dan Oksigen
yang diperkirakan. Kecenderungan hidrogen bereaksi dengan halide ini
disebakan mereka memiliki perbedaan kelektronegatifitas yang cukup
besar. Berikut perbandingan ukuran atom dan momen dipole beberapa
hidrogen halida.
Gambar: Perbandingan ukuran atom dan momen dipol beberapa
hidrogen halida
4. Air (H2O)
Molekul air memiliki dua atom hidrogen dan satu atom oksigen
yang terikat secara kovalen. Oksigen mengikat hidrogen dengan kuat
disebabkan oksigen memiliki elektronegatifitas yang tinggi sehingga
dihasilkan kutub positif dan negatif dalam molekul air sehingga hal ini
menyumbangkan bahwa molekul air memiliki momen dipole. Sesama
molekul air dapat membentuk ikatan hidrogen sehingga meningkatkan titik
didih air. Air dapat didiskripsikan sebagai molekul yang memiliki kepolaran
sehingga dapat terdeprotonasi dengan reaksi:
2 H2O (l) → H3O+ (aq) + OH (aq)
Konstanta disosiasi ini atau Kw adalah 10-14 pada 25 oC.
Oksigen
9Kimia Anorganik II
Hidrogen dan Oksigen
Dioksigen (O2) adalah gas tak berwarna dan tak berbau (bp-
183.0oC) menempati 21% karena atom oksigen juga komponen utama air
dan batuan, oksigen adalah unsur yang paling melimpah di kerak bumi.
Walaupun unsur ini melimpah, oksigen dibuktikan sebagai unsur baru di
abad ke-18. Karena kini sejumlah besar oksigen digunakan untuk produksi
baja, oksigen dipisahkan dalam jumlah besar dari udara yang dicairkan.
Isotop oksigen 16O (kelimpahan 99.762%), 17O (0.038%), dan 18O
(0.200%). 17O memiliki spin I = 5/2 dan isotop ini adalah nuklida yang
penting dalam pengukuran NMR. 18O digunakan sebagai perunut dalam
studi mekanisme reaksi. Isotop ini juga bermanfaat untuk penandaan garis
absorpsi spektrum IR atau Raman dengan cara efek isotop.
Oksigen atau zat asam adalah unsur kimia dalam sistem tabel
periodik yang mempunyai lambang O dan nomor atom 8. Oksigen
merupakan unsur yang sangat penting bagi kehidupan terutama dalam
proses pernapasan. Oksigen merupakan unsur golongan kalkogen dan
dapat dengan mudah bereaksi dengan hampir semua unsur lainnya
(utamanya menjadi oksida). Semua kelompok molekul struktural yang
terdapat pada organisme hidup, seperti protein, karbohidrat, dan lemak,
mengandung oksigen.
Ion superoksida, O2-, dan ion peroksida, O2
2-, adalah anion-anion
dioksigen. Keduanya dapat diisolasi sebagai garam logam alkali. Ada
keadaan oksidasi lain, O2+, yang disebut kation dioksigen (1+), dan dapat
diisolasi sebagai garam dengan anion yang cocok.
Struktur Oksigen
Pada temperatur dan tekanan standar, oksigen berupa gas tak
berwarna dan tak berasa dengan rumus kimia O2, dimana dua atom oksigen
secara kimiawi berikatan dengan konfigurasi elektron triplet spin. Ikatan ini
memiliki orde ikatan dua dan sering dijelaskan secara sederhana sebagai
Gas yang terbentuk adalah gas Oksigen sesuai dengan reaksi
diatas. Setelah terjadi reaksi tersebut, gelas ukur yang semulanya
penuh dengan air, air berkurang sebanyak 25mL. Volume tersebut
adalah volume O2 yang kemudian duji dengan nyala api. Gas O2 yang
terdapat dari reaksi tersebut diuji nyala dengan kayu dihasilkan nyali
api semakin besar. Hal ini menunjukkan bahwa terbentuk gas Oksigen
yang mudah terbakar. Berbeda dengan percobaan 6 yang
36Kimia Anorganik II
Hidrogen dan Oksigen
menggunakan pemanasan, percobaan ini tidak menggunkan
pemanasan. Volume O2 yang dihasilkan lebih banyak dengan
pemanasan daripada dengan tidak adanya pemanasan. Ini disebabkan
karena pembuatan gas Oksigen akan berjalan lambat tanpa adanya
katalis dan pemanasan.
X. KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan di atas, maka dapat disimpulkan bahwa :
1. Gas hidrogen dapat dibuat secara laboratorium dengan mereaksikan logam dengan air dingin, logam dengan air melalui pemanasan, logam uap air, dan logam dengan asam. Seperti berikut:
Mereaksikan logam Ca dengan air
Mereaksikan logam Mg dengan air melalui pemanasan.
Mereaksikan logam Zn dengan uap air
Mereaksikan logam Zn dengan HCl
Mereaksikan KI dengan H2O2
Hal ini sesuai dengan tingkat kereaktifan logam yang digunakan. Dan
reaksi ini akan membentuk gas hidrogen dan larutan basa.
2. Gas hidrogen dapat menimbulkan letupan dan menyebabkan nyala api
semakin besar dengan uji coba nyala api
3. Gas oksigen dapat dibuat dengan cara mereaksikan kalium klorat dengan
batu kawi pada pemanasan. Batu kawi (MnO2) bertindak sebagai katalis.
4. Gas oksigen dapat dibuat dengan cara mereaksikan permanganat dengan
hidrogen peroksida
5. Pengujian gas oksigen dapat dilakukan dengan uji nyala api, nyala api
akan membesar jika gas hidrogren atau gas oksigen terbentuk.