Pembelajaran 5.1: Sifat-sifat Logam Transisi

Pada Modul 5 ini mahasiswa akan mempelajari sejarah singkat logam transisi, sifat-sifat fisik dan sifat umum unsur transisi, kelimpahan dan terdapatnya unsur transisi, serta ekstraksi unsur transisi. Dengan memahami semua hal tersebut diatas maka mahasiswa akan memahami sifat-sifat unsur transisi, reaksi-reaksinya, senyawa-senyawanya dan pemanfaatannya dalam industri maupun dalam kehidupan sehari-hari

Ada tiga (3) proses pembelajaran untuk dapat mengkaji Unsur Transisi yaitu:

Proses Pembelajaran 5.1: Sifat-sifat logam Transisi

Proses Pembelajaran 5.2: Titanium, Vanadium, Kromium, dan Mangan

Proses Pembelajaran 5.3: Besi, Kobal, Nikel, dan Tembaga

Capaian Pembelajaran

Setelah menyelesaikan seluruh proses pembelajaran pada modul ini maka mahasiswa diharapkan memiliki kemampuan:

  1. Mengetahui sejarah logam transisi
  2. Memahami sifat-sifat Fisika, sifat Kimia, dan Sifat Umum logam transisi
  3. Mengetahui kelimpahan dan terdapatnya logam transisi
  4. Memahami ekstraksi logam transisi
  5. Mengaplikasikan sifat-sifat alkali kepada unsur-unsur logam transisi
  6. Memahami reaksi-reaksi logam transisi
  7. Mengenal senyawa-senyawa logam transisi
  8. Mengetahui pemanfaatan logam transisi dalam industri dan kehidupan sehari-hari

Untuk memudahkan anda mencapai tujuan pembelajaran ini maka modul ini dilengkapi dengan uraian materi, pengayaan atau latihan, intisari, dan evaluasi. Pelajarilah dengan seksama setiap uraian, dan lakukan pengayaan, serta kerjakan evaluasi diakhir setiap proses pembelajaran.

 

Pembelajaran 5.1

Sifat-sifat Logam Transisi

Senyawa-senyawa logam-logam transisi selalu mempunyai ketertarikan yang khusus bagi kimiawan anorganik. Bila senyawa-senyawa logam-logam golongan utama hampir selalu berwarna putih, senyawa-senyawa logam transisi menampilkan setiap warna dari pelangi. Kadangkala dalam pembuatan suatu senyawa dengan formula yang sama akan menghasilkan warna yang berbeda, misalnya kromium(III) klorida heksahidrat, CrCl3.6H2O, dapat disintesis dalam bentuk warna ungu, hijau muda dan hijau gelap.

Penjelasan awal untuk keragaman sifat dari logam transisi ini adalah, seperti halnya kimia organik, komponen-komponen senyawa logam transisi juga menguntai cincin. Seorang kimiawan berkebangsaan Swis yang bernama Alfred Werner pada tahun 1893 yang mengemukakan konsep senyawa logam transisi yang terdiri atas ion logam yang dikelilingi ion-ion dan molekul-molekul lain. Teori terbaru ini diterima baik di negara Jerman tetapi mendapat penolakan pada negara-negara yang berbahasa Inggris. Selama delapan tahun berikutnya, Werner dan mahasiswanya berusaha membuat beberapa seri senyawa-senyawa logam transisi dalam rangka mencari pembuktian dari teorinya dan akhirnya pada tahun 1913 Werner mendapat penghargaan Hadiah Nobel untuk pengakuan kontribusinya.

Walaupun beberapa orang menggunakan istilah "unsur-unsur blok-d" dan "logam-logam transisi" secara bertukaran, namun kimiawan anorganik umumnya membatasi istilah logam transisi pada suatu unsur yang mempunyai paling sedikit sebuah ion sederhana dengan elektron d luar yang tidak lengkap, contohnya kromium mempunyai dua bilangan oksidasi yang umum (ditambah beberapa yang kuran umum). Bilangan oksidasi +3 mempunyai orbital d yang terisi sebagian walaupun bilangan koordinasi +6 mempunyai sebuah orbital d yang kosong. Jadi kromium dianggap sebagai logam transisi. Sebaliknya, bilangan oksidasi yang umum bagi scandium adalah +3, mempunyai sebuah orbital d yang kosong, namun scandium tidak termasuk dalam logam transisi. Sedangkan unsur-unsur seperti zink, kadmium dan merkuri unsur-unsur ini mempertahankan orbital d yang penuh, sehingga tidak dianggap sebagai logam-logam transisi. Logam transisi dalam yang dinyatakan dengan orbital f yang terisi sebagian akan didiskusikan pada bagian lain dari buku ini.

Dalam modul ini pembahasan mengenai logam transisi blok-d ini dibatasi hanya pada logam-logam deret pertama (periode 4) saja yaitu: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni dan Cu. Hal ini disebabkan karena logam-logam periode 4 adalah yang paling umum serta mempunyai kepentingan industri yang paling besar.

 Sifat-sifat Kimia

Semua logam-logam transisi adalah keras (kecuali golongan 11) dan mempunyai titik lebur yang sangat tinggi yang membentuk alloy satu dengan lainnya serta mempunyai konduktivitas listrik dan thermal yang tinggi. Fakta menunjukan bahwa 10 dari logam-logam ini mempunyai titik lebur di atas 2000 oC dan tiga buah logam di atas 3000 oC (tantalum 3000 oC, wolfram 3410 oC dan rhenium 3180 oC). Logam-logam transisi semuanya mempunyai densitas yang tinggi. Densitasnya meningkat dari unsur-unsur periode 4 hingga unsur-unsur periode 6, dengan nilai tertinggi dimiliki oleh osmium dan iridium (23 g cm–3). Secara kimiawi, logam-logamnya adalah agak tak-reaktif. Hanya beberapa logam seperti besi yang cukup elektropositif untuk bereaksi dengan asam.

Untuk unsur-unsur golongan utama kelihatan perbedaan nyata unsur dalam satu golongan. Untuk logam-logam transisi, unsur-unsur periode 5 dan 6 menunjukan kemiripan kimiawi yang sangat erat dalam golongannya. Kemiripan ini sebagian besar disebabkan oleh orbital-orbital 4f dalam unsurnya yang terletak diantara kedua baris ini. Elektron-elektron dalam orbital-orbital ini memerisai kurang baik terhadap elektron-elektron dalam orbital-orbital 6s dan 5d bagian luar. Dengan muatan inti yang lebih besar, radius atom, kovalen dan ionik dari unsur-unsur transisi periode 6 direduksi hingga hampir sama dengan unsur-unsur periode 5. Hal ini dikenal sebagai kontraksi lantanoida.

Perhatikan radius ion logam-logam golongan 2 dan 5. Radius logam golongan 2 meningkat dari atas ke bawah dalam golongan, sedangkan ion-ion niobium dan tantalum mempunyai radius yang mirip. Kemiripan dalam radius (demikian juga densitas muatan) inilah yang menghasilkan kemiripan sifat antara anggota-anggota golongan dalam periode 5 dan periode 6.

Ada beberapa kemiripan yang lebih dalam dari kimia unsur-unsur periode 5 dan 6 dengan unsur-unsur periode 4. Contohnya, kromium, molibdenum dan tantalum kesemuanya membentuk oksida dengan bilangan oksidasi +6. Akan tetapi kromium(VI) oksida, CrO3 merupakan pengoksidasi yang kuat, sedangkan molibdenum(VI) oksida, MoO3 dan wolfram oksida, WO3 merupakan oksida-oksida normal dari logam-logam ini.

Kelipatan dari bilangan oksidasi yang ditunjukan oleh logam-logam transisi disebabkan kemampuan usnur-unsur ini kehilangan sejumlah elektron-elektron d. Contohnya dalam larutan akua vanadioum terdapat dalam bilangan oksidasi +2, +3, +4 dan +5 yang korespon dengan konfigurasi elektron d3, d2, d1 dan d0. Karenanya kimia vanadium akua terdiri atas reaksi oksidasi-reduksi vanadium. Tipe reaksi ini dapat dimengerti dan dipahami dengan bantuan diagram potensial reduksi berikut.

Fakta menunjukan bahwa potensial reduksi vanadium menurun secara teratur menjadi lebih negatif dari kiri ke kanan dalam diagram tersebut menunjukan bahwa spesies V2+, V3+ dan VO2+ adalah stabil terhadap disproporsionasi.

Berbalikan dengan senyawa-senyawa dari unsur-unsur blok-s dan -p yang hampir selalu berwarna putih. Ketika cahaya melalui suatu material maka dihilangkan panjang gelombang yang diserap. Jika absorpsi terjadi pada daerah visibel (tampak) dari spektrum cahaya yang ditranmisi berwarna sesuai dengan warna komplemen terhadap warna cahaya yang diserap. Warna dari senyawa-senyawa logam transisi biasanya dapat dikaitkan dengan transisi elektron yang melibatkan orbital-orbital d.

Transisi ini adalah bagian dari dua tipe transisi yang utama. Tipe yang pertama adalah transisi dd, sebuah elektron ditransfer diantara orbital-orbital yang mempunyai karakter orbital-d logam yang dominan. Dalam tipe transisi ini terdapat pergeseran densitas elektron dari atom yang satu ke yang lainnya. Dalam tipe transisi yang lainnya, transisi transfer-muatan, sebuah elektron ditransfer dari suatu orbital molekul yang terpusat pada ligan kepada yang terpusat pada atom logam atau sebaliknya. Dalam tipe transisi ini muatan atom dalam keadaan awal dan akhir berbeda nyata. Sebagai aturan umum, transisi dd akan menghasilkan warna-warna yang muda dan transisi transfer–muatan akan memberikan warna-warna gelap.

Banyak logam-logam transisi dan senyawanya mempunyai sifat-sifat sebagai katalis. Beberapa contoh diantaranya yang paling penting adalah: TiCl4 bersama dengan Al(C2H5)3 campurannya digunakan sebagai katalis Ziegler-Natta dalam produksi polimer etilen dan propena. V2O5 digunakan untuk mengkonversi SO2 menjadi SO3 dalam proses Contact untuk pembuatan H2SO4. Mangan dioksida, MnO2 digunakan sebagai katalis untuk mendekomposisi KClO3 menghasilkan O2. Proses Haber-Bosch untuk mensintesis ammonia dari nitrogen dan hidrogen melibatkan suatu katalis oksida besi-besi. Oksidasi ammonia menjadi nitrat oksida (yang digunakan dalam mensintesis asam nitrat) dikatalis oleh katalis platinum atau platinum-rhodium.

Sifat lainnya dari unsur-unsur transisi adalah kecenderungannya membentuk senyawa-senyawa non-stoikiometrik, yaitu senyawa-senyawa dengan struktur dan proporsi yang tak-tentu. Contohnya besi(II) oksida seharusnya ditulis dengan penambahan garis di atas formulanya FeO untuk mengindikasikan bahwa rasio atom-atom Fe dan O tidak tepat 1 : 1. Suatu analisis menunjukan bahwa formulanya bervariasi antara Fe0,94O dan Fe0,84O.

 

Intisari

Logam-logam transisi blok-d deret pertama (periode 4) yaitu: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, dan Cu. Logam-logam transisi deret pertama mempunyai titik lebur yang sangat tinggi yang membentuk alloy satu dengan lainnya serta mempunyai konduktivitas listrik dan thermal yang tinggi. Titik leburnya diatas 2000 oC selain Tantalum (3000 oC, Wolfram (3410 oC), dan Rhenium (3180 oC). Memiliki densitas yang tinggi dan bertambah dari periode 4 ke periode 6. Secara kimiawi logam-logamnya agak tidak reaktif, kecuali besi yang cukup elektropositif untuk bereaksi dengan asam.

Kontraksi lantanoid adalah reduksi radius atom kovalen dan ionik dari unsur-unsur transisi periode 6. Warna dari senyawa-senyawa logam transisi adalah dikarenakan transisi elektron yang melibatkan orbital d. Terdapat dua tipe transisi utama yaitu: 1). transisi d-d, sebuah electron ditransfer diantara orbital-orbital yang mempunyai karakter orbital -d logam yang dominan (terdapat pergeseran densitas electron dari atom yang satu ke yang lainnya). 2). Transisi transfer-muatan, sebuah electron ditransfer dari suatu orbital molekul yang terpusat pada ligan kepada yang terpusat pada logam atom atau sebaliknya.

Logam-logam transisi dan senyawa nya mempunyai sifat katalis seperti TiCl4, V2O5, dan MnO2. Sifat lain unsur transisi adalah kecenderungan membentuk senyawa-senyawa non stoikiometrik seperti FeO.

Latihan

Bagaimana sifat-sifat berikut bervariasi dalam unsur-unsur transisi:

  1. karakter ion
  2. sifat basa
  3. kemampuan membentuk kompleks
Last modified: Wednesday, 22 July 2020, 3:17 PM