MODUL 12
REAKSI KIMIA DAN SUSUNAN BERKALA
Oleh : Ir. Nanang Ruhyat, MT.
Setelah belajar mengenai bentuk atom dan cara atom saling tarik menarik dengan adanya ikatan kimia, kita akan melihat kereaktivan zat kimia untuk mempelajari bahwa sifat-sifat kimia dari zat ada hubungannya dengan struktur elektron dan ikatannya. Salah satu tujuan utama adalah menghubungkan sifat-sifat kimia dan reaksi dari unsur dengan tempatnya dalam Susunan Berkala. Dengan cara ini, kenyataan dari zat kimia akan lebih mudah diingat dan susunan berkala akan menjadi petunjuk bagi kita dalam mengikuti arah kereaktivan kimia.
Reaksi Dari Logam Sebagai Zat Pereduksi
Telah dipelajari bahwa logam adalah unsur dengan energi ionisasi dan elektronegativitas yang rendah. Logam sangat mudah kehilangan elektron dan sangat sukar untuk mendapatkannya kembali. Akibatnya bila bereaksi dengan unsur nonlogam akan berbentuk ion positif (kation) dan dalam proses ini ia akan teroksidasi. Logam dalam berekasi berperan sebagai zat pereduksi. Sebagai contoh adalah reaksi logam natrium dengan klor membentuk natrium klorida.
2Na(s) + Cl2(g) à 2NaCI(s)
Klor akan mengoksidasi natrium sehingga terbentuk ion Na+, dan dalam proses ini dikatakan bahwa natrium mereduksi klor menjadi Cl- (anion); klor menjadi oksidator dan natrium reduktornya.
Kemampuan logam sebagai zat pereduksi tak terbatas pada reaksinya dengan unsur-unsur nonlogam. Banyak zat-zat lain dapat mengoksidasi logam sehingga logam juga berperan sebagai reduktor. Dengan mempelajari reaksi-reaksi ini, kita dapat mengurut logam-logam berdasarkan daya reduksinya.
Reaksi logam dengan asam
Salah satu cara. khas dari logam bertindak sebagai zat pereduksi adalah reaksinya dengan asam. Contohnya adalah reaksi dari seng dengan asam klorida atau asam. sulfat
Zn(s) + 2HCI(aq) à ZnC12(aq) + H2(g)
Zn(s) + H2SO4(aq) à ZnSO4(aq) + H2(g) H2(g)
Hasil akhir dari kedua persamaan ion adalah sama yaitu
Zn(s) + 2H+(aq) à Zn2+(aq) + H2(g)
Pada reaksi ini, zat yang dioksidasi adalah seng sedangkan yang direduksi adalah ion hidrogen. Maka seng adalah reduktor dan ion hidrogen oksidator. (Ingat bahwa dalam larutan H+ terikat H2O, sehingga yang bereaksi adalah ion hidronium, H30+). Untuk mudahnya, kita singkat H30+ sebagai H+ karena ion hidrogen merupakan "komponen aktif dalam ion hidronium.
Dalam larutan air HCI dan H2SO 4 , satu-satunya zat pengoksidasi adalah H+, dalam keadaan biasa baik Cl- atau SO4 2- tak akan direduksi. Asam semacam HCI dan H2SO4, dimana oksidator yang efektif hanya H+, dinamakan asam bukan pengoksidasi. (Kedengarannya sangat aneh, sebab asam ini akan mengoksidasi logam, tetapi istilah ini dipakai untuk membedakan dengan zat-zat lain yang anion dari asamnya merupakan oksidator juga).
Logam-logam lain yang juga bereaksi dengan asam yang tak mengoksidasi adalah besi, magnesium dam aluminium. Pada tiap reaksi akan dihasilkan hidrogen dan ion logamnya dalam larutan.
Fe(s) + 2H+(aq) à 4 Fe2+(aq) + H2 (g)
Mg(s) + 2H+(aq) à Mg2+ (aq) + H2(g)
2Al(s) + 6H+(aq) à 2Al3+ (aq) + 3H2(g)
Reaksi umum dari logam dengan asam yang tak mengoksidasi
logam + H+ à ion logam + H2 (g)
Seperti dikatakan pada paragraf sebelumnya, tak semua logam dapat dioksidasi oleh ion hidrogen. Dua logam umum termasuk ini adalah ternbaga dan perak. Bila salah satu logam ini diletakkan dalam larutan HCI, tak akan terjadi reaksi. Ini membuktikan bahwa beberapa logam seperti tembaga dan perak akan lebih sukar dioksidasi daripada logam lain, sehingga ion H+ tak dapat mengoksidasinya. Dibutuhkan oksidator yang lebih kuat daripada H+ untuk mengoksidasi logam-logam tersebut.
Asam yang dapat melarutkan tembaga dan perak adalah asam nitrat, HNO3. Asam ini adalah salah satu contoh dari asam pengoksidasi, selain ion H+ , larutan asam ini juga mengandung ion nitrat, suatu oksidator yang lebih hebat dari pada ion H+. Reaksi yang hebat antara tembaga dan HNO3 pekat diperlihatkan dengan menghasilkan gas merah coklat yang keluar adalah nitrogen dioksida, NO2, yang terbentuk pada reaksi
Cu(s) + 2NO3- (aq) + 4H+(aq) à Cu2+(aq) + 2NO2 (g) + 2H20
Pada reaksi ini ion, 2NO3 - direduksi menjadi NO2. Gas H2 tak terbentuk sebab H+ tak direduksi, ion hidrogennya bergabung dengan H20 yang juga dihasilkan reaksi ini. Bila NO3-bekerja sebagai oksidator, hasilnya tergantung pada suatu tingkat dari berapa kepekatan dari asamnya. Misalnya dengan tembaga terjadi reaksi-reaksi berikut
Dengan HNO3 encer
3Cu(s) + 2 NO3- (aq) + 8H+(aq) à 3Cu2+(aq) + 2NO(g) + 4 H20
Dengan HNO3 pekat
Cu(s) + 2 NO3- aq) + 8H+(aq) à Cu2+(aq) + 2NO2(g) + 2 H20
Reaksi yang sama akan terjadi dengan perak. Sekali lagi, tak tergantung dari konsentrasi HNO3, H2 tetap tak terbentuk pada reaksinya. Sebagai gantinya ion nitrat akan direduksi menjadi gas NO atau NO2.
Telah dikatakan bahwa asam sulfat adalah salah satu contoh dari asam yang tak mengoksidasi dan memang demikianlah bila asam sulfat berada sebagai larutan encer dalam air. Tetapi bila larutan asamnya pekat dan panas maka dapat bekerja sebagai oksidator. Misalnya asam sulfat pekat dan panas akan bereaksi dengan tembaga sebagai berikut:
Cu + 2H2SO4 + kalor à CuSO4 + S02 + 2 H20
Hasil akhir persamaan ionnya
Cu(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq) à Cu2+ + S02(g) + 2H20
Perhatikan bahwa dalam hal ini ion sulfat, SO42-yang akan direduksi menjadi S02 bukan H+.
Kecenderungan logam untuk bereaksi dengan asam-asam memberikan suatu cara kasar untuk membagi logam-logam berdasarkan kemampuannya untuk bekerja sebagai reduktor. Logam-logam seperti seng, besi, magnesium dan aluminium yang dapat bereaksi dengan ion H+, lebih mudah dioksidasi sehingga merupakan reduktor yang lebih baik daripada seng dan perak, yang tak bereaksi dengan asam-asam bukan pengoksidasi. Tetapi bagaimana cara membedakan antara logam-logam Zn, Fe, Mg dan Al dan bagaimana bila dibandingkan dengan Cu dan Ag dalam hal kemampuannya sebagai zat pereduksi?
Deret aktivitas logam
Reaksi dari suatu asam dengan logam merupakan sifat dari reaksi kimia dari golongan yang lebih luas dimana suatu unsur akan menggantikan unsur lainnya dari suatu senyawa. Ada yang menyebutnya sebagai reaksi pergantian tunggal. Contoh lain dari reaksi semacam ini adalah perubahan yang terjadi bila sebatang logam seng dimasukkan ke dalam
Reaksi antara seng dan ion tembaga.): Batang seng dengan gelas kimia yang mengandung larutan tembaga sulfat.: Ketika seng dimasukkan ke dalam larutan tembaga sulfat, ion-ion tembaga direduksi menjadi logam Cu sedangkan sengnya larut.: Sesudah beberapa waktu kelihatan seng akan dilapisi oleh tembaga yang berwarna merah coklat. Perhatikan bahwa warna biru dari larutan CuSO4 akan berkurang.
larutan yang mengandung tembaga sulfat, sesudah beberapa waktu terlihat pada batang seng ada pelekatan dari seng yang berwarna merah coklat, sedangkan warna biru dari tembaga akan memucat. Bila larutannya dianalisis, ternyata akan mengandung seng. Hasil akhir reaksi ion yang terjadi
Zn(s) + Cu2+(aq) à Cu(s) + Zn2+(aq)
Terlihat bahwa reaksinya sama dengan reaksi antara seng dan ion hidrogen
Zn(s) + 2H+(aq) à H2(g) +,Zn 2+(aq)
Reaksi seperti seng dengan ion tembaga ini memungkinkan kita untuk membuat muatan logam-logam berdasarkan daya oksidasinya. Misalnya baru saja kita lihat bahwa seng dapat mereduksi ion tembaga dalam larutan. Tetapi bila kita memasukkan batang tembaga ke dalam larutan yang mengandung ion Zn +2, tak terjadi reaksi apa-apa.
Cu(s) + Zn2+(aq) Tak ada reaksi
Jadi, seng dapat menggantikan tembaga dari senyawanya, tetapi tembaga tak dapat menggantikan seng dari senyawanya.
Walaupun logam seng akan menggantikan tembaga dari larutan yang mengandung ion Cu+2, tetapi logam tembaga tak akan menggantikan ionZn+2 dari larutannya. Terlihat di sini bahwa lempeng tembaga tak mengalami perubahan sesudah dimasukkan ke dalam larutan seng sulfat
Dengan perkataan lain, seng secara sukarela akan memberikan elektronnya kepada ion tembaga, tetapi tembaga tak mau memberikan elektronnya kepada ionseng. Berarti seng lebih mudah dioksidasi dari pada tembaga. (Juga telah dibuktikan dengan pengarah ion H+ pada logam seng dan tem- baga)
Dengan membandingkan kemampuan logam-logam untuk meng gantikan logam lain dari senyawanya, kita dapat membuat deretan logam berdasarkan penurunan daya teroksidasinya. Misalnya: reaksi -reaksi percobaan berikut ini -
Fe(s) + Pb2+(aq) à Fe2+(aq) + Pb(s)
Mg(s) + Fe2+(aq) à Mg2+(aq) + Fe(s)
Pb(s) + Cu2+(aq) à Pb2+(aq) + Cu(s)
Dari reaksi-reaksi diatas dapat disimpulkan bahwa (1) Besi lebih mudah dioksidasi daripada timah hitam (Pb).(2) Magnesium lebih mudah dioksidasi daripada besi berarti magnesium juga lebih mudah dioksodasi daripada timah hitam.(3) Timah hitam lebih mudah dioksidasi daripada tembaga. Sehingga deret penurunan kemudahan dioksidasi adalah:
Mg > Fe > Pb > Cu
Daftar deret logam-logam yang dibuat berdasarkan cara ini disebut deret keatifan. Daftar yang lebih lengkap diberikan pada tabel berikut:
Logam | Penurunan daya untuk dioksidasi à | Li à Li+ + e- | Kenaikan daya ion-ion logam untuk dioksidasi à |
Lithium | Li à Li+ + e- | ||
Cesium | Ca à Ce+ + e- | ||
Rubidium | Rb à Rb+ + e- | ||
Potasium | K à K+ + e- | ||
Barium | Ba à Ba++ + 2e- | ||
Strontium | Sr à Sr++ + 2e- | ||
Calsium | Ca à Ca++ + 2e | ||
Sodium | Na à Na+ + e | ||
Magnesium | Mg à Mg++ + 2e | ||
Zinc | Zn à Zn++ + 2e | ||
Chromium | Cr à Cr+++ + 3e | ||
Iron | Fe à Fe++ + 2e | ||
Cadmium | Cd à Cd++ + 2e | ||
Cobalt | Co à Co++ + 2e | ||
Nickel | Ni à Ni++ + 2e | ||
Tin | Sn à Sn++ + 2e | ||
Lead | Pb à Pb++ + 2e | ||
Hydrogen | H2 à 2H+ + 2e | ||
Copper | Cu à Cu+ + 2e | ||
Silver | Ag à Ag++ + 2e | ||
Mercury | Hg à Hg++ + 2e | ||
Platinum | Pt à Pt++ + 2e | ||
Gold | Au à Au+++ + 3e |
Logam-logam yang berada di atas yang paling mudah dioksidasi; sedangkan yang di bawah paling sukar dioksidasi. Perhatikan bahwa logam-logam alkali dan alkali tanah berada di atas, berarti mudah dioksidasi. Dan logam-logam mulia berada di bawah, jadi sukar dioksidasi.
Deret keaktivan juga dapat,dipakai sebagai pembanding untuk kemudahan dari ion-ion logam untuk direduksi. Bila suatu logam sukar dioksidasi, maka kationnya mudah direduksi. Misalnya logam emas sangat sukar dioksidasi tetapi ionnya Au+3 sangat mudah direduksi.
Salah satu kegunaan dari deret keaktivan ini ialah kita dapat menggunakan untuk menentukan hasil reaksi penggantian tunggal. Tiap logam dalam daftar ini dapat menggantikan logam di bawahnya dari persenyawaannya. Misalnya, magnesium berada di atas besi dalam deret ini. Artinya magnesium akan mudah dioksidasi sedangkan besinya akan direduksi. Jika logam magnesium ditempatkan dalam larutan senyawa besi, magnesium itu akan dioksidasi dan ion besi akan direduksi. Setelah reaksi selesai, larutannya akan mengandung senyawa besi.
Deret keaktifan juga dapat digunakan untuk meramalkan reaksi kimia. Misalnya apa yang terjadi bila sepotong timbal (Pb) dimasukkan ke dalam larutan alumunium sulfat. Dalam deret keaktifan, ternyata timbal berada di bawah alumunium, berarti logam timbal tidak dapat mereduksi logam alumunium, sehingga reaksi berikut tidak akan terjadi.
Pb (s) + Al3+ à Tak terjadi
Lain halnya bila sepotong logam krom dimasukkan ke dalam larutan perak nitrat. Logam krom dalam deret keaktifan berada di atas logam perak sehingga logam krom dapat mereduksi logam ion perak sesuai reaksi berikut:
Cr (s) + Ag+ (s) à Cr3+ (s) + Ag (s)
Perlu diketahui bahwa hydrogen juga berada dalam deret kektifan logam, dimana letaknya merupakan batas dari logam-logam yang dapat dioksidasi oleh ion hydrogen. Setiap logam yang letaknya di atas hidroogen dapat mereduksi ion H+ untuk membentuk H2, sehingga semua logam diatas hydrogen dapat bereaksi dengan asam yang tak menhoksidasi seperti HCl.
Kecenderungan Berkala Dalam Reaktifitas Logam-logam
Bila kita menggunakan istilah reaktivitas dalam menggambarkan sifatsifat dari logam-logam; berarti mudah atau sukarpya logam tersebut melepaskan elektron untuk menjadi kation. Suatu logam yang reaktif adalah logam yang mudah melepaskan elektronnya berarti mudah dioksidasi.
Deret aktivitas yang dibicarakan sebelum ini membuat peringkat logam berdasarkan reaktivitasnya. Walaupun deret ini berguna untuk menjawab soal-soal seperti dua contoh soal sebelumnya, tetapi sering hanya berguna untuk mengetahui keragaman reaktifitas logam-logam dalam susunan berkala---untuk mengetahui penempatan lokasi dari logam-logam yang reaktif dan yang tidak reaktif. Kecenderungan berkala semacam ini digambarkan pada susunan berkala unsur-unsur.
Dalam tabel susunan berkala unsur-unsur, terlihat bahwa kecenderungan dalam reaktivitas secara kasar akan sejajar dengan keragaman dalam energi ionisasi, hal ini tak mengherankan karena, ketika bereaksi, logam akan kehilangan elektronnya. Tetapi kesejajaran hanyalah perkiraan, karma energi ionisasi berlaku bagi atom gas-gas yang terisolasi yang membentuk ion gas-gas yang juga terisolasi. Pada reaksi kimia, logamlogarn biasanya bereaksi sebagai zat padat dan menghasilkan ion dalam larutan sehingga energi ionisasi hanya termasuk salah sate faktor saja.
Perhatikan bahwa unsur-unsur yang paling reaktif berada pada golongan IA dan IIA. Unsur-unsur golongan IA dan IIA pada deret aktivitas terletak di atas. Juga perhatikan bahwa logam-logam yang paling kurang reaktif tempatnya berdekatan dalam periode 6 di sebelah kanan dari pusat tabel susunan berkala dalam daerah logam transisi.
Kegunaan dari logam untuk dioksidasi adalah suatu sifat yang sangat penting. Banyak kegunaan dalam praktek dari unsur-unsur tergantung dari mudah atau sukamya sifat oksidasi ini. Hal ini disebabkan karena oksidasi udara pada logam-logam yang dinamakan korosif akan menghasilkan zat yang tak mempunyai lagi sifat-sifat logam. Korosif atau karatan akan menghilangkan sifat-sifat yang diinginkan dari logam. Oleh karena itu, logam-logam yang sangat reaktif seperti yang terletak pada golongan IA dalam praktek tak digunakan, lagi pula tak ada yang perlu diletakkan pada udara terbuka.
Logam yang kemudahan untuk dioksidasinya sedang-sedang saja seperti besi misalnya karena sifat-sifat fisiknya sangat diinginkan dapat dipakai. Tetapi bila akan terjadi keadaan yang membuat karatan, logam tersebut harus dilindungi. Jumlah biaya yang besar setiap tahun dikeluarkan untuk melapisi baja yang dibuat jembatan agar tidak berkarat.
Untuk logam-logam yang dapat mereduksi ion H+ menjadi H2 (yaitu yang dapat bereaksi dengan asam-asam yang tak mengoksidasi), ada kesejajaran yang menarik antara kemudahannya untuk dioksidasi dan kehebatan reaksinya dengan ion-ion hidrogen umumnya, makin mudah logam teroksidasi, lebih cepat H2 akan dikeluarkan (suhu dan konsentrasi dibuat konstan). Reaksi umumnya sama; logam akan kehilangan elektron menjadi kation, sedangkan ion H+ akan direduksi menjadi H2. Misalnya
M(s) + 2H+(aq) à M2+(aq) + H2(9)
dimana M adalah logam seperti Fe, Zn atau Mg. Walaupun hasil reaksi nya sama, tapi kecepatan reaksinya berbeda. Perbedaan ini disebabkan karena magensium lebih mudah dioksidasi daripada seng dan seng sendiri lebih mudah dioksidasi dari pada besi. Kesejajaran ini hanya prakiraan, jadi kita tidak dapat benar-benar menggunakannya untuk menggantikan deret aktivitas dalam memperingkatkan logam menurut mudahnya mereka teroksidasi.
Dari semua logam, golongan IA adalah yang paling mudah dioksidasi. Sehingga berbahaya bila kita meletakkan logam-logam alkali seperti natrium dan kalium dalam asam klorida karena akan terjadi reaksi ledakan yang hebat. Logam-logam ini karena energi ionisasinya sangat rendah, maka mudah sekali dioksidasi oleh suatu sumber proton sehingga logamlogam ini, akan bereaksi secara hebat dengan air dan menghasilkan gas hidrogen. Untuk natrium reaksinya adalah:
2Na(s) + 2H20 (l) à 2Na+(aq) + 20H-(aq) + H2(g).
REFERENSI :
- Chemistry, Reactions, Structure, and Properties., Clyde R.Dilliard & David E.Goldberg
- Kimia Universitas, Asas & Struktur,. James E. Brady
