Unsur-unsur Periode Ketiga di Alam

Unsur periode ketiga kecuali argon pada umumnya di alam berada dalam bentuk senyawa. Fakta itu menunjukkan kereaktifan unsur-unsur tersebut. Argon, seperti halnya unsur-unsur gas mulia lainnya, terdapat sebagai unsur bebas.

Advertisement

Belerang, selain sebagai senyawa juga ditemukan dalam bentuk bebas. Pada bagian kali ini akan dibahas keterdapatan dan pengolahan aluminium, silikon, fosforus, dan belerang. Adapun atrium, magnesium, klorin, dan argon, telah kita bahas pada artikel sebelumnya.

Aluminium

Aluminium merupakan unsur ketiga terbanyak dalam kulit bumi setelah oksigen dan silikon (kelimpahan oksigen = 49,3%, silikon = 25,8%, dan aluminium = 7,6%). Namun demikian, aluminium tergolong logam yang relatif mahal karena mineral yang dapat dijadikan sebagai sumber aluminium sangat terbatas dan senyawa aluminium sukar direduksi.

Di alam aluminium terutama terdapat dalam bentuk senyawa aluminosilikat, yaitu suatu mineral yang mengandung aluminium, silikon dan oksigen. Mineral itu tidak mempunyai nilai komersial karena sukar diolah.

Adapun mineral yang merupakan sumber, aluminium hanyalah bauksit (Al2O2.nH2O). Mineral lainnya yang cukup bernilai yaitu kriolit, (Na3AlF6). Di Indonesia, bauksit terdapat di pulau Bintan dan Kalimantan Barat.

Pengolahan Aluminium

Pengolahan aluminium dari bauksit berlangsung dalam dua tahap. Tahap pertama adalah pemisahan Al2O3 (Alumindo) dari bauksit. Tahap kedua adalah peleburan (reduksi) Alumina.

Advertisement

Pengolahan Al2O3 dari bauksit didasarkan pada sifat amfoter dari oksida aluminium itu. Pengotor utama dalam bauksit biasanya terdiri atas SiO2, Fe2O3, dan TiO2. Apabila bauksit dilarutkan dalam larutan NaOH, maka Al2O3 akan larut sedangkan pengotornya tidak.

Pengotor dipisahkan dengan penyaringan. Selanjutnya, aluminium diendapkan dari filtrat dengan mengalirkan gas CO2 dan pengenceran.

Endapan Al(OH)3 disaring, dikeringkan lalu dipanaskan sehingga diperoleh Al2O3 murni (Alumindo).

2Al(OH)3(s) → Al2O3(s) + 3H2O(g)

Selanjutnya pada tahap kedua, reduksi Al2O3 dilakukan melalui elektrolisis menurut proses Hall-Heroult. Metode elektrolisis itu ditemukan secara terpisah tetapi hampir bersamaan pada tahun 1886 oleh kedua orang peneliti muda, yaitu Charles M. Hall di Amerika Serikat dan Paul Heroult di Prancis. Kita ingat bahwa Al2O3 mempunyai titik leleh yang sangat tinggi, yaitu lebih dari 2000°C. oleh karena itu elektrolisis lelehan Al2O3 murni tidak ekonomis. Dalam proses Hall-Heroult, Al2O3 dilarutkan dalam perlahan krisolit (Na3AlF6) dalam bejana dari baja berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode. Dengan cara itu elektrolisis dapat dilangsungkan pada suhu 9500C. Sebagai anode digunakan batang grafit (lihat gambar di bawah). Elektrolisis menghasilkan aluminium di katode, sedangkan di anode terbentuk gas oksigen dan karbon dioksida. Sebenarnya reaksi elektrolisis ini berlangsung rumit dan belum sepenuhnya dipahami, tetapi dengan mengacu pada hasil akhirnya dapat di tuliskan sebagai berikut.

Al2O3(l) → 2Al3+(l) + 3O2-(l)

Katode : Al3+(l) + 3e → Al(l)

Anode  : 2O2-(l) → O2(g) + 4e

C(s) + 2O2-(l) → CO2(g) + 4e

sel hall heroult untuk pembuatan aluminium dari elektrolisis

Jadi, selama elekrolisis anode terus menerus dihabiskan. Untuk memproduksi 1 kg aluminium rata-rata dihabiskan 0,44 kg anode karbon.

Aluminium memiliki banyak kegunaan dan mengenai hal itu telah dibahas dalam artikel sebelumnya. Penggunaan aluminium didasarkan pada sifatnya yang tahan karat dan massa jenisnya yang rendah (2,7 g cm-3). Aluminium tahan karat karena terbentuknya lapisan oksida pada permukaan logam yang merupakan lapisan pelindung terhadap korosi berlanjut. Di antar penggunaan aluminium dapat disebutkan, yaitu untuk membuat badan pesawat terbang, untuk kemasan makanan (aluminium foil), untuk perkakas rumah tangga, untuk bahan bangunan, dan untuk kabel listrik. Untuk kebanyakan penggunaan aluminium tersebut, tidak digunakan aluminium murni melainkan paduannya dengan logam lain. Aluminium dan senyawa-senyawanya tidak beracun. Salah satu aluminium yaitu aluminium sulfat, Al2(SO4)3, digunakan pada pengolahan air minum. Ion Al3+ dari aluminium sulfat menggumpalkan lumpur kolosal dalam air sungai. Selain itu, ion Al3+ akan mengalami hidrolisis membentuk koloid AI(OH)3 yang akan mengadsorbsi pengotor-pengotor yang larut dalam air.

Silikon

Silikon merupakan unsur kedua terbanyak dalam kulit bumi. Terdapat dalam bentuk senyawa, terutama sebagai silika dan silikat. Silika (SiO2) merupakan senyawa yang paling umum dan terdapat di mana-mana. Kuarsa adalah salah satu bentuk kristal SiO2 murni. Pasir, agata (akik), oniks, opal, ametis, dan flint, adalah SiO2 dengan suatu bahan pengotor dalam jumlah runut. Silikat adalah mineral yang paling melimpah dalam kulit bumi. Beberapa silikat yang paling melimpah diberikan pada tabel berikut.

Kelompok mineral Persentase dalam kulit bumi Struktur khas Rumus representatif dan nama umum
Feldspar 49 Kristal besar dalam tiga dimensi (seperti kotak) KAlSi3O8, ortoklase

NaAlSi3O8, albit

CaAl2Si2O8, anortit

Na4Al3Si3O12Cl, sodalit

kuarsa 21 Idem SiO2, silika
Amfibol atau piroksen 15 Kristal besar dalam satu dimensi (seperti rantai) CaSiO3, wolastonit

Ca2Mg5Si8O22(OH)2, tremolit (suatu asbes)

Mika 8 Kristal besar dalam dua dimensi (seperti lapisan) KAl2Si3AlO10(OH)2, muskovit K2Li3Al4Si7O21OH(F)3, lepidolit

 

Seperti terlihat pada Tabel diatas, aluminium sering kali muncul dalam mineral silikat. Silikat yang mengandung aluminium itu disebut juga mineral aluminosilikat.

Rumus kimia mineral silikat dapat juga di tuliskan sebagai campuran oksida. Misalnya, rumus kimia ortoklase (KAlSi3O8) dapat dituliskan sebagai K2O. AI2O3.6SiO2. Itulah sebabnya dapat dikatakan bahwa aluminium dan silikon terdapat terutama sebagai oksida.

Pembuatan Silikon

Silikon dibuat dari silika dengan kokas sebagai reduktor. Campuran silika dan kokas dipanaskan dalam suatu tanur listrik pada suhu sekitar 3000° C.

SiO2(l) + C(s) → Si(l) + 2CO(g)

Penggunaan penting dan silikon adalah untuk membuat transistor, chips komputer, dan sel surya. Untuk tujuan itu diperlukan silikon ultra murni. Pembuatan silikon ultra murni dilakukan sebagai berikut. Mula-mula silikon biasa direaksikan dengan klorin sehingga terbentuk silikon tetraklorida (SiCI4), suatu zat cair yang mudah menguap (titik didih = 58° C). SiC4 kemudian dimurnikan dengan destilasi bertingkat. Selanjutnya, SiCI4 direduksi dengan mengalirkan campuran uap SiCI4 dengan gas H2 melalui suatu tabung yang dipanaskan. Dengan cara ini dapat diperoleh silikon ultra murni yang pengotornya hanya sekitar 10-8 %.

SiCI4(g) + 2H2(g) → Si(s) + 4HCl(g) .

Fosforus

Fosforus mempunyai dua bentuk alotropi yaitu fosforus putih dan merah. Fosforus putih lebih reaktif dari fosforus merah dan bersifat racun Fosforus putih dapat terbakar sendiri di udara. Oleh karena itu, fosforus putih biasanya disimpan dalam air. Fosforus putih terdiri atas molekul-molekul P4 yang berbentuk tetrahedron, sedangkan fosforus merah merupakan polimer rantai dari P4.

Di alam fosforus terdapat dalam bentuk senyawa, terutama sebagai fosfat. Sumber fosforus terpenting yaitu bantuan fosfat, suatu bahan kompleks yang mengandung flourapatit (Ca3(PO4)2. CaF2). Senyawa Ca3(PO4)2 dipisahkan dari batuan fosfat kemudian dipanaskan dengan pasir (SiO2) dan kokas (C).

2Ca3(PO4)2(s) + SiO2(s) + 10C(s) ® 6CaSiO3(s) + 10CO(g) + P4(g)

Sebagian besar produksi fosforus digunakan untuk membuat asam fosfat. Penggunaan akhir yang utama dari senyawa fosforus adalah pupuk dan detergen. Fosforus merah dan senyawa fosforus tertentu digunakan pada pembuatan korek api. Berbagai senyawa organofosfat digunakan sebagai pestisida.

Belerang

Belerang padat mempunyai dua bentuk alotropi, yaitu belerang rombik dan belerang monoklinik. Belerang yang biasa kita lihat berwarna kuning adalah belerang rombik. Belerang rombik stabil di bawah suhu 95,50 C. Di atas 95,50 C belerang rombik berubah menjadi belerang monoklinik, yang seterusnya mencair pada suhu 1130C.

Belerang banyak terdapat dalam kulit bumi  sebagai unsur maupun sebagai senyawa. Di daerah vulkanik ditemukan belerang unsur, mungkin merupakan hasil reaksi antara gas SO2 dan H2S yang terdapat dalam gas vulkanik.

8SO2(g) + 16H2  → 16H2 O(l) + 3S8(s)

Sebagai senyawa, belerang terdapat dalam berbagai jenis mineral sulfat atau sulfida; juga sebagai senyawa organik dalam minyak bumi dan batu bara; atau sebagai H2S dalam gas alam.

Penambangan Belerang

Deposit belerang yang terdapat di bawah permukaan ditambang menurut cara Frasch (Lihat Gambar dibawah). Deposit belerang dicairkan dengan mengalirkan air super panas (campuran air dan uap air dengan tekanan sekitar 16 atm dan suhu sekitar 160°C) melalui pipa bagian luar dari suatu susunan tiga pipa konsentris. Belerang cair kemudian dipaksa keluar dengan memompakan udara panas (dengan tekanan sekitar 20-25 atm). .Selanjutnya belerang dibiarkan membeku. Oleh karena belerang tidak larut dalam air, maka belerang yang diperoleh dengan cara ini dapat mencapai kemurnian sampai 99,6 %.

Dulu, proses Frasch merupakan cara penambangan yang terkenal. Sekarang ini kebutuhan belerang lebih banyak berasal dari hasil desulfurisasi minyak bumi. Desulfurisasi minyak bumi dilakukan untuk mengurangi pencemaran akibat pembakaran belerang dalam bahan bakar minyak.

proses frasch untuk penambangan belerangPenggunaan Belerang

Penggunaan utama dari belerang adalah untuk pembuatan asam sulfat. Sedikit belerang digunakan pada vulkanisasi karet untuk industri ban kendaraan.

Asam Sulfat

Senyawa belerang yang terpenting dan yang paling banyak diproduksi adalah asam sulfat. Pembuatan asam sulfat menurut proses kontak telah dibahas dalam artikel sebelumnya sebagai suatu contoh proses industri yang berdasarkan reaksi kesetimbangan. Proses itu dalam garis besarnya adalah sebagai berikut. Pertama, belerang dibakar sehingga menjadi belerang dioksida.

S(s) + O2(g) → SO2(g)

Belerang dioksida itu kemudian dioksidasi lebih lanjut membentuk belerang trioksida menurut reaksi kesetimbangan berikut.

2SO2(g) + O2(g) ↔ 2SO3(g) DH = -98 kJ

Menurut prinsip kesetimbangan, penggunaan tekanan besar dan suhu rendah akan menguntungkan pembentukan SO3. Akan tetapi, pada proses kontak digunakan suhu tinggi dan tekanan normal (1 atm). Suhu tinggi digunakan karena reaksi berlangsung lambat pada suhu rendah. Sedangkan tekanan besar tidak digunakan karena pada tekanan normal, dengan bantuan katalisator V2O5, reaksi sudah berlangsung baik. Penambahan tekanan tidak diimbangi peningkatan hasil yang memadai. Selanjutnya gas SO3 dilarutkan dalam asam sulfat pekat sehingga terbentuk asam sulfat pekat berasap yang disebut juga oleum (H2SO4.SO3, atau H2S2O7).

SO3(g) + H2SO4(l) → H2S2O7(l)

Asam sulfat biasanya diperdagangkan dengan kadar 98% berdasarkan massa, yang disebut asam sulfat pekat. Asam sulfat pekat itu dibuat dari asam sulfat pekat berasap dengan menambahkan air.

H2S2O7(l) + H2O(l) → 2H2SO4(l)

Sebelum proses kontak dikenal, asam sulfat diproduksi dengan proses bilik timbal (disebut proses bilik timbal karena bejana yang digunakan pada proses itu dilapisi timbal). Pada proses bilik timbal digunakan campuran gas NO dan NO2 untuk mengkatalisis pengubahan SO2 menjadi SO3. Aksi katalis itu diperkirakan sebagai berikut.

SO2(g) + NO2(g) → SO3(g) + NO(g)

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g), dan seterusnya NO2 mengoksidasi SO2

Akan tetapi, proses bilik timbal hanya menghasilkan asam sulfat sampai kadar 80%, sedangkan industri banyak yang memerlukan asam sulfat pekat berasap.

Asam sulfat digunakan untuk berbagai bidang. Penggunaan utama adalah untuk industri pupuk dan detergen. Penggunaan lain adalah dalam industri logam, yaitu untuk membersihkan permukaan logam dalam elektroplating; industri zat warna, bahan peledak, obat-obatan, pemurnian minyak bumi, dan untuk pengisi aki.

Asam sulfat adalah susunan cairan kental seperti oli. Sangat korosif dan merupakan asam kuat. Asam sulfat pekat juga bersifat higroskopis dan merupakan zat dehidrator (dapat menarik air dari senyawa yang mengandung hidrogen dan oksigen dengan merusak zat itu). Misalnya, jika asam sulfat pekat diteteskan pada gula tebu terjadi reaksi berikut.

C12H22O11 + H2SO4 12C + 11H2O

Advertisement

Leave a Reply

Your email address will not be published.