LOGAM ALKALI DI ALAM ~ MATERI DAN SOAL IPA UNTUK SMA

BEBERAPA GOLONGAN UNSUR DALAM SISTEM PERIODIK

Logam Alkali di Alam dan Penggunannya
Logam alkali di alam terdapat dalam bentuk senyawa dan banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari.
Oleh karena kereaktifannya, logam alkali tidak ditemukan dalam kedaan bebas, melainkan berupa senyawa. Natrium dan kalium terdapat melimpah di kulit bumi, masing-masing merupakan unsur keenam dan ketujuh terbanyak berdasarkan massa. Mineral unsur logam alkali terutama berupa silikat, klorida, nitrat atau karbonat. Sebenarnya, mineral silikat yang paling melimpah, tetapi karena pengolahannya sulit, mineral itu tidak mempunyai nilai komersial. Kelimpahan unsur alkali lainnya jauh lebih sedikit. Fransium yang paling sedikit, diperkirakan tidak lebih dari 25 gram di kulit bumi. Mineral terpenting dari logam alkali dan sumber utamanya diberikan pada tabel berikut ini :

Unsur	Kelimpahan dalam kulit bumi (% massa)	Mineral dan sumber
Li Na K Rb Cs Fr	0,0018 2,63 2,40 0,0078 0,0003 kecil	Lepidolit, spodumene (LiAlSi₂O₆) Garam natrium (NaCl), air laut, sendawa chili (NaNO₃) Silvit (KCl), karnalit (KMgCl₃(H₂O)₆) Lepidolit Polusit (Cs₄Al₄SiO₂₆H₂O)₆) -

a. Sumber Natrium dan Senyawa Natrium
Mineral terpenting dari natrium yang punyai nilai komersial adalah garam batu (NaCl), sendawa chili (NaNO₃), dan trona (Na₂CO₃.NaHCO₃.(H₂O)₂). Garam batu adalah deposit NaCl di dalam tanah, mungkin berasal dari laut yang telah mengering. Sumber penting lainnya dari NaCl adalah air laut. Kadar NaCl air laut adalah 3,5%. Sendawa chili terdapat berupa deposit yang sangat melimpah di Chili, Amerika Selatan. Trona terdapat melimpah di Wyoming, Amerika Serikat.
Bahan baku untuk membuat natrium adalah NaCl. Pengolahan natrium dari NaCl dilakukan dengan cara elektrolisis. NaCl juga merupakan bahan dasar untuk membuah senyawa natrium lainnya, seperti NaOH dan Na2CO3. NaNO3 terutama digunakan sebagai sumber senyawa nitroutama gen seperti HNO3, sedangkan trona digunakan sebagai sumber lain dari Na2CO3.

b. Kegunaan Nuarium dan Senyawa Natrium
Logam alkali yang paling banyak digunakan, baik sebagai unsur maupun sebagai senyawa adalah natrium. Akan tetapi natrium tidak digunakan sebagai logam konstruksi. Penggunaan natrium terutama berdasarkan kereaktifannya. Seperti diketahui, senyawa-senyawa logam alkali mempunyai kemiripan sifat. Oleh karena senyawa natrium paling murah maka paling banyak digunakan. Namun dalam hal-hal tertentu, senyawa logam alkali lain tidak dapat digantikan oleh senyawa natrium. Misalnya, KCl untuk pupuk tidak dapat diganti dengan NaCl, karena tumbuhan memerlukan unsur kalium, bukan natrium.

Kegunaan Natrium
Pada waktu yang lalu, penggunaan utama Natrium adalah untuk membuat tetratimbal (Tetra Ethyl Lead = TEL), yaitu bahan antiketukan pada bensin. TEL dibuat dari reaksi paduan udara, maka penggunaannya semakin dikurangi sehingga akhirnya tidak digunakan lagi. Dewasa ini, penggunaan yang semakin penting dari natrium adalah sebagai cairan pendingin (coolant) pada reaktor atom. Selain itu, karena merupakan reduktor kuat, natrium digunakan untuk pengolahan logam tertentu seperti Li, K, Zn dan logam alkali yang lebih berat. Natrium juga digunakan untuk membuat senyawa natrium yang tidak dapat dibuat dari NaCl, seperti natrium peroksida. Sedikit natrium digunakan dalam lampu natrium yang banyak digunakan sebagai penerangan jalan raya. Cahaya kuning dari natrium mempunyai daya tembus yang baik terhadap kabut (anti kabut)

Kegunaan Natrium Klorida (NaCl)
Senyawa natrium yang paling banyak di produksi adalah natrium klorida (NaCl). Natrium klorida dibuat dari air laut ata dari garam batu. Kegunan natrium klorida merupakan bahan baku untuk membuat natrium, klorin dan senyawa-senyawa natrium seperti NaOH dan Na2CO3. Dalam industri susu, pengawetan ikan dan daging, mencairkan salju jalan raya di negara bermusim dingin, regenerasi alat pelunak air, pengulahan kulit serta sebagai bumbu masak (garam dapur)

Kugunaan Natrium Hidroksida (NaOH)
Natrium hidroksida dihasilkan melalui elektrolisis larutan NaCl. NaOH digunakan terutama dalam industri sabun, deterjen, pulp dan kertas, pengolahan bauksit (Al), tekstil, plastik, pemurnian minyak bumi serta membuat senyawa natrium lainnya seperti NaClO.

Kegunaan Natrium Karbonat (Na2CO3)
Natrium karbonat berasal dari sumber alam, yaitu trona, yang terdapat melimpah di Wyoming. Natrium karbonat dapat juga dibuat dari NaCl menurut proses Solvay:
NaCl (aq) + CO₂ (g) + NH₃(aq) + H₂O 0^oC-------> NaHCO₃ (s) + NH₄ (aq)

NaHCO₃terurai pada pemansan membentuk Na2CO3

2NaHCO₃ (s) 330^oC----> Na₂CO₃ (s) + H₂O (g) + CO₂ (g)

Kegunaan dari Na₂CO₃ adalah untuk membuat kaca (teruama kaca bejana). Selain itu untukmembuat bahan-bahan kimia lainnya, industry pulp dan kertas, industry detergen dan bahan pelunak air.

Kegunaan Natrium Bikarbonat (NaHCO3)

NaHCO3terbentuk sebagai hasil antara proses Solvay. NaHCO3 juga disebut soda kue. Jika adonan yang mengandung NaHCO3 dipanggang, senyawa itu akan terurai membebaskan CO2 yang memekarkan adonan sehingga menjadi empuk karena adanya rongga-rongga di dalamnya. Baking powder adalah campuran serbuk NaHCO3 dengan suatu zat yang bersifat asam, seperti kalium hidrogen tartrat (KHC4H4O6). Campuran bahan ini tidak bereaksi dalam keadaan kering, tapi sekali bubuk itu berada dalam adonan, keduanya akan bereaksi dan menghasilkan gas CO2 yang memekarkan adonan.

Kegunaan natrium Sulfat (Na2SO4)

Natrium sulfat dibuat dari NaCl dengan H2SO4 dengan pemanasan.

2NaCl (s) + H2SO4 (l) ----> Na2SO4 (s) + HCl (g)

Reaksi ini dirancang oleh GlauberJr, oleh karena itu Na2SO4.10H2O disebut garam Glauber.

Senyawa Na2SO4 digunakan terutama pada industri kertas. Untuk produksi 1 ton kertas diperlukan sekitar 100 kg Na2SO4. Dalam hal ini Na2SO4 digunakan untuk membuat NaS, selanjutnya NaS digunakan untuk melarutkan lignin dari kayu, bahan pembuat kertas.

NaSO4.10H2O mempunyai sifat yang memungkinkan untuk dipakai sebagai bahan penimpan energi surya. Pada pemanasan Na2SO4.10H2O berubah menjadi larutan pada suhu 32,4 derajat C, dengan menyerap panas yang cukup besar, yaitu 250 kJ/kg. Suatu sistem yang dikembangkan oleh General Elektric, dirakit kira-kira sebagai berikut : Na2SO4.10H2O (s) disimpan dalam sebuah tanki yang disimpan dalam suatu ruangan, misalnya pada ruang bawah tanah. Pada waktu siang, udara yang beredar melalui panel di atas atap memindahkan panas matahari ke dalam tanki yang akan melelehkan garam itu. Sewaktu malam, garam ini mengkristalkan dan melepaskan panasnya ke udara yang diedarkan ke seluruh ruangan (rumah).

endoterm

(siang hari)

Na2SO4.10H2O (s) <==========> 2Na⁺ (aq) + SO4 ^2- (aq) + 10H2O (l)

eksoterm

(malam hari)

Kegunaan Logam Alkali dan Senyawa Alkali lainnya.

Dari logam alkali lainnya, hanya litium yang penggunaanya cukup besar, yaitu membuat logam campu, teruatama dengan magnesium dan alumunium. Penambahan sedikit litium memberikan sifat tahan suhu tinggi pada alumunium dan sifat mudah dibentuk pada magnesium. Paduan litium dengan magnesium dan alumunium merupakan logam yang kuat dan ringan, sehingga banyak digunakam untuk membuat komponen pesawat terbang. Olehkarena potensial elektrode yang besar (-3,01 volt), litium digunakan untuk membuat baterei.

Sedikit kalium diproduksi untuk membuat kalium superoksida yang digubakan dalam topeng gas (masker). Kalium superoksida akan bereaksi dengan uap air dari nafas dan akan membebaskan oksigen.

4HO₂ (s) + 2H₂O (g) ------> 4KOH (s) + 3O₂ (g)

Kalium hidroksida yang terbentuk akan mengikat karbondioksida dari nafas.

KOH (s) + CO₂ (s) ------> KHCO₃ (s)

Senyawa alkali diluar natrium yang penggunaannya cukup penting adalah KCl, KNO₃ dan Li₂CO₃. KCl digunakan sebagai pupuk, KNO₃ untuk membuat mesiu. LiCO₃ pada pembuatan beberapa jenis peralatan gelas dan keramik. Sesium dan rubidium digunakan untuk membuat sel fotolistrik.

Warna Dan Nyala Pembuatan Alkali

Salah satu ciri khas dari suatu unsur adalah spektru emisinya. Unsur yang tereksitasi, karena pemanasan ataupun sebab lainnya, memancarkan radiasi elektromagnetik yang disebut spektrum emisi. Spektrum emisi teramati sebagai pancaran cahaya dengan warna tertentu, akan tetapi sesungguhnya spektrum terdiri dari beberapa garis warna (panjang gelombang) yang khas bagi setiap unsur. Karena keunikannya, spektrum emisi dapat digunakan untuk mengenali unsur.

Unsur-unsur logam dapat dieksitasi dengan memanskan/membakar senyawanya pada nyala api, misalnya dengan pembakar bunsen atau spiritus. Akan lebih baik jika digunakian garam klorida karena relatif lebih mudah menguap. Warna nyala logam terlihat pada gambar berikut :

Untuk mengamati reaksi nyala logam alkali lakukanlah kegiatan sebagai berikut :

Warna Nyala Unsur Alkali dan Alkali Tanah :
Pada kegiatan ini akan dipelajari warna nyala unsur alkali dan alkali tanah :
a. Alat dan Bahan

Alat dan Bahan	Ukuran/satuan	jumlah
Kaca arloji Tabung reaksi Kawat nikrom Alat pembakar Kristal NaCl Kristal KCl Kristal CaCl2 Kristal SrCl2 Kristal BaCl2 Asam klorida (HCl) pekat	Diameter 6 cm Biasa - - - - - - - -	5 2 5 1 ½ spatula ½ spatula ½ spatula ½ spatula ½ spatula 10 mL

b. Cara Kerja
1) tempatkan 1/2 spatula kristal NaCl pada kaca arloji
2) tuangkan asam klorida pekat ke dalam dua tabung reaksi masing-masing sebanyak kira-kira 1 mL.
3) celupkan ujung kawat nikrom ke dalam HCl pekat dalam tabung I, kemudian masukkan dalam nyala api yang panas. Ulangi pekerjaan ini sampai kawat nikrom bersih (tidak menyala lagi) paling baik dilakukan dengan pembakar bunsen.
4) celupkan ujung kawat nikrom yang telah bersih ke dalam HCl pekat dalam tabung II, kemudian ke dalam kristal NaCl (pada kaca arloji). Selanjutnya masukkan ujung kawat nikrom itu ke dalam nyala api panas. Catat pengamatan!
5) ulangi prosedur 3 dan 4 di atas dengan menggunakan kristal senyawa yang lain.

c. Hasil Percobaan

Senyawa logam	Warna nyala
NaCl
KCl
CaCl₂
SrCl₂
BaCl₂

d. Pertanyaan
Spesi mana dari senyawa-senyawa logam di atas yang memberikan warna nyala? Jelaskan.
catatan :
1) jika hanya tersedia garam bukan klorida, sebaiknya garam itu ditetesi HCl pekat.
2) jika tidak tersedia kawat nikrom, dapat diganti dengan kawat jepit kertas.
3) jika nyala senyawa kalium tidak jelas, dapat dilihat melalui kaca kobal (garam kalium kadang-kadang tercampur dengan garam natrium, kaca kobal menyerap warna senyawa natrium)

Pembuatan Natrium

Walaupun bahan baku pembuatan natrium, yaitu NaCl relatif melimpah dan murah, namun pengolahannya sulit dan mahal. Tidak ada reduktor yang lebih murah untuk mereduksi ion Na⁺.Oleh karena harga potensial reduksinya lebih negatif daripada air, natrium tidak dapat dibuat dari elektrolisis larutan garam natrium. Pada elektrolisis larutan garam NaCl,

Bukan ion Na⁺yang direduksi, melainkan air.

Na⁺ (aq) + e ----> Na(s) Eo = -2,71 V

2H₂O (l) + 2e ----> 2OH^- (aq) + H2 (g) Eo = -0.83 V

Natrium dielektrolisis dari lelehan natrium klorida yang dicampur dengan kalsium klorida. Kalsium klorida berguna untuk menurukan titik cair (dengan cara itu titik cair dapat diturunkan 801^oC menjadi sekitar 500^oC). Karena potensial reduksi ion Ca²⁺ lebih negatif daripada potensial reduksi ion Na⁺, maka pada elektolisis hanya terjadi reduksi ion Na+

NaCl (l) ----> Na⁺ (l) + Cl^- (l)

Katode : Na⁺ (l) + e ----> Na (l)

Anode : 2Cl^-(l) -----> Cl₂ (g) + 2e

Natrium cair yang terbentuk di katode mengapung di atas cairan NaCl, selanjutnya dikumpulkan pada kolektor. Bagan sel Down pembuatan natrium terlihat pada gambar berikut ini.

Pengolahan Logam Alkali Lain
Logam alkali lain yang produksinya cukup penting adalah lithium. Litium diperoleh dengan cara elektrolisis, yaitu elektrolisis cairan LiCl. Litium akan dibebaskan di katode sedangkan di anode dibebaskan klorin kalium dan logam alkali lainnya dibuat dengan mereduksi lelehan garam-garam kloridanya. Contoh, kalium dibuat dari reaksi antara KCl dengan logam natrium.
KCl (l) + Na (l) <====> NaCl (l) + K (g)
Walaupun reaksi di atas mempunyai potensial bertanda negatif, tetapi karena logam kalium yang terbentuk menguap, maka kesetimbangan akan terus menerus bergeser ke kanan.

Pelajari materi terkait :