1. Natrium
Di
antara logam alkali, natrium merupakan logam yang paling banyak
penggunaannya, baik sebagai unsur maupun sebagai senyawanya. Seperti
telah diketahui, senyawa logam alkali yang sejenis mempunyai kemiripan
sfat. Oleh karena senyawa natrium paling murah maka paling banyak
digunakan. Namun dalam hal-hal tertentu, senyawa logam akali lain tidak
dapat digantikan oleh senyawa natrium. Misalnya, kalium klorida (KCl)
untuk pupuk tidak dapat diganti dengan natrium klorida (NaCl), karena
tumbuhan memerlukan unsur kalium, bukan natrium.
Pada bagian berikut, akan dibahas pembuatan natrium dan penggunaan natrium serta beberapa senyawa natrium.
a. Pembuatan Natrium
Natrium dibuat dari elektrolisis lelehan natrium klorida yang dicampur dengan kalsium klorida (sel Downs).
Kalsium klorida berguna untuk menurunkan titik cair (dengan cara itu
titik leleh dapat diturunkan dari 801⁰C menjadi sekitar 500⁰C).
b. Penggunaan Natrium dan Senyawa Natrium
Natrium
Dewasa
ini, penggunaan yang semakin penting dari natrium adalah sebagai cairan
pendingin (coolant) pada reaktor nuklir. Selain itu, karena merupakan
reduktor kuat, natrium digunakan pada pengolahan logam-logam tertentu
seperti litium, kalium, zirkonium dan logam alkali yang lebih berat.
Natrium juga digunakan untuk membuat senyawa natrium yang tidak dapat
dibuat dari natrium klorida, seperti natrium peroksida (Na2O2). Sedikit natrium digunakan dalam lampu natrium yang banyak digunakan sebagai penerangan jalan raya.
Natrium klorida (NaCl)
Senyawa
natrium yang paling banyak diproduksi adalah natrium klorida (NaCl).
Natrium klorida dibuat dari air laut atau dari garam batu. Kegunaan
natrium klorida antara lain sebagai bahan baku untuk membuat natrium, klorin, dan senyawa-senyawa natrium seperti NaOH dan natrium karbonat (Na2CO3);
dalam industri susu; mengawetkan ikan dan daging; mencairkan salju di
jalan raya di Negara yang bermusim dingin; regenerasi alat pelunak air;
pengolahan kulit; serta sebagai bumbu masak (garam dapur).
Natrium hidroksida (NaOH)
Natrium
hidroksida dihasilkan melalui elektrolisis larutan natrium klorida.
Natrium hidroksida digunakan terutama dalam industri sabun, detergen,
pulp, dan kertas, pengolahan bauksit untuk pembuatan aluminium, tekstil,
plastik, pemurnian minyak bumi, serta untuk membuat senyawa natrium
lainnya seperti natrium hipoklorit (NaClO).
Natrium karbonat (Na2CO3)
Natrium karbonat berasal dari sumber alam, yaitu trona, yang terdapat melimpah di Wyoming, Amerika Serikat. Natrium karbonat dapat juga dibuat dari NaCl menurut proses Solvay, dengan reaksi sebagai berikut.
NaCl(aq) + CO2(g) + NH3(aq) + H2O(l) → NaHCO3(s) + NH4Cl(aq)
Natrium hidrogen karbonat (NaHCO3) yang terbentuk dipisahkan, kemudian dipanaskan sehingga membentuk Na2CO3.
2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g)
Kegunaan
utama dari natrium karbonat adalah untuk pembuatan kaca (terutama kaca
bejana). Selain itu untuk membuat bahan-bahan kimia lainnya, industri
pulp dan kertas, industri detergen, dan bahan pelunak air.
Natrium bikarbonat (NaHCO3)
Natrium bikarbonat terbentuk sebagai hasil antara pada proses Solvay. Natrium bikarbonat disebut juga soda kue. Jika adonan yang mengandung natrium bikarbonat dipanggang, senyawa itu akan terurai membebaskan CO2 yang memekarkan adonan sehingga menjadi empuk karena adanya rongga-rongga gas di dalamnya. Baking powder adalah campuran serbuk natrium bikarbonat dengan suatu zat yang bersifat asam, seperti kalium hidrogen tartrat (KHC4H4O6).
Campuran bahan itu tidak bereaksi dalam keadaan kering, tetapi sekali
bubuk itu berada dalam adonan, keduanya akan bereaksi dan menghasilkan
gas karbon dioksida yang memekarkan adonan.
2. Magnesium
a. Pembuatan Magnesium
Di
antara logam alkali tanah, magnesium paling banyak diproduksi. Sama
seperti pembuatan natrium, pembuatan magnesium juga dilakukan melalui
elektrolisis lelehan garam kloridanya.
Dalam
industri,magnesium dibuat dari air laut melalui tahap-tahap sebagai
berikut. Mula-mula air laut dicampur dengan kapur (CaO) sehingga
magnesium mengendap sebagai magnesium hidroksida (Mg(OH)2).
CaO(s) + H2O(l) → 2Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
Mg2+(aq) + 2OH-(aq) → Mg(OH)2(s)
Adapun CaO dibuat dari batu kapur atau kulit kerang melalui pemanasan.
CaCO3(s) → CaO(s) +CO2(g)
Endapan magnesium hidroksida yang terbentuk, disaring kemudian direaksikan dengan larutan asam klorida pekat.
Mg(OH)2(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + 2H2O(l)
Selanjutnya, larutan diuapkan sehingga diperoleh kristal magnesium klorida (Mg Cl2). Kristal itu kemudian dicairkan dan dielektrolisis.
MgCl2(l) → Mg2+(l) + 2Cl-(l)
Katode: Mg2+(l) +2e → Mg(l)
Anode : 2Cl-(l) → Cl2(g) + 2e
b. Penggunaan Magnesium
Kegunaan utama magnesium adalah untuk membuat logam-campur. Paduan magnesium dengan aluminium yang disebut magnalium,
merupakan logam yang kuat tetapi ringan, resisten terhadap asam maupun
basa, serta tahan korosi. Paduan itu digunakan untuk membuat komponen
pesawat terbang, rudal, bak truk, serta berbagai peralatan lainnya. Oleh
karena merupakan reduktor kuat, sedikit magnesium digunakan pada
pengolahan logam tertentu. Pembakaran magnesium menghasilkan cahaya yang
sangat terang, sehingga unsur itu digunakan untuk membuat kembang api.
3. Aluminium
a. Pembuatan Aluminium
Meskipun
aluminium tergolong melimpah d kulit bumi, mineral yang dapat dijadikan
sumber komersial aluminium hanya bauksit. Bauksit mengandung aluminium
sebagai aluminium oksida (Al2O3). Pengolahan aluminium dari bauksit ini
berlangsung dalam dua tahap. Tahap pertama adalah pemurnian bauksit
sehingga diperoleh aluminium oksida murni (alumina). Tahap kedua adalah
peleburan (reduksi) alumina.
Pengolahan
aluminium oksida 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 natrium hidroksida, maka aluminium oksida akan larut sedangkan pengotornya tidak.
Al2O3(s) +2NaOH(aq) +3H2O(l) → 2NaAl(OH)4(aq)
Pengotor
dipisahkan dengan penyaringan. Selanjutnya, aluminium diendapkan dari
filtrate dengan mengalirkan gas karbon dioksida dan pengenceran.
2NaAl(OH)4(aq) + CO2(g) → 2Al(OH)3(s) +Na2CO3(aq) +H2O(l)
Endapan aluminium hidroksida disaring, dikeringkan lalu dipanaskan sehingga diperoleh aluminium oksida murni (alumina).
Selanjutnya pada tahap kedua, reduksi aluminium oksida dilakukan melalui elektrolisis menurut proses Hall-Heroult. Metode elektrolisis itu ditemukan secara terpisah tetapi hamper bersamaan pada tahun 1886 oleh dua orang peneliti muda, yaitu Charles M.Halt di Amerika Serikat dan Paul Heroult
di Perancis. Kita ingat bahwa aluminium oksida mempunyai titik leleh
yang sangat tinggi, yaitu lebih dari 2000⁰C. Oleh karena itu,
elektrolisis lelehan aluminium oksida murni tidak ekonomis. Dalam proses
Hall-Heroult, aluminium oksida dilarutkan dalam lelehan kriolit (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. 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 dituliskan 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
Jadi
selama elektrolisis, anode terus menerus dihabiskan. Untuk memproduksi 1
kg aluminium, rata-rata dihabiskan 0,44 kg anode karbon.
b. Penggunaan Aluminium dan Senyawanya
1. Aluminium
Aluminium memiliki banyak kegunaan. Penggunaan aluminium didasarkan pada beberapa sifatnya yang khas, yaitu:
· Ringan (massa jenis 2,7 g cm-3),
· Tahan karat,
· Mudah dibentuk,
· Dapat dipadu dengan logam lain, dan
· Tidak beracun.
·
Berikut ini diberikan beberapa contoh penggunaan aluminium.
1. Sektor industri otomotif: untuk membuat bak truk dan komponen kendaraan bermotor lainnya, untuk membuat badan pesawat terbang.
2. Sektor pembangunan perumahan: untuk kusen dan jendela.
3. Sektor industri dan makanan: aluminium foil dan kaleng aluminium untuk kemasan berbagai jenis produk makanan dan minuman.
4. Sektor lainnya: untuk kabel listrik, perabotan rumah tangga, dan barang kerajinan.
5. Membuat
termit, yaitu campuran serbuk aluminium dengan serbuk besi (III)
oksida. Termit digunakan untuk mengelas baja di tempat, misalnya untuk
menyambung rel kereta api. Campuran itu bereaksi sangat eksoterm
sehingga panas yang dihasilkan dapat melelehkan baja, sementara besi
yang terbentuk akan menyambung baja yang dilas. Persamaan reaksinya adalah:
2Al +Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe
2. Aluminium sulfat [Al2(SO4)3]
Aluminium sulfat yang digunakan pada pengolahan air minum, yaitu untuk mempercepat koagulasi lumpur koloidal.
4. Besi
a. Pembuatan Besi
Besi diolah dari bijihnya dalam suatu tungku yang disebut tanur tiup (blast furnace). Tanur tiup berbentuk silinder raksasa dengan tinggi 30 m atau lebih dan diameter bagian tengah sekitar 8 m.
Bahan yang digunakan pada pengolahan besi, selain bijih besi adalah kokas (C) dan batu kapur (CaCO3). Kokas berfungsi sebagai reduktor, sedangkan batu kapur berfungsi sebagai fluks,
yaitu bahan yang akan bereaksi dengan pengotor dalam bijih besi dan
memisahkan pengotor itu dalam bentuk cairan kental yang disebut terak (slag).
Komposisi bahan-bahan tersebut bergantung pada pengotor dalam bijih
besi. Bijih besi mengandung pengotor, baik yang bersifat basa seperti
CaO, MgO, dan MnO. Akan tetapi, biasanya pengotor yang bersifat asam
lebih banyak, sehingga perlu ditambahkan fluks yang bersifat basa, yaitu
CaCO3.
Proses/reaksi
yang terjadi pada pengolahan besi scara garis besar sebagai berikut.
Bijih besi, kokas, dan batu kapur diumpankan dari puncak tanur,
sementara dari bagian bawah ditiupkan udara panas. Kokas terbakar pada
bagian bawah tanur dengan membebaskan kalor, sehingga suhu di daerah itu
dapat mencapai 2000⁰C.
C(s) + O2(g) → CO2(g) + kalor
Ketika bergerak naik, gas CO2 yang baru terbentuk itu bereaksi lagi dengan kokas yang bergerak turun membentuk CO.
CO2(g) + C(s) → 2CO(g)
Gas CO inilah yang akan mereduksi bijih besi secara bertahap.
(+3) (+3/+2) (+2) (0)
Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe
Tahap 1 : 3Fe2O3 +CO → 2Fe3O4 + CO2
Tahap 2 : Fe3O4 +CO → 3FeO + CO2
Tahap 3 : FeO + CO → Fe + CO2
Reaksi totalnya dapat dituliskan sebagai berikut.
Fe2O3(s) + 3CO(g) → 2Fe(l) + 3CO2(g)
Oleh
karena suhu tanur sangat tinggi, besi yang terbentuk berupa lelehan.
Reaksi pembentukan terak yang menghilangkan pengotor berlangsung sebagai
berikut.
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) (800-900⁰C)
CaO(s) + SiO2(s) → CaSiO3(l) (1200⁰C)
3CaO(s) + P2O5(g) → Ca3(PO4)2(l) (1200⁰C)
Besi yang dihasilkan dari tanur tiup disebut besi gubal (pig iron)
atau besi kasar, mengandung kira-kira 95% besi, 3-4% karbon, dan
sisanya pengotor lain seperti Mn, Si, dan P. Besi gubal bersifat keras
tetapi rapuh. Pada umumnya, sebagian besar besi gubal langsung diproses
untuk membuat baja. Sebagian lain dapat dialirkan ke dalam cetakan
sehingga diperoleh besi tuang (cast iron). Besi tempa diperoleh dari besi gubal dengan mengurangi kadar karbon. Besi tempa lebih lunak dan tidak rapuh.
b. Penggunaan Besi
Besi
adalah logam yang paling luas dan paling banyak penggunaannya, yaitu
sekitar 14 kali total penggunaan semua logam lainnya. Hal tersebut
disebabkan tiga alasan berikut.
1. Bijih besi relatif melimpah dan tersebar di berbagai penjuru dunia.
2. Pengolahan besi relatif mudah dan murah.
3. Sifat-sifat besi mudah dimodifikasi.
Kegunaan
utama dari besi adalah untuk membuat baja. Baja adalah istilah yang
digunakan untuk semua logam campur (aliase) dari besi. Jenis baja sangat
beragam, sehingga penggunaannya sanagt luas, mulai dari mainan
anak-anak, perkakas dapur, industri kendaraan, konstruksi bangunan,
jembatan, rel kereta api, dan sebagainya. Salah satu contoh baja yag
paling terkenal adalah baja tahan karat (stainless steels),
yang merupakan paduan besi dengan kromium (14-18%) dan nikel (7-9%).
Baja tahan karat digunakan untuk membuat perkakas seperti gunting,
obeng, dan kunci; perkakas dapur seperti sendok, dan panic; dan
sebagainya.
c. Pembuatan Baja
Logam-logam campur dari besi disebut baja. Perubahan yang harus dilakukan pada pembuatan baja dari besi gubal, yaitu:
1. Menurunkan kadar karbon dari 3-4% menjadi 0-1,5%,
2. Menghilangkan pengotor seperti Si, Mn, dan P,
3. Menambahkan logam-logam campur seperti Ni dan Cr, sesuai dengan jenis baja yang akan dibuat.
Teknologi pembuatan baja secara murah dan cepat ditemukan oleh Henry Bessemer dari Inggris pada tahun 1856. Setelah itu, terjadi perkembangan pesat. Pada tahun 1860, dikembangkan tungku terbuka (open hearth furnance) oleh William Siemens, juga dari Inggris. Kini, kebanyakan baja dibuat dengan tungku oksigen (basic oxygen process).
Tungku
oksigen adalah silinder baja raksasa dengan pelapis yang bersifat basa
pada bagian dalamnya. Tungku ini berkapasitas sekitar 200 ton besi cair,
80 ton besi bekas, dan 18 ton kapur (CaO) sebagai fluks. Ke dalam
campuran yang berupa cairan yang sangat panas ini ditiupkan oksigen
murni melalui pipa berpendingin. Gas oksigen akan mengoksidasikan karbon
menjadi karbon monoksida (CO), sedangkan pengotor lainnya dipisahkan ke
dalam terak. Proses pembuatan baja dengan tungku oksigen hanya
memerlukan waktu sekitar 22 menit.
Beberapa jenis baja diberikan pada Tabel 3.18.
Nama
|
Komposisi
|
Sifat Khas
|
Penggunaan
|
Baja mangan
|
10-18% Mn
|
Keras, kuat, dan awet
|
Rel kereta api, lapis baja kendaraan perang, mesin penghancur batu
|
Baja silikon
|
1-5% Si
|
Keras, kuat, sifat magnetnya kuat
|
Magnet
|
Durion
|
12-15% Si
|
Tahan karat, tahan asam
|
Pipa, ketel, kondensor dan lain-lain
|
Invar
|
36% Ni
|
Koefisien mulai rendah
|
Alat pengukur (meteran)
|
Baja kromium-vanadium
|
1-10% Cr
0,15 V
|
Kuat, tahan terhadap tekanan/beban
|
As kendaraan
|
Baja tahan karat
|
14-18% Cr
7-9% Ni
|
Tahan karat
|
Alat-alat pemotong, perkakas dapur, alat-alat lain
|
5. Tembaga
a. Pembuatan Tembaga
Bijih tembaga yang terpenting adalah kalkopirit (CuFeS2).
Sebenarnya tembaga mudah direduksi. Akan tetapi, adanya besi dalam
bijih tembaga membuat proses pengolahan tembaga menjadi relatif sulit. Pengolahan tembaga melalui beberapa tahap, yaitu flotasi, pemanggangan, peleburan, pengubahan, dan elektrolisis.
Pada
umumnya, bijih tembaga hanya mengandung 0,5% Cu. Melalui pengapungan
dapat diperoleh bijih pekat yang mengandung 20-40% Cu. Bijih pekat itu
kemudian dipanggang untuk mengubah besi sulfide menjadi besi oksida,
sedangkan tembaga tetap berupa sulfida.
4CuFeS2 + 9O2 → 2Cu2S + 2Fe2O3 + 6SO2
Bijih
yang sudah melalui pemanggangan kemudian dilebur sehingga bahan
tersebut mencair dan terpisah menjadi dua lapisan. Lapisan bawah disebut
“copper matte” yang mengandung Cu2S dan besi cair, sedangkan lapisan atas merupakan terak silikat yang antara lain mengandung FeSiO3. Selanjutnya, “copper matte” dipindahkan ke dalam tungku lain dan ditiupkan udara sehingga terjadi reaksi redoks yang menghasilkan tembaga lepuh (blister copper).
2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2
Cu2S + Cu2O → 2Cu + SO2
Tembaga lepuh adalah tembaga yang mengandung gelembung gas SO2 beku. Tembaga lepuh mengandung 98-99% Cu dengan berbagai jenis pengotor seperti besi, zink, perak, emas, dan platina.
Pemurnian
tembaga dilakukan dengan elektrolisis. Tembaga lepuh digunakan sebagai
anode, sedangkan tembaga murni digunakan sebagai katodenya. Elektrolit
yang digunakan adalah larutan CuSO4. Selama elektrolisis, Cu dipindahkan dari anode ke katode. Dengan menggunakan potensial tertentu, bahan pengotor dapat terpisah.
b. Penggunaan Tembaga
Tembaga
adalah logam yang berwarna kuning merah dan tergolong logam yang kurang
aktif. Dalam udara lembab, tembaga terkorosi secara perlahan-lahan.
Mula-mula warnanya menjadi cokelat karena terbentuknya lapisan tipis CuO
atau CuS. Lama kelamaan menjadi berwarna hijau karena terbentuknya
tembaga karbonat basa, Cu2(OH)2CO3. Hal seperti itu sering terlihat pada patung atau barang kerajinan yang terbuat dari tembaga atau perunggu.
Penggunaan
utama tembaga adalah untuk kabel listrik. Selain itu, tembaga digunakan
untuk membuat paduan logam seperti perunggu (Cu + Sn) dan kuningan (Cu +
Zn). Perunggu banyak digunakan untuk perhiasan, senjata (seperti pisau
dan tombak), lonceng, dan alat musik. Perunggu berwarna kuning cerah
seperti emas, sehingga banyak digunakan untuk perhiasan.
6. Timah, Kromium, dan Emas
Timah
adalah logam yang relatif lunak, berwarna putih perak dan tahan karat.
Timah terutama digunakan untuk membuat kaleng kemasan, seperti untuk
roti, susu, cat, dan buah. Kegunaan lain dari timah adalah untuk membuat
logam campur, misalnya perunggu (paduan timah, tembaga, dan zink) dan
solder (paduan timah dan timbel).
Kromium
adalah logam yang sangat mengkilap, keras dan tahan karat. Lebih dari
separo produksi kromium digunakan dalam industri logam dan sekitar
seperti lainnya sebagai refraktori terutama karena mempunyai titik leleh
yang tinggi (1875⁰C) dan koefisien muai yang tidak terlalu besar. Dalam
industri logam, kromium terutama digunakan untuk membuat paduan
(aliase) dengan besi, nikel, dan kobalt. Penambahan kromium memberikan
kekuatan dan kekerasan serta sifat tahan karat pada paduan logam. Baja
tahan karat (stainless steel) mengandung sekitar 14%
kromium. Oleh karena kekerasannya, paduan kromium dengan kobalt dan
tungsten (wolfram) digunakan untuk membuat mesin potong. Kromium
digunakan dalam membuat berbagai macam pernik kendaraan bermotor karena
sangat mengkilap.
Emas
tergolong logam mulia, berwarna kuning mengkilap, tahan karat, mudah
ditempa dan dapat diukur. Pada umumnya, emas ditemukan sebagai unsur
bebas. Emas mempunyai massa jenis yang relatif besar, sehingga
pemisahannya dilakukan dengan mengayak. Butiran emas dapat dipisahkan
dengan menggunakan raksa. Emas selanjutnya dapat dipisahkan dengan
pemanasan sehingga raksa menguap dan dapat digunakan kembali.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar