MAKALAH UNSUR ALKALI DAN ALKALI TANAH

A. UNSUR ALKALI

Kata alkali berasal dari bahasa arab yang berarti abu, air abu bersifat basa.
Kata alkali ini menunjukkan bahwa kecenderungan sifat logam alkali dan alkali tanah
adalah membentuk basa.

Logam alkali adalah logam golongan utama yang unsur-unsurnya terdapat pada golongan IA dalam tabel periodik unsur. Logam alkali terdiri atas enam buah unsur, yaitu litium (Li), natrium (Na), kalium (Kl), rubidium (Rb), sesium (Cs), dan fransium (Fr). Unsur logam alkali tidak terdapat bebas dialam melainkan terdapat dalam bentuk senyawa. Hal itu karena unsur logam alkali sangat reaktif. Disebut dengan logam alkali karena dapat membentuk basa kuat.

Logam-logam alkali merupakan logam yang reaktif sehingga dialam tidak terdapat dalam keadaan bebas, melainkan sebagai senyawa.

1.       Sifat-Sifat Unsur Alkali

a.       Sifat Atomik Unsur Alkali

Ø  Jari-jari atom

Dari litium ke fransium, jari-jari atom bertambah. Hal ini dikarenakan semakin bertambahnya jumlah kulit elektron.

Ø  Energi Ionisasi

Dari litium ke fransium, energi ionisasi semakin berkurang. Hal ini berarti bahwa energi yang diperlukan untuk melepas elektron valensi semakin kecil. Penurunan energi ionisasi disebabkan penambahan jari-jari atom, sehingga gaya tarik-menarik inti dengan elektron valensisemakin lemah.

Ø  Keelektronegatifan

Dari litium kefransium, keelektronegatifan semakin berkurang. Hal ini menunjukkan kemampuan logam alkali untuk menarik elektron yang berasal dari atom lain dalam membentuk ikatan kimia semakin menurun. Kecenderungan ini juga disebabkan penambahan jari-jari atom, sehingga melemahkan gaya tarik inti.

Ø  Tingkat Oksidasi

Tingkat oksidasi logam-logam alkali hanya satu macam yaitu +1, yang menunjukkan bahwa untuk mencapai konfigurasi elektron stabil seperti gas mulia, logam-logam alkali melepas satu elektronnya.

b.      Sifat Fisis Unsur Alkali

Ø  Titik Leleh

Dari litium ke fransium, titik lelehnya semakin menurun. Hal ini disebabkan titik leleh ditentukan oleh jenis ikatan dan kekuatan ikatan logam yang dimiliki unsur alkali. Semakin kuat ikatan logamnya, semakin tinggi titik lelehnya. Ini berarti dari litium kefransium ikatan logamnya semakin lemah

Ø  Titik Didih

Dari litium ke fransium, titik didihnya semakin menurun.

Ø  Daya Hantar Listrik dan Panas

Dari litium ke fransium, daya hantar listrik dan panas semakin menurun, kecuali pada logam natrium dan kalium yang semakin bertambah karena elektron valensi pada atom Na dan K mudah bergerak bebas.

c.       Sifat Kimia Unsur Alkali

Sifat-sifat kimia unsur alkali adalah sebagai berikut           :

Ø  Atom logam alkali mudah membentuk ion positif karena logam alkali mempunyai satu elektron valensi . Unsur-unsur logam alkali cenderung akan melepaskan satu elektron  dan menjadi ion positif dalam rangka membentuk susunan elektron yang stabil seperti gas mulia . Oleh karena itu logam alkali disebut unsur yang sangat elektropositif.

Ø  Daya oksidasi logam alkali sangat besar. Hal ini disebabkan jari-jari atom logam alkali sangat besar sehingga sangat mudah melepaskan elektron. Dari atas kebawah dalam tabel periodik daya oksidasinya makin bertambah karena jari-jari atom makin besar.

Ø  Logam alkali merupakan reduktor (pereduksi) sangat kuat. Unsur-unsur logam alkali sangat mudah melepaskan elektron karena itu logam alkali sangat mudah teroksidasi.

d.      Sifat Karakteristik Logam Alkali

Logam alkali jika dibakar dapat memberikan warna nyala yang khas satu sama lainnya. Pemanasan pada suhu tinggi mengakibatkan senyawa terurai menjadi atom-atom bebas, lalu elektron pada atom bebas ini tereksitasi atau pindah ketingkat energi yang lebih tinggi. Jika elektron tersebut kembali ke tingkat energi semula, akan disertai pancaran cahaya foton dengan warna yang sesuai dengan panjang gelombang dari energi yang dihasilkan.

2.       Senyawa-Senyawa Logam Alkali

Alkali merupakan unsur yang sangat reaktif, sehingga umumnya ditemukan dalam bentuk senyawanya. Senyawa logam alkali terbentuk melalui reaksi-reaksi sebagai berikut.

a.       Reaksi Logam Alkali dengan Halogen

Logam alkali bereaksi dengan halogen membentuk senyawa halida alkali, misalnya :

2Na(s) + Cl(g)             2NaCl(s)

2K(s) + Cl(g)             2KCl(s)

b.      Reaksi Logam Alkali dengan Air

Reaksi antara logam alkali dengan air membentuk basa dan gas hidrogen. Dengan semakin bertambahnya nomor atom, reaksi berlangsung semakin hebat.

2Na(s) + 2O(l)              2NaOH(aq) + (g)

2Rb(s) + 2O(l)               2RbOH(aq)  + (g)

c.       Reaksi Logam Alkali dengan Oksigen

Jika logam alkali bereaksi dengan gas oksigen diudara akan menghasilkan senyawa oksida, peroksida, dan superoksida, tergantung reaktivitas logam alkali dan ketersediaan oksigen.

Contoh                 :

4Li(s) + (g)            2O(s)

Jika jumlah oksigennya berlebih:

2Na(s) + (g)              (s)

K(s) + (g)`                                  

d.      Reaksi Logam Alkali denga Hidrogen

      Logam alkali bereaksi dengan hidrogen membentuk senyawa ionik hidrida alkali yang berupa Kristal berwarna putih

Contoh :

2Li(s) + (g)            2LiH(s)

3.       Kelimpahan Logam Alkali di Alam

1)      Natrium :

 NaCl

Kriolit

Aluminosilikat ( NaAlSiO₃)

Sendawa chili (NaNO₃)

Soda Abu (Na₂CO₃)

2)      Litium :

Spodumen LiAl(SiO₃)

3)      Kalium  :

Silvit (KCL)

Karnalit(KCL MgCl₂6H₂O)

Veldvaat (K₂OAl₂O₃3SiO₃)

4)      Rubidium :

Sel fotolistrik

5)      Sesium :

Pollusit (CsAl(SiO₃)₂)

6)      Fransium :

Bijih uranium zat radioaktif

4.       Pembuatan Logam Alkali

1)      Litium

Logam natrium diperoleh dengan cara elektrolisis campuran lelehan LiCl dan KCl cair. Penambahan KCl cair berfungsi untuk menurunkan titik lelehLiCl.

2)      Natrium

Logam natium dibuat dengan cara elektrolisis leburan (lelehan) NaCl yang dicampur dengan Ca.

3)      Kalium

Logam kalium dapat dibuat dengan :

·         Elektrolisis leburan KOH, tetapi karena kalium yang dihasilkan mudah larut dalam leburan KOH maka prose situ tidak efektif

·         Elektrolisis leburan KCN

·         Reduksi garam kloridanya

·         Reduksi KCl dengan natrium

4)      Rubidium dan Sesium

Logam Rb dan Cs dibuat dengan cara mereduksi lelehan halide garamnya dengan logam Na

5.       Penggunaan Logam Alkali

1)      Natrium (Na)

• Digunakan sebagai cairan pendingin pada reaktor nuklir, karena meleleh pada 98⁰C dan mendidih pada 892⁰C
• Uap natrium digunakan untuk lampu natrium yang berwarna kuning dan dapat menembus kabut
• Digunakan pada industri pembuatan bahan anti ketukan pada bensin
• Campuran Na dan K untuk thermometer temperatur tinggi
• Pada produksi logam titanium untuk pesawat terbang logam natrium juga digunakan untuk foto sel dalam alat-alat elektronik.
• Natrium hidroksida (NaOH) atau soda api digunakan dalam industri tekstil, plastik , pemurnian minyak bumi serta pembuatan senyawa natrium lainnya
• Natrium klorida (NaCl) digunakan sebagai garam dapur. pembuatan klorin dan NaOH mengawetkan berbagai jenis makanan dan mencairkan salju di jalan raya daerah beriklim sedang.
• Natrium bikarbonat (Na₂HCO₃) disebut juga soda kue sebagai bahan pengembang pada pembuatan kue.
• Natrium karbonat (Na₂CO₃) dinamakan juga soda abu digunakan dalam industri pembuatan kertas industri detergent , industri kaca dan bahan pelunak air (menghilangkan kesadahan air)

2)       litium (Li)

• Logam ini digunakan untuk pentransfer panas, untuk bahan anoda, pembuatan gelas,dan keramik khusus dan untuk keperluan bidang nuklir.
• Litium stearat digunakan untuk pembuatan minyak pelumas bertemperatur tinggi.
• Digunakan untuk pembuata batrai

3)      Kalium(K)

• Unsur kalium penting bagi pertumbuhan
• Unsur kalium digunakan untuk pembuatan kalium superoksida (KO₂) yang dapat bereaksi dengan air membentuk oksigen
• KCl dan K₂SO₄ digunakan untuk pupuk pada tanaman
• KNO3 digunakan sebagai komponen esensial dari bahan peledak , petasan dan kebang api
• KCLO3 digunakan untuk bahan pembuata korek api dan bahan peledak
• Kalium hidroksida (KOH) digunakan sebagai bahan pereaksi dalam pembuatan sabun mandi
• K2O2 digunakan untuk bahan cadangan oksigen dalam pertambangan dan kapal selam.

4)      Rubidium (Rb) dan cesium (Cs)

• Rubidium dan cesium digunakan sebagi permukaan peka cahaya dalam sel fotolistrik yang dapat mengubah energi cahaya menjadi energi listrik
• Cesium digunakan sebagi getter pada tabung elektron dan sebagai katalis hidrogenasi.

5)      Berilium (Be)

• Perpaduan atara Be dan Cu menghasilkan logam sekeras baja, maka digunakan untuk per/ pegas dan sambuangan listrik
• Logam berilium dipakai pada tabung sinar X , komponen reaktor atom, dan pembuatan salah satu komponen televisi.

6)      Magnesium (Mg)

• Digunakan untuk pembuatan logam paduan (alloy) untuk membuat campuran logam yang ringan dan liat yang  dapat digunakan pada pembuata alat-alat ringan seperti suku cadang pesawat atau alat-alat rumah tangga.
• Magnesium sulfat (MgSO₄.7H₂O) digunakan untuk pupuk , obat-obatan dan lampu blitz seta kembang api karena maganesium mudah terbakar dan cahayanya putih menyilaukan mata.
• Magnesium hidroksida (Mg(OH)₂) sebagai obat maag dan sebagai bahan pasta gigi

7)      Kalsium (Ca)

• CaO dan Ca(OH)₂ digunakan dalam industri baja . CaSO₄ sebagi bahan semen
• Gips ( CaSO₄.2H₂O) digunakan dalam bidang kesehatan untuk penderita patah tulang  dan untuk cetakan gigi
• Kalsium karbonat (CaCO₃) sebagai bahan obat ( antacid) dan bahan pengisi dan pelapis kertas .
• Kalsium dididrogen fosfat (Ca(H₂PO₄)₂) digunakan sebagai bahan pupuk CaOCl₂ sebagai disinfektan.
• Kalsium hidroksida Ca(OH)₂ digunakan dalam pembuatan basa lain, sebagai serbuk pemutih dalam pemurnian gula dan kapur dinding.
• Kalsium klorida (CaCl₂) sebagai pelebur es dijalan raya pada musim dingin dan untuk menurunkan titik beku pada mesin pendingin.

8)       Stronsium (Sr) dan barium (Ba)

• Senyawa strosium dan barium digunakan untuk pembuatan kembang api karena member warna nyala yang bagus dan menarik. Sr warna nyala merah tua dan Ba warna nyala hijau tua.
• Barium sulfat (BaSO4) untuk pembuatan foto sinar X pada perut.

B. UNSUR-UNSUR ALKALI TANAH

Logam alkali tanah terdiri atas enam unsur, yaitu berilium (Be), magnesium (Mg), kalsium (Ca), strontium (Sr), barium (Br), dan radium (Ra). Logam alkali tanah di alam terdapat dalam bentuk senyawa yang tidak larut di dalam tanah. Logam alkali tanah dapat membentuk basa kuat. Logam golongan IIA disebut logam alkali tanah, karena sifat-sifatnya seperti logam alkali.

1.       Sifat-Sifat Logam Alkali Tanah

1)      Sifat – Sifat Fisis

Sifat	Be	Mg	Ca	Sr	Ba
Nomor atom Konfigurasi elektron Titik cair, oC Titik didih, oC Rapatan (Densitas), g/cm3 Energi pengionan Pertama , kJ/mol Kedua, kJ/mol Ketiga, kJ/mol Keeletronegatifan Potensial reduksi (volt) M2+ + 2e- " M Jari-jari atom, A Jari-jari ion M2+, A Kekerasan (skala Mohs) Warna nyala	4 [He]2s2 1.278 2.970 1.85 899 1.757 14.848 1,5 -1,70 1,11 0,30 =5 Putih	12 [Ne]3s2 649 1.090 1.74 738 1.451 7.733 1,2 -2,38 1,60 0,65 2,0 Putih	20 [Ar]4s2 839 1.484 1.54 590 1.145 4.912 1,0 -2,76 1,97 0,99 1,5 Jingga	38 [Kr]5s2 769 1.384 2.6 590 1.064 4.210 1,0 -2,89 2,15 1,13 1,8 merah	56 [Xe]6s2 725 1.640 3.51 503 965 3.430 0,9 -2,90 2,17 1,35 =2 hijau

Keterangan tabel :

1.       Memiliki konfigurasi elektron [X]ns²

2.       Reduksinya kuat ( Ba > Sr > Ca > Mg > Be)

Akan tetapi berilium menunjukkan penyimpangan karena potensial elektrodenya relatif kecil. Hal itu disebabkan energi ionisasi berilium (tingkat pertama + tingkat kedua) yang relatif besar.

3.       Membentuk basa kuat.

Ba(OH)₂ > Sr(OH)₂ > Ca(OH)₂ > Mg(OH)₂ > Be(OH)₂

Khusus  Be(OH)₂ bersifat amfoter yaitu bisa bereaksi dengan asam maupun basa.

4.       Titik cair/leleh dan titik didih semakin kebawah semakin kecil.

5.       Jari-jari atom meningkat secara beraturan. Pertambahan jari-jari menyebabkan penurunan energi pengionan dan keelektronegatifan.

6.       Sifat –sifat fisis logam alkali tanah lebih besar dibandingkan dengan logam alkali seperiode. Hal itu disebabkan logam alkali tanah mempunyai dua elektron valensi sehingga ikatan logamnya lebih kuat.

7.       Uji nyala pada berilium (putih), magnesium (putih), kalsium ( jingga), stronsium (merah), dan barium (hijau).

2)      Sifat – Sifat Kimia

1.Reaktif  tetapi masih kurang reaktif dibanding alkali.

2.Semua senyawa dari kalsium, strontium , dan barium ,yaitu logam alkali tanah yang bagian bawah,  berbentuk  senyawa ion. Sedangkan senyawa-senyawa berilium dan senyawa-senyawa magnesium bersifat kovalen.

2.       Penggunaan Logam Alkali Tanah

1)      Berilium

Paduan tembaga dengan ±2% berilium digunakan untuk membuat pegas, klip dan sambungan listrik.

2)      Magnesium

Logam magnesium digunakan untuk membuat magnalium (paduan logam magnesium-aluminium) yang bersifat kuat, ringan, dan tahan korosi.

3)      Kalsium

CaO (kapur tohor) digunakan sebagai fluks pada industri baja untuk mengikat pengotor membentuk terak.

4)      Strontium

Strontium digunakan untuk membuat kembang api yang menghasilkan warna merah terang.

3.       Kelarutan Senyawa Alkali Tanah

Kelarutan senyawa alkali tanah lebih kecil daripada senyawa alkali. Kelarutan basa semakin besar dari Beke Ba

a.        Senyawa hidroksida : M(OH)₂

Pada satu golongan dari atas ke bawah semakin besar ( semakin mudah larut ).

b.       Senyawa sulfat (SO₄^2-), karbonat (CO₃^-2), dan kromat (CrO₄^2-) atas ke bawah semakin kecil (semakin susah larut atau mudah mengendap).

4.       Warna Nyala Logam Alkali Tanah

Seperti halnya pada logam alkali, logam alkali tanah dalam senyawa garamnya mempunyai warna nyala khas. Warna nyala dari logam tersebut dapat dipakai untuk mengidentifikasikan logam alkali tanah tersebut. Hasil penelitian warna nyala logam alkali dalam senyawa garamnya adalah  (warna nyala tidak ada),  (warna nyala tidak ada),  (merah jingga),
(merah tua),  (hijau muda).

5.       Pembuatan Alkali Tanah

Pada pembuatan logam alkali tanah secara besar-besaran untuk industri pada umunya dilakukan dengan cara elektrolisis leburan garam kloridanya. Logam alkali tanah yang paling banyak diproduksi adalah logam magnesium. Untuk itu yang akan dibahas pada pembuatan logam alkali tanah disini adalah pembuatan logam magnesium.

Logam magnesium dapat diperoleh melalui ekstraksi air laut.

6.       Kesadahan Air

Pada awalnya, kesadahan air didefinisikan sebagai kemampuan air untuk mengendapkan sabun, sehingga keaktifan/ daya bersih sabun menjadi berkurang atau hilang sama sekali. Sabun adalah zat aktif permukaan yang berfungsi menurunkan tegangan permukaan air, sehingga air sabun dapat berbusa. Air sabun akan membentuk emulsi atau sistem koloid dengan zat pengotor yang melekat dalam benda yang hendak dibersihkan.

Kesadahan terutama disebabkan oleh keberadaan ion-ion kalsium (Ca²⁺) dan magnesium (Mg²⁺) di dalam air. Keberadaannya di dalam air mengakibatkan sabun akan mengendap sebagai garam kalsium dan magnesium, sehingga tidak dapat membentuk emulsi secara efektif. Kation-kation polivalen lainnya juga dapat mengendapkan sabun, tetapi karena kation polivalen umumnya berada dalam bentuk kompleks yang lebih stabil dengan zat organik yang ada, maka peran kesadahannya dapat diabaikan. Oleh karena itu penetapan kesadahan hanya diarahkan pada penentuan kadar Ca²⁺ dan Mg²⁺. Kesadahan total didefinisikan sebagai jumlah miliekivalen (mek) ion Ca²⁺ dan Mg²⁺ tiap liter sampel air (Anonim, 2008).

Kesadahan atau hardness adalah salah satu sifat kimia yang dimiliki oleh air. Penyebab air menjadi sadah adalah karena adanya ion-ion Ca²⁺, Mg²⁺. Atau dapat juga disebabkan karena adanya ion-ion lain dari polyvalent metal (logam bervalensi banyak) seperti Al, Fe, Mn, Sr dan Zn dalam bentuk garam sulfat, klorida dan bikarbonat dalam jumlah kecil.

Air yang banyak mengandung mineral kalsium dan magnesium dikenal sebagai “air sadah”, atau air yang sukar untuk dipakai mencuci. Senyawa kalsium dan magnesium bereaksi dengan sabun membentuk endapan dan mencegah terjadinya busa dalam air. Oleh karena senyawa-senyawa kalsium dan magnesium relatif sukar larut dalam air, maka senyawa-senyawa itu cenderung untuk memisah dari larutan dalam bentuk endapan atau presipitat yang akhirnya menjadi kerak.

Pengertian kesadahan air adalah kemampuan air mengendapkan sabun, di mana sabun ini diendapkan oleh ion-ion yang saya sebutkan diatas. Karena penyebab dominan/utama kesadahan adalah Ca²⁺ dan Mg²⁺, khususnya Ca²⁺, maka arti dari kesadahan dibatasi sebagai sifat / karakteristik air yang menggambarkan konsentrasi jumlah dari ion Ca²⁺ dan Mg²⁺, yang dinyatakan sebagai CaCO₃. Kesadahan ada dua jenis, yaitu (Giwangkara, 2008) :

1. Kesadahan sementara

Adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam bikarbonat, seperti Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂. Kesadahan sementara ini dapat / mudah dieliminir dengan pemanasan (pendidihan), sehingga terbentuk encapan CaCO₃ atau MgCO₃.

Reaksinya:
Ca(HCO₃)₂ → dipanaskan →  CO₂ (gas) + H₂O (cair) + CaCO₃ (endapan)

Mg(HCO₃)₂ →  dipanaskan    →    CO₂ (gas)  +   H₂O (cair)    + MgCO₃ (endapan)

2. Kesadahan tetap

Adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam klorida, sulfat dan karbonat, misal CaSO₄, MgSO₄, CaCl₂, MgCl₂. Kesadahan tetap dapat dikurangi dengan penambahan larutan soda – kapur (terdiri dari larutan natrium karbonat dan magnesium hidroksida) sehingga terbentuk endapan kaslium karbonat (padatan/endapan) dan magnesium hidroksida (padatan/endapan) dalam air.

Reaksinya:
CaCl₂ +   Na₂CO₃ →   CaCO₃ (padatan/endapan) + 2NaCl   (larut)

CaSO₄ +   Na₂CO₃ →   CaCO₃ (padatan/endapan) + Na₂SO₄ (larut)

MgCl₂ +   Ca(OH)₂ →   Mg(OH)₂ (padatan/endapan) + CaCl₂ (larut)

MgSO₄ +   Ca(OH)₂ →   Mg(OH)₂ (padatan/endapan) + CaSO₄ (larut)

Ketika kesadahan kadarnya adalah lebih besar dibandingkan penjumlahan dari kadar alkali karbonat dan bikarbonat, yang kadar kesadahannya eqivalen dengan total kadar alkali disebut “ kesadahan karbonat; apabila kadar kesadahan lebih dari ini disebut “kesadahan non-karbonat”. Ketika kesadahan kadarnya sama atau kurang dari penjumlahan dari kadar alkali karbonat dan bikarbonat, semua kesadahan adalah kesadahan karbonat dan kesadahan noncarbonate tidak ada. Kesadahan mungkin terbentang dari nol ke ratusan miligram per liter, bergantung kepada sumber dan perlakuan dimana air telah subjeknya.