Bagaimana reaksi logam alkali tanah dengan air

Logam alkali adalah kelompok unsur-unsur yang berada di golongan I A pada tabel periodik unsur, yaitu Litium [Li], Natrium [Na], Kalium [K], Rubidium [Rb], Cesium [Cs], dan Fransium [Fr].

Logam pada golongan I A disebut sebagai logam alkali disebabkan oksida-oksida logam pada golongan tersebut cepat larut dalam air dan menghasilkan larutan yang bersifat basa kuat [alkali].

Logam alkali mempunyai konfigurasi elektron np6 [n+1]s1. Konfigurasi electron ini berlaku untuk semua logam alkali kecuali Litium [Li]. Terdapat pengecualian pada Litium karena sesuai dengan nomor atom Litium, hanya ada 3 elektron yang mengelilingi inti atomnya, sehingga hanya mengisi subkulit s. Untuk lebih jelasnya, perhatikan perbandingan konfigurasi Litium dengan Natrium berikut ini:

3Li     : 1s2 2s1

11Na  : 1s2 2s2 2p6 3s1  [memenuhi rumus np6 [n+1]s1].

Dari konfigurasi elektron logam alkali juga dapat dilihat bahwa logam alkali hanya memiliki 1 elektron pada kulit terluarnya atau dikatakan mempunyai valensi 1. Layaknya unsur-unsur logam lainnya, logam alkali juga cenderung melepaskan electron pada kulit terluarnya [bersifat elektropositif]  sehingga membentuk ion bermuatan +1 atau dapat juga dikatakan bertindak sebagai kation.

Sifat fisika dan sifat kimia unsur logam alkali hampir sama, kekuatannya bertambah secara periodik dari atas ke bawah sesuai dengan konfigurasi elektronnya.

Logam alkali tanah terdiri dari 6 unsur yang terdapat di golongan IIA. Yang termasuk ke dalam golongan II A yaitu: Berilium [Be], Magnesium [Mg], Calcium [Ca], Stronsium [Sr], Barium [Ba],  dan Radium [Ra]. Di sebut logam karena memiliki sifat-sifat seperti logam. Disebut alkali karena mempunyai sifat alkalin jika direaksikan dengan air. Dan istilah tanah karena oksidasinya sukar larut dalam air, dan banyak ditemukan dalam bebatuan di kerak bumi. Oleh sebab itu, istilah “alkali tanah” biasa digunakan untuk menggambarkan kelompok unsur golongan II A.

Tiap logam memiliki konfigurasi elektron sama seperti gas mulia atau golongan VIII A, setelah di tambah 2 elektron pada lapisan kulit S paling luar. Contohnya konfigurasi elektron pada Magnesium [Mg] yaitu : 1s22s22p63s2 atau [Ne] 3s2. Ikatan yang dimiliki kebanyakan senyawa logam alkali tanah adalah ikatan ionik. Karena, elektron paling luarnya telah siap untuk di lepaskan, agar mencapai kestabilan.

Unsur alkali tanah memiliki reaktifitas tinggi, sehingga tidak ditemukan dalam bentuk monoatomik , unsur ini mudah bereaksi dengan oksigen, dan logam murni yang ada di udara, membentuk lapisan luar pada oksigen

BAB 2

SIFAT FISIKA DAN SIFAT KIMIA

1. A.   Sifat Fisika Logam Alkali

Pada golongan logam alkali, dari atas ke bawah dalam sistem periodik, elektronegativitas semakin berkurang. Hal ini disebabkan ukuran atom [jari-jari atom] makin besar sehingga electron valensi menjauh dari inti logam. Akibatnya kurang tertarik ke inti logam. Walaupun dari atas ke bawah muatan inti bertambah, tetapi pengaruh pertambahan muatan inti ini kalah oleh pengaruh pertambahan ukuran atom.

Logam alkali hanya mempunyai satu elektron valensi yang terlibat dalam pembentukan logam, oleh karena itu logam alkali memiliki energi kohesi yang kecil sehingga bersifat lunak. Dalam sistem periodik, dari atas ke bawah pada golongan I A makin kecil energi kohesinya sehingga semakin lunak.

1. Titik leleh dan titik didih

Pada golongan logam alkali, dari atas ke bawah dalam sistem periodik, titik didih dan titik leleh mengalami penurunan [lebih mudah meleleh dan menguap]. Sifat ini merupakan pengaruh dari ukuran atom yang semakin besar sehingga kekuatan ikatan logam semakin lemah, sehingga atom-atom lebih mudah terpisah dan membentuk wujud cair dan akhirnya gas.

1. Mempunyai kilap dan penghantar listrik dan panas yang baik

Unsur-unsur golongan I A memiliki ciri khusus logam yaitu mempunyai kilap, dan merupakan penghantar listrik dan panas yang baik. Kilap disebabkan elektron logam alkali apabila terkena energi [dalam hal ini energi cahaya] akan berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi [terkesitasi] kemudian akan kembali ke keadaan dasar sambil memancarkan energy cahaya. Sifat penghantar listrik dan panas disebabkan oleh atom-atom logam alkali membentuk ikatan logam sehingga electron valensinya bergerak mobile dan dapat menghantarkan listrik maupun panas.

Jari-jari atom pada golongan logam alkali atas ke bawah sistem periodik, jari-jarinya semakin besar, sesuai dengan pertambahan jumlah kulitnya. Semakin banyak jumlah kulitnya, maka semakin besar jari-jari atomnya. Semakin besar jari-jari atom, maka daya tarik antara proton dan elektron terluarnya semakin kecil. Sehingga energi ionisasinya pun semakin kecil.

Spektrum emisi dihasilkan dari pembakaran garamnya pada nyala api bunsen. Jika garam logam alkali diberi energi [dipanaskan], elektronnya akan berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi kemudaian kembali ke keadaan dasar sambil melepaskan energi cahaya. Pada logam alkali, energi cahaya yang dilepaskan atom berada dalam spektrum sinar tampak sehingga memiliki warna yang jelas. Sebagai contoh, ion Na+ akan memberikan nyala berwarna kuning, ion K+ akan memberikan nyala berwarna violet/lembayung. Sifat ini menjadi dasar analisis secara flamefotometri karena intensitas energi cahaya yang dipancarkan, akan berbanding lurus dengan jumlah atom.

Berikut adalah tabel sifat-sifat fisika logam alkali:

B.   Sifat Kimia Logam Alkali

Unsur-unsur pada golongan I A atau logam-logam alkali bersifat sangat reaktif. Selain disebabkan oleh jumlah elektron valensi yang hanya satu dan ukuran jari-jari atom yang besar, sifat ini juga disebabkan oleh harga energi ionisasinya yang lebih kecil dibandingkan logam golongan lain. Dari atas ke bawah pada sistem periodik, harga energi ionisai semakin kecil sehingga logamnya semakin reaktif. Di udara pun unsur-unsur ini akan bereaksi dengan oksigen atau air. Oleh karena itu biasanya disimpan dalam wadah tertutup berisi minyak tanah atau hidrokarbon inert. Unsur-unsur logam alkali merupakan reduktor yang kuat. Litium merupakan reduktor terkuat [potensial elektrodanya -3.05 v], sedangkan Natrium paling lemah [-2.7 v].

Semua logam dari golongan I A bereaksi hebat dengan air dingin, bahkan menimbulkan ledakan dengan air menghasilkan larutan logam hidroksida dan gas hidrogen. Secara umum, reaksi logam alkali dengan air dapat dituliskan sebagai berikut:

2 M[s] + 2 H2O[l] 2 MOH[aq] + H­2[g]

[M = Li/Na/K/Rb/Cs]

Reaksi dari atas ke bawah dalam sistem periodik, reaksi berlangsung lebih cepat. Hal ini disebabkan karena dari atas ke bawah dalam unsur periodik, energi ionisasi semakin rendah  dan ikatan logamnya pun semakin lemah.

Litium mempunyai berat jenis sebesar 0.534 g/cm3 atau hanya setengah dari berat jenis air sehingga Litium mengapung pada permukaan air dan secara perlahan-lahan menghasilkan gas Hidrogen. Logam ini berangsur-angsur bereaksi dan membentuk suatu larutan tak berwarna LiOH. Reaksi terjadi secara eksoterm [melepaskan panas] Litium tidak melebur karena panas tersebut karena titik leleh Litium mencapai 180.5oC.

Natrium mengapung pada permukaan air, tapi  panas yang dihasilkan pada reaksi cukup untuk meleburkan Natrium karena titik leleh Natrium adalah pada 97.7oC, selain itu reaksi antara Natrium dan air menghasilkan panas lebih cepat disbanding reaksi Litium dengan air. Natrium melebur sekaligus membentuk sebuah bulatan perak kecil yang tersebar di atas permukaan yang akhirnya membentuk larutan NaOH yang tidak berwarna. Natrium bergerak-gerak di permukaan karena ditekan oleh hydrogen dari segala arah. Apabila natrium terebak pada pinggir wadah, maka hydrogen bisa terbakar dan menghasilkan nyala berwarna oranye. Warna ini ditimbulkan oleh kontaminasi nyala biru hydrogen oleh senyawa-senyawa Natrium.

Pada reaksi logam Kalium dengan air, Kalium melebur dan membentuk larutan KOH. Panas yang dihasilkan oleh reaksi ini lebih cepat dibanding reaksi Natrium dengan air dan cukup untuk membakar Hidrogen.Nyala Hidrogen yang normalnya biru akan terkontaminasi oleh senyawa-senyawa Kalium sehingga berubah menjadi pink kebiru-biruan.

Rubidium mempunyai berat jenis yang lebih berat daipada air [1.532 g/cm3] sehingga akan tenggelam dalam air. Logam ini bereaksi hebat dengan air secara spontan. Bahkan terjadi penyemburan komponen larutan dari dasar wadah. Reaksi  ini menghasilkan larutan RbOH dan gas Hidrogen.

Reaksi antara Cesium dengan air sangat hebat, bahkan Cesium akan meledak saat bersentuhan dengan air sehingga dapat memecahkan wadah. Reaksi ini menghasilkan CsOH dan gas Hidrogen.

Reaksi antara logam-logam alkali dengan Oksigen menghasilkan oksida [M2O], peroksida [M2O2], dan superoksida [MO2]. Pada setengah unsur terbawah golongan I Adihasilkan oksida yang berbeda karena ion logam cukup besar sehingga kepadatan muatannya rendah. Ini menyebabkan lebih banyak energi yang dilepaskan  dan senyawa yang terbentuk akan stabil dari sisi energi. Sedangkan pada Litium, Natrium, dan Kalium, ion-ion logamnya kecil dan kepadatan muatannya besar sehingga cenderung mempolarisasikan ion-ion oksida yang lebih kompleks dampai menjadi terurai.

Litium akan terbakar dengan nyala merah terang jika dipanaskan di udara. Logam ini bereaksi dengan oksigen di udara menghasilkan Litium Oksida yang berwarna putih.

4 Li[s] + O2[g] 2 Li2O

Natrium akan terbakar oleh oksigen dalam udara membentuk campuran padatan Natrium Oksida dan Natrium Peroksida. Reaksi ini ditandai dengan terbentuknya nyala oranye.

Kalium akan terbakar oleh oksigen dalam udara membentuk Kalium Peroksida dan superoksida. Reaksi ini ditandai dengan terbentuknya nyala pin kebiru-biruan.

Rubidium dan Cesium terbakar di udara menghasilkan superoksida, yaitu RbO2 dan CsO2.

Rb[s] + O2[g] RbO2

Cs[s] + O2[g]CsO2

1. Reaksi dengan unsur atau senyawa non logam

Logam-logam alkali mudah bereaksi dengan beberapa unsur non logam seperti Sulfur, fosfor, gas Hidrogen, dan gas Nitrogen. Pada reaksi logam alkali dengan sulfur akan terbentuk garam sulfida.

2 M + S  M2S

Reaksi antara logam alkali dengan Fosfor:

3 M + P  M3P

Pada reaksi logam alkali dengan golongan halogen, logam alkali sebagai reduktro dan unsur halogen bersifat sebagai oksidator. Reaksi ini menghasilkan garam halida. Contoh reaksi:

2 Na + Br2 2 NaBr

2 K + Cl2 2 KCl

Reaksi dengan gas Hidrogen [H2] akan  menghasilkan senyawa hidrida. Senyawa hidrida adalah senyawa yang mengandung atom hidrogen dengan bilangan oksidasi negatif. Contoh reaksi:

2Li + H2 2 LiH

Pada golongan logam alkali, Litium memiliki keunikan, karena merupakan satu-satunya unsur logam pada golongan I A yang bereaksi dengan Nitrogen menghasilkan Litium Nitrida.

6 Li+ N2 2 Li3N

1. Reaksi logam alkali dengan asam encer

Seperti unsur-unsur logam lainnya, logam alkali bisa bereaksi dengan asam, baik itu asam lemah maupun asam kuat membentuk garam dan gas Hidrogen. Contoh reaksi:

2 Li + H2SO­4  Li2SO4 + H2

2 Na + 2 HCl   2 NaCl + H2

1. Reaksi dengan Aluminium Klorida dengan pemanasan

Logam-logam alkali berada di sebelah kiri Aluminium dalam deret volta sehingga bisa bereaksi membentuk garam klorida  dan logam Aluminium. Contoh reaksi:

3 K + AlCl3 3 KCl + Al

1. Reaksi dengan gas amoniak pada 4000C

2 M + 2 NH3 2 MNH3 + H2

Logam alkali larut dengan dalam amonia cair dan larutan encernya berwarna biru. Warna ini berasal dari elektron bebas yang tersolvasi oleh molekul amonia. Jadi proses pelarutan disertai dengan pemisahan atom logam menjadi ion logam alkali dan elektron tersolvasi dalam amonia, menurut persamaan:

M + n NH3 M+[e[NH3]n]

Larutan logam alkali dalam amonia bersifat konduktif dan paramagnetik.

1. C.   Sifat Fisika Logam Alkali Tanah

Pada golongan II A, Semakin ke bawah dalam golongan unsur semakin berkurang keelektronegatifannya.

Karena mempunyai dua elektron valensi yang terlibat dalam pembentukan ikatan logam menyebabkan unsur-unsur logam alkali tanah lebih keras energi kohesi lebih besar dan titik lelehnya lebih tinggi dibandingkan logam golongan IA.

Titik leleh unsur-unsur golongan alkali tanah  tidak berubah secara teratur karena mempunyai struktur kristal yang berbeda antara satu dengan lainnya.

Jika dibandingkan dengan unsur-unsur pada golongan I A, unsur-unsur golongan II A kurang reaktif. Hal ini karena unsur golongan II A mempunyai 2 elektron pada kulit terluarnya sehingga energi ionisasinya lebih besar dibandingkan unsur golongan I A yang hanya memiliki satu elektron pada kulit terluarnya. Semakin tingginya energi ionisasi, berarti cenderung lebih sulit berikatan dengan unsur lain. Urutan kereaktifan golongan alkali tanah adalah Ra > Ba > Sr > Ca > Mg > Be.

Seperti halnya  golongan logam alkali, garam-garam dari logam alkali tanah memberikan warna khas seperti pada logam alkali jika dipanaskan pada nyala api bunsen. Garam-garam Kalsium memberikan   nyala berwarna merah bata, garam-garam Stronsium memberikan nyala merah tua.

Kelarutan hidroksida logam alkali tanah dari atas ke bawah semakin bertambah. Kelarutan klorida dari Mg ke Ba semakin bertambah. Sedangkan kelarutan sulfat, nitrat, dan klorida berkurang dari atas ke bawah dalam golongan alkali tanah.

Suatu senyawa ion melarut dalam air jika energi hidrasi lebih besar dari energi kisi. Energi kisi semua garam sulfat unsur alkali tanah hampir sama besar. Ion sulfat sangat besar sehingga meskipun ukuran kation berbeda tidak memberikan perbedaan energi kisi yang berarti. Perbedaan kelarutan sulfat ditentukan oleh perbedaan energi hidrasi. Dari Be2+ke Ba2+,jari-jari bertambah sehingga energi hidrasi semakin berkurang sehingga kelarutan sulfat berkurang dari BeSO4ke BaSO4. Besar dari perbedaan energi hidrasi. Dari Be[OH]2ke Ba[OH]2 energi kisi lebih cepat berkurang dari pada energi hidrasi,sehingga kelarutan hidroksida bertambah.

Kestabilan karbonat alkali tanah.

Sebuah ion positif yang kecil memiliki banyak muatan yang tertata dalam sebuah ruang yang bervolume kecil, khususnya jika ion tersebut memiliki lebih dari satu muatan positif. Ion ini memiliki kepadatan tinggi dan efek distorsi yang besar terhadap setiap ion negatif yang terdapat didekatnya.

Ion positif yang lebih besar memiliki muatan yang sama seperti ion positif yang kecil, hanya saja muatannya tersebar pada volume yang lebih besar. Kepadatan ion lebih rendah dan efek distorsi lebih kecil, terhadap ion negatif didekatnya.

Apabila ion karbonat didekatkan pada sebuah ion positif, maka ion positif akan menarik elektron terdelokalisasi dalam ion karbonat ke arahnya, sehingga terjadi pengkutuban [terpolarisasi] .

M2+       O–― C = O

Pemanasan MCO3akan menyebab terlepasnya CO2. Besarnya suhu yang diperlukan untuk memenaskan karbonat agarterbentuk CO2 tergantung seberapa besar polarisasi dari ion tersebut.Ion yang mengalami polarisasi tinggi membutuhkan oanas yang lebih sedikit dibandingkan jika ion hanya sedikit terpolarisasi.

Semakin kecil ion  semakin tinggi kepadatan muatan dan semakin besar efek yang ditimbulkan terhadap ion karbon dalam satu golongan, ion positif semakin besar sehingga memiliki efek yang lebih kecil terhadap ion-ion karbonat didekatnya, sebagai konsekuensinya lebih bnyak panas yang diperlukan untuk melepaskan CO2 . Semakin ke bawah golongan, senyawa karbonat semakin stabil secara termal.

Karbonisasi senyawa alkali tanah