Selasa, 30 November 2010

Pembuatan Besi dan Ion Kompleks

2. Pengolahan besi dan baja
a. Pengolahan besi
Besi adalah logam yang paling murah di antara senyawa logam yang digunakan umat manusia. Besi terdapat dalam bentuk senyawa dalam batuan. Jadi harus diolah agar dapat digunakan. Besi diolah dari bijihnya dalam suatu tungku yang disebut tanur hembus (blast furnace). Tanur itu tingginya kira-kira 30 meter, sehingga disebut tanur tinggi.
Prinsip pengolahan besi dari bijih besi adalah dengan mereduksi bijih besi menggunakan reduktor karbon. Proses yang terjadi pada pengolahan bijih besi menjadi besi adalah sebagi berikut. Dari bagian atas tanur (puncak tanur) dimasukkan bijih, kokas, dan batu gamping. Dari bawah tanur ditiupkan udara panas sehingga kokas terbakar melepas kalor. Temperatur di bagian bawah tanur mencapai 2.000 oC. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut.
C(s) + O2(g) CO2(g) ∆H = -394 kJ/mol
Gas CO2 ini kemudian bereaksi dengan kokas yang berlebih membentuk CO.
CO2(g) + C(s) 2CO(g) ∆H = +172 kJ/mol
Karena reaksi ini endoterm, perlu temperatur yang tinggi agar reaksi tersebut dapat berlangsung. Gas CO yang terbentuk akan mereduksi bijih besi menjadi besi melalui tahap reaksi berikut.
3Fe2O3(s) + CO(g) 2Fe3O4(s) + CO2(g)
Fe3O4(s) + CO(g) 3FeO(s) + CO2(g)
FeO(s) + CO(g) Fe(l) + CO2(g)
Reaksi-reaksi tersebut dapat ditulis sebagai berikut
Fe2O3(s) + 3CO(g) 2Fe(l) + 3CO2(g)
Besi cair yang dihasilkan, dikeluarkan dari dasar tanur.
Sementara itu, karena temperatur sangat tinggi, batu gamping akan terurai menjadi CaO (kapur tohor) dan CO2.
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
CaO ini mengikat pengotor oksida alam.
CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3(l)
3CaO(s) + P2O5(s) Ca3(PO4)2(l)
CaO(s) + Al2O3(s) Ca(AlO2)2(l)
Hasil-hasil reaksi tersebut berwujud cair dan disebut terak. Massa jenis terak lebih kecil daripada besi cair yang terbentuk sehingga terak mengapung di atas besi cair. Dengan demikian, terak dan besi cair dapat dipisahkan melalui saluran masing-masing. Oksida pengotor yang terdapat dalam bijih besi turut juga direduksi oleh kokas.
MnO(s) + C(s) Mn(s) + CO(g) (1.400 oC)
SiO2(s) + 2C(s) Si(s) + 2CO(g) (1.400 oC)
P2O5(s) + 5C(s) 2P(s) + 5CO(g) (1.400 oC)
Mn, Si, dan P yang dihasilkan berbentuk cair dan larut dalam besi cair. Itulah sebabnya, besi yang diperoleh dari tanur tinggi tidak murni dan disebut besi kasar (pig iron). Besi kasar mengandung 95% besi, 3-4% karbon, dan pengotor, seperti Mn, Si, P, dan S. Besi kasar bersifat sangat keras, tetapi rapuh. Besi kasar yang dihasilkan dari tanur dimasukkan ke dalam cetakan dan dihasilkan besi tuang (cast iron). Terak yang dihasilkan sebagai hasil samping digunakan sebagai bahan baku pembuatan semen dan bahan bangunan. Sebagian besar besi kasar langsung diolah menjadi baja.
b. Pembuatan Baja
Tahun 1856, Henry Bassemer dari Inggris menemukan metode mengubah besi menjadi baja dengan cepat dan murah. Prosesnya kemudian dinamakan proses Bassemer. Setelah itu, banyak metode baru yang ditemukan untuk menyempurnakan metode Bassemer tersebut. Prinsip pengolahan besi menjadi baja adalah sebagai berikut.
1) Menurunkan kadar karbon dari 3-4% dalam besi kasar menjadi 0-1,5% dalam baja.
2) Membuang Si, Mn, dan P yang kadarnya dalam besi kasar sekitar 1%,melalui pembentukan terak bersama-sama dengan pengotor lainnya.
3) Menambah unsur alise, seperti Cr, Ni, Mn, V, Mo, dan W agar diperoleh baja sesuai dengan yang diinginkan
a) Proses Bassemer
Tungku Bassemer adalah tabung baja dengan pelapis tahan api. Pelapis ini dapat berupa bahan bersilika (bassemer asam) atau terbuat dari dolomit, MgCO3 , CaCO3 (Bassemer basa), tergantung jenis pengotor besi yang akan dipisahkan. Udara dimasukkan dalam besi cair melalui sederet lubang. Oksigen dari udara kemudian mengoksidasi karbon dan zat pengotor lainnya.
C(s) + O2(g) CO2(g)
4P(s) + 5O2(g) 2P2O5(s)
Beberapa reaksi lain yang terjadi dalam proses pembuatan baja adalah sebagai berikut.
2C(s)+O2(g) 2CO(g)
2Fe(l) + O2(g) 2FeO(s)
MnO(s) + SiO2(s) MnO.SiO2(s)
3CaO¬(s)+P2O5(s) Ca3(PO4)2(s)

Gambar 1.3 Tungku Bassemer

b) Tungku terbuka (Open Hearth Furnace)
Pada tahun 1860-an dikembangkan tungku terbuka oleh William Siemens di Inggris. Pada bagian dasar tungku dilapisi dengan pelapis asam atau basa. Bahan yang dimasukkan ke tungku adalah besi cair ,besi oksidasi, besi tua dan batu gamping. Reaksi yang terjadi adalah seperti proses Bassemer. Kelebihan tungku terbuka ini adalah regenerasi pemakaian kalor karena panas yang dilepas dipakai lagi, lebih cepat (satu tahap butuh waktu 12 jam), dan kualitas baja yang dihasilkan lebih baik.
c) Proses Basic Oxygen
Proses ini merupakan penyempurnaan dari metode sebelumnya. Sebagai ganti udara digunakan oksigen murni. Oksigen dan batu gamping dimasukkan diatas besi cair. Reaksi ini berlangsung hanya 22 menit dan kualitas bajanya sangat baik.
3. Pengolahan tembaga
Dalam pengolahan bijih tembaga menjadi tembaga dilakukan empat tahap, yaitu pemekatan, pemanggangan, peleburan, dan pemurnian (elektrolisis). Setelah biji dipekatkan melalui pengapungan (ingat, cara fisiska pemekatan bijih), bijih tersebut dipangganng dengan tujuan untuk mengubah besi sulfida menjadi besi oksida. Sementara itu, tembaga tetap sebagai sulfida.
4CuFeS2(s) + 9O2(g) 2CuS(s) + 2Fe2O3(s) + 6SO2(g)
Bijih yang sudah dipanggang, dimasukkan ke dalam tungku peleburan dan terbentuk dua lapisan. Lapisan bawah adalah copper matte mengandung sulfida tembaga dan besi leleh. Lapisan atas merupakan terak silikat dibentuk malalui reaksi oksida Fe, ca, dan Al dengan SiO2. Setelah peleburan, copper matte tembaga dipindahkan kedalam tungku lain dan dihembuskan udara sehingga terjadi reaksi sebagai berikut ini.
2Cu2S(s) + 3O2(g) 2Cu2O(s) + 2SO2(g)
2Cu2O(s) + Cu2S(s) 6Cu(s) + SO2(g)
Hasil reaksi terakhir di atas disebut blister copper sebab mengandung gelembung beku SO2(g). Blister copper mengandung 98-99% tembaga, tetapi jika diinginkan tembaga yang sangat murni, dilakukan elektrolisis untuk menghilangkan pengotor besi, seng, perak atau emas.
Pada elektrolisis pemurnaian tembaga, potensial listrik yang digunakan diatur sehingga pada anode yang larut hanya tembaga, besi, dan seng. Sementara itu, emas dan perak tidak larut (tidak teroksidasi) dan berjatuhan ke dasar wadah. Di katode hanya Cu2+ yang direduksi (diendapkan), sedangkan Fe2+ dan Zn2+ tetap tinggal dalam larutan. Dengan demikian, tembaga dapat dpisahkan dari pengotor-pengotornya dan dihasilkan tembaga yang sangat murni. Elektrolit yang digunakan adalah larutan CuSO4. Blister copper sebagai anode dan tembaga murni sebagi katode.
CuSO4(aq) Cu2+ (aq) + SO42-(aq)
(-) katode: Cu2+(aq) + 2e- Cu
(+) anode: Cu(s) Cu2+ (aq) + 2e
Cu(s) Cu(s)
anode katode

F. REAKSI UNSUR TRANSISI PERIODE KEEMPAAT DENGAN ZAT LAIN
1. Unsur Mangan (Mn)
a. Senyawa Manganat dengan air (H2O)
Reaksi: 3K2MnO4 + 2H2O 2KMnO4+ 4KOH + MnO2(s)
b. Senyawa Manganat dengan asam atau dengan CO2, maka reaksinya:
3K2MnO4 + 2H2O + 4CO2 2KMnO4+ 4KHCO3 + MnO2(s)
Senyawa-senyawa manganat hanya dapat bertahan lama dalam lingkungan basa kuat, dalam lingkungan asam akan berubah menjadi permanganat. Jika gas klorin dialirkan ke dalam larutan K2MnO4 maka terbentuk KMnO4.
2K2MnO4 + Cl2 2KMnO4 + 2KCl
atau
2MnO42- + Cl2 2Cl- + 2MnO4-
2. Besi (Fe)
adalah unsur yang cukup melimpah di kerak bumi (sekitar 6,2% massa kerak bumi). Besi jarang ditemukan dalam keadaan bebas di alam. Besi umumnya ditemukan dalam bentuk mineral (bijih besi), seperti hematite (Fe2O3), siderite (FeCO3), dan magnetite (Fe3O4). Logam Besi bereaksi dengan larutan asam klorida menghasilkan gas hidrogen. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Fe(s) + 2 H+(aq) ——> Fe2+(aq) + H2(g)
Larutan asam sulfat pekat dapat mengoksidasi logam Besi menjadi ion Fe3+. Sementara larutan asam nitrat pekat akan membentuk lapisan oksida Fe3O4 yang dapat menghambat reaksi lebih lanjut.
3. Unsur Tembaga (Cu)
Logam Tembaga bereaksi hanya dengan campuran asam sulfat dan asam nitrat pekat panas (dikenal dengan istilah aqua regia). Bilangan oksidasi Tembaga adalah +1 dan +2. Ion Cu+ kurang stabil dan cenderung mengalami disproporsionasi dalam larutan. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
2 Cu+(aq) ——> Cu(s) + Cu2+(aq)
G. ION KOMPLEKS
1. Pengertian Ion Kompleks
Senyawa Koordinasi adalah senyawa yang terbentuk dari ion sederhana (kation maupun anion) serta ion kompleks. Ion Kompleks merupakan ion yang tersusun atas atom pusat (ion pusat) yang dikelilingi oleh ligan (ion atau molekul) yang membentuk ikatan koordinasi.
Unsur transisi periode keempat dapat membentuk berbagai jenis ion kompleks. Ion kompleks terdiri dari kation logam transisi dan ligan. Ligan adalah molekul atau ion yang terikat pada kation logam transisi. Interaksi antara kation logam transisi dengan ligan merupakan reaksi asam-basa Lewis. Menurut Lewis, ligan merupakan basa Lewis yang berperan sebagai spesi pendonor (donator) elektron. Sementara itu, kation logam transisi merupakan asam Lewis yang berperan sebagai spesi penerima (akseptor) elektron. Dengan demikian, terjadi ikatan kovalen koordinasi (datif) antara ligan dengan kation logam transisi pada proses pembentukan ion kompleks. Kation logam transisi kekurangan elektron, sedangkan ligan memiliki sekurangnya sepasang elektron bebas (PEB). Beberapa contoh molekul yang dapat berperan sebagai ligan adalah H2O, NH3, CO, dan ion Cl-.
Dalam senyawa kompleks dikenal istilah bilangan koordinasi, yaitu bilangan yang menunjukkan jumlah ikatan koordinasi antara atom pusat dan lignin.


2. Tata nama senyawa ion kompleks
Aturan-aturan dalam penamaan senyawa kompleks menurut aturan IUPAC, antar lain sebagai berikut.
a. Penamaan kation mendahului anion; sama seperti penamaan senyawa ionik pada umumnya.
b. Pada ion kompleks, urutan penyebutannya adalah jumlah ligan -> nama ligan -> nama atom pusat (bilangan oksidasi atom pusat).
c. Jumlah ligan disebut dalam bahasa latin,
1 = mono 4 = tetra
2 = di 5 = penta
3 = tri 6 = heksa
Tabel 1.8 tabel nama ligan
Ligan Nama Ligan
Bromida, Br- Bromo
Klorida, Cl- Kloro
Sianida, CN- Siano
Hidroksida, OH- Hidrokso
Oksida, O2- Okso
Karbonat, CO32- Karbonato
Nitrit, NO2- Nitro
Oksalat, C2O42- Oksalato
Amonia, NH3 Amina
Karbon Monoksida, CO Karbonil
Air, H2O Akuo
Etilendiamin Etilendiamin (en)

Tabel 1.9 Tabel Nama Kation pada Anion Kompleks
Rumus kimia Nama sebagai kation Nama sebagai ligan
Al Aluminium Aluminat
Cr Kromium Kromat
Co Kobalt Kobaltat
Cu Cuprum Cuprat
Au Aurum Aurat
Fe Ferrum Ferrat
Pb Plumbum Plumbat
Mn Mangan, Manganat
Mo Molibdenum, Molibdat
Ni Nikel Nikelat
Ag Argentum Argentat
Sn Stannum Stannat
W Tungsten Tungstat
Zn Zink Zinkat

d. Nama ligan ditambah dengan akhiran o dengan cara:
1) Ligan-ligan yang berakhiran ida diganti dengan o
2) Ligan-ligan yang berkahiran it atau at diganti dengan ito dan ato
3) Ligan netral diberi nama sesuai nama molekulnya
e. Jika ligannya lebih dari satu jenis, maka urutan penyebutannya dimulai sesuai dengan urutan abjad nama depan dari ligan tersebut.
f. Nama atom atau nama pusat jika:
1) Ion kompleksnya bermuatan negatif maka nama atom pusat diberi akhiran at
2) Ion kompleks tidak bermuatan atau bermuatan positif tidak ditambah akhiran.
g. Bilangan oksidasi atom pusat ditulis dengan angka romawi dalam kurung setelah nama atom pusat.
Contoh:
[Co(NH3)6(NO2)3] = triamin trinitro kobalt (III)
[Ag(NH3)2]2+ = ion diamrak (I)in pe

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar