1.1
Pengertian Alkali Tanah
Logam
alkali tanah ,yaitu unsur-unsur golongan II A, terdiri atas Berilium (Be),
Magnesium (Mg), Kalsium (Ca), Stronsium (Sr), Barium (Ba), dan Radium (Ra).
Unsur-unsur II A umumnya ditemukan di dalam tanah berupa senyawa tak larut,
sehingga disebut logam alkali tanah (alkaline earth metal).
Seperti
logam alkali, maka logam alkali tanah pun tidak terdapat bebas di alam. Logam
alkali tanah dalam sistem periodik terletak pada golongan IIA. Atom logam-logam
ini memiliki dua elektron valensi. Pada pembentukan ion positif kedua elektron
valensinya dilepaskan, sehingga terbentuk ion logam bermuatan +2.
a. Berilium.
Berilium
tidak begitu banyak terdapat di kerak bumi, bahkan hampir bisa dikatakan tidak
ada. Sedangkan di alam berilium dapat bersenyawa menjadi Mineral beril
[Be3Al2(SiO 6)3], dan Krisoberil [Al2BeO4].
b. Magnesium.
Magnesium berperingkat
nomor 7 terbanyak yang terdapat di kerak bumi, dengan 1,9% keberadaannya. Di
alam magnesium bisa bersenyawa menjadi Magnesium Klorida [MgCl2], Senyawa
Karbonat [MgCO3], Dolomit [MgCa(CO3)2], dan Senyawa Epsomit [MgSO4.7H2O].
c. Kalsium.
Kalsium adalah logam alkali yang paling banyak terdapat di
kerak bumi. Bahkan kalsium menjadi nomor 5 terbanyak yang terdapat di kerak
bumi, dengan 3,4% keberadaanya. Di alam kalsium dapat membentuk senyawa
karbonat [CaCO3], Senyawa Fospat [CaPO4], Senyawa Sulfat [CaSO4], Senyawa
Fourida [CaF].
d. Stronsium.
Stronsium
berada di kerak bumi dengan jumlah 0,03%. Di alam strontium dapat membuntuk
senyawa Mineral Selesit [SrSO4], dan Strontianit.
e. Barium.
Barium
berada di kerak bumi sebanyak 0,04%. Di alam barium dapat membentuk senyawa :
Mineral Baritin [BaSO4], dan Mineral Witerit [BaCO3].
1.2 Sifat-Sifat Fisik Alkali Tanah
Unsur logam alkali tanah (IIA) ini
terdiri dari Be, Mg, Ca, Sr, Ba, dan Ra. Golongan ini mempunyai sifat-sifat
yang mirip dengan golongan IA. Perbedaannya adalah bahwa golongan IIA ini
mempunyai konfigurasi elektron ns2 dan merupakan reduktor yang kuat. Meskipun
lebih keras dari golongan IA, tetapi golongan IIA ini tetap relatif lunak,
perak mengkilat, dan mempunyai titik leleh dan kerapatan lebih tinggi.
Sifat fisis alkali tanah dapat dilihat pada tabel
dibawah ini ;
1.3 Sifat-Sifat Kimia Alkali Tanah
Kereaktifan
logam alkali tanah meningkat dari berilium ke barium. Fakta ini sesuai dengan
yang diharapkan . Oleh karena, dari berilium ke barium jari-jari atom bertambah
besar sehingga energi ionisasi serta keelektronegatifan berkurang. Akibatnya,
kecendrungan untuk melepas elektron membentuk senyawa ion makin besar. Semua
senyawa dari kalsium, strontium, dan barium, yaitu logam alkali tanah yang
bagian bawah, berbentuk senyawa ion, tetapi magnesium membentuk beberapa
senyawa kovalen sedangkan senyawa-senyawa berilium bersifat kovalen.
Sifat
kimia logam alkali tanah bermiripan dengan logam alkali, tetapi logam alkali
tanah kurang reaktif dari logam alkali seperiode. Jadi, berilium kurang reaktif
dibandingkan litium, magnesium kurang reaktif dibandingkan terhadap natrium,
dan seterusnya. Hal itu disebabkan jari-jari atom logam alkali tanah lebih
kecil sehingga energi pengionan lebih besar. Lagi pula logam alkali tanah hanya
satu.Kereaktifan kalsium, stronsium,dan barium dan tidak terlalu berbeda dari
logam alkali, tetapi berilium dan magnesium jauh kurang aktif.
Unsur golongan ini
bersifat basa, sama seperti unsur golongan alkali, namun tingkat kebasaannya
lebih lemah. Senyawa Be(OH)2 bersifat amfoter. Artinya bisa bersifat asam atau
pun basa. Sedangkan unsur Ra bersifat Radioaktif. Semua logam alkali tanah
merupakan logam yang tergolong reaktif, meskipun kurang reaktif dibandingkan
dengan unsur alkali. Alkali tanah juga memiliki sifat relatif lunak dan dapat
menghantarkan panas dan listrik dengan baik, kecuali Berilium. Logam ini juga
memiliki kilapan logam.
Logam
alkali tanah memiliki jari-jari atom yang besar dan harga ionisasi yang kecil.
Dari Berilium ke Barium, nomor atom dan jari-jari atom semakin besar. Selain
itu semua logam alkali tanah juga mempunyai kecenderungan teratur mengenai
keelektronegatifan yang semakin kecil dan daya reduksi yang semakin kuat dari
Berilium ke Barium.
·
Reaksi
Kimia Logam Alkali Tanah
Kemiripan
sifat logam alkali tanah disebabkan oleh kecenderungan melepaskan dua elektron
valensi. Oleh karena itu senyawanya mempunyai bilangan oksidasi +2, sehingga
logam alkali tanah diletakkan pada golongan II A. Alkali tanah termasuk logam
yang reaktif, namun Berilium adalah satu-satunya unsur alkali tanah yang kurang
reaktif, bahkan tidak bereaksi dengan air. Logam alkali tanah bersifat
pereduksi kuat. Semakin ke bawah, sifat pereduksi ini semakin kuat. Hal ini
ditunjukkan oleh kemampuan bereaksi dengan air yang semakin meningkat dari
Berilium ke Barium. Selain dengan air unsur logam alkali tanah juga bisa
bereaksi dengan Oksigen, Nitrogen, dan Halogen.
a. Reaksi
dengan air
Berilium
tidak bereaksi dengan air, sedangkan logam Magnesium bereaksi sangat lambat dan
hanya dapat bereaksi dengan air panas. Logam Kalsium, Stronsium, Barium, dan
Radium bereaksi sangat cepat dan dapat bereaksi dengan air dingin. Contoh
reaksi logam alkali tanah dan air berlangsung sebagai berikut,
Ca(s) + 2H2O(l) →
Ca(OH)2(aq) + H2(g)
b.
Reaksi dengan Oksigen atau udara
Adanya
pemanasan yang kuat menyebabkan logam alkali tanah terbakar di udara membentuk
oksida dan nitrida.Logam alkali tanah, kecuali Be dan Mg dengan udara juga
dapat berlangsung, tetapi terjadinya korosi yang berlanjut dapat dihambat
karena lapisan oksida yang terbentuk melekat kuat pada permukaan logam. Dengan
pemanasan, Berilium dan Magnesium dapat bereaksi dengan oksigen. Oksida
Berilium dan Magnesium yang terbentuk akan menjadi lapisan pelindung pada
permukaan logam.Barium dapat membentuk senyawa peroksida (BaO2)
2Mg(s) + O2 (g) →
2MgO(s)
Ba(s) + O2(g)
(berlebihan) → BaO2(s)
Pembakaran
Magnesium di udara dengan Oksigen terbatas pada suhu tinggi akan dapat
menghasilkan Magnesium Nitrida (Mg3N2)
4Mg(s) + ½ O2(g) +
N2 (g) → MgO(s) + Mg3N2(s)
Bila Mg3N2
direaksikan dengan air maka akan didapatkan gas NH3
Mg3N2(s) + 6H2O(l)
→ 3Mg(OH)2(s) + 2NH3(g)
c.
Reaksi dengan hidrogen
Adanya
pemanasan menyebabkan logam allkali tanah dapat bereaksi dengan hidrogen
membentuk senyawa hidrogen.
M(s) + H2(g)
MH2(s)
d.
Reaksi dengan Nitrogen
Logam
alkali tanah yang terbakar di udara akan membentuk senyawa oksida dan senyawa
Nitrida dengan demikian Nitrogen yang ada di udara bereaksi juga dengan Alkali
Tanah. Contoh,
3Mg(s) + N2(g) →
Mg3N2(s)
e.
Reaksi Logam Alkali Tanah Dengan Halogen
Semua
logam Alkali Tanah bereaksi dengan halogen dengan cepat membentuk garam Halida,
kecuali Berilium.Lelehan halida dari berilium mempunyai daya hantar listrik
yang buruk .Hal itu menunjukkan bahwa halida berilium bersifat kovalen.Oleh karena
daya polarisasi ion Be2+ terhadap pasangan elektron Halogen kecuali F-, maka
BeCl2 berikatan kovalen. Sedangkan alkali tanah yang lain berikatan ion.
Contoh,
Ca(s) + Cl2(g) →
CaCl2(s)
f.
Reaksi dengan Asam dan Basa
Semua
logam dan alkali tanah bereaksi dengan asam kuat ( seperti HCL) membentuk garam
dan gas hidrogen.Reaksi makin hebat dari Be ke Ba.
M(s) + 2HCL(aq)
MCl2(aq) + H2(g)
Salah satu unsur
logam alkali tanah yaitu Be, memiliki sifat amfoter. Berilium selain dapat
bereaksi dengan asam kuat juga dapat bereaksi dengan basa kuat.
Be(s) + 2NaOH (aq)
+ H2O(l) Na2Be(OH)4 + H2 (g)
BeO(s) + 2NaOH(aq)
+ H2O(l) Na2Be(OH)4(aq)
Be(OH)2(s) +
2NaOH(aq) Na2Be(OH)4(aq)
g.
Reaksi dengan belerang
Reaksi logam alkali tanah dengan
belerang menghasilkan senyawa sulfida.
M (s) + S (s) -) MS(s)
Berikut adalah tabel sifat fisik
dan kimia logam Alkali Tanah
Beberapa
sifat umum dari logam alkali tanah dapat dilihat pada tabel berikut: Beberapa
Sifat Umum Logam Alkali Tanah
|
Sifat
Umum
|
Be
|
Mg
|
Ca
|
Sr
|
Ba
|
Nomor
Atom
|
4
|
12
|
20
|
38
|
56
|
Konfigurasi
Elektron
|
[He] 2s2
|
[Ne]
3s2
|
[Ar] 4s2
|
[Kr]
5s2
|
[Xe] 6s2
|
Titik
Leleh
|
1553
|
923
|
1111
|
1041
|
987
|
Titik
Didih
|
3043
|
1383
|
1713
|
1653
|
1913
|
Jari-jari
Atom (Angstrom)
|
1.12
|
1.60
|
1.97
|
2.15
|
2.22
|
Jari-jari
Ion (Angstrom)
|
0.31
|
0.65
|
0.99
|
1.13
|
1.35
|
Energi
Ionisasi I (KJ mol-1)
|
900
|
740
|
590
|
550
|
500
|
Energi
Ionisasi II (KJ mol-1)
|
1800
|
1450
|
1150
|
1060
|
970
|
Elektronegativitas
|
1.57
|
1.31
|
1.00
|
0.95
|
0.89
|
Potensial
Elektrode (V)
M2+
+ 2e à M
|
-1.85
|
-2.37
|
-2.87
|
-2.89
|
-2.90
|
Massa
Jenis (g mL-1)
|
1.86
|
1.75
|
1.55
|
2.6
|
3.6
|
Berdasarkan
Tabel diatas dapat diamati juga hal-hal sebagai berikut,
1. Konfigurasi elektronnya menunjukan bahwa logam alkali tanah mempunyai
elektron valensi ns2. Selain jari-jari atomnya yang lebih kecil dibandingkan
logam alkali, kedua elektron valensinya yang telah berpasangan mengakibatkan
energi ionisasi logam alkali tanah lebih tinggi daripada alkali.
2. Meskipun energi ionisasinya tinggi, tetapi karena energi hidrasi dari
ion M2+ dari alkali tanah lebih besar daripada energi hidrasi ion M+ dari alkali,
mengakibatkan logam alkali tetap mudah melepaskan kedua electron valensinya,
sehingga lebih stabil sebagai ion M2+.
3. Jari-jari
atomnya yang lebih kecil dan muatan intinya yang lebih besar mengakibatkan
logam alkali tanah membentuk kristal dengan susunan yang lebih
rapat, sehingga mempunyai sifat yang lebih keras daripada logam alkali
dan massa jenisnya lebih tinggi.
4. Berilium mempunyai energi ionisasi yang sangat tinggi dan
keelektronegatifan yang cukup besar, kedua hal ini menyebabkan berilium dalam
berikatan cenderung membentuk ikatan kovalen.
5. Potensial elektrode (reduki) standar logam alkali tanah menunjukkan
harga yang rendah (negatif). Hal ini menunjukkan bahwa logam alkali tanah
merupakan reduktor yang cukup kuat, bahkan kalsium, stronsium, dan barium
mempunyai daya reduksi yang lebih kuat daripada natrium.
6. Titik didih dan
titik leleh logam alkali tanah lebih tinggi daripada suhu ruangan. Oleh karena
itu, unsur-unsur logam alkali tanah berwujud padat pada suhu ruangan.
1.4 Proses Pembuatan Logam Alkali Tanah
Ekstraksi adalah pemisahan suatu unsur dari suatu senyawa.
Logam alkali tanah dapat di ekstraksi dari senyawanya. Untuk mengekstraksinya
kita dapat menggunakan dua cara, yaitu metode reduksi dan metode elektrolisis.
·
Magnesium
diperoleh dengan proses Down. Langkahnya pertama mengendapkan sebagai
Mg(OH)2 kemudian diubah menjadi MgCl2 dan dikristalkan sebagai
MgCl2.6H2O. Leburan kristal dielektrolisis.
·
Dengan elektrolisis leburan
garamnya.
Contoh:
CaCl2(l)
|
®
|
Ca2+
(l)
|
+
2Cl- (l)
|
|
|
|
Katoda
|
:
|
Ca2+
(l)
|
+
2 e-
|
®
|
Ca
(s)
|
|
Anoda
|
:
|
|
|
|
2Cl2
(g)
|
+
2 e-
|
---------------------------------------------------
|
|
|
Ca2+
(l)
|
+
2Cl- (l)
|
®
|
Ca
(s)
|
+
Cl2 (l)
|
·
Isolasi
berilium
Berilium
sangat bermanfaat untuk menunjang kehidupan manusia. Namun, keberadaan berilium
dialam tidak dapat ditemukan dalam bentuk murninya. Berilium tersebut ditemukan
dialam dalam bentuk bersenyawa sehingga untuk mendapatkannya perlu dilakukan
isolasi. Isolasi berilium dapat dilakukan dengan 2 metode (Indri M.N. 2009):
- Metode reduksi BeF2
- Metode elektrolisis BeCl2
Metode Reduksi
Pada
metode ini diperlukan berilium dalam bentuk BeF2 yang dapat diperoleh
dengan cara memanaskan beryl dengan Na2SiF6 pada suhu
700-750oC. Setelah itu dilakukan leaching (ekstraksi
cair-padat) terhadap flour dengan air kemudian dilakukan presipitasi
(pengendapan) dengan Ba(OH)2 pada PH 12 (Greenwood N.N and
Earnshaw A , 1997).
Reaksi
yang terjadi adalah (Indri M.N. 2009):
BeF2
+
Mg
MgF2 + Be
Metode Elektrolisis
Untuk
mendapatkan berilium juga dapat dilakukan dengan cara elektrolisis dari
lelehan BeCl2 yang telah ditambah NaCl. Karena BeCl2
tidak dapat mengahantarkan listrik dengan baik, sehingga ditambahkan NaCl. BeCl2
tidak dapat menghantarkan listrik karena BeCl2 bukan merupakan
larutan elektrolit. Reaksi yang terjadi adalah (Indri M.N. 2009):
Katoda :
Be2+ + 2e- Be
Anode :
2Cl- Cl2 + 2e-
1. Ekstraksi Berilium (Be)
• Metode reduksi
Untuk mendapatkan Berilium, bisa didapatkan dengan mereduksi BeF2. Sebelum
mendapatkan BeF2, kita harus memanaskan beril [Be3Al2(SiO6)3] dengan Na2SiF6
hingga 700 0C. Karena beril adalah sumber utama berilium
BeF2 + Mg à MgF2 + Be
• Metode Elektrolisis
Untuk mendapatkan berilium juga kita dapat mengekstraksi dari lelehan BeCl2
yang telah ditambah NaCl. Karena BeCl2 tidak dapat mengahantarkan listrik
dengan baik, sehingga ditambahkan NaCl. Reaksi yang terjadi adalah
Katoda : Be2+ + 2e- à Be
Anode : 2Cl- à Cl2 + 2e-
2. Ekstraksi Magnesium (Mg)
• Metode Reduksi
Untuk mendapatkan magnesium kita dapat mengekstraksinya dari dolomit
[MgCa(CO3)2] karena dolomite merupakan salah satu sumber yang dapat menhasilkan
magnesium. Dolomite dipanaskan sehingga terbentuk MgO.CaO. lalu MgO.CaO.
dipanaskan dengan FeSi sehingga menhasilkan Mg.
2[ MgO.CaO] + FeSi à 2Mg + Ca2SiO4 + Fe
• Metode Elektrolisis
Selain dengan ekstraksi dolomite magnesium juga bisa didapatkan dengan
mereaksikan air alut dengan CaO. Reaksi yang terjadi :
CaO + H2O à Ca2+ + 2OH-
Mg2+ + 2OH- à Mg(OH)2
Selanjutnya Mg(OH)2 direaksikan dengan HCl Untuk membentuk MgCl2
Mg(OH)2 + 2HCl à MgCl2 + 2H2O
Setelah mendapatkan lelehan MgCl2 kita dapat mengelektrolisisnya untuk mendapatkan
magnesium
Katode : Mg2+ + 2e- à Mg
Anode : 2Cl- à Cl2 + 2e-
3. Ekstraksi Kalsium (Ca)
Batu kapur (CaCO3) adalah sumber
utama untuk mendapatkan kalsium (Ca). Untuk mendapatkan kalsium, kita dapat
mereaksikan CaCO3 dengan HCl agar terbentuk senyawa CaCl2. Reaksi yang terjadi
:
CaCO3 + 2HCl à CaCl2 + H2O + CO2
Setelah mendapatkan CaCl2, kita dapat mengelektrolisisnya agar mendapatkan
kalsium (Ca). Reaksi yang terjadi :
Katoda ; Ca2+ + 2e- à Ca
Anoda ; 2Cl- à Cl2 + 2e-
Logam kalsium (Ca) juga dapat
dihasilkan dengan mereduksi CaO oleh Al atau dengan mereduksi CaCl2 oleh Na.
Reduksi CaO oleh Al
6CaO + 2Al à 3 Ca + Ca3Al2O6
Reduksi CaCl2 oleh Na
CaCl2 + 2 Na à Ca + 2NaCl
4. Ekstraksi Strontium (Sr)
Untuk mendapatkan Strontium (Sr),
Kita bisa mendapatkannya dengan elektrolisis lelehan SrCl2. Lelehan SrCl2 bisa
didapatkan dari senyawa selesit [SrSO4]. Karena Senyawa selesit merupakan
sumber utama Strontium (Sr). Reaksi yang terjadi ;
katode ; Sr2+ +2e- à Sr
anoda ; 2Cl- à Cl2 + 2e-
5. Ekstraksi Barium (Ba)
Barit (BaSO4) adalah sumber utama
untuk memperoleh Barium (Ba). Setelah diproses menjadi BaCl2 barium bisa
diperoleh dari elektrolisis lelehan BaCl2. Reaksi yang terjadi :
katode ; Ba2+ +2e- à Ba
anoda ; 2Cl- à Cl2 + 2e-
Selain dengan elektrolisis, barium bisa kita peroleh dengan
mereduksi BaO oleh Al. Reaksi yang terjadi :
6BaO + 2Al à 3Ba + Ba3Al2O6.
1.5 Kegunaan Logam Alkali Tanah
·
Berilium
(Be)
a. Berilium digunakan
untuk memadukan logam agar lebih kuatakan tetap bermasa lebih ringan. Biasanya
paduan inidigunakan pada kemudi pesawat Zet.
b. Berilium
digunakan pada kaca dari sinar X.
c. Berilium
digunakan untuk mengontrol reaksi fisi pada reaktor nuklir
d.campuran
berilium dan tembaga banyak dipakai pada alatlistrik, maka Berilium sangat
penting sebagai komponentelevisi.
·
Magnesium
(Mg)
a. Magnesium digunakan untuk memberi warna putih
terang padakembang api dan pada lampu Blitz.
b. Senyawa MgO dapat digunakan untuk melapisi tungku,
karenasenyawa MgO memiliki titik leleh yang tinggi.
c. Senyawa Mg(OH)2digunakan dalam pasta gigi
untuk mengurangi asam yang terdapat di mulut dan mencagahterjadinnya
kerusakan gigi, sekaligus sebagai pencegah maag.
·
Kalsium (Ca)
a. Kalsium digunakan pada obat obatan, bubuk
pengembang kuedan plastik.
b. SenyawaCaSO4 digunakan untuk membuat Gips yang
berfungsiuntuk membalut tulang yang patah.
c. Senyawa CaCO3biasa digunakan untuk bahan bangunan
sepertikomponen semen dan cat tembok.Selain itu digunakan untuk membuat
kapur tulis dan gelas.
d. Kalsium Oksida (CaO) dapat mengikat air pada Etanol
karena bersifat dehidrator,dapat juga mengeringkan gas dan
mengikatKarbondioksida pada cerobong asap.
e.Ca(OH)2digunakan sebagai pengatur pH air limbah dan
jugasebagai sumber basa yang harganya relatif murah.
f. Kalsium Karbida (CaC2) disebut juga batu karbit
merupakan bahan untuk pembuatan gas asetilena (C2H2) yang digunakan untuk
pengelasan.
g. Kalsium banyak terdapat pada susu dan ikan teri yang
berfungsisebagai pembentuk tulang dan gigi.
·
Stronsium
(Sr)
a. Stronsium dalam senyawa Sr(no3)2
memberikan warna merah apabila digunakan untuk bahan kembang api.
·
Barium (Ba)
a. BaSO4
digunakan untuk memeriksa saluran pencernaan karenamampu menyerap sinar
X meskipun beracun.
b. BaSO4 digunakan sebagai pewarna
pada plastic karena memilikikerapatan yang tinggi dan warna terang.
c. Ba(NO3)2 digunakan untuk memberikan warna
hijau padakembang api
- Semua unsurnya berwujud padat pd suhu ruangan
- Kerapatan logam alkali tanah lebih besar, shg logam alkali Tanah lebih
keras
-Jika garam dari unsur-unsur logam di bakar, akan memberi warna keras,
seperti:
- Kalsium
(Ca) : jingga, merah
- Stronsium
(Sr) : Merah bata
- Barium
(Br) : Hijau
Mudah
bereaksi dengan unsur non logam
- Bersifat
reaktif
