Logam-Logam Alkali

Unsur-Unsur Golongan Alkali. Unsur-unsur golongan IA disebut juga logam alkali. Unsur-unsur alkali merupakan logam yang sangat reaktif. Kereaktifan unsur alkali disebabkan kemudahan melepaskan elektron valensi pada kulit ns¹ membentuk senyawa dengan bilangan oksidasi +1. Oleh sebab itu, unsur-unsur logam alkali tidak ditemukan sebagai logam bebas di alam, melainkan berada dalam bentuk senyawa.

1. Kelimpahan Unsur Logam Alkali di Alam. Sumber utama logam alkali adalah air laut. Air laut merupakan larutan garam-garam alkali dan alkali tanah dengan NaCl sebagai zat terlarut utamanya. Jika air laut diuapkan, garam-garam yang terlarut akan membentuk kristal. Selain air laut, sumber utama logam natrium dan kalium adalah deposit mineral yang ditambang dari dalam tanah, seperti halit (NaCl), silvit (KCl), dan karnalit (KCl.MgCl.H₂O). Mineral-mineral ini banyak ditemukan di berbagai belahan bumi.
Tabel 3.7 Mineral Utama Logam Alkali

Unsur	Sumber Utama
Litium	Spodumen, LiAl(Si2O6)
Natrium	NaCl
Kalium	KCl
Rubidium	Lepidolit, Rb2(FOH)2Al2(SiO3)3
Cesium	Pollusit, Cs4Al4Si9O26.H2O

Pembentukan mineral Logam Alkali tersebut melalui proses yang lama. Mineral Logam Alkali berasal dari air laut yang menguap dan garam-garam terlarut mengendap sebagai mineral. Kemudian, secara perlahan mineral Logam Alkali tersebut tertimbun oleh debu dan tanah sehingga banyak ditemukan tidak jauh dari pantai. Logam alkali lain diperoleh dari mineral aluminosilikat. Litium terdapat dalam bentuk spodumen, LiAl(SiO₃)₂. Rubidium terdapat dalam mineral lepidolit. Cesium diperoleh dari pollusit yang sangat jarang, CsAl(SiO₃)₂.H₂O. Fransium bersifat radioaktif.

2. Sifat-Sifat Unsur Logam Alkali. Unsur-unsur logam alkali semuanya logam yang sangat reaktif dengan sifat-sifat fisika ditunjukkan pada Tabel 3.8. Logam alkali sangat reaktif dalam air. Oleh karena tangan kita mengandung air, logam alkali tidak boleh disentuh langsung oleh tangan. Tabel 3.8 Sifat-Sifat Fisika Logam Alkali

Sifat Sifat	Li	Na	K	Rb	Cs
Titik leleh (°C)	181	97,8	63,6	38,9	28,4
Titik didih (°C)	1347	883	774	688	678
Massa jenis (g cm–3)	0,53	0,97	0,86	1,53	1,88
Keelektronegatifan	1,0	0,9	0,8	0,8	0,7
Jari-jari ion ( )	0,9	1,7	1,5	1,67	1,8

Semua unsur golongan IA berwarna putih keperakan berupa logam padat, kecuali cesium berwujud cair pada suhu kamar. Logam alkali Natrium merupakan logam lunak dan dapat dipotong dengan pisau. Logam alkali Kalium lebih lunak dari natrium. Pada Tabel 3.8 tampak bahwa logam litium, natrium, dan kalium mempunyai massa jenis kurang dari 1,0 g cm^–3. Akibatnya, logam tersebut terapung dalam air (Gambar 3.12a). Akan tetapi, ketiga logam ini sangat reaktif terhadap air dan reaksinya bersifat eksplosif disertai nyala.

Gambar 3.12 (a) Logam litium terapung di air karena massa jenisnya lebih kecil dari air. (b) Logam natrium harus disimpan dalam minyak tanah.

Sifat-sifat fisika logam alkali seperti lunak dengan titik leleh rendah menjadi petunjuk bahwa ikatan logam antaratom dalam alkali sangat lemah. Ini akibat jari-jari atom logam alkali relatif besar dibandingkan unsur-unsur lain dalam satu periode. Penurunan titik leleh dari logam alkali litium ke cesium disebabkan oleh jari-jari atom yang makin besar sehingga mengurangi kekuatan ikatan antaratom logam. Logam-logam alkali merupakan reduktor paling kuat, seperti ditunjukkan oleh potensial reduksi standar yang negatif.
Tabel 3.9 Potensial Reduksi Standar Logam Alkali

Logam Alkali	Li	Na	K	Rb	Cs
Potensial reduksi (V)	–3,05	–2,71	–2,93	–2,99	–3,02

Keelektronegatifan logam alkali pada umumnya rendah (cesium paling rendah), yang berarti logam tersebut cenderung membentuk kation. Sifat logam alkali ini juga didukung oleh energi ionisasi pertama yang rendah, sedangkan energi ionisasi kedua sangat tinggi sehingga hanya ion dengan biloks +1 yang dapat dibentuk oleh logam alkali. Semua logam alkali dapat bereaksi dengan air. Reaksi logam alkali melibatkan pergantian hidrogen dari air oleh logam membentuk suatu basa kuat disertai pelepasan gas hidrogen.

2Na(s) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g)

Kereaktifan logam alkali terhadap air menjadi sangat kuat dari atas ke bawah dalam tabel periodik. Sepotong logam litium jika dimasukkan ke dalam air akan bergerak di sekitar permukaan air disertai pelepasan gas H₂. Logam alkali Kalium bereaksi sangat dahsyat disertai ledakan dan nyala api berwarna ungu. Dalam udara terbuka, logam alkali bereaksi dengan oksigen membentuk oksida. Logam alkali Litium membentuk Li₂O, natrium membentuk Na₂O, tetapi produk yang dominan adalah natrium peroksida (Na₂O₂). Jika kalium dibakar dengan oksigen, produk dominan adalah kalium superoksida (K₂O), suatu senyawa berwarna kuning-jingga. Oksida ini merupakan senyawa ion dari ion K⁺ dan ion O₂^–.

Logam alkali bereaksi dengan halogen membentuk garam halida. Pada suhu tinggi, logam alkali bereaksi dengan hidrogen membentuk senyawa hidrida, seperti LiH dan NaH. Di udara terbuka, litium dapat bereaksi dengan gas nitrogen, sedangkan logam lainnya tidak dapat bereaksi. Jika logam alkali atau senyawanya dibakar dalam nyala bunsen, akan tampak warna yang khas untuk setiap logam alkali. Warna-warna tersebut menjadi petunjuk adanya logam alkali di dalam suatu sampel. Jika muatan listrik dilewatkan ke dalam uap natrium akan terpancar sinar kuning yang terang. Oleh karena nyalanya yang terang, uap natrium dipakai sebagai pengisi lampu penerang jalan raya atau kendaraan. Disamping itu, nyala lampu natrium dapat menembus kabut.

3. Pembuatan dan Kegunaan Unsur Logam Alkali. Logam alkali natrium dan litium dibuat dengan cara elektrolisis lelehan garamnya. Logam alkali natrium kali pertama dibuat pada tahun 1807 oleh Humpry Davy melalui elektrolisis lelehan NaOH. Cara ini merupakan metode pembuatan logam natrium di industri (lihat Gambar 3.14).

Gambar 3.14 Perangkat elektrolisis lelehan NaCl pada pembuatan logam Alkali

Oleh karena elektrolisis di atas diperlukan suhu tinggi sekitar 800°C untuk melelehkan garam NaCl maka untuk menurunkan suhu titik lelehnya bahan baku dicampur CaCl2 membentuk campuran NaCl–CaCl₂. Penambahan CaCl₂ ke dalam NaCl dapat menurunkan titik leleh NaCl hingga sekitar 580°C. Demikian juga logam alkali litium diperoleh dari elektrolisis lelehan campuran LiCl–KCl. Logam alkali Kalium lebih mudah dibuat melalui reduksi kimia daripada melalui elektrolisis KCl. Secara komersial, lelehan KCl direaksikan dengan logam natrium pada 870°C, persamaan reaksinya:

Na(l) + KCl(l)→NaCl(l) + K(g)

Uap kalium meninggalkan reaktor yang selanjutnya dikondensasi. Sejumlah besar natrium digunakan dalam pembuatan senyawa Na₂O₂dan NaNH₂. Oleh karena natrium merupakan zat pereduksi kuat, logam natrium sering digunakan pada pembuatan logam lain seperti titan dan sintesis beberapa senyawa organik.

Gambar 3.15 Model paduan logam Li–Al Identifikasikan oleh Anda mana logam litium dan yang mana logam aluminium.

Logam penting lainnya adalah litium, berguna sebagai paduan Li–Al. Paduan logam alkali ini sangat ringan sehingga banyak digunakan untuk membuat kerangka pesawat terbang dan material lainnya. Kegunaan dari logam alkali litium adalah sebagai anode pada baterai. Hal ini dimungkinkan karena litium memiliki massa jenis rendah dan potensial reduksi standarnya sangat negatif. Sejumlah kecil kalium diproduksi untuk membuat K₂O yang digunakan dalam masker gas dengan sistem tertutup (lihat Gambar 3.16). Kelebihan dari masker ini adalah uap hasil pernapasan (CO₂ + H₂O) bereaksi dengan superoksida menghasilkan gas oksigen.

4K₂O(s) + 2H₂O(l) → 4KOH(s) + 3O₂(g)

Kalium hidroksida yang dihasilkan dalam reaksi ini mengikat karbon dioksida dari hasil pernapasan.
KOH(s) + CO₂(g) → KHCO₃(s)

4. Pembuatan dan Kegunaan Senyawa Alkali. Senyawa alkali banyak dimanfaatkan, terutama dalam industri dan rumah tangga. Beberapa kegunaan senyawa alkali dijabarkan dalam Tabel 3.10.

Gambar 3.16 Masker K₂O dengan sistem Tertutup
Tabel 3.10 Kegunaan Senyawa Alkali

Sifat	Kegunaan
Li2CO3	Produksi aluminium
	Pembuatan LiOH
LiOH	Pabrik sabun litium untuk pelumas
LiH	Pereduksi pada sintetis organik
	Pembuatan antihistamin dan obat-obatan
NaCl	Sumber Na dan NaCl
	Bumbu, dan penyedap makanan
	Pabrik sabun (mengendapkan sabun dari campuran reaksi)
NaOH	Industri pulp dan kertas
	Ekstraksi oksida aluminium
	Pabrik rayon viskosa
	Pemurnian minyak bumi
Na2CO3	Pabrik sabun
	Pabrik gelas
	Digunakan dalam detergen dan softener
Na2O2	Pemutih tekstil
NaNH2	Pembuatan celupan indigo untuk blue jeans denim
KCl	Pupuk
KOH	Pabrik sabun lunak
K2CO3	Pabrik gelas
KNO3	Pupuk dan bahan peledak

Litium karbonat adalah garam yang kurang larut, diperoleh dari pengolahan bijih litium. Garam ini digunakan untuk membuat LiOH. Kalsium hidroksida bereaksi dengan litium karbonat mengendapkan kalsium karbonat, dan meninggalkan larutan LiOH.

Contoh Pembuatan Unsur Alkali

Tunjukkan dengan persamaan kimia, bagaimana KNO₃ (kalium nitrat) dapat dibuat dari KCl (kalium klorida) dan asam nitrat dalam dua tahap.
Jawab
Kalium hidroksida dibuat secara komersial dari kalium klorida dengan cara elektrolisis larutannya.
2 KCl(aq) + 2 H₂O(l)→2KOH (aq) + H₂(g) + Cl₂(g)
Jika larutan kalium hidroksida dari hasil elektrolisis dinetralkan dengan asam nitrat:
KOH(aq) + HNO₃(aq)→ KNO₃(aq) + H₂O(l)
Ca(OH)₂(aq) + Li₂CO₃(aq) → CaCO₃(s) + 2LiOH(aq)
LiOH digunakan pada pabrik sabun litium untuk pelumas. Natrium klorida merupakan sumber logam natrium dan bahan baku senyawa natrium lainnya. Senyawa NaOH diproduksi melalui elektrolisis larutan natrium klorida. Reaksi total sel elektrolisis adalah
2NaCl(aq) + 2H2O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g)+ Cl₂(g)

Natrium hidroksida merupakan basa kuat dan memiliki banyak aplikasi penting dalam proses kimia. Sejumlah besar NaOH digunakan untuk membuat kertas, memisahkan aluminium oksida, dan penyulingan minyak bumi. Senyawa Na₂CO₃ (soda ash) dipakai pada pembuatan gelas. Senyawa Na₂CO₃.10H₂O dipakai sebagai pelunak air sadah yang ditambahkan ke dalam pembuatan sabun. Natrium karbonat dibuat melalui proses solvay, yaitu metode pembuatan Na₂CO₃ dari NaCl, NH₃, dan CO₂. Dalam proses solvay: NH₃dilarutkan ke dalam larutan jenuh NaCl, kemudian gas CO₂ dihembuskan ke dalam larutan hingga terbentuk endapan NaHCO₃ (baking soda). Reaksi total:

NH₃(g) + NaCl(aq) + CO₂(g) → NaHCO₃(s) + NH₄Cl(aq)

Endapan NaHCO₃ disaring, dicuci, kemudian dipanaskan sekitar 175°C, dan NaHCO₃ terurai menjadi natrium karbonat.

2NaHCO₃(s)⎯Δ⎯→ Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(l)

Kalium klorida merupakan senyawa kalium penting. Lebih dari 90% KCl digunakan dalam pupuk, sebab ion kalium berfungsi sebagai nutrien bagi tanaman. Secara berkala, KCl digunakan untuk membuat kalium dan senyawa kalium yang lain. Kalium hidroksida diperoleh dari elektrolisis larutan KCl.

Posted in: