Reaksi Unsur-unsur Golongan 1 dengan Air

Pada halaman ini anda akan melihat reaksi-reaksi unsur-unsur Golongan 1 – lithium, natrium, kalium, rubidium dan cesium – dengan air. Selanjutnya reaksi-reaksi ini menjadi rujukan dalam membahas kecenderungan kereaktifan pada Golongan 1.

Fakta-Fakta
Kereaktifan umum Golongan 1
Semua logam dari Golongan 1 bereaksi hebat dengan air dingin atau bahkan dapat meledak ketika bereaksi dengan air. Untuk masing-masing reaksi ini, terbentuk sebuah larutan logam hidroksida bersama dengan gas hidrogen.

Persamaan reaksi ini berlaku bagi reaksi logam manapun dari Golongan 1 dengan air – cukup ganti simbol X dengan unsur yang anda inginkan.
Berikut ini anda akan melihat reaksi yang terjadi apabila beberapa dari masing-masing logam Golongan 1 dimasukkan ke dalam air pada wadah yang cukup besar. Kita berasumsi bahwa logam yang dimasukkan jumlahnya sangat sedikit.

Kereaktifan masing-masing logam

Lithium
Berat jenis lithium hanya sekitar seperdua dari berat jenis air sehingga llithium mengapung pada permukaan air dan secara perlahan mengeluarkan gas hidrogen. Logam ini berangsur-angsur bereaksi dan menghilang, membentuk sebuah larutan tidak berwarna yaitu lithium hidroksida. Reaksi yang terjadi ini melepaskan panas dengan lambat dan titik lebur lithium masih terlalu tinggi untuk bisa melebur akibat panas tersebut (lihat untuk natrium berikut).

Natrium
Natrium juga mengapung pada permukaan, tapi panas yang dilepaskan oleh reaksi cukup untuk meleburkan natrium (natrium memiliki titik lebur yang lebih rendah dibanding lithium dan reaksi yang terjadi menghasilkan panas lebih cepat) dan natrium melebur hampir sekaligus membentuk sebuah bulatan perak kecil yang tersebar di atas permukaan. Ada bekas putih dari natrium hidroksida yang terlihat dalam air di bawah bulatan-bulatan natrium, tapi bekas-bekas itu segera terlarut menghasilkan larutan natrium hidroksida yang tidak berwarna.
Natrium bergerak-gerak pada permukaan karena ditekan dari segala arah oleh hidrogen yang terlepas selama reaksi. Jika natrium terjebak pada pinggir wadah, maka hidrogen bisa terbakar dan menghasilkan nyala orange. Warna ini ditimbulkan oleh kontaminasi nyala biru hidrogen oleh senyawa-senyawa natrium.
Kalium

Apa yang terjadi pada kalium agak mirip dengan natrium hanya saja reaksi berlangsung lebih cepat dan panas yang dilepaskan cukup untuk membakar hidrogen. Kali ini nyala hidrogen yang normalnya biru dikontaminasi oleh senyawa-senyawa kalium sehingga berubah menjadi pink kebiru-biruan.
Rubidium

Rubidium lebih padat dari air sehingga logam ini tenggelam. Logam ini bereaksi hebat dan spontan, dan kembali terjadi penyemburan komponen larutan dari dasar wadah. Reaksi menghasilkan larutan rubidium hidroksida dan hidrogen.
Cesium

Cesium meledak saat bersentuhan dengan air, bahkan bisa memecahkan wadah. Pada reaksi ini terbentuk cesium hidroksida dan hidrogen.
Ringkasan kecenderungan kereaktifan

Semakin ke bawah Golongan, logam-logam Golongan 1 menjadi semakin reaktif terhadap air.

Penjelasan Kecenderungan Kereaktifan 

Perubahan entalpi untuk reaksi
Perubahan entalpi keseluruhan

Mungkin anda menganggap bahwa karena semakin ke bawah Golongan reaksi terjadi lebih cepat, maka semakin ke bawah mulai dari Lithium sampai Cesium jumlah panas yang dilepaskan juga akan semakin meningkat. Tetapi kenyataannya tidak demikian.
Tabel berikut memberikan perkiraan-perkiraan perubahan entalpi untuk masing-masing unsur yang mengalami reaksi ini:

	perubahan entalpi (kJ / mol)
Li	-222
Na	-184
K	-196
Rb	-195
Cs	-203

Anda akan melihat bahwa tidak ada pola sama sekali pada nilai-nilai di atas.. Semua nilai perubahan entalpi hampir sama, dan menariknya, lithium merupakan logam yang melepaskan paling banyak panas selama reaksi.

Mencermati perubahan entalpi
Ketika reaksi-reaksi di atas terjadi, perbedaan diantara reaksi-reaksi tersebut hanya terletak pada apa yang terjadi pada atom-atom logam yang terlibat. Pada masing-masing kasus di atas, reaksi dimulai dengan atom-atom logam dalam wujud padat dan berakhir dengan ion-ion logam dalam larutan.
Secara keseluruhan, yang terjadi pada logam adalah sebagai berikut:

Anda bisa menghitung perubahan entalpi keseluruhan untuk proses ini dengan menggunakan Hukum Hess dan menguraikannya dalam beberapa tahapan sehingga kita mengetahui nilai perubahan entalpinya.
Pertama, anda perlu mengetahui energi atomisasi untuk menghasilkan atom-atom logam yang berwujud gas.

Kemudian, ionkan logam dengan menyuplai energi ionisasi pertamanya.

Dan terakhir, anda akan mendapatkan entalpi hidrasi yang dilepaskan apabila ion dalam wujud gas bersentuhan dengan air.

ika kita memasukkan nilai-nilai untuk semua tahapan ini ke dalam sebuah tabel, maka akan terlihat seperti tabel di bawah ini (semua nilai dalam kJ/mol):

	e. atomisasi	EI pertama	entalpi hid.	total
Li	+161	+519	-519	+161
Na	+109	+494	-406	+197
K	+90	+418	-322	+186
Rb	+86	+402	-301	+187
Cs	+79	+376	-276	+179

Jadi mengapa tidak ada pola pada nilai-nilai ini? Jika anda memperhatikan poin-poin berikut, maka anda akan menemukan bahwa energi atomisasi, energi ionisasi pertama, dan entalpi hidrasi semakin ke bawah golongan semakin berkurang :

• Energi atomisasi merupakan sebuah ukuran kekuatan ikatan logam pada masing-masing unsur. Energi atomisasi ini berkurang apabila atom-atom semakin besar dan ikatan logam semakin panjang. Dalam atom-atom yang lebih besar, elektron-elektron terdelokalisasi lebih jauh jaraknya dari inti sehingga kurang dipengaruhi oleh gaya tarik inti.
• Energi ionisasi pertama semakin berkurang karena elektron yang dilepaskan menjadi semakin jauh dari inti. Proton ekstra dalam inti disekat/terhalang oleh kulit-kulit elektron tambahan.
• Entalpi hidrogen merupakan sebuah ukuran gaya tarik antara ion-ion logam dengan pasangan-pasangan bebas pada molekul-molekul air. Apabila ion-ion menjadi lebih besar, maka molekul air menjadi semakin jauh dari gaya tarik inti. Proton-proton ekstra dalam inti kembali disekat/terhalang oleh kulit-kulit elektron tambahan.

Jadi yang terjadi adalah bahwa semua faktor-faktor di atas berkurang dengan laju pengurangan yang berbeda. Inilah yang menyebabkan tidak adanya pola pada nilai perubahan entalpi.
Akan tetapi, kita bisa mencermati kembali tabel di atas dan akan menemukan sebuah pola yang bermanfaat.

Energi aktivasi untuk reaksi
Mari kita mengambil tabel terakhir di atas dan hanya mencermati input energinya saja, yaitu energi atomisasi dan energi ionisasi pertama – kedua energi ini perlu disuplai masing-masing untuk menghasilkan atom-atom logam yang berwujud gas dan untuk mengionkan logam. Dengan kata lain, kita menghilangkan entalpi hidrasi dan hanya menjumlahkan kedua input energi yang ada.

	e. atomisasi	EI pertama	total
Li	+161	+519	+680
Na	+109	+494	+603
K	+90	+418	+508
Rb	+86	+402	+488
Cs	+79	+376	+455

Sekarang anda bisa melihat bahwa terjadi penurunan konstan semakin ke bawah Golongan. Semakin ke bawah mulai dari lithium sampai cesium, lebih sedikit energi yang diperlukan oleh reaksi untuk membentuk ion positif. Energi ini akan direcovery kemudian (dengan banyak tambahan), tapi harus disuplai terlebih dahulu. Ini akan terkait dengan energi aktivasi dari reaksi.
Semakin rendah energi aktivasi, semakin cepat reaksi yang terjadi.
Jadi walaupun lithium melepaskan paling banyak panas selama reaksi, namun pelepasan ini berlangsung relatif lambat – tidak dilepaskan sekaligus dengan cepat. Disisi lain, cesium memiliki energi aktivitasi yang jauh lebih rendah, sehingga walaupun tidak melepaskan banyak panas, namun pelepasan ini berlangsung sangat cepat, itulah sebabnya terjadi ledakan saat berlangsung reaksi.

Ringkasan penyebab meningkatnya kereaktifan semakin ke bawah Golongan
Reaksi-reaksi akan lebih mudah terjadi jika energi yang dibutuhkan untuk membentuk ion-ion positif berkurang. Ini sebagian diakibatkan oleh berkurangnya energi ionisasi semakin ke bawah Golongan, dan sebagiannya lagi karena berkurangnya energi atomisasi yang mencerminkan ikatan logam yang semakin lemah dari lithium ke cesium. Ini menyebabkan energi aktivasi yang lebih rendah, sehingga reaksi-reaksi berlangsung lebih cepat.