Reaksi dengan Udara atau Oksigen
Reaksi secara umum
Semua logam pada Golongan 1 ini sangat reaktif dan harus dihindarkan dari bersentuhan dengan udara untuk mencegah terjadinya oksidasi. Semakin ke bawah Golongan, kereaktifan semakin meningkat.
Lithium, natrium dan kalium disimpan di dalam minyak. (Lithium sebenarnya mengapung dalam minyak, tapi terdapat cukup banyak lapisan minyak untuk melindunginya. Itulah sebabnya lithium kurang reaktif dibanding unsur lain dalam Golongan 1).
Rubidium dan cesium biasanya disimpan dalam tabung-tabung kaca tertutup untuk mencegahnya bersentuhan dengan udara. Tabung-tabung tempat menyimpan kedua logam ini bisa berupa lingkungan gas vakum atau lembam, seperti gas argon. Tabung-tabung ini dipecahkan tutupnya jika logam didalamnya akan digunakan.
Jika logam-logam pada Golongan 1 ini dibakar maka akan terbentuk beberapa jenis oksida, tergantung pada posisi logam dalam Golongan (rinciannya akan dibahas berikut). Reaksi khusus dengan oksigen hanya merupakan versi yang lebih lambat dari reaksi dengan udara secara umum.
Lithium cukup berbeda dengan logam lain dalam Golongan ini karena dia juga bereaksi dengan nitrogen dalam udara menghasilkan lithium nitrida (lihat rincian berikut).
Reaksi masing-masing logam dengan oksigen
Lithium
Lithium akan terbakar dengan nyala merah terang jika dipanaskan di udara. Logam ini bereaksi ini dengan oksigen dalam udara menghasilkan lthium oksida yang berwarna putih. Jika bereaksi dengan oksigen murni, nyala biasanya lebih terang.
Lithium juga bereaksi dengan nitrogen di udara menghasilkan lithium nitrida. Lithium merupakan satu-satunya unsur pada Golongan 1 yang dapat membentuk nitrida dengan cara seperti ini.
Natrium
Potongan-potongan kecil natrium terbakar di udara dan sering menimbulkan nyala yang sedikit lebih terang dari warna orange. Jika jumlah natrium yang lebih besar digunakan atau jika dibakar di dalam oksigen maka akan menghasilkan nyala orange yang cemerlang. Terbentuk campuran padatan antara oksida dan natrium peroksida.
Persamaan reaksi untuk pembentukan oksida sederhana mirip dengan yang terjadi pada lithium.
Persamaan reaksi peroksida adalah:
Kalium
Potongan-potongan kecil kalium yang dipanaskan di udara cenderung hanya melebur dan dengan cepat kembali menjadi campuran kalium peroksida dan kalium superoksida tanpa ada nyala yang terlihat. Jika potongan-potongan kalium yang lebih besar dipanaskan, maka akan terbentuk nyala berwarna pink kebiru-biruan.
Persamaan reaksi untuk pembentukan peroksida tepat seperti yang terjadi pada natrium di atas:
dan untuk superoksida, memiliki persamaan reaksi:
Rubidium and cesium
Kedua logam ini terbakar di udara dan menghasilkan superoksida yaitu RbO2 and CsO2. Persamaan reaksinya sama seperti persamaan reaksi untuk kalium.
Beberapa sumber menyebutkan bahwa kedua superoksida ini berwarna orange atau kuning. Salah satu situs utama menyebutkan superoksida rubidium berwarna coklat tua pada salah satu halaman webnya dan berwarna orange pada halaman web lainnya.
Nyala yang terbentuk saat reaksi terjadi belum dicermati lebih lanjut. Anda tidak bisa memastikan bahwa nyala yang timbul dari pembakaran logam akan sama dengan warna nyala dari senyawa-senyawanya.
Mengapa semakin ke bawah Golongan oksida yang terbentuk berbeda-beda?
Ion peroksida, O22- memiliki struktur seperti berikut:
Ikatan kovalen antara kedua atom oksigen relatif lemah.
Sekarang bayangkan ada sebuah ion positif kecil yang mendekat ke ion peroksida. Elektron-elektron dalam ion peroksida akan tertarik dengan kuat ke arah ion positif tersebut. Ini kemudian mendukung untuk membentuk sebuah ion oksida sederhana jika atom oksigen di sebalah kanan (seperti digambarkan berikut) terputus.
Kita mengatakan bahwa ion positif mempolarisasikan ion negatif. Mekanisme ini akan berlangsung paling baik apabila ion positif berukuran kecil dan bermuatan banyak, yaitu jika memiliki kepadatan muatan yang tinggi..
Walaupun hanya memiliki satu muatan, tetapi ion lithium yang berada paling di atas Golongan 1 cukup kecil dan memiliki kepadatan muatan yang tinggi sehingga setiap ion peroksida di dekatnya akan terurai menjadi sebuah oksida dan oksigen. Semakin ke bawah Golongan sampai pada natrium dan kalium, ion-ion positif semakin besar sehingga tidak memiliki begitu banyak pengaruh terhadap ion peroksida.
Ion-ion superoksida bahkan lebih mudah tertarik menjauh, dan ion-ion superoksida ini hanya stabil dengan adanya ion-ion besar dari unsur-unsur paling bawah dalam Golongan.
Jadi mengapa setiap logam-logam ini membentuk oksida-oksida yang lebih kompleks? Ini merupakan persoalan energetik.
Jika terdapat cukup oksigen, logam-logam ini menghasilkan senyawa yang pembentukannya melepaskan paling banyak energi. Sehingga menghasikan senyawa yang paling stabil.
Jumlah panas yang terbentuk per mol rubidium dalam membentuk berbagai oksidanya adalah:
Untuk berbagai oksida kalium, nilai perubahan entalpinya menunjukkan
kecenderungan-kecenderungan yang sama persis dengan rubidium. Selama
terdapat cukup oksigen, pembentukan peroksida akan melepaskan lebih
banyak energi per mol logam dibanding pembentukan oksida sederhana.
Pembentukan superoksida melepaskan energi bahkan lebih banyak.
Kita berasumsi bahwa hal yang sama juga berlaku bagi oksida-oksida cesium, walaupun kita tidak menyajikan nilai-nilainya disini sehingga bisa dicocokkan.
Ringkasan
Pembentukan oksida-oksida yang lebih kompleks dari logam-logam pada Golongan 1 ini akan melepaskan lebih banyak energi dan menjadikan senyawa yang terbentuk lebih stabil dari segi energi. Akan tetapi, ini hanya berlaku bagi logam-logam pada setengah unsur terbawah dalam Golongan yang ion-ion logamnya cukup besar dan memilki kepadatan muatan yang rendah.
Pada bagian atas Golongan, ion-ion kecil dengan kepadatan muatan yang lebih tinggi cenderung mempolarisasikan ion-ion oksida yang lebih kompleks sampai menjadi terurai.
Reaksi Oksida
Oksida-oksida sederhana, X2O
Reaksi dengan air
Oksida-oksida dasar yang sederhana jika bereaksi dengan air akan menghasilkan hidroksida logam.
Sebagai contoh, lithium oksida bereaksi dengan air menghasilkan larutan lithium hidroksida yang tidak berwarna.
Reaksi dengan asam-asam encerOksida-oksida sederhana ini semuanya bereaksi dengan asam menghasilkan garam dan air. Sebagai contoh, natrium oksida akan bereaksi dengan asam hidroklorat encer menghasilkan larutan natrium klorida yang tidak berwarna dan air.
Peroksida, X2O2
Reaksi dengan air
Jika reaksi berlangsung pada suhu dingin (dan suhu dipertahankan sehingga tidak meningkat walaupun reaksi-reaksi ini sangat bersifat eksotermis), maka akan terbentuk hidroksida logam dan hidrogen peroksida.
Jika suhu meningkat (sebagaimana yang akan terjadi kecuali jika peroksida dimasukkan ke dalam air dengan sangat dan sangat perlahan), maka hidrogen peroksida yang dihasilkan akan terdekomposisi menjadi air dan oksigen. Reaksi ini bisa berlangsung sangat hebat.
Reaksi dengan asam-asam encer
Reaksi-reaksi peroksida dengan asam-asam encer lebih bersifat eksotermis dibanding reaksi peroksida dengan air. Pada reaksi ini terbentuk garam dan hidrogen peroksida. Hidrogen peroksida akan terdekomposisi menghasilkan air dan oksigen jika suhu meningkat – lagi-lagi, peningkatan suhu ini hampir tidak bisa dihindari. Reaksi yang hebat pun terjadi.
Superoksida, XO2
Reaksi dengan air
Reaksi superoksida dari Golongan 1 dengan air akan membentuk hidroksida logam dan hidrogen peroksida, tapi gas oksigen juga dilepaskan. Sekali lagi, reaksi-reaksi ini sangat eksotermis dan panas yang dihasilkan tidak dapat dihindarkan mendekomposisi hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen. Lagi-lagi, reaksi ini berlangsung hebat.
Reaksi dengan asam-asam encer
Reaksi peroksida dengan asam-asam encer bahkan lebih bersifat eksotermis dibandnig reaksinya dengan air. Pada reaksi ini terbentuk sebuah larutan yang mengandung garam dan hidrogen peroksida bersama dengan gas oksigen. Hidrogen peroksida kembali terdekomposisi menghasilkan air dan oksigen apabila suhu meningkat. Reaksi ini berlangsung hebat.
Reaksi secara umum
Semua logam pada Golongan 1 ini sangat reaktif dan harus dihindarkan dari bersentuhan dengan udara untuk mencegah terjadinya oksidasi. Semakin ke bawah Golongan, kereaktifan semakin meningkat.
Lithium, natrium dan kalium disimpan di dalam minyak. (Lithium sebenarnya mengapung dalam minyak, tapi terdapat cukup banyak lapisan minyak untuk melindunginya. Itulah sebabnya lithium kurang reaktif dibanding unsur lain dalam Golongan 1).
Rubidium dan cesium biasanya disimpan dalam tabung-tabung kaca tertutup untuk mencegahnya bersentuhan dengan udara. Tabung-tabung tempat menyimpan kedua logam ini bisa berupa lingkungan gas vakum atau lembam, seperti gas argon. Tabung-tabung ini dipecahkan tutupnya jika logam didalamnya akan digunakan.
Jika logam-logam pada Golongan 1 ini dibakar maka akan terbentuk beberapa jenis oksida, tergantung pada posisi logam dalam Golongan (rinciannya akan dibahas berikut). Reaksi khusus dengan oksigen hanya merupakan versi yang lebih lambat dari reaksi dengan udara secara umum.
Lithium cukup berbeda dengan logam lain dalam Golongan ini karena dia juga bereaksi dengan nitrogen dalam udara menghasilkan lithium nitrida (lihat rincian berikut).
Reaksi masing-masing logam dengan oksigen
Lithium
Lithium akan terbakar dengan nyala merah terang jika dipanaskan di udara. Logam ini bereaksi ini dengan oksigen dalam udara menghasilkan lthium oksida yang berwarna putih. Jika bereaksi dengan oksigen murni, nyala biasanya lebih terang.
Lithium juga bereaksi dengan nitrogen di udara menghasilkan lithium nitrida. Lithium merupakan satu-satunya unsur pada Golongan 1 yang dapat membentuk nitrida dengan cara seperti ini.
Natrium
Potongan-potongan kecil natrium terbakar di udara dan sering menimbulkan nyala yang sedikit lebih terang dari warna orange. Jika jumlah natrium yang lebih besar digunakan atau jika dibakar di dalam oksigen maka akan menghasilkan nyala orange yang cemerlang. Terbentuk campuran padatan antara oksida dan natrium peroksida.
Persamaan reaksi untuk pembentukan oksida sederhana mirip dengan yang terjadi pada lithium.
Persamaan reaksi peroksida adalah:
Kalium
Potongan-potongan kecil kalium yang dipanaskan di udara cenderung hanya melebur dan dengan cepat kembali menjadi campuran kalium peroksida dan kalium superoksida tanpa ada nyala yang terlihat. Jika potongan-potongan kalium yang lebih besar dipanaskan, maka akan terbentuk nyala berwarna pink kebiru-biruan.
Persamaan reaksi untuk pembentukan peroksida tepat seperti yang terjadi pada natrium di atas:
dan untuk superoksida, memiliki persamaan reaksi:
Rubidium and cesium
Kedua logam ini terbakar di udara dan menghasilkan superoksida yaitu RbO2 and CsO2. Persamaan reaksinya sama seperti persamaan reaksi untuk kalium.
Beberapa sumber menyebutkan bahwa kedua superoksida ini berwarna orange atau kuning. Salah satu situs utama menyebutkan superoksida rubidium berwarna coklat tua pada salah satu halaman webnya dan berwarna orange pada halaman web lainnya.
Nyala yang terbentuk saat reaksi terjadi belum dicermati lebih lanjut. Anda tidak bisa memastikan bahwa nyala yang timbul dari pembakaran logam akan sama dengan warna nyala dari senyawa-senyawanya.
Mengapa semakin ke bawah Golongan oksida yang terbentuk berbeda-beda?
- Lithium (dan juga natrium sampai tingkatan tertentu) membentuk oksida-oksida sederhana, X2O, yang mengandug ion O2- umum.
- Natrium (dan juga kalium sampai tingkatan tertentu) membentuk peroksida, X2O2, yang mengandung ion O22- yang lebih kompleks (akan dibahas berikut).
- Kalium, rubidium dan cesium membentuk superoksida, XO2. Struktur ion superoksida, O2-, sangat sulit dibahas pada tingkatan modul ini, untuk memahaminya diperlukan pemahaman yang baik tentang teori orbital molekul.
Ion peroksida, O22- memiliki struktur seperti berikut:
Ikatan kovalen antara kedua atom oksigen relatif lemah.
Sekarang bayangkan ada sebuah ion positif kecil yang mendekat ke ion peroksida. Elektron-elektron dalam ion peroksida akan tertarik dengan kuat ke arah ion positif tersebut. Ini kemudian mendukung untuk membentuk sebuah ion oksida sederhana jika atom oksigen di sebalah kanan (seperti digambarkan berikut) terputus.
Kita mengatakan bahwa ion positif mempolarisasikan ion negatif. Mekanisme ini akan berlangsung paling baik apabila ion positif berukuran kecil dan bermuatan banyak, yaitu jika memiliki kepadatan muatan yang tinggi..
Walaupun hanya memiliki satu muatan, tetapi ion lithium yang berada paling di atas Golongan 1 cukup kecil dan memiliki kepadatan muatan yang tinggi sehingga setiap ion peroksida di dekatnya akan terurai menjadi sebuah oksida dan oksigen. Semakin ke bawah Golongan sampai pada natrium dan kalium, ion-ion positif semakin besar sehingga tidak memiliki begitu banyak pengaruh terhadap ion peroksida.
Ion-ion superoksida bahkan lebih mudah tertarik menjauh, dan ion-ion superoksida ini hanya stabil dengan adanya ion-ion besar dari unsur-unsur paling bawah dalam Golongan.
Jadi mengapa setiap logam-logam ini membentuk oksida-oksida yang lebih kompleks? Ini merupakan persoalan energetik.
Jika terdapat cukup oksigen, logam-logam ini menghasilkan senyawa yang pembentukannya melepaskan paling banyak energi. Sehingga menghasikan senyawa yang paling stabil.
Jumlah panas yang terbentuk per mol rubidium dalam membentuk berbagai oksidanya adalah:
| perubahan entalpi (kJ / mol of Rb) | |
|---|---|
| Rb2O | -169.5 |
| Rb2O2 | -236 |
| RbO2 | -278.7 |
Kita berasumsi bahwa hal yang sama juga berlaku bagi oksida-oksida cesium, walaupun kita tidak menyajikan nilai-nilainya disini sehingga bisa dicocokkan.
Ringkasan
Pembentukan oksida-oksida yang lebih kompleks dari logam-logam pada Golongan 1 ini akan melepaskan lebih banyak energi dan menjadikan senyawa yang terbentuk lebih stabil dari segi energi. Akan tetapi, ini hanya berlaku bagi logam-logam pada setengah unsur terbawah dalam Golongan yang ion-ion logamnya cukup besar dan memilki kepadatan muatan yang rendah.
Pada bagian atas Golongan, ion-ion kecil dengan kepadatan muatan yang lebih tinggi cenderung mempolarisasikan ion-ion oksida yang lebih kompleks sampai menjadi terurai.
Reaksi Oksida
Oksida-oksida sederhana, X2O
Reaksi dengan air
Oksida-oksida dasar yang sederhana jika bereaksi dengan air akan menghasilkan hidroksida logam.
Sebagai contoh, lithium oksida bereaksi dengan air menghasilkan larutan lithium hidroksida yang tidak berwarna.
Reaksi dengan asam-asam encerOksida-oksida sederhana ini semuanya bereaksi dengan asam menghasilkan garam dan air. Sebagai contoh, natrium oksida akan bereaksi dengan asam hidroklorat encer menghasilkan larutan natrium klorida yang tidak berwarna dan air.
Peroksida, X2O2
Reaksi dengan air
Jika reaksi berlangsung pada suhu dingin (dan suhu dipertahankan sehingga tidak meningkat walaupun reaksi-reaksi ini sangat bersifat eksotermis), maka akan terbentuk hidroksida logam dan hidrogen peroksida.
Jika suhu meningkat (sebagaimana yang akan terjadi kecuali jika peroksida dimasukkan ke dalam air dengan sangat dan sangat perlahan), maka hidrogen peroksida yang dihasilkan akan terdekomposisi menjadi air dan oksigen. Reaksi ini bisa berlangsung sangat hebat.
Reaksi dengan asam-asam encer
Reaksi-reaksi peroksida dengan asam-asam encer lebih bersifat eksotermis dibanding reaksi peroksida dengan air. Pada reaksi ini terbentuk garam dan hidrogen peroksida. Hidrogen peroksida akan terdekomposisi menghasilkan air dan oksigen jika suhu meningkat – lagi-lagi, peningkatan suhu ini hampir tidak bisa dihindari. Reaksi yang hebat pun terjadi.
Superoksida, XO2
Reaksi dengan air
Reaksi superoksida dari Golongan 1 dengan air akan membentuk hidroksida logam dan hidrogen peroksida, tapi gas oksigen juga dilepaskan. Sekali lagi, reaksi-reaksi ini sangat eksotermis dan panas yang dihasilkan tidak dapat dihindarkan mendekomposisi hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen. Lagi-lagi, reaksi ini berlangsung hebat.
Reaksi dengan asam-asam encer
Reaksi peroksida dengan asam-asam encer bahkan lebih bersifat eksotermis dibandnig reaksinya dengan air. Pada reaksi ini terbentuk sebuah larutan yang mengandung garam dan hidrogen peroksida bersama dengan gas oksigen. Hidrogen peroksida kembali terdekomposisi menghasilkan air dan oksigen apabila suhu meningkat. Reaksi ini berlangsung hebat.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar