Logam Alkali dan Logam Alkali Tanah

A. Logam Alkali

Logam alkali atau unsur alkali adalah unsur yang terdiri dari litium, natrium, kalium, rubidium, sesium, dan fransium (zat radioaktif). Unsur-unsur ini berada di golongan pertama atau IA. Unsur ini mempunyai energi ionisasi paling kecil karena mempunyai konfigurasi elektron ns1. Oleh karena itu, unsur logam alkali mudah melepaskan elektron dan merupakan reduktor yang paling kuat. Semuanya merupakan unsur logam yang lunak (mudah diiris dengan pisau). Pada saat logam dibersihkan, terlihat warna logam putih mengkilap (seperti perak). Disebut logam alkali karena oksidanya mudah larut dalam air dan menghasilkan larutan yang bersifat basa (alkalis). Semua logam alkali sangat reaktif sehingga di alam tidak pernah diperoleh dalam keadaan bebas. Di alam terdapat dalam bentuk senyawa.

Sifat-Sifat Logam Alkali

a. Sifat Fisik

Sifat unsur logam alkali terutama ditentukan oleh kecenderungannya melepaskan satu elektron. Sebagai logam, golongan alkali mempunyai sifat yang tidak biasa, yaitu

- Titik lelehnya yang relatif rendah

- Rapatannya yang relatif rendah

- Kelunakannya

Semua unsur logam alkali ini dapat dengan mudah diubah bentuknya dengan memencetnya di antara jempol dan jari telunjuk (dengan melindungi kulit baik-baik). Unsur-unsur pada golongan ini mempunyai energi ionisasi dan keelektronegatifan rata-rata yang paling rendah. Hal ini dikarenakan ukuran atom dan jarak yang relatif besar antara elektron terluar dengan inti.

Kecenderungan sifat logam alkali sangat teratur. Dari atas ke bawah secara berurutan yang semakin besar adalah : 

1. Jari-jari atom

2. Massa atom

3. Sifat reduktor

4. Massa jenis (kerapatan)

Sementara itu, Dari atas ke bawah secara berurutan yang semakin kecil adalah :

1. Energi ionisasi

2. Afinitas elektron

3. Keelektronegatifan

4. Titik leleh

5. Titik didih

Titik leleh yang cukup rendah menunjukkan bahwa logam alkali merupakan logam yang lunak. Lunaknya logam bertambah dengan bertambahnya nomor atom. Dalam satu golongan dari atas ke bawah jari-jari atom bertambah besar sehingga jarak antara inti dengan elektron kulit terluar bertambah besar. Dengan demikian besarnya energi untuk melepas elektron valensinya (energi ionisasi) semakin kecil. dengan semakin kecil harga energi ionisasi maka dari atas ke bawah ( Li ke Cs ) semakin besar kereaktifannya. Semua logam alkali memiliki titik leleh dan titik didih diatas suhu ruangan. Semua unsurnya berwujud padat pada suhu ruangan, kecuali cesium. Jika suhu lingkungan pada saat pengukuran melebihi 28^oC unsur ini akan berwujud cair. 

b. Sifat Kimia 

1. Kereaktifan Logam Alkali 

Energi ionisasi logam alkali relatif sangat rendah dibandingkan unsur logam yang lain sehingga termasuk logam yang sangat reaktif. Maka unsur ini cenderung lebih mudah melepas elektronnya.

Kereaktifan logam alkali dibuktikan dengan kemudahannya bereaksi dengan air, unsur-unsur halogen, hidrogen, oksigen dan belerang. Maka logam ini harus disimpan di dalam cairan senyawa hidrokarbon, seperti minyak tanah. Yang paling reaktif adalah cesium dan yang kurang reaktif adalah litium. Hal ini dikarenakan kereaktifan logam alkali bertambah dari atas ke bawah dalam sistem periodik. Karena kereaktifannya, unsur alkali tidak ditemukan dalam keadaan bebas di alam. 

Hubungan jari-jari dengan kereaktifan logam alkali dalam satu golongan dari atas ke bawah jari-jari atom bertambah besar sehingga jarak antara inti dengan elektron kulit terluar bertambah besar. 

2. Sifat Logam dan Basa Alkali 

Logam alkali dapat bereaksi dengan air membentuk basa kuat (misalnya LOH). Semakin ke bawah sifat basa logam alkali semakin kuat. Hal ini dikarenakan dari atas ke bawah dalam sistem periodik semakin mudah untuk direduksi. Dan sifat logamnya semakin kebawah juga semakin kuat. Basa senyawa alkali ini bersifat ionik dan semuanya mudah larut dalam air. Kelarutannya dalam air semakin ke bawah semakin besar.

Reaksi Logam Alkali :

1. Reaksi Logam Alkali dan Halogen

Reaksi antara logam alkali dengan halogen berlangsung sangat cepat, membentuk halida logam.

Reaksi:

2 M_(s) + X₂ →2 MX_(s)

Keterangan :

M = logam alkali (Li, Na, K, Rb, Cs)

X = halogen (F, Cl, Br, I)

Contohnya :

2K + F₂ → 2KF (Potassium fluoride/kalium florida)

2. Reaksi Logam Alkali dengan Hidrogen 

Dengan pemanasan logam alkali dapat bereaksi dengan hidrogen membentuk senyawa hidrida. Senyawa hidrida yaitu senyawaan logam alkali yang atom hidrogen memiliki bilangan oksidasi -1.

2L(s) +   H₂(g) → 2LH(s)

L =  logam alkali

Misalnya :

2Na_(s) + H_2(g) → 2NaH_(s) (sodium hydride/natrium hidrida)

3. Reaksi dengan air

Logam alkali dan air bereaksi untuk membentuk basa kuat dan gas hidrogen.

Reaksi umum : 2M(s) + 2H₂O → MOH(aq) + H₂(g)

Contoh : 2Na(s) + 2H₂O → 2NaOH(aq) + H₂(g)

4. Reaksi dengan nitrogen

Hanya litium yang dapat bereaksi dengan nitrogen pada suhu kamar

6Li(s) + N₂(g) → 2Li₃N(s)

5. Reaksi dengan oksigen

Logam alkali membentuk beberapa jenis oksida, peroksida dan superoksida bila direaksikan dengan oksigen:

Ion oksida = O^2-

- Senyawa umumnya berbentuk M₂O, contohnya adalah Li₂O.

- Natrium membentuk peroksida. Ion peroksida adalah O₂^2-, dan senyawa yang terbantuk adalah M₂O₂. Contoh : Na₂O₂.

- Kalium, cesium, dan rubidium membentuk superoksida. Ion superoksida adalah O₂^-, dan senyawa yang terbentuk adalah MO₂. Contoh : KO₂.

6. Warna Nyala Logam Alkali

Semua logam alkali memiliki warna nyala khusus. Warna-warna tersebut disebabkan oleh perbedaan energi antara subkulit s dan p, yang sesuai dengan panjang gelombang cahaya tampak. Ketika unsur ini dikenai api, elektron terluar akan tereksitasi dan melompat ke elektron orbital yang lebih tinggi. Elektron kemudian jatuh dan memancarkan energi dalam bentuk cahaya.

Warna-warna cahaya yang berbeda tergantung pada seberapa banyak energi atau seberapa jauh elektron jatuh kembali ke tingkat energi yang lebih rendah. Inilah sebabnya logam alkali sering digunakan dalam kembang api. Setiap logam alkali memiliki warna yang unik dan mudah diidentifikasi.

Pembuatan Logam Alkali

Logam Natrium dan Litium mudah dibuat dengan cara mengelektrolisis garamnya. Logam Natrium pertama kali diisolasi pada tahun 1807 oleh Humpry Davy, dengan mengelektrolisis lelehan Natrium Hidroksida. Cara ini merupakan metoda pembuatan utama logam Natrium dalam industri. Saat ini Natrium diproduksi melalui elektrolisis lelehan dari campuran Natrium Klorida-Kalsium Klorida dalam sel elektrolisis. Kalsium Klorida ditambahkan dengan maksud untuk menurunkan titik leleh sampai sekitar 580^oC dari 880^oC. Proses tersebut disebut juga proses Down. Berikut skemanya

Litium diperoleh dari elektrolisis lelehan campuran LiCl-KCl.

Kalium lebih mudah dibuat dengan cara reduksi kimia daripada melalui elektrolisis garam klorida. Untuk proses komersial, lelehan Kalium klorida direaksikan dengan logam Natrium pada 870^oC, persamaannya:

Na(s) +KCl(l) –> NaCl(l) + K(g)

Reaksi berlangsung menurut arah seperti yang dituliskan pada persamaan kimia, sehingga uap kalium yang terbentuk meninggalkan kamar reaktor dan yang selanjutnya dikondensasi.

Logam alkali lain, seperti Rubidium dan Cesium juga dibuat melalui reduksi garamnya. contohnya bila lelehan CsCl dipanaskan pada 700^oC sampai 800^oC bersama-sama logam Kalsium pada tekanan rendah, uap Cesium yang terbentuk akan melepaskan diri dari campuran reaksi, persamaan kimianya:

2CsCl(l) + Ca(l) –> CaCl₂(l) + 2Cs(g)

Demikian tulisan mengenai pembuatan logam alkali. Semoga bermanfaat !

B. Logam Alkali Tanah

Logam alkali tanah adalah nama lain dari logam-logam yang terdapat pada golongan IIA, kecuali radium (Ra). Logam-logam ini umumnya memiliki reaktifitas yang tinggi dikarenakan kulit s merupakan kulit terluar dari logam ini. Pemberian label “tanah” bukan tanpa makna, seluruh unsur-unsur ini dapat ditemukan di tanah, baik dalam bentuk batuan atau dalam kerak bumi.

Logam alkali tanah sendiri terdiri atas berilium (Be), magnesium (Mg), kalsium (Ca), stronsium (Sr), barium (Ba) dan radium (Ra) yang memiliki elektron valensi dua, sehingga ia lebih mudah untuk melepaskan elektron. Khusus radium, senyawa ini merupakan satu-satunya unsur yang tidak dapat ditemukan di tanah karena sifatnya yang radio aktif. Alasan mengapa unsur ini terdapat dalam unsur golongan II A dikarenakan jumlah elektron valensi dari unsur ini berjumlah dua. Unsur-unsur yang terdapat pada golongan ini tergolong sukar larut dalam air namun tetap stabil pada temperatur yang sangat tinggi. Unsur-unsur ini umumnya akan ditemukan dalam bentuk karbonat, fosfat, sufat dan silikat dalam tanah.

Seluruh logam alkali tanah bersifat basa, itulah sebabnya golongan II disebut juga sebagai alkali yang diambil dari kata “alkalis”. Umumnya unsur-unsur ini dapat ditemukan di kerak bumi, namun bukan dalam bentuk elemen, melainkan dalam bentuk persenyawaan dikarenakan sifatnya yang sangat reaktif.

Secara umum seluruh logam alkali tanah merupakan logam yang sangat reaktif (walaupun logam alkali jauh lebih reaktif,) relatif lunak, berkilap serta mampu mengantarkan panas dan listrik dengan sangat baik. Beberapa sifat kimia juga dapat dijelaskan jika melihat susunan alkali tanah pada sistem periodik, yaitu:

1. Jari-jari atom dari berilium (Be) ke Barium (Ba) semakin besar, sehingga energi ionisasinya makin rendah, keelektronegatifan semakin kecil dan daya reduksi semakin kuat

2. Berdasarkan konfigurasi elektronnya, logam alkali tanah yang memiliki konfigurasi elektro lebih kecil dibandingkan logam alkali mengakibatkan energi ionisasi logam alkali tanah lebih tinggi daripada logam alkali.

3. Energi ionisasi dari logam alkali tanah berupa energi hidrasi ion M²⁺ yang lebih besar jika dibandingkan dengan hidrasi ion M⁺ logam alkali. Hal ini menyebabkan logam alkali tanah tetap mudah dalam melepaskan kedua elektron valensinya sehingga lebih stabil.

4. Jari-jari atom yang kecil dan muatan inti yang besar menyebabkan logam alkali tanah akan membentuk kristal dengan susunan yang lebih rapat, sehingga memiliki sifat amorphous yang lebih kecil jika dibandingkan dengan logam alkali. Massa jenis dari kristal logam alkali juga cenderung lebih besar

5. Berilium (Be) merupakan logam alkali tanah yang memiliki energi ionisasi dan kelektronegatifan yang sangat besar. Kedua alasan ini membuat Be cenderung akan membentuk ikatan kovalen ketika membentuk ikatan.

6. Reaksi logam alkali tanah dengan air berlangsung sangat lambat, sehingga dibutuhkan katalis.

7. Potensial elektrode (reduksi) dari logam alkali tanah ini memiliki nilai negatif. Artinya logam alkali tanah merupakan reduktor yang sangat kuat, faktanya Sr, Br dan Ca memiliki kemampuan reduksi yang lebih baik dibandingkan Na yang merupakan logam alkali.

Sudah banyak penemuan-penemuan akan kegunaan dari logam alkali tanah. Berikut beberapa manfaat logam alkali tanah yang sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari.

1. Berilium (Be)

   • Digunakan untuk mengontrol reaksi fisi pada reaktor nuklir.

   • Campuran berilium dan tembaga banyak dipakai pada alat listrik.

   • Bahan utama dalam pembuatan kaca sinar X

2. Magnesium (Mg)

   • Magnesium klorida (MgCl) digunakan dalam campuran obat pencahar ringan

   • Magnesium hidroksida (MgOH) digunakan dalam campuran obat maag sebagai antacid

   • Magnesium oksida (MgO) digunakan dalam proses pelapisan tungku

3. Kalsium (Ca)

   • Sebagai sumber utama dalam pembentukan tulang, gigi, jantung, saraf dan otot

   • Kalsium oksida (CaO) dapat diguanakan dalam proses pemisahan antara etanol dengan air karena bersifat dehidrator

   • Kalsium kabrida (CaC₂) dapat digunakan sebagai bahan untuk pembuatan gas asetilena (C₂H₂) yang dimanfaatkan dalam pengelasan.

4. Stronsium (Sr)

   • Stronsium klorida (SrCl₂) banyak digunakan sebagai bahan tambahan pasta gigi sensitif

   • Stornsium nitrat (Sr(NO₃)₂) digunakan sebagai zat pemberi warna merah pada kembang api

   • Stronsium renalate (C₁₂H₆N₂O₈SSr₂) digunakan untuk membantu pertumbuhan tulang dan meningkatkan kepadatannya

5. Berium (Ba)

   • Barium sulfat (BaSO₄) digunakan untuk memeriksa saluran pencernaan, selain itu dapat digunakan juga sebagai pewarna plastik.

   • Digunakan dalam pengeboran sumur minyak dan gas sebagai zat aditif

   • Barium karbonat (BaCO­₄) digunakan sebagai sumber utama racun tikus

6. Radium (Ra)

   • Radium dalam bentuk gas, dapat digunakan dalam kemoterapi

Reaktifitas yang tinggi dari logam alkali tanah menyebabkan logam-logam ini sangat mudah bereaksi dengan unsur atau zat lain untuk membentuk senyawa baru. Reaksi ini dapat terjadi apabila logam alkali tanah bereaksi dengan air, nitrogen, oksigen, halogen dan hidrogen. Berikut penjelasannya:

1. Reaksi logam alkali tanah dengan air

Air merupakan salah satu senyawa yang paling berlimpah di muka bumi. Keberadaan air ini dapat memicu reaksi dengan alkali tanah membentuk senyawa hidroksida. Semua unsur logam alkali tanah dapat bereaksi dengan air kecuali berilium (Be). Berikut beberapa contoh reaksi yang terjadi antara air dan logam alkali tanah

Ca + 2H₂O –> Ca(OH)₂ + H_{2 (g)}

Mg + 2H₂O –> Mg(OH)₂ + H_{2 (g)}

Ba +  2H₂O –> Ba(OH)₂ + H_{2 (g)}

Dengan bantuan pemanasan, berilium dan magnesium dapat bereaksi dengan oksigen membentuk senyawa peroksida. Hasil dari reaksi ini umumnya digunakan sebagai coating baja agar melindunginya dari korosi.

2Mg_(s) + O_{2(g) –>} 2MgO_(s)

Ba_(s) + O_{2(g) –>} BaO_2(s)

2. Reaksi logam alkali tanah dengan nitrogen

Apabila logam alkali tanah bereaksi dengan nitrogen, maka kedua unsur tersebut akan membentuk senyawa oksida dan nitrida. Hal ini memungkinkan nitrogen yang terdapat bebas di udara bereaksi dengan logam-logam alkali tanah.

3Mg_(s) + N_{2(g) –>} Mg₃N_2(s)

3Be_(s) + N_{2(g) –>} Be₃N_2(s)

3. Reaksi logam alkali tanah dengan oksigen

Keberadaan oksigen yang ada di udara memungkinkan logam alkali tanah bereaksi dengannya untuk membentuk senyawa oksida dan superoksida. Senyawa oksida akan terbentuk jika reaksi tersebut bereaksi secara setimbang. Sebaliknya, jika jumlah oksigen berlebih maka senyawa superoksida yang akan terbentuk

2Mg_(s) + O_2(g) –> MgO_(s)

2Be_(s) + O_2(g) –> BeO_(s)

2Ca_(s) + O_2(g) –> CaO_(s)

Mg_(s) + O_2(g) –> MgO_2(s)

Be_(s) + O_2(g) –> MgO_2(s)

Ca_(s) + O_2(g) –> CaO_2(s)

4. Reaksi logam alkali tanah dengan halogen

Semua logam alkali tanah dapat bereaksi dengan halogen secara cepat membentuk garam halida, kecuali barium. Hal ini dikarenakan daya polarisasi ion Be²⁺ terhadap pasangan elektron unsur halogen, kecuali F^–.

Be_(s) + I_{2(g) –>} BeI_2(s)

3Mg_(s) + N_{2(g) –>} Mg₃N_2(s)

5. Reaksi logam alkali tanah dengan hidrogen

Keberadaan hidrogen bebas di udara akan mudah bereaksi dengan logam-logam alkali tanah membentuk senyawa hidrida.

Mg_(s) + H_{2(g) –>} MgH_(s)

Ba_(s) + H_{2(g) –>} BaH_(s)

Logam alkali tanah terdapat secara luas di alam, baik dalam keadaan murni atau dalam bentuk persenyawaan. Berikut beberapa mineral yang mengandung unsur logam alkali tanah:

1. Logam berilium (Be): Logam berilium banyak ditemukan dalam bertandite, beryl, chrysoberyl dan phenacite beryl. Untuk mendapatkan logam berilium dapat dilakukan dengan cara mereduksi berilium florida dengan logam magnesium.

2. Logam magnesium (Mg): Logam magnesium banyak terdapat di kerak bumi dan umumnya ditemukan dalam bentuk magnesite dan dolomite.

3. Logam kalsium (Ca): Logam kalsium banyak ditemukan dalam bentuk persenyawaan karbonat, fosfat, sulfat dan fluorida. Di alam sendiri logam ini dapat ditemukan pada batu kapur, gipsup dan fluorite

4. Logam stronsium (Sr): Logam ini banyak ditemukan dalam bentuk celestite dan strontianite. Untuk mengolah logam ini dapat dilakukan dengan cara elektrolisis klorida terfusi yang bercampur dengan kalium klorida. Cara lain seperti mereduksi oksida dengan aluminium di dalam vakum pada suhu 540 ^oC juga dapat digunakan.

5. Logam barium (Ba): Logam barium memiliki warna perak keputihan dan bertekstur lunak. Secara kimia, logam ini mirip dengan kalsium. Barium dapat ditemukan di baritin dan witerit

6. Logam radium (Ra): Radium merupakan satu-satunya logam bersifat radioaktif pada logam alkali tanah. Di alam sendiri radium dapat ditemukan pada pitchblande atau bijih uranium. Uranium sendiri banyak ditemukan di Ontario, New meksiko, Utah dan Kanada.

Kemungkinan untuk menemukan logam alkali tanah dalam bentuk murni di alam hampir mustahil terjadi. Hal ini disebabkan karena sifat dari logam-logam alkali tanah yang sangat reaktif. Seperti yang sudah kami jelaskan sebelumnya bahwa logam alkali tanah dapat beraksi dengan nitrogen, hidrogen, oksigen dan golongan halogen membentuk senyawa baru. Keberadaan reaktan-reaktan tersebut juga tersebar sangat luas di alam, sehingga reaksi pembentukan senyawa baru akan terjadi secara spontan.

Magnesium oksida (MgO) dapat dibuat ditemukan dengan cara memanaskan mineral MgCO₃. Sehingga akan terbentuk reaksi seperti berikut

MgCO_3(s) ­–> MgO_(s) + CO_2(g).

Dalam keadaan lain magnesium sulfat (MgSO₄) juga dapat ditemukan pada mineral epsomit. Pembentukan kalsium hidrogen karbonat (Ca(CO₃H)₂) dapat terbentuk dari kalsium karbonat (CaCO₃) yang dilarutkan dalam asam keras pada konsentrasi tertentu. Reaksi dari kedua campuran ini akan menghasilkan

CaCO_3(S) + HCl_{(aq) –>} Ca(CO₃H)_2(aq) + CaCl_2.

Selain magnesium sulfat, senyawa sulfat yang dapat ditemukan pada logam alkali tanah adalah kalsium sulfat (CaSO₄). Kalsium sulfat dapat ditemukan di alam dalam mineral gypsum. Cukup dengan melakukan pemanasan hingga suhu 100 ^oC untuk mendapatkan senyawa ini. Pemanasan tersebut bertujuan untuk mengurangi kadar air dan membentuk plaster CaSO₄.H₂O seperti reaksi berikut ini.

CaSO_4.2H₂O –> CaSO₄.H₂O + H₂O.