GOLONGAN IV A
Golongan IV A terdiri
dari karbon (C), silikon (Si), timah (Sn), germanium (Ge) dan Timbal (Pb).
Germanium, timah dan timbal adalah unsur-unsur yang jarang terdapat di alam
hanya kira-kira 10-3% . Timah dan timbal telah dikenal sejak zaman
dahulu karena kemudahannya untuk diperoleh dari batuannya.
1. Timah
(Sn)
Timah dalam
bahasa Inggris disebut sebagai Tin dengan
symbol kimia Sn. Timah adalah sebuah
unsur kimia terdapat dalam table periodik yang memiliki simbo lSn ( bahasa latin : Stannum ) dan nomor atom 50.
A.
Sejarah
Timah dalam
bahasa Inggris disebut sebagai Tin dengan
simbol kimia Sn. Kata
"Tin" diambil dari nama Dewa
bangsa Etruscan "Tinia". Nama latin dari timah
adalah"Stannum" dimana kata ini berhubungan dengan
kata"stagnum" yang dalam bahasa inggris bersinonim dengan kata "dripping" yang artinya
menjadi cair/basah. Penggunaan
kata ini dihubungkan dengan logam timah yang mudah mencair.
Timah adalah
sebuah unsur kimia terdapat dalam tabel periodik yang memiliki symbol Sn ( bahasa latin : Stannum ) dan nomor atom
50. Unsur ini merupakan logam keperakan, dapat ditempa ( malleable ), tidak mudah teroksidasi dalam udara sehinnga
tahan karat, ditemukan dalam banyak
alloy, dan digunakan untuk melapisi logam lain untuk mencegah karat. Timah diperoleh terutama dari mineral cassiterite yang terbentuk sebagai oksida. Bukti arkeologis menunjukkan bahwa orang telah menggunakan
timah selama setidaknya 5500 tahun. Tin terutama
diperoleh dari kasiterit mineral (SnO2) dan
diekstraksi dengan kasiterit dipanggang ditungku dengan karbon.
B.
Sumber
Timah dan Kelimpahannya
Timah tidak ditemukan
dalam unsur bebasnya dibumi akan tetapi diperoleh dari senyawaannya. Timah pada
saat ini diperoleh dari mineral cassiterite atau tinstone. Cassiterite
merupakan mineral oksida dari timah SnO2, dengan kandungan timah
berkisar 78%. Contoh lain sumber biji timah yang lain dan kurang mendapat
perhatian daripada cassiterite adalah kompleks mineral sulfide yaitu stanite (Cu2FeSnS4)
merupakan mineral kompleks antara tembaga-besi-timah-belerang dan cylindrite
(PbSn4FeSb2S14) merupakan mineral kompleks
dari timbale-timah-besi-antimon-belerang dua contoh mineral ini biasanya
ditemukan bergandengan dengan mineral logam yang lain seperti perak.
Timah merupakan unsur
ke-49 yang paling banyak terdapat di kerak bumi dimana timah memiliki kandungan
2 ppm jika dibandingkan dengan seng 75 ppm, tembaga 50 ppm, dan 14 ppm untuk
timbal. Cassiterite banyak ditemukan dalam deposit alluvial/alluvium yaitu
tanah atau sediment yang tidak berkonsolidasi membentuk bongkahan batu dimana
dapat dapat mengendap di dasar laut, sungai, atau danau. Alluvium terdiri dari
berbagai macam mineral seperti pasir, tanah liat, dan batu-batuan kecil. Hampir
80% produksi timah diperoleh dari alluvial/alluvium atau istilahnya deposit
sekunder. Diperkirakan untuk mendapatkan 1 Kg Cassiterite maka sekitar 7 samapi
8 ton biji timah/alluvial harus ditambang disebabkan konsentrasi cassiterite
sangat rendah.
Dibumi timah tersebar
tidak merata akan tetapi terdapat dalam satu daerah geografi dimana sumber
penting terdapat di Asia tenggara termasuk china, Myanmar, Thailand, Malaysia,
dan Indonesia. Hasil yang tidak sebegitu banyak diperoleh dari Peru, Afrika
Selatan, UK, dan Zimbabwe.
Timah adalah
unsur dengan jumlah isotop stabil yang terbanyak dimana jangkauan isotop ini
mulai dari 112 hingga 126. Dari isotop-isotop tersebut yang paling banyak jumlahnya adalah
isotop 120Sn dimana komposisinya mencapai 1/3 dari jumlah isotop Sn
yang ada,116Sn, dan 118Sn.
Isotop yang paling sedikit jumlahnya adalah 115Sn.
Timah ada dalam dua
alotrop yaitu timah alfa dan beta. Timah alfa biasa disebut timah abu-abu dan
stabil dibawah suhu 13,2 C dengan struktur ikatan kovalen seperti
diamond. Sedangkan timah beta berwarna putih dan bersifat logam,
stabil pada suhu tinggi, dan bersifat sebagai konduktor.
C.
Sifat
Fisik Timah
Sifat fisik timah
adalah sebagai berikut.
timah,
Sn, 50
|
|
Properti
Atomik
|
|
118.710 sma
|
|
145
(145) pm
|
|
141 pm
|
|
217 pm
|
|
2, 8,
18, 18, 4
|
|
Tetragonal
|
|
Ciri-Ciri
Fisik
|
|
Padat
|
|
2875 K
(4716 °F)
|
|
295.8 kJ/mol
|
|
7.029
kJ/mol
|
|
D.
Sifat
Kimia Timah
Sifat kimia timah
adalah sebgai berikut.
§ Bilangan
oksidasi : 4,2, -4
§ Nomor
atom
: 50
§ Nomor
massa
: 118,71
§ Elektronegatifitas
: 1,96 (skala pauli)
§ Energi
ionisasi 1 :
708,6 kJ/mol
§ Energi
ionisasi 2 :
1411,8 kJ/mol
§ Energi
ionisasi 3 :
2943,0 kJ/mol
§ Jari-jari
atom
: 140 pm
§ Jari-jari
ikatan kovalen: 139 pm
§ Jari-jari
van der waals : 217 pm
§ Struktur
kristal : tetragonal (Sn putih) kubik diamond (Sn abu-abu)
§ Konduktifitas
termal : 66,8 W/mK
Timah
tidak mudah dioksidasi dan tahan terhadap korosi disebabkan terbentuknya lapisan
oksida timah yang menghambat proses oksidasi lebih jauh. Timah tahan terhadap
korosi air distilasi dan air laut, akan tetapi dapat diserang oleh asam kuat,
basa, dan garam asam. Proses oksidasi dipercepat dengan meningkatnya kandungan
oksigen dalam larutan. Timah umumnya
memiliki bilangan oksidasi +2 dan +4, tetapi biloks yang paling mantapnya adalah +4. Jenis ikatan yang
terbentuk antara timah dengan unsur lain pada umumnya ikatan ionik.
E. Senyawaan Timah
Senyawaan timah yang
penting adalah organotin, SnO2, Stanat, timah klorida, timah
hidrida, dan timah sulfide.
1.
Senyawaan Organotin
Seperti yang telah
dijelaskan diatas senyawa organotin adalah senyawa yang dibangun dari timah dan
substituen hidrokarbon sehingga terdapat ikatan C-Sn. Contoh beberapa senyawa
organotin ini adalah:
§ Tetrabutiltimah,
dipakai sebagai material dasar untuk sintesis senyawaan di- dan tributil.
§ Dialkil
atau monoalkil-timah, dipakai sebagai stabilisator panas dalam pembuatan PVC.
§ Tributil-Timah
oksida, dipakai untuk pengawetan kayu.
§ Trifenil-Timah
asetat, merupakan kristal putih yang dipakai untuk insektisida dan fungisida.
§ Trifenil-timah
klorida dipakai sebagai biosida
§ Trimetil-timah
klorida, dipakai sebagai biosida dan sintesis senyawa organic.
§ Trifenil-timah
hidroksida, untuk fungisida dan engontrol serangga.
§ dll
Senyawa organotin
dibuat dari reagen Grignard dengan timah tetraklorida.
Metode yang lain adalah dengan menggunakan reaksi Wurtz seperti senyawaan alkil
natrium dengan timah halida ataupun dengan menggunakan reaksi
pertukaran antara timah halida
dengan senyawaan organo-aluminium.
2.
Timah Oksida
Cassiterite adalah mineral timah oksida dengan rumus
SnO2. Berbentuk kristal dengan banyak permukaan mengkilap sehingga
tampak seperti batu perhiasan. Kristal tipis Cassiterite tampak translusen.
Cassiterite adalah sumber mineral untuk menghasilkan logam timah yang utama dan
biasanya terdapat dialam di alluvial atau aluvium.
Oksida timah ini
merupakan oksida timah yang paling penting dalam pebuatan logam timah. SnO2
memiliki struktur kristal rutile dimana setiap 1 atom Sn berkoordinasi dengan 6
atom oksigen. SnO2 tidak larut dalam air akan tetapi larut dalam
asam dan basa kuat. SnO2 larut dalam asam halide membentuk
heksahalostanat seperti:
SnO2
+ 6HI -> H2SnI6 + 2 H2O
Atau jika dilarutkan
dalam asam maka:
SnO2
+ 6 H2SO4 -> Sn(SO4)2 + 2 H2O
SnO2 larut
dalam basa membentuk stanat dengan rumus umum Na2SnO3.
SnO2 digunakan bersama dengan vanadium oksida sebagai katalis untuk
oksidasi senyawa aromatic, dipakai sebagai pelapis, ataupun sebagai bahan
pembuatan organotin.
3.
Timah(II) Klorida
SnCl2 berupa padatan kristal
berwarna putih, dapat membentuk dihidrat yang stabil. SnCl2 dipakai
sebagai reduktor dalam larutan asam, dan juga dalam cairan electroplating. SnCl2
dibuat dengan cara reaksi gas HCl kering dengan logam Sn.
Sn +
2HCl -> SnCl2 + H2
SnCl2
memiliki satu pasangan electron bebas. Dalam bentuk fasa gas maka molekul SnCl2
berbentuk bengkok, sedangkan pada bentuk padatan SnCl2 membentuk
rantai yang saling terhubung dengan jembatan klorida. Selain dipakai sebagai
reduktor SnCl2 juga dipakai sebagai katalis, reagen analisis untuk
raksa, dan juga dipakai sebagai aditif makanan untuk mempertahankan warna dan
sebagai antioksidan.
4.
Timah(IV) Klorida
Disebut juga stani
klorida atau timah tetraklorida merupakan senyawaan kimia dengan rumus SnCl4.
Pada suhu kamar SnCl4 ini merupakan cairan yang tidak berwarna dan
akan membentuk kabut jika terjadi kontak dengan udara. SnCl4
dipergunakan sebagai senjata kimia dalam perang dunia ke-1, dipakai untuk
memperkuat gelas, dan sebagai bahan dasar pembuatan organotin.
5.
Timah Sulfida
Senyawaan timah dengan
belerang terdapat sebagai SnS yaitu timah(II) sulfida dan ada
dialam sebagai mineral herzenbergite. Pebuatan SnS adalah dibuat dengan
mereaksikan belerang, SnCl2 dan H2S.
Sn + S ->
SnS
SnCl2
+ H2S -> SnS + 2HCl
Sedangkan timah(IV)
sulfida memiliki rumus SnS2
dan terdapat dialam sebagai mineral berndtite. Senyawa ini mengendap sebagai
padatan berwarna coklat dengan penambahan H2S pada larutan senyawa
timah(IV) dan banyak dipakai sebagai ornament dekoratif karena warnanya mirip
emas.
6.
Timah Hidrida
Hidrida dari timah
disebut sebagai stannan dan rumus formulanya adalah SnH4. Hidrida
timah ini dapat dibuat dengan cara mereaksikan antara SnCl4 dengan
LiAlH4. Stannan terdekomposisi secara lambat menghasilkan loga timah
dan gas hidrogen. Hidrida
timah ini sangat analog dengan gas metana CH4.
7.
Stanat
Dalam ilmu kimia
stanat berkoporasi dengan senyawaan:
Ortostanat yang
memiliki rumus kimia SnO44- contoh senyawaannya adalah K4SnO4
atau Mg2SnO4.
Metastanat yaitu MSnO3
atau M2SnO3 yaitu campuran oksida atau polimerik anoin.
Perlu dicatat bahwa
asam stanit yang merupakan precursor stanat sebenarnya tidak terdapat dialam
dan ini sebenarnya merupakan hidrat dari SnO2. Istilah stanat juga
dipakai untuk sufiks penamaan senyawa misalnya SnCl62- hesaklorostanat.
8.
Stannite
Stannite adalah mineral sulfida dari tembaga, besi dan timah. Rumus kimianya adalah Cu2FeSnS4 dan merupakan salah satu mineral yang dipakai untuk memproduksi timah. Stannite mengandung sekitar 28% timah, 13% besi, 30% tembaga, dan 30% belerang. Stannite berwarna biru hingga abu-abu.
Stannite adalah mineral sulfida dari tembaga, besi dan timah. Rumus kimianya adalah Cu2FeSnS4 dan merupakan salah satu mineral yang dipakai untuk memproduksi timah. Stannite mengandung sekitar 28% timah, 13% besi, 30% tembaga, dan 30% belerang. Stannite berwarna biru hingga abu-abu.
9.
Cylindrite
Cylindrite merupakan mineral sulfonat yang mengandung timah, timbal, antimon, dan besi. Rumus mineral ini adalah Pb2Sn4FeSb2S14. Cylindrite membentuk kristal pinakoidal triklinik dimana biasanya berbentuk silinder atau tube dimana bentuk nyatanya adalah gulungan dari lembaran kristal ini. Warna cylindrite adalah abu-abu metalik dengan spesifik gravity 5,4. Pertama kali ditemukan di Bolivia pada tahun 1893.
Cylindrite merupakan mineral sulfonat yang mengandung timah, timbal, antimon, dan besi. Rumus mineral ini adalah Pb2Sn4FeSb2S14. Cylindrite membentuk kristal pinakoidal triklinik dimana biasanya berbentuk silinder atau tube dimana bentuk nyatanya adalah gulungan dari lembaran kristal ini. Warna cylindrite adalah abu-abu metalik dengan spesifik gravity 5,4. Pertama kali ditemukan di Bolivia pada tahun 1893.
F.
Reaktifitas Timah
Timah larut dalam larutan HCl, lambat dalam asam
encer dan lebih cepat jika asamnya pekat.
Sn(s) + 2HCl (aq) Sn2+(aq)+2Cl-(aq)+H2(g)
Dalam larutan HNO3 pekat,
timah teroksidasi menjadi SnO2.
Sn(s) + 4HNO3(aq, pekat) SnO2(S)+2H2O(l)+4NO2(g)
Reaktifitas terhadap basa adalah timah
dapat larut larutan NaOh pekat dengan reaksi yang serupa dengan alumunium.
Dalam reaksi ini timah teroksidasi menjadi bilangan oksidasi +4 dalam ion
kompleks (Sn(OH)6)2-, hasil sampingnya adalah gas H2.
Reaktifitas terhadap udara panas adalah Sn
membentuk SnO2
Reaktifitas terhadap halogen adalah Sn
reaktif, Sn cepat bereaksi.
Reaktifitas terhadap air adalah Sn tidak
reaktif.
G.
Reaksi
dengan unsur lain
Timah larut dalam HCl,
HNO3, H2SO4, dan beberapa pelarut organic seperti asam asetat, asam oksalat dan
asam sitrat. Timah juga larut dalam basa kuat seperti NaOH dan KOH.
Timah (II) cenderung
memiliki sifat logam dan mudah diperoleh dari pelarutan Sn dalam HCl pekat
panas. Berikut adalah reaksi timah dengan unsur/senyawa lain.
1. Hidrida
Hidrida timah
yang stabil hanya SnH4.
Sn(s) + 2H2 → SnH4
Sn(s) + 2H2 → SnH4
2. Reaksi dengan
Halogen
Timah bereaksi dengan klorin secara langsung membentuk Sn(IV) klorida.
Timah bereaksi dengan klorin secara langsung membentuk Sn(IV) klorida.
Sn+ 2X2 → SnX4
Contoh: Sn
+ 2Cl2 → SnCl4
3.
Reaksi dengan oksigen
Jika timah dipanaskan dengan adanya
udara maka akan terbentuk SnO2, oksida dari timah yang paling
stabil. Sebenarnya SnO ada tetapi sifatnya tidak mantap dan jika dipanaskan di
udara akan berubah menjadi SnO2.
Sn(s) + O2(g) SnO2(S)
H.
Isolasi
atau Pembuatan Timah
Berbagai macam metode dipakai untuk
membuat timah dari biji timah tergantung dari jenis biji dan kandungan
impuritas dari biji timah. Bijih timah yang biasa digunakan untuk produksi
adalah dengan kandungan 0,8-1% (persen berat) timah atau sedikitnya 0,015%
untuk biji timah berupa bongkahan-bongkahan kecil. Bijih timah dihancurkan dan kemudian dipisahkan
dari material-material yang bersifat
hidrofobik dan hidrofilik, adakalanya biji yang telah dihancurkan
dilewatkan dalam “floating tank” dan ditambahkan zat kimia tertentu sehingga biji timahnya bisa terapung
sehingga bisa dipisahkan dengan mudah.Metode ini merupakan metode pengambangan. Adapun ilustrasinya dapat digambarkan
sebagai berikut.
Biji timah kemudian
dikeringkan dan dilewatkan dalam alat pemisah magnetik sehingga kita dapat
memisahkan biji timah dari impuritas yang berupa logam besi. Biji timah yang
keluar dari proses ini memiliki konsentrasi timah antara 70-77% dan hampir
semuanya berupa mineral Cassiterite.
Cassiterite selanjutnya diletakkan
dalam furnace bersama dengan karbon dalam bentuk coal atau minyak bumi.
Adakalanya juga ditambahkan limestone dan pasir untuk menghilangkan impuritasnya
kemudian material dipanaskan pada suhu 14000C. Tujuan metode
pemanggangan ini adalah untuk
mengoksidasi logam pengotor dan memisahkan belerang dan arsen menjadi bentuk
yang volatil. Kemudian oksida direduksi dengan karbon. Reaksinya adalah sebgai berikut.
SnO2(s) + 2C(s) Sn(l)
+ 2CO2(g)
Logam timah yang dihasilkan
dipisahkan melalui bagian bawah furnace untuk diproses lebih lanjut. Melalui pelelehan ulang didalam
furnace reverberatory.
Pengotor yang tetap larut dalam timah cair teroksidasi menjadi
lapisan oksida dipermukaan cairan, kemudian dipisahkan menghasilkan timah cair
murni.
Pemurnian Timah
Untuk memperoleh timah
dengan kemurnian yang tinggi maka dapat dilakukan dengan menggunakan proses
elektrolisis. Dengan cara ini kemurnian timah yang diperoleh bisa mencapai
99,8%.
Elektrolisis Timah
I.
Manfaat Timah
Data pada tahun 2006
menunjukkan bahwa logam timah banyak dipergunakan untuk solder(52%), industri
plating (16%), untuk bahan dasar kimia (13%), kuningan & perunggu (5,5%),
industri gelas (2%), dan berbagai macam aplikasi lain (11%).
1.
Logam Timah dan Paduannya
Logam timah banyak
manfaatnya baik digunakan secara tunggal maupun sebagai paduan logam (alloy)
dengan logam yang lain terutama dengan logam tembaga. Logam timah juga sering
dipakai sebagai container dalam berbagai macam industri. Contoh-contoh paduan antara
tembaga dan timah adalah sebagai
berikut.
§Pewter, merupakan paduan
antara 85-99% timah dan sisanya tembaga, antimony, bismuth, dan timbale. Banyak
dipakai untuk vas, peralatan ornament rumah, atau peralatan rumah tangga.
§Bronze adalah paduan logam
timah dengan tembaga dengan kandungan timah sekitar 12%.
§Fosfor Bronze adalah paduan
bronze yang ditambahkan unsur fosfor.
2.
Plating
Logam timah banyak
dipergunakan untuk melapisi logam lain seperti seng, timbal dan baja dengan
tujuan agar tahan terhadap korosi. Aplikasi ini banyak dipergunakan untuk
melapisi kaleng kemasan makanan dan pelapisan pipa yang terbuat dari logam.
3.
Superkonduktor
Timah memiliki sifat
konduktor dibawah suhu 3,72 K. Superkonduktor dari timah merupakan
superkonduktor pertama yang banyak diteliti oleh para ilmuwan contoh
superkonduktor timah yang banyak dipakai adalah Nb3Sn.
4.
Solder
Solder sudah banyak
dipakai sejak dahulu kala. Timah dipakai dalam bentuk solder merupakan campuran
antara 5-70% timah dengan timbal akan tetapi campuran 63% timah dan 37% timbal
merupakan komposisi yang umum untuk solder. Solder banyak digunakan untuk
menyambung pipa atau alat elektronik.
5.
Pembuatan Senyawa Organotin
Senyawa organotin merupakan senyawa kimia yang
terdiri dari timah (Sn) dengan hidrokarbon membentuk ikatan C-Sn. Senyawa ini
merupakan bagian dari golongan senyawa organometalik. Senyawa ini banyak
dipakai untuk sintesis senyawa organic, sebagai biosida, sebagai pengawet kayu,
sebagai stabilisator panas, dan lain sebagainya.
6.
Pembuatan Senyawaan Kimia Untuk Berbagai
Keperluan
Logam timah juga
dipakai untuk membuat berbagai macam
senyawaan kimia. Salah satu senyawa kimia yang sangat penting adalah SnO2
dimana dipakai untuk resistor dan dielektrik, dan digunakan untuk membuat
berbagai macam garam timah. Senyawa SnF2 merupakan aditif yang
banyak ditambahkan pada pasta gigi. Senyawaan timah, tembaga, barium, kalsium dipakai untuk pembuatan
kapasitor. Dan tentu saja senyawaan kimia juga sering dipakai untuk pembuatan
katalis.
2. Germanium
Germanium adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambing Ge dan nomor atom 32. Logam ini ditemukan di argyrodite,
sulfida germanium dan perak, germanite yang mengandung 8% unsur ini,
bijih seng, batubara, mineral-mineral lainnya. Unsur ini diambil secara
komersil dari debu-debu pabrik pengolahanbijih-bijih seng, dan sebagai produk
sampingan beberapa pembakaran batubara.
A. Sejarah
Pada tahun 1869, Dimitri
Mendeleev diprediksi keberadaannya dan beberapa sifat berdasarkan posisi
Germanium pada tabel periodik dan disebut eksasilicon elemen. Hampir dua dekade
kemudian, pada tahun 1886, Clemens Winkler menemukan unsur baru bersama dengan
perak dan belerang, mineral langka dalam argyrodite. Walaupun unsur baru agak
menyerupai arsen dan antimon dalam penampilan, rasio yang menggabungkan unsur
dalam senyawa baru setuju dengan prediksi Mendeleev untuk keluarga prediksi
silikon. Dalam analisis berikutnya ia menemukan bahwa itu cocok deskripsi dari
elemen Mendeleev sebelumnya disebut "ekasilicon." Winkler memutuskan
untuk memberi nama unsur baru germanium, sebagai penghormatan kepada tanah
airnya.
B.
Sumber
Germanium dan Kelimpahannya
Germanium merupakan unsur dengan peringkat kelima puluh
di dekat kelimpahan unsur-unsur dalam kerak bumi. Logam ini ditemukan dalam argyrodite, sulfida germanium dan perak, germanite, yang mengandung 8% unsur ini bijih seng, batubara, mineral-mineral
lainnya. Unsur ini diambil secara
komersil dari debu-debu pabrik pengolahan bijih-bijih seng, dan sebagai produk
sampingan beberapa pembakaran batubara. Di alam, Germanium
(Ge) memiliki
kelimpahan yg lebih tinggi bila dibandingkan dgn timah & timbal, karena Germanium (Ge) mudah ditemukan dalam senyawaan yang terdapat di kulit bumi.
Ada beberapa isotop germanium seperti tertera pada
tabel berikut.
Isotop
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
C .Sifat Fisik Germanium
Germanium adalah
suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang unsur (Ge) dan
nomor atom 32. Unsur ini logam yang putih keabu-abuan, massa atomnya
72.64 g/mol. Dalam bentuknya yang murni, germanium berbentuk kristal dan rapuh.
Germanium merupakan bahan semikonduktor yang penting. Teknik pengilangan-zona (zone-refining
techniques) memproduksi germanium kristal untuk semikonduktor dengan kemurnian
yang sangat tinggi. ciri-ciri fisik dan ciri-ciri atom germanium adalah sebagai
berikut:
Ciri-ciri Fisik
Fasa :
Padat
Deret kimia : Metaloid
Massa Jenis :
5.323 g/cm³
Massa jenis
cair pada titik
lebur : 5.60 g/cm³
Titik
lebur :
1211.40 K
Titik
Didih :
3106 K
Kalor peleburan :
36.94 kJ/mol
Kalor
penguapan :
334 kJ/mol
D. Sifat Kimia Germanium
Sifat kimia germanium adalah sebagai
berikut.
Struktur
kristal : cubic face centered
Elektronegativitas :
2.01 (skala pauling)
Energy
ionisasi :
ke-1 762 kJ/mol
ke-2
1537.5 kJ/mol
ke-3
3302.1 kJ/mol
jari-jari
atom :
125 pm
jari-jari
kovalen :
122 pm
Germanium
umumnya memiliki bilangan oksidasi +2 dan +4, tetapi biloks yang paling
mantapnya adalah +4. Jenis ikatan yang terbentuk antara timah dengan unsur lain
pada umumnya ikatan kovalen. Germanium
agak lebih relaktif daripada
silikon dan melarut dalam H2SO4 dan HNO3
pekat.
E. Senyawaan
Germanium
Dua germanium
oksida dikenal yaitu Germanium dioksida (Germania) dan monoksida
germanium GeO. Dioksida
ini dapat diperoleh dengan pemanggangan sulfide germanium dan
merupakan bubuk putih yang hanya sedikit larut dalam air tetapi bereaksi dengan
alkali untuk membentuk germinates. Monoksida, oksida germaous dapat diperoleh
dengan reaksi suhu tinggi dari dengan logam Ge. Senyawa biner
lainnya, kalkogen juga dikenal seperti disulfida, diselenide dan monosulfida GeS, selenide GeSe, dan telluride GeTe.
Bentuk sebagai endapan putih ketika hydrogen sulfide dilewatkan
melalui larutan asam kuat yang mengandung Ge (IV). Disulfide ini lumayan larut
dalam air dan dalam larutan alkali kaustik atau sulfida basa, tetapi tidak larut dalam larutan asam.
Germanium
klorida (GeCl4) diperoleh
sebagai cairan berwarna merah, mendidih pada 83º C dengan pemanasan logam
dengan klorin. Senyawa-senyawa germanium yang lainnya adalah bismuth
germanae, tetra ethil germane, tetra metal germane.
F.
Reaktifitas Germanium
Germanium
agak lebih reaktif daripada
silikon dan melarut dalam H2SO4 dan HNO3
pekat.
G.
Reaksi
dengan unsur lain
Germanium (Ge) stabil di udara & air pada keadaan yg normal, & sukar
bereaksi dgn alkali & asam, kecuali dengan asam nitrat. Germanium agak lebih reaktif daripada silikon dan
melarut dalam H2SO4 dan HNO3 pekat. Jika germanium direaksikan dengan
HF anhidrat pada suhu 2000C akan diperoleh GeF2 yang
berupa kristal berwarna putih. Dihalida germanium umumnya stabil. Berikut
adalah beberapa reaksi germanium dengan unsur atau senyawa lain.
1.
Reaksi
dengan Hidrogen
Hidrida
germanium yang stabil hanya GeH4.
Ge(s) + 2H2 → GeH4(s)
Ge(s) + 2H2 → GeH4(s)
2.
Reaksi
dengan Halogen
Germanium bereaksi dengan klorin membentuk senyawa berikut.
Ge+ 2X2 → GeX4
Contoh:
Ge + 2Cl2 → GeCl4(S)
3.
Reaksi
dengan oksigen
Reaksi germanium dengan oksigen adalah
sebagai berikut.
2Ge(s) + O2(g) 2GeO(S)
Ge(s) + O2(g) GeO2(S) (Stabil)
H.
Isolasi
atau Pembuatan Germanium
Sumber Logam Germanium
(Ge) yaitu argyrodite (sulfida dari Germanium (Ge) & perak); germanite (mengandung 8% Germanium (Ge));
seng ores; batu bara; & mineral lain. . Germanium (Ge) dapat dipisahkan dari logam lain dengan penyulingan pecahan dari
Tetraklorida stabil. Teknik ini menghasilkan Germanium
(Ge) dgn kemurnian
sangat tinggi.
Biasanya tidak perlu membuat
germanium di laboratorium karena sudah tersedia secara
komersial. Germanium tersedia melalui pengobatan germanium dioksida, GeO 2, dengan
karbon atau hidrogen. Ekstraksi germanium dari debu buang adalah kompleks
karena kesulitan dalam memisahkan dari seng yang juga
hadir.
GeO 2 + 2C →
Ge + 2CO
GeO 2 +
2H 2 → Ge + 2H 2 O
Germanium sangat murni dapat dibuat dengan reaksi
GeCl 4 dengan hidrogen. Reaksinya
adalah sebagai berikut.
GeCl 4 +
2H 2 → Ge + 4HCl
I.
Manfaat
Germanium
Ketika germanium didoping dengan arsenik, galium atau
unsur-unsur lainnya, ia digunakan sebagai transistor dalam banyak barang
elektronik. Kegunaan umum germanium adalah sebagai bahan semikonduktor.
Kegunaan lain unsur ini adalah sebagai bahan pencampur logam, sebagai fosfor di
bola lampu pijar dan sebagai katalis. Germanium dan germanium oksida tembus
cahaya sinar infra merah dan digunakan dalam spekstroskopi infra merah dan
barang-barang optik lainnya, termasuk pendeteksi infra merah yang sensitif.
Indeks refraksi yang tinggi dan sifat dispersi oksidanya telah membuat
germanium sangat berguna sebagai lensa kamera wide-angle dan microscope
objectives. Bidang studi kimia organogermanium berkembang menjadi bidang
yang penting. Beberapa senyawa germanium memiliki tingkat keracunan yang rendah
untuk mamalia, tetapi memiliki keaktifan terhadap beberapa jenis bakteria,
sehingga membuat unsur ini sangat berguna sebagai agen kemoterapi.
Silikon-germanium
paduan cepat menjadi bahan semikonduktor yang penting, untuk digunakan dalam
kecepatan tinggi sirkuit terpadu. Sirkuit memanfaatkan sifat dari Si-SiGe
persimpangan dapat jauh lebih cepat dibandingkan mereka yang menggunakan
silikon saja. Silikon-germanium mulai menggantikan gallium arsenide (GaAs)
dalam perangkat komunikasi nirkabel. chip SiGe, dengan kecepatan tinggi
properti, dapat dibuat dengan biaya rendah, mapan teknik produksi industri chip
silikon.
Kenaikan biaya energi baru-baru ini telah meningkatkan ekonomi panel surya, penggunaan baru yang potensial utama dari germanium. Germanium adalah substrat wafer untuk sel multijunction efisiensi tinggi fotovoltaik untuk aplikasi ruang.
Karena germanium dan gallium arsenide memiliki konstanta kisi yang hampir sama, germanium substrat dapat digunakan untuk membuat sel surya gallium arsenide The Exploration Rovers Mars dan beberapa satelit menggunakan galium arsenide persimpangan tiga pada sel germanium.
Germanium-on-insulator substrat dipandang sebagai pengganti potensial untuk silikon pada chip miniatur Penggunaan lain dalam elektronik termasuk fosfor di lampu neon, Dan germanium-dasar yang solid-state dioda pemancar cahaya (LED). Germanium transistor masih digunakan di beberapa pedal efek oleh para musisi yang ingin mereproduksi karakter nada khas dari "bulu"-nada dari batu awal dan era roll, terutama Arbiter Fuzz Dallas Wajah.
Germanium dioksida juga digunakan dalam katalis untuk polimerisasi dalam produksi polyethylene terephthalate (PET) . Para kecemerlangan tinggi dari poliester yang dihasilkan terutama digunakan untuk botol PET dipasarkan di Jepang. Namun, di Amerika Serikat, tidak ada germanium digunakan untuk katalis polimerisasi. Karena kesamaan antara silika (SiO2) dan germanium dioksida (GeO2), fase diam silika dalam beberapa kolom kromatografi gas dapat digantikan oleh GeO2.
Dalam beberapa tahun terakhir telah melihat germanium meningkatnya penggunaan dalam paduan logam mulia. Dalam paduan sterling silver, misalnya, telah ditemukan untuk mengurangi firescale, meningkatkan menodai perlawanan, dan meningkatkan respons paduan terhadap pengerasan presipitasi. Sebuah noda-bukti paduan perak, Argentium merek dagang, membutuhkan germanium 1,2%.
Kemurnian tinggi detektor germanium kristal tunggal justru dapat mengidentifikasi sumber radiasi-misalnya dalam keamanan bandara . Germanium adalah berguna untuk monokromator untuk beamlines digunakan dalam kristal tunggal neutron hamburan dan sinkrotron difraksi sinar-X. Reflektivitas ini memiliki keunggulan dibandingkan silikon dalam neutron dan energi tinggi sinar-X aplikasi. Kristal germanium kemurnian tinggi yang digunakan dalam detektor untuk spektroskopi gamma dan pencarian materi gelap.
Kenaikan biaya energi baru-baru ini telah meningkatkan ekonomi panel surya, penggunaan baru yang potensial utama dari germanium. Germanium adalah substrat wafer untuk sel multijunction efisiensi tinggi fotovoltaik untuk aplikasi ruang.
Karena germanium dan gallium arsenide memiliki konstanta kisi yang hampir sama, germanium substrat dapat digunakan untuk membuat sel surya gallium arsenide The Exploration Rovers Mars dan beberapa satelit menggunakan galium arsenide persimpangan tiga pada sel germanium.
Germanium-on-insulator substrat dipandang sebagai pengganti potensial untuk silikon pada chip miniatur Penggunaan lain dalam elektronik termasuk fosfor di lampu neon, Dan germanium-dasar yang solid-state dioda pemancar cahaya (LED). Germanium transistor masih digunakan di beberapa pedal efek oleh para musisi yang ingin mereproduksi karakter nada khas dari "bulu"-nada dari batu awal dan era roll, terutama Arbiter Fuzz Dallas Wajah.
Germanium dioksida juga digunakan dalam katalis untuk polimerisasi dalam produksi polyethylene terephthalate (PET) . Para kecemerlangan tinggi dari poliester yang dihasilkan terutama digunakan untuk botol PET dipasarkan di Jepang. Namun, di Amerika Serikat, tidak ada germanium digunakan untuk katalis polimerisasi. Karena kesamaan antara silika (SiO2) dan germanium dioksida (GeO2), fase diam silika dalam beberapa kolom kromatografi gas dapat digantikan oleh GeO2.
Dalam beberapa tahun terakhir telah melihat germanium meningkatnya penggunaan dalam paduan logam mulia. Dalam paduan sterling silver, misalnya, telah ditemukan untuk mengurangi firescale, meningkatkan menodai perlawanan, dan meningkatkan respons paduan terhadap pengerasan presipitasi. Sebuah noda-bukti paduan perak, Argentium merek dagang, membutuhkan germanium 1,2%.
Kemurnian tinggi detektor germanium kristal tunggal justru dapat mengidentifikasi sumber radiasi-misalnya dalam keamanan bandara . Germanium adalah berguna untuk monokromator untuk beamlines digunakan dalam kristal tunggal neutron hamburan dan sinkrotron difraksi sinar-X. Reflektivitas ini memiliki keunggulan dibandingkan silikon dalam neutron dan energi tinggi sinar-X aplikasi. Kristal germanium kemurnian tinggi yang digunakan dalam detektor untuk spektroskopi gamma dan pencarian materi gelap.
3.
Timbal
Timbal dalam bahasa Inggris
yaitu “Lead” dengan simbol kimia “Pb”. Timbal adalah
suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Pb dan nomor atom 82.
A.
Sumber
Timbal dan Kelimpahannya
Timbal
didapatkan dari galena (PbS) dengan proses pemanggangan. Anglesite, cerussite,
dan minim adalah mineral-mineral timbal yang lazim ditemukan. Anglesite
merupakan mineral timbal yang mengandung timbal sulfat PbSO4.
Mineral ini terjadi sebagai hasil oksidasi mineral gelena akibat pengaruh
cuaca. Warna mineral ini dari putih, abu-abu, hingga kuning, jika tidak murni
maka warnanya abu-abu gelap. Mineral ini memiliki spesifik grafiti 6,3 dengan
kandungan timbal sekitar 73%.
Timbal alami
adalah campuran 4 isotop 204Pb (1.48%), 206Pb (23.6%), 207Pb
(22.6%) dan 208Pb (52.3%). Isotop-isotop timbal merupakan produk akhir
dari tiga seri unsur radioaktif alami 206Pb untuk seri uranium, 207Pb
untuk seri aktinium, dan 208Pb untuk seri torium. Dua puluh tujuh isotop
timbal lainnya merupakan radioaktif. Timbal tidak memiliki alotrof. Tidak adanya alotrof ini, karena berada di
bagian bawah golongan IV A, serupa yang dijumpai pada bismut (di bawah dalam
golongan V A).
B.
Sifat Fisik Timbal
Adapun
sifat fisik timbal tertera dalam tabel berikut.
lead, Pb, 82
|
||||||||||||||||||||||
2, 8, 18, 32, 18, 4
|
||||||||||||||||||||||
Ciri-ciri fisik
|
||||||||||||||||||||||
11.34 g/cm³
|
||||||||||||||||||||||
10.66 g/cm³
|
||||||||||||||||||||||
4.77 kJ/mol
|
||||||||||||||||||||||
179.5 kJ/mol
|
||||||||||||||||||||||
(25 °C) 26.650 J/(mol·K)
|
||||||||||||||||||||||
|
Timbal sebagai logam berat merupakan unsur yang terbanyak di
dunia. Istilah logam berat digunakan pada timbal karena mempunyai kerapatan
(massa jenis) yang sangat tinggi yaitu 11,34 gram/cm3, jauh lebih
tinggi daripada kerapatan tertinggi bagi logam transisi pertama yaitu 8,92
gram/cm3 untuk tembaga.
C.
Sifat Kimia Timbal
Unsur
|
Timbal
|
Bilangan
oksidasi
|
+4,+2,
|
Elektronegatifitas
|
2,33 (skala pauling)
|
Energi
ionisasi 1
|
715,6 kJ/mol
|
Energi
ionisasi 2
|
1450,5 kJ/mol
|
Energi
ionisasi 3
|
3081,5 kJ/mol
|
Potensial elektrode E0 (v)
[M2+(aq) + 2e- M(p)
[M4+(aq) + 2e- M2+(aq)
|
-0,126
+1,5
|
Jari – jari atom
|
175 pm
|
Timbal
dengan konfigurasi elektron [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2, pada umumnya membentuk
senyawa-senyawa dengan bilangan oksidasi +2 (lebih stabil) dan +4. Timbal mempunyai tiga isotop
stabil yaitu 206Pb yang stabil dengan 124 neutron, 207Pb yang stabil dengan 125
neutron, serta 208Pb yang satbil dengan 126 neutron. Selain tiga isotop stabil
di atas, timbal juga mempunyai tiga isotop lain yaitu 204Pb dengan waktu paruh
>1,4 x 1017 y, 205Pb yang sintesis dengan waktu paruh 1.53 x 107 y, serta
210Pb yang mempunyai waktu paruh 22,3 y..Sifat-sifat timbal sangat mirip dengan
timah, apalagi timbal dan timah terletak pada golongan yang sama dalam sistem
periodik unsur. Satu hal yang berbeda yaitu bahwa peran pasangan inert (6s2)
dalam senyawa timbal(II) relatif lebih besar dalam menstabilkan senyawanya
daripada peran tersebut dalam senyawa timah(II). Oleh karena itu timbal(II)
relatif lebih stabil dan lebih banyak ditemui daripada timbal(IV), dan dengan
demikian timbal(II) bukan reduktor yang baik tidak seperti halnya timah(II),
melainkan timbal(IV) adalah oksidator yang baik dibanding timah(IV).
D.
Reaktifitas Timbal
Harga potensial
elektroda timbal adalah -0,13V. Kereaktifannya yang rendah ini dapat dikaitkan
dengan overvoltage yang tinggi terhadap hidrogen. Jadi, timbal tidak
terlarutkan oleh H2SO4 encer dan HCl pekat. Reaksi timbal dengan HCl atau H2SO4 encer berhenti
tidak lama setelah reaksi dimulai sebab hasilnya PbCl2(s) dan PbSO4(
s) melindungi logam dari serangan lebih jauh. Tetapi PbCl2(s) lama
kelamaan larut dalam larutan HCl pekat dengan pembentukan ion kompleks [PbCl3]-
. Setelah itu, timbal dapat larut seluruhnya.
Timbal tidak diserang oleh H2SO4 pada suhu di bawah
2000C. Hasil reaksi oleh HNO3 ialah Pb(NO3)2
dan bermacam-macam oksida nitrogen, bergantung dari keadaan reaksinya.
E.
Reaksi
dan Senyawaan Timbal
1.Oksida
Ada tiga macam oksida
timbal yang penting, yaitu PbO, PbO2, dan Pb3O4.
Timbal(II)
oksida (kuning) dapat diperoleh dari pemanasan timbal dengan udara.Untuk
reaksinya adalah sebagai berikut.
2Pb(s) + O2(g) 2PbO(s)
Timbal(IV)
oksida (cokelat) dapat diperoleh dari oksidasi senyawa timbal(II) dalam larutan
basa; dengan oksidator larutan natrium hipoklorit, NaClO. Adapun persamaan
reaksinya yaitu sebagai berikut.
ClO-(aq) + H2O(l)
+ 2e- Cl-(aq)
+ 2OH-(aq)
Pb2+(aq) + 4OH-(aq) PbO2(s) + 2H2O(l) + 2e-
Pb2+(aq) + 4OH-(aq) PbO2(s) + 2H2O(l) + 2e-
Pb2+(aq) + 2OH-(aq) + ClO-(aq) PbO2(s) + Cl-(aq) + 2H2O(l)
Pb3O4 (kuning
kemerahan) dapat diperoleh
dari oksidasi PbO dalam udara terbuka dengan pemanasan pada temperatur sekitar
4000C-5000C.
Senyawa ini berwarna kuning kemerahan. Reaksinya adalah sebagai berikut.
Senyawa ini berwarna kuning kemerahan. Reaksinya adalah sebagai berikut.
6PbO(s) + O2(g) 2Pb3O4(s)
2.
Senyawa PbCl2
Senyawa
ini dapat terbentuk dari reaksi antara timbal dengan klor dan biloks timbal
pada senyawa ini adalah +2. Reaksinya adalah sebagai berikut.
Pb(s) +
Cl2(g) PbCl2(s)
3.Timbal
sulfide
Timbal sulfida
dapat terbentuk dengan mengalirkan gas hidrogen sulfida ke dalam campuran yang
mengandung endapan timbal klorida putih, reaksinya adalah sebagai berikut.
PbCl2(s) + H2S(g)
PbS(S) + 2H+ +2Cl-
F.
Isolasi atau Pembuatan Timbal
Isolasi atau pembuatan timbal adalah sebagai berikut.
1. Ekstraksi
a. Bijih Galena dipekatkan dengan teknik flotasi buih.
b. Ditambah kuarsa, SiO2 lalu dilakukan proses pemanggangan.
2PbS + 3O2 2PbO + 2SO2
c. Direduksi dengan batu bara coke (C) dan air kapur.
PbO (p) + C (p) Pb (c) + CO (g)
PbO (p) + CO (g) Pb (c) + CO2 (g)
Maksudnya dalam proses pemanggangan dengan temperatur tinggi ada kemungkinan sebagian Galena diubah menjadi PbSO4, dimana oleh kuarsa akan diubah menjadi silikat menurut persamaan berikut.
PbSiO3 + SO4 PbSO4 + SiO2
Silikat diubah oleh air kapur (CaO) menjadi PbCO dan kalsium silikat (CaSPO3).
PbO + CaSiO3 PbSiO3 (s) + CaO
Alternatif lain pada proses reduksi dipakai reduktan bijih bakar dari Galena segar sebagai pengganti batu bara.
Pb + SO2 (g) PbS (s) + 2PbO (s)
a. Bijih Galena dipekatkan dengan teknik flotasi buih.
b. Ditambah kuarsa, SiO2 lalu dilakukan proses pemanggangan.
2PbS + 3O2 2PbO + 2SO2
c. Direduksi dengan batu bara coke (C) dan air kapur.
PbO (p) + C (p) Pb (c) + CO (g)
PbO (p) + CO (g) Pb (c) + CO2 (g)
Maksudnya dalam proses pemanggangan dengan temperatur tinggi ada kemungkinan sebagian Galena diubah menjadi PbSO4, dimana oleh kuarsa akan diubah menjadi silikat menurut persamaan berikut.
PbSiO3 + SO4 PbSO4 + SiO2
Silikat diubah oleh air kapur (CaO) menjadi PbCO dan kalsium silikat (CaSPO3).
PbO + CaSiO3 PbSiO3 (s) + CaO
Alternatif lain pada proses reduksi dipakai reduktan bijih bakar dari Galena segar sebagai pengganti batu bara.
Pb + SO2 (g) PbS (s) + 2PbO (s)
2. Pemurnian
a. Pb dilelehkan beberapa saat pada suhu di bawah titik leleh tembaga sehingga Cu pengotor mengkristal dan dapat dipisahkan.
b. Udara ditiupkan di atas permukaan lelehan Pb sehingga pengotor Arsen dan antimon diubah menjadi Arsenat dan antimonat atau oksidanya.termasuk Bismuth sehingga buih di atas permukaan yang dapat disendoki keluar.
c. Ditambah 1-2% Zn agar Ag dan Au akan terbawa dalam Zn yang akan mengkristal lebih dahulu dan dapat dipisahkan dari lelehan Pb.
d. Didinginkan perlahan pada suhu 4800-4200 C.
a. Pb dilelehkan beberapa saat pada suhu di bawah titik leleh tembaga sehingga Cu pengotor mengkristal dan dapat dipisahkan.
b. Udara ditiupkan di atas permukaan lelehan Pb sehingga pengotor Arsen dan antimon diubah menjadi Arsenat dan antimonat atau oksidanya.termasuk Bismuth sehingga buih di atas permukaan yang dapat disendoki keluar.
c. Ditambah 1-2% Zn agar Ag dan Au akan terbawa dalam Zn yang akan mengkristal lebih dahulu dan dapat dipisahkan dari lelehan Pb.
d. Didinginkan perlahan pada suhu 4800-4200 C.
3. Elektrolisis
a. Menggunakan elektrolit larutan PbSiF6 dan H2SiF6.
b. Lembaran tebal Pb dipasang sebagai katoda.
c. Anoda Pb teroksidasi menjadi logam Pb dan melekat pada katoda.
d. Diperoleh kemurnian Pb 99,9%.
a. Menggunakan elektrolit larutan PbSiF6 dan H2SiF6.
b. Lembaran tebal Pb dipasang sebagai katoda.
c. Anoda Pb teroksidasi menjadi logam Pb dan melekat pada katoda.
d. Diperoleh kemurnian Pb 99,9%.
G.
Manfaat Timbal
Ada banyak
manfaat timbal di antaranya adalah sebagai berikut.
1.
Timbal digunakan dalam aki dimana aki ini banyak dipakai dalam bidang automotif.
2.
Timbal dipakai sebagai agen pewarna dalam bidang
pembuatan keramik terutama untuk warna kuning dan merah.
3.
Timbal dipakai dalam industri plastic PVC untuk menutup
kawat listrik.
4.
Timbal dipakai sebagai proyektil untuk alat tembak dan
dipakai pada peralatan pancing untuk pemberat disebakan timbale memiliki
densitas yang tinggi, harganya murah dan mudah untuk digunakan.
5.
Timbal banyak dipakai untuk elektroda pada peralatan
elektrolisis.
6.
Timbal digunakan untuk solder untuk industri
elektronik.
7.
Timbal ditambahkan dalam peralatan yang terbuat dari
kuningan agar tidak licin dan biasanya digunakan dalam peralatan permesinan.
8.
Timbal dipakai
dalam raket untuk memperberat massa raket.
9.
Timbal karena
sifatnya tahan korosi maka dipakai dalam bidang kontruksi.
10. Semikonduktor berbahan dasar timbal
11. banyak
seperti Timbal telurida, timbal
12. selenida,
dan timbale antimonida dipakai dalam peralatan sel surya dan dipakai dalam
peralatan detector inframerah.