golongan IIIA


A.    Sumber dan Kelimpahan Unsur-Unsur Golongan IIIA

Sumber Unsur-Unsur Golongan IIIA
Aluminium adalah salah satu logam terpenting yang tedapat dalam kerak bumi. Bijih aluminium yang digunakan untuk produksi aluminium adalah bauksit. Bauksit mengandung hidrat aluminium oksida, Al2O3.H2O, dan Al2O3.3H2O serta oksida besi, silikon, titanium, sedikit tanah liat dan silikat. Kadar Aluminium Oksida (Alumina) dapat mencapai 35% – 60%.

Boron tidak ditemukan di alam,  tetapi timbul sebagai asam othorboric dan biasanya ditemukan dalam sumber mata air gunungberapi dan sebagai borates di dalam boron dan colemantie. Ulexite, mineral boron yang lain dianggap sebagai serat optic alami. Sumber-sumberpenting boron adalah rasorite (kernite) dan tincal (bijih borax). Kedua bijih ini dapat ditemukan di gurun Mojave. Tincal merupakan sumber penting boron dari Mojave. Deposit borax yang banyak juga ditemukan di Turkey. Boron muncul secara alami sebagai campuran isotop 10B sebanyak 19.78% dan isotop 11B 80.22%. Boron bukan konduktor listrik yang bagus pada suhu ruangan, tetapi pada suhu yang lebih tinggi.

Galium seringditemukansebagaielemen yang terkandung di dalamdiaspore, sphalerite, germanite, bauksit dan batubara. Analisa debu dari hasil pembakaran batubara pernah menunjukkan kandungan gallium sebanyak 1.5%.

Indium sering diasosiasikan dengan seng dan dari bahan inilah indium diproduksi secara komersil. Ia juga ditemukan di bijih besi, timbale dan tembaga.

Talium terdapat di  crooksite, lorandite, dan hutchinsonite. Ia juga ada dalam pyrites dan diambil dengan cara memanggang bijih ini. Talium juga dapat diambil dengan cara melebur bijih timbale dan seng. Proses pengambilan talium agak kompleks dan tergantung sumbernya. Manganes nodules, ditemukan di dasar samudera juga mengandung talium.


Kelimpahan Unsur-Unsur Golongan IIIA
Aluminium terdapat melimpah dalam kulit bumi, yaitu sekitar 7,6 %.Dengan kelimpahan sebesar itu, aluminium merupakan unsur ketiga terbanyak setelah oksigen dan silikon, serta merupakan unsur logam yang paling melimpahtetapi tidak ditemukan dalam bentuk unsur bebas di alam. Walaupun senyawaaluminium ditemukan paling banyak di alam, selama bertahun-tahun tidakditemukan cara yang ekonomis untuk memperoleh logam aluminium darisenyawanya. Oleh karena itu aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena pengolahannya sukar. Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalahbauksit yang merupakan satu-satunya sumber aluminium. Bauksit mengandung aluminium dalam bentuk aluminium oksida (Al2O3). Kriloit digunakan padapeleburan aluminium, sedang tanah liat banyak digunakan untuk membuat batubata, keramik. Di Indonesia, bauksit banyak ditemukan di pulau Bintan dan di tayan(Kalimantan Barat). Aluminium (Al) adalah unsur logam yang biasa dijumpai dalam kerak bumi yang terdapat dalam batuan seperti felspar dan mika. Umumnya juga dalam bentuk aluminium silikat dan campurannya dalam logam lain seperti natrium, kalium, furum, kalsium & magnesium. Kelimpahan Aluminium dalam kulit bumi (ppm) sebesar 81,300.

Galium (Ga) terdapat dalam jumlah yg sedikit di alam, yaitu dalam bentuk bauksit, pirit, magnetit dan kaolin. Biji Galium(Ga) sangat langka tetapi Galium (Ga)terdapat di logam-logam yang lain. Kelimpahan Galium dalam kulit bumi (ppm) sebesar  15.

Indium tidak pernah ditemukan dalam bentuk logam bebas di alam, tetapi dalam bentuk sulfida (In2S3) dan dalam bentuk campuran seng, serta biji tungsten, timah dan besi. Kelimpahan Indium  dalam kulit bumi (ppm) sebesar  0,1.

Di alam Talium terdapat dalam bentuk batu-batuan dan merupakan keluarga logam aluminium yang terdapat dalam bentuk gabungan dengan pirit, campuran seng dan hematit. Kelimpahan Talium dalam kulit bumi (ppm) sebesar 2.



B.  Sifat Logam Golongan IIIA

Sifat Fisik
Al
Ga
In
Tl
Konfigurasi elektron terluar
3S23P2
4S24P1
5S25P1
6S26P1
Jari-jari logam (pm)
143
141
166
171
Jari-jari ion (pm)M+
M3+
-50
11362
13281
14095
Energi Ionisasi pertama (KJ/mol)
576,4
578,3
558,1
589
Keelektronegatifan (Skala Pauling)
1,5
1,6
1,7
1,8
Potensial Elektroda ( V )M+ (aq) + e         M ( p)
M3+ (aq) + 3e        M (p)
-
-1,66
-
-0,56
-0,25
-0,34
-0,34
+0,72
Titik Cair ( oC)
660,4
29,8
156,6
303,5
Titik didih ( oC)
2467
2403
2080
1457
Kelimpahan dalam kulit bumi (ppm)
81,300
15
0,1
2
Kecenderungan sifat logam golongan IIIA:
  • Jari-jari logam cenderung berkurang dari Ga- Tl, kecuali logam Al
  • Jari-jari ion cenderung meningkat dari Al – Tl
  • Energi ionisasi pertama unsur golongan IIIA cenderung berkurang dari Al – Tl
  • Keelektronegatifan unsur golongan IIIA cenderung bertambah dari Al – Tl
  • Titik cair unsur golongan IIIA cenderung bertambah dari Ga – Tl, kecuali Al memiliki titik cair yang besar
  • Titik didih unsur golongan IIIA cenderung berkurang dari Al – Tl
Potensial reduksi negatif menyatakan bahwa unsur lebih bersifat logam dibandingkan hidrogen. Energi pengionan dari logam golongan IIIA hampir sama satu sama lain, kecuali energi hidrasi Al3+  merupakan yang terbesar di antara kation golongan IIIA. Hal ini menjelaskan bahwa Al3+ mempunyai potensial reduksi negatif yang paling besar di antara kation golongan IIIA dan bahwa Al adalah logam yang paling aktif.
Sifat menarik dari unsur Ga, In, dan Tl yang tidak terdapat pada Al adalah kemampuan membentuk ion bermuatan satu. Kemampuan ini menunjukkan adanya pasangan elektron lembam, nS2, dalam atau dari unsur pasca-peralihan (post-transition). Jadi, sebuah atom Ga dapat kehilangan elektron pada 4p dan mempertahankan elektron 4s untuk membentuk ion Ga+, dengan konfigurasi elektron [Ar]3d104s2. Kemungkinan ini lebih mudah terjadi pada atom yang lebih berat dalam golongan. Dalam kenyataannya , talium dengan bilangan oksidasi +1 lebih mantap dalam larutan berair dibanding taliuum dengan bilangan oksidasi +3.
Ukuran ion yang kecil, besarnya muatan ion, dan tingginya energi ionisasi menyebabkan logam golongan IIIA umumnya memiliki sifat kovalen yang tinggi ( ion Al3+ tidak dijumpai kecuali dalam ALF3 padat). Dalam larutan berair, ion Al3+ berada dalam bentuk ion terhidrat Al(H2O)63+ atau dalam bentuk kompleks lainnya. Al sangat stabil terhadap udara, karena membentuk lapisan oksida pada permukaannya yang digunakan untuk melindungi logam dari oksidasi lebih lanjut.

 Sifat Kimia
Sifat kimia galium serupa dengan aluminium. Talium mempunyai beberapa kesamaan dengan timbal, misalnya rapatannya yang tinggi (11,85 g/cm3), lunak, dan bersifat racun dari senyawanya.  Pemanasan unsur golongan IIIA dalam oksigen menghasilkan seskuioksida (M2O3).
M(s) + O2                M2O3(s)
Semua logam golongan IIIA  dapat bereaksi dengan halogen membentuk senyawa trihalida. Fluorida-fluorida Al, Ga, dan In adalah ionik, titik leleh tinggi ( berturut-turut 1290, 950, dan 1170 oC), sukar larut dalam air ( energi kisi tinggi); sedangkan klorida, bromida, dan iodidanya mempunyai titik leleh lebih rendah, bersifat kovalen dengan bilangan koordinasi yang bervariasi. Unsur-unsur golongan IIIA tidak dapat membentuk hidrida secara langsung dengan hidrogen, AlH3 ada dalam bentuk polimer ( AlH3)n, dimana antara atom Al dihubungkan dengan jembatan hidrogen. AlH3  dibuat dengan mereaksikan LiH dengan AlCl3 dalam pelarut eter, bila LiH berlebih.
LiH(s) + AlCl3                (AlH3)n(s)                LiAlH­4(s)




C.    Cara memperoleh dan Isolasi Unsur-Unsur Golongan IIIA

Cara Memperoleh Unsur-Unsur Golongan IIIA
Pada tahun 1825, Oersted. Memperoleh aluminium murni dengan cara mereduksi aluminium klorida dengan kalium-merkurium.
AlCl3(s) + 3K(Hg)x(l)            3 KCl(s) + Al(Hg)3x(l)
Kemudian dengan distilasi, merkurium dapat dihilangkan dan akhirnya diperoleh logam aluminium. Pada tahun 1854, Henri Sainte dan Claire Deville membuat aluminium dari natrium aluminium klorida dengan cara memanaskannya dengan logam natrium.
Pada tahun 1886, Charles Hall mulai memproduksi aluminium dengan proses skala besar seperti sekarang, yaitu melalui elektrolisis alumina di dalam kriolit lebur. Pada tahun itu pula Paul Herault mendapat paten Perancis untuk proses serupa dengan proses Hall. Pada tahun 1980, produksi dunia dengan proses ini mencapai 107 ton. Pada proses ini aluminium diperoleh dengan cara katalis aluminium oksida yang dilarutkan dalam leburan kriolit (Na3AlF6).
Bahan baku bauksit, masih merupakan campuran aluminium oksida, besi(III) oksida dan silika.  Jadi ada dua tahap dalam produksi aluminium yaitu reaksi pemurnian untuk memperoleh alumina murni dan tahap elektrolisis.

  • Reaksi Pemurnian:
Al2O3(s) + 2 OH-(aq) + 3 H2O(l)                    2[Al(OH)4]-(aq)
SiO2 + 2 OH-(aq)                      SiO32-(aq) + H2O(l)
2[Al(OH)4]-(aq) + CO2                     2 Al(OH)3(s) + CO32-(aq)
Alumina tidak dapat direduksi dengan karbon, karena adanya pembentukan  Al4C3 (aluminium karbida), dan reaksi balik antara uap aluminium dengan CO2 di dalam kondensor akan menyebabkan terjadinya pembentukan aluminium oksida sebagaimana semula. Perubahan entalpi yang terjadi dalam reaksi itu adalah sebagai berikut:
  • Elektrolisis dibuat dari baja, yang dilapisi grafit. Grafit ini berfungsi sebagai katoda. Anoda dibuat dari karbon.

Katoda: AlF4- + 3 e-                      Al + 4F-
Anoda: 2 AlOF54- + C                   CO2 + AlF63- + AlF4- + 4 e-

Secara sederhana, reaksi pada elektroda dapat dituliskan sebagai berikut,

Katoda: 2 Al3+ + 6 e-                     2 Al
Anoda: 3O2-                       O2 + 6 e-

Oksigen yang terbentuk pada suhu operasi dapat mengoksidasi anoda.
Reaksi secara keseluruhan dapat ditulis sebagai berikut:

2 Al2O3(dalamKriolit) + 3 C(s)                  4 Al(l) + 3 CO2(g)
Karbon yang diperlukan untuk reduksi berasal dari anoda dan untuk itu diperlukan antara 0,5sampai 0,6 kg karbon per kilogram logam. Walaupun secara teoritis yang diperlukan sebetulnya hanyalah 0,33 kg, namun karena karbondioksida yang keluar itu mengandung 10% sampai 15% karbon monoksida (CO), maka jumlah yang diperlukan dalam praktik tentu lebih besar. Langkah-langkah pembuatan logam aluminium adalah sebagai berikut.
  1. Pasang atau ganti pelapis sel.
  2. Buat anoda karbon dan gunakan di dalam sel.
  3. Siapkan penangas kriolit dan kendalikan komposisinya.
  4. Larutkan alumina di dalam kriolit lebur.
  5. Larutan alumina dielektrolisis sehingga membentuk aluminium logam yang bertindak sebagai katoda.
  6. Karbon electrode teroksidasi oleh oksigen yang dibebaskan.
  7. Aluminium cair dialirkan keluar dari sel, dipadu (bila perlu), dicetak menjadi logam batangan dan didinginkan.
Sel elektrolit berbentuk kotak baja besar. Di dalamnya terdapat kompartemen katode yang dilapisi dengan campuran pitch dan batu bara antrasit atau dengan kokas yang dipanggang di tempat dengan bantuan arus listrik, atau dengan blok-blok katoda yang telah dipanggang dan kemudian di semenkan satu sama lain. Lubang kompartemen katode itu mempunyai kedalaman 30 sampai 50 cm, dengan lebar mencapai 3 m danpanjang 9 m bergantung pada jenis sel dan beban yang direncanakan. Tebal pelapis berkisar antara 15 sampai 25 cm pada bagian sisi dan 26 sampai 46 cm pada bagian dasar. Di antara dinding baja dan pelapis dipasang isolasitermal yang terdiri dari baja tahan panas, blok asbes, atau bahan lain. Pada pelapis bagian dasar dipasang batangan baja besar yang berfungsi sebagai pengumpul arus katode. Batangan ini menjulur keluar melalui lubang pada kotak baja dan dihubungkan dengan batangan pengantarkatoda. Pelapis sel biasanya tahan 2 sampai 4 tahun. Kerusakan biasanya terjadi karena penyusupan logam melalui katoda sehingga melarutkannya atau karena penetrasi logam keluar dari kotak baja melalui kebocoran di sekitar kolektor arus. Keseluruhan pelapis, isolasi dan kolektor itu kemudian diganti. Pelapisan kembali kotak sel merupakan sebagian besar dari biaya produksi dan di sini tercakup bukan saja tenaga kerja, kolektor, pelapis dan bahan isolasi, tetapi juga kehilangan bahan elektrolit yang diserap oleh pelapis yang terpakai. Gambar skematik penampang penangas reduksi aluminium ditunjukkan seperti gambar berikut ini:

Selama beroperasi nyasel, terjadi pembentukan kerak di atas permukaan penangas lebur. Alumina ditambahkan keatas kerak ini, dimana alumina mengalami pemanasan dan melepaskan kandungan airnya. Kerak ini dipecahkan secara berkaladan alumina diaduk kedalam penangas agar konsentrasinya tetap berada di sekitar 2% sampai 6%. Kebutuhan teoristis alumina adalah 1,89 kg per kilogram aluminium. Tetapi dalam praktik, angkanya kira-kira 1,91 kg. Bilamana kadar alumina di dalam penangas berkurang, dan efek anode berlangsung, maka pada anode terbentuk suatu lapisan tipis karbon tetrafluorida dan penangas tidak dapat lagi membasahi permukaan anode. Mengenai mekanisme yang sebenarnya terjadi dari pelarutan alumina di dalam penangas dan bagaimana mekanisme dekomposisi elektrolitiknya masih belum jelas.

Tetapi hasil akhirnya adalah pembebasan oksigen pada anode dan pengendapan logam aluminium pada katode. Oksigen bergabung dengan anode karbon dan menghasilkan CO dan CO2, tetapi yang terbanyak adalah CO2.

Dalam Pembuatan Boron, menurut Moissan, unsure ini diperoleh melalui perubahan menjadi asam borat yang disusul kemudian dengan dehidrasi menjadi B2O3, kemudian direduksi dengan logam magnesium. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

Hasil yang didapatkan berupa boron amorf yang mengandung 80% – 90% boron. Boron yang kemurniannya tinggi untuk semikonduktor, menurut Kiessling dapat diperoleh lewat reduksi BBr3dengan Hidrogen pada suhu 800

Cara Isolasi Unsur-Unsur Golongan IIIA
Aluminium dibuat menurut proses Hall-heroult yang ditemukan oleh Charles M.Hall di Amerika Serikat dan Paul Heroult  tahun 1886. Pengolahan aluminium dan bauksit meliputi 2 tahap :
1.   Pemurnian bauksit untuk meperoleh alumina murni.
2.   Peleburan / reduksi alumina dangan elektrolisis

1. Pemurnian bauksit melalui cara :
Tahap pemurnian bauksit dilakukan untuk menghilangkan pengotor utamadalam bauksit. Pengotor utama bauksit biasanya terdiri dari SiO, Fe2O, dan TiO2. Caranya adalah dengan melarutkan bauksit dalam larutan natrium hidroksida (NaOH),
Al2O3(s) + 2NaOH(aq)+ 3H2O(l)                 2NaAl(OH)4(aq)
Aluminium oksida larut dalam NaOH sedangkan pengotornya tidak larut. Pengotor- pengotor dapat dipisahkan melalui proses penyaringan. Selanjutnya aluminiumdiendapkan dari filtratnya dengan cara mengalirkan gas CO2 dan pengenceran.
2NaAl(OH)4(aq)+ CO2(g)                       2Al(OH)3(s )+ Na2CO3(aq)+ H2O(l)
Endapan aluminium hidroksida disaring,dikeringkan lalu dipanaskan sehinggadiperoleh aluminium oksida murni (Al2O3).
2Al(OH)3(s)                  Al2O3(s)+ 3H2O(g)

2. Peleburan / reduksi alumina dangan elektrolisis
Tahap peleburan alumina dengan cara reduksi melalui proses elektrolisis menurut proses Hall-Heroult. Dalam proses Hall-Heroult,aluminum oksida dilarutkan dalam lelehan krinolit (Na3AlF6) dalam bejana baja berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode. Selanjutnya elektrolisisdilakukan pada suhu 950oC. Sebagai anode digunakan batang grafit.
Dalam proses elektrolisis dihasilkan aluminium di katoda dan di anoda terbentuk gas O2 dan CO2
Reaksi :  2Al2O3(l)                  4Al3+ (l) + 6O2- (l)
Katoda :  4Al3+ (l)+ 12e-                 4Al
Anoda :   4O2- (l)                 2O2(g)+ 8e
          C(s)+ 2O2- (l)                CO2(g)+ 4e
          2Al2O3(l)+ C(s)              4Al+ 2O2(g)+ CO2(g)

Galium (Ga) biasanya adalah hasil samping dari produksi Aluminium pemurnian bauksit dengan proses bayer. Elektrolisis menggunakan elektroda Hg memberikan konsentrasi dan elektrolisis menggunakan katoda stanleysteel dari natrium galat, menghasilkan leburan logam Galium (Ga). Talium biasanya diperoleh dengan elektrolisis  larutan garam-garamnya dalam air, bagi Ga dan In kemungkinan ini bertambah karena besarnya tegangan lebih untuk evolusi  hidrogen dari logam-logam ini. Indium (In)biasanya diperoleh dengan elektrolisis  larutan garam-garamnya dalam air, bagi Ga dan In kemungkinan ini bertambah karena besarnya tegangan lebih untuk evolusi hidrogen dari logam-logam ini.

D.    Reaktifitas Unsur-Unsur Golongan IIIA

Sifat kimia golongan IIIA menggambarkan sifat logamnyanya. Sifat logamnya naik dari atas ke bawah dalam satu golongan. Boron secara kimia tidak reaktif kecuali pada temperature tinggi. Aluminium adalah logam dengan reaktifitas yang tinggi. Aluminium segera teroksidasi dalam udara. Oksida aluminium yang terbentuk tahan terhadap asam tapi larut dalam larutan basa. Aluminium dapat bereaksi dengan Besi (III) oksida menghasilkan besi.
2Al(s) + Fe2O3(s)                   2Fe(l) + Al2O3(s)



E. Senyawaan dan Reaksi Unsur-Unsur Golongan IIIA


Senyawaan Unsur-Unsur Golongan IIIA
Senyawa yang memiliki kegunaan besar adalah aluminium oksida, sulfat, dan larutan sulfat dalam kalium. Oksida aluminium, alumina muncul secara alami sebagai ruby, safir, corundum dan emery dan digunakan dalam pembuatan kaca dan tungku pemanas
Beberapa senyawaan aluminium diantaranya adalah :
a)      Aluminium Nitrida
Aluminium Nitrida (AlN) dapat dibuat dari unsur-unsur pada suhu 800 0C. Itu dihidrolisis dengan air membentuk ammonia dan aluminium hidroksida
b)      Aluminium Hidrida
Aluminium hidrida (AlH3)n dapat dihasilkan dari trimetilaluminium dan kelebihanhydrogen. Ini dibakar secara meledak pada udara. Aluminium hidrida dapat jugadibuat dari reaksi aluminium klorida pada litium klorida pada larutan eter, tetapi tidak dapat diisolasi bebas dari pelarut.
c)      Aluminium oksida (Al2O3) dapat dibuat dengan pembakaran oksigen ataupemanasan hidroksida,nitrat atau sulfat.
d)     Aluminium halogen
Contoh : – aluminium iodida : AlI3
- aluminium flourida : AlF3
- krinolit (Na3AlF6)
e)      Aluminium silikat
- Mika (K-Mg-Al-Slilkat)
- Tanah liat (Al2Si2O7.2H2O)
- Feldspar

Reaksi Unsur-Unsur Golongan IIIA
1. Reaksi aluminium dengan udara
Aluminium adalah logam berwarna putih keperakan. Permukaan logam aluminium dilapisi dengan lapisan oksida yang membantunya melindungi logam agar tahan terhadap udara.  Jadi, aluminium tidak bereaksi dengan udara. Jika lapisan oksida rusak, logam aluminium bereaksi untuk menyerang (bertahan). Aluminium akan terbakar dalam oksigen dengan nyala api, membentuk aluminium (III) oksida Al2O3.
Reaksi :  4Al(s)+ 3O2(l )                 2 Al2O3

2. Reaksi aluminium dengan air
Aluminium adalah logam berwarna putih keperakan. Permukaan logam aluminium dilapisi dengan lapisan oksida yang membantunya melindungi logam agar tahan terhadap udara. Hal serupa juga terjadi pada reaksi aluminium dengan air.

3. Reaksi aluminium dengan asam
Logam aluminium larut dengan asam sulfur membentuk larutan yang mengandungion Al (III) bersama dengan gas hidrogen.
Reaksi :  2Al(s) + 3H2SO4(aq)  → 2Al3+ (aq) + 2SO42-(aq) + 3H2 (g)
2Al(s)+ 6HCl(aq)  → 2Al3+(aq) + 6Cl-(aq) + 3H2 (g)

4. Reaksi aluminium dengan basa
Aluminium larut dengan natrium hidroksida.
Reaksi : 2Al(s) + 2 NaOH(aq) + 6 H2O → 2Na+(aq)+ 2 [Al (OH)4]- + 3H2 (g)

5. Reaksi aluminium dengan halogen
Aluminium sangat reaktif terhadap unsur –unsur halogen seperti iodin (I2), klorin(Cl2), bromin (Br2), membentuk aluminium halida menjadi aluminium (III) iodida,aluminium (III) bromida, aluminium(III) klorida.
Reaksi : 2 Al + 3 X2  → 2 Al2X6
2Al(s)+ 3I2(l)→ 2 Al2I6(s)
2Al(s) + 3Cl2(l) → 2 Al2Cl3
2Al(s) + 3Br2(l) → 2 Al2Br6


date Sabtu, 29 Juni 2013
comments 0 Comments

0 komentar to “golongan IIIA”

Leave a Reply: