Pembuatan unsur dan senyawa periode empat
1. Kromium (Cr)
Dalam bidang industri, kromium diperlukan dalam dua bentuk, yaitu kromium murni, dan aliansi besi-kromium yang disebut ferokromium. Unsur krom dapat kita peroleh dengan cara mengekstraksi bijihnya.
Langkah-langkah dalam ekstraksi unsur krom dari bijihnya adalah seperti berikut.
a. Kromium (III) dalam bijih diubah menjadi dikromat (VI)
b. Reduksi Cr (VI) menjadi Cr (III)
c. Reduksi kromium (III) oksida dengan aluminium (reaksi termit)
Hasil ekstrasi ini diperoleh logam kromium dengan kemurnian 97% - 99%. Adapun ferokromium diperoleh dengan mereduksi bijih dengan kokas atau silikon dalam tanur listrik.
2. Ferrum (Fe)
Ferrum atau besi dapat diperoleh dengan cara mengekstrasi bijihnya dalam tanur hembus atau tanur tinggi. Bahan baku yang diperlukan dimasukkan dalam tanur tinggi yaitu bijih besi, karbon, dan batu kapur (CaCO$_3$). Proses tanur hembus adalah reduksi bijih besi dengan karbon monoksida yang dihasilkan dari kokas dan udara yang dihembuskan dari dasar tanur.
$C(s) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \, $ : $\Delta H = -394 \, $ kJmo1$^{-1}$
Selanjutnya CO$_2$ yang terbentuk bereaksi dengan karbon yang berlebih membentuk CO.
$CO_2(g) + C(s) \rightarrow 2 CO(g) \, $ : $\Delta H = +172 \, $ kJ mo1$^{-1}$
Karbon monoksida mereduksi bijih besi menjadi besi dengan tahapan reaksi seperti berikut.
$3 FeO_3(s) + CO(g) \rightarrow 2 Fe_3O_4(s) + CO_2(g) $
$Fe_3O_4(s) + CO(g) \rightarrow 3 FeO(s) + CO_2(g) $
$FeO(s) + CO(g) \rightarrow Fe(s) + CO_2(g)$
Reaksi-reaksi tersebut dapat ditulis seperti berikut.
$ Fe_2O_3(s) + 3CO(g) \rightleftharpoons 2Fe(s) + 3CO_3(g) \, \text{(reaksi kesetimbangan)}$
Akhirnya besi akan meleleh dan jatuh di bagian tanur yang lebih panas. Adapun batu kapur (CaCO$_3$) terurai pada suhu tinggi menghasilkan kalsium oksida.
$CaCO_3(s) \rightarrow CaO(l) + CO_2(g) $
Di bagian bawah, kalsium oksida bereaksi dengan zat pengotor seperti silikon (IV) oksida (silika) menghasilkan kalsium silikat.
$CaO(l) + SiO_2(s) \rightarrow CaSiO_3(s) $
Tanur bekerja terus menerus. Campuran pereaksi dimasukkan dari puncak tanur dalam selang waktu yang teratur, bergerak ke bawah sampai lapisan terbawah yang panas keputih-putihan. Suhu pada dasar tanur cukup panas sehingga melelehkan besi dan terak (zat pengotor yang telah terikat kalsium) yang terdapat sebagai lapisan yang tak tercampur di dasar tanur. Leburan terak mengapung di atas permukaan lelehan besi.
Besi yang dihasilkan dari tanur hembus masih mengandung zat pengotor seperti karbon, silikon, belerang dan fosfor. Zat-zat pengotor ini menyebabkan besi lebih getas, besi ini disebut besi tuang. Komposisi besi tuang bervariasi bergantung pada sumbernya. Baja merupakan suatu alloy besi. Baja dibuat dari besi tuang. Setelah zat pengotor dalam besi dihilangkan, kemudian ditambah sejumlah karbon dan unsur lain yang memberikan sifat khas pada baja itu.
Pada tahun 1856, Henry Bassemer dari Inggris menemukan metode membuat baja dari besi. Alat yang diperlukan disebut tungku Bassemer. Tungku tersebut dilapisi pelapis tahan api. Leburan besi dituang ke dalam tungku Bassemer, kemudian dihembuskan oksigen ke leburan. Karbon, belerang dan fosfor keluar sebagai oksida berupa gas, sedangkan silikon oksida membentuk terak di atas besi. Setelah terak dipisahkan, pada leburan besi ditambah karbon, mangan dan unsur lain. Kadar karbon dalam baja berkisar antara 0,09% - 0,9%. Perhatikan gambar berikut ini:
3. Titanium (Ti)
Langkah awal produksi Ti adalah pengubahan bijih (TiO$_2$) rutil menjadi TiCl$_4$. TiCl$_4$ yang sudah dimurnikan selanjutnya direduksi menjadi Ti dengan menggunakan zat pereduksi yang baik, proses isi disebut proses Kroll menggunakan Mg. Reaksi dilakukan pada tabung baja. MgCl$_2$ dipindahkan dan dielektrolisis menjadi Mg dan Cl$_2$, keduanya kemudian didaurulangkan. Ti didapatkan sebagai padatan yang disebut sepon. Sepon harus diolah lagi dan dicampur dengan logam lain sebelum dapat digunakan. Salah satu masalah pengembangan Ti secara komersial ialah perencanaan teknik metalurgi baru untuk pembuatan logam Ti di pabrik.
4. Mangan (Mn)
Sumber utama senyawa mangan ialah MnO$_2$. Jika MnO$_2$ dipanaskan dengan penambahan alkali dan zat pengoksidasi, maka akan terbentuk garam manganat.
$ 3 MnO_2(s) + 6 KOH(l) + KClO_3(l) \rightarrow 3 K_2MnO_4(aq) + KCl(l) + 3 H_2O(l) $
K$_2$MnO$_4$ diekstraksi dari bahan campuran dalam air, dan dapat dioksidasi menjadi KMnO$_4$ (misalnya dengan Cl$_2$ sebagai zat pengoksidasi).
Nodul Mangan (Manganese Nodules), benda ini menyerupai batuan dan ditemukan di dasar laut. Nodul mangan tersusun oleh lapisan Mn dan Fe oksida, dengan sejumlah kecil logam lain seperti Co, Cu dan Ni. Nodul biasanya berbentuk bulat dengan diameter antara beberapa milimeter sampai sekitar 15 cm. Benda ini diduga tumbuh dengan kecepatan beberapa milimeter per sejuta tahun. Telah dilaporkan bahwa organisme laut mungkin berperan dalam pembentukannya. Diperkirakan jumlah nodul ini sangat besar, mungkin bermilyar ton. Namun, masih banyak, tantangan untuk mengembangkan nodul mangan sebagai bahan baku mangan. Banyak metode harus disempurnakan untuk menjelajah dasar laut, mengeruk nodul, dan membawanya dari kedalaman air laut. Dan juga, diperlukan proses metalurgi baru untuk mengekstrak logam yang diinginkan. Cadangan terbesar nodul mangan yang diketahui berada di daerah Kepulauan Hawai tenggara.
5. Zink (Zn)
Untuk mendapatkan zink dilakukan dengan ekstraksi yaitu dengan memanggang bijihnya untuk membuat ZnO kemudian direduksi dengan memanaskannya dengan arang.
Dampak negatif unsur periode empat
1. Limbah Fe
Pada pengolahan logam besi, jika limbahnya dibuang ke sungai dapat menyebabkan pertumbuhan fitoplankton yang tidak terkendali. Hal ini menyebabkan penurunan kadar oksigen dalam air sehingga akan mengganggu pertumbuhan ikan dan hewan air lainnya.
2. Cr dalam penyamakan kulit
Krom digunakan dalam penyamakan kulit untuk mencegah mengerutnya bahan sewaktu pencucian. Krom ini sangat beracun dan menyebabkan kanker.
3. Mn dalam pengelasan dan pembuatan baja
Pada pengelasan dan pembuatan baja dengan logam Mn akan dihasilkan suatu asap dalam jumlah yang banyak. Asap ini bersifat racun dan dapat mengganggu sistem saraf pusat.
4. Cu (tembaga)
Pada penambangan tembaga, akan terbuang pasir sisa yang masih mengandung logam Cu. Jika pasir sisa ini dibuang ke perairan maka akan membahayakan organisme-organisme di perairan tersebut.
Demikian pembahasan materi Pembuatan dan Dampak Negatif Unsur Periode Empat. Silahkan juga baca materi lain yang berkaitan dengan kimia unsur pada artikel "kimia unsur secara umum" atau bisa langsung ikuti artikel terkait di bawah ini.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar
Catatan: Hanya anggota dari blog ini yang dapat mengirim komentar.