- 1. Sejarah Gas Mulia
Gas mulia yang pertama kali ditemukan adalah Argon. Awalnya seorang ahli fisika inggris, Lord Rayleight (1842-) menemukan bahwa Nitrogen yang diperoleh dari ammonia tenyata jauh lebih ringan daripada Nitrogen yang berasal dari atmosfer. Kemudian ia dan William Ramsay (1852-1916) sama-sama meneliti Nitrogen yang berasal dari atmosfer yaitu dengan memindahkan Nitrogen dari atmosfer dan dihasilkan sejumlah kecil gas lain. Mereka berdua menamakan gas tersebut Argon dari bahasa yunani yang berarti diam. Hal ini disebabkan karena gas tersebut tidak bereaksi dengan apa saja.
Setahun kemudian (1895) ditemukan unsure Helium. Kemudian Ramsay dan asistennya Morris Travers (1872-1961) melakukan destilasi bertingkat pada sejumlah besar kuantitas udara cair dan Argon. Pada tahun 1898 mereka berhasil menemukan unsure gas mulia yang lain yaitu krypton, xenon dan neon.
Pada tahun 1894, seorang ahli kimia inggris bernama William Ramsay mengidentifikasi zat baru yang terdapat dalam udara. Sampel udara yang sudah diketahui mengandung nitrogen, oksigen, dan CO2 dipisahkan. Ternyata dari hasil pemisahan tersebut, masih tersisa suatu gas yang tidak reaktif (inert). Karena gas tersebut tidak dapat bereaksi dengan zat-zat lain sehingga dinamakan argon (Bahasa yunani Argos berarti malas).
Empat tahun kemudian, Ramsay menemukan unsure baru dari hasil pemanasan mineral kleverit. Dari mineral tersebut terpencar sinar alfa yang merupakan spectrum matahari. Oleh karena itu unsure ini diberi nama Helium (Dari bahasa yunani helios = matahari). Rutherford dan Rays pada tahun 1907 menunjukkan bahwa partikel-partikel alfa tidak lain inti nucleus helium.
Pada saat ditemukan, kedua unsur ini tidak dapat dikelompokkan kedalam unsur-unsur yang sudah ada, karena memiliki sifat yang berbeda. Ramsay mengusulkan agar unsur tersebut ditempatkan pada suatu golongan tersendiri, yaitu terletak antara golongan halogen dan golongan alkali. Pada masa itu, golongan tersebut merupakan kelompok unsure yang tidak bereaksi dengan unsure – unsure lain (inert) dan diberi nama golongan unsure gas mulia atau golongan nol.
Gas mulia yang lain ditemukan segera dari hasil destilasi udara cair pada tahun 1898 yaitu neon (neos = baru), xenon ( xenos = asing/ tak dikenali) dan krypton ( kryptos = tersembunyi ). Kemudian pada tahun 1900, Rutherford mendapatkan bahwa ada gas yang dihasilkan oleh mineral radium, gas itu bersifat radioaktif dan dinamakan radon oleh Schmidt dalam tahun 1918. Asal usul nama unsur gas mulia:
Helium → Helios (Yunani) : matahari
Argon → Argos (Yunani) : malas
Neon → Neos (Yunani) : baru
Kripton → Kriptos (Yunani) : tersembunyi
Xenon → Xenos (Yunani) : asing
Radon → Radium
- 2. Keberadaan Di Alam
Helium = 0,00052 %
Neon = 0,00182 %
Argon = 0,934 %
Kripton = 0,00011 %
Xenon = 0,000008
Radon = Radioaktif*
Tapi di alam semesta kandungan Helium paling banyak diantara gas mulia yang lain karena Helium meupakan bahan bakar dari matahari. Radon amat sedikit jumlahnya di atmosfer atau udara. Dan sekalipun ditemukan akan cepat berubah menjadi unsur lain, karena radon bersifat radioaktif. Dan karena jumlahnya yang sangat sedikit pula radon disebut juga sebagi gas jarang.
Semua unsure gas mulia terdapat di udara. Unsure gas mulia yang paling banyak terdapat di udara adalah argon, sedangkan unsure gas mulia yang paling sedikit adalah radon yang bersifat radioaktif dengan waktu paruh yang pendek ( 4 hari ) dan meluruh menjadi unsure lain. Gas mulia kecuali radon diperoleh dengan cara destilasi bertingkat udara cair. Sedangkan radon hanya dapat diperoleh dari peluruhan radioaktif unsure radium, berdasarkan reaksi inti berikut :
22688Ra 22286Rn + 42He
Helium merupakan komponen (unsure) terbanyak di alam semesta yang diproses dari gas alam, karena banyak gas alam yang mengandung helium. Secara spektoskopik helium telah terdeteksi keberadaanya di bintang-bintang, terutama di bintang yang panas ( seperti matahari). Helium juga merupakan komponen penting dalam reaksi proton–proton dan siklus karbon yang merupakan bahan bakar matahari dan bintang lainnya.
- 3. Pembuatan / Ekstraksi
- Ekstraksi Helium (He) dari gas alam
- Proses kriogenik (kriogenik artinya menghasilkan dingin). Campuran gas diberi tekanan, lalu didinginkan dengan cepat agar N2 mengembun sehingga dapat dipisahkan, sisa campuran dilewatkan melalui arang teraktivasi yang akan menyerap pengotor sehingga diperoleh He yang sangat murni.
- Proses adsorpsi. Campuran gas dilewatkan melalui bahan penyerap (adsorbent bed) yang secara selektif menyerap pengotor. Proses ini menghasilkan He dengan kemurnian 99,997% atau lebih.
- Ekstraksi He, Ne, Ar, Kr, dan Xe dari udara
- Proses adsorpsi. Pertama, O2 dam N2 dipisahkan terlebih dahulu menggunakan reaksi kimia. O2 direaksikan dengan Cu panas. Lalu N2 direaksikan dengan Mg. sisa campuran (A, Xe, dan Kr) kemudian akan diadsorpsi oleh arang teraktivasi. Sewaktu arang dipanaskan perlahan, pada kisaran suhu tertentu setiap gas akan terdesorpsi atau keluar dari arang. Air diperoleh pada suhu sekitar -80 , sementara Kr dan Xe pada suhu yang lebih tinggi.
- Proses distilasi fraksional menggunakan kolom distilasi fraksional bertekanan tinggi. Prinsip pemisahan adalah perbedaan titik didih zat. Karena titik didih N2 paling rendah, maka N2 terlebih dahulu dipisahkan. Selanjutnya, Ar dan O2 dipisahkan. Fraksi berkadar 10% Air ini lalu dilewatkan melalui kolom distilasi terpisah dimana diperoleh Ar dengan kemurinian 98% (Ar dengan kemurnian 99,9995% masih dapat diperoleh dengan proses lebih lanjut). Sisa gas, yakni Xe dan Kr, dipisahkan pada tahapan distilasi selanjutnya.
- 4. Sifat Fisik dan Kimia
Helium | Neon | Argon | Kripton | Xenon | Radon | |
Nomor atom | 2 | 10 | 18 | 32 | 54 | 86 |
Elektron valensi | 2 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 |
Jari-jari atom(Ǻ) | 0,50 | 0,65 | 0,95 | 1,10 | 1,30 | 1,45 |
Massa atom (gram/mol) | 4,0026 | 20,1797 | 39,348 | 83,8 | 131,29 | 222 |
Massa jenis (kg/m3) | 0.1785 | 0,9 | 1,784 | 3,75 | 5,9 | 9,73 |
Titik didih (0C) | -268,8 | -245,8 | -185,7 | -153 | -108 | -62 |
Titikleleh (0C) | -272,2 | -248,4 | 189,1 | -157 | -112 | -71 |
Bilangan oksidasi | 0 | 0 | 0 | 0;2 | 0;2;4;6 | 0;4 |
Keelekronegatifan | - | - | - | 3,1 | 2,4 | 2,1 |
Entalpi peleburan (kJ/mol) | * | 0,332 | 1,19 | 1,64 | 2,30 | 2,89 |
Entalpi penguapan (kJ/mol) | 0,0845 | 1,73 | 6,45 | 9,03 | 12,64 | 16,4 |
Afinitas elektron (kJ/mol) | 21 | 29 | 35 | 39 | 41 | 41 |
Energi ionisasi (kJ/mol) | 2640 | 2080 | 1520 | 1350 | 1170 | 1040 |
Helium dipadatkan dengan cara menaikkan tekanan bukan menurunkan suhu. Adapula hal penting yang menyebabkan gas mulia amat stabil yaitu konfigurasi elektronnya. Berikut adalah konfigurasi elektron gas mulia :
He = 1s2
Ne = 1s2 2s2 2p6
Ar = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Kr = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6
Xe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6
Rn = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6
Karena konfigurasi elektronnya yang stabil gas mulia juga biasa digunakan untuk penyingkatan konfigurasi elektron bagi unsur lain.
contoh :
Br = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5
menjadi
Br = [Ar] 4s2 3d10 4p5
Sifat-sifat umum gas mulia antara lain :
- Tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa dan sedikit larut dalam air.
- Mempunyai electron valensi 8 dan khusus untuk Helium mempunyai elekron valensi 2.
- Terdiri atas satu atom (monoatomik).
- Kulit terluarnya sudah penuh maka gas mulia bersifat stabil dan tidak reaktif. Jadi, afinitas elektronnya mendekati nol.
Selain memiliki karakteristik yang khas pada sifat atomic gas mulia juga memiliki karakteristik yang khas untuk sifat fisisnya.
- Kerapatannya bertambah dari Helium ke Radon
Nilai kerapatan gas mulia dipengaruhi oleh massa atom, jari-jari atom dan gaya London. Nilai kerapatan semakin besar dengan besar dengan pertambahan massa atom dan kekuatan gaya London, sebaliknya semakin kecil dengan pertambahan jari-jari atomnya, karena nilai kerapatan gas mulia bertambah dari He ke Rn maka kenaikan nilai massa atom dan kekuatan gaya London dari He ke Rn lebih dominan dibandingkan kenaikan jari-jari atom.
- Titik didih dan titik leleh bertambah dari He ke Rn
Titik didih dan titik leleh gas mulia makin tinggi dengan makin besarnya nomor atom. Titik didihnya beberapa derajat dibawah titik lelehnya. Titik didih dan titik leleh gas mulia sangat rendah hal tersebut menunjukkan bahwa gaya tarik menarik anatar atom (ikatan van der waals) sangat lemah. Helium merupakan zat yang titik didihnya paling rendah dibandingkan dengan semula zat di alam semesta. Titik leleh Helium (-2720) mendekati suhu mutlak. Gas mulia memiliki titik didih dan titik leleh yang sangat rendah oleh karena itu di alam gas mulia berwujud gas.
Kestabilannya yang tinggi juga menyebabkan gaya tarik-menarik antar atom-atomnya lemah sekali. Karenanya unsure-unsur gas mulia dalam keadaan biasa (suhu normal) berfasa gas. Jadi, lemahnya gaya tarik-menarik menyebabkan titik didih dan titik lelehnya sangat rendah.
- Energi ionisasi.
Begitu juga dengan unsure-unsur golongan gas mulia dari atas ke bawah cenderung lebih kecil. Hal ini dikarenakan meski muatan inti bertambah positif namun jari-jari atom bertambah besar. Keadaan ini menyebabkan gaya tarik menarik inti terhadap electron terluar semakin lemah sehingga energy ionisasi semakin berkurang. Energy ionisasi gas mulia lebih besar dibandingkan dengan golongan lainnya.
Kestabilannya yang tinggi menyebabkan atom-atomnya sukar sekali untuk mengion. Oleh sebab itu, energy ionisasi unsure-unsur gas mulia lebih tinggi dibandingkan dengan unsure-unsur lain. Afinitas electron yang mendekati nol dan energy ionisasi yang tinggi menyebabkan atom-atom unsure gas mulia mempunyai kecendrungan untuk tidak mengikat atau melepas electron dalam keadaan normal. Sehingga dalam keadaan bebas unsure-unsur gas mulia berada dalam bentuk tunggal (monoatomik). Misalnya Hidrogen, Oksigen< klor dalam keadaan bebas berbentuk diatomic (molekul yang terdiri dari dua atom dari unsure yang sama), yaitu H2, O2, Cl2 sedangkan unsure-unsur gas mulia berada dalam bentuk He, Ne, Ar, Kr, Xe dan radon.
- Afinitas elektron
Hal ini dapat dilihat dari harga afinitas elektron yang rendah. Karena unsure- unsure gas mulia memiliki kestabilan tinggibyang disebabkan kulit terluarnya terisi penuh, maka afinitas elektronnya mendekati nol. Atom-atom unsure gas mulia sangat sulit untuk menerima electron lagi pada kulit terluarnya.
Sifat kimia gas mulia
- Kereaktifan gas mulia sangat rendah
Oleh karena itu, gas mulia tidak memiliki kecendrungan untuk melepas ataupun menyerap electron. Jadi, unsure-unsur dalam gas mulia sukar untuk bereaksi. Namun, untuk unsure gas mulia yang mempunyai energy ionisasi yang kecil dan afinitas electron yang besar mempunyai kecenderungan untuk membentuk ikatan kimia contohnya Xe dapat membentuk senyawa XeF2, XeF4 dan XeF6.
Kereaktifan gas mulia akan berbanding lurus dengan jari-jari atomnya. Jadi, kereaktifan gas mulia akan bertambah dari He ke Rn. Hal ini disebabkan pertambahan jari-jari atom menyebabkan daya tarik inti terhadap electron kulit terluar berkurang, sehingga semakin mudah ditarik oleh atom lain. Walaupun, demikian unsure gas mulia hanya dapat berikatan dengan unsure yang sangat elektronegatif seperti fluorin dan oksigen.
- Makin besar jari-jari atom maka kereaktifan gas mulia semakin bertambah.
- Harga energy ionisasi gas mulia yang akan bereakssi haruslah cukup rendah (terletak dibagian bawah pada SPU). Oleh karena itu, sampai sekarang gas mulia yang sudah dapat dibuat senyawanya barulah Kripton, Xenon dan Radon.
- Reaksi hanya akan terjadi apabila gas mulia direaksikan dengan unsure-unsur yang sangat elektronegatif seperti fluorin dan oksigen.
Sifat kereaktifan unsure-unsur gas mulia berurut Ne > He > Ar > Kr > Xe. Radon radioaktif. Konfigurasi electron gas mulia dijadikan sebagai acuan bagi unsure-unsur lain dalam system periodic.
- Gas mulia memiliki karakteristik
ü Tidak berbau
ü Tidak berasa
ü Pada keadaan standar, gas mulia tidak dapat terbakar
- 5. Senyawa Gas Mulia
PtF6 + O2 (O2)+ + (PtF6)-
PtF6 ini bersifat oksidator kuat. Molekul oksigen memiliki energy ionisasi 1165 kj/mol, harga energy ionisasi ini mendekati harga energy ionisasi unsure gas mulia Xe = 1170 kj/mol. Atas dasar data tersebut, maka untuk pertama kalinya Bartlett mencoba mereaksikan Xe dengan PtF6 dan termyata menghasilkan senyawa yang stabil sesuai denagn persamaan reaksi: Xe + PtF6 Xe+ + (PtF6)-
Setelah berhasil membentuk senyawa XePtF6 maka gugurlah anggapan bahwa gas mulia tidak dapat bereaksi kemudian para ahli lainnya mencoba melakukan penelitian dengan mereaksikan xenon dengan zat-zat oksidator kuat diantaranya langsung dengan gas fluorin dan menghasilkan senyawa XeF2,XeF4 dan XeF6. Reaksi gas mulia lainnya yaitu krypton yaitu, menghasilkan KrF2. Radon dapat bereaksi langsung dengan F2 dan menghasilkan RnF2. Hanya saja senyawa KrF2 dan RnF2 bersifat tidak stabil. Senyawa gas mulia He, Ne dan Ar sampai saat ini belum dapat dibuat karna tingkat kesetabilannya yang sangat besar.
Syarat- syarat pembentuk gas mulia
- Gas mulia keelektronegatifannya besar ( Kr, Xe )
- Atom gas mulia yang mudah mengion
- Unsure lain yang akan bersenyawa dengan gas mulia keelektronegatifannya besar seperti F dan O.
- Senyawa Xenon Fluor
- 1. Xenon difluorida
XeF2 + 2OH- Xe +1/2O2 +2F- + H2O
XeF2 juga dapat terbentuk dari xenon padat direaksikan dengan difluora oksida pada suhu 120C.
Xe(s) + F2O(g0 XeF2(S) +1/2O2(g)
XeF2 pereaksi yang baik untuk reaksi flourinasi benzene yaitu untuk mensubsitusi atom H pada benzene dengan atom F
C6H6 + XeF2 C6H5F + Xe + HF
- 2. Xenon tetraflourida (XeF4)
XeF2 + F2 XeF4
- 3. Xenon heksaflourida (XeF6)
XeF6 luar biasa reaktif, dapat bereaksi dengan silica membentuk senyawa oksi gas mulia yang paling stabil, reaksinya sebagai berikut :
SrO2 (s) + 2XeF6(g) SiF4 + 2XeOF4(g)
Pada suhu kamar XeOF4 berbentuk cairan tak berwarna. Molekul XeOF4 dan XeO2 berbentuk segi empat piramida dan segitiga piramida. XeF6 dapat bertindak sebagai garam terhadap F- dan dapat diubah menjadi heptafluoroheksat.
XeF6 + RbF RbXeF7
Garam Rb dan Cs adalah senyawaan xenon yang paling stabil yang dikenal dan terdekomposisi hanya di atas 4000C. garam natrium kurang stabil dan dapat digunakan untuk memurnikan XeF6 karena ia terdekomposisi di bawah 1000C.
- Senyawa Xenon – Oksigen
- 1. Xenon Trioksida (XeO3)
3XeF4 + 6H2O XeO3 + 2Xe + 3/2O2 +12Hf
XeF6 + 3H2O XeO3 + 6HF
Larutan XeO3 tiak berwarna, tidak berbau dan stabil. Dalam penguapan XeO3 diperoleh sebagai suatu padatan putih yang mudah menguap di udara yang berbahaya karena mudah meledak. Dalam larutan yang bersifat basa, ion xenat (IV) dibentuk :\
XeO3 + OH- HXeO4_
Namun ion HXeO4_ disproporsionasi lambat menghasilkan ion Ksenat (IV) atau persenat.
2GXe)-4 + 2OH- XeO4-6 + Xe + O2 + 2H2O
Persenat dibentuk tidak hanya dengan disproporsionasi HXeO-4 namun juga bila mana ion ini dioksidasi dengan ozon. Larutan perxenat merupakan pengoksidasi yang kuat dan cepat.
Dalam larutan alkali bentuk utama ialah ion HXeO2-6 dan persenat hanya direduksi lambat oleh air. Meskipun demikian dalam larutan asam reaksinya berlangsung segera :
HXeO2-6 + H+ HXeO-4 + ½ O2 + H2O
Kimiawi xenon dalam larutan aqua diringkas dengan potensial.
Larutan asam H4XeO6 2,36 v XeO3 2,12 v Xe
XeF2 2,64 v Xe
Larutan alkali HXeO63- 0,94 v HXeO-4 1,26 v Xe
- 2. Xenon Tetraoksida (XeO4)
- Garam Xenon
- Senyawa Kripton dan Radon
Radon dapat bereaksi dengan F2 dan menghasilkan RnF2 hanya saja senyawa KrF2 dan RnF2 bersifat tidak stabil.
- 6. Kegunaan Gas Mulia
ü Kegunaan Helium (He)
- Sebagai gas pengisi kapal udara dan balon udara untuk mempelajari cuaca, karena sifatnya yang sukar bereaksi, tidak mudah terbakar dan ringan.
- Helium cair dipakai sebagai cairan pendingin untuk menghasilkan suhu yang rendah karena memiliki titik uang yang sangat rendah
- Udara yang dipakai oleh penyelam adalah campuran 80 % He dan 20 % oksigen. Helium digunakan untuk menggantikan nitrogen karena jika penyelam berada pada tekanan yang tinggi (dibawah laut) maka kemungkinan besar nitrogen larut dalam darah. Dalam jumlah sediki t saja nitrogen larut dalam darah, maka akan terjadi halusinasi yang disebut narkos nitrogen. Akibat halusinasi ini penyelam mengalami seperti terkena narkoba sehingga membahayakan penyelam. Selain itu, ketika nitrogen banyak larut dalam darah dan penyelam kembali ke keadaan normal maka timbul gelembung gas nitrogen dalam darah yang menimbulkan rasa nyeri yang hebat karena nitrogen melewati pembuluh-pembuluh darah bahkan dapat mengakibatkan kematian. Inilah yang disebut benos.
- Campuran Helium dan Oksigen juga dipakai oleh para pekerja dalam terowongan dan tambang bawah tanah yang bertekanan tinggi.
- Di rumah sakit, campuran Helium dan Oksigen dipakai sebagai pernapasan pada penderita asma.
ü Kegunaan Neon (Ne)
- Neon biasanya digunakan untuk mengisi lampu neon
- Neon digunakan juga sebagai zat pendingin, indicator tegangan tinggi, penangkal petir dan untuk pengisi tabung-tabung televise.
- Neon cair digunakan sebagai pendingin pada reactor nuklir.
ü Kegunaan Argon (Ar)
- Sebagai pengisi lampu pijar karena tidak bereaksi dengan kawat wolfram yang panas
- Untuk lampu reklame dengan cahaya berwarna merah muda
- Sebagai atmosfer pada pengelasan benda-benda yang terbuat dari stainless steal, titanium, magnesium dan aluminium. Misalkan pengelasan titanium pada pembuatan pesawat terbang atau roket
ü Kegunaan Kripton (Kr)
- Gas krypton bersama dengan argon digunakan untuk mengisi lampu tioresensi (lampu neon) bertekanan rendah. Krypton inilah yang membuat lampu menyala menjadi putih.
- Untuk lampu kilat fotografi berkecepatan tinggi
- Krypton juga digunanakan dalam lampu mercusuar, laser untuk perawatan retina.
ü Kegunaan Xenon (Xe)
- Untuk pembuatan tabung electron
- Untuk pembiusan pasien pada saat pembedahan karena xenon bersifat anestetika (pemati rasa)
- Sebagai bahan baku pembuatan senyawa-senyawa xenon
- Garam Perxenan (Na4XeO3) sebagai oksidator paling kuat
- Untuk membuat lampu-lampu reklame yang member cahaya biru.
- Pembuatan lampu untuk bakterisida (pembunuh bakteri)
- Untuk mengeluarkan cahaya pada kamera saat pemotretan (blitz)
ü Kegunaan Radon (Rn)
- Gas radon bersifat radioaktif sehingga banyak digunakan dalam terapi radiasi bagi penderita kanker dengan memanfaatkan sinar yang dihsilkan. Namun demikian, jika radon terhisap dalam jumlah cukup banyak akan menimbulkan kanker paru-paru
- Karena peluruhan yang cukup cepat, radon digunakan dalam penyelidikan hidrologi yang mengkaji interaksi antara air bawah tanah, anak sungai dan sungai
- Radon juga dapat berperan sebagai peringatan gempa karena bila lempengan bumi bergerak kadar radon akan berubah sehingga bias diketahui bila adanya gempa dari perubahan kadar radon.
artikel ini disalin lengkap dari: http://arulgroup.blogspot.sg/2013/10/gas-mulia.html
halaman utama website: http://arulgroup.blogspot.sg/
jika mencari artikel yang lebih menarik lagi, kunjungi halaman utama website tersebut. Terimakasih!
No comments:
Post a Comment