Bab I PENDAHULUAN A. Latar Balakang
Timah dan timbel termasuk unsur-unsur golongan 14 (p) yang lebih bersifat logam dibanding dengan tiga anggota pertama yaitu karbo, silicon, dan germanium. Meskipun tidak sebanyak aluminium, timah merupakan logam yang juga dapat dijumpai di sekitar kita. Timah, demikian juga timbel, merupakan juga unsur-unsur yang bersifat logam dalam golongannya, tetapi lunak, tidak kuat, dan mempunyai titik leleh rendah (232°C) sehingga mudah ditempa menjadi bentuk piringan, serta tahan terhadap korosi. Timbel sebagai logam berat merupakan unsur yang terbanyak di alam. Istilah logam berat -3
digunakan karena timbel mempunyai densitas (rapatan) yang sangat tinggi (11,34 g cm ), jauh -3
melebihi densitas tertinggi logam transisi pertama (yaitu 8,92 g cm untuk tembaga). Timbel bersifat lembek-lemah dengan titik leleh 327° C, Nampak mengkilat / berkilauan ketika baru dipotong, ketika segera menjadi buram ketika terjadi kontak dengan udara terbuka. Hal ini terjadi karena pembentukan lapisan timbel-oksida atau timbel karbonat yang melapisi secara kuat, sehingga dapat mencegah terjadinya reaksi lebih lanjut. Karena sifat ini, timbel sering dipakai, misalnya sebagai bingkai-bingkai kaca berwarna yang dibentuk sebagai lukisan pada suatu jendela kaca. Selain S elain itu, SnO2 dapat juga digunakan sebagai campuran bahan atap dan pipa saluran air. Memang pemakaian logam timbel di sekitar kita agak jarang dijumpai, tetapi campuran timbel dan timah digunakan sebagai bahan solder untuk perekat atau pemantri bahan-bahan elektronik. Timbel merupakan bahan paduan yang mempunyai kemampuan sangat tinggi untuk menahan sinar X dan sinar Y, sehingga lempengan timbel banyak dipakai sebagai pelindung bahan radioaktif. Sebagai persenyawaan, timbel ternyata sangat banyak bermanfaat. Dalam industry cat, senyawa timbel banyak digunakan sebagai pigment (pewarna). Misalnya, PbCrO4 berwarna kuning yang banyak digunakan untuk cat pewarna jalan atau bahan plastic, PbMoO4 berwarna merah orange, PbO berwarna kuning kenari, dan 2 PbCO3.Pb(OH)2 memberi warna putih.
1|Kimia Anorganik II
Bab II TINJAUAN TEORITIS
I. KEKHASAN TIMAH DAN TIMBEL 1. Timah
Timah (Sn) adalah sebuah unsur kimia yang memiliki simbol Sn dan nomor atom 50. Timah dalam bahasa Inggris disebut sebagai Tin. 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 biasa terbentuk oleh 9 isotop yang stabil. Ada 18 isotop lainnya yang diketahui.Timah merupakan logam berwarna putih keperakan, dengan kekerasan yang rendah, dapat ditempa ("malleable"), mempunyai sifat konduktivitas panas dan listrik yang tinggi, relatif lunak, tahan karat dan memiliki titik leleh yang rendah dan memilki struktur kristal yang tinggi. Jika struktur ini dipatahkan, terdengar suara yang sering disebut (tangisan timah) ketika sebatang unsur ini dibengkokkan.
1.1 Bentuk timah
Unsur ini memiliki 2 bentuk alotropik pada tekanan normal. Jika dipanaskan, timah abuabu (timah alfa) dengan struktur kubus berubah pada 13,2 °C menjadi timah putih (timah beta) yang memiliki struktur tetragonal. Ketika timah didinginkan sampai suhu 13,2 °C, ia pelan-pelan berubah dari putih menjadi abu-abu. Perubahan Perubah an ini disebabkan oleh ketidakmurnian (impurities) seperti aluminium dan seng, dan dapat dicegah dengan menambahkan antimoni atau bismut. Timah abu-abu memiliki sedikit kegunaan. Timah dapat dipoles sangat licin dan digunakan untuk menyelimuti logam lain untuk mencegah korosi dan aksi kimia. Lapisan tipis timah pada baja digunakan untuk membuat makanan tahan lama. Campuran logam timah sangat penting. Solder lunak, perunggu, logam babbit, logam bel, logam putih, campuran logam bentukan dan perunggu fosfor adalah beberapa campuran logam yang mengandung timah. 2|Kimia Anorganik II
Timah dapat menahan air laut yang telah diestilasi dan air keran, tetapi mudah terserang oleh asam yang kuat, alkali dan garam asam. Oksigen dalam suatu solusi dapat mempercepat aksi serangan kimia-kimia tersebut. Jika dipanaskan dalam udara, timah membentuk Sn2, sedikit asam, dan membentuk stannate salts dengan oksida. Garam yang paling penting adalah klorida, yang digunakan sebagai agen reduksi. Garam timah yang disemprotkan pada gelas digunakan untuk membuat lapisan konduktor listrik. Aplikasi ini telah dipakai untuk kaca mobil yang tahan beku. Kebanyakan kaca jendela sekarang ini dibuat dengan mengapungkan gelas cair di dalam timah cair untuk membentuk permukaan datar (proses Pilkington). Baru-baru ini, campuran logam kristal timah-niobium menjadi superkonduktor pada suhu sangat rendah, menjadikannya sebagai bahan konstruksi magnet superkonduktif yang menjanjikan. Magnet tersebut, yang terbuat oleh kawat timah-niobium memiliki berat hanya beberapa kilogram tetapi dengan baterai yang kecil dapat memproduksi medan magnet hampir sama dengan kekuatan 100 ton elektromagnet yang dijalankan dengan sumber listrik yang besar.
1.2
Sumber Timah (Sn) di Bumi
Mineral yang terkandung di dalam bijih timah pada umumnya mineral utama, yaitu cassiterite. 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-besitimah-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 3|Kimia Anorganik II
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.
1.3 Sifat Timah (Sn)
Sifat Umum Timah (Sn), yaitu : 1. Timah merupakan logam perak keputih-putihan, 2. Dalam keadaan normal (13 – 160 °C), logam ini bersifat mengkilap dan mudah dibentuk. 3. Timah juga tidak mudah teroksidasi dalam udara s ehingga tahan karat. 4. Ditemukan dalam banyak alloy, dan digunakan untuk melapisi logam lainnya untuk mencegah karat.
Sifat Fisik Timah (Sn), yaitu : 1. Keadaan benda
: Padat
2. Titik lebur
: 505.08 K (449.47 °F)
3. Titik didih
: 2875 K (4716 °F)
4. Densitas
: 7,365 g/cm (Sn putih) 5,769 g/cm (Sn abu-abu)
5. Volume molar
: 16.29 ×10-6 m /mol
6. Kalor penguapan
: 295.8 kJ/mol
7. Kalor peleburan
: 7.029 kJ/mol
8. Kalor jenis
: 27,112 J/molK
9. Panas fusi
: 7,03 kJ/mol
10. Kecepatan suara
: 2500 m/s pada 293.15 K
3
3
3
Sifat Kimia Timah (Sn) 1. Bobot atom
: 118.710 sma
2. Berat jenis
: 7,3 g/cm
3. Jari-jari atom
: 145 pm
3
10
2
2
4. Konfigurasi electron : [Kr]4d 5s 5p
4|Kimia Anorganik II
5. Bilangan oksidasi
: 4, 2, - 4
6. Nomor atom
: 50
7. Nomor massa
: 118,71
8. Elektronegatifitas
: 1,96 (skala pauli)
9. Jari-jari atom
: 140 pm
10. Struktur Kristal
: tetragonal (Sn putih) kubik diamond (Sn abu-abu)
11. Konduktifitas termal : 66,8 W/mK 12. Jika timah dipanaskan dengan adanya udara maka akan terbentuk SnO2. 13. Timah larut dalam HCl, HNO3, H 2SO4, dan beberapa pelarut organik seperti asam asetat asam oksalat dan asam sitrat. Timah juga larut dalam basa kuat seperti NaOH dan KOH. 14. Timah bereaksi dengan klorin secara langsung me mbentuk Sn(IV) klorida.
2. Timbel
Logam timbal telah dipergunakan oleh manusia sejak ribuan tahun yang lalu (sekitar 6400 SM) hal ini disebabkan logam timbal terdapat diberbagai belahan bumi, selain itu timbal mudah di ekstraksi dan mudah dikelola. Unsur ini telah lama diketahui dan disebutkan di kitab Exodus. Para alkemi mempercayai bahwa timbal merupakan unsur tertua dan diasosiasikan dengan planet Saturnus. Logam ini memperlihatkan penurunan sifat kovalensi. Logam Pb stabil sebagai ion Pb
2+
4+
dan Pb . Secara umum rerata konsentrasi Pb dikerak bumi adalah 16 µg/g. Umumnya
mineral Pb ini terbentuk dari larutan hidrotermal bersuhu rendah. Pb memiliki beragam mineralnya namun, hanya tiga jenis saja yang ditambang yaitu : galena PbS, cerrusite PbCO3, dan alesite PbSO4. Dalam mineral bebatuan, Pb diperkaya dalam bentuk feldspar. kandungan Pb di tanah mirip dengan kelimpahannya dikerak bumi karena kestabilan Pb dalam siklus geokimianya. Di tanah, ion-ion Pb diikat pada tanah liat atau terikat pada asam humat dan fulvat, membentuk chelate yang berkekuatan moderat (Allen et al,1998 : Csuros Csuros, 2002 : Manahan, 2001). Pb dikenal sebagai salah satu logam tipe B besama merkuri (Hg), Arsen (As), selenium (Se), timah putih (Sn) yaitu logam yang mudah termetilasi atau lepas ke atmosfer sebagai uap dari hasil pembakaran batubara oleh sebab itu Pb juga disebut sebagai logam atmofilik. Timah hitam dalam bahasa Inggris disebut sebagai “Lead” dengan simbol kimia “Pb”. Simbol ini 5|Kimia Anorganik II
berasal dari nama latin timbal yaitu “Plumbum” yang artinya logam lunak. Logam timbal Pb adalah jenis logam lunak berwarna coklat kehitaman dan mudah dimurnikan. Logam Pb lebih tersebar luas dibanding kebanyakan logam toksik lainnya dan secara alamiah terdapat pada batu batuan serta lapisan kerak bumi. Timbal memiliki warna putih kebiruan yang terlihat ketika logam Pb dipotong akan tetapi warna ini akan segera berubah menjadi putih kotor atau abu-abu gelap ketika logam Pb yang baru dipotong tersebut terekspos oleh udara. Timbal memiliki empat isotop yang stabil yaitu
204
Pb,
206
Pb,
207
Pb, dan
208
Pb. Standar
massa atom Pb rata-rata adalah 207,2. Sekitar 38 isotop Pb telah ditemukan termasuk isotop sintesis yang bersifat tidak stabil. Isotop timbal dengan waktu paruh yang terpanjang dimiliki oleh
205
Pb yang waktu paruhnya adalah 15,3 juta tahun dan
202
Pb yang memiliki waktu paruh
53.000 tahun. Timbel sebagai logam berat memerupakan unsur yang terbanyak di alam. Istilah logam 3
berat digunakan karena timbel mempunyai densitas (rapatan) yang sangat tinggi (11,34 g/cm ) -3
jauh melebihi densitas tertinggi logam transisi pertama yaitu (8,92 cm untuk tembaga). Timbal memiliki nomor atom 82 dan nomor massa 207,2. Dengan nomor atom 82 maka 14
10
timbal memiliki konfigurasi elektron [Xe] 4f 5d
2
2
6s 6p dengan jumlah elektron tiap selnya 0
0
adalah 2, 8, 18, 32, 18, 4. Timbal memiliki titik leleh 232 C, titik didih 1620 C, memiliki -3
densitas sebesar 11,34 g/cm . Jari-jari atom timbal 175 pm, memiliki besar energi ionisasi -1
0,7155, 1,4505, dan 4,083 kj/mol . Timbal berada pada golongan IVA (14) bersama dengan C, Si, Ge, dan Sn, periode 6 dan berada pada blok s.
2.1 Sifat-Sifat Logam Timbal (Pb)
Timbal atau Timah Hitam (Pb) adalah unsur yang bersifat logam, hal ini merupakan anomali karena unsur-unsur diatasnya (Gol IV) yakni Karbon dan Silikon bersifat non-logam. Di alam, timbal ditemukan dalam mineral Galena (PbS), Anglesit (PbSO4 ) dan Kerusit (PbCO3,), juga dalam keadaan bebas. Memiliki sifat khusus seperti dibawa h ini, yakni: 1. Berwarna putih kebiru-biruan dan mengkilap. 2. Merupakan logam yang lunak, sehingga dapat dipotong dengan menggunakan pisau atau tangan dan dapat dibentuk dengan mudah. 3. Tahan asam, karat dan bereaksi dengan basa kuat. 6|Kimia Anorganik II
4. Daya hantar listrik kurang baik. (Konduktor yang buruk) 5. Massa atom relative 207,2 6. Memiliki Valensi 2 dan 4. 7. Tahan Radiasi. 8. Mempunyai kerapatan yang lebih besar dibandingkan dengan logam-logam biasa, kecuali emas mercuri.
Selain sifat khusus di atas, timbal memiliki sifat kimia dan fisika seperti berikut:
Sifat Fisika
Fasa pada suhu kamar
: padatan
Densitas
: 11,34 g/cm
Titik leleh
: 327,5 C
Titik didih
: 1749 C
Panas Fusi
: 4,77 kJ/mol
Panas Penguapan
: 179,5 kJ/mol
Kalor jenis
: 26,650 J/molK
-3
0
0
Sifat Kimia
Bilangan oksidasi
: 4,2,-4
Elektronegativitas
: 2,33 (skala pauli)
Energi ionisasi 1
: 715,6 kJ/mol
Energi ionisasi 2
: 1450,5 kJ/mol
Energi ionisasi 3
: 3081,5 kJ/mol
Jari-jari atom
: 175 pm
Radius ikatan kovalen
: 146 pm
Jari-jari Van Der Waals
: 202 pm
Struktur Kristal
: kubik berpusat muka
Sifat kemagnetan
: diamagnetik
Resistifitas termal
: 208 nohm.m 7|Kimia Anorganik II
Konduktifitas termal
: 35,3 W/mK
Timbal larut dalam beberapa asam Bereaksi secara cepat dengan halogen Bereaksi lambat dengan alkali dingin tetapi bereaksi cepat dengan alkali panas menghasilkan plumbit.
Timbal sering kali memiliki sifat tampak seperti gas mulia yaitu tidak reaktif, ditunjukkan oleh harga potensial standarnya sebesar – 0,13 V. Kereaktifan yang rendah ini dikaitkan dengan overvoltage yang tinggi terhadap hidrogen, dan juga dalam beberapa hal tidak terlarutkan oleh H2SO4 pekat dan HCl pekat.
Sifat Timbal yang lain
Berbagai macam timbal oksida mudah direduksi menjadi logamnya. Hal ini bisa dilakukan dengan menggunakan reduktor glukosa, atau mencampur antara PbO dengan PbS kemudian dipanaskan. 2PbO + PbS
3 Pb + SO2
Bila dipanaskan dengan nitrat dari logam alkali maka logam timbal akan membentuk PbO yang umumnya disebut sebagai litharge. PbO adalah contoh dari timbal dengan biloks 2. PbO larut dalam asam nitrat dan asam asetat. PbO juga larut dalam larutan basa membentuk garam plumbit. PbO2 adalah contoh dari timbal dengan biloks 4 dan merupakan agen pengoksidasi yang kuat. Karena PbO larut dalam asam dan basa maka PbO bersifat amfoter. Senyawa timbal dengan dua macam biloks juga ada yaitu Pb3O4 yang dikenal dengan nama minium. Tetraethylend – TEL, (C2H5)4Pb, adalah suatu senyawa organologam yang mempunyai titik didih rendah, dan telah lama dipakai sebagai bahan anti letupan karena sifatnya yang dapat menaikkan angka oktan bahan bakar minyak (bensin) hingga mencapai 80. Namun, disisi lain ternyata TEL memberikan dampak polusi terhadap lingkungan hidup yaitu mencemari udara. Senyawa Pb yang dihasilkan dari pembakaran pada mesin kendaraan bermotor sangat berbahaya, dan jika masuk kedalam tubuh manusia dapat menimbulkan gangguan pada system syaraf dan sistem peredaran darah. 8|Kimia Anorganik II
II.
Cara Mendapatkan Timah dan Timbel dari Senyawanya 1. Timah
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.
9|Kimia Anorganik II
1.1 Cassiterite
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.
1.2 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.
1.3 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.
10 | K i m i a A n o r g a n i k I I
2. Timbel
Timbal tidak ditemukan bebas dialam akan tetapi biasanya ditemukan sebagai biji mineral bersama dengan logam lain misalnya seng, perak, dan tembaga. Sumber mineral timbal yang utama adalah “Galena (PbS)” yang mengandung 86,6% Pb dengan proses pemanggangan, “Cerussite (PbCO3)”, dan “Anglesite” (PbSO4). Kandungan timbal dikerak bumi adalah 14 ppm, sedangkan dilautan adalah:
Permukaan samudra atlantik
: 0,00003 ppm
Bagian dalam samudra atlantik
: 0,000004 ppm
Permukaan samudra pasifik
: 0,00001 ppm
Bagian dalam samudra pasifik
: 0,000001 ppm
2.1 Galena
Galena adalah mineral timbal yang amat penting dan paling banyak tersebar di penjuru belahan bumi dan umumnya berasosiasi dengan mineral lain seperti sphalerite, calcite, dan flourite. Deposit galena biasanya mengandung sejumlah tertentu perak dan juga terdapat seng, kadmium, antimoni, arsen, dan bismuth, sehingga umumnya produksi timbal dari galena menghasilkan juga logam-logam tersebut. Warna galena adalah abu-abu mengkilap dan formulanya adalah PbS. Struktur kristalnya kubik dan oktahedral dan spesifik graviti 7,2 – 7,6.
2.2 Cerrusite
Cerrusite merupakan salah satu mineral timbal yang mengandung timbal karbonat dan menjadi sumber timbal yang utama setelah galena. Mineral ini juga terdapat dalam bentuk granular yang padat atau benbentuk fibrous. Warnanya umumnya tidak berwarna, hingga putih, abu-abu, biru, atau hijau dengan penampakan dari transparan hingga translusen. Mineral ini bersifat tidak larut dalam air akan tetapi larut dalam asam encer seperti asam nitrat. Dan spesifik gravitinya 6,53-6,57. 2.3 Anglesite 11 | K i m i a A n o r g a n i k I I
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 graviti 6,3 dengan kandungan timbal sekitar 73%.
III.
Cara Memproduksi Timah
Timah di alam terutama terdapat sebagai mineral kaserit atau batu timah, SnO2, dan mineral inilah yang merupakan sumber utama logam timah. Prinsip pengolahannya menjadi logam adalah dengan mereduksi bijih oksida tersebut. Pada zaman kuno, reduksi biji SnO2 dilakukan dengan menggunakan batubara panas (glowing coal), menurut persaman berikut: SnO2 (s) + 2C (s) → Sn (l) + CO2 (g) Pada tahap awal, bijih timah dipekatkan dalam suatu wadah dengan proses flotasi-buih. Dalam proses ini, serbuk bijih timah dibuat suspensi dalam air, kemudian ke dalam suspensi ini disemprotkan udara melalui saluran yang berlubang-lubang dan berputar agar terjadi gelembunggelembung udara yang naik ke permukaan. Penambahan zat aditif tertentu, seperti minyak pinus dan natrium etil xantat ke dalam suspensi akan mengakibatkan terbentuknya buih atau busa yang menyelimuti bijih timah, sehingga terbawa keatas bersama dengan gelembung-gelembung udara. Bijih-bijih timah yang mengapung kemudian dikumpulkan dengan cara penumpahan keluar, sedangkan bijih pengotor yang tidak dipengaruhi oleh zat aditif tersebut akan jatuh kebagian dasar wadah. Bijih timah yang sudah pekat kemudian dipanggang. Oleh karena bijih timah sudah dalam bentuk oksidanya, maka proses pemanggangan ini bertujuan untuk mengoksidasi logam pengotor dan menghilangkan belerang dan arsen sebagai oksidanya yang mudah menguap. Proses selanjutnya adalah mereduksi oksida timah dengan karbon. Tehnik modern untuk proses ini menggunakan tanur bergaung (reverberatory) pada temperatur 1200 – 1300 °C. Kesulitan utama dengan tehnik ini adalah adanya unsur besi sebagai pengotor bijih yang mengakibatkan hasil yang diperoleh bercampur dengan logam besi dan menjadi lebih keras. Hal ini terjadi karena besi oksida sebagai pengotor memiliki sifat oksidator yang mirip dengan SnO2. Oleh karena itu, sangat vital proses reduksi bijih kasiterit dilaksanakan dengan kondisi tekanan oksigen yang cukup tinggi untuk mencegah terjadinya reduksi oksida logam pengotor menjadi logam besi. Untuk itu, lelehan timah yang belum murni dari hasil reduksi dengan karbon 12 | K i m i a A n o r g a n i k I I
dipisahkan dari logam-logam lain yang tidak meleleh. Selanjutnya lelehan timah ini diaduk dengan kuat, kemudian dialiri dengan udara (oksigen atmosfer) atau uap air panas agar bahan pengotor yang ada teroksidasi kembali. Oksida-oksida pengotor ini pada pengadukan akan biasanya akan membentuk film yang mengambang di atas permukaan larutan, sehingga dapat dipisahkan dari logam timahnya.
IV.
Cara Memproduksi Timbel
Di alam timbel terutama terdapat sebagai galena, PbS, namun beberapa bijih lain yang mungkin terbentuk sebagai akibat pengaruh iklim atau cuaca pada galena adalah sebagai karbonat, cerrusite (kerusit), PbCO3, dan sebagai sulfat anglesite (anglesit), PbSO4. Dalam proses interaksinya, mula-mula bijih galena dipekatkan dengan tehnik flotasi-buih, selanjutnya ditambahkan sejumlah kwarsa, SiO2, kemudian diikuti dengan pemanggangan terhadap campuran ini. Persamaan reaksi utama pada proses ini adalah: 2 PbS (s) + 3 O2 (g) → 2PbO (s) + 2 SO2 (g) Kemudian proses reduksi dilaksanakan dengan batubara coke (C) dan air-kapur dengan persamaan reaksi utamanya adalah: PbO (s) + C (s) → Pb (l) + CO (g) PbO (s) + CO (g) → Pb (l) + CO2 (g) Maksud penambahan SiO2 sebelum pemanggangan dan penambahan air-kapur pada proses reduksi adalah agar PbSO4 yang mungkin terjadi dalam proses pemanggangan galen apada temperatur tinggi diubah menjadi PbSiO3 oleh karena hadirnya kwarsa menurut persamaan reaksi : PbSO4 (s) + SiO2 (s) → PbSiO3 (s) + SO3 (g) Silikat ini pada proses reduksi akan diubah oleh air kapur, CaO, menjadi PbO yang selanjutnya tereduksi oleh batubara menjadi logam timbel, Pb, dan kapur diubah menjadi kalsium silikat sebagai kerak atau ampas menurut persamaan reaksi: PbSiO3 (s) + CaO (s) → PbO (s) + CaSiO3 (s) Alternatif lain pada proses reduksi adalah pemakaian bijih galena segar sebagai reduktor pengganti batubara (coke): PbS (s) + 2 PbO (s) → Pb (l) + SO2 (g) 13 | K i m i a A n o r g a n i k I I
Sampai dengan tahap ini, logam timbel yang dihasilkan masih belum murni, dan mengandung banyak unsur pengotor seperti tembaga, perak, zink, arsen, antimon, dan bismut. Oleh karena itu masih perlu proses pemurnian lebih lanjut yang meliputi beberapa tahap seperti diuraikan berikut ini. Pertama-tama, logam timbal yang dihasilkan dilelehkan selama beberapa waktu pada temperatur dibawah titik leleh tembaga sehingga tembaga pengotor akan mengkristal dan dapat dipisahkan. Tahap berikutnya, udara ditiupkan diatas permukaan lelehan timbel sehingga pengotor seperti arsen dan antimon akan diubah menjadi arsenat dan antimon atau oksidanya, termasuk bismut sebagai buih di atas permukaan dapat dipisahkan dengan disendoki keluar. Selanjutnya, untuk memisahkan pengotor seperti emas atau perak ditambahkan kira-kira 1-2% zink agar pengotor itu larut dalam lelehan zink. Campuran ini kemudian didinginkan secara perlahan dari sekitar 480 °C menjadi 420 °C, sehingga logam emas atau perak akan terbawa ke dalam zink yang akan mengkristal lebih dulu untuk dipisahkan dari lelehan timbel. Kelebihan zink, jika ada, dapat dipisahkan dengan tehnik penyulingan hampa atau pada tekanan sangat rendah. Pemurnian tahap akhir biasanya dilakukan dengan tehnik elektrolisis menurut metode Betts. Proses ini memakai elektrolit larutan timbel heksa fluorosilikiat, PbSiF 6 dan asam heksa fluorisilikat, H2SiF6. Lembaran-lembaran tebal timbel dipasang sebagai katode dan plat-plat timbel yang belum murni dipasang sebagai anode. Anode timbel akan mengalami oksidasi 2+
menjadi larutan Pb
yang kemudian akan tereduksi menjadi logam Pb dan melekat pada katode.
Dengan proses ini akan diperoleh timbel dengan kemurnian yang sangat tinggi, (~99,9%). V.
Oksida, Hidroksida, dan Garam Timah 2
2
Timah mempunyai konfigurasi electron terluar 5s 5p , dan oleh karena itu dapat membentuk senyawa dengan tingkat oksidasi +2 dan +4. Pelepasan dua electron membentuk timah (II) atau stano tentu akan lebih mudah daripada pelepasan empat electron dengan membentuk timah (IV) atau stani. Oleh karena itu dapat dipahami bahwa timah (II) umumnya lebih bersifat ionic sedangkan timah (IV) lebih bersifat kovalen. Sifat kovalen timah (IV), sama seperti atom karbon yang segolongan dengannya, menyarankan bahwa timah (IV) juga 3
membentuk hibridisasi sp tetrahedron. Timah (IV) relatif stabil, berbeda dengan timbel (IV), danoleh karena itu timah (II) bersifat sebagai reduktor. 14 | K i m i a A n o r g a n i k I I
1. Timah (II)
Stano oksida, SnO,berupa serbuk hitam atau hijau bergantung pada cara pembuatannya. Oksida ini dapat dibuat dengan mereaksikan larutan panas senyawa timah(II) dengan larutan karbonatatau dengan memanaskan timah(II) oksalat tanpa udara. Sn
+2
-2
(aq) + CO3 (aq) SnO (s) + CO2 (g)
Sn(COO)2 (s) SnO (s) + CO2 (g) + CO (g) 2+
Timah(II) oksida bereaksi dengan asam membentuk ion Sn , dan dengan basa kuat -2
membentuk ion stanit, Sn(OH)4 . Jadi, SnO menunjukkan sifat amfoterik. +
SnO (s) + 2 H3O (aq) Sn
+2
(aq) + 3 H2O (l)
-
-2
SnO (s) + 2 OH (aq) + H2O (l) Sn(OH)4 (aq) Salah satu garam timah (II) yang perlu diketahui adalah garam kloridanya yaitu SnCl2. Garam ini yang dapat diperoleh sebagai dihidratnya, SnCl2.2H2O, dibuat dengan menguapkan larutan yang diperoleh dari reaksi antara oksidanya dengan asam hidroklorida menurut persamaan reaksi :
SnO (s) + 2 HCl (aq) + H 2O (l) SnCl2.2H2O (s) SnCl2 dalam air mudah terhidrolisis membentuk endapan putih gelatin timah(II) hidroksiklorida, Sn(OH)Cl, seperti ditunjukkan oleh persamaan reaksi berikut : +
-
SnCl2 (aq) + 2H2O(l) Sn(OH)Cl(s) + H3O (aq) + Cl
Karena stano mudahteroksidasi oleh udara menjadi stani, maka seyogyanya pembuatan larutan SnCl2 harus selalu dalam keadaan segar. Timah(II) klorida, seperti diduga menurut teori Valence Shell Electron Pair Repulsion, VSEPR, mempunyai bentuk molekul huruf V dengan sudut Cl-Sn-Cl 95°. Bentuk molekul dan besarnya sudut ini berkaitan dengan adanya sepasang electron menyendiri (lone pair electron). Pada umumnya, adanya pasangan electron menyendiri dalam suatu molekul akan memberikan sifat basa lewis molekul tersebut. Namun kenyataannya, timah(II) klorida bersifat asam lewis. Jadi, pasangan electron menyendiri Nampak tidak reaktif, dan dengan demikian merupakan pasangan electron yang inert. 15 | K i m i a A n o r g a n i k I I
2.
Timah(IV)
Timah yang dibakar dalam udara akan mengalami oksidasi berkelanjutan membentuk stani oksida yang berwarna kuning ketika panas dan menjadi putih setelah dingin. Hal ini menunjukkan bahwa timah, maupun timah(II) mudah teroksidasi. Oleh karena itu, reaksi timah dengan asam nitrat pekat (oksidator kuat) juga me nghasilkan stani oksida dan gas NO2.
Sn (s) + O2 (g) SnO2 (s)
Sn (s) + 4 HNO3 (l) SnO2 (s) + 4 NO2 (g) + 2H2O (l) Seperti halnya stano oksida, stani oksida juga bereaksi dengan asam, dan basa -2
membentuk ion stanat Sn(OH)6 , menurut persamaan reaksi : +
SnO (s) + 4 H3O (aq) Sn
+4
(aq) + 6 H2O (l)
-
-2
SnO (s) + 2 OH (aq) + 2H2O (l) Sn(OH)6 (aq) Timah(IV) klorida berupa cairan tak berwarna, dan dapat diperoleh dari reaksi langsung logam timah dengan gas klorida berlebih menurut persamaan reaksi : Sn (s) + 2 Cl 2 (g) SnCl4 (l) Kenyataan bahwa stani klorida bukan penghantar listrik dan larut dalam pelarut organic nonpolar seperti CCl4 menyarankan bahwa garam ini tersusun oleh ikatan kovalen dengan bangun tetrahedron. Stani kloroda dapat larut dalam air, tetapa mengalami hidrolisis membentuk oksidanya atau yang terhidrat, dan dalam asam hidroklorida pekat terbentuk asam heksaklorostanat, menurut persamaan reaksi berikut : SnCl4 (l) + 2 H2O (l) SnO2 (s) + 4 HCl (aq) SnCl4 (l) + 2 HCl (pekat) H2SnCl6
VI. Oksida, Hidroksida, dan Garam Timbel
Sifat-sifat timbel sangat mirip denga timah, namun satu hal yang berbeda adalah bahwa 2
peran pasangan electron inert (6s ) dalam senyawa timbel(II) relative lebih besar dalam menstabilkan senyawa-senyawanya dibandingkan dengan peran tersebut dalam senyawa timah(II). Oleh karena itu, timbel(II) relative lebih stabil dan lebih banyak ditemui daripada
16 | K i m i a A n o r g a n i k I I
timbel(IV). Dengan demikian, timbel(II) bukan reduktor yang baik tidak seperti halnya timah(II), melainkan timbel(IV) merupakan oksidator yang lebih baik disbanding timah(IV). Ada tiga macam oksida timbel yang penting yaitu PbO yang brwarna kuning, PbO2 yang berwarna coklat, dan Pb3O4 yang berwarna merah meni. Timbel(II) oksida yang mempunyai struktur sama dengan timah(II) oksida, dapat diperoleh dari pemansan timbel dengan udara :
2 Pb (s) + O2 (g) 2 PbO (s) Jadi, berbeda dengan pemasan timah dengan udara yang menghasilkan timah(IV) oksida, pemasan timbel dengan udara di atas 500°C akan menghasilkan Pb3O4. Timbel(IV) oksida dapat diperoleh dari oksidasi timbel(III) dalam larutan basa. Dengan oksidator larutan natrium hipklorit, NaClO, timbel(III) dapat diubah menjadi timbel(IV) oksida menurut persamaan reaksi berikut : -
ClO (aq) + H2O (l) + 2 e
-
-
-
-
Cl (aq) + 2 OH (aq)
Pb
2+
(aq) + 4 OH (aq)
Pb
2+
(aq) + 2 OH (aq) + ClO (aq) PbO2 (s) + Cl (aq) + 2 H2O (l)
-
PbO2 (s) + 2 H2O (l) + 2 e -
-
-
Timbel(IV) oksida merupakan oksidator yang baik dan dapat mengoksidasi asam kloridamenjadi gas klorin : PbSO4 (s) + 4 HCl (aq) PbCl2 (s) + Cl2 (g) + 2 H2O (l) Pb3O4 dapat diperoleh dari oksidasi PbO dalam udara terbuka dengan pemanasan pada temperatur sekitar 400-500 °C, menurut persamaan reaksi :
6 PbO (s) + O2 (g) 2 Pb3O4 (s) Apabila larutan basa alkali ditambahkan ke dalam larutan timbel (II), diperoleh endapan putih Pb(OH)2. Basa inipun bersifat amfoter, oleh karena itu larut kembali dalam basa alkali berlebihan dengan membentuk ion plumbit dan dapat juga bereaksi dengan asam menghasilkan kembali garam timbel (II). Yang aktif tetapi tidak demikian halnya dengan ion plumbit yang bukan merpakan reduktor yang baik. Timbel(II) klorida, PbCl2, berupa padatan putih yang sukar larut dalam air, tapi larut dalam air panas. Garam ini dapat diperoleh dari interaksi langsung unsur-unsurnya, berbeda dari 17 | K i m i a A n o r g a n i k I I
logam timah yang menghasilkan timah(IV) klorida. Timbel(II) klorida dapat juga diperoleh dari 2+
reaksi antara timbel (II) oksida dengan asam klorida atau dari reaksi pengendapan ion Pb
dan
-
ion Cl . Ternyata endapan timbel (II) klorida larut dalam larutan klorida konsentrasi tinggi dengan menbentuk ion kompleks tetrakloroplumbat(II) : -
PbCl2 (s) + 2Cl
(aq)
2-
↔ [PbCl4]
(aq)
Kristal timbel(II) nitrat, tak berwarna dan mudah larut dalam air, dapat diperoleh dari reaksi timbel (II) oksida dengan asam nitrat. Garam ini ternyata mudah terhidrolisis dalam air membentuk endapan putih hidroksinitrat, kecuali jika larutan dibuat sedikit asam dengan asam nitrat. Pb (NO3)2 (aq) + 2 H2O (l) ↔ Pb(OH)(NO3) (s) + NO3
-
(aq)
+
+ H3O
(aq)
Persamaan reaksi keseimbangan diatas mudah dipahami bahwa dengan penambahan sedikit asam nitrat kedalam larutan akan mencegah terjadinya hidrolisis. Padatan timbel(II) nitrat juga tidak stabil dari pada temperatur agak tinggi, seperti halnya dengan senyawa nitrat dari logam-logam berat lainnya, akan terurai menjadi oksidanya dengan membebaskan gas coklat, NO2, menurut persamaan reaksi: 2 Pb(NO3)2 (s)
∆
2 PbO (s) + 4 NO2 (g) + O2 (g)
Larutan timbel(II) yang paling stabil dalam air adalah larutan timbel asetat, Pb(CH3COO)2. Oleh karena itu, larutan ini sering disediakan u ntuk menguji timbel(II). Ternyata cukup banyak ion-ion yang dapat digunakan untuk menguji karakteristik timbal(II). Sifat khas adanya timbel(II) dalam larutan tidak hanya diendapkan oleh ion klorida 2-
2+
tetapi juga pembentukan endapan putih oleh ion sulfat, SO4 . Demikian juga Pb endapan kuning dengan ion kromat, CrO4
2-.
membentuk
Seperti halnya timah(II), timbel(II) juga diendapkan
oleh ion sulfida dengan warna hitam menurut persamaan reaksi umum : 2+
M
(aq)
2-
+S
(aq)
MS hitam
18 | K i m i a A n o r g a n i k I I
Bab III PENUTUP Kesimpulan
Timah merupakan logam berwarna putih keperakan, dengan kekerasan yang rendah, dapat ditempa ("malleable"), mempunyai sifat konduktivitas panas dan listrik yang tinggi, relatif lunak, tahan karat dan memiliki titik leleh yang rendah dan memilki struktur kristal yang tinggi. Logam timbal Pb adalah jenis logam lunak berwarna coklat kehitaman dan mudah dimurnikan. Timbal memiliki warna putih kebiruan yang terlihat ketika logam Pb dipotong akan tetapi warna ini akan segera berubah menjadi putih kotor atau abu-abu gelap ketika logam Pb yang baru dipotong tersebut terekspos oleh u dara. Timah tidak ditemukan dalam unsur bebasnya dibumi akan tetapi diperoleh dari senyawaannya. Timah pada saat ini diperoleh dari mineral cassiterite atau tinstone. Timbal tidak ditemukan bebas dialam akan tetapi biasanya ditemukan sebagai biji mineral bersama dengan logam lain misalnya seng, perak, dan tembaga. Sumber mineral timbal yang utama adalah “Galena (PbS)” yang mengandung 86,6% Pb dengan proses pemanggangan, “Cerussite (PbCO3)”, dan “Anglesite” (PbSO4).
19 | K i m i a A n o r g a n i k I I
Daftar Pustaka
Anonim. http://ml.scribd.com/doc/77205343/ Makalah-timbal-Pb Anoname. 2010. Kecenderungan Keadaan Oksidasi Golongan. www.chem_is_try.org/materi_kimia/kimia_anorganik1. Cotton dan Wilkinson. 2007. Kimia Anorganik D asar. Jakarta : UI_Press Jurnal. Satya, Awalina. (2011) . Biokumulasi Ion Logam Timbal (Pb) dan Cadmium (Cd) Dalam Fitoplankton Pada Perairan Situ Di Sekitar Kabupaten Bogor . Jurnal. (2011). sifat fisik logam timbal . http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/31915/4/Chapter%20II.pdfl Jurnal. Satya, Awalina. (2011) . Biokumulasi Ion Logam Timbal (Pb) dan Cadmium (Cd) Dalam Fitoplankton Pada Perairan Situ Di Sekitar Kabupaten Bogor . Jurnal. (2011). sifat fisik logam timbal . http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/31915/4/Chapter%20II.pdfl Saiti, taro. 1996. Kimia Anorganik. Tokyo : Iwanami Shoten Sugiyarto, Kristian H. 2010. Kimia Anorganik Logam. Medan : FMIPA_Unimed
20 | K i m i a A n o r g a n i k I I
