2.
Analisis Kualitatif, Sintesis, Karakterisasi dan Uji Katalitik Modul 1: Reaksi-Reaksi Logam Transisi & Senyawanya
TUJUAN (a) Mempelajari reaksi-reaksi logam transisi dan senyawanya, meliputi reaksi oksidasi logam oleh asam, reaksi pembentukan endapan hidroksida dari garam-garam logam transisi, reaksi pengendapan senyawa perak(I), perubahan warna dan bilangan oksidasi dari larutan vanadat dan permanganat, reaksi oksidasi-reduksi garam-garam logam transisi, dan reaksi kesetimbangan ion kromat dan dikromat dalam suasana asam dan basa. (b) Mahasiswa dapat mempelajari sifat fisik dan kimia unsur transisi dan senyawanya, serta dapat menuliskan persamaan reaksi dengan benar.
PENDAHULUAN Sifat kimia dan fisik yang menarik dari unsur-unsur transisi antara lain (i) logam dengan titik lebur dan titik didih yang tinggi, (ii) kereaktifan logam transisi terhadap asam oksidator dan asam non-oksidator yang bervariasi, (iii) senyawanya memiliki bilangan oksidasi yang bervariasi, (iv) ion logam transisi dalam air memiliki warna yang khas, (v) senyawanya dapat bersifat magnet, dan (vi) unsurnya dapat membentuk senyawa kompleks. Dengan sifat kimia dan fisik tersebut, beberapa reaksi kimia yang umum dipelajari antara lain reaksi oksidasi-reduksi, reaksi pembentukan kompleks, dan reaksi pengendapan. Sebagai contoh, logam Fe dapat bereaksi dengan larutan HCl dan menghasilkan ion Fe2+ dan gas H2 dalam larutan. Sementara, logam Cu tidak bereaksi dengan larutan HCl (encer ataupun pekat). Kereaktifan logam terhadap HCl dapat dijelaskan dengan menggunakan nilai Esel reaksi oksidasi-reduksi logam oleh H+. Diketahui nilai E Fe2+/Fe = 0,45 V, E Cu2+/Cu = 0,34 V, dan E H+/H2 = 0 V, maka nilai E sel reaksi oksidasi-reduksi logam Fe dan HCl sebesar 0,45 V dan untuk logam Cu sebesar 0,34 V. Artinya, oksidasi logam Fe oleh HCl dapat berlangsung karena memiliki nilai Esel reaksi yang positif. Data-data fisik lainnya, yaitu tetapan hasil kali kelarutan (Ksp), tetapan pembentukan kompleks (Kf) digunakan untuk menjelaskan reaksi pengendapan dan pembentukan kompleks. Sebagai contoh, larutan AgNO3 direaksikan dengan larutan NaCl menghasilkan endapan AgCl, kemudian endapan tersebut akan larutan kembali setelah penambahan larutan NH3. Adanya ion Ag+ dan ion Cl dalam larutan dapat membentuk endapan AgCl, jika hasil kali konsentrasi kedua ion tersebut sama atau lebih besar dari nilai Kspnya (Ksp AgCl = 1,8 x 1010). Endapan AgCl larut kembali dengan penambahan larutan NH3, karena campuran tersebut menghasilkan produk reaksi berupa ion [Ag(NH3)4]+ yang memiliki nilai Kf sebesar Penuntun Praktikum Logam Transisi & Kimia Koordinasi (KI3231)
7
1,7 x x 107. Artinya, reaksi pembentukan ion [Ag(NH3)4]+ akan mudah berlangsung dalam larutan yang mengandung ion Ag+ dan NH3. Dalam percobaan ini akan dilakukan reaksi logam transisi dengan beberapa asam dan variasi konsentrasi asam, reaksi pengendapan, reaksi kesetimbangan senyawa logam transis dalam suasana asam dan basa, reaksi oksidasi-reduksi, dan reaksi pembentukan kompleks. Berdasarkan hasil pengamatan yang diperoleh, mahasiswa diharapkan dapat menjelaskan hasil tersebut dengan menggunakan data fisik dan sifat kimia setiap unsur transisi.
ALAT & BAHAN Alat Tabung reaksi mikro (8 buah) Pipet tetes (5 buah) Bunsen Kertas mika Kertas karton putih & hitam Batang pengaduk plastik mika
Bahan Logam: Cr, Fe, Cu, Zn Larutan garam logam transisi: CrCl3 0,3 M, MnCl2 0,25 M, FeCl3 0,5 M, CoCl2 0,5 M, NiCl2 0,5 M, CuSO4 0,25 M, ZnSO4 0,25 M, dan AgCl 0,1 M. Larutan asam: HCl (3M, 6M), HNO3 (3M, 6M), H2SO4 (1M, 3M, 6M), dan aqua regia Larutan basa: NH3 pekat, NaOH 0,1M Larutan: KBr 0,1 M, Na2S2O3 0,1 M, H2O2 30 %, Padatan NaOH (0,5 g) Gula ( 1 g) KMnO4 (± 1 mg) K2C2O4.H2O NaHCO3 Glisin (natrium glisinat) Co(NO3)2.6H2O Aqua dm
CARA KERJA Bagian 1: Reaksi logam transisi dengan asam Berikut reaksi-reaksi logam Cr, Fe, Cu, dan Zn dengan beberapa jenis asam (HCl, HNO3, H2SO4, dan aqua regia). a. Sediakan 7 tabung mikro (pastikan tabungnya bersih), masing-masing diisi dengan sedikit serbuk/lempengan logam Cr . b. Pada tabung 1: tambahkan larutan HCl 3 M. c. Pada tabung 2: tambahkan larutan HCl 6 M. d. Pada tabung 3: tambahkan larutan HNO3 3M e. Pada tabung 4: tambahkan larutan HNO3 6M f. Pada tabung 5: tambahkan larutan H2SO4 3M. g. Pada tabung 6: tambahkan larutan H2SO4 6M. Penuntun Praktikum Logam Transisi & Kimia Koordinasi (KI3231)
8
h. Pada tabung 7: tambahkan larutan aqua regia ( 1 tetes). i. Amati perubahan yang terjadi. Jika tidak teramati adanya perubahan, campuran tersebut dipanaskan dengan menggunakan bunsen/di atas pemanas listrik. j. Ulangi pekerjaan di atas (tahap a-i) untuk logam Fe, Cu, dan Zn. Bersihkan tabung mikro dengan larutan asam, jika terdapat kerak logam pada dasar tabung. k. Diskusikan kereaktifan setiap logam terhadap variasi konsentrasi HCl, HNO3, dan H2SO4, serta kerreaktifan logam terhadap aqua regia. l. Tuliskan persamaan reaksi untuk semua reaksi di atas. Bagian 2: Reaksi pembentukan endapan hidroksida Reaksi larutan garam logam transisi dengan larutan NaOH atau NH3 akan membentuk endapan senyawa hidroksida, dimana sebagian senyawa hidroksida logam transisi dapat larut dengan penambahan larutan NaOH atau NH3 berlebih. a. Siapkan larutan garam logam transisi berikut: CrCl3 (0,3 M); MnCl2 (0,25 M); FeCl3 (0,5 M); CoCl2 (0,5 M); NiCl2 (0,5 M); CuSO4 (0,25 M); dan ZnSO4 (0,25 M). b. Siapkan plastik mika transparan, yang dibawahnya dialaskan dengan kertas karton berwarna putih. c. Setiap larutan tersebut (7 larutan) diteteskan pada plastik mika tersebut sebanyak 1-2 tetes, diberi jarak antar larutan satu dengan yang lainnya seperti gambar dibawah ini. Catatan: jangan lupa urutan larutannya.
1
2
3
4
5
6
7
d. Pengamatan 1: Teteskan larutan NaOH 0,3 M pada 7 larutan garam logam transisi tersebut sampai diamati adanya endapan yang terbentuk. Campuran tersebut diaduk dengan menggunakan plastik mika yang tersedia. Kemudian, tambahkan larutan NaOH berlebih sampai endapan tersebut larut kembali atau endapan bertambah banyak. Catat semua hasil pengamatan yang diperoleh. e. Pengamatan 2: Bersihkan kertas mika dengan tissue. Ulangi tahap pekerjaan b-d, larutan NaOH diganti dengan larutan NH3 5%. Catat semua hasil pengamatan yang diperoleh. f. Diskusikan senyawa hidroksida manakah yang dapat larut kembali setelah penambahan larutan NaOH atau NH3 berlebih. g. Tuliskan seluruh persamaan reaksi untuk reaksi di atas.
Penuntun Praktikum Logam Transisi & Kimia Koordinasi (KI3231)
9
Bagian 3: Reaksi pengendapan senyawa perak(I) a. Siapkan 1 buah tabung reaksi, kemudian isi dengan 5 mL aqua dm. b. Tambahkan 0,2 mL larutan AgNO3 0,1 M dan 0,8 mL larutan NaCl 1M. Amati perubahan yang terjadi. c. Tambahkan larutan NH3 5 % (± 1 mL) ke dalam campuran di atas, sampai endapan larut kembali. d. Tambahkan larutan KBr 0,1 M (± 0,2 mL) ke dalam campuran di atas (bagian c), sampai di amati adanya endapan. e. Tambahkan larutan Na2S2O3 0,1 M (± 1,5 mL) ke dalam campuran di atas (bagian d), sampai endapan larut kembali. f. Diksusikan pengendapan senyawa perak(I) berdasarkan nilai kelarutan senyawa perak(I) yang dihasilkan dalam setiap reaksi di atas (b-e).
Bagian 4: Reaksi oksidasi dan reduksi a. Dalam botol vial, garam vanadium (V) (natrium vanadat atau ammonium vanadat) sebanyak ±0,01 g dilarutkan dengan 20-30 tetes H2SO4 3 M dan diencerkan dengan 2 mL air. Kemudian, tambahkan sedikit serbuk/lempengan Zn dan tutup botol dengan prop karet. Kocok larutan perlahan-lahan dan amati perubahan warna larutan yang terjadi dan catat waktunya (cepat ataukah lambat). b. Dalam gelas Erlenmeyer 250 mL, ± 0,5 g natrium hidoksida dan ± 1 g gula dilarutkan dalam 75 mL air. Siapkan larutan KMnO4 ( 1 mg/50 mL air) dalam sebuah gelas kimia. Kemudian tuangkan larutan KMnO4 ke dalam labu Erlemeyer, aduk larutan tersebut dengan batang pengaduk magnetik. Amati perubahan warna larutan yang terjadi dan catat waktunya (cepat ataukah lambat). c. Dalam tabung reaksi, 1mL larutan CrCl3 (0,3 M) dicampur dengan larutan NaOH 0,3 M berlebih sampai endapan yang terbentuk larut kembali. Tambahkan H2O2 10 % berlebih kedalam campuran tersebut dan diaduk. Larutan dipanaskan sampai mendidih dan amati perubahan warna larutan yang terjadi. d. Dalam tabung reaksi, 1 mL larutan CuSO4 0,25 M direaksikan dengan ± 25-30 tetes larutan KI 0,1 M sampai diamati adanya endapan berwarna putih dan warna larutan berubah menjadi coklat. Kemudian, tambahkan ± 20-30 tetes larutan Na2S2O3 0,1 M sampai warna larutan berubah menjadi bening. e. Tuliskan persamaan reaksi untuk percobaan a-d, lengkap dengan fasa untuk setiap pereaksi dan produk. Bagian 5: Kesetimbangan ion kromat dan dikromat a. Dalam tabung reaksi, sedikit garam kromat (natrium kromat/ kalium kromat) dilarutkan dengan 10-20 tetes air, kemudian tambahkan 10-20 tetes larutan asam sulfat encer (1 M). Amati perubahan warna yang terjadi. Selanjutnya, tambahkan 10-20 tetes larutan natrium hidroksida encer (1 M) kedalam larutan tersebut dan amati perubahan warna yang terjadi. b. Dalam tabung reaksi, sedikit garam dikromat (natrium dikromat/ kalium dikromat) dilarutkan dengan 10-20 tetes air, kemudian tambahkan 10-20 tetes larutan natrium Penuntun Praktikum Logam Transisi & Kimia Koordinasi (KI3231)
10
hidroksida encer. Amati perubahan warna yang terjadi. Selanjutnya, tambahkan larutan asam sulfat encer (10-20 tetes) kedalam larutan tersebut dan amati perubahan warna yang terjadi. c. Tuliskan persamaan reaksi kesetimbangan untuk ion kromat atau dikromat dalam suasana asam dan basa. Bagian 6: Reaksi pembentukan senyawa kompleks kobalt(III) a. Garam Co(NO3)2.6H2O sebanyak 0,123 g dilarutkan dalam 100 mL aqua dm, yang akan digunakan sebagai larutan stok Co(II). b. Dalam tabung reaksi, 5 mL larutan Co(II) direaksikan dengan 0,38 g garam glisin. Setelah campuran tersebut diaduk, tambahkan 2,5 mL H2O2 30 % ke dalam larutan. Campuran tersebut kemudian dipanaskan ( 80 C ) sampai warna larutan berubah menjadi berwarna ungu. Hasil ini menunjukkan terbentuknya senyawa kompleks [Co(gly)3]. c. Dalam tabung reaksi, 5 mL larutan Co(II) direaksikan dengan 0,78 g K2C2O4.H2O. Setelah campuran tersebut diaduk, tambahkan 5 mL larutan H2O2 3 % ke dalam larutan. Kemudian larutan diaduk dan dipanaskan pada suhu 30 40 C selama 10-15 menit, sampai warna larutan menjadi biru-kehijauan. Hasil ini menunjukkan terbentuknya senyawa kompleks [Co(ox)3]3. d. Siapkan 2 buah tabung reaksi. Dalam tabung reaksi 1, 0,15 g Co(NO3)2.6H2O dilarutkan dalam 2,5 mL aqua dm dan kemudian tambahkan 3-5 tetes H2O2 30 %. Dalam tabung reaksi 2, 0,85 g NaHCO3 dilarutkan dalam 2,5 mL aqua dm. Kedua larutan tersebut dicampurkan dalam gelas kimia, kemudian didihkan dan amati warna larutan menjadi hijau. Hasil ini menunjukkan terbentuknya senyawa kompleks [Co(CO3)3]3. e. Dalam tabung reaksi, 2 mL larutan [Co(CO3)3]3 sedikit demi sedikit dicampurkan dengan 8 mL larutan HNO3 dan diamati warna larutan berubah menjadi pink. Perkirakan apa yang terjadi.
TUGAS PENDAHULUAN 1. Bagaimana kereaktifan masing-masing logam transisi, Cr, Fe, Cu, dan Zn terhadap HCl, H2SO4, dan HNO3? Beri penjelasan dengan menggunakan data E reduksi. 2. Tuliskan data Ksp untuk Cr(OH)3, Mn(OH)2, Fe(OH)3, Ni(OH)2, Co(OH)2, Cu(OH)2, dan Zn(OH)2. 3. Tuliskan data Kf untuk [Cr(OH)4], [Cr(NH3)6]3+, [Ni(NH3)6]2+, [Co(NH3)6]2+. 4. Tuliskan diagram latimer untuk vanadium dan mangan dalam suasana asam. 5. Tuliskan persamaan reaksi untuk reaksi a. Reduksi ion vanadat oleh logam Zn dalam suasana asam. b. Reduksi ion permanganat oleh glukosa dalam suasana basa. c. Oksidasi ion kromium(III) oleh hidrogen peroksida dalam suasana basa. d. Reduksi ion tembaga(II) oleh kalium iodida. e. Kesetimbangan ion kromat dan dikromat dalam suasana asam. f. Pembentukan senyawa kompleks kobalt(III).
Penuntun Praktikum Logam Transisi & Kimia Koordinasi (KI3231)
11
DAFTAR PUSTAKA 1. Svehla, G. , Vogel’s Qualitative Inorganic Analysis, 7th ed., Longman, 1996. 2. Riordan, A.R., Jansma, A., Fleischman, S., Green, D.B., and Mulford, D.G. Spectrochemical Series of Cobalt(III). An Experiment for High School through College, The Chemical Educator, 10, 2004.
Penuntun Praktikum Logam Transisi & Kimia Koordinasi (KI3231)
12
