21.6 Halogen

Halogen — fluor, klor, brom, dan yodium — adalah nonlogam reaktif (lihat Gambar 8.20). Tabel 21.4 mencantumkan beberapa properti dari elemen-elemen ini. Meskipun semua halogen sangat reaktif dan beracun, besarnya reaktifitas dan toksisitas umumnya menurun dari florin menjadi iodin. Kimia florin berbeda dari kimia halogen lainnya dengan cara berikut:

21.5 Oksigen dan Belerang

Oksigen
Oksigen sejauh ini merupakan unsur paling melimpah di kerak bumi, yang merupakan sekitar 46 persen massanya. Selain itu, atmosfer mengandung sekitar 21 persen molekul oksigen berdasarkan volume (23 persen massa). Seperti nitrogen, oksigen dalam keadaan bebas adalah molekul diatomik (O2). Di laboratorium, gas oksigen dapat diperoleh dengan memanaskan kalium klorat (lihat Gambar 5.15):

21.4 Nitrogen dan Fosfor

Nitrogen
Sekitar 78 persen volume udara adalah nitrogen. Sumber mineral nitrogen yang paling penting adalah sendawa (KNO3) dan sendawa Chili (NaNO3). Nitrogen adalah elemen penting kehidupan; itu adalah komponen protein dan asam nukleat.

21.3 Karbon

Meskipun hanya membentuk sekitar 0,09 persen massa kerak bumi, karbon adalah elemen penting dari makhluk hidup. Ia ditemukan bebas dalam bentuk intan dan grafit (lihat Gambar 8.17), dan juga merupakan komponen gas alam, minyak bumi, dan batu bara. (Batu bara adalah benda padat berwarna coklat ke hitam yang digunakan sebagai bahan bakar; batu bara terbentuk dari fosil tanaman dan terdiri dari karbon amorf dengan berbagai senyawa organik dan beberapa senyawa anorganik.) Karbon menggabungkan dengan oksigen untuk membentuk karbon dioksida di atmosfer dan terjadi sebagai karbonat di batu kapur dan kapur.

21.2 Hidrogen

Hidrogen adalah unsur paling sederhana yang dikenal — bentuk atomnya yang paling umum hanya mengandung satu proton dan satu elektron. Namun, bentuk atom hidrogen hanya ada pada suhu yang sangat tinggi. Biasanya, unsur hidrogen adalah molekul diatomik, produk dari reaksi eksoterm antara atom H:

21.1 Sifat Umum Nonlogam

Sifat bukan logam lebih bervariasi daripada logam. Sejumlah bukan logam adalah gas-gas dalam keadaan unsur: hidrogen, oksigen, nitrogen, florin, klorin, dan gas-gas mulia. Hanya satu, bromin, yang berbentuk cair. Semua bukan logam yang tersisa adalah padatan pada suhu kamar. Tidak seperti logam, elemen bukan logam adalah konduktor panas dan listrik yang buruk; mereka menunjukkan bilangan oksidasi positif dan negatif.

21. Unsur Nonlogam dan Senyawanya

Konsep Penting
• Bab ini dimulai dengan memeriksa sifat umum dari bukan logam. (21.1)
• Kita melihat bahwa hidrogen tidak memiliki posisi unik dalam tabel periodik. Kami mempelajari persiapan hidrogen dan mempelajari beberapa jenis senyawa yang mengandung hidrogen. Kami juga membahas reaksi hidrogenasi dan peran hidrogen dalam produksi energi. (21.2)
• Selanjutnya, kami mempertimbangkan dunia karbon anorganik dalam hal karbida, sianida, dan karbon monoksida dan karbon dioksida. (21.3)
• Nitrogen adalah unsur paling berlimpah di atmosfer. Senyawa utamanya adalah amonia, hidrazin, dan beberapa oksida. Asam nitrat, zat pengoksidasi kuat, adalah bahan kimia industri utama. Fosfor adalah elemen penting lainnya dalam Grup 5A. Ini adalah komponen utama gigi dan tulang dan dalam bahan genetik seperti asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA). Senyawa fosfor meliputi hidrida dan oksida. Asam fosfat memiliki banyak aplikasi komersial. (21.4)
• Oksigen adalah unsur paling melimpah di kerak bumi. Ini membentuk senyawa dengan sebagian besar unsur lain seperti oksida, peroksida, dan superoksida. Bentuk alotropiknya, ozon, adalah zat pengoksidasi kuat. Belerang, anggota kedua Grup 6A, juga membentuk banyak senyawa dengan logam dan bukan logam. Asam sulfat adalah bahan kimia industri paling penting di dunia. (21.5)
• Halogen adalah yang paling elektronegatif dan paling reaktif dari bukan logam. Kami mempelajari persiapan, sifat, reaksi, dan aplikasi senyawa mereka. (21.6)

Tugas 20

Tembaga dimurnikan dengan elektrolisis (lihat Gambar 20.6). Anoda 5,00 kg digunakan dalam sel di mana arusnya 37,8 A. Berapa lama (dalam jam) haruskah arus berjalan untuk menyelesaikan anoda ini dan melapisinya ke katoda?

Latihan 20

Definisikan mineral, bijih, dan metalurgi.

Kata Kunci

Pengotor akseptor, hal. 896
Paduan, hal. 886
Amalgam, hlm. 887
Teori band, hal. 894

Ringkasan Pengetahuan Faktual dan Konseptual

1. Bergantung pada reaktivitasnya, logam ada di alam baik dalam keadaan bebas atau gabungan.
2. Memulihkan logam dari bijihnya adalah proses tiga tahap. Pertama, bijih harus disiapkan. Logam kemudian dipisahkan, biasanya dengan proses reduksi, dan akhirnya, dimurnikan.
3. Metode yang biasa digunakan untuk pemurnian logam adalah distilasi, elektrolisis, dan pemurnian zona.

Daur Ulang Aluminium

Kaleng minuman aluminium hampir tidak dikenal pada tahun 1960; namun pada awal 1970-an lebih dari 1,3 miliar pon aluminium telah digunakan untuk wadah ini. Alasan aluminium
popularitas di industri minuman adalah tidak beracun, tidak berbau, tidak berasa, dan ringan. Selain itu, konduktivitas termal, sehingga cairan di dalam wadah dapat didinginkan dengan cepat.

20.7 Aluminium

Aluminium (lihat Gambar 8.16) adalah logam yang paling berlimpah dan unsur paling berlimpah ketiga di kerak bumi (7,5 persen massa). Bentuk unsur tidak terjadi di alam; bijih utamanya adalah bauksit (Al2O3? 2H2O). Mineral lain yang mengandung aluminium adalah orthoclase (KAlSi3O8), beryl (Be3Al2Si6O18), cryolite (Na3AlF6), dan korundum (Al2O3) (Gambar 20.17).

20.6 Logam Alkali Tanah

Logam alkali tanah agak kurang elektropositif dan kurang reaktif dibandingkan logam alkali. Kecuali untuk anggota keluarga pertama, berilium, yang menyerupai aluminium (logam Grup 3A) dalam beberapa hal, logam alkali tanah memiliki sifat kimia yang serupa. Karena ion M21 mereka mencapai konfigurasi elektron yang stabil dari gas mulia sebelumnya, jumlah oksidasi logam alkali tanah dalam bentuk gabungan hampir selalu 12. Tabel 20.5 mencantumkan beberapa sifat umum dari logam ini. Radium tidak termasuk dalam tabel karena semua isotop radium adalah radioaktif dan sulit dan mahal untuk mempelajari kimia unsur Grup 2A ini.

20.5 Logam Alkali

Sebagai suatu kelompok, logam alkali (unsur-unsur Grup 1A) adalah unsur yang paling elektropositif (atau paling tidak elektronegatif) yang diketahui. Mereka menunjukkan banyak sifat yang serupa, beberapa di antaranya tercantum dalam Tabel 20.4. Dari konfigurasi elektron mereka, kami berharap jumlah oksidasi unsur-unsur ini dalam senyawa mereka menjadi 11 karena kation akan isoelektronik dengan gas mulia. Ini memang masalahnya.

20.4 Kecenderungan Periodik Sifat Logam

Logam berkilau dalam penampilan, padat pada suhu kamar (dengan pengecualian merkuri), konduktor panas dan listrik yang baik, mudah dibentuk (dapat ditempa pada saat itu), dan ulet (dapat ditarik ke dalam kawat). Gambar 20.12 menunjukkan posisi logam yang representatif dan logam Grup 2B dalam tabel periodik. (Logam transisi dibahas pada Bab 22.) Seperti yang kita lihat pada Gambar 9.5, elektronegativitas elemen meningkat dari kiri ke kanan melintasi suatu periode dan dari bawah ke atas dalam sebuah kelompok. Karakter logam dari logam meningkat hanya di arah yang berlawanan, yaitu, dari kanan ke kiri melintasi suatu periode dan dari atas ke bawah dalam suatu kelompok. Karena logam umumnya memiliki keelektronegatifan yang rendah, mereka cenderung membentuk kation dan hampir selalu memiliki bilangan oksidasi positif dalam senyawanya. Namun, berilium dan magnesium dalam Grup 2A dan logam dalam Grup 3A dan selanjutnya juga membentuk senyawa kovalen.

20.3 Teori Pita Konduktivitas Listrik

Dalam Bagian 11.6 kita melihat bahwa kemampuan logam untuk melakukan panas dan listrik dapat dijelaskan dengan teori orbital molekul. Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang sifat konduktivitas logam kita juga harus menerapkan pengetahuan kita tentang mekanika kuantum. Model yang akan kita gunakan untuk mempelajari ikatan logam adalah teori pita, disebut demikian karena menyatakan bahwa elektron yang terdelokalisasi bergerak bebas melalui "pita" yang dibentuk oleh orbital molekul yang tumpang tindih. Kami juga akan menerapkan teori pita pada elemen tertentu yang merupakan semikonduktor.

20.2 Proses Metalurgi

Metalurgi adalah ilmu dan teknologi yang memisahkan logam dari bijihnya dan campuran logam campuran. Paduan adalah larutan padat baik dari dua atau lebih logam, atau dari logam atau logam dengan satu atau lebih bukan logam.

20.1 Kejadian Logam

Sebagian besar logam berasal dari mineral. Mineral adalah zat yang terbentuk secara alami dengan berbagai komposisi kimia. Deposit mineral yang cukup terkonsentrasi untuk memungkinkan pemulihan ekonomis dari logam yang diinginkan dikenal sebagai bijih. Tabel 20.1 mencantumkan jenis mineral utama, dan Gambar 20.1 menunjukkan klasifikasi logam menurut mineral mereka.
Logam yang paling banyak, yang ada sebagai mineral di kerak bumi, adalah aluminium, besi, kalsium, magnesium, natrium, kalium, titanium, dan mangan (lihat hal. 52). Air laut adalah sumber yang kaya akan beberapa ion logam, termasuk Na1, Mg21, dan Ca21. Lebih jauh, area luas dari samudera ditutupi oleh nodul mangan, yang sebagian besar terdiri dari mangan, bersama dengan besi, nikel, tembaga, dan kobalt dalam keadaan gabungan kimia (Gambar 20.2).

20. Metaurgi dan Kimia Logam

Konsep Penting
• Kami pertama-tama mensurvei keberadaan bijih yang mengandung berbagai logam. (20.1)
• Kami kemudian mempelajari urutan langkah-langkah dari persiapan bijih hingga produksi logam. Kami fokus terutama pada metalurgi besi dan pembuatan baja. Kami juga memeriksa beberapa metode pemurnian logam. (20.2)
• Selanjutnya, kami mempelajari sifat-sifat padatan dan melihat bagaimana teori pita menjelaskan perbedaan antara konduktor (logam) dan isolator. Kami mempelajari sifat-sifat khusus semikonduktor. (20.3)
• Kami secara singkat memeriksa tren periodik dalam sifat logam. (20,4)
• Untuk logam alkali kami membahas natrium dan kalium dan fokus pada persiapan, sifat, senyawa, dan penggunaannya. (20.5)
• Untuk logam alkali tanah, kami membahas magnesium dan kalsium dan fokus pada persiapan, sifat, senyawa, dan penggunaannya. (20.6)
• Terakhir, kami mempelajari persiapan, sifat, senyawa, dan penggunaan logam Grup 3A — aluminium. (20.7).