Bab 12 Unsur Golongan IVA
Unsur Golongan IV
Daftar Isi
Sifat Umum
Sifat Kimia Unsur Karbon
Sifat Fisik Unsur Golongan IVa
Penggunaan Unsur Golongan IVa
Tetraklorida
Senyawa Oksida
Kation dari Unsur Golongan IVa
Sifat Umum
Unsur Golongan IV memiliki 4 elektron valensi pada kulit terluarnya
Unsur Golongan IV berubah dari jenis nonlogam (C) menjadi logam (Pb) dengan naiknya nomor atom. Sedangkan Si dan Ge adalah metalloid, dimana unsure tersebut memiliki beberapa sifat logam dan beberapa sifat nonlogam
Semua unsure dapat membentuk kovalen empat tangan didalam senyawanya. Dengan memindahkan satu electron orbital s ke orbital p yang masih kosong
Semua Unsur Golongan IV dapat membentuk ikatan kovalen hidrida dengan rumus MH4 dan kovalen klorida dengan rumus MCl4. Dalam senyawanya unsure golongan IV membentuk empat ikatan kovalen
Senyawa ionic
Kecuali untuk beberapa logam karbida ( mengandung C4- ion), carbon dan silicon tidak membentuk ikatan ionic
Makin ke bawah, atom menjadi makin besar dan muda kehilangan electron membentuk ion positif
Sn dan Pb dapat melepas 4 elektron pada orbital s dan p membentuk M4+ dalam senyawanya.
Sn dan Pb dapat juga melepas 2 elektron pada orbital p membentuk M2+.
Hal ini terjadi karena 2 elektron orbital s terluar mengalami “inert pair effect”, dimana pengaruhnya lebih besar pada Pb dibandingkan pada Sn. Sehingga Pb lebih suka membentuk Pb2+ dibandingkan Pb4+, sedangkan Sn lebih suka stabil dalam bentuk Sn4+ dibandingkan Sn2+
Sifat Kimia Unsur Karbon
Unsur pertama dalam SPU memiliki sifat yang berbeda dengan unsur lainnya dalam satu golongan, dalam Unsur Golongan IV carbon memiliki sifat yang berbeda dengan Unsur Golongan IV lainnya
Kulit kedua dari karbon tersusun atas 2s dan 2p, tidak ada orbital d sehingga karbon hanya memiliki 4 orbital untuk membentuk ikatanya.
Unsur Golongan IV lainnya memiliki orbital d pada kulit terluarnya sehingga dapat digunakan untuk melakukan ikatan kovalen koordinasi
Unsur Golongan IV lainnya dapat membentuk ion kompleks octahedral seperti SiF62- dan PbCl62-, dalam ikatan ini 2 orbital d ikut digunakan dalam membentuk ikatan kovalen koordinasinya
CCl4 tidak bereaksi dengan air, sedangkan SiCl4 bereaksi cepat dengan air. SiCl4 dapat bereaksi dengan air karena molekul air dapat melakukan ikatan kovalen koordinasi dengan menggunakan orbital d kosong.
Hal ini tidak dapat terjadi pada CCl4 karena CCl4 tidak memiliki orbital d
Sejumlah besar atom karbon yang bergabung dalam rantai yang panjang disebut katenasi. Dimana katenasi ini menghasilkan sejumlah besar senyawa organic.
Walaupun katenasi dapat terjadi pada Unsur Golongan IV, akan tetapi hanya sedikit senyawa yang terbentuk, dan rata-rata tidak stabil terhadap panas. Katenasi dapat terjadi pada C-C karena ikatan C-C sangat kuat energy ikatanya dibandingkan Si-Si, Ge-Ge, Sn-Sn dan Pb-Pb. Ikatan C-C dua kali lebih kuat dibandingkan Si-Si.
Karbon dapat membentuk ikatan rangkap seperti C=C, C≡C, C=O, C≡N dalam banyak senyawa. Sedangkan unsure lain jarang memiliki ikatan rangkap seperti ini.
Karbon dapat membentuk ikatan rangkap karena energy ikatanya besar, sehingga ikatan dalam senyawanya menjadi stabil.
Sifat Fisik Unsur Golongan IV
Sifat fisik dari beberapa unsure golongan 4 adalah :
Struktur dari unsur
Karbon memiliki dua allotrop yaitu grafite dan diamond
Silicon memiliki struktur seperti intan. Memiliki titik leleh yang rendah dibanding intan dan lebih lunak dibandingkan intan. Hal ini karena ikatan Si-Si lebih lemah dibandingkan C-C.
Germanium memiliki struktur seperti intan, titik leleh dan kekerasannya lebih lemah dibandingkan intan atau silicon karena ikatan Ge-Ge lebih lemah dibandingkan C-C dan Si-Si.
Isotop utama dari Sn adalah timah putih yang merupakan metalik, pada temperature rendah timah non-metalik terbentuk dan disebut timah grey dan memiliki struktur seperti intan.
Pb hanya selalu bersifat sebagai metalik/logam.
Konduktifitas listrik
Intan memiliki konduktifitas listrik yang buruk, sedangkan allotrop lain seperti grafite adalah konduktor yang baik.
Si dan Ge dapat dinakikan konduktifitas listriknya dengan menambahkan zat pengotor. Campuran ini disebut semikonduktor dan digunakan dalam industry elektronik.
Sn dan Pb adalah konduktor listrik yang bagus.
Penggunaan Unsur Golongan IV
Intan digunakan untuk memotong batu, karena sifat kekerasanya
Silicon yang sangat murni digunakan sebagai semikonduktor untuk chip kalkulator dan computer
Germanium yang sangat murni digunakan untuk industry semikonduktor dan komponen listrik (silikion murni lebih penting)
Timah digunakan untuk penyepuhan logam untuk mecegah dari korosi dan dalam solder karena memiliki titik leleh yang rendah
Sifat asam basa dari oksidanya
Senyawa oksidanya berubah dari oksida asam (CO2, SiO2) menjadi oksida amfoterik (PbO, dan PbO2)
Kesetabilan bilangan oksidasi
Semua senyawa karbon dan silicon merupakan bentuk dari Carbon (IV) dan silicon (IV). Biloks II hampir tidak ditemukan untuk C dan Si.
Sn dalam senyawanya memiliki biloks 2 dan 4. Timah (IV) adalah senyawa yang stabil. Dalam hal ini Sn2+ adalah agen pereduksi yang kuat, dan dengan cepat dapat teroksidasi menjadi Sn4+.
Contoh : Sn2+ dapat mereduksi Fe3+ menjadi Fe2+
Sn2+ + 2Fe3+ 🡪 Sn4+ + 2Fe2+ E° = +0,62 V
Pb dalam senyawanya memiliki biloks 2 dan 4, akan tetapi Pb2+ lebih stabil. Sehingga Pb4+ adalah agen pengoksidasi yang kuat.
Contoh : Pb4+ (dalam bentuk PbO2) dapat mengoksidasi I- menjadi I2
PbO2 + 2I- + 4H+ 🡪 Pb2+ + I2 + 2H2O E° = +1,15 V
Tetraklorida
Semua unsur golongan IV dapat membentuk senyawa klorida dengan rumus XCl4
Semua senyawa XCl4 ini berikatan dengan gaya van der waals, sehingga senyawanya memiliki titik didih yang rendah pada kondisi ruang
Titik didih senyawa tetraklorida ini naik dengan naiknya nomor atom karena molekul menjadi besar dan akibatnya gaya van der waals juga makin besar
Molekul XCl4 memiliki bentk geometri tetrahedral
Stabilitas termal dari senyawa tetraklorida ini menurun dengan naiknya nomor atom, karena:
Ikatan kovalen menjadi lemah dengan naiknya ukuran atom
Inert pair effect membuat biloks IV menjadi tidak stabil dengan makin naiknya nomor atom
CCl4 adalah senyawa yang sangat stabil terhadap panas
PbCl4 adalah cairan kuning yang dapat mengalami dekomposisi secara lambat pada temperature ruang membentuk PbCl2 dan Cl2
PbCl4 🡪 PbCl2 + Cl2
Cairan kuning padatan kuning
Hidrolisis dengan air
CCl4 tidak bereaksi dengan air
SiCl4 bereaksi dengan air dingin
SiCl4 + 4 H2O 🡪 4HCl + SiO2.2H2O
GeCl4 dapat terhidrolisis menjadi oleh air menjadi GeO2
SnCl4 dan PbCl4 mengalami hidrolisis partial dengan air
Senyawa Oksida
Unsur golongan IV membentuk senyawa oksida dengan rumus XO dan XO2. Pb juga dapat membentuk oksida dengan rumus molekul Pb3O4.
Biloks IV menjadi makin tidak stabil denga naiknya nomor atom, untuk Sn yang paling stabil adalah SnO2 sedangkan untuk Pb yang paling stabil adalah PbO
PbO2 adalah agen pengoksidasi kuat dan dapat terdekomposisi dengan pemanasan membentuk PbO dan oksigen. PbO2 juga dapat mengoksidasi ion I- menjadi I2
Perbandingan struktur CO2 dan SiO2 :
CO2 adalah molecular. Molekulnya bersifat nonpolar, gaya yang bekerja antar molekulnya adalah van der waals. Sehingga CO2 akan mengalami sublimasi pada temperature yang sangat rendah dan pada keadaan jauh dibawah kondisi ruang
SiO2 adalah struktur molekul raksasa. Semua atom dalam Kristal SiO2 berikatan bersama-sama membentuk ikatan kovalen yang sangat kuat.
Pada SiO2 tiap atom Si membentuk empat ikatan kovalen dengan empat atom O, masing-masing atom O membentuk ikatan kovalen dengan dua atom Si.
SiO2 adalah komponen penting dari keramik, dan memiliki sifat yang sangat penting untuk digunakan.
Sifat asam/basa alamiah dari senyawa oksida
CO2 dan SiO2 adalah oksida asam. Kedua senyawa ini larut dalam basa
CO2 + 2OH- 🡪 CO32- + H2O
SiO2 + 2OH- 🡪 SiO32- + H2O
Oksida germanium, timah, dan timbale adalah oksida amfoter. Apabila senyawa ini dilarutkan dalam asam maka senyawa ini menjadi basa. Sedangkan apabila dilarutkan dalam basa maka senyawa ini menjadi asam
PbO + 2 OH- 🡪 PbO22- + H2O
PbO + 2H+ 🡪 Pb2+ + H2O
PbO2 tidak bereaksi dengan asam nitrat. Akan tetapi larut dalam HCl pekat
PbO2 + 4HCl 🡪 PbCl4(padatan putih) + 2H2O
Kemudian PbCl4 akan terdekomposisi dengan lambat menjadi PbCl2
Pb3O4 adalah oksida ionic yang terdiri dari Pb2+, Pb4+, dan O2-. Atau dapat ditulis juga 2PbO + PbO2. Dalam asam nitrat PbO akan larut sedangkan PbO2 tidak larut
Pb3O4(s) (padatan merah) + 4HNO3(aq) 🡪 2Pb(NO3)2(aq) + 2H2O(l) + PbO2(s)(dark brown solid)
Kation dari Unsur Golongan IV
Kation dari Pb dan Sn memiliki sifat sebagai berikut :
Reaksi dari Pb2+
Hampir semua senyawa Pb (II) adalah tidak larut dalam air (kecuali Pb(II)nitrat dan Pb(II) ethanoat)
Pb2+ dapat teroksidasi menjadi Pb(IV)oksida dengan alkali H2O2 atau alkali OClˉ
Rangkuman reaksinya adalah :
Pb2+ + KI 🡪 PbI2 (endapan kuning)
Pb2+ + HCl 🡪 PbCl2 (endapan putih)
Pb2+ + H2SO4🡪 PbSO4 (endapan putih)
Pb2+ + NaOH🡪 Pb(OH)2 (endapan putih)
Pb(OH)2 + NaOH berlebih 🡪 PbO22- + H2O2🡪 PbO2(endapan coklat)
Sumber : A Level Chemistry-JGR Brigs
Komentar
Posting Komentar