Sifat dan Pembuatan Unsur Halogen

Sifat dan Pembuatan Unsur Halogen – Halogen, yang terdiri dari fluor, klor, brom, dan iod, tidak pernah ditemukan dalam keadaan bebas di alam karena tingkat reaktifitasnya yang sangat tinggi (Brady, 1990: 791). Oleh karena itu, halogen hanya ditemukan sebagai anion dalam bentuk garam dan mineral (Mc. Murry dan Fay, 2000: 225). Halogen merupakan unsur-unsur nonlogam di mana terdapat dalam bentuk molekul diatomik. Halogen mempunyai konfigurasi elektron valensi ns2 np5 (Mc. Murry dan Fay, 2000: 225). Berdasarkan konfigurasi elektronnya, halogen menempati golongan VIIA dalam tabel periodik. Atom-atom unsur halogen memiliki afinitas elektron tinggi sehingga mudah menerima elektron membentuk konfigurasi elektron gas mulia. Oleh sebab itu, unsur-unsur halogen tidak pernah ditemukan dalam keadaan unsur bebas di alam. Kecuali gas mulia, halogen mempunyai energi ionisasi dan elektronegatifitas yang paling tinggi dari golongan unsur manapun. Dari unsur golongan VII A, fluorlah yang paling erat mengikat elektron-elektronnya, dan iod yang paling lemah. Kecenderungan ini bisa dikaitkan dengan ukuran atom halogen (Keenan, dkk, 1992: 228).

1. Kelimpahan Unsur Halogen.

Halogen umumnya terdapat dalam bentuk garamnya. Oleh sebab itu, unsur-unsur golongan VIIA dinamakan halogen, artinya pembentuk garam (halos dan genes, halos = garam; genes = pembentuk atau pencipta). Fluorin dan klorin merupakan unsur halogen yang melimpah di alam. Fluorin terdapat dalam mineral fluorapatit, 3Ca3(PO4)2.CaF2 dan mineral fluorit, CaF2. Bentuk kedua mineral tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Mineral fluoroapatit dan fluorit (fluorosfar)

Gambar 3.6 Mineral fluoroapatit dan fluorit (fluorosfar)

Klorin melimpah dalam bentuk NaCl terlarut di lautan maupun sebagai deposit garam. Bromin kurang melimpah, terdapat sebagai ion Br dalam air laut. Iodin terdapat dalam jumlah sedikit sebagai NaI dalam air laut dan sebagai NaIO3 bersama-sama garam nitrat. Unsur astatin tidak dijumpai di alam sebab bersifat radioaktif sehingga mudah berubah menjadi unsur lain yang lebih stabil.

2. Sifat-Sifat Unsur Halogen.

Semua unsur halogen terdapat sebagai molekul diatom, yaitu F2, Cl2, Br2, dan I2. Fluorin dan klorin berwujud gas, fluorin berwarna kuning pucat dan klorin berwarna kuning kehijauan. Bromin mudah menguap, cairan dan uapnya berwarna cokelat-kemerahan. Iodin berupa zat padat berwarna hitam mengkilap yang dapat menyublim menghasilkan uap berwarna ungu (lihat Gambar 3.7).

Unsur-unsur halogen mudah dikenali dari bau dan warnanya. Halogen umumnya berbau menyengat, terutama klorin dan bromin (bromos, artinya pesing). Kedua gas ini bersifat racun sehingga harus ditangani secara hati-hati. Jika wadah bromin bocor maka dalam beberapa saat, ruangan akan tampak cokelat-kemerahan.

Gambar 3.7 Kristal Iodium apabila dipanaskan tidak mencair, tetapi menyublim.

Gambar 3.7 Kristal Iodium apabila dipanaskan tidak mencair, tetapi menyublim.

Kenaikan titik leleh dan titik didih dari atas ke bawah dalam tabel periodik disebabkan gaya London di antara molekul halogen yang makin meningkat dengan bertambahnya panjang ikatan. Gaya berbanding lurus dengan jarak atau panjang ikatan. Kereaktifan halogen dapat dipelajari dari jari-jari atomnya. Dari atas ke bawah, jari-jari atom meningkat sehingga gaya tarik inti terhadap penerimaan (afinitas) elektron makin lemah. Akibatnya, kereaktifan unsur-unsur halogen dari atas ke bawah berkurang. Kereaktifan halogen dapat juga dipelajari dari afinitas elektron. Makin besar afinitas elektron, makin reaktif unsur tersebut. Dari atas ke bawah dalam tabel periodik, afinitas elektron unsur-unsur halogen makin kecil sehingga kereaktifannya: F Cl Br I.

Oleh karena unsur halogen mudah menerima elektron maka semua unsur halogen merupakan oksidator kuat. Kekuatan oksidator halogen menurun dari atas ke bawah dalam tabel periodik. Hal ini dapat dilihat dari potensial reduksi standar:

F2 + 2e– →2F E° = +2,87 V

Cl2 + 2e– →2Cl E° = +1,36 V

Br2 + 2e– →2Br E° = +1,07 V

I2 + 2e– →2I E° = +0,54 V

Berdasarkan data potensial reduksi standar dapat disimpulkan bahwa F2 merupakan oksidator paling kuat. Oleh karena itu, unsur halogen dapat mengoksidasi halogen lain yang terletak di bawahnya dalam tabel periodik, tetapi reaksi kembalinya tidak terjadi. Kekuatan oksidator F2, Cl2, Br2, dan I2 dapat dilihat dari reaksi antarhalogen. Gas fluorin dapat mengoksidasi unsur-unsur halogen yang berada di bawahnya:

F2(g) + 2Cl(aq) →2F–(aq) + Cl2(g)

F2(g) + 2Br(aq) →2F(aq) + Br2(g)

F2(g) + 2l(aq) →2F(aq) + l2(s)

Demikian pula jika gas klorin ditambahkan ke dalam larutan yang mengandung ion Br atau ion I, akan terbentuk bromin dan iodin.

Cl2(aq) + 2Br(aq) →2Cl(aq) + Br2(aq)

Cl2(aq) + 2I(aq) →2Cl(aq) + I2(aq)

Reaksi Cl2 dengan Br atau I dapat digunakan untuk identifikasi bromin dan klorin dalam suatu senyawa ion.

Nilai GGL dapat dipakai untuk meramalkan kespontanan reaksi. Pada reaksi halogen dan air, nilai GGL dapat dihitung dari potensial reduksi standar, misalnya:

2F2(g) + 2H2O(l) →4HF(aq) + O2(g) E° = 2,05 V

Oleh karena potensial sel sangat tinggi maka reaksi fluorin dan air berlangsung sangat dahsyat. Reaksi gas Cl2, Br2, dan I2 dengan air menghasilkan nilai GGL berturut-turut 0,54 volt; 0,24 volt; dan –0,28 volt. Berdasarkan nilai GGL, gas Cl2 dan Br2 dapat bereaksi, sedangkan I2 tidak bereaksi.

Cl2(g) + H2O(l)⇆ HClO(aq) + HCl(aq)

Br2(aq) + H2O(l) ⇆ HBrO(aq) + HBr(aq)

Kelarutan halogen dalam air beragam. Gas F2 bereaksi dengan air membentuk HF. Gas Cl2 dan Br2 larut baik dalam air, sedangkan I2 sukar larut dalam air. Agar I2 dapat larut dalam air, harus ditambah KI karena terbentuk senyawa kompleks I3.

KI(aq) + I2(s) →KI3(aq)

Halogen dapat bereaksi dengan hampir semua unsur, baik unsur logam maupun nonlogam. Demikian pula dengan sesama halogen dapat membentuk senyawa antarhalogen, seperti ClF, BrF, IBr, ClF3, ClF5, dan IF7. Pada senyawa antarhalogen, biloks positif dimiliki oleh halogen dengan keelektronegatifan lebih kecil. Misalnya, dalam molekul ClF3, biloks Cl = +3 dan biloks F = –1. Halogen bereaksi dengan logam membentuk senyawa ionik. Dengan unsur bukan logam, halogen membentuk senyawa kovalen. Baik dalam senyawa ionik maupun kovalen, pada umumnya halogen memiliki bilangan oksidasi 1. Semua unsur halogen dapat membentuk asam okso, kecuali fluorin. Bilangan oksidasinya mulai dari +1, +3, +5, dan +7. Contohnya dapat dilihat pada Tabel 3.5.

Tabel 3.5 Senyawa Halogen yang Dapat Membentuk Asam Okso

Halogen Hipohalida Halit Halat Perhalat
Klorin HClO HClO2 HClO3 HClO4
Bromin HBrO HBrO2(*) HBrO3 HBrO4(*)
Iodin HIO HIO2(*) HIO3 HIO4

Reaksi-reaksi halogen sebagai berikut.

a. Reaksi Halogen dengan Logam

Halogen bereaksi dengan semua logam dalam sistem periodik unsur membentuk halida logam. Jika bereaksi dengan logam alkali dan alkali tanah, hasilnya (halida logam) dapat dengan mudah diperkirakan, sedangkan bila bereaksi dengan logam transisi, produk (halida logam) yang terbentuk tergantung pada kondisi reaksi dan jumlah reaktannya (Mc. Murry dan Fay, 2000: 226).

Reaksi: 2 M + n X2 → 2 MXn, dengan: M = logam X = F, Cl, Br, I

Tidak seperti unsur logam, semakin ke bawah halogen menjadi kurang reaktif karena afinitas elektronnya semakin berkurang, atau dengan kata lain F2 > Cl2 > Br2 > I2 (Mc. Murry dan Fay, 2000: 227).

b. Reaksi Halogen dengan Hidrogen

Halogen bereaksi dengan gas hidrogen membentuk hidrogen halida (HX). Hidrogen halida sangat berharga karena bersifat asam jika dilarutkan dalam air. Kecuali hidrogen fluorida, semua hidrogen halida yang lain merupakan asam kuat jika dimasukkan ke dalam larutan (Mc. Murry dan Fay, 2000: 227).

Reaksi: H2(g) + X2 → 2HX(g), dengan X = F, Cl, Br, I

c. Reaksi Halogen dengan Halogen Lain

Halogen mempunyai molekul diatomik, maka tidaklah mengherankan jika dapat terjadi reaksi antarunsur dalam golongan halogen. Reaksi antarhalogen ini dapat disamakan dengan proses redoks, di mana unsur yang lebih reaktif merupakan oksidator, sedangkan unsur yang kurang reaktif merupakan reduktor (Mc. Murry dan Fay, 2000: 227).

Reaksi: X2 + Y2 → 2 XY,

dengan X, Y = F, Cl, Br, I

Contoh Reaksi Antar halogen

Tuliskan persamaan setara untuk reaksi berikut jika dapat bereaksi.

(a) I(aq) + Br2(l)

(b) Cl(aq) + I2(s)

Jawab

(a) Br2 dapat mengoksidasi ion halogen yang berada di bawahnya pada tabel periodik. Dengan demikian, Br2 akan mengoksidasi I :

2I(aq) + Br2(l) → 2Br (aq) + I2(s)

(b) Ion Cl adalah ion halogen berada di atas iodium dalam tabel periodik. Oleh karena itu, I2 tidak dapat mengoksidasi Cl . Jadi, tidak akan terjadi reaksi:

Cl–(aq) + I2(s) /→

3. Pembuatan dan Kegunaan Unsur Halogen

Gas F2 merupakan oksidator kuat sehingga hanya dapat dibuat melalui elektrolisis garamnya, yaitu larutan KF dalam HF cair. Dalam elektrolisis dihasilkan gas H2 di katode dan gas F2 di anode. Perhatikan Gambar 3.8

Gambar 3.8 Pembuatan gas F2 secara Elektrolisis

Gambar 3.8Pembuatan gas F2 secara Elektrolisis

Gas F2 diproduksi secara komersial untuk bahan bakar nuklir uranium. Logam uranium direaksikan dengan gas fluorin berlebih menghasilkan uranium heksafluorida, UF6 (padatan berwarna putih dan mudah menguap). Gas Cl2 dibuat melalui elektrolisis lelehan NaCl, reaksinya:

Anode: Cl(l) → Cl2(g)

Katode: Na+(l) →Na(s)

Gas Cl2 digunakan sebagai bahan dasar industri plastik, seperti vinil klorida, CH2=CHCl (untuk PVC), CCl4 (untuk fluorokarbon), dan CH3Cl (untuk silikon dan TEL). Dalam jumlah besar, klorin digunakan untuk desinfektan, pemutih, pulp kertas, dan tekstil. Gas Br2 dibuat dari air laut melalui oksidasi dengan gas Cl2. Secara komersial, pembuatan gas Br2 sebagai berikut.

a. Air laut dipanaskan kemudian dialirkan ke tanki yang berada di puncak menara.

b. Uap air panas dan gas Cl2 dialirkan dari bawah menuju tanki. Setelah terjadi reaksi redoks, gas Br2 yang dihasilkan diembunkan hingga terbentuk lapisan yang terpisah. Bromin cair berada di dasar tangki, sedangkan air di atasnya.

c. Selanjutnya bromin dimurnikan melalui distilasi.

Bromin digunakan dalam industri untuk membuat senyawa metil bromida, CH3Br (sebagai pestisida), perak bromida (untuk film fotografi), dan alkali bromida (untuk sedatif).

Gambar 3.9 (a) Gas Br2 dibuat dari air laut melalui oksidasi dengan gas Cl2

Gambar 3.9 (a) Gas Br2 dibuat dari air laut melalui oksidasi dengan gas Cl2. (b) Pelat film ini dilapisi oleh AgBr, yang sensitif terhadap cahaya.

Gas I2 diproduksi dari air laut melalui oksidasi ion iodida dengan oksidator gas Cl2. Iodin juga dapat diproduksi dari natrium iodat (suatu pengotor dalam garam (Chili, NaNO3) melalui reduksi ion iodat oleh NaHSO3. Iodin digunakan untuk membuat senyawa AgI sebagai film fotografi dan KI sebagai nutrisi dan makanan ternak. Beberapa kegunaan senyawa halogen dijabarkan pada Tabel 3.6.

Tabel 3.6 Beberapa Kegunaan Senyawa Halogen

Senyawa

Kegunaan

AgBr, AgI Film fotografi
CCl4 Industri fluorokarbon
CH3Br Pestisida
C2H4Br2 Penangkapan timbal dalam gasolin
C2H4Cl Industri polivinil klorida dan plastik
C2H5Cl Industri TEL
HCl Pengolahan logam dan makanan
NaClO Pemutih pakaian dan industri hidrazin
NaClO3 Pemutih kertas dan pulp
KI Nutrisi manusia dan suplemen makanan hewan

4. Sifat dan Pembuatan Senyawa Halogen. Senyawa halogen yang penting adalah asam hidrogen halida (HX), asam okso-halida (HXOn), dan garamnya (MX). Setiap unsur halogen dapat membentuk senyawa biner dengan hidrogen: HF, HCl, HBr, dan HI. Semuanya merupakan gas tak berwarna dengan bau sangat tajam. Titik didih asam halida meningkat dari atas ke bawah dalam sistem periodik (HCl = –85°C; HBr = –67°C; HI = –35°C), kecuali HF memiliki titik didih paling tinggi, yaitu 20°C. Penyimpangan ini sebagai akibat adanya ikatan hidrogen antarmolekul HF yang sangat kuat dibandingkan asam-asam halida yang lain. Kekuatan asam halida di dalam pelarut air meningkat dari atas ke bawah dalam tabel periodik. Hal ini disebabkan oleh jari-jari atom halogen yang makin besar sehingga kemampuan menarik atom H makin lemah, akibatnya atom H mudah lepas. Asam-asam halida di dalam air terionisasi sempurna, kecuali asam fluorida tergolong asam lemah dengan derajat ionisasi 2,9%. Persamaan ionisasinya:

HF(aq) ⇆ H+(aq) + F–(aq)

Asam-asam halida dapat disintesis langsung dari unsur-unsurnya, seperti berikut ini.

a. Gas F2 dan H2 bereaksi sangat dahsyat membentuk senyawa HF, tetapi reaksinya tidak memiliki nilai komersial, sebab gas F2 sendiri dibuat dari penguraian HF.

H2(g) + F2(g) →2HF(g)

b. Senyawa HCl dibuat melalui reaksi gas Cl2 dan H2 berlebih.

H2(g) + Cl2(g) →2HCl(g)

c. HBr dan HI dibuat dengan cara serupa, tetapi menggunakan katalis platina sebab reaksi tanpa katalis sangat lambat.

H2(g) + Br2(g)⎯ΔPt→2HBr(g)

H2(g) + I2(g)⎯ΔPt→2HI(g)

Umumnya, asam-asam halida disintesis melalui pemanasan garam halida dengan asam yang tidak mudah menguap, seperti berikut ini.

a. HF, dibuat dari garam CaF2 dan asam sulfat pekat. Reaksinya:

CaF2(s) + H2SO4(l)⎯Δ⎯→CaSO4(s) + 2HF(g)

b. HCl, dibuat dari natrium klorida dan asam sulfat pekat. Reaksinya:

NaCl(s) + H2SO4(l)⎯Δ⎯→NaHSO4(s) + HCl(g)

Pada suhu tinggi, hasil yang terbentuk adalah natrium sulfat:

NaCl(s) + NaHSO4(l)⎯Δ→Na2SO4(s) + HCl(g)

c. HBr dan HI, tidak dapat dibuat dengan H2SO4, sebab dapat mengoksidasi Br dan I menjadi unsur-unsurnya. Dalam hal ini digunakan asam fosfat. Reaksinya:

NaBr(s) + H3PO4(l)⎯Δ→HBr(g) + NaH2PO4(s)

Kegunaan utama HF adalah sebagai bahan baku pembuatan CCl3F, freon, dan teflon (Gambar 3.10).

politetrafluoroetilen

Gambar 3.10 Polimer jenis politetrafluoroetilen (teflon) juga merupakan senyawakarbon yang mengandung gugus fluorin. Senyawa CCl3F digunakan sebagai pendingin dan bahan bakar aerosol, yang disintesis dari CCl4 dan HF dengan antimon pentafluorida sebagai katalis. Reaksinya:

CCl4(l) + HF(g)⎯SbF5⎯→CCl3F(aq) + HCl(g)

Larutan HF dapat digunakan untuk mengetsa (melukis) gelas (Gambar 3.11).

Gambar 3.11 Larutan HF dapat digunakan untuk mengetsa (melukis) gelas.

Gambar 3.11Larutan HF dapat digunakan untuk mengetsa (melukis) gelas.

Kegunaan utama HF yang lain adalah sebagai cairan elektrolit dalam pengolahan mineral aluminium dan untuk mengetsa gelas. Dalam etsa gelas, HF bereaksi dengan silika (SiO2), kemudian bereaksi dengan gelas. Reaksinya:

6HF(aq) + SiO2(s) → H2SiF6(aq) + 2H2O(l)
Silika

CaSiO3(s) + 8HF(aq) → H2SiF6(aq) + CaF2(aq) + 3H2O(l)
Gelas Asam heksafluorosilikat

Senyawa HCl adalah asam keempat yang penting bagi industri asam setelah asam sulfat, fosfat, dan nitrat. Asam ini digunakan untuk membersihkan permukaan logam dari oksida (disebut pickling) dan untuk mengekstrak bijih logam tertentu, seperti tungsten. Dalam elektrolisis larutan NaCl, gas Cl2 yang dihasilkan pada anode dapat bereaksi dengan larutan NaOH yang dihasilkan di katode membentuk natrium hipoklorit. Reaksinya:

Cl2(g) + 2NaOH(aq) → NaClO(aq) + NaCl(aq) + H2O(l)

Larutan NaClO digunakan sebagai pemutih pada industri tekstil. Ion hipoklorit tidak stabil, dan terdisproporsionasi membentuk ion klorat, ClO3 dan ion klorida, Cl. Reaksinya:

3ClO(aq) → ClO3(aq) + 2Cl(aq

 

Artikel terkait Sifat dan Pembuatan Unsur Halogen:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Materi SMA © 2014