logam transisi periode keempat

Kimia Unsur Golongan Transisi Periode Keempat

Dalam tulisan ini, kita akan mempelajari tentang sifat unsur transisi periode keempat, reaksi kimia dan pengolahan unsur transisi periode keempat, pemanfaatan unsur transisi periode keempat dalam kehidupan sehari-hari, sifat senyawa kompleks yang terbentuk dari berbagai unsur transisi periode keempat, serta penulisan nama senyawa kompleks yang terbentuk.

Unsur transisi periode keempat umumnya memiliki elektron valensi pada subkulit 3d yang belum terisi penuh (kecuali unsur Seng (Zn) pada Golongan IIB). Hal ini menyebabkan unsur transisi periode keempat memiliki beberapa sifat khas yang tidak dimiliki oleh unsur-unsur  golongan utama, seperti sifat magnetik, warna ion, aktivitas katalitik, serta kemampuan membentuk senyawa kompleks. Unsur transisi periode keempat terdiri dari sepuluh unsur, yaitu Skandium (Sc), Titanium (Ti), Vanadium (V), Kromium (Cr), Mangan (Mn), Besi (Fe), Kobalt (Co), Nikel (Ni), Tembaga (Cu), dan Seng (Zn). (klik di sini untuk melihat sifat Unsur Transisi Periode Keempat dalam Tabel Periodik)

Dalam satu periode dari kiri (Sc) ke kanan (Zn), keelektronegatifan unsur hampir sama, tidak meningkat maupun menurun secara signifikan. Selain itu, ukuran atom (jari-jari unsur) serta energi ionisasi juga tidak mengalami perubahan signifikan. Oleh sebab itu, dapat disimpulkan bahwa semua unsur transisi periode keempat memiliki sifat kimia dan sifat fisika yang serupa. Hal ini berbeda dengan unsur utama yang mengalami perubahan sifat yang sangat signifikan dalam satu periode (lihat materi Unsur –Unsur Periode Ketiga).

Unsur transisi periode keempat umumnya memiliki keelektronegatifan yang lebih besar dibandingkan unsur Alkali maupun Alkali tanah, sehingga kereaktifan unsur transisi tersebut lebih rendah bila dibandingkan Alkali maupun Alkali Tanah. Sebagian besar unsur transisi periode keempat mudah teroksidasi (memiliki E°_red negatif), kecuali unsur Tembaga yang cenderung mudah tereduksi (E°_Cu = + 0,34 V). Hal ini berarti bahwa secara teoritis, sebagian besar unsur transisi periode keempat dapat bereaksi dengan asam kuat (seperti HCl) menghasilkan gas hidrogen, kecuali unsur Tembaga. Akan tetapi, pada kenyataanya, kebanyakan unsur transisi periode keempat sulit atau bereaksi lambat dengan larutan asam akibat terbentuknya lapisan oksida yang dapat menghalangi reaksi lebih lanjut. Hal ini terlihat jelas pada unsur Kromium. Walaupun memiliki potensial standar reduksi negatif, unsur ini sulit bereaksi dengan asam akibat terbentuknya lapisan oksida (Cr₂O₃) yang inert. Sifat inilah yang dimanfaatkan dalam proses perlindungan logam dari korosi (perkaratan).

Dibandingkan unsur Alkali dan Alkali Tanah, unsur-unsur transisi periode keempat memiliki susunan atom yang lebih rapat (closed packing). Akibatnya, unsur transisi tersebut memiliki kerapatan (densitas) yang jauh lebih besar dibandingkan Alkali maupun Alkali Tanah. Dengan demikian, ikatan logam (metallic bonds) yang terjadi pada unsur transisi lebih kuat. Hal ini berdampak pada titik didih dan titik leleh unsur transisi yang jauh lebih tinggi dibandingkan unsur logam golongan utama. Selain itu, entalpi pelelehan dan entalpi penguapan unsur transisi juga jauh lebih tinggi dibandingkan unsur logam golongan utama.

Unsur transisi periode keempat memiliki tingkat oksidasi (bilangan oksidasi) yang bervariasi. Hal ini disebabkan oleh tingkat energi subkulit 3d dan 4s yang hampir sama. Oleh sebab itu, saat unsur transisi melepaskan elektron pada subkulit 4s membentuk ion positif (kation), sejumlah elektron pada subkulit 3d akan ikut dilepaskan. Bilangan oksidasi umum yang dijumpai pada tiap unsur transisi periode keempat adalah +2 dan +3. Sementara, bilangan oksidasi tertinggi pada unsur transisi periode keempat adalah +7 pada unsur Mangan (4s² 3d⁷). Bilangan oksidasi rendah umumnya ditemukan pada ion Cr³⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Cu⁺, dan Cu²⁺, sedangkan bilangan oksidasi tinggi ditemukan pada anion oksida, seperti CrO₄^2-, Cr₂O₇^2-, dan MnO₄^-.

Perubahan bilangan oksidasi ditunjukkan oleh perubahan warna larutan. Sebagai contoh, saat ion Cr⁺⁷ direduksi menjadi ion Cr³⁺_,warna larutan berubah dari orange (jingga) menjadi hijau.

Cr­₂O₇^2-_(aq) +  14 H⁺_(aq) +  6 e^- ——>  2 Cr³⁺_(aq) +  7 H₂O_(l)

Besi (Fe) adalah unsur yang cukup melimpah di kerak bumi (sekitar 6,2% massa kerak bumi). Besi jarang ditemukan dalam keadaan bebas di alam. Besi umumnya ditemukan dalam bentuk mineral (bijih besi), seperti hematite (Fe₂O₃), siderite (FeCO₃), danmagnetite (Fe₃O₄).

Logam Besi bereaksi dengan larutan asam klorida menghasilkan gas hidrogen. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

Fe_(s) +  2 H⁺_(aq) ——>  Fe²⁺_(aq) +  H_2(g)

Larutan asam sulfat pekat dapat mengoksidasi logam Besi menjadi ion Fe³⁺. Sementara larutan asam nitrat pekat akan membentuk lapisan oksida Fe₃O₄ yang dapat menghambat reaksi lebih lanjut. Umumnya, Besi dijumpai dalam bentuk senyawa dengan tingkat oksidasi +2 dan +3. Beberapa contoh senyawa Besi (II) antara lain FeO (hitam), FeSO₄. 7H₂O (hijau), FeCl₂ (kuning), dan FeS (hitam). Ion Fe²⁺ dapat dengan mudah teroksidasi menjadi ion Fe³⁺ bila terdapat gas oksigen yang cukup dalam larutan Fe²⁺. Sementara itu, senyawa yang mengandung ion Besi (III) adalah Fe₂O₃ (coklat-merah) dan FeCl₃ (coklat).

Tembaga (Cu) merupakan unsur yang jarang ditemukan di alam (precious metal). Tembaga umumnya ditemukan dalam bentuk senyawanya, yaitu bijih mineral, seperti kalkopirit (CuFeS₂) dankalkosit (Cu₂S). Logam Tembaga dapat diperoleh melalui pemanggangan kalkopirit, seperti yang dinyatakan dalam persamaan reaksi di bawah ini :

2 CuFeS_2(s) +  4 O_2(g) ——>  Cu₂S_(s) +  2 FeO_(s) + 3 SO_2(g)

Cu₂S_(s) +  O_2(g) ——>  2Cu_(l) +  SO_2(g)

Logam Tembaga dapat dimurnikan melalui proses elektrolisis (lihat materi Elektrokimia II). Logam Tembaga memiliki koduktivitas elektrik yang tinggi. Dengan demikian, logam tembaga sering digunakan sebagai kawat penghantar listrik. Selain itu, Tembaga juga digunakan pada pembuatan alloy (sebagai contoh, kuningan, merupakan alloy dari Cu dan Zn),bahan pembuatan pipa, dan bahan dasar pembuatan koin (uang logam).

Logam Tembaga bereaksi hanya dengan campuran asam sulfat dan asam nitrat pekat panas (dikenal dengan istilah aqua regia). Bilangan oksidasi Tembaga adalah +1 dan +2. Ion Cu⁺ kurang stabil dan cenderung mengalami disproporsionasi dalam larutan. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

2 Cu⁺_(aq) ——>  Cu_(s) +  Cu²⁺_(aq)

Semua senyawa Tembaga (I) bersifat diamagnetik dan tidak berwarna (kecuali Cu₂O yang berwarna merah), sedangkan semua senyawa Tembaga (II) bersifat paramagnetik dan berwarna. Senyawa hidrat yang mengandung ion Cu²⁺ berwarna biru. Beberapa contoh senyawa yang mengandung Tembaga (II) adalah CuO (hitam), CuSO₄.5H₂O (biru), dan CuS (hitam).

Senyawa Koordinasi adalah senyawa yang terbentuk dari ion sederhana (kation maupun anion) serta ion kompleks. Unsur transisi periode keempat dapat membentuk berbagai jenis ion kompleks. Ion kompleks terdiri dari kation logam transisi danligan. Ligan adalah molekul atau ion yang terikat pada kation logam transisi. Interaksi antara kation logam transisi denganligan merupakan reaksi asam-basa Lewis. Menurut Lewis, liganmerupakan basa Lewis yang berperan sebagai spesi pendonor (donator) elektron. Sementara itu, kation logam transisimerupakan asam Lewis yang berperan sebagai spesi penerima (akseptor) elektron. Dengan demikian, terjadi ikatan kovalen koordinasi (datif) antara ligan dengan kation logam transisipada proses pembentukan ion kompleks. Kation logam transisikekurangan elektron, sedangkan ligan memiliki sekurangnya sepasang elektron bebas (PEB). Beberapa contoh molekul yang dapat berperan sebagai ligan adalah H₂O, NH₃, CO, dan ion Cl^-.

Bilangan koordinasi adalah jumlah ligan yang terikat pada kation logam transisi. Sebagai contoh, bilangan koordinasi Ag⁺ pada ion [Ag(NH₃)₂]⁺ adalah dua, bilangan koordinasi Cu²⁺ pada ion [Cu(NH₃)₄]²⁺ adalah empat, dan bilangan koordinasi Fe³⁺ pada ion [Fe(CN)₆]^3- adalah enam. Bilangan koordinasi yang sering dijumpai adalah 4 dan 6.

Berdasarkan jumlah atom donor  yang memiliki pasangan elektron bebas (PEB) pada ligan, ligan dapat dibedakan menjadimonodentat, bidentat, dan polidentat. H₂O dan NH₃ merupakanligan monodentat (mendonorkan satu pasang elektron). Sedangkan Etilendiamin (H₂N-CH₂-CH₂-NH₂, sering disebut dengan istilah en) merupakan contoh ligan bidentat (mendonorkan dua pasang elektron). Ligan bidentat dan polidentat sering disebut sebagai agen chelat (mampu mencengkram kation logam transisidengan kuat).

Muatan ion kompleks adalah penjumlahan dari muatan kation logam transisi dengan ligan yang mengelilinginya. Sebagai contoh, pada ion [PtCl₆]^2-, bilangan oksidasi masing-masing ligan (ion Cl^-) adalah -1. Dengan demikian, bilangan oksidasi Pt (kation logam transisi) adalah +4. Contoh lain, pada ion [Cu(NH₃)₄]²⁺, bilangan oksidasi masing-masing ligan (molekul NH₃) adalah 0 (nol). Dengan demikian, bilangan oksidasi Cu (kation logam transisi) adalah +2.

Berikut ini adalah beberapa aturan yang berlaku dalam penamaan suatu ion kompleks maupun senyawa kompleks :

1. Penamaan kation mendahului anion; sama seperti penamaan senyawa ionik pada umumnya.

2. Dalam ion kompleks, nama ligan disusun menurut urutan abjad, kemudian dilanjutkan dengan nama kation logam transisi.

3. Nama ligan yang sering terlibat dalam pembentukan ion kompleks dapat dilihat pada Tabel Nama Ligan.

4. Ketika beberapa ligan sejenis terdapat dalam ion kompleks, digunakan awalan di-, tri-, tetra-, penta-, heksa-, dan sebagainya.

5. Bilangan oksidasi kation logam transisi dinyatakan dalam bilangan Romawi.

6. Ketika ion kompleks bermuatan negatif, nama kation logam transisi diberi akhiran –at. Nama kation logam transisi pada ion kompleks bermuatan negatif dapat dilihat pada Tabel Nama Kation pada Anion Kompleks.

Tabel Nama Ligan

Ligan	Nama Ligan
Bromida, Br-	Bromo
Klorida, Cl-	Kloro
Sianida, CN-	Siano
Hidroksida, OH-	Hidrokso
Oksida, O2-	Okso
Karbonat, CO32-	Karbonato
Nitrit, NO2-	Nitro
Oksalat, C2O42-	Oksalato
Amonia, NH3	Amina
Karbon Monoksida, CO	Karbonil
Air, H2O	Akuo
Etilendiamin	Etilendiamin (en)

Tabel Nama Kation pada Anion Kompleks

Kation	Nama Kation pada Anion Kompleks
Aluminium, Al	Aluminat
Kromium, Cr	Kromat
Kobalt, Co	Kobaltat
Cuprum, Cu	Cuprat
Aurum, Au	Aurat
Ferrum, Fe	Ferrat
Plumbum, Pb	Plumbat
Mangan, Mn	Manganat
Molibdenum, Mo	Molibdat
Nikel, Ni	Nikelat
Argentum, Ag	Argentat
Stannum, Sn	Stannat
Tungsten, W	Tungstat
Zink, Zn	Zinkat

Berikut ini adalah beberapa contoh penulisan nama maupun rumus kimia dari berbagai senyawa kompleks :

1. Ni(CO)₄

Bilangan koordinasi = 4

Muatan ion kompleks = 0

Muatan ligan = 0

Muatan kation logam transisi = 0

Nama senyawa = tetrakarbonil nikel (0) atau nikel tetrakarbonil

2. NaAuF₄

Terdiri dari kation sederhana (Na⁺) dan anion kompleks (AuF₄^-)

Bilangan koordinasi = 4

Muatan anion kompleks = -1

Muatan ligan = -1 x 4 = -4

Muatan kation logam transisi = +3

Nama senyawa = natrium tetrafluoro aurat (III)

3. K₃[Fe(CN)₆]

Terdiri dari kation sederhana (3 ion K⁺) dan anion kompleks ([Fe(CN)₆]^-3)

Bilangan koordinasi = 6

Muatan anion kompleks = -3

Muatan ligan = -1 x 6 = -6

Muatan kation logam transisi = +3

Nama senyawa = kalium heksasiano ferrat (III) atau kalium ferrisianida

4. [Cr(en)₃]Cl₃

Terdiri dari kation kompleks ([Cr(en)₃]³⁺) dan anion sederhana (3 ion Cl^-)

Bilangan koordinasi = 3 x 2 (bidentat) = 6

Muatan kation kompleks = +3

Muatan ligan = 3 x 0 = 0

Muatan kation logam transisi = +3

Nama senyawa = tris-(etilendiamin) kromium (III) klorida

5. Pentaamin kloro kobalt (III) klorida

Terdapat 5 NH₃, satu Cl^-, satu Co³⁺, dan ion Cl^-

Muatan kation kompleks = (5 x 0) + (1 x -1) + (1 x +3) = +2

Untuk membentuk senyawa kompleks, dibutuhkan dua ion Cl^-

Rumus senyawa kompleks = [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂

6. Dikloro bis-(etilendiamin) platinum (IV) nitrat

Terdapat 2 Cl^-, 2 en, satu Pt⁴⁺, dan ion NO₃^-

Muatan kation kompleks = (2 x -1) + (2 x 0) + (1 x +4) = +2

Untuk membentuk senyawa kompleks, dibutuhkan dua ion NO₃^-

Rumus senyawa kompleks = [Pt(en)₂Cl₂](NO₃)₂

7. Natrium heksanitro kobaltat (III)

Terdapat 6 NO₂^-, satu Co³⁺, dan ion Na⁺

Muatan anion kompleks = (6 x -1) + (1 x +3) = -3

Untuk membentuk senyawa kompleks, dibutuhkan tiga ion Na⁺

Rumus senyawa kompleks = Na₃[Co(NO₂)₆]

8. Tris-(etilendiamin) kobalt (III) sulfat

Terdapat 3 en, satu Co³⁺, dan ion SO₄^2-

Muatan kation kompleks = (3 x 0) + (1 x +3) = +3

Untuk membentuk senyawa kompleks, dua kation kompleks membutuhkan tiga ion SO₄^2-

Rumus senyawa kompleks = ([Co(en)₃])₂(SO₄)₃

Bentuk ion kompleks dipengaruhi oleh jumlah ligan, jenis ligan, dan jenis kation logam transisi. Secara umum, bentuk ion kompleks dapat ditentukan melalui bilangan koordinasi. Hubungan antara bilangan koordinasi terhadap bentuk ion kompleks dapat dilihat pada tabel berikut :

Bilangan Koordinasi	Bentuk Ion Kompleks
2	Linear
4	Tetrahedral atau Square Planar
6	Oktahedral