BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Gas mulia adalah unsur-unsur golongan VIIIA dalam tabel periodik. Disebut mulia karena unsur-unsur ini sangat stabil (sangat sukar bereaksi). Gas ini mempunyai sifat lengai, tidak reaktif, dan susah bereaksi dengan bahan kimia lain. Gas mulia juga merupakan golongan kimia yang unsur-unsurnya memiliki elektron valensi luar penuh. Karena unsur gas mulia memiliki konfigurasi elektron yang penuh, unsur-unsur tersebut tidak reaktif dan senyawanya tidak dikenal. Akibatnya gas-gas ini dikenal dengan gas inert. Namun, setelah penemuan senyawa gas-gas ini, lebih tepat untuk menyebutnya dengan unsur gas mulia. Unsur-unsurnya adalah He (Helium), Ne (Neon), Ar (Argon), Kr (Kripton), Xe (Xenon), dan Rn (Radon) yang bersifat radioaktif. Gas Mulia terdapat dalam atmosfer bumi, untuk Helium terdapat di luar atmosfer. Helium dapat terbentuk dari peluruhan zat radioaktif uranium dan thorium. Semua unsur - unsur gas mulia terdiri dari atom-atom yang berdiri sendiri. Unsur gas mulia yang terbanyak di alam semesta adalah Helium (banyak terdapat di bintang) yang merupakan bahan bakar dari matahari. Radon amat sedikit jumlahnya di atmosfer atau udara. Dan sekalipun ditemukan akan cepat berubah menjadi unsur lain, karena radon bersifat radioaktif. Dan karena jumlahnya yang sangat sedikit pula radon disebut juga sebagai gas jarang.
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana sejarah terbentuknya gas mulia ?
2. Bagaimana sifat - sifat gas mulia ?
3. Bagaimana persenyawaan gas mulia ?
4. Apa kegunaan gas mulia ?
5. Bagaimana proses ekstraksi gas mulia ?
1.3 Tujuan Masalah
Adapun tujuan pembuatan makalah ini yaitu:
1. Mengetahui sejarah terbentuknya gas mulia
2. Mengetahui sifat - sifat gas mulia
3. Mengetahui persenyawaan gas mulia
4. Mengetahui kegunaan gas mulia
5. Mengetahui proses ekstraksi gas mulia
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Sejarah Terbentuknya Gas Mulia
Sejarah gas mulia berawal dari penemuan Cavendish pada tahun 1785. Cavendish menemukan sebagian kecil bagian udara (kurang dari 1/2000 bagian) sama sekali tidak berreaksi walaupun sudah melibatkan gas-gas atmosfer. Lalu pada tahun 1894, Lord Raleigh dan Sir William Ramsay berhasil memisahkan salah satu unsur gas di atmosfer (yang sekarang di kenal sebagai gas mulia) berdasarkan data spektrum. Lalu ia mencoba mereaksikan zat tersebut tetapi tidak berhasil dan akhirnya zat tersebut diberi nama argon. Dan pada tahun 1895 Ramsay berhasil mengisolasi Helium, hal ini berawal dari penemuan Janssen pada tahun 1868 saat gerhana matahari total. Janssen menemukan spektrum Helium dari sinar matahari berupa garis kuning. Nama Helium sendiri merupakan saran dari Lockyer dan Frankland. Lalu pada tahun 1898 Ramsay dan Travers memperoleh zat baru yaitu Kripton, Xenon serta Neon. Kripton dan Xenon ditemukan dalam residu yang tersisa setelah udara cair hampir menguap semua. Sementara itu Neon ditemukan dengan cara mencairkan udara dan melakukan pemisahan dari gas lain dengan penyulingan bertingkat. Pada tahun 1900 Radon ditemukan oleh Friedrich Ernst Dorn, yang menyebutnya sebagai pancaran radium. Pada tahun William Ramsay dan Robert Whytlaw-Gray menyebutnya sebagai niton serta menentukan kerapatannya sehingga mereka menemukan Radon adalah zat yang paling berat di masanya (sampai sekarang). Nama Radon sendiri baru dikenal pada tahun 1923. Pembuatan unsur gas mulia sendiri baru ditemukan pada tahun 1962. Pembuatan unsur tersebut diawali oleh seorang ahli kimia yang berasal dari Kanada yaitu Neil Bartlett. Neil Bartlett barhasil membuat senyawa xenon yaitu XePtF6, sejak saat itu barulah ditemukan berbagai gas mulia lain yang berhasil di buat. Dan akhirnya istilah untuk menyebut zat-zat telah berganti. Yang awalnya disebut gas inert (lembam) telah berganti menjadi gas mulia yang berarti stabil atau sukar bereaksi. Berikut ini adalah asal-usul mana unsur-unsur gas mulia yang diambil dari bahasa Yunani, yaitu:
1) Helium à ήλιος (ílios or helios) = Matahari
2) Neon à νέος (néos) = Baru
3) Argon à αργός (argós) = Malas
4) Kripton à κρυπτός (kryptós) = Tersembunyi
5) Xenon à ξένος (xénos) = Asing
6) Radon (pengecualian) diambil dari Radium
2.2 Sifat-Sifat Gas Mulia
Sifat-Sifat Umum :
-Tidak Berwarna, tidak berbau, tidak berasa, sedikit larut dalam air
-Mempunyai elektron valensi 8, dan khusus untuk Helium electron valensinya 2 -Molekul-molekulnya terdiri atas satu atom (monoatom).
Berikut merupakan beberapa sifat dari gas mulia.
- He dan Ne tidak larut dalam air dan Ar, Kr, dan Xe sedikit larut dalam air
Gas mulia memiliki titik didih dan titik leleh yang sangat rendah, oleh karena itu di alam gas mulia berwujud gas. Gas mulia tidak berbau, tidak berwarna dan tidak berasa.
Kereaktifan gas mulia akan bertambah seiring dengan bertambahnya nomor atom. Bertambahnya nomor atom akan menambah jari-jari atom pula. Hal ini mengakibatkan gaya tarik inti atom terhadap elektron terluar berkurang, sehingga lebih mudah melepaskan diri dan ditangkap zat lain. Sampai saat ini, senyawa gas mulia yang sudah dapat bereaksi dengan zat lain adalah xenon dan kripton, sedangkan helium, neon, dan argon masih sangat stabil.
2.2.1 Sifat Kimia
Kereaktifan gas mulia akan berbanding lurus dengan jari-jari atomnya, jadi kereaktifan gas mulia akan bertambah dari He ke Rn hal ini disebabkan pertambahan jari-jari atom menyebabkan daya tarik inti terhadap elektron kulit luar berkurang, sehingga semakin mudah ditarik oleh atom lain. Tetapi gas mulia adalah unsur yang tidak reaktif karena memiliki konfigurasi elektron yang sudah stabil, hal ini didukung kenyataan bahwa gas mulia di alam selalu berada sebagai atom tunggal atau monoatomik.
Adapula hal penting yang menyebabkan gas mulia amat stabil yaitu konfigurasi elektronnya. Elektron valensi gas mulia sudah memenuhi kaidah Duplet untuk He dan kaidah Oktet untuk Ne, Ar, Kr, Xe dan Rn. Konfigurasi elektron gas mulia (kecuali He) berakhir pada ns2 np6. Konfigurasi tersebut merupakan konfigurasi elektron yang stabil, sebab semua elektron pada kulitnya sudah berpasangan.
Oleh sebab itu, tidak memungkinkan terbentuknya ikatan kovalen dengan atom lain. Energi ionisasi yang tinggi menyebabkan gas mulia sukar menjadi ion positif dan berarti sukar membentuk senyawa secara ionik. Tetapi bukan berarti gas mulia tidak dapat bereaksi, hingga sekarang gas mulia periode 3 ke atas (Ar, Kr, Xe, Rn) sudah dapat bereaksi dengan unsur yang sangat elektronegatif seperti Flourin dan Oksigen.
2.2.2 Sifat Fisis
Gas mulia merupakan unsur gas pada suhu kamar dan mendidih hanya beberapa derajat di atas titik cairnya. Jari-jari, titik leleh serta titik didih gasnya mulanya bertambah seiring bertambahnya nomor atom. Sedangkan energi pengionnya berkurang. Dari data-data di tabel 1, dapat kita bisa lihat bahwa nomor atom, jari-jari atom, massa atom, massa jenis, titik didih, titik beku, entalpi peleburan dan entalpi penguapan selalu bertambah dari He ke Rn. Sedangkan energi ionisasi mengalami penurunan dari He ke Rn. Beberapa dari sifat tersebut mengalami kenaikan karena gaya london terutama pada entalpi peleburan dan entalpi penguapan. Elektron valensi gas mulia sudah memenuhi kaidah Duplet untuk He dan kaidah Oktet untuk Ne, Ar, Kr, Xe dan Rn. Sedangkan untuk He, Ne, Ar tidak memiliki nilai keelektronegatifan. Dan bilangan oksidasi yang di atas adalah bilangan oksidasi yang sudah di ketahui hingga sekarang.
2.3 Persenyawaan Gas Mulia
Pada awalnya para ahli kimia berpendapat bahawa gas mulia tidak dapat membentuk senyawa karena konfigurasi elektron yang stabil. Tetapi, Pada tahun 1962, Neil Bartlett dari Universitas British Columbia melakuan suatu percobaan. Bartlett mereaksikan Platina Heksana Fluorida( PtF6 ) dengan O2 dan diperoleh senyawa O2PtF6 . Karena harga ionisasi O2 dan Xe berdekatan, membuat Bartlett menduga bahwa Xe mungkin dapat bereaksi dengan PtF6. Ternyata dugaan Bartlett benar dan Bartlett berhasil mensintesa senyawa gas mulia yang pertama XePtF6 ( Xenon Heksafluoro Plainat ), suatu padata berwarna kuning. Semenjak saat itulah runtuhlah anggapan umum para ahli kimia bahwa gas mulia benar-benar tidak dapat membentuk senyawa.
Ternyata gas mulia disamping memiliki konfigurasi elektron yang stabil dapat juga bereaksi dengan atom lain, meskipun reaksi -reaksinya terbatas dan harus memenuhi syarat. Umumnya syarat yang diperlukan dalam pembentukan senyawa gas mulia adalah:
1. Gas mulia yang bereaksi itu harus cukup rendah energi ionisasinya.
2. Gas mulia hanya bereaksi dengan unsur – unsur yang sangat elektronegatif yaitu fluor dan oksigen.
Sampai saat ini yang baru ditemukan adalah persenyawaan dari unsur Xenon, Kripton dan radon . Yang lainnya masih dalam tahap penelitian. Senyawaan gas mulia yang paling banyak disintesis adalah Xenon. Ini disebabkan energi ionisasi xenon lebih rendah daripada kripton. Adapun radon mengalami masalah bahan baku, unsur radon sangat sedikit terdapat di alam. Karena bersifat radioaktif. Kira-kira ada 200 senyawaan xenon yang dikenal orang, termasuk halida, oksida, oksi-fluorida, fluorosulfat, garam-garam senat dan persenat serta senyawa adisi dengan asam dan basa lewis. Sedangkan senyawa-senyawa kripton hanya satu yaitu KrF2 (kripton flourida). Hal ini disebabkan karena energi ionisasi kripton cukup tinggi dan radon di alam hanya terdapat dalam jumlah yang sedikit sekali.
2.4 Kegunaan Gas Mulia
2.4.1 Helium
Helium merupakan zat yang ringan dan tidak mudah terbakar. Helium biasa digunakan untuk mengisi balon udara, dan helium yang tidak reaktif digunakan untuk mengganti nitrogen untuk membuat udara buatan yang dipakai dalam penyelaman dasar laut. Para penyelam bekerja pada tekanan tinggi.
Jika digunakan campuran nitrogen dan oksigen untuk membuat udara buatan, nitrogen yang terisap mudah terlarut dalam darah dan dapat menimbulkan halusinasi pada penyelam. Oleh para penyelam, keadaan ini disebut “pesona bawah laut”. Helium yang berwujud cair juga dapat digunakan sebagai zat pendingin karena memiliki titik uap yang sangat rendah. Helium digunakan dalam sistem tekanan bahan bakar untuk roket, dalam atmosfer yang tak reaktif untuk pengelasan, dan dalam atmosfer pemindah (transfer) panas untuk reaktor nuklir.
2.4.2 Neon
Neon biasanya digunakan untuk pengisi bola lampu neon. Selain itu juga neon dapat digunakan untuk berbagi macam hal seperti indikator tegangan tinggi, zat pendingin, penangkal petir, dan mengisi tabung televisi.
2.4.3 Argon
Argon digunakan dalam las titanium pada pembuatan pesawat terbang atau roket. Argon juga digunakan dalam las stainless steel dan sebagai pengisi bola lampu pijar karena argon tidak bereaksi dengan wolfram (tungsten) yang panas.
2.4.4 Kripton
Kripton bersama argon digunakan sebagai pengisi lampu fluoresen bertekanan rendah. Krypton juga digunakan dalam lampu kilat untuk fotografi kecepatan tinggi.
2.4.5 Xenon
Xenon dapat digunakan dalam pembuatan lampu untuk bakterisida (pembunuh bakteri) dan pembuatan tabung elektron.
2.4.6 Radon
Radon dapat digunakan dalam terapi kanker karena bersifat radioaktif. Namun demikian, jika radon terhisap dalam jumlah banyak, malah akan menimbulkan kanker paru-paru. Radon juga dapat berperan sebagai sistem peringatan gempa, karena bila lempengan bumi bergerak kadar radon akan berubah sehingga bisa diketahui bila adanya gempa dari perubahan kadar radon.
2.5 Proses Ekstraksi Gas Mulia
Di alam, gas mulia berada dalam bentuk monoatomik karena bersifat tidak reaktif. Oleh karena itu, ekstraksi gas mulia umumnya menggunakan pemisahan secara fisis. Pengecualian adalah radon yang diperoleh dari peluruhan unsure radioaktif.
2.5.1 Ektraksi Helium dari Gas Alam
Gas alam mengandung hidrokarbon dan zat seperti CO2 uap air, He dan pengotor lainnya. Untuk mengekstraksi He dari gas alam, digunakan proses pengembunan. Pada tahap awal, CO2 dan uap air terlebih dahulu dipisahkan (hal ini karena pada proses pengembunan CO2 dan uap air dapat membentuk padatan yang menyebabkan peyumbatan pipa). Kemudian gas alam diembunkan pada suhu dibawah suhu pengembunan hidrokarbon tetapi diatas suhu pengembunan He.
Dengan demikian, di peroleh produk berupa campuran gas yang mengandung ~50% He, N2, dan pengotor lainnya. Selanjutnya, He di murnikan dengan proses antara lain :
1) proses kriogenik (menghasilkan dingin)
Campran gas diberi tekanan, lalu didinginkan dengan cepat agar N2 mengembun sehingga dapat dipisahkan. Sisa campuran dilewatkan melalui arang teraktivasi yang akan menyerap pengotor sehingga di peroleh He yang sangat murni.
2) proses adsorpsi
Campuran gas dilewatkan melalui bahan penyerap yang secara selektif menerap pengotor. Proses ini mennghasilkan He dengan kemurnian 99,997% atau lebih.
2.5.2 Ekstraksi He, Ne, Ar, Kr dan Xe dari udara
Proses yang digunakan disebut teknologi pemisahan udara. Pada tahap awal, CO2 dan uap air dipisahkan terlebuh dahulu. Kemudian, udara di embunkan dengan pemberian tekanan ~200 atm di ikuti pendinginan cepat. Sebagian besar udara akan membentuk fase cair dengan kandungan gas mulia yang lebih banyak, yakni ~60% gas mulia (Ar, Kr, Xe) dan sisanya ~30% O2 dan 10% N2. Sisa udara yang mengandung He dan Ne tidak mengembun karena titik didih kedua gas tersebut sangat rendah.
Selanjutnya, Ar, Kr dan Xe dalam udara cair dipisahkan menggunakan proses, antara lain :
1) proses adsorpsi.
Pertama, O2 dan N2 dipisahkan terlebih dahulu menggunakan reaksi kimia. O2 di reaksikan dengan Cu panas. Lalu N2 direaksikan dengan Mg. sisa campuran (Ar, Xe dan Kr) kemudian akan di adsorpsi oleh arang teraktivasi. Sewaktu arang dipanaskan perlahan, pada kisaran suhu tertentu setiap gas akan terdesorpsi atau keluar dari arang. Ar di peroleh pada suhu sekitar -80˚C, sementara Kr dan Xe pada suhu yang lebih tinggi.
2) Proses distilasi fraksional.
Proses ini menggunakan kolom distilasi fraksional bertekanan tinggi. Prinsip pemisahan adalah perbedaan titk didih zat. Karena titik didih N2 paling rendah, maka N2 lebih dulu dipisahkan. Selanjutnya Ar dan O2 dipisahkan. Fraksi berkadar 10% Ar ini lalu dilewatkan melalui kolom distilasi terpisah di mana diperoleh Ar dengan kemurnian ~98% (Ar dengan kemurnian 99,9995% masih dapat diperoleh dengan proses lebih lanjut). Sisa gas, yakni He dan Kr, dipisahkan pada tahapan distilasi selanjutnya.
2.5.3 Ekstraksi Rn dari Peluruhan Unsur Radioaktif
Radon diperoleh dari peluruhan panjang unsur radioaktif U-238 dan peluruhan langsung Ra-226. Rn bersifat radioaktif dan mempunyai waktu paro yang pendek yakni 3,8 hari sehingga cenderung cepat meluruh menjadi unsure lain. Radon belum diproduksi secara komersial.
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Gas mulia (golongan VIIIA) memiliki kestabilan yang sangat tinggi dan sebagian ditemukan di alam dalam bentuk monoatomik karena sifatnya yang stabil. Yang tergolong ke dalam gas kimia yaitu helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), dan radon yang bersifat radioaktif (Rn).
Sifat – sifat dari gas mulia yaitu jari-jari atom unsur-unsur gas mulia dari atas ke bawah (He ke Rn) semakin besar karena bertambahnya kulit yang terisi elektron. Energi Ionisasi dari atas ke bawah semakin kecil karena gaya tarik inti atom terhadap elektron terluar semakin lemah. Afinitas Elektron unsur-unsur gas mulia sangat kecil sehingga hampir mendekati nol. Titik didih unsur-unsur gas mulia berbanding lurus dengan kenaikan massa atom. Senyawa gas mulia yang sudah dapat bereaksi dengan zat lain adalah xenon dan kripton, sedangkan helium, neon, dan argon masih sangat stabil.
Gas mulia memiliki banyak kegunaan, seperti helium yang dapat digunakan untuk mengisi balon udara dan radon yang digunakan sebagai terapi kanker karena bersifat radioaktif. Di alam, gas mulia berada dalam bentuk monoatomik karena bersifat tidak reaktif. Oleh karena itu, ekstraksi gas mulia umumnya menggunakan pemisahan secara fisis. Pengecualian adalah radon yang diperoleh dari peluruhan unsur radioaktif.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2012. Gas Mulia. Diunduh dari http://gas-mulia.blogspot.com pada tanggal 26 Maret 2014 pukul 20:25 WIB
Justiana, Sandri dan Muchtaridi. 2009. Kimia 3. Jakarta: Yudhistira
Keenan, Charles W., dkk. 1999. Ilmu Kimia Untuk Universitas. Jakarta: Erlangga
Petrucci, Ralph. 1985. Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern. Jakarta: Erlangga
Purba, Michael. 2006. Kimia Untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga
