Materi Logam Alkali

LOGAM ALKALI 

Logam Alkali (Golongan IA) adalah unsur yang sangat elektropositif (kurang elektronegatif). Umumnya, logam Alkali berupa padatan dalam suhu ruang. Unsur Alkali terdiri dari Litium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb), Sesium (Cs), dan Fransium (Fr). Fransium merupakan zatradioaktif. Semuanya merupakan unsur logam yang lunak ( mudah diiris dengan pisau). Padasaat logam dibersihkan, terlihat warna logam putih mengkilap (seperti perak).Disebut logam alkali karena oksidanya mudah larut dalam air dan menghasilkan larutanyang bersifat basa (alkalis). Semua logam alkali sangat reaktif sehingga di alam tidak pernah diperoleh dalamkeadaan bebas. Di alam terdapat dalam bentuk senyawa.

Dalam satu golongan, dari Litium sampai Sesium, jari-jari unsur akan meningkat. Letak elektron valensi terhadap inti atom semakin jauh. Oleh sebab itu, kekuatan tarik-menarik antara inti atom dengan elektron valensi semakin lemah. Dengan demikian, energi ionisasi akan menurun dari Litium sampai Sesium. Hal yang serupa juga ditemukan pada sifat keelektronegatifan unsur. 

Secara umum, unsur Alkali memiliki titik leleh yang cukup rendah dan lunak, sehingga logam Alkali dapat diiris dengan pisau. Unsur Alkali sangat reaktif, sebab mudah melepaskan elektron (teroksidasi) agar mencapai kestabilan (konfigurasi elektron ion Alkali menyerupai konfigurasi elektron Gas Mulia). Dengan demikian, unsur Alkali jarang ditemukan bebas di alam. Unsur Alkali sering dijumpai dalam bentuk senyawanya. Unsur Alkali umumnya bereaksi dengan unsur lain membentuk senyawa halida, sulfat, karbonat, dan silikat.

2.1.1 Karakteristik

Beberapa jenis logam alkali. Seperti kelompok lainnya, anggota dari grup ini dapat ditunjukkan dari konfigurasi elektronnya, terutama kulit terluarnya yang menghasilkan sifat sebagai berikut:

Z	Elemen	Jumlah elektron/kulit	Konfigurasi elektron
3	litium	2, 1	[He]2s1
11	natrium	2, 8, 1	[Ne]3s1
19	kalium	2, 8, 8, 1	[Ar]4s1
37	rubidium	2, 8, 18, 8, 1	[Kr]5s1
55	caesium	2, 8, 18, 18, 8, 1	[Xe]6s1
87	fransium	2, 8, 18, 32, 18, 8, 1	[Rn]7s1

2.1.2 Unsur-Unsur Golongan Alkali.

Unsur-unsur golongan IA disebut juga logam alkali. Unsur-unsur alkali merupakan logam yang sangat reaktif. Kereaktifan unsur alkali disebabkan kemudahan melepaskan elektron valensi pada kulit ns¹ membentuk senyawa dengan bilangan oksidasi +1. Oleh sebab itu, unsur-unsur logam alkali tidak ditemukan sebagai logam bebas di alam, melainkan berada dalam bentuk senyawa. Sumber utama logam alkali adalah air laut. Air laut merupakan larutan garam-garam alkali dan alkali tanah dengan NaCl sebagai zat terlarut utamanya. Jika air laut diuapkan, garam-garam yang terlarut akan membentuk kristal. Selain air laut, sumber utama logam natrium dan kalium adalah deposit mineral yang ditambang dari dalam tanah, seperti halit (NaCl), silvit (KCl), dan karnalit (KCl.MgCl.H₂O). Mineral-mineral ini banyak ditemukan di berbagai belahan bumi.

Tabel 3.7 Mineral Utama Logam Alkali

Unsur	Sumber Utama
Litium	Spodumen, LiAl(Si2O6)
Natrium	NaCl
Kalium	KCl
Rubidium	Lepidolit, Rb2(FOH)2Al2(SiO3)3
Cesium	Pollusit, Cs4Al4Si9O26.H2O

Pembentukan mineral Logam Alkali tersebut melalui proses yang lama. Mineral Logam Alkali berasal dari air laut yang menguap dan garam-garam terlarut mengendap sebagai mineral. Kemudian, secara perlahan mineral Logam Alkali tersebut tertimbun oleh debu dan tanah sehingga banyak ditemukan tidak jauh dari pantai. Logam alkali lain diperoleh dari mineral aluminosilikat. Litium terdapat dalam bentuk spodumen, LiAl(SiO₃)₂. Rubidium terdapat dalam mineral lepidolit. Cesium diperoleh dari pollusit yang sangat jarang, CsAl(SiO₃)₂.H₂O. Fransium bersifat radioaktif.

2.1.3 Sifat-Sifat Unsur Logam Alkali.

Unsur-unsur logam alkali semuanya logam yang sangat reaktif dengan sifat-sifat fisika ditunjukkan pada Tabel 3.8. Logam alkali sangat reaktif dalam air. Oleh karena tangan kita mengandung air, logam alkali tidak boleh disentuh langsung oleh tangan. Tabel 3.8 Sifat-Sifat Fisika Logam Alkali

Sifat Sifat	Li	Na	K	Rb	Cs
Titik leleh (°C)	181	97,8	63,6	38,9	28,4
Titik didih (°C)	1347	883	774	688	678
Massa jenis (g cm–3)	0,53	0,97	0,86	1,53	1,88
Keelektronegatifan	1,0	0,9	0,8	0,8	0,7
Jari-jari ion ( )	0,9	1,7	1,5	1,67	1,8

Semua unsur golongan IA berwarna putih keperakan berupa logam padat, kecuali cesium berwujud cair pada suhu kamar. Logam alkali Natrium merupakan logam lunak dan dapat dipotong dengan pisau. Logam alkali Kalium lebih lunak dari natrium. Pada Tabel 3.8 tampak bahwa logam litium, natrium, dan kalium mempunyai massa jenis kurang dari 1,0 g cm^–3. Akibatnya, logam tersebut terapung dalam air. Akan tetapi, ketiga logam ini sangat reaktif terhadap air dan reaksinya bersifat eksplosif disertai nyala.

Sifat-sifat fisika logam alkali seperti lunak dengan titik leleh rendah menjadi petunjuk bahwa ikatan logam antaratom dalam alkali sangat lemah. Ini akibat jari-jari atom logam alkali relatif besar dibandingkan unsur-unsur lain dalam satu periode. Penurunan titik leleh dari logam alkali litium ke cesium disebabkan oleh jari-jari atom yang makin besar sehingga mengurangi kekuatan ikatan antaratom logam. Logam-logam alkali merupakan reduktor paling kuat, seperti ditunjukkan oleh potensial reduksi standar yang negatif.

Tabel 3.9 Potensial Reduksi Standar Logam Alkali

Logam Alkali	Li	Na	K	Rb	Cs
Potensial reduksi (V)	–3,05	–2,71	–2,93	–2,99	–3,02

Keelektronegatifan logam alkali pada umumnya rendah (cesium paling rendah), yang berarti logam tersebut cenderung membentuk kation. Sifat logam alkali ini juga didukung oleh energi ionisasi pertama yang rendah, sedangkan energi ionisasi kedua sangat tinggi sehingga hanya ion dengan biloks +1 yang dapat dibentuk oleh logam alkali. Semua logam alkali dapat bereaksi dengan air. Reaksi logam alkali melibatkan pergantian hidrogen dari air oleh logam membentuk suatu basa kuat disertai pelepasan gas hidrogen.

2Na(s) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g)

Kereaktifan logam alkali terhadap air menjadi sangat kuat dari atas ke bawah dalam tabel periodik. Sepotong logam litium jika dimasukkan ke dalam air akan bergerak di sekitar permukaan air disertai pelepasan gas H₂. Logam alkali Kalium bereaksi sangat dahsyat disertai ledakan dan nyala api berwarna ungu. Dalam udara terbuka, logam alkali bereaksi dengan oksigen membentuk oksida. Logam alkali Litium membentuk Li₂O, natrium membentuk Na₂O, tetapi produk yang dominan adalah natrium peroksida (Na₂O₂). Jika kalium dibakar dengan oksigen, produk dominan adalah kalium superoksida (K₂O), suatu senyawa berwarna kuning-jingga. Oksida ini merupakan senyawa ion dari ion K⁺ dan ion O₂^–.

Sifat-sifat logam Alkali:

1. Sangat reaktif

2. Bereaksi dengan halogen membentuk garam

3. Bereaksi dengan air membentuk basa kuat

4. Elektron terluar 1

5. Lunak

6. Titik lebur rendah

7. Massa Jenis rendah

8. Potensial untuk ionisasi sangat rendah

9. Tingkat elektronegativitas : Li > Na > K > Rb > Cs > Fr

10. Tingkat reaktivitas : Li < Na < K < Rb < Cs < Fr

11. Titik lebur dan titik uap : Li > Na > K > Rb > Cs > Fr

2.1.4 Titik Didih & Titik beku serta kerapatan

Semakin besar  titik didih maka semakin besar nomor atom. Semakin besar Nomor atom maka semakin besar pula kerapatan pada atom tersebut, maka semakin banyak membentuk ikatannya dan semakin membutuhkan waktu yang lama untuk memisahkan ikatan—ikatan tersebut sehingga titik didih dan titik beku semakin tinggi.

2.1.5 Energi Ionisasi Logam Alkali

          Misalnya natrium, Na. Persamaan ionisasinya dapat ditulis sebagai berikut:

                        Na(g) + EI-I --> Na+(g) + e

          Bagaimana menjelaskan persamaan reaksi di atas?

Energi ionisasi pertama adalah sejumlah energi yang diperlukan oleh suatu atom netral dalam wujud gas, Na(g) untuk melepaskan satu elektron yang terikat paling lemah, membentuk ion positif dalam bentuk gas, Na+(g).

          Mengapa atom Na dan ion Na+ keduanya dalam bentuk gas? Menurut kenyataan, jika logam natrium direaksikan dengan gas khlor, persamaan reaksinya adalah:

2 Na(s) + Cl2(g) --> 2 NaCl(s).

Sekarang kita kembali ke EI-I. Mungkinkah logam alkali menjadi ion +2 dengan melepaskan elektron kedua yang memerlukan EI-II? Tidak mungkin. Mangapa? Setelah menjadi ion Na+(2,8), sudah stabil, isoelektronik dengan Ne(2,8). EI-II lebih besar dibanding EI-I karena jumlah muatan positif inti lebih besar dari muatan negatif elektron, sehingga jari-jari ionnya juga sudah mengecil. Karena EI-II sangat besar, maka logam alkali hanya membentuk ion +1 sesuai elektron valensinya.

2.1.6 Afinitas Elektron

Afinitas elektron adalah energi yang menyertai proses penambahan 1 elektron pada satu atom netral dalam wujud gas, sehingga terbentuk ion bermuatan –1. Afinitas elektron juga dinyatakan dalam kJ mol–1. Unsur yang memiliki afinitas elektron bertanda negatif, berarti mempunyai kecenderungan lebih besar dalam menyerap elektron daripada unsur yang afinitas elektronnya bertanda positif. Makin negatif nilai afinitas elektron, maka makin besar kecenderungan unsur tersebut dalam menyerap elektron (kecenderungan membentuk ion negatif). Dari sifat ini dapat disimpulkan bahwa:

1.      Dalam satu golongan, afinitas elektron cenderung berkurang dari atas ke bawah.

2.  Dalam satu periode, afinitas elektron cenderung bertambah dari kiri ke kanan.

3.  Kecuali unsur alkali tanah dan gas mulia, semua unsur golongan utama mempunyai afinitas elektron bertanda negatif. Afinitas elektron terbesar dimiliki oleh golongan halogen.

2.1.7 Keelektronegatifan

Keelektronegatifan adalah kemampuan atau kecenderungan suatu atom untuk menangkap atau menarik elektron dari atom lain. Misalnya, fluorin memiliki kecenderungan menarik elektron lebih kuat daripada hidrogen. Jadi, dapat disimpulkan bahwa keelektronegatifan fluorin lebih besar daripada hidrogen. Konsep keelektronegatifan ini pertama kali diajukan oleh Linus Pauling (1901 – 1994) pada tahun 1932.

Unsur-unsur yang segolongan, keelektronegatifan makin ke bawah makin kecil sebab gaya tarik inti makin lemah. Sedangkan unsur-unsur yang seperiode, keelektronegatifan makin ke kanan makin besar. Akan tetapi perlu diingat bahwa golongan VIIIA tidak mempunyai keelektronegatifan. Hal ini karena sudah memiliki 8 elektron di kulit terluar. Jadi keelektronegatifan terbesar berada pada golongan VIIA.

2.1.8 Sifat magnetic

Sifat magnet suatu atom unsure berkaitan dengan struktur elktronnya, sesuai dengan aturan aufbau, larangan Pauli, dan aturan Hund. Electron di dalam orbital suatu atom ada yang berpasangan dan ada yang tidak berpasangan. Beberapa atom misalnya atom-atom gas mulia semua elektronnya berpasangan, tetapi beberapa atom yang lain tidak berpasangan. Akibat dari kedua keadaan tersebut berakibat pula pada interaksinya terhadap medan magnet. Atom-atom yang semua elektronnya telah berpasangan cenderung ditolak oleh medan magnet dan disebut sebagai atom diamagnetic, sedangkan atom-atom yang mempunyai electron tidak berpasangan akan tertarik oleh medan magnet dan disebut atom yang bersifat paramagnetic.

Adanya electron yang tidak berpasangan menimbulkan momen magnet  yang diukur dalam satuan bohr-magneton (BM). Besarnya momen magnet dapat di perkirakan dengan rumus :

µ = Ön(n+2)

dengan,            µ = momen magnet dalam bohr-magneton

                        n = jumlah electron tidak berpasangan

 2.1.9 Sifat Kimia

Logam alkali merupakan unsur logam yang sangat reaktif dibanding logam golongan lain. Hal ini disebabkan pada kulit terluarnya hanya terdapat satu elektron dan energi ionisasi yang lebih kecil dibanding unsur golongan lain. Dalam satu golongan, dari atas ke bawah, kereaktifan logam alkali makin bertambah seirng bertambahnya nomor atom.

Reaksi dengan Air : Produk yang diperoleh dari reaksi antara logam alkali dan air adalah gas hidrogen dan logam hidroksida. Logam hidroksida yang dihasilkan merupakan suatu basa kuat. Makin kuat sifat logamnya basa yang dihasilkan makin kuat pula, dengan demikian basa paling kuat yaitu dihasilkan oleh sesium. Reaksi antara logam alkali dan air adalah sebaga berikut:

2M(s) + 2H₂O(l) ―→ 2MOH(aq) + H₂(g) (M = logam alkali)

Reaksi antara logam alkali dengan air merupakan reaksi yang eksotermis. Li bereaksi dengan tenang dan sangat lambat, Natrium dan kalium bereaksi dengan keras dan cepat, sedangkan rubidium dan sesium bereaksi dengan keras dan dapat menimbulkan ledakan.

Reaksi dengan Udara : Logam alkali pada udara terbuka dapat bereaksi dengan uap air dan oksigen. Untuk menghindari hal ini, biasanya litium, natrium dan kalium disimpan dalam minyak atau minyak tanah untuk menghindari terjadinya kontak dengan udara.

Litium merupakan satu-satunya unsur alkali yang bereaksi dengan nitrogen membentuk Li₃N. Hal ini disebabkan ukuran kedua atom yang tidak berbeda jauh dan struktur yang dihasilkanpun sangat kompak dengan energi kisi yang besar.

Produk yang diperoleh dari reaksi antara logam alkali dengan oksigen yakni berupa oksida logam. Berikut reaksi yang terjadi antara alkali dengan oksigen

4L   +  O₂ ―→  2L₂O             (L = logam alkali)

Pada pembakaran logam alkali, oksida yang terbentuk bermacam-macam tergantung pada jumlah oksigen yang tersedia. Bila jumlah oksigen berlebih, natrium membentuk peroksida, sedangkan kalium, rubidium dan sesium selain peroksida dapat pula membentuk membentuk superoksida. Persamaan reaksinya

Na(s) + O₂(g) ―→ Na₂O₂(s)

L(s) + O₂(g) ―→ LO₂(s) (L = kalium, rubidium dan sesium) 

Reaksi dengan Hidrogen : Dengan pemanasan logam alkali dapat bereaksi dengan hidrogen membentuk senyawa hidrida. Senyawa hidrida yaitu senyawaan logam alkali yang atom hidrogen memiliki bilangan oksidasi -1.

2L(s) +   H₂(g) ―→ 2LH(s) (L =  logam alkali) 

Reaksi dengan Halogen : Unsur-unsur halogen merupakan suaru oksidator sedangkan logam alkali merupakan reduktor kuat. Oleh sebab itu reaksi yang terjadi antara logam alkali dengan halogen merupakan reaksi yang kuat. Produk yang diperoleh dari reaksi ini berupa garam halida.

2L  +  X₂ ―→ 2LX            (L = logam alkali, X = halogen) 

Reaksi dengan Senyawa : Logam-logam alkali dapat bereaksi dengan amoniak bila dipanaskan dan akan terbakar dalam aliran hidrogen klorida.

2L + 2HCl ―→ LCl   +  H₂

2L + 2NH₃ ―→  LNH₂ +  H₂ L = logam alkali

a.      Kereaktifan unsur

Kereaktifan logam alkali ditunjukkan oleh reaksi - reaksinya dengan beberapa unsur non logam. Dengan gas hidrogen dapat bereaksi membentuk hidrida yang berikatan ion, dalam hal ini bilangan oksidasi hydrogen adalah -1 dan bilangan oksidasi alkali +1. Dengan oksigen dapat membentuk oksida, dan bahkan beberapa di antaranya dapat membentuk peroksida dan superoksida. Litium bahkan dapat bereaksi dengan gas nitrogen pada suhu kamar membentuk litium nitrida (Li₃N). Semua senyawa logam alkali merupakan senyawa yang mudah larut dalam air, dengan raksa membentuk amalgam yang sangat reaktif sebagai reduktor. Beberapa reaksi logam alkali dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel. Beberapa Reaksi Logam Alkali
Reaksi Umum                                            Keterangan
4M(s) + O2(g) ->2M2O(s) 2M(s) + O2(g) ->M2O2(s) 2M(s) + X2(g) ->2MX(s) 2M(s) + S(g) ->M2S(s) 2M(s) + 2H2O(g) ->2MOH(aq) + H2(g) 2M(s) + H2(g) ->2MNH2(s) + H2(g) 6M(s) + N2(g) -> 2M3N(s)	jumlah oksigen terbatas dipanaskan di udara dengan oksigen berlebihan. Logam K dapat membentuk superoksida (KO2). X adalah F, Cl, Br, Ireaksi dahsyat, kecuali Li dengan katalisator hanya Li yang dapat bereaksi gas H2 kering (bebas air) reaksi dengan asam (H+) dahsyat

Logam alkali dapat larut dalam ammonia pekat (NH₃), diperkirakan membentuk senyawa amida.

Na(s) + NH₃(l) ->NaNH₂(s) + ½ H₂(g)

Reaksinya dengan air merupakan reaksi eksoterm dan menghasilkan gas hidrogen yang mudah terbakar. Oleh karena itu, bila logam alkali dimasukkan ke dalam air akan terjadi nyala api di atas permukaan air. Dalam amonia yang sangat murni akan membentuk larutan berwarna biru, dan merupakan sumber elektron yang tersolvasi (larutan elektron). Logam - logam alkali memberikan warna nyala yang khas, misalnya Li (merah), Na (kuning), K (ungu), Rb (merah), dan Cs (biru/ungu). Warna khas dari logam alkali dapat digunakan untuk identifikasi awal adanya unsur alkali dalam suatu bahan.