ALUMINIUM

Untuk melihat dokumen yang sebenarnya, dan tidak berisi kesalahan, dapat dilihat DISINI


Nama aluminium diturunkan dari kata alum yang menunjuk pada senyawa garam rangkap KAl(SO₄)₂∙12H₂O, kata mi berasal dan bahasa latin alumen yang artinya garam pahit. Oleh Humphry Davy, logam dan garam rangkap ini diusulkan dengan nama alumium dan kemudian berubah menjadi aluminum. Namun, nama inipun segera termodifikasi menjadi aluminium yang menjadi populer di seluruh dunia kecuali di Amerika Utara di mana American Chemical Society (Himpunan Masyarakat Kimia Amerika) pada tahun 1925 memutuskan tetap menggunakan istilah aluminum di dalam publikasinya


Aluminium dengan konfigurasi elektronik [₁₀Ne] 3s² 3p¹ dikenal mempunyai tingkat oksidasi +3 dalam senyawanya. Logam aluminium tahan terhadap korosi udara, karena reaksi antara logam aluminium dengan oksigen udara menghasilkan oksidanya, Al₂O₃, yang membentuk lapisan nonpori dan membungkus permukaan logam hingga tidak terjadi reaksi lanjut. Lapisan dengan ketebalan 10^-4-10^-6 mm sudah cukup mencegah terjadinya kontak lanjut permukaan logam dengan oksigen. Hal ini dapat terjadi karena ion oksigen mempunyai jari-jari ionik (142 pm) tidak jauh berbeda dari jari-jari metalik atom aluminium (143 pm). Akibatnya, kemasan permukaan hampir tidak berubah, karena jari-jari ion aluminium (68 pm) “tepat” menempati rongga-rongga struktur permukaan oksida. Hal ini berbeda dari oksida besi yang bersifat berpori, tidak mampu melindungi bagian dalam logam besi sehingga korosi terus berlanjut.

Untuk menaikkan ketahanan terhadap korosi, logam aluminium “dianodasi” artinya produk logam aIumiaium sengaja dilapisi dengan aluminium oksida secara elektrolisis. Aluminium yang dianodasi ini mempunyai ketebalan lapisan ~0,01 mm dan lapisan oksida setebal ini manpu menyerap warna/zat sehingga permukaan logam dapat diwarnai. Pada proses “anodasi” ini, logam aluminium dipasang sebagai anode, karbon/grafit sebagi katode dan dipakai elektrolit larutan asam sulfat. Persamaan reaksi elektrolisisnya yaitu:

Pada anode terjadi oksidasi Al:

2 Al_(s) + 6 H₂O_(l) → Al2O3_(s) + 6 H₃O⁺_(aq) + 6 e

(reaksi ini tidak akan berlanjut ketika anode Al telah terlapisi rata AL₂O₃)

Pada katoda terjadi reduksi:

6 H₃O⁺_(aq) + 6 e → 6 H₂O_(l) + H_2(g)

Logam aluminium berwarna putih, mengkilat, mempunyai titik leleh tinggi yaitu sekitar 660 °C, moderat lunak dan lembek-lemah jika murni tetapi menjadi kuat jika dibuat paduan dengan logam-logam lain, serta sangat ringan dengan densitas 2,73 g cm^-3. Aluminium bersifat konduktor panas maupun konduktor listrik yang baik, namun lebih rendah ketimbang tembaga. Atas dasar sifat-sifat tersebut, logam aluminium sangat banyak manfaatnya. Antara lain dalam industri rumah tangga, misalnya untuk peralatan masak/dapur, dalam industri makanan misalnya untuk pembungkus makanan, kaleng minuman, dan pembungkus pasta gigi. Sebagai bahan bangunan misalnya untuk mebelair, pintu, dan jendela, juga sebagai bahan dasar dalam industri pesawat terbang, kapal, mobil. Serbuk aluminium dapat pula dipakai untuk bahan cat aluminium, dan masih banyak lagi yang lain.

Bahan bakar yang dipakai untuk mendorong roket yang membawa pesawat ulang-alik Columbia buatan Amerika Serikat yaitu campuran padatan dari logam aluminium dan NH₄ClO₄. Reaksi oksidasi logam aluminium bersifat eksotermik dengan nilai entalpi pembentukan aluminium oksida yang sangat tinggi. Jika campuran Al dan NH₄ClO₄ dibakar, maka NH₄ClO₄ akan terurai dan logam aluminium dioksidasi menjadi A1₂O₃ menurut persamaan reaksi:

2 NH₄ClO_4(s) → N_2(g) + Cl_2(g) + 2 O_2(g) + 4 H₂O_(g)       ΔH = -376,7 kJ mol^-1

½ Al + 1½ O₂ → Al₂O₃                                               ΔHº_f = -1670 kJ mol^-1

Pembebasan panas yang sangat tinggi tersebut (ΔHº_f) menyebabkan gas-gas yang terbentuk mengalami ekspansi yang sangat kuat sehingga mampu mengangkat roket.

Manfaat lain yang istimewa bagi logam aluminium yaitu afinitasnya (daya gabung) yang sangat kuat dengan oksigen. Sebagai contoh, reaksi serbuk aluminium dengan oksida-oksida logam transisi Fe₂O₃ juga menghasilkan panas yang sangat tinggi:

Al_(s) + Fe2O3 _(s) → Al₂O_3(l) + Fe_(l)                               ΔHº = -852 kJ mol^-1

Reaksi ini (reaksi termit) dapat menghasilkan panas yang sangat tinggi hingga temperatur kira-kira 3000 ºC, dan oleh karena itu sering dimanfaatkan misalnya pada proses pengelasan besi atau baja rel kereta api.

Senyawa tawas, misalnya KAl(SO₄)₂∙12H₂O, barangkali dapat dengan mudah dijumpai di pasaran, bermanfaat dalam proses penjernihan air dan industri pencelupan warna. Aluminium sulfat juga dapat dipakai sebagai bahan pemadam kebakaran tipe busa bersama soda NaHCO₃.

Dalam proses penjernihan air, biasanya tawas dicampur dengan air kapur, Ca(OH)₂, dan persamaan reaksi yang terjadi yaitu sebagai berikut:

Al³⁺_(aq) + SO₄^2-_(aq) + Ca²⁺_(aq) + 3 OH^-_(aq) → Al(OH)_3(s) + CaSO_4(s)

Endapan hasil tersebut berupa gelatin yang mampu menyerap kotoran dan juga zarah bakteri untuk dibawa mengendap ke dasar tempat air sehingga diperoleh air yang jernih.

Dalam industri pencelupan warna, larutan tawas ditambahkan dan dipanaskan dengan uap air bersama dengan bahan kain yang dicelupkan. Pada proses ini tawas akan mengalami hidrolisis menghasilkan endapan gelatin Al(OH)₃ yang akan melekat pada serat kain, dan menyerap serta melekatkan warna pada serat kain menjadi lebih kuat.

Bahan pemadam kebakaran, dapat berupa larutan aluminium sulfat dan larutan NaHCO₃. Jika kedua larutan ini bercampur maka akan terjadi reaksi asam-basa. Larutan garam aluminium sulfat bersifat asam, artinya hidrolisis garam ini menghasilkan endapan Al(OH)₃ dan ion H₃O⁺ yang membawa sifat asam; ion ini selanjutnya diikat oleh HCO₃ hingga terjadi dekomposisi yang menghasilkan gas CO₂. Campuran CO₂(g) - Al(OH)_3(s) ini dihasilkan sebagai busa yang distabilkan oleh pengemulsi hingga dapat disemprotkan pada api ; api menjadi terselimuti oleh busa yang mencegah kontak dengan oksigen-udara dan akibatnya api menjadi padam. Persamaan reaksinya secara sederhana yaitu:

Al_{3 (aq)} + 3HCO₃^- _(aq)                 Al(OH)_3(s) + 3CO_2(g)

Batu permata alami ada yang secara umum tersusun oleh oksida A1₂O₃. Dengan kehadiran pengotor tertentu dalam jumlah yang sangat sedikit saja akan diperoleh warna yang karakteristik dan menarik yaitu safir biru (pengotor Fe, Ti), safir hijau (pengotor Co), safir kuning (pengotor Ni, Mg), safir bintang (pengotor Ti), safir merah (pengotor, Cr), dan safir putih (tanpa pengotor). Dengan demikian, batu permata sintetis dapat dibuat dengan reaksi pencampuran dan lelehan korundum (α-Al₂O₃) dengan oksida logam tertentu sesuai dengan warna yang dikehendaki.

Sifat Kimiawi Aluminium

Serbuk aluminium terbakar dalam api menghasilkan debu awan aluminium oksida menurut persamaan reaksi:

4Al _(s) + 3O_2(g)              2A1₂O_3(s)

Logam aluminium bersifat amfoterik, bereaksi dengan asam kuat membebaskan gas hidrogen, sedangkan dengan basa kuat membentuk aluminat menurut persamaan reaksi:

2Al_(s) + 6H₃O⁺_(aq)                             2 Al³⁺_(aq) + 6 H₂O _(l) + 3 H_{2 (g)}

2 Al _(s) + 2 OH _(aq) + 6 H₂O_(l)                   2 [Al(OH)₄]^- _(aq) + 3 H_2(g)

Dalam air, ion aluminium terdapat sebagai ion heksaakuaaluminium(III), [Al(H₂O)₆]₃₊, tetapi mengalami reaksi hidrolisis secara bertahap hingga menjadi ion tetraakuadihidroksoaluminium(III) menurut, persamaan reaksi:

[Al(H₂O)₆]³⁺_(aq) + H₂O_(l)       [Al(H₂O)₅(OH)]²⁺_(aq) + H₃O_(aq)

[Al(H₂O)₅(OH)]²⁺_(aq) + H₂O_(l)   [A1(H₂O)₄(OH)₂]⁺_(aq) + H₃O⁺_(aq)

Jadi, larutan garam aluminium bersifat asam dengan tetapan ionisasi asam ampir sama dengan asam asetat. Campuran dalam antiperspiran (antipeluh) yang biasa disebut aluminium hidrat terdiri atas garam-garam klorinida dan kedua ion kompleks hidrokso tersebut. Ion aluminium dalam kedua senyawa inilah yang berperan mengkerutkan pori-pon permukaan kulit.

+OH-

+OH-

Penambahan ion hidroksida pada ion aluminium menghasilkan endapan gelatin aluminium hidroksida pada awalnya, kemudian larut lagi dalam hidroksida berlebihan membentuk ion aluminat, menurut persamaan reaksi:

[Al(H₂O)₆]³⁺_(aq)                         Al(OH)_3(s)                      [Al(OH)₄] _(aq)

ini berarti bahwa ion aluminium larut pada pH rendah dan tinggi tetapi tidak larut pada kondisi netral.

Sumber dan Ekstraksi Aluminium

Aluminium sangat berlimpah terdapat di alam, merupakan logam terbanyak di kerak bumi (~ 8,3 % berat kerak bumi) dan terbanyak ketiga setelah oksigen (~ 45,5 %) dan silikon (~ 25,7 %). Karena sangat reaktif khususnya dengan oksigen, unsur aluminium tidak pernah dijumpai dalam keadaan bebas di alam melainkan sebagai senyawanya yang merupakan penyusun utama dari bahan tambang bijih bauksit dalam bentuk campuran oksida-hidroksida aluminium. Bauksit adalah batuan aluminium yang terjadi karena iklim alam setempat.

Aluminium merupakan unsur penyusun utama dan mineral-mineral alam asli; selain bauksit yaitu kelompok batuan aluminosilikat termasuk feldspar dan mika. Iklim setempat, khususnya temperatur, dapat menghasilkan berbagai mineral lempung seperti:

kaolin              = A1₂(OH)₄ Si₂O₅        atau sering dituliskan Al₂O₃ . 2H₂O . 2SiO₂

spinel               = MgA1₂O₄                       atau sering dituliskan MgO . Al₂O₃

garnet              = Ca₃Al₂(SiO₄)₃           atau sering dituliskan 3CaO . 3SiO₂ . Al₂O₃

beril                 = Be₃A1₂Si₆O₁₈            atau sering dituliskan 3BeO . 6SiO₂ . Al₂O₃

korundum        = (α)-Al₂O₃                        dan

kriolit              = Na₃A1F₆

_{Pada dasarnya, preparasi logam aluminium meliputi dua tahapan yaitu (1) tahap ekstraksi, pemumian, dan dehidrasi bijih bauksit, dan (2) tahap elektrolisis.} Pada tahap pertama umumnya dewasa ini bauksit diolah menurut proses Bayer. Pada awalnya bijih bauksit kasar dan tidak murni yaitu yang bercampur sebagian besar dengan oksida-oksida besi dan silikon dihaluskan dengan penumbukan (grinding), kemudian larutan pekat basa kuat NaOH ditambahkan. Karena (bijih) oksida aluminium bersifat amfoterik maka akan diperoleh larutan aluminat bersama-sama pula dengan oksida silikon menjadi larutan silikat. Persamaan reaksi yang terjadi pada tahap ini dapat dituliskan sebagai berikut:

Al₂O_3(s) + 2 OH_(aq) + 3 H₂O_(l)               2 [Al(OH)₄]^- _(aq)

SiO_2(s) + 2OH_(aq)                       SiO₃^2-_(aq) + H₂O_(l)

Limbah material lain yang tidak larut, yaitu terutama oksida besi dan juga TiO₂ dan berupa lumpur merah, dapat dipisahkan dengan penyaringan. Untuk mernisahkan larutan aluminat dan silikat, ke dalam larutan basa ini dialirkan gas CO₂ yang bersifat

asam lemah sehingga menurunkan pH larutan dan dengan demkian, aluminat akan mengendap sebagai basanya, ataudapat pula ditambahkan pengumpan A1₂0₃ ;dalam hal ini ion silikat masih tetap dalam larutan. Persamaan reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut:

CO_2(g) + 2 H₂O_(l)                      HCO_3(aq) + H₃O⁺_(aq)

H₃O⁺_(aq) + [Al(OH)₄]_(aq)                   Al(OH)_3(s) + 2H₂O_(l)

Endapan basa Al(OH)₃ yang telah dipisahkan, selanjutnya dikeringkan dan dipanaskan  pada temperatur tinggi, kira-kira 1200 °C, untuk melepaskan molekul air dan basanya hingga diperoleb oksidanya:

2 Al(OH)_3(s)                  Al₂O_3(s) + 3H₂O_(g)

Oksida ini kemudian diproses dalam tahap kedua yaitu elektrolisis. Aluminium oksida dengan muatan ion yang tinggi mempunyai energi kisi yang tinggi, sehingga mengakibatkan titik leleh sangat tinggi (~ 2045 °C). Untuk perlakuan elektrolisis diperlukan titik leleh yang lebih rendah, dan ini dapat dilakukan dengan melarutkan ke dalam elektrolit kriolit, Na₃[A1F₆], yang mempunyai titik leleh jauh lebih rendah (~1000 °C), sehingga proses ini dapat dioperasikan pada temperatur 950 °C. Dalam proses ini dipakai rangkaian anode karbon yang dipasang secara paralel dan katode karbon yang dipasang sebagai pelapis bak sel. Persamaan reaksi pada proses elektrolisis mi yaitu:

Anode :            ( 2O^2-  (Na₃[A1F₆])                   O_2(g) + 4e )                  3x

Katode :           ( Al₃  (Na₃ [A1F₆])  +  3 e                    Al_(l) )               4x

                                                                                                                        +

Persamaan reaksi total :  2 A1₂O_3(l)                   4 Al_(l) + 3 O_2(g)

Oksigen hasil ini, pada temperatur  tinggi, dapat bereaksi dengan anode karbon, menghasilkan gas CO dan CO₂, dan ini lama kelamaan berakibat ketebalan anode karbon semakin berkurang sehingga harus diganti dengan yang baru secara periodik. Lelehan aluminium hasil ini (titik leleh ~ 660⁰C) mengumpul pada bagian dasar bak sel, sehingga mudah dikeluarkan, dan Al₂O₃ yang baru dapat ditambahkan sehingga proses berjalan terus. Dengan proses demikian ini dapat diperoleh aluminium dengan kemurnian tinggi yaitu antara 99,8-99,9%. 

Produksi aluminium disertai empat hasil samping yang menimbulkan polusi yaitu:

1.      Lumpur merah hasil dari pemurnian bauksit yang bersifat sangat basa.

2.      gas hidrogen flourida hasil reaksi kriolit dengan kelumit-kelumit uap dalam aluminium oksida.

3.      oksida-oksida karbon hasil reaksi anode, dan

4.      fluorokarbon hasil reaksi fluorin dengan anode karbon.

Oksida, Hidroksida, dan Garam Aluminium

            Unsur aluminium sangat reaktif, hanya mempunyai satu macam tingkat oksidasi yaitu +3. Dengan demikian, hanya ada satu senyawa oksidanya yaitu Al₂O₃ demikian pula dengan hidroksidanya yaitu Al(OH)₃ yang berwarna putih dan bersifat sukar larut dalam air. Oleh karena itu, bila ke dalam larutan garam aluminium ditambahkan basa maka akan diperolrh endapan putih gelatin menurut persamaan reaksi:

            Al³⁺ (aq) + 3OH^- (aq)                          Al(OH)₃ (s)

            Ion Al³⁺  realtif kecil ukuranya, namun karena mempunyai muatan ion yamg tinggi (+3) demikian juga densitas muatanya, dalam larutan air, kation ini mampu mengakomodasi enam molekul netral H₂O (yang bersifat polar dengan kutub negatif atom O mengarah pada ion logam. Hasilnya yaitu ion kompleks [Al(H₂O)₆]³⁺ yang berbentuk oktahedron.

Larutan sulfida atau karbonat juga mampu mengendapkan aluminium hidroksida, karena larutan tersebut memberikan konsentrasi OH^- yang cukup tinggi sebagai akibat hidrolisis menurut persamaan reaksi:

S^2-(aq) + H₂O (l) HS^- (aq) + OH^- (aq)

CO₃^2-(aq) + H₂O (l)  HCO₃^- (aq) + OH^- (aq)

Oksida aluminium dapat diperoleh dan pemanasan hidroksidanya. Pemanasan di atas 850 °C menghasilkan oksida yang tak larut dalam asam maupun basa, tetapi oksida yang diperoleh dan pemanasan di bawah 600 °C larut dalam asam maupun basa; dengan kata lain berisifat amfoterik. Hidroksida aluminium juga bersifat amfoterik.

Al₂O₃ (s) + 6 H₃O⁺ (aq)                       2 Al³⁺(aq) + 9 H₂O(l)

A1₂O₃ (s) + 2 OH^- (aq) + 3 H₂O (l)                 2 [Al(OH)₄]^- (aq)

Al(OH)₃ (s)+ 3 H₃O⁺ (aq)                    A1³⁺ (aq) + 6 H₂O(l)

Al(OH)₃ (s)+ OH^- (aq)                  2 [Al(OH)₄]^- (aq)

Sejumlah garam aluminium mengkristal dan larutannya dalam bentuk terhidrat seperti AIX₃nH₂O (di mana X = Cl, Br, I, ClO₃, dan n = 6) dan Al(NO₃)3 . 9H₂0. Aluminium sulfat yang dapat dibuat dan aluminium oksida dengan asam sulfat pekat panas, mengkristal sebagai A1₂(SO₄)₃ . 18H₂0. Garam ini dapat dibuat dengan bahan dasar lempung kaolin,  Al₂Si₂O₅(OH)₄. Dernikian juga reaksi kalium sulfat dengan aluminium sulfat dalam jumlah mol yang sama akan menghasilkan garam rangkap tawas K₂SO₄Al₂(SO₄)₃.24H₂O atau KAl(SO₄)₂ 12H₂O. Dengan demikian dapat dimengerti bahwa secara umum garam-garam aluminium mudah larut dalam air sebagai [Al(H₂O)₆]³⁺ dan bersifat asam.

Aluminium idoida anhidrat berupa kristal putih yang menyublim pada 180°C. Dari pengukuran densitas dapat ditunjukkan bahwa garam ini berbentuk dimer (bentuk yang terulang dua kali) dalam fase uap sehingga rumus molekulnya harus ditulis A1₂Cl₆. Dalam molekul fase gas ini tiap atom aluminium terikat oleh empat atom klorin dalam bangun tetrahedron. Dua dan keempat atom klorin mi masing-masing terikat pada dua atom aluminium sehingga dapat dikatakan kedua atom klorin ini berfungsi sebagai jembatan tidak hanya penghubung antara kedua atom aluminium tetapi juga antara kedua monomer AlCl₃. Kedua jembatan atom klorin ini masing-masing selain terikat secara kovalen dengan atom aluminium yang satu juga menyediakan sepasang elektron untuk dipakai ikatan bersama dengan atom aluminium yang lain, sehingga tiap atom aluminium membangun konfigurasi elektronik oktet. Dengan demikian, molekul Al₂Cl₆ membentuk bangun dua tetrahedron yang berimpit pada salah satu sisinya yang terdiri atas dua jembatan atom kiorin.

Hasil pengamatan sinar-X menunjukkan bahwa rangkaian molekul-molekul AlCl₃ dalam padatan aluminium klorinida tidak terbatas jumlahnya. Oleh karena itu formula senyawa ini dalam padatannya biasanya tetap ditulis sebagai AlCl₃ walaupun strukturnya membentuk lapisan polimer yang tidak tersusun oleh molekul AlCl₃ secara individu. Senyawa tersebut dapat dibuat dan klorinasi langsung logam aluminium atau dan pemanasan alumina-bauksit (Al₂O₃) dengan karbon dan gas klorin, menurut persamaan reaksi:

2 Al (s) + 3 Cl₂ (g)                    2 AlCl₃ (s)                                           ∆H° = - 1408 kJ

Al₂O₃ (s) + 3 C (s) + 3 Cl₂ (g)               2 AlCl₃ (s) + 3 CO (g)           ∆H° = - 64,0 kJ

Dari Berbagai sumber...