Pembuatan Unsur/Senyawa di Alam

1. Pembuatan Halogen

Semua unsur halogen ditemukan di alam dalam bentuk senyawanya. Hal ini disebabkan karena unsur-unsur halogen bersifat sangat reaktif akibat dari keelektronegatifannya yang besar, bahkan paling besar di antara semua golongan unsur yang ada. Garam dari air laut adalah sumber utama unsur-unsur halogen.

Unsur halogen bereaksi autoredoks dengan air. Kecuali flourin (F₂) bereaksi dengan air membentuk asam halida dan gas oksigen. Semua unsur halogen bereaksi dengan logam membentuk garam halida. Hidrokrabon tak jenuh (mempunyai ikatan rangkap) akan mengalami reaksi adisi bila direaksikan dengan unsur-unsur halogen. Unsur-unsur halogen bila bereaksi dengan sesamanya akan membentuk senyawa interhalogen. Berikut adalah reaksi-reaksinya:

Ada beberapa teknik untuk mendapatkan unsur-unsur halogen. Khusus untuk flourin diperoleh dari elektrolisis KHF₂. Cl₂, Br₂, dan I₂ dapat diperoleh dari reaksi pendesakan, reaksi oksidasi garam halidanya dengan KMnO₄/MnO₂, dan atau elektrolisis larutan/lelehan garamnya. Untuk Cl₂ dapat juga diperoleh dari Downs, Gibbs, Deacon, dan Dows.

#elektrolisis KHF₂:

#reaksi pendesakan dengan berpatokan pada deret oksidator: F₂>Cl₂>Br₂>I₂:

#contoh reaksi garam halida dengan KMnO₄:

#contoh elektrolisis lelehan dan larutan garamnya:

Asam dari unsur halogen ada dua macam, yaitu asam halida (HX) dan 

asam oksihalogen (HXO). Untuk membuat asam halida dilakukan dengan 
tiga cara, yaitu: 

Urutan tingkat keasaman dari asam halida adalah HI>HBr>HCl>HI. 
Tingkat keasaman asam halida dipengaruhi oleh jari-jari unsur halogennya. 
Makin besar jari-jari atomnya, maka gaya tarik inti terhadap pasangan elektron ikatan makin lemah, sehingga atom H mudah lepas dari molekul asam halidanya. Atom H mudah dilepas itu menunjukan larutan senyawa halida makin asam karena dalam larutan makin banyak mengandung ion-ion H⁺. 


Adapun urutan tingkat keasaman asam oksihalogen adalah HClO>HBrO>HIO. Yang mempengaruhi tingkat keasamannya adalah keelektronegatifannya. Yang sifatnya lebih elektronegatif akan memiliki sifat lebih asam. Kalau asam oksihalogen dibentuk dari unsur halogen yang sama, maka yang mempengaruhi tingkat keasamannya adalah jumlah atom O yang diikat. Makin banyak jumlah atom O yang diikat, maka sifatnya akan semakin asam. Jadi urutan tingkat keasamannya (misalnya senyawa oksihalogen dari atom Cl) adalah HClO₄>HClO₃>HClO₂>HClO.

2. Pembuatan Alkali(IA) dan Alkali Tanah (IIA)

   Alkali dan alkali tanah bersumber dari air laut, batuan, dan peluruhan unsur radioaktif. Litium diperoleh dari batuan spodumen (LiAl(SiO₃)₂, natrium dari air laut berupa garam dapur (NaCl) dan dari sendawa chili (NaNO₃), Kalium dari batuan karnalit (KCl.MgCl₂), sesium dari pollusit (CsAl(SiO₃)₂) dan fransium dari luruhan Ac-277 dengan emisi sinar alfa. Berilium diperoleh dari beril (Be₃Al₂Si₈O₁₈), magensium dari magnesit (MgCO₃) dan dolomit/cangkang telur (MgCO₃.CaCO₃), kalsium dari batu kapur (CaCO₃) dan gips (CaSO₄2H₂O), stronsium dari stronsianit (SrCO₃), barium dari barit (BaSO₄) dan witerit (BaCO₃), dan radium dari luruhan Th-230 dengan memancar sinar alfa. 

Di alam, unsur-unsur alkali dan alkali tanah berada dalam bentuk senyawanya. Hal ini di sebabkan karena alkali dan alkali tanah besifat sangat reaktif, mudah teroksidasi sehingga keadaannya akan selalu bersenyawa dengan atom-atom unsur lain. Kereaktifan dan kemudahan teroksidasi unsur-unsur alkali dan alkali tanah disebabkan oleh energi ionisasi dan potensial reduksi standarnya (E⁰) yang kecil. Baik alkali maupun alkali tanah bereaksi dengan air dingin, kecuali Be tidak bereaksi dengan air dan Mg bereaksi dengan air panas. Hasil reaksi antara air dengan alkali/alkali tanah adalah senyawa basa dan gas hidrogren. Berikut adalah persamaan reaksinya:

Reaksi alkali dan alkali tanah dengan O₂ akan membentuk tiga jenis senyawa, yaitu senyawa oksida (biloks O=-2), peroksida (biloks O=-1), dan superoksida (biloks O=-1/2).

Reaksi dengan H₂ membentuk senyawa hidrida. Reaksi dengan unsur halogen membentuk garam halida. Reaksi dengan asam membentuk garam halida dan gas hidrogen. Semua alkali tanah bereaksi dengan gas nitrogen membentuk garam nitrida. Dari unsur alkali, hanya Li yang dapat bereaksi 
dengan N₂ membentuk garam nitrida/LiN₃.

Uji nyala alkali dan alkli tanah memberikan warna yang khas untuk setiap unsurnya. Dalam uji nyalanya unsur-unsur alkali: Li berwarna merah, Na berwarna kuning, K berwarna bungur, Rb berwarna kuning biru, Cs berwarna biru dan unsur-unsur alkali tanah: Ca berwarna orange, Sr berwarna merah, dan Ba berwarna hijau.


Dalam uji kelarutan garamnya dalam air, semua garam IA larut dalam air kecuali LiF dan Li₂CO₃. Adapun garam-garam IIA, kelarutannya dalam air mengikuti pola-pola berikut:

Untuk mendapatkan unsur-unsur alkali dan alkali tanah hanya bisa dilakukan dengan elektrolisis lelehan garamnya saja. Elektrolisis lelehan garam NaCl dan LiCl untuk mendapatkan Li dan Na disebut proses Downs dan elektrolisis lelehan garam MgCl₂ untuk mendapatkan Mg disebut proses Dow.

3. Pembuatan Aluminium

Pengolahan aluminium menjadi aluminium murni bisa dilakukan melalui 2 tahap yaitu:

1. Tahap pemurnian bauksit sampai diperoleh aluminium oksida murni (alumina)

Tahap pemurnian bauksit dilakukan untuk menghilangkan pengotor utama dalam bauksit. Pengotor utama bauksit biasanya terdiri dari SiO2, Fe2O3, dan TiO2. Caranya adalah dengan melarutkan bauksit dalam larutan natrium hidroksida (NaOH),

Al2O3 (s) + 2NaOH (aq) + 3H2O(l) ---> 2NaAl(OH)4(aq)

Aluminium oksida larut dalam NaOH sedangkan pengotornya tidak larut. Pengotor-pengotor dapat dipisahkan melalui proses penyaringan. Selanjutnya aluminium diendapkan dari filtratnya dengan cara mengalirkan gas CO2 dan pengenceran.

2NaAl(OH)4(aq) + CO2(g) ---> 2Al(OH)3(s) + Na2CO3(aq) + H2O(l)

Endapan aluminium hidroksida disaring,dikeringkan lalu dipanaskan sehingga diperoleh aluminium oksida murni (Al2O3)

2Al(OH)3(s) ---> Al2O3(s) + 3H2O(g)

2. Tahap peleburan alumina

Selanjutnya adalah tahap peleburan alumina dengan cara reduksi melalui proses elektrolisis menurut proses Hall-Heroult. Dalam proses Hall-Heroult, aluminum oksida dilarutkan dalam lelehan kriolit (Na3AlF6) dalam bejana baja berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode. Selanjutnya elektrolisis dilakukan pada suhu 950 oC. Sebagai anode digunakan batang grafit.

Bauksit banyak terdapat di daerah Bintan dan kalimantan. Cara penambangan terbuka. Bauksit kemudian dihaluskan , dicuci dan dikeringkan, sesudah itu bauksit mengalami pemurnian menjadi oksida aluminum atau alumina. 4. Pembuatan Silikon  Silikon dibuat dengan mereduksi kuarsa (quartz) atau sering disebut juga dengan silika ataupun silikon dioksida dengan kokas (C). Proses reduksi ini dilangsungkan di dalam tungku listrik pada suhu 3000 °C. Reaksi yang terjadi adalah: SiO2(l) + 2C(s) –––→ Si(l) + 2CO2

Silikon yang diperoleh kemudian didinginkan sehingga diperoleh padatan silikon. Namun silikon yang diperoleh dengan cara ini belum dalam keadaan murni. Agar diperoleh silikon dalam bentuk murni diawali dengan mereaksikan padatan silikon yang diperoleh melalui cara di atas direaksikan dengan gas klorin (Cl2), sesuai reaksi berikut:

Si(s) + Cl2(g) –––→ SiCl4(g)

Gas SiCl4 ini mememiliki titik didih 58 °C. Uap yang terbentuk kemudian dilewatkan melalui sebuah tabung panas berisi gas H2 sehingga terbentuk Si, berikut reaksinya:

SiCl4(g) + 2H2(g) –––→ Si(s) + 4HCl(g)

Padatan Si yang terbentuk berupa batangan yang perlu dimurnikan lebih lanjut denan cara pemurnian zona (zona refining).

5. Pembuatan Fosfor

Sumber utama industry fosfor adalah Ca3(PO4)2. Dalam prosesnya, Ca3(PO4)2 dicampur dengan karbon dan silika (SiO2) pada temperature 1400⁰C - 1500⁰C (dengan bunga api listrik). SiO2 bereaksi dengan Ca3(PO4)2 pada temperature tersebut mengahasilkan P4O10 (g).
Reaksinya sebagai berikut :

2 Ca3(PO4)2 (l) + 6 SiO2 (l) → 6 CaSiO3 (l) + P­4O10 (g)

Kemudian , P­4O10 (g) direduksi dengan karbon , reaksinya sebagai berikut :

P­4O10 (g) + C (s) → P4 (g) + 10 CO2 (g)

P4­ (g) yang terjadi dikristalkan dan disimpan di dalam CS2 cair atau di dalam air. Hal itu guna menghindari terjadinya oksidasi dengan oksigen dari udara yang cepat terjadi pada temperatur 30⁰C berupa nyala fosfor. P4 hasil pengolahan merupakan salah satu bentuk alotropi fosfor, yaitu fosfor putih.

6. Pembuatan Belerang

a. Proses Frasch

Cara frasch adalah mengambil belerang dari deposit belerang di bawah tanah, pompa frasch dirancang oleh Herman Frasch dari Amerika Serikat tahun 1904.

Pada proses ini pipa logam berdiameter 15 cm yang terdapat 2 pipa konsentrik yang lebih kecil ditanam sampai menyentuh lapisan belerang. Uap air yang sangat panas dipompa dan dimasukan melalui pipa luar, sehingga belerang meleleh. Kemudian dimasukan udara bertekanan tinggi melalui pipa terkecil, sehingga terbentuk busa belerang dan terpompa ke atas melalui pipa ketiga. Kemurnian belerang yang keluar mencapai 99,5%. Pada dewasa ini 50% belerang yang digunakan dalam industri diperoleh dengan proses frasch

b. Proses kontak

Pada pembuatan belerang dengan proses kontak bahan baku yang digunakan belerang, udara dan air.

S(s)+O2(g) SO2(aq)

2SO2(g)+O2(g)↔2SO3(g)

SO3(g)+H2O(l)→H2SO4(aq)

     Pertama-tama belerang padat dimasukan kedalam drum berputar lalu dibakar dengan oksigen dari udara dan hasilnya gas SO2 dimurnikan dengan pengendap elektrostatika ( kawat-kawat betegangan tinggi ) partikel-partikel debu dan kotoran lain menjadi bermuatan dan tertarik oleh kawat yang muatannya berlawanan, sehingga debu-debu itu jatuh kelantai ruangan.

     Campuran gas SO2 dan udara kemudian dialirkan kedalam ruangan yang dilengkapi katalis serbuk V2O5. Disini berlangsung proses kontak yaitu kontak antara campuran gas-gas dengan katalis. Gas SO2 bereaksi dengan oksigen dengan udara untuk membentuk gas SO3.

2SO2(g)+O2(g)↔2SO3(g) ∆H = -90 kJ

     Agar reaksi ini bergeser kekanan gas SO3 yang terbentuk segera direaksikan dengan air untuk menghasilkan H2SO4 

SO3(g)+H2O(l)→ H2SO4(aq)

     Gas SO3 direaksikan dengan H2SO4 untuk membentuk asam pirosulfat, H2S2O7 kemudian barulah asam pirosulfat direaksikan denga air untuk membentuk asam sulfat SO3¬(g)+H2SO4(aq) →H2S2O7(aq)

H2S2O7(aq)+H2O→2H2SO4¬(aq) 

7. Pembuatan Oksigen

Oksigen dapat dibuat dalam skala besar di industri dan dapat juga dalam skala kecil di laboratorium. Dalam skala besar di industri, pembuatan oksigen diperoleh dari destilasi bertingkat udara cair. Prosesnya, mula-mula udara disaring untuk menghilangkan debu lalu dimasukkan ke dalam kompresor. Pada kompresi ini suhu udara akan naik, kemudian didinginkan dalam pendingin. Udara dingin mengembang melalui celah, dan hasilnya adalah udara yang suhunya lebih dingin, cukup untuk menyebabkannya mencair. Udara cair disaring untuk memisahkan karbondioksida dan air yang telah membeku. Kemudian udara cair itu memasuki bagian puncak kolom di mana nitrogen, komponen yang paling mudah menguap, keluar sebagai gas. Pada pertengahan kolom, gas argon keluar dan selanjutnya oksigen cair. Komponen lain yang paling sulit menguap akan terkumpul di dasar. Berturut-turut titik didih normal nitrogen, argon, dan oksigen adalah -195,8, -185,7, dan -183,0°C.

8. Pembuatan Nitrogen

a. Filtrasi

Pada saat udara dihisap oleh kompresor, terlebih dahulu udara disaring dengan menggunakan filter, agar kotoran atau gas-gas pengotor dari udara bebas dapat disaring dan tidak terikut dalam proses-proses selanjutnya. Contoh gas pengotor : uap air dan karbondioksida, debu juga bisa menjadi zat pengotor pada udara bebas. Zat pengotor ini harus dihilangkan karena dapat menyebabkan penyumbatan pada perlatan,  tingkat bahaya yang dapat ditimbulkan, korosi, dan juga dalam batas-batas tertentu dilarang terkandung dalam spesifikasi produk akhir.

b. Kompresi

Alat yang digunakan yaitu compressor, dimana fungsinya yaitu menaikkan tekanan udara bebas yang diserap sampai 145 – 175 Psig atau sekitar 6 bar.

c. Cooling Water

Air umumnya digunakan sebagai pendingin pada industri sebab air tersedia jumlahya dan mudah ditangani. Air juga mampu menyerap sejumlah besar enegi per satuan volume dan tidak mengalami ekspansi maupun pengerutan dalam rentang temperatur yang biasanya dialaminya. Sistem penguapan terbuka merupakan tipe sistem pendingin yang umumnya digunakan dalam plant pemisahan udara.
Sebagian industri menggunakan system direct cooler pada proses pendinginannya, dimana terjadi kontak langsung antara udara dengan air pada sepanjang tray direct cooler. Direct cooler mempunyai kelebihan dari pada proses pendinginan yang menggunakan tube atau shell cooler, dimana temperatur yang bisa dicapai yaitu 2ºC, sedang pada tube atau shell cooler hanya sekitar 8ºC, efek pengguyuran (scrubbing) dari air juga dapat membantu menurunkan kandungan partikel dan menyerap pengotor yang terbawa udara. Namun jika direct cooler tidak terjaga, seperti ∆P tinggi (pada aliran dan udara masuk) dan tinggi cairan (pada aliran air). Oleh karena tingginya perbedaan temperatur yang melalui tray bawah unit, maka pada tray ini sangat mungkin terjadi pembentukan kerak. Untuk alasan itu, water treatment harus bekerja efektif dan tray harus dibersihkan dan diperiksa jika memungkinkan.

d. Purrification (Pemurnian)

Pada proses ini terdapat proses penyerapan (adsorpsi) terhadap material/zat-zat pengotor dari feed air , diantaranya : uap air, karbon monoksida, karbon dioksida, dan beberapa kandungan hidrokarbon. Pada beberapa industri, menggunakan 2 layer pada vessel pemurnian ini, layer bawah menggunakan alumina untuk menyerap/ mengadsorpsi kandungan uap air dalam udara dan bagian top/atas menggunakan molecular sieve yang bertindak sebagai adsorben untuk menghilangkan karbondioksida.

e. Heat Exchanger (Pemindah Panas)

Melewati exchanger, udara didinginkan hingga mendekati titik pencairan. Karena udara menjadi dingin, mula-mula uap air akan menjadi deposit, dimulai jadi cairan kemudian berubah menjadi salju halus dengan arah yang berlawanan. Fungsi heat exchanger untuk memudahkan pergerakan panas yang akan dipindahkan aliran panasnya, dari zat yang memiliki panas lebih tinggi menuju daerah yang dingin hingga temperature keduanya sama

f. Ekspansi

Udara yang dingin tersebut diekspansikan atau diturunkan tekanannya sampai tekanan menjadi 70 – 80 psig hingga udara tersebut cair.

g. Distilasi

Pada proses ini final terjadi proses pemisahan antara gas-gas yang terkandung pada udara bebas sebagai umpan melalui perbedaan titik didih (relative volatilitas). Dimana nitrogen memiliki titik didih yang lebih tinggi dibandingkan dengan gas-gas lain yang terkandung dalam udara yaitu   -195. Bila dipisahkan masing-masing gas pada proses vaporisasi (destilasi), maka nitrogen akan cepat menguap dan menghasilkan produk gas yang siap digunakan. Gas nitrogen yang dihasilkan dari proses vaporisasi bisa dirubah bentuk menjadi liquid dengan cara dilewatkan pada kolom-kolom

9. Pembuatan Kromium

    Kromium adalah 21 paling banyak unsur dalam kerak bumi dengan konsentrasi rata-rata 100 ppm. Senyawa Kromium terdapat di dalam lingkungan, karena erosi dari batuan yang mengandung kromium dan dapat didistribusikan oleh letusan gunung berapi. Rentang konsentrasi dalam tanah adalah antara 1 dan 3000 mg / kg, dalam air laut 5-800 μg / liter, dan di sungai dan danau 26 μg / liter dengan 5,2 mg / liter. Hubungan antara Cr (III) dan Cr (VI) sangat tergantung pada pH dan oksidatif sifat lokasi, tetapi dalam banyak kasus, Cr (III) adalah spesies dominan, meskipun di beberapa daerah di tanah air dapat mengandung sampai 39 μg dari total kromium dari 30 μg yang hadir sebagai Cr (VI).

      Bijih utama khrom adalah khromit, yang ditemukan di Zimbabwe, Rusia, Selandia Baru, Turki, Iran, Albania, Finlandia, Republik Demokrasi Madagaskar, dan Filipina. Logam ini biasanya dihasilkan dengan mereduksi khrom oksida dengan aluminum.