Sejarah Natrium
Natrium telah lama dikenal sebagai senyawa, namun berhasil ditemukan pada tahun 1807 oleh Sir Humphrey Davy dalam elektrolisis soda kaustik. Pada zaman pertengahan Eropa senyawa natrium dengan nama Latin sodanum digunakan sebagai obat untuk sakit kepala. Simbol natrium (Na) berasal dari nama neo-Latin,
sedangkan untuk sejenis senyawa natrium biasa bernama natrium yang berasal dari Bahasa Yunani nítron sejenis garam. Pada awal 1860 Kirchhoff dan Bunsen telah mencoba kepekaan uji nyala yang terdapat pada natrium. Dijelaskan dalam Annalen der Physik und der Chemie dalam kertas kerja "Chemical Analysis by Observation of Spectra".
Pada penghujung abad ke-19, natrium disediakan secara kimia dengan memanaskan natrium karbonat dengan karbon ke suhu 1100 °C.
Na2CO3 (aq) + 2 C (s) → 2 Na (aq) + 3 CO (g).
Nartium pada masa kini dihasilkan secara komersil melalui elektrolisis larutan natrium klorida. Ini dilakukan dalam sebuah sel Down di mana NaCl dicampurkan dengan kalsium klorida untuk menurunkan titik lebur ke bawah 700 °C. Oleh sebab kalsium lebih elektropositif daripada natrium, tidak ada kalsium yang dihasilkan pada katoda. Cara ini adalah lebih murah daripada cara sebelumnya yaitu mengelektrolisis natrium hidroksida. Logam natrium berharga kurang lebih 15 hingga 20 sen Amerika per paund (US$0.30/kg hingga ke US$0.45/kg) pada tahun 1997 sementara gred reagen (ACS) natrium berharga kurang lebih US$35 per paund (US$75/kg) pada tahun 1990.
Definisi Natrium
Natrium atau sodium adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki simbol Na dan nomor atom 11. Selain itu natrium juga terletak pada golongan IA periode 3. Natrium adalah logam reaktif yang lunak, ringan, keperakan, dan seperti lilin, yang termasuk ke dalam logam alkali yang banyak terdapat dalam senyawa alam. Dia sangat reaktif, apinya berwarna kuning, bereaksi secara hebat dengan air dan teroksidasi dalam udara, maka ia memerlukan penyimpanan dalam lingkungan yang lengai seperti dalam minyak tanah (kerosin). Uji nyala natrium menghasilkan pancaran kuning yang terang disebabkan karena pada saat dipanaskan elektron dalam natrium mengalami eksitasi. Kemudian saat elektron akan kembali ketempat semula elektron melepaskan energi berupa energi cahaya dengan panjang gelombang tertentu.
Karena sangat reaktif, natrium hampir tidak pernah ditemukan dalam bentuk murni. Namun, biasanya ia tidak meledak di udara bersuhu di bawah 388 K. Natrium juga merupakan elemen terbanyak keempat di bumi, terkandung sebanyak 2.6% di kerak bumi. Unsur ini merupakan unsur terbanyak dalam grup logam alkali.
Sifat – sifat kimia dan sifat – sifat fisika logam natrium terdapat pada tabel berikut ini :
Natrium | ||||||
↑ | ||||||
N | ||||||
↓ | ||||||
Keterangan umum unsure | ||||||
Nama, Lambang, Nomor atom | Natrium,Na,11 | |||||
Golongan, Periode, Blok | 1, 3, s | |||||
putih keperakan | ||||||
Jumlah elektron tiap kulit | 2, 8, 1 | |||||
Ciri-ciri fisik | ||||||
Massa jenis (sekitar suhu kamar) | 0,968 g/cm³ | |||||
Massa jenis cair pada titik lebur | 0,927 g/cm³ | |||||
Titik lebur | 370.87 K | |||||
Titik didih | 1156 K | |||||
Kalor peleburan | 2.60 kJ/mol | |||||
Kalor Penguapan | 97.42 kJ/mol | |||||
Kapasitas kalor | 28.230 kJ/mol | |||||
Ciri-ciri atom | ||||||
kubus pusat badan | ||||||
1 (oksidasi basa kuat) | ||||||
pertama: 495,8 kJ/mol | ||||||
ke-2: 4562 kJ/mol | ||||||
ke-3: 6910,3 kJ/mol | ||||||
180 pm | ||||||
190 pm | ||||||
154 pm | ||||||
227 pm | ||||||
Lain-lain | ||||||
(20 °C) 47,7 nΩ·m | ||||||
(300 K) 142 W/(m·K) | ||||||
(25 °C) 71 µm/(m·K) | ||||||
10 GPa | ||||||
3,3 GPa | ||||||
6,3 GPa | ||||||
0.5 | ||||||
0,69 MPa | ||||||
Terdapat tiga belas jenis isotop natrium yang telah ditemukan. Isotop yang stabil hanyalah 23Na. Natrium mempunyai dua isotop kosmogenik radioaktif (22Na, waktu paruhnya = 2.605 tahun; dan 24Na, waktu paruhnya ≈ 15 jam). Isotop – isotop tersebut terdapat dalam tabel berikut :
Simbol isotop | energi eksitasi | Waktu | Nuklear | ||
Z(p) | N(n) | Massa isotop | paruh | spin | |
18Na | 11 | 7 | 18.02597(5) | 1.3(4)E-21 s | (1-)# |
19Na | 11 | 8 | 19.013877(13) | <40 ns | (5/2+)# |
20Na | 11 | 9 | 20.007351(7) | 447.9(23) ms | 2+ |
21Na | 11 | 10 | 20.9976552(8) | 22.49(4) s | 3/2+ |
11 | 11 | 21.9944364(4) | 2.6027(10) yr | 3+ | |
22mNa | 583.03(9) keV | 244(6) ns | 1+ | ||
11 | 12 | 22.9897692809(29) | Stable | 3/2+ | |
24Na | 11 | 13 | 23.99096278(8) | 14.9590(12) h | 4+ |
24mNa | 472.207(9) keV | 20.20(7) ms | 1+ | ||
25Na | 11 | 14 | 24.9899540(13) | 59.1(6) s | 5/2+ |
26Na | 11 | 15 | 25.992633(6) | 1.077(5) s | 3+ |
27Na | 11 | 16 | 26.994077(4) | 301(6) ms | 5/2+ |
28Na | 11 | 17 | 27.998938(14) | 30.5(4) ms | 1+ |
29Na | 11 | 18 | 29.002861(14) | 44.9(12) ms | 3/2(+#) |
30Na | 11 | 19 | 30.008976(27) | 48.4(17) ms | 2+ |
31Na | 11 | 20 | 31.01359(23) | 17.0(4) ms | (3/2+) |
32Na | 11 | 21 | 32.02047(38) | 12.9(7) ms | (3-,4-) |
33Na | 11 | 22 | 33.02672(94) | 8.2(2) ms | 3/2+# |
34Na | 11 | 23 | 34.03517(96)# | 5.5(10) ms | 1+ |
35Na | 11 | 24 | 35.04249(102)# | 1.5(5) ms | 3/2+# |
36Na | 11 | 25 | 36.05148(102)# | <260 ns | |
37Na | 11 | 26 | 37.05934(103)# | 1# ms [>1.5 µs] | 3/2+# |
Daya tarik Natrium
a. Reaksi Natrium dengan Alkohol
Sebuah lempeng kecil dari natrium yang dimasukkan ke dalam etanol akan bereaksi stabil menghasilkan gelembung-gelembung gas hidrogen dan membentuk larutan natrium etoksida yang tidak berwarna, CH3CH2ONa. Natrium etoksida juga dikenal sebagai alkoksida. Jika larutan diuapkan sampai kering, maka natrium etoksida akan tertinggal sebagai sebuah padatan putih.
Walaupun jika dilihat sekilas tampak sebagai sebuah reaksi yang baru dan cukup rumit, namun sebenarnya reaksi ini sama persis dengan reaksi antara natrium dan air (kecuali reaksinya yang berlangsung lebih cepat).
Mari kita bandingkan antara kedua reaksi ini:
Untuk reaksi antara natrium dengan air, tentu saja kita biasa menuliskan hasil reaksinya, natrium hidroksida, sebagai NaOH dan bukan HONa – inilah sebenarnya yang membedakan, yakni hanya dari segi penulisan sebagaimana ditunjukkan pada gambar di atas. Natrium etoksida sangat mirip dengan natrium hidroksida, kecuali bahwa hidrogen digantikan oleh sebuah gugus etil. Natrium hidroksida mengandung ion-ion H- sedangkan natrium etoksida mengandung ion-ion CH3CH2O-.
b. Reaksi eksplosif Natrium dengan Air
Saat natrium dikontakkan dengan air (H2O), reaksi kimia yang sangat eksotermik terjadi antara kedua reaktan tersebut dan membentuk natrium hidroksida (NaOH) dan hidrogen (H2).
Na(s) + H2O(l) –> NaOH(aq) + H2(g) + panas
Reaksi tersebut merupakan reaksi yang amat eksoterm dan cukup untuk membuat hidrogen terbakar karena keberadan oksigen di atmosfer. Reaksi hidrogen dan oksigen kemudian membentuk molekul air yang baru. Reaksi tersebut bersifat sangat eksotermal (menghasilkan panas), sehingga gas hidrogen secara otomatis akan terbakar, ini disebabkan karena gas hidrogen mengalami proses autoignition akibat perpindahan panas dari reaksi ke lingkungan.
2H2(g) + O2(g) –> 2H2O(g)
c. Reaksi Natrium dengan Chlorine (pembentukan garam)
Gambar di atas adalah proses pembentukan senyawa ion NaCl.
Pada awal mula kita belajar kimia, yang kita ketahui tentang pembentukan senyawa ion masih sangat sederhana, yaitu hanya pada bagian Na melepas elektron dan Cl menangkap elektron. Setelah mempelajari reaksi redoks dan diberikan contoh reaksi di atas, persamaan reaksinya juga sederhana, hanya merupakan reaksi total. Namun, di samping itu pada kompetensi dasar lain, Anda belajar tentang energi ionisasi dan afinitas elektron yang sebenarnya merupakan bagian dari pembentukan senyawa ion, dalam hal ini NaCl. Konsep reaksi lengkap di atas telah Anda pelajari semua, namun terpisah-pisah dan terlepas, belum pernah atau jarang konsep-konsep itu dikaitkan satu sama lain. Pada kesempatan ini, marilah kita bahas hal itu, kita ikuti penalarannya berdasarkan alur perubahannya. Dengan demikian kita berupaya mengintegrasikan konsep-konsep yang terpisah, dengan harapan nalar kita menjadi lebih menguat. Sehingga kecenderungan menghafal dapat makin berkurang.
Pada awal mula kita belajar kimia, yang kita ketahui tentang pembentukan senyawa ion masih sangat sederhana, yaitu hanya pada bagian Na melepas elektron dan Cl menangkap elektron. Setelah mempelajari reaksi redoks dan diberikan contoh reaksi di atas, persamaan reaksinya juga sederhana, hanya merupakan reaksi total. Namun, di samping itu pada kompetensi dasar lain, Anda belajar tentang energi ionisasi dan afinitas elektron yang sebenarnya merupakan bagian dari pembentukan senyawa ion, dalam hal ini NaCl. Konsep reaksi lengkap di atas telah Anda pelajari semua, namun terpisah-pisah dan terlepas, belum pernah atau jarang konsep-konsep itu dikaitkan satu sama lain. Pada kesempatan ini, marilah kita bahas hal itu, kita ikuti penalarannya berdasarkan alur perubahannya. Dengan demikian kita berupaya mengintegrasikan konsep-konsep yang terpisah, dengan harapan nalar kita menjadi lebih menguat. Sehingga kecenderungan menghafal dapat makin berkurang.
Irisan kecil padatan Na dimasukkan ke dalam wadah yang berisi gas khlor. Kedua unsur itu akan bertumbukan, yang terjadi saat mereka bertumbukan adalah mereka masing-masing berupaya untuk melepaskan diri dari ikatan yang ada untuk saling berikatan membentuk senyawa NaCl yang lebih stabil.
Logam Na(s) memiliki ikatan logam, yaitu ikatan antara ion-ion positif natrium dengan arus elektron yang mengikat kuat menjadi kristal logam. Ion Na+ ini tidak dapat langsung bereaksi selama elektronnya mengikat erat dia dengan teman-temannya yang lain. Maka Na(s) yang terjejal rapat itu, pada bagian permukaan yang tertumbuk Cl2, melepaskan diri dari temannya dengan membawa elektron valensinya kembali, membentuk atom Na dalam keadaan sendiri atau sebagai Na(g).
Pada saat yang bersamaan, Cl2(g) mengalami pemutusan ikatan menjadi atom-atomnya, Cl(g). Pada waktu itulah selagi masing-masing atom sendirian, terjadi perpindahan elektron dari Na(g) ke Cl(g). Na(g) memerlukan energi ionisasi sedang Cl(g) melepaskan energi yang dinamakan afinitas elektron. Jadilah ion-ion Na+(g) dan Cl-(g) yang dengan segera merapat (menyublim) menjadi NaCl(s) tanpa melalui fase cair. Sejumlah energi kisi dilepaskan, NaCl(s) terjaring oleh kisi kristal membentuk kristal ion. Hati-hati memahami mekanisme reaksi di atas. Kejadian itu cepat sekali berlangsungnya. Pada saat kita mereaksikan, NaCl(s) langsung terbentuk.
Pada saat yang bersamaan, Cl2(g) mengalami pemutusan ikatan menjadi atom-atomnya, Cl(g). Pada waktu itulah selagi masing-masing atom sendirian, terjadi perpindahan elektron dari Na(g) ke Cl(g). Na(g) memerlukan energi ionisasi sedang Cl(g) melepaskan energi yang dinamakan afinitas elektron. Jadilah ion-ion Na+(g) dan Cl-(g) yang dengan segera merapat (menyublim) menjadi NaCl(s) tanpa melalui fase cair. Sejumlah energi kisi dilepaskan, NaCl(s) terjaring oleh kisi kristal membentuk kristal ion. Hati-hati memahami mekanisme reaksi di atas. Kejadian itu cepat sekali berlangsungnya. Pada saat kita mereaksikan, NaCl(s) langsung terbentuk.
d. Pemanenan hydrogen
Meningkatnya kebutuhan dunia akan bahan bakar, sementara stok bahan bakar fosil tidak dapat bertambah, membuat penelitian mencari sumber bahan bakar alternatif makin intensif. Salah satu alternatif tersebut adalah hidrogen sebagai sumber energi yang ramah lingkungan dan tanpa polusi. Saat ini hidrogen paling banyak diproduksi dari gas alam (48 %), dan merupakan elemen paling ringan di dunia (berat atom = 1 g/mol), sehingga kemampuan difusinya sangat tinggi.
Hidrogen dapat juga digunakan sebagai bahan bakar reaktor fusi (masih tahap pengembangan), dan sebagai sumber bahan baku pembuatan HidroCarbon (BBM Sintetis). Kendala utama untuk produksi hidrogen adalah sumber gas alam sendiri adalah sumber energi yang tak dapat diperbaharui, cadangannya pun semakin menipis, dan harganya terus naik.
Ternyata ada solusi untuk memecahkan masalah tersebut. Salah satu cara yang lazim dipakai untuk menghasilkan hidrogen adalah dengan elektrolisis air. Hasil yang akan diperoleh dari proses ini adalah gas hidrogen di bagian katoda, dan gas oksigen di bagian anoda. Meskipun demikian, elektrolisis masih terkendala oleh biaya yang sangat mahal karena proses ini menghabiskan energi listrik yang sangat besar, sehingga tidak komersial. Dengan demikian perlu dicari cara lain untuk menghasilkan hidrogen yang dapat bernilai komersial. Cara yang dapat dipakai yaitu dengan menggunakan Natrium/Sodium.
Natrium banyak tersedia dan melimpah jumlahnya di lautan sebagai garam NaCl. Natrium termasuk golongan logam alkali yang sangat reaktif, biaya produksi natrium pada tahun 1997 adalah US$ 0.30/kg – US$0.45/kg, cukup murah. Pada kondisi standar, logam natrium jika direaksikan dengan air akan menghasilkan gas hidrogen dengan reaksi sebagai berikut:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 ………………….(1) Eksotermal
2H2 + O2 → 2H2O ……………………………….(2) Autoignition
Reaksi tersebut bersifat sangat eksotermal (menghasilkan panas), sehingga gas hidrogen secara otomatis akan terbakar, ini disebabkan karena gas hidrogen mengalami proses autoignition akibat perpindahan panas dari reaksi ke lingkungan. Dari hal tersebut ternyata gas hydrogen dapat dipanen.
Gas Hidrogen memiliki Flammability Limit dengan kisaran volume 4 – 75 % di udara, dan memiliki Autoignition Point pada suhu 585 0C, reaksi pembakaran selalu membutuhkan oksigen, begitu juga dengan Hidrogen, dengan reaksi sebagai berikut:
2H2 + O2 → 2H2O ……………………………….(3)
Proses Autoignition Hidrogen pada reaksi Natrium dengan Air dapat dicegah dengan cara menyingkirkan oksigen pada sistem tertutup sehingga Flammability Limit dan Autoignition tidak berlaku yaitu dengan metode ruang hampa dan penggurahan oleh gas inert (Nitrogen).
Nitrogen memiliki titik didih pada -195.79 0C, pada kondisi cair nitrogen memilki temperatur di bawah – 195.79 0C. Pelepasan gas nitrogen secara cepat ke dalam sistem tertutup dapat menggantikan posisi oksigen. Pada kondisi standar, suhu kamar 25 0C, Nitrogen cair akan mendidih dengan sangat cepat, tuangkan nitrogen cair (temperatur < – 196 0C) dari tabungnya ke dalam wadah logam (yang bersuhu + 25 0C), maka nitrogen cair akan mendidih dengan sangat cepat namun tidak lama, bisa ditambahkan air agar lebih lama mendidihnya, gas inilah yang akan dimanfaatkan untuk menyingkirkan oksigen (purging).
Pada saat kondisi sistem (tertutup) telah dihampakan (vacum), segera isi dengan gas nitrogen, kemudian reaksikan natrium dengan air, akan menghasilkan gas hidrogen dan natrium hidroksida (produk samping). Karena berada pada kondisi inert, reaksi autoignition hidrogen dapat dicegah, sekalipun efek eksotermal terus terjadi. Karena berat atom hidrogen = 1, maka hidrogen akan selalu mengisi ruang yang paling atas, difusifitasnya pun sangat cepat, tidak lupa juga hidrogen harus melewati kondensor agar temperaturnya turun (akibat proses eksotermal), setelah dingin dapat dikumpulkan dan dikompresi lalu hidrogen siap dipanen, sehingga proses ini memungkinkan untuk dilakukan.
Cara lain untuk menurunkan efek eksotermalnya, sebelum direaksikan natrium dicelupkan dulu ke nitrogen cair ( < – 195.79 0C), baru kemudian direaksikan dengan air, diharapkan efek eksotermalnya sedikit berkurang karena temperatur natrium yang berada pada kisaran – 195 0C.
Selain itu produk sampingnya yang berupa NaOH memiliki nilai jual juga sebagai basa kuat yang sangat diperlukan sebagai bahan baku beberapa industri hulu, sehingga proses ini sangat menguntungkan.
e. Rahasia pembuatan hot ice
Hot ice adalah cara pembuatan ice dengan sekejap dengan memanfaatkan pelepasan kalor dari reksi natrium asetat dengan air. Untuk jelasnya kita lihat prosedur pembuatan hot ice tersebut.
Persiapan :
1. Persiapkan Sodium Asetat, sering disebut Natrium Asetat
(bisa dibeli di toko kimia, rumus kimianya : NaC2H3O2)
, air, dan panci.
(bisa dibeli di toko kimia, rumus kimianya : NaC2H3O2)
, air, dan panci.
2. Rebus air sampai hampir mendidih, tambahkan sodium asetat, aduk hingga larut.
3. Jika sudah larut, masukkan air ke dalam gelas. Pastikan endapan Sodium Asetat tersaring dengan sempurna.
4. Masukkan gelas berisi larutan tersebut ke dalam kulkas (bukan di dalam freezer.
Prosedur :
1. Saat akan melakukan performance, tuang larutan tersebut ke dalam botol/ gelas.
2. Sentuhlah permukaan larutan tersebut dengan tangan anda/ tangan sukarelawan selama beberapa saat (kurang lebih satu menit, tergantung perbandingan antara sodium asetat dan air). Dalam sekejap, air tersebut akan membeku menjadi es.
Penjelasan Ilmiah Secara Singkat dan Sederhana :
1. Reaksi proses Hidrasi (penambahan air) yang terjadi pada Sodium Asetat adalah reaksi eksotermis, artinya reaksi yang membebaskan kalor dari sistem (larutan) ke lingkungan. Inilah yang menyebabkan es yang terbentuk agak terasa hangat walaupun larutan baru saja didinginkan di lemari es.
2. Bentuk padat sodium asetat "menyerap" tiga molekul air sehingga membentuk senyawa baru bernama Sodium Asetat Trihidrat.
Berikut rumus kimianya :
NaC2H3O2 (s) + 3H2O (l) ---> NaC2H3O2-3 H2O (s) + panas
Manfaat natrium dalam kehidupan sehari – hari
Na dulunya banyak digunakan untuk pembuatan TEL (Tetra Ethyl Lead), yaitu untuk menaikkan bilangan oktan bahan bakar, tetapi sekarang tidak lagi karena mengandung racun yang berbahaya bagi lingkungan. Na juga digunakan untuk pengisi lampu penerangan di jalan maupun di kendaraan. Hal ini dikarenakan emisi warna kuningnya yang mampu menembus kabut dan dapat digunakan juga sebagai cairan pendingin pada reaktor atom.
1. NaOH disebut soda api. Digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan sabun, detergen, kertas, dan serat rayon.
2. Na2CO3 (Natrium karbonat) dikenal dengan nama soda. Digunakan dalam industri kaca, melunakkan air sadah dan menghilangkan noda minyak.
3. NaHCO3 (Natrium bikarbonat) juga disebut soda kue. Digunakan untuk pembuatan kue.
4. C5H8NNaO4 (Natrium Glutamat), digunakan sebagai penyedap makanan.
5. NaC6H5CO2 (Natrium Benzoat), digunakan sebagai pengawet makanan dalam kaleng.
1 komentar:
terima kasih, artikel ini sangat membantu
Posting Komentar