Kegunaan gas mulia

2.7. Kegunaan gas mulia

1. Helium

·      Sebagai gas pengisi kapal udara dan balon udara untuk mempelajari cuaca, karena sifatnya yang sukar bereaksi, tidak mudah terbakar dan ringan.

·      Helium cair dipakai sebagai cairan pendingin untuk menghasilkan suhu yang rendah karena memiliki titik didih yang sangat rendah

·      Udara yang dipakai oleh penyelam adalah campuran 80 % He dan 20 % oksigen. Helium digunakan untuk menggantikan nitrogen karena jika penyelam berada pada tekanan yang tinggi (dibawah laut) maka kemungkinan besar nitrogen larut dalam darah. Dalam jumlah sedikit saja nitrogen larut dalam darah, maka akan terjadi halusinasi yang disebut narkos nitrogen. Akibat halusinasi ini penyelam mengalami seperti terkena narkoba sehingga membahayakan penyelam. Selain itu, ketika nitrogen banyak larut dalam darah dan penyelam kembali ke keadaan normal maka timbul gelembung gas nitrogen dalam darah yang menimbulkan rasa nyeri yang hebat karena nitrogen melewati pembuluh-pembuluh darah bahkan dapat mengakibatkan kematian. Inilah yang disebut benos.

·         Campuran Helium dan Oksigen juga dipakai oleh para pekerja dalam terowongan dan tambang bawah tanah yang bertekanan tinggi.

2. Neon

·         Neon biasanya digunakan untuk mengisi lampu neon

·         Neon digunakan juga sebagai zat pendingin, indicator tegangan tinggi, penangkal petir dan untuk pengisi tabung-tabung televisi.

·         Neon cair digunakan sebagai pendingin pada reactor nuklir.

3. Argon

·           Sebagai pengisi lampu pijar karena tidak bereaksi dengan kawat wolfram yang panas.

·           Untuk lampu reklame dengan cahaya berwarna merah muda.

·           Digunakan dalam las titanium pada pembuatan pesawat terbang atau roket.

4. Kripton

·         Gas krypton bersama dengan argon digunakan untuk mengisi lampu tioresensi (lampu neon) bertekanan rendah. Krypton inilah yang membuat lampu menyala menjadi putih.

·         Untuk lampu kilat fotografi berkecepatan tinggi.

·         Krypton juga digunanakan dalam lampu mercusuar, laser untuk perawatan retina.

5. Xenon

·      Untuk pembuatan tabung elektron.

·      Untuk pembiusan pasien pada saat pembedahan karena xenon bersifat anestetika (pemati rasa).

·      Sebagai bahan baku pembuatan senyawa-senyawa xenon.

·      Garam Perxenan (Na₄XeO₃) sebagai oksidator paling kuat.

·      Untuk membuat lampu-lampu reklame yang member cahaya biru.

·      Pembuatan lampu untuk bakterisida (pembunuh bakteri).

·      Untuk mengeluarkan cahaya pada kamera saat pemotretan (blitz).

Read more »

Persenyawaan gas mulia

2.5. Persenyawaan gas mulia

H. Bartlett mempelajari sifat platina fluorida PtF₆ tahun 1960-an, dan mensintesis O₂PtF₆.

PtF₆^- + O_{2      →}      O₂ PtF₆

PtF₆ ini bersifat oksidator kuat. Molekul oksigen memiliki harga energi ionisasi 1180 kJmol^-1, harga energi ionisasi xenon adalah 1170 kJmol^-1, energi ionisasi Xe cukup dekat dengan energi ionisasi O₂, atas dasar data tersebut, maka untuk pertama kalinya Bartlett mencoba mereaksikan Xe dengan PtF₆ dan ternyata menghasilkan senyawa yang stabil dengan persamaan reaksi :

Xe + PtF₆^-  →   XePtF₆           

Setelah berhasil membentuk senyawa XePtF₆, maka gugurlah anggapan bahwa gas mulia tidak dapat bereaksi.

Senyawa gas mulia belum pernah dipreparasi sebelum laporan ini, walaupun berbagai usaha telah dilakukan demikian gas mulia ditemukan. W. Ramsay mengisolasi gas mulia dan menambahkan golongan baru dalam tabel periodik di akhir abad ke-19. Di tahun 1894, F. F. H. Moisson, yang terkenal dengan isolasi F₂, mereaksikan 100 cm³ argon yang diberikan oleh Ramsay dengan gas fluorin dengan menggunakan loncatan listrik tetapi gagal mempreparasi argon fluorida. Di awal abad ini, A. von Antoropoff melaporkan sintesis senyawa kripton KrCl₂, tetapi belakangan diketahui ia melakukan kesalahan.

L. Pauling telah meramalkan keberadaan KrF₆, XeF₆, dan H₄XeO₆, dan

mengantisipasi sintesisnya. Di tahun 1932, seorang fellow riset, A. L. Kaye, di laboratoriumnya D. M. L. Yost di Caltech, tempat Pauling juga bekerja, berusaha mempreparasi senyawa gas mulia. Walaupun preparasi yang dilakukannya rumit dan penuh semangat, usaha untuk mempreparasi senyawa xenon dengan mengalirkan arus lucutan melalui campuran gas xenon, fluorin, atau khlorin tidak berhasil. Pauling, dikabarkan setelah kegagalan itu, tidak berminat lagi dalam studi senyawa gas mulia. Walaupun R. Hoppe dari Jerman memprediksikan dengan pertimbangan teoritik bahwa senyawa XeF₂ dan XeF₄ bakal ada, jauh sebelum penemuan Bartlett, ia sendiri melakukan sintesis setelah mengetahui penemuan Bartlett. Sekali suatu senyawa jenis tertentu telah dipreparasi, senyawa analognya dipreparasi satu demi satu. Ini juga umum dalam kimia sintetik di masa-masa selanjutnya, dan sekali lagi ini menunjukkan pentingnya penemuan pertama.

Syarat persenyawaan gas mulia adalah

1.    Gas mulia yang bereaksi itu harus memiliki jari-jari yang besar.

2.    Gas mulia hanya bereaksi dengan unsur-unsur yang sangat elektronegatif, seperti oksigen dan fluorin.

Walaupun gas mulia memang sulit bereaksi, namun bukan berarti tidak mungkin bersenyawa dengan unsur-unsur lain. Persenyawaan tersebut dimungkinkan melalui beberapa cara, yaitu:

a.     Ikatan Koordinasi 

     Hal ini dimungkinkan mengingat gas mulia memiliki pasangan elektron bebas (sepasang untuk He dan empat pasang untuk gas mulia yang lain). Oleh karena itu, gas mulia dapat berfungsi sebagai atom donor pasangan electron bebas dalam ikatan koordinasi.

 

b.    Interaksi dipol

Jika gas mulia bercampur dengan senyawa polar yang memiliki momen dipol  yang besar (misalnya air), maka akan terjadi polarisasi padanya sehingga terbentuk dipol terinduksi dalam atom gas mulia. Hal ini terbukti dari besarnya kelarutan gas mulia dalam air yang bertambah sesuai dengan kenaikan berat atom. Dengan cara ini telah dikenal beberapa senyawa yang berasal dari gas mulia dengan fenol, seperti Kr(C₆H₅OH)₂, Xe(C₆H₅OH)_2, dan Rn(C₆H₅OH)_2.

c.     Keadaan tereksitasi

Dengan menyerap sejumlah energi, gas mulia dapat mengalami eksitasi dari keadaan dasar. Helium dalam keadaan ini akan memiliki konfigurasi elektron 1s¹2s¹, setelah menyerap energi sebesar 4.650 kkal. Helium dalam tabung lucutan listrik terdapat dalam ion He₂⁺ , HeH⁺ dan HeH²⁺. Electron logam dalam tabung tersebut ternyata juga menyerap gas mulia sehingga terbentuk beberapa macam senyawa, misalnya : Pt₃He dan FeAr

Hingga saat ini, gas mulia yang sudah berhasil disintesis menjadi suatu senyawa baru empat unsur yang paling berat, yaitu: argon, krypton, xenon, dan radon. Beberapa senyawa yang berhasil dibuat dari unsur gas mulia tersebut, diantaranya:

a.       Argon dalam senyawa HArF (argon hidrofluorida)

b.      Kripton dalam senyawa KrF₂ (kripton difluorida)

c.  Xenon dalam senyawa XeF₂ (xenon difluorida), XeF4 (xenon tetrafluorida), XeF₆ (xenon heksafluoro)

Dari beberapa senyawa tersebut, yang palng penting adalah senyawaan xenon, baik dalam bentuk fluorida maupun oksidanya.

Bilangan oksidasi yang paling penting dari Xe di senyawanya adalah +2,+ 4, dan +6. Xenon bereaksi langsung dengan fluor untuk menghasilkan XeF₂, XeF₄, dan XeF₆. Xenon juga membentuk beberapa oxofluorida. Oxofluorida XeOF₂ memiliki bentuk T dan XeO₃F₂ memiliki bentuk  trigonal bipiramida. XeOF₄  bebentuk segiempat piramida sangat mirip dengan IF₅ di sifat fisik dan kimianya.

A. Fluorida xenon

Xenon, Xe, bereaksi dengan unsur yang paling elektronegatif, misalnya fluorin, oksigen, dan dengan senyawa yang mengandung unsur-unsur ini, misalnya platinum fluorida, PtF₆. Walaupun senyawa xenon pertama dilaporkan tahun 1962 sebagai XePtF₆, penemunya N. Bartlett, kemudian mengoreksinya sebagai campuran senyawa Xe[PtF₆]x (x= 1-2). Bila campuran senyawa ini dicampurkan dengan gas fluorin dan diberi panas atau cahaya, flourida XeF₂, XeF₄, dan XeF₆ akan dihasilkan. XeF₂ berstruktur bengkok, XeF₄ bujur sangkar, dan XeF₆ oktahedral terdistorsi. Walaupun preparasi senyawa ini cukup sederhana, namun sukar untuk mengisolasi senyawa murninya, khususnya XeF₄.

1. Xenon difluorida

Xenon difluorida dapat dibuat dengan menginteraksikan Xe dengan F₂ dalam jumlah tak berlebihan pada tekanan 1 atm dan pada suhu 400^°C.

Ia larut dalam air menghasilkan larutan dengan bau tajam XeF₂. Hidrolisis berlangsung lambat dalam larutan asam, namun cepat dengan adanya basa :

XeF₂ + 2OH^-      →      Xe + O₂ + 2F^- + H₂O

Larutan XeF2 adalah pengoksidasi kuat, mengoksidasi HCL menjadi Cl₂ dan Ce(III) menjadi Ce(IV). XeF2 juga merupakan zat donor fluor bagi senyawa organik; misalnya, dengan benzena membentuk C₆H₅F. XeF₂ pereaksi yang baik untuk reaksi flourinasi benzene yaitu untuk mensubsitusi atom H pada benzene dengan atom F

  C₆H₆ + XeF₂         →      C₆H₅F  + Xe  + HF

Sifat kimia lain yang sangat terlihat dari fluorida xenon adalah kekuatan oksidasinya :

2XeF_2(s) + 2H₂O_(l)    →         2Xe_(g) + 4HF_(g) + O_2(g)

Seperti halnya dengan interhalogens, fluorida  xenon bereaksi dengan asam Lewis yang kuat untuk membentuk kation fluorida xenon:

XeF_2(s) + SbF_5(l)       →      [XeF]⁺[SbF₆]^-_(s)

2. Xenon tetrafluorida

Xenon tetrafluorida adalah yang paling mudah dibuat diantara ketiga fluorida. Dalam pemanasan suatu campuran Xe dan F₂ dengan perbandingan mol 1 : 5 pada temperatur 600^°C dan tekanan sekitar 6 atm dalam beberapa jam, XeF₄ dihasilkan secara kuantitatif. Ia mirip dengan XeF₂, dapat memfluorinasi secara khusus cincin aromatik dalam senyawaan seperti toluene.

Sifat kimia lain yang sangat terlihat dari fluorida xenon adalah kekuatan oksidasinya :

XeF_4(s) + Pt_(s)         →       Xe_(g) + PtF_4(s)

3. Xenon heksafluorida

Xenon heksafluorida, XeF₆ diperoleh dengan mereaksikan XeF₄ dan F₂ di bawah tekanan, atau langsung dari Xe dan fluor pada temperatur  300^°C dan tekanan 60 atm.

 

 

Reaksi dari fluorida xenon serupa dengan tingkat oksidasi tinggi dengan keadaan interhalogens, redoks dan reaksi dominan metatesis. Salah satu reaksi penting dari XeF6 adalah metatesis dengan oksida:

XeF_6(s) + 3H₂O_(l)        →       XeO_3(aq) + 6HF_(g)

2XeF_6(s) + 3SiO₂        →         2XeO_3(s) + 3SiF₄

B. Senyawaan Xenon-Oksigen.

Hidrolisis fluorida-fluorida akan membentuk oksida. XeO₃ adalah senyawa yang sangat eksplosif. Walaupun XeO₃ stabil dalam larutan, larutannya adalah oksidator sangat kuat.Tetroksida XeO₄, adalah senyawa xenon yang paling mudah menguap. M[XeF₈] (M adalah Rb dan Cs) sangat stabil tidak terdekomposisi bahkan dipanaskan hingga 400^°C sekalipun. Jadi, xenon membentuk senyawa dengan valensi dua sampai delapan. Fluorida-fluorida ini digunakan juga sebagai bahan fluorinasi.

Oksida xenon tidak dapat dibuat secara interaksi langsung oleh suatu unsur. Oksida dan oxofluorida diolah dengan hidrolisis fluorida xenon:

XeF_6(s) + 3H₂O_(l)      →         XeO_3(s) + 6HF_(aq)

 

3XeF_4(s) + 6H2O_(l)        →       XeO3_(s) + 2Xe_(g) + 3/2O_2(g) + 12HF_(aq)

XeF_6(s) + H₂O_(l)       →         XeOF_4(s) + 2HF_(aq)

 

Larutan XeO3 tidak berwarna, tidak berbau dan stabil; diduga suatu padatan putih yang mudah menguap di udara. XeO3 ini cukup berbahaya karena mudah meledak.

Dalam larutan yang bersifat basa, XeO3 bereaksi menghasilkan ion xenat(VI) :

XeO₃ + OH       →         HXeO₄

Namun ion HXeO4 berdisproporsionasi lambat menghasilkan xenon dan ion xenat (VIII) atau perxenat :

2HXeO4^- + 2OH^-       →        Xe + XeO₆^4- + O₂ + 2H₂O

Selain dengan disproporsionasi tersebut, perxenat juga dapat dihasilkan dengan mengoksidasi  HXeO₄^- menggunakan ozon. Larutan perxenat berwarna kuning dan merupakan pengoksidasi yang kuat dan cepat. Beberapa garam perxenat seperti Na₄XeO₆.8H₂O stabil dan larut sebagian dalam air.

Dalam larutan alkali, perxenat hanya direduksi lambat oleh air, bentuk utamanya ialah ion HXeO₆^2-. Adapun dalam larutan asam, terjadi reduksi dengan cukup cepat :

H₂XeO₆^2-_(aq) + H⁺_(aq)     →        HXeO₄^-_(aq) + H₂O_(l) + 1/2O_2(g)

Dalam hal ini radikal hidroksil terlibat sebagai suatu intermedit. Bilamana barium perxenat dipanaskan dengan H₂SO₄ pekat, Xenon tetraoksida terbentuk sebagai gas yang tidak stabil dan mudah meledak.

Ba₂XeO_6(s) + 2H₂SO_4(aq)       →         2BaSO_4(s) + XeO_4(g) + 2H₂O_(l)

Xenon tetraoksida ini berstruktur tetrahedral.

C. Senyawaan argon

Argon bereaksi dengan HF menghasilkan HArF (argon hidrofluorida). Senyawa ini dihasilkan oleh fotolisis matriks Ar padat dan stabil pada suhu rendah. Berikut adalah persamaan reaksinya:

Ar  +  HF        →        HArF

D. Senyawaan kripton

Satu-satunya produk yang diperoleh bila krypton bereaksi dengan fluor, adalah difluoridanya, KrF₂.

Kr + F₂      →         KrF₂

Dari senyawaan krypton yang dikenal, semuanya merupakan garam kompleks yang diturunkan dari KrF_2. Satu contoh pembentukan garam demikian, adalah:

KrF₂  +   SbF_{5         →}       KrF⁺  +  SbF₆^-

Berikut adalah gambar struktur Kristal dari KrF₂ :

Read more »