Lompat ke isi

Unsur golongan 4

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Golongan 4dalam tabel periodik
Hidrogen Helium
Lithium Berilium Boron Karbon Nitrogen Oksigen Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Silikon Fosfor Sulfur Clor Argon
Potasium Kalsium Skandium Titanium Vanadium Chromium Mangan Besi Cobalt Nikel Tembaga Seng Gallium Germanium Arsen Selen Bromin Kripton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon
Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon
Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
golongan 3←→golongan 5
Nomor golongan IUPAC 4
Nama berdasarkan unsur golongan titanium
Nomor golongan CAS
(AS, pola A-B-A)
 IVB
Nomor IUPAC lama
(Eropa, pola A-B)
 IVA
↓Periode
4
Image: Batang kristal titanium
Titanium(Ti)
22Logam transisi
5
Image: Batang kristal zirkonium
Zirkonium(Zr)
40Logam transisi
6
Image: Batang kristal hafnium
Hafnium(Hf)
72Logam transisi
7 Rutherfordium(Rf)
104Logam transisi

Legend

Unsur primordial
Unsur sintetis
Warna nomor atom:
hitam=padat

Golongan 4atauIVBadalah golonganunsur kimiaditabel periodik.Golongan ini juga dikenal sebagai golongantitanium.Golongan ini terdiri dari unsurtitanium(Ti),zirkonium(Zr),hafnium(Hf), dan unsur sintetis yang radioaktifruterfordium(Rf). Golongan ini belum mendapatkannama trivial;ini termasuk dalam kelompok yang lebih luas darilogam transisi.

Tiga unsur golongan 4 yang terjadi secara alami adalah titanium (Ti), zirkonium (Zr) dan hafnium (Hf). Tiga anggota pertama dari golongan tersebut memiliki sifat serupa; ketiganya adalah logam keras yang bersifatrefraktoridalam kondisi standar. Namun, unsur keempat ruterfordium (Rf), telah disintesis di laboratorium; tidak satupun isotopnya ditemukan terjadi secara alami. Semuaisotopruterfordium bersifatradioaktif.Sejauh ini, tidak ada percobaan dalamsupercollideryang dilakukan untuk mensintesis anggota kelompok berikutnya, unpenthexium (Uph), dan tidak mungkin akan disintesis dalam waktu dekat.

Karakteristik

[sunting|sunting sumber]

Kimia

[sunting|sunting sumber]

Seperti golongan lain, anggota keluarga ini menunjukkan pola dalam konfigurasi elektronnya, terutama kelopak terluarnya yang menghasilkan tren perilaku kimia:

Z Unsur Jumlah elektron/kelopak Konfigurasi elektron
22 titanium 2, 8, 10, 2 [Ar] 3d24s2
40 zirkonium 2, 8, 18, 10, 2 [Kr] 4d25s2
72 hafnium 2, 8, 18, 32, 10, 2 [Xe] 4f145d26s2
104 ruterfordium 2, 8, 18, 32, 32, 10, 2 [Rn] 5f146d27s2

Sebagian besar sifat kimia telah diamati hanya untuk tiga anggota pertama golongan ini. Kimia rutherfordium tidak begitu mapan dan oleh karena itu, selebihnya hanya berhubungan dengan titanium, zirkonium, dan hafnium. Semua unsur golongan ini adalah logam reaktif dengan titik lebur tinggi (1668 °C, 1855 °C, 2233 °C, 2100 °C?). Reaktivitasnya tidak selalu jelas karena pembentukan lapisan oksida stabil yang cepat, yang mencegah reaksi lebih lanjut. OksidaTiO2,ZrO2danHfO2adalah padatan putih dengan titik leleh tinggi dan tidak bereaksi dengan sebagian besar asam.[1]

Sebagai logam transisi tetravalan, ketiga unsur tersebut membentuk berbagaisenyawa anorganik,umumnya dengan tingkat oksidasi +4. Tiga logam pertama menunjukkan bahwa mereka resisten terhadapalkalipekat, namunhalogenbereaksi dengan mereka membentuk tetrahalida. Pada suhu yang lebih tinggi, ketiga logam tersebut bereaksi denganoksigen,nitrogen,karbon,boron,belerang,dansilikon.Akibat darikontraksi lantanidadari unsur-unsurperiode kelima,zirkonium dan hafnium memilikijari-jari ionyang hampir identik. Jari-jari ion Zr4+adalah 79pikometerdan Hf4+adalah 78 pm.[1][2]

Kesamaan ini menghasilkan perilaku kimia dan pembentukan senyawa kimia serupa yang hampir identik.[2]Kimia hafnium sangat mirip dengan zirkonium sehingga pemisahan melalui reaksi kimia tidak mungkin dilakukan; hanya sifat fisika senyawa bentukannya yang berbeda. Titik lebur dan titik didih senyawa dankelarutannyadalam pelarut adalah perbedaan kimia utama unsur kembar ini.[1]Titanium jauh berbeda dari dua lainnya karena efekkontraksi lantanida.

Fisika

[sunting|sunting sumber]

Tabel di bawah ini adalah ringkasan sifat fisik utama unsur golongan 4. Tanda tanya menunjukkan nilai ekstrapolasi.[3]

Sifat unsur Golongan 4
Nama Titanium Zirkonium Hafnium Rutherfordium
Titik lebur 1941 K (1668 °C) 2130 K (1857 °C) 2506 K (2233 °C) 2400 K (2100 °C)?
Titik didih 3560 K (3287 °C) 4682 K (4409 °C) 4876 K (4603 °C) 5800 K (5500 °C)?
Densitas 4.507 g·cm−3 6.511 g·cm−3 13.31 g·cm−3 23.2 g·cm−3?
Penampilan perak metalik putih perak Abu-abu silver ?
Jari-jari atom 140 pm 155 pm 155 pm 150 pm?

Sejarah

[sunting|sunting sumber]
KristalIlmenite,suatu mineral yang melimpah

Titanium

[sunting|sunting sumber]
Artikel utama:Titanium

William Gregor,Franz Joseph MullerdanMartin Heinrich Klaprothsecara terpisah menemukan titanium antara tahun 1791 dan 1795. Klaproth menamakannya untukTitanssesuaimitologi Yunani.[4]

Zirkonium

[sunting|sunting sumber]
Artikel utama:Zirkonium

Klaproth juga menemukan zirkonium dalam mineralzirkonpada tahun 1789 dan menamainya sesuai Zirkonerde (zirkonia) yang sudah dikenal.

Hafnium

[sunting|sunting sumber]
Artikel utama:Hafnium

Hafnium telah diprediksi olehDmitri Mendeleevpada tahun 1869 dan menurut pengukuranmuatan inti efektifdenganspektroskopi sinar-Xyang dilakukan olehHenry Moseleypada tahun 1914, nomor atomnya adalah 72, menempatkannya di antara unsurlutetiumdantantalumyang sudah diketahui sebelumnya.Dirk CosterdanGeorg von Hevesyadalah orang pertama yang meneliti unsur baru dalam bijih zirkonium.[5]Hafnium ditemukan oleh keduanya pada tahun 1923 diKopenhagen,Denmark, yang memvalidasi prediksi original Mendeleev tahun 1869.[6]Terdapat beberapa kontroversi seputar penemuan hafnium dan pendapat Coster dan Hevesy yang mengacu pada prediksi Bohr bahwa hafnium adalah logam transisi dan bukan unsur tanah jarang.[7]Sementara titanium dan zirkonium, sebagai unsur yang relatif melimpah, ditemukan di akhir abad ke-18, dibutuhkan waktu sampai tahun 1923 untuk mengidentifikasi hafnium. Ini hanya karena hafnium yang relatif langka. Kesamaan kimia antara zirkonium dan hafnium membuat pemisahan menjadi sulit dan, tanpa mengetahui apa yang harus dicari, hafnium tidak ditemukan, walaupun semua sampel zirkonium, dan semua senyawanya, yang digunakan oleh kimiawan selama lebih dari dua abad mengandung hafnium dalam jumlah yang signifikan.[8]

Ruterfordium

[sunting|sunting sumber]
Artikel utama:Ruterfordium

Rutherfordiumpertama kali dilaporkanterdeteksi pada tahun 1966 diJoint Institute of Nuclear ResearchdiDubna(Uni Soviet). Peneliti membombardir242Pudengan ion22Neyang dipercepat dan memisahkan produk reaksinya dengan termokromatografi gradien setelah dikonversi menjadi kloridanya melalui interaksi denganZrCl4.[9]

242
94Pu+22
10Ne→264−x
104Rf→264−x
104RfCl4

Produksi

[sunting|sunting sumber]

Produksi logam itu sendiri sulit karena reaktivitasnya. Pembentukanoksida,nitridadankarbidanyaharus dihindari agar menghasilkan logam yang bisa diolah, ini biasanya dicapai denganproses Kroll.Oksida (MO2) direaksikan denganbatubaradankloruntuk membentuk klorida (MCl4). Klorida logamnya kemudian direaksikan dengan magnesium, menghasilkanmagnesium kloridadan logam.

Pemurnian lebih lanjut dilakukan denganreaksi transport kimiayang dikembangkan olehAnton Eduard van ArkeldanJan Hendrik de Boer.Dalam bejana tertutup, logam bereaksi denganiodiumpada suhu di atas 500 °C yang membentuk logam(IV) iodida; pada filamen tungsten bersuhu hampir 2000 °C, terjadi reaksi balik dan iodium dan logam dibebaskan. Logam membentuk lapisan padat pada filamen tungsten dan iodium dapat bereaksi dengan logam tambahan sehingga menghasilkan perputaran yang stabil.[1][10]

M + 2 I2(suhu rendah) → MI4
MI4(suhu tinggi) → M + 2 I2

Keterjadian

[sunting|sunting sumber]
Mineral berat (gelap) di pasir pantai kuarsa (Chennai,India).

Jikakelimpahan unsur dalam kerak bumidiperbandingkan untuk titanium, zirkonium dan hafnium, kelimpahannya berkurang seiring dengan bertambahnya massa atom. Titanium adalah logam ketujuh yang paling melimpah dalam kerak bumi dan memiliki kelimpahan 6320 ppm, sedangkan zirkonium memiliki kelimpahan 162 ppm dan hafnium hanya memiliki kelimpahan 3 ppm.[11]

Ketiga unsur stabil tersebut terjadi padadeposit bijih pasir mineral berat,yang biasanya merupakanendapan placeryang terbentuk di lingkunganpantai,melalui konsentrasiberat jenisbutir mineral bahan erosi dari batuanmafikdanultramafik.Mineral titanium kebanyakan berupaanatasedanrutil,dan zirkonium terdapat pada mineralzirkon.Akibat kemiripan sifat kimia, sampai 5% zirkonium dalam zirkon digantikan oleh hafnium. Produsen unsur golongan 4 terbesar adalahAustralia,Afrika SelatandanKanada.[12][13][14][15][16]

Aplikasi

[sunting|sunting sumber]

Logam titanium dan paduannya memiliki berbagai macam aplikasi, karena keunggulannya dalam ketahanan korosi, stabilitas panas dan kerapatan rendah (ringan). Pemanfaatan ketahanan korosi hafnium dan zirkonium yang paling tahan korosi terdapat pada reaktor nuklir. Zirkonium memilikipenampang tangkapan neutron termalsangat rendah sedangkan hafnium tinggi. Oleh karena itu, zirkonium (kebanyakan sebagaizircaloy) digunakan sebagaiselongsongbatang bahan bakarpadareaktor nuklir,[17]sementara hafnium digunakan sebagaibatang kendaliuntukreaktor nuklir,karena masing-masing atom hafnium dapat menyerap banyak neutron.[18][19]

Sejumlah kecil hafnium[20]dan zirkonium digunakan dalam paduan super untuk memperbaiki sifat-sifat paduan tersebut.[21]

Keterjadian biologis

[sunting|sunting sumber]

Unsur golongan 4 tidak diketahui terlibat dalam kimia biologis sistem kehidupan apapun.[22]Mereka adalah logam refraktori yang keras dengan kelarutan dalam air rendah, dan ketersediaannya rendah di biosfer. Titanium adalah satu dari sedikit logam transisi blok d baris pertama tanpa peran biologis yang diketahui. Radioaktivitas rutherfordium membuatnya beracun bagi sel hidup.

Tindakan pencegahan

[sunting|sunting sumber]

Titanium tidak beracun meski dalam dosis besar dan tidak memainkan peran alami di dalamtubuh manusia.[22]Serbuk zirkonium bisa menyebabkan iritasi, namun hanya kontak dengan mata yang membutuhkan perhatian medis.[23]OSHA merekomendasikanbatas rata-rata tertimbanguntuk zirkonium adalah 5 mg/m3dan batas paparan jangka pendek 10 mg/m3.[24]Data toksikologi hafnium yang ada sangat terbatas.[25]

Lihat Juga

[sunting|sunting sumber]

Referensi

[sunting|sunting sumber]
  1. ^abcdHolleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985).Lehrbuch der Anorganischen Chemie(dalam bahasa German) (edisi ke-91–100). Walter de Gruyter. hlm. 1056–1057.ISBN3-11-007511-3.
  2. ^ab"Los Alamos National Laboratory – Hafnium".Diarsipkan dariversi aslitanggal June 2, 2008.Diakses tanggal2008-09-10.
  3. ^Hoffman, Darleane C.; Lee, Diana M.; Pershina, Valeria (2006). "Transactinides and the future elements". Dalam Morss; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean.The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements(edisi ke-3rd). Dordrecht, The Netherlands:Springer Science+Business Media.ISBN1-4020-3555-1.
  4. ^Weeks, Mary Elvira(1932). "III. Some Eighteenth-Century Metals".Journal of Chemical Education.9(7): 1231–1243.Bibcode:1932JChEd...9.1231W.doi:10.1021/ed009p1231.
  5. ^Urbain, M. G. (1922)."Sur les séries L du lutécium et de l'ytterbium et sur l'identification d'un celtium avec l'élément de nombre atomique 72".Comptes rendus(dalam bahasa French).174:1347–1349.Diakses tanggal2008-10-30.
  6. ^Coster, D.; Hevesy, G. (1923-01-20). "On the Missing Element of Atomic Number 72".Nature.111(2777): 79–79.Bibcode:1923Natur.111...79C.doi:10.1038/111079a0.
  7. ^Scerri, Eric (2007). The Periodic System, Its Story and Its Significance. New York: Oxford University Press.ISBN 0-19-530573-6.Tidak memiliki atau tanpa|title=(bantuan)
  8. ^Barksdale, Jelks (1968).The Encyclopedia of the Chemical Elements.Skokie, Illinois:Reinhold Book Corporation.hlm. 732–38 "Titanium". LCCCN 68-29938.
  9. ^Barber, R. C.; Greenwood, N. N.; Hrynkiewicz, A. Z.; Jeannin, Y. P.; Lefort, M.; Sakai, M.; Ulehla, I.; Wapstra, A. P.; et al. (1993)."Discovery of the transfermium elements. Part II: Introduction to discovery profiles. Part III: Discovery profiles of the transfermium elements".Pure and Applied Chemistry.65(8): 1757–1814.doi:10.1351/pac199365081757.
  10. ^van Arkel, A. E.; de Boer, J. H. (1925). "Darstellung von reinem Titanium-, Zirkonium-, Hafnium- und Thoriummetall (Production of pure titanium, zirconium, hafnium and Thorium metal)".Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie(dalam bahasa German).148(1): 345–350.doi:10.1002/zaac.19251480133.
  11. ^"Abundance in Earth's Crust".WebElements. Diarsipkan dariversi aslitanggal 2008-05-23.Diakses tanggal2007-04-14.
  12. ^"Dubbo Zirconia Project Fact Sheet"(PDF).Alkane Resources Limited. June 2007. Diarsipkan dariversi asli(PDF)tanggal 2008-02-28.Diakses tanggal2008-09-10.
  13. ^"Zirconium and Hafnium"(PDF).Mineral Commodity Summaries.US Geological Survey: 192–193. January 2008.Diakses tanggal2008-02-24.
  14. ^Callaghan, R. (2008-02-21)."Zirconium and Hafnium Statistics and Information".US Geological Survey.Diakses tanggal2008-02-24.
  15. ^"Minerals Yearbook Commodity Summaries 2009: Titanium"(PDF).US Geological Survey. May 2009.Diakses tanggal2008-02-24.
  16. ^Gambogi, Joseph (January 2009)."Titanium and Titanium dioxide Statistics and Information"(PDF).US Geological Survey.Diakses tanggal2008-02-24.
  17. ^Schemel, J. H. (1977).ASTM Manual on Zirconium and Hafnium.ASTM International. hlm. 1–5.ISBN978-0-8031-0505-8.
  18. ^Hedrick, James B."Hafnium"(PDF).United States Geological Survey.Diakses tanggal2008-09-10.
  19. ^Spink, Donald (1961). "Reactive Metals. Zirconium, Hafnium, and Titanium".Industrial and Engineering Chemistry.53(2): 97–104.doi:10.1021/ie50614a019.
  20. ^Hebda, John (2001)."Niobium alloys and high Temperature Applications"(PDF).CBMM.Diakses tanggal2008-09-04.
  21. ^Donachie, Matthew J. (2002).Superalloys.ASTM International. hlm. 235–236.ISBN978-0-87170-749-9.
  22. ^abEmsley, John (2001). "Titanium".Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements.Oxford, England, UK: Oxford University Press. hlm.457–456.ISBN0-19-850340-7.
  23. ^"International Chemical Safety Cards".International Labour Organization. October 2004.Diakses tanggal2008-03-30.Parameter|contribution=akan diabaikan (bantuan)
  24. ^"Zirconium Compounds".National Institute for Occupational Health and Safety. 2007-12-17.Diakses tanggal2008-02-17.
  25. ^"Occupational Safety & Health Administration: Hafnium".U.S. Department of Labor. Diarsipkan dariversi aslitanggalParameter|archive-url=membutuhkan|archive-date=(bantuan).Diakses tanggal2008-09-10.
Tabel periodik
(besar)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
Logam alkali Logam alkali tanah Lan­tanida Aktinida Logam transisi Logam miskin Metaloid Nonlogam poliatomik Nonlogam diatomik Gas mulia Sifat kimia
belum diketahui
Diperoleh dari "https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Unsur_golongan_4&oldid=24498626"