Proses Ekstraksi Unsur Periode Ketiga

Ekstraksi unsur-unsur periode ketiga dapat dilakukan dengan metode elektrolisis maupun reduksi. Unsur-unsur periode ketiga terdiri dari logam natrium (Na), magnesium (Mg), aluminium (Al); semi logam seperti silikon (Si); dan nonlogam fosfor (P), belerang (S), klorin (Cl), argon (Ar). Unsur-unsur periode ketiga berada di alam umumnya dalam bentuk senyawa, kecuali unsur S ditemukan dalam bentuk unsur dan senyawa, dan unsur argon berada dalam bentuk unsur saja.

Berikut kami paparkan proses ekstraksi unsur-unsur periode ketiga.

1. Ekstraksi Logam Natrium (Na)

Natrium merupakan salah satu logam alkali yang sangat reaktif. Ekstraksi logam natrium dapat dilakukan dengan metode elektrolisis. Sumber utama logam natrium berasal dari garam batu dan air laut. Natrium hanya dapat diperoleh dari elektrolisis lelehan NaCl menggunakan Sel Down.

Katode : Na⁺_(l) + e^– → Na_(l)

Anode : Cl^–_(l) → ½ Cl_2(g) + e^–

2. Ekstraksi Logam Magnesium (Mg)

Magnesium merupakan salah satu logam alkali tanah. Untuk memperoleh logam magnesium, dapat menggunakan metode elektrolisis maupun reduksi.

Metode Elektrolisis

Sumber utama logam magnesium adalah air laut. Mg dalam air laut diperoleh dengan cara mereaksikan air laut dengan kalsium oksida (CaO)

CaO + H₂O → Ca²⁺ + 2OH^-
Mg²⁺ + 2OH- → Mg(OH)₂

Selanjutnya Mg(OH)₂ direaksikan dengan HCl untuk membentuk MgCl₂

Mg(OH)₂ + HCl → MgCl₂ + 2H₂O

Mg dapat diperoleh dari elektrolisis lelehan MgCl₂

Katode : Mg²⁺_(l) + 2e^– → Mg_(l)
Anode : 2Cl^–_(l) → Cl_2(g) + e^2–

Metode Reduksi

Mg juga dapat diperoleh melalui mineral dolomit [MgCa(CO₃)₂] dengan cara memanaskan dolomit sehingga terbentuk MgO.CaO. Selanjutnya MgO.CaO dipanaskan menggunakan FeSi untuk mendapatkan Mg.

2[MgO.CaO] + FeSi → 2Mg + Ca₂SiO₄ + Fe

3. Ekstraksi Logam Aluminium (Al)

Proses ekstraksi aluminium dikenal dengan sebutan proses Hall-Heroult yaitu ekstraksi logam Al dari bijih bauksit menggunakan metode elektrolisis dengan kandungan sekitar 50% Al₂O₃, Fe₂O₃, dan berbagai zat pengotor lainnya.

Adapun tahapan ekstraksi logam Al dari bijih bauksit adalah sebagai berikut:

#1 Bauksit dihancurkan dan Al₂O₃ dipisahkan dari zat pengotor lain yang terdapat pada bauksit dengan melarutkannya ke dalam larutan NaOH pekat. Selanjutnya campuran ini dipanaskan dalam tangki bertekanan dan menghasilkan natrium aluminat NaAl(OH)₄.

Al₂O_3(g) + 2NaOH_(aq) → 2NaAl(OH)_4(aq)

Tidak seperti NaAl(OH)₄ yang larut dalam air, kebanyakan zat pengotor tidak larut termasuk Fe₂O₃, sehingga produk reaksi perlu dilakukan penyaringan.

#2 Tahap selanjutnya NaAl(OH)₄ diencerkan dengan air atau gas CO₂ dilewatkan melalui larutan NaAl(OH)₄ untuk mendapatkan endapan Al(OH)₃

NaAl(OH)_4(aq) → Al(OH)_3(aq) + NaOH_(aq)

Berikutnya produk reaksi disaring untuk memperoleh Al(OH)₃ yang kemudian dipanaskan untuk mendapatkan bubuk Al₂O₃

2Al(OH)_3(aq) → Al₂O_3(s) + 3H₂O_(g)

#3 Al₂O₃ kemudian dilarutkan kedalam lelehan kriolit (Na₃AlF₆) di mana Al₂O₃ terdisosiasi menjadi Al³⁺ dan O^2-. Campuran ini dimasukkan ke dalam sel elektrolisis.

Katode (grafi): Al³⁺ + 3e^– → Al
Anode (grafit) : 2O^2– → O_2(g) + 4e^–
------------------------------------------------------ +
Sel : 4Al³⁺ + 6O^2- → 4Al_(l) + 3 O_2(g)

Lelehan Al yang terbentuk pada katode membentuk lapisan di dasar sel dan diambil secara berkala.

4. Ekstraksi Unsur Silikon (Si)

Silikon dapat diekstraksi dari senyawa oksida (silica) maupun sulfida dengan metode reduksi. Berikut tahapan ekstraksi silikon:

#1 Silikon dioksida SiO₂ dipanaskan dengan kokas/karbon pada suhu ± 3000^oC dalam tungku pembakaran maupun tanur listrik. Pereaksi ditambahkan melalui atas tungku. Reaksi yang terjadi antara silikon dioksida dengan karbon menghasilkan lelehan silikon dan gas karbon monoksida:

SiO_2(s) + C_(s) → Si_(l) + 2CO_(g)

#2 Selanjutnya, lelehan silikon yang dihasilkan dikeluarkan dari bawah tungku dan akan membentuk padatan. Silikon yang dihasilkan cukup murni dan dapat digunakan antara lain untuk pembuatan paduan dengan logam lain atau disebut dengan alloy. Jika ingin memperoleh silikon dengan kemurnian lebih tinggi, maka dilanjutkan ke tahap 3.

#3 Untuk memperoleh silikon dengan kemurnian yang tinggi, dilakukan dengan cara memanaskan silikon dengan gas klorin menghasilkan silikon tetraklorida. Reaksi yang terjadi adalah:

Si_(s) + 2Cl_2(g) → SiCl_4(l)

#4 Lelehan SiCl₄ selanjutnya dimurnikan dengan proses distilasi

#5 SiCl₄ lalu direduksi menjadi Si melalui pemanasan dengan H₂ maupun Mg dengan reaksi:

SiCl₄ + 2H₂ → Si + 4HCl
SiCl₄ + 2Mg → Si + 2MgCl₂

#6 Produk reaksi dicuci dengan air panas untuk memperoleh silikon

#7 Silikon dimurnikan dengan alat zone refining. Dalam alat ini, batangan Si dilewatkan secara perlahan melalui alat pemanas. Pada zona pemanasan, batangan Si tersebut akan meleleh. Karena zat pengotor lebih mudah larut dalam lelehan dibanding dalam padatan Si, maka padatan tersebut akan terkumpul di dalam lelehan Si. Daerah lelehan yang tidak murni tersebut akan berpindah sepenjang batangan Si, selama proses berlangsung. Ketika daerah lelehan yang tidak murni telah sampai ke ujung, maka ujung ini akan dibiarkan membentuk padatan sebelum dipotong. Baca juga, Sumber dan Ekstraksi Silikon dari Alam.

5. Ekstraksi Unsur Fosfor (P)

Unsur fosfor dapat diekstraksi dari senyawa kalsium fosfat Ca₃(PO₄)₂ dengan metode reduksi. Senyawa Ca₃(PO₄)₂ yang berada pada batuan fosfat dipanaskan dengan kokas (C) dan pasir SiO₂ pada suhu 1400 - 1500^oC dengan reaksi berikut ini.

2Ca₃(PO₄)_2(s) + 6SiO_2(s) + 10C_(s) → 6CaSiO_3(s) + 10CO_(g) + P_4(g)

Fosfor yang dihasilkan dapat memiliki beberapa alotropi, di antaranya fosfor putih, fosfor merah, dan fosfor hitam. Yang paling terkenal adalah fosfor putih (P₄) yang diperoleh dari kondensasi uap fosfor. Fosfor putih tidak berwarna, mempunyai titik leleh 44^oC, dan mudah bereaksi dengan oksigen membentuk P₄O₁₀ sehingga harus disimpan dalam air. Fosfor merah dapat diperoleh melalui pemanasan fosfor putih tanpa udara pada tekanan atmosfer. Fosfor hitam diperoleh dengan pemanasan fosfor putih atau fosfor merah tetapi pada tekanan yang sangat tinggi.

6. Ekstraksi Unsur Belerang (S)

Pada awalnya, senyawa sulfida seperti CuS dan PbS hanya digunakan untuk pengambilan logam seperti Cu dan Pb melalui reaksi:

CuS + O₂ → Cu + SO₂

Akan tetapi, gas SO₂ yang dihasilkan telah menyebabkan polusi udara dan juga hujan asam. Untuk itu, sekarang SO₂ tidak dibuang ke udara, melainkan direaksikan dengan H₂S untuk menghasilkan unsur belerang melalui reaksi:

2 H₂S + SO₂ → 3S + 2H₂O

Cara yang sama juga digunakan untuk mengekstraksi belerang yang berada sebagai gas H₂S dalam gas alam.

Selain dalam bentuk senyawa, belerang juga dapat diekstraksi dari alam dalam bentuk unsur menggunakan proses Frasch yaitu dengan cara membuat lubang dengan cara dibor selanjutnya tiga pipa konsentris dimasukkan ke dalam lubang tersebut. Air super panas (~150^oC) dimasukkan melalui bagian luar pipa untuk melelehkan belerang. Setelah itu, udara bertekanan dimasukkan melalui bagian dalam pipa. Hal ini menyebabkan campuran udara, air, dan lelehan belerang dipaksa naik kepermukaan melalui pipa lainnya. Belerang tidak larut dalam air dan mempunyai kerapatan yang lebih tinggi. Di permukaan, belerang akan membentuk padatan dengan tingkat kemurnian 99,5%.

7. Ekstraksi Unsur Klorin (Cl)

Sumber utama klorin adalah larutan NaCl dari air laut dan garam batu. Klorin diekstraksi dari larutan NaCl dalam sel elektrolisis dengan reaksi:

Katode: 2H₂O_(l) + 2e- → H_2(g) + 2OH_-(aq)
Anode: 2Cl^-_(aq) → Cl_2(g) + 2e^-
----------------------------------------------------------
2Cl^-_(aq) + 2H₂O_(l) → H_2(g) + Cl_2(g) + 2OH^-_(aq)

Reaksi keseluruhan:

2NaCl_(aq) + 2H₂O_(l) → H_2(g) + Cl_2(g) + 2NaOH_(aq)

Sumber:

Rachmawati, M, Johari, J, M, C. 2008. Kimia 3. Jakarta: ESIS.

Bagikan Artikel ini