How heavy is air?

Makalah Unsur Transisi (Transition Elements)

1. Pengertian unsur-unsur transisi

            Unsur transisi sering didefinisikan sebagai kelompok unsur yang mempunyai kulit-kulit d dan f yang terisi sebagian. Namun, untuk maksud praktis, yang akan dipandang sebagai unsure transisi adalah unsur yang memiliki kulit-kulit d dan f yang terisi sebagian. Jadi termasuk kedalamnya adalah logam mata uang, Cu, Ag, dan Au.

            Unsur transisi semuanya adalah logam, kebanyakan berupa logam keras yang menghantar panas dan listrik yang baik. Mereka memiliki beberapa sifat khas, meliputi warna yang unik, pembentukan senyawa paramagnetik, aktivitas katalitik, dan terutama kecendrungan besar untuk membentuk ion kompleks. banyak senyawaan berwarna dan paramagnetic, karena kulit-kulitnya yang terisi sebagian.

Unsur-unsur transisi adalah unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir pada subkulit d. Berdasarkan prinsip Aufbau, unsur-unsur transisi baru dijumpai mulai periode 4. Pada setiap periode kita menemukan 10 buah unsur transisi, sesuai dengan jumlah elektron yang dapat ditampung pada subkulit d. Diberi nama transisi karena terletak pada daerah peralihan antara bagian kiri dan kanan sistem periodik. Aturan penomoran golongan unsur transisi adalah:

1. golongan sama dengan jumlah elektron pada subkulits ditambah d.
2. Nomor golongan dibubuhi huruf B.

Unsur-unsur transisi–dalam adalah unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir pada subkulit f. Unsur-unsur transisi-dalam hanya dijumpai pada periode keenam dan ketujuh dalam sistem periodik, dan ditempatkan secara terpisah di bagian bawah. Sampai saat ini, unsur-unsur transisi-dalam belum dibagi menjadi golongan-golongan seperti unsur utama dan transisi. Unsur-unsur ini baru dibagi menjadi dua golongan besar, yaitu unsur lantanida dan unsur aktinida. Unsur-unsur lantanida (seperti lantanum), adalah unsur-unsur yang elektron terakhirnya mengisi subkulit 4f dan unsur-unsur aktinida (seperti aktinum), adalah unsur-unsur yang elektron terakhirnya mengisi subkulit 5f.

Unsur transisi periode keempat umumnya memiliki elektron valensi pada subkulit 3d yang belum terisi penuh (kecuali unsur Seng (Zn) pada Golongan IIB). Hal ini menyebabkan unsur transisi periode keempat memiliki beberapa sifat khas yang tidak dimiliki oleh unsur-unsur  golongan utama, seperti sifat magnetik, warna ion, aktivitas katalitik, serta kemampuan membentuk senyawa kompleks. Unsur transisi periode keempat terdiri dari sepuluh unsur, yaitu Skandium (Sc), Titanium (Ti), Vanadium (V), Kromium (Cr), Mangan (Mn), Besi (Fe), Kobalt (Co), Nikel (Ni), Tembaga (Cu), dan Seng (Zn).

Dalam satu periode dari kiri (Sc) ke kanan (Zn), keelektronegatifan unsur hampir sama, tidak meningkat maupun menurun secara signifikan. Selain itu, ukuran atom (jari-jari unsur) serta energi ionisasi juga tidak mengalami perubahan signifikan. Oleh sebab itu, dapat disimpulkan bahwa semua unsur transisi periode keempat memiliki sifat kimia dan sifat fisika yang serupa. Hal ini berbeda dengan unsur utama yang mengalami perubahan sifat yang sangat signifikan dalam satu periode.

Unsur transisi periode keempat umumnya memiliki keelektronegatifan yang lebih besar dibandingkan unsur Alkali maupun Alkali tanah, sehingga kereaktifan unsur transisi tersebut lebih rendah bila dibandingkan Alkali maupun Alkali Tanah. Sebagian besar unsur transisi periode keempat mudah teroksidasi (memiliki E°_red negatif), kecuali unsur Tembaga yang cenderung mudah tereduksi (E°_Cu = + 0,34 V). Hal ini berarti bahwa secara teoritis, sebagian besar unsur transisi periode keempat dapat bereaksi dengan asam kuat (seperti HCl) menghasilkan gas hidrogen, kecuali unsur Tembaga. Akan tetapi, pada kenyataanya, kebanyakan unsur transisi periode keempat sulit atau bereaksi lambat dengan larutan asam akibat terbentuknya lapisan oksida yang dapat menghalangi reaksi lebih lanjut. Hal ini terlihat jelas pada unsur Kromium. Walaupun memiliki potensial standar reduksi negatif, unsur ini sulit bereaksi dengan asam akibat terbentuknya lapisan oksida (Cr₂O₃) yang inert. Sifat inilah yang dimanfaatkan dalam proses perlindungan logam dari korosi (perkaratan).

            Dibandingkan unsur Alkali dan Alkali Tanah, unsur-unsur transisi periode keempat memiliki susunan atom yang lebih rapat (closed packing). Akibatnya, unsur transisi tersebut memiliki kerapatan (densitas) yang jauh lebih besar dibandingkan Alkali maupun Alkali Tanah. Dengan demikian, ikatan logam (metallic bonds) yang terjadi pada unsur transisi lebih kuat. Hal ini berdampak pada titik didih dan titik leleh unsur transisi yang jauh lebih tinggi dibandingkan unsur logam golongan utama. Selain itu, entalpi pelelehan dan entalpi penguapan unsur transisi juga jauh lebih tinggi dibandingkan unsur logam golongan utama.

Unsur transisi periode keempat memiliki tingkat oksidasi (bilangan oksidasi) yang bervariasi. Hal ini disebabkan oleh tingkat energi subkulit 3d dan 4s yang hampir sama. Oleh sebab itu, saat unsur transisi melepaskan elektron pada subkulit 4s membentuk ion positif (kation), sejumlah elektron pada subkulit 3d akan ikut dilepaskan. Bilangan oksidasi umum yang dijumpai pada tiap unsur transisi periode keempat adalah +2 dan +3. Sementara, bilangan oksidasi tertinggi pada unsur transisi periode keempat adalah +7 pada unsur Mangan (4s²3d⁷). Bilangan oksidasi rendah umumnya ditemukan pada ion Cr³⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Cu⁺, dan Cu²⁺, sedangkan bilangan oksidasi tinggi ditemukan pada anion oksida, seperti CrO₄^2-, Cr₂O₇^2-, dan MnO₄^–.

2. Sifat-sifat unsur transisi

a.  Sifat Fisis Unsur Transisi

Unsur-unsur transisi periode keempat mempunyai sifat-sifat yang khas. Sifat-sifat khas unsur-unsur transisi periode keempat antara lain :

1. Unsur-unsur transisi bersifat logam, maka sering disebut logam transisi.
2. Bersifat logam, maka mempunyai bilangan oksidasi positif dan pada umumnya lebih dari satu.
3. Banyak diantaranya dapat membentuk senyawa kompleks.
4. Pada umumnya senyawanya berwarna.
5. Beberapa diantaranya dapat digunakan sebagai katalisator.
6. Titik didih dan titik leburnya sangat tinggi.
7. Mudah dibuat lempengan atau kawat dan mengkilap.
8. Sifatnya makin lunak dari kiri ke kana
9. Dapat menghantarkan arus listrik.
10. Persenyawaan dengan unsur lain mempunyai oksida positif.

Beberapa Sifat Fisika Unsur Transisi Periode Keempat

Sifat Fisika	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu
Titik leleh (°C)	1.541	1.660	1.890	1.857	1.244	1.535	1.495	1.453	1.083
Titik didih (°C)	2.831	3.287	3.380	2.672	1.962	2.750	2.870	2.732	2.567
Kerapatan (g cm–3)	3,0	4,5	6,0	7,2	7,2	7,9	8,9	8,9	8,9
Keelektronegatifan	1,3	1,5	1,6	1,6	1 ,5	1,8	1,8	1,8	1,9
Jari-jari atom ( )	1,44	1,32	1,22	1,18	1,17	1,17	1,16	1,15	1,17
Jari-jari ion ( )	–	1,0	0,93	0,87	0,81	0,75	0,79	0,83	0,87

Senyawa yang dibentuk pada umumnya berwarna. Hal ini disebabkan karena konfigurasi elektron unsur transisi menempati sub kulit d, elektron-elektron pada orbital d yang tidak penuh memungkinkan untuk berpindah tempat. Elektron dengan energi rendah akan berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi (tereksitasi) dengan menyerap warna misalnya energi cahaya dengan panjang gelombang tertentu karena energi yang diserap besarnya pun tertentu. Struktur elektron pada orbital d yang bebeda akan mengasilkan warna pula.

Warna senyawa unsur-unsur transisi periode keempat dengan bilangan oksidasi

Biloks Unsur	+2	+3	+4	+5	+6	+7
Sc	–	Tidak berwarna	Tidak berwarna	–	–	–
Ti	–	Ungu	Biru	–	–	–
V	Ungu	Hijau	–	Merah	Jingga	–
Cr	Biru	Hijau	–	–	Hijau	–
Mn	Merah muda	–	–	–	–	Ungu
Fe	Hijau muda	Kuning	–	–	–	–
Co	Merah muda	Biru	–	–	–	–
Ni	Hijau	–	–	–	–	–
Cu	Biru	–	–	–	–	–
Zn	Tidak berwarna	–	–	–	–	–

b. Sifat Kimia Unsur Transisi

1). Jari-Jari Atom

Jari-jari atom berkurang dari Sc ke Zn, hal ini berkaitan dengan semakin bertambahnya elektron pada kulit 3d, maka semakin besar pula gaya tarik intinya, sehingga jarak elektron pada jarak terluar ke inti semakin kecil.

2). Energi Ionisasi

 Energi ionisasi cenderung bertambah dari Sc ke Zn. Walaupun terjadi sedikit fluktuatif, namun secara umum Ionization Energy (IE) meningkat dari Sc ke Zn. Kalau kita perhatikan, ada sesuatu hal yang unik terjadi pada pengisian elektron pada logam transisi. Setelah pengisian elektron pada subkulit 3s dan 3p, pengisian dilanjutkan ke kulit 4s tidak langsung ke 3d, sehingga kalium dan kalsium terlebih dahulu dibanding Sc. Hal ini berdampak pada grafik energi ionisasinya yang fluktuatif dan selisih nilai energi ionisasi antar atom yang berurutan tidak terlalu besar. Karena ketika logam menjadi ion, maka elektron pada kulit 4s-lah yang terlebih dahulu terionisasi.

3). Konfigurasi Elektron

Kecuali unsur Cr dan Cu, Semua unsur transisi periode keempat mempunyai elektron pada kulit terluar 4s², sedangkan pada Cr dan Cu terdapat pada subkulit 4s¹.

Pengisian orbital d (d¹ s/d d¹⁰) dan f (f¹ s/d f¹⁴) unsur transisi tidak selalu beraturan. Dalam pengisian d terjadi kombinasi orbital d dengan s, sedangkan dalam pengisian f terjasi kombinasi antara f dengan s, dan kadang-kadang ditambah dengan d.

Unsur transisi periode keempat dalam upaya mencapai konfigurasi gas mulia, akan melepas elektron – elektron di subkulit s dan d nya. Karena jumlah elektron di subkulit d yang tergolong banyak, maka dibutuhkan energi yang lebih besar untuk melepaskan elektron tersebut. Hal ini ditunjukkan dari kecendrungan nilai energi ionisasinya yang secara umum bertambah dari Sc ke Zn.

4). Bilangan Oksidasi

Senyawa-senyawa unsur transisi di alam ternyata mempunyai bilangan oksidasi lebih dari satu. Walaupun unsur transisi memiliki beberapa bilangan oksidasi, keteraturan dapat dikenali. Bilangan oksidasi tertinggi atom yang memiliki lima elektron yakni jumlah orbital d berkaitan dengan keadaan saat semua elektron d (selain elektron s) dikeluarkan. Jadi, dalam kasus skandium dengan konfigurasi elektron (n-1) d¹ns², bilangan oksidasinya 3. Mangan dengan konfigurasi (n-1) d⁵ns², akan berbilangan oksidasi maksimum +7.

Bila jumlah elektron d melebihi 5, situasinya berubah. Untuk besi Fe dengan konfigurasi elektron (n-1) d⁶ns², bilangan oksidasi utamanya adalah +2 dan +3. Sangat jarang ditemui bilangan oksidasi +6. Bilangan oksidasi tertinggi sejumlah logam transisi penting seperti Kobal (Co), Nikel (Ni), Tembaga (Cu) dan Zink (Zn) lebih rendah dari bilangan oksidasi atom yang kehilangan semua elektron (n-1) d dan ns-nya. Di antara unsur-unsur yang ada dalam golongan yang sama, semakin tinggi bilangan oksidasi semakin tinggi unsur-unsur pada periode yang lebih besar.

3.  Konfigurasi Elektron Unsur Transisi

Berdasarkan aturan membangun dari Aufbau, pengisian elektron dalam orbital d mulai terjadi setelah elektron menghuni orbital 4s² atau setelah atom kalsium, 20Ca: [Ar] 4s². Oleh karena itu, unsur-unsur transisi dimulai pada periode keempat dalam tabel periodik, sesuai dengan bilangan kuantum utama terbesar (4s 3d). Oleh karena orbital d maksimum dihuni oleh sepuluh elektron maka akan terdapat sepuluh unsur pada periode keempat, yaitu mulai dari Sc dengan konfigurasi elektron [Ar] 3d1 4s2 sampai dengan Zn dengan konfigurasi elektron [Ar] 3d10 4s2. Konfigurasi elektron unsur-unsur transisi periode keempat dapat dilihat pada Tabel.

Tabel Konfigurasi Elektron Unsur-Unsur Transisi Periode Keempat

Nomor Atom	Lambang Unsur	Konfigurasi Elektron	Nomor Golongan pada Tabel Periodik
21	Sc	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2	IIIB
22	Ti	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2	IVB
23	V	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 4s2	VB
24	Cr	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1	VIB
25	Mn	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2	VIIB
26	Fe	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2	VIIIB
27	Co	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2	VIIIB
28	Ni	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2	VIIIB
29	Cu	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1	IB
30	Zn	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2	IIB

Menurut aturan Aufbau, konfigurasi elektron krom adalah [Ar]3d⁴ 4s², tetapi faktanya bukan demikian melainkan [Ar]3d⁵ 4s¹. Demikian juga pada konfigurasi elektron atom tembaga, yaitu [Ar]3d¹⁰ 4s¹. Hal ini disebabkan oleh kestabilan subkulit d yang terisi penuh atau setengah penuh mempunyai tingkat energi elektron yang lebih rendah dari seharusnya.

Untuk mencapai kestabilan, unsur – unur ini membentuk ion dengan cara melepaskan elektron dalam jumlah yang berbeda. Oleh karena itu unsur – unsur ini mempunyai dua macam biloks atau lebih dalam senyawanya.

Bilangan oksidasi unsur transisi

Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn
+2	+2 +3 +4	+2 +3 +4 +6	+2 +3 +4 +6 +7	+2 +3 +4 +6	+2 +3 +4 +6	+2 +3 +4	+2 +3	+1 +2	+2
Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd
+3	+4	+3 +5	+3 +4 +5 +6	+4 +6 +7	+2 +3 +4 +5 +6 +7 +8	+3 +4 +6	+2 +3 +4	+1 +2 +3	+3
La	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg
+3	+4	+4 +5	+2 +3 +4 +5 +6	+3 +4 +5 +6 +7	+2 +3 +4 +6 +8	+2 +3 +4 +6	+2 +3 +4	+1 +3	+1 +2

Dari tabel dapat terlihat bahwa untuk deret pertama, bilangan oksidasi maksimum bertambah secara teratur dari +2 untuk Sc ke +7 untuk Mn dan berkurang menjadi +2 untuk Zn. Terlihat juga unsur – unsur transisi dibagian tengah mempunyai lebih banyak macam bilangan oksidasi.