Hidrogen

22.45 by Unknown



Hidrogen


2.1  Sejarah Penemuan Hidrogen
Sejak identifikasinya oleh Cavendish pada 1766, hidrogen yaitu unsur paling sederhana, menjadi pusat pengembangan  teori tentang struktur bahan. Cavendish adalah orang yang pertama mengenali gas hidrogen sebagai zat diskret dengan mengidentifikasikan gas tersebut dari reaksi logam-asam sebagai udara yang mudah terbakar. Pada tahun 1783, Lavoisier menamakan gas hidrogen (hidro=air, genes=pembentuk). Pada tahun 1810, Davy mengajukan bahwa hidrogen adalah unsur yang menjadi kunci untuk asam – asam biasa. Pada tahun 1815, Prout mengajukan bahwa hidrogen adalah unsur yang paling dasar dan atom – atom lainnya dapat dibentuk dari hidrogen. Bohr ( 1913 ) memilih atom H untuk penerapan pertama dari mekanika kuantum pada struktur atom. Schrodinger (1927) mendasarkan mekanika gelombangnya pada atom H dan teori – teori struktur molekul menggunakan molekul H2 sebagai titik pangkal.  
2.2 Isotop Hidrogen
       Hidrogen adalah satu-satunya unsur yang memiliki tiga nama berbeda untuk isotopnya. Tiga isotop hidrogen yang dikenal yakni : 1H (Protium atau P), 2H (Deutrium atau D), 3H (Tritium atau T).  Dalam awal perkembangan keradioaktivitasan, beberapa isotop radioaktif berat diberikan nama, namun nama-nama tersebut tidak lagi digunakan. Simbol D dan T kadang-kadang digunakan untuk merujuk pada deuterium dan tritium, namun simbol P telah digunakan


untuk merujuk pada fosfor, sehingga tidak digunakan untuk merujuk pada protium. Dalam tatanama IUPAC, International Union of Pure and Applied Chemistry mengijinkan penggunaan D, T, 2H, dan 3H walaupun 2H dan 3H lebih dianjurkan.
Walaupun efek isotop paling besar bagi hidrogen, untuk membenarkan penggunaan nama yang berlainan, bagi dua isotop yang lebih berat, maka sifat – sifat kimia H, D, dan T pada hakikatnya serupa kecuali dalam hal – hal seperti laju, dan tetapan kesetimbangan reaksi. Bentuk normal unsur-unsur adalah molekul diatom; berbagai kemungkinan ialah H2, D2, T2, HD, HT, atau DT.
Deuterium sebagai D2O dipisahkan dari air dengan cara distilasi bertingkat atau elektrolisis, dan disediakan dalam jumlah ton untuk pemakaiannya sebagai moderator dalam reaktor nuklir.
Isotop  hidrogen lainnya yang tidak stabil (4H sampai 7H) juga telah disintesiskan di laboratorium namun tidak pernah dijumpai secara alami.
a.       1H adalah isotop hidrogen yang paling melimpah, memiliki persentase 99.98% dari jumlah atom hidrogen. Oleh karena inti atom isotop ini hanya memiliki proton tunggal, ia diberikan nama yang deskriptif sebagai protium, namun nama ini jarang sekali digunakan.
b.        2H, isotop hidrogen lainnya yang stabil, juga dikenal sebagai deuterium dan mengandung satu proton dan satu neutron pada intinya. Deuterium juga disebut hidrogen berat. Deuterium tidak bersifat radioaktif, dan tidak memberikan bahaya keracunan yang signifikan. Air yang atom hidrogennya merupakan isotop deuterium dinamakan air berat. Deuterium dan senyawanya digunakan sebagai penanda non-radioaktif pada percobaan kimia dan untuk pelarut 1H-spektroskopi NMR. Air berat digunakan sebagai moderator neutron dan pendingin pada reaktor nuklir. Deuterium juga berpotensi sebagai bahan bakar fusi nuklir komersial.
c.        3H dikenal dengan nama tritium dan mengandung satu proton dan dua neutron pada intinya. Ia memiliki sifat radioaktif, dan mereras menjadi Helium-3 melalui pererasan beta dengan umur paruh 12,32 tahun. Sejumlah kecil tritium dapat dijumpai di alam oleh karena interaksi sinar kosmos dengan atmosfer bumi, tritium juga dilepaskan selama uji coba nuklir. Ia juga digunakan dalam reaksi fusi nuklir, sebagai penanda dalam geokimia isotop dan terspesialisasi pada peralatan self-powered lighting. Tritium juga digunakan dalam penandaan percobaan kimia dan biologi sebagai radiolabel.

1H atau H
Protium
2H atau D
Deuterium
3H atau T
Tritium
Nomor Massa
1,0078
2.0141
3.0160
Titik Didih
-259.1
-254.4
-
Titik Beku
-252.7
-249.6
-
Kestabilan Inti
Stabil
Stabil
Tidak Stabil, separuhnya akan meluruh dalam 12,3 tahun

2.3  Kelimpahan Hidrogen di alam
Hidrogen yang terdapat di alam mengandung 0,02% deuterium, sedangkan tritium(terbentuk secara terus menerus di lapisan atas atmosfer pada reaksi inti  yang direduksi oleh sinar kosmik) terdapat di alam hanya dalam jumlah yang sangat kecil, kira – kira sebanyak 1 per 1017, dan bersifat radioaktif (β -, 12,4 tahun).
Hidrogen adalah unsur yang terdapat di alam dalam kelimpahan terbesar yaitu 93% tetapi hanya sedikit yang terdapat di bumi. Dari analisis spektrum sinar yang dipancarkan oleh bintang, disimpulkan bahwa bintang teruma terdiri dari hidrogen sebagai bahan bakar nuklir untuk menghasilkan cahaya. Dalam udara, hidrogen terdapat kuranag dari 1 ppm volume meskipun ia merupakan 10-30 % bagian dari gas alam.

Hidrogen sangat reaktif sehingga di bumi terdapat sebagai senyawa. Hidrogen yang terdapat di bumi sekitar 3% atau 0,14 massa. Air mengandug hidrogen sebanyak 11,1% massa, minyak bumi 14%, karbohidrat misalnya pati 6%.
Hidrogen yang terdapat di alam ada 3 isotop, yaitu 1H (hidrogen), 2H  (D= deuterium) 3H  (T= tritium), dengan perbandingan H: D: T=10.000.000 : 2.000 : 1
Karena selisih perbandingan besar tersebut, isotop hidrogn memiliki nama sendiri-sendiri. Air yang terbentik dari deuterium atau D2O di sebut air berat dengan perbandingan : H2O:D2O=5.000:1.
Walaupun H2O lebih banyak dari pada D2O, ikatan-ikatan isotop D dan T dngan atom-atom lain lebih kuat dari pada atom H. apabila air di elektrolisis dengan hasil gas hidrogen dan oksigen ikatan-ikatan O-H mengalami pemutusan lebih dulu dari pada ikatan O-D, sehingga dalam air yang tersisa makin besar kandungan air beratnya D2O. pada elektrolisis 30 L air hingga tersisa 1 mL, di peroleh kandungan 99% D2O.
2

2.4  Sifat Fisika dan Kimia
a.    Sifat Fisika
·           Nomor atom                             : 1
·           Titik lebur                                 : -259,140C
·           Titik didih                                 : -252,87 0C
·           Warna                                       : tidak berwarna
·           Bau                                           : tidak berbau
·           Densitas                                    : 0,08988 g/cm3 pada 293 K
·           Kapasitas panas                        : 14,304 J/gK
·           Temperatur kitis                        : -2410C
·           Tekanan kritis                           : 20 atm
·           Berat atom                                : 1,0080

b.    Sifat Kimia
Gas hidrogen termasuk gas yang mudah terbakar. Gas hidrogen dapat bersifat eksplosif jika membentuk campuran dengan udara dengan perbandingan volum 4%-75%, sedangkan dengan klorin perbandingan volumnya yaitu 5%, -95%.
Akibat dari gas hidrogen yang sangat ringan maka api yang disebabkan pembakaran oleh gas hidrogen cenderung bergerak ke atas dengan cepat sehingga dapat mengakibatan kerusakan yang sangat sedikit jika dibandingkan dengan api yang berasal dari pembakaran hidrokarbon. Hidrogen sangatlah larut dalam berbagai senyawa yang terdiri dari logam tanah nadir dan logam transisi dan dapat dilarutkan dalam logam kristal maupun logam amorf.  
Kehilangan satu-satunya elektron valensi membemtuk ion H+ atau tinggal I proton saja dengan ukuran yang sangat keci, jari-jari sekitar I,5 × I0-3 pm, sehingga ia mampu menyimpangkan (medistorsi) awan elekton disekeliling atom-atom lain. Dalm air walau sering ditli sebagai H+, sesungguhnya terasosiasi dengan molekul air yang tidak terbatas jumlahnya sebagai [ H(H2O)n]+ atau H3O+.
Pengikatan I elektron membetuk ion hidrida H+. ion ini hanya terdapat Kristal-kristal hidrida dari logam –logam yang sangat elektroposotif seperti logam-logam alkali dam alkali tanah, misalnya NaH dan CaH2.

a.         Ikatan dari Hidrogen
Kimiawi hidrogen terutama bergantung kepada tiga proses elektronik yang dibicarakan pada bab 8, hal 211, yaitu
1.    Hilangnya elektron valensi 1s membentuk H+. Ukurannya yang kecil, r 1,5 x 10-13 cm, relative terhadap ukuran r 10-8 cm. serta muatannya yang kecil yang dihasilkan oleh kemampuannya yang khas untuk mendistorsi awan elektron di sekeliling atom – atom lain. Proton tidak pernah ada dalam bentuk seperti itu kecuali dalam berkas ion gas. Proton ini bergabung dengan atom – atom atau molekul – molekul lain. Meskipun ion hidrogen berada dalam air, umumnya ditulis sebagai H+, tapi sesungguhnya H3O+ atau H(H2O)n+.
2.    Penambahan elektron membentuk H-. atom H dapat memperoleh satu elektron dan membentuk ion hidrida, H- dengan struktur He Is2. Ion ini ada hanya dalam Kristal hidrida dari logam – logam elektropositif, seperti NaH, CaH2.
3.    Pembentukan ikatan kovalen tunggal seperti CH4. Nonlogam dan juga banyak logam dapat membentuk ikatan kovalen dengan hidrogen.
Kimiawi senyawaan hidrogen sangat bergantung pada sifat unsure dan sifat gugus atau ligan lain yang ada. Sampai seberapa jauh senyawaan berdisosiasi dalam pelarut polar dan bertindak sebagai asam sebagian bergantung pada sifat dari X.
HX                       H+ + X-
Yang juga penting adalah struktur elektronik dan bilangan koordinasi dari oekul keseluruhan. Mari kita tinjau BH3, CH4, NH3, OH2, dan FH. Yang pertama bertindak sebagai asam lewis dan terdimerisasi menjadi B2H6 .CH4 tidak reaktif dan netral; NH3 mempunyai sepasang elektron bebas dan merupakan basa; H2O dengan 2 pasang elektron bebas dapat bertindak sebagai basa atau asam yang sangat lemah; HF, suatu gas jauh lebih kuat meskipun masih merupakan asam lemah dalam larutan akua.
Seluruh ikatan H – X mempunyai beberapa sifat polar dengan dipole yang mengarah H – X atau H – X. sebutan hidrida biasanya diberikan kepada senyawaan yang dipole negatifnya ada pada hodrogen sebagai contoh SiH4, Si – H . tetapi, meskipun HCl sebagai H – Cl adalah asam kuat dalam larutan akua, ia merpakan gas dan hidrida kovalen.
Hidrogen mempunyai sifat ikatan yang unik. Beberapa di antaranya adalah
1.      Pembentukan banyak senyawaan, seringkali nonstoikiometrik, dengan unsur-unsur logam. Umumnya disebut hidrida tetapi tidak dapat dipandang sebagai hidrida garam sederhana.
2.      Pembentukan ikatan jembatan hidrogen pada senyawa tuna-elektron seperti (9-I) dan kompleks logam transisi seperti (9-II).
3.      Ikatan hidrogen. Umumnya mendominasi kimiawi air, larutan akua, pelarut hidrolitik, dan spesies yang mengandung –OH, bertanggung jawab antara lain bagi rangkaian rantai polipeptida pada protein dan pasangan basa asam nukleat.


b.        Ikatan Hidrogen
Bila hidrogen terikat pada atom lain, X terutama F, O, N, atau Cl sedemikian hingga ikatan  X – H benar-benar polar dengan H menyandang muatan parsial positif, hidrogen dapat berinteraksi dengan atom lain yang negatif atau yang kaya elektron, Y, membentuk ikatan yang disebut ikatan hidrogen (ikatan –H) ditulis sebagai
                                         X – H - - - Y
Ikatan hidrogen terutama disebabkan oleh gaya elektrostatik dari H dan Y. Jarak X−H menjadi sedikit panjang, namun ikatan ini merupakan tetapan ikatan 2-elektron yang normal. Jarak antara H−Y lebih panjang daripada ikatan kovalen H−Y yang normal.

Pada ikatan hidrogen yang paling kuat, jarak X terhadap Y menjadi cukup pendek, dan jarak X−H serta Y−H hampir sama besarnya. Pada kasus tersebut diduga adanya komponen-komponen kovalen dan elektrostatik dalam kedua X−H dan Y−H.

Bukti eksperimen bagi ikatan hidrogen mula-mula datang dari pembandingan sifat-sifat fisika senyawaan hidrogen. Contoh-contoh klasik tampak pada titik didih abnormal dari NH3, H2O, dan HF (gambar 9-1) yang mengandung asosiasi molekul-molekul tersebut dalam fase cairnya. Contoh sifat fisika  yang merupakan asosiasi adalah panas penguapan. Sifat-sifat tersebut merupakan sarana yang berguna untuk pendeteksian ikatan hidrogen. Bagi padatan bukti tersebut berasal dari studi mengenai kristal dengan sinar-X dan difraksi neutron; bagi cairan dan arutan berasal dari spektra inframerah dan resonansi magnetik inti.

Mengenai struktur ikatan hidrogen disediakan oleh adanya jarak X terhadap Y yang lebih pendek daripada kontak van der Waals yang diharapkan bila ada ikatan hidrogen. Mialnya, pada kristal NaHCO3 terdapat empat jenis jarak O . . . O antara ion HCO3-dengan harga 3,12 ; 3,15 ;3,19 dan 2,55  Ä‚. Tiga harga pertama kira-kira sama dengan dua kali jari-jari van der Waals  dari oksigen, tetapi yang terakhir menyatakan adanya ikatan hidrogen O−H . . . O. Apabila golongan X –H memasuki ikatan hidrogen, pita ulur X –H pada spektrum infra merah  frekuensinya menjadi lebih rendah, lebih luas, dan intensitasnya terintegrasinya makin tinggi.

2.5  Pembuatan Hidrogen
a.    Skala Laboratorium
Seringkali hidrogen dibuat dalam laboratorium oleh kerja larutan encer asam kuat dengan logam yang sedang – sedang keaktifannya. Asam klorida dan asam sulfat encer merupakan asam yang memuaskan, zink, alumunium, besi dan magnesium seringkali digunakan sebagai logamnya. Berikut persamaan yang mewakilinya:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2

Logam- logam dalam grup IA dan bagian bawah grup IIA bersifat begitu reaktif sehingga bahkan dengan air mereka bereaksi dan menghasilkan hidrogen. Reaksi berikut ini khas:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2

Natrium, Kalium, Rubidium, dan Sesium bereaksi sedemikian hebat dengan air pada temperatur kamar sehingga hidrogen itu dapat menyala oleh kalor yang dibebaskan. Reaksi dengan air semacam itu begitu hebat sehingga harus dilakukan dengan hati – hati. Kalsium dan Lithium bereaksi lebih lambat dengan air.

b.   Produksi Komersial Hidrogen
Hidrogen merupakan salah satu zat yang paling penting dalam deretan bahan – bahan kimia. Produksi hidrogen di Amerika Serikat meningkat sekitar 15 persen tiap tahun sejak perang dunia II. Dari produksi dunia dewasa ini, yang diperkirakan sekitar 1013 kaki kubik standar, lebih dari sepertiganya dihasilkan di Amerika Serikat. Diperkirakan pada tahun 2000 produksi hidrogen di Amerika serikat dapat mencapai 52 x 1013 kaki kubik standar.

Tiga metode untuk memperoleh unsur yang makin berharga ini adalah metoda gas-air, metoda kukus-hidrokarbon, dan elektrolisis air.

·         Metoda Gas – Air
Bila kukus dilewatkan di atas arang panas, akan terbentuk karbon monoksida dan hidrogen.
C + H2O → CO+ H2
Campuran karbonmonoksida dan hidrogen ini yang disebut gas air. Gas air ini merupakan bahan bakar yang bernilai karena kedua zat itu dapat dibakar. Jika diinginkan hidrogen murni, campuran itu diolah dengan kukus dalam kehadiran katalis, untuk mengoksidasi karbon monoksida menjadi karbon dioksida. Berikut persamaan reaksinya :
CO + H2 +H2O → CO2 + 2H2
Karbon dioksida mudah dipisahkan dengan melewatkan campuran kedua gas itudalam air di bawah tekanan. Hasilnya yaitu karbon dioksida larut, sedangkan hidrogen tidak.
·         Metoda Kukus – hidrokarbon
Hidrogen komersial dalam jumlah besar dibuat dengan melewatkan hidrokarbon dan lewat katalis nikel pada temperatur tinggi. Persamaan untuk reaksi yang menggunakan hidrokarbon tersederhana metana adalah sebagai berikut.
CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2
Karbon dioksida dan hidrogen dapat dipisahkan seperti yang diterangkan di atas, atau karbon dioksida dapat diambil dengan melewatkan campuran pada kapur tohor:
                                    CO2 + H2 + CaO → CaCO3 + H2
·         Dari air dengan elektrolisis
Karena sumber hidrogen yang berlimpah adalah air, maka akan ideallah bila air dapat diuraikan menjadi hidrogen dengan oksigen dengan murah. Suatu cara yang memuaskan untuk menguraikan air adalah dengan melewatkan arus searah lewat air yang telah ditambahi sedikit asam sulfat. Penggunaan arus listrik untuk melakukan suatu reaksi redoks disebut elektrolisis.

Persamaan untuk reaksi setengah dan reaksi keseluruhan untuk elektrolisis air adalah
Reduksi                                   : 2[2H+ + 2e- → H2
Oksidasi                                  : 2H2O (l) → O2(g) + 4H+ + 4e
Reaksi keseluruhan                  : 2H2O (l) → 2H2(g) + O2(g)

Bila 36 gram air diuraikan oleh arus listrik menjadi hidrogen dan oksigen, digunakan energi listri yang ekuivalen dengan 572 kJ. Karena persyaratan energi tinggi, pembuatan hidrogen dan oksigen secara elektrolisis sangatlah mahal untuk penggunaan komersial. Namun, proses itu penting untuk memperoleh oksigen dan hidrogen yang sangat murni.
Di alam hidrogen merupakan senyawa yang paling banyak dibandingkan dengan unsur-unsur lainnya, namun senyawa-senyawa tersebut tidak cukup sebagai bahan awal untuk pengadaan H2 (g). Dan senyawa yang paling banyak digunakan untuk mendapatkan H2 adalah air (H2O). Untuk menurunkan bilangan oksidasi H dari +1 menjadi 0 adalah dengan karbon, karbon monoksida, atau metana sebagai pereduksi.
Reaksi gas air :            C(P) +   H2O(g)    Î”           CO(g) + H2(g)                                        (13.1)
                                    CO(g) + H2O(g)       Î”       CO2(g) + H2(g)                                       (13.2)
Penyusunan kembali dari metana :     CH4(g)  +  H2O(g)      Î”        CO(g) + 3H2(g)          (13.3)
Hanya sedikit senyawa yang dapat diuraikan menjadi unsur-unsur melalui pemanasan sampai suhu sedang, tetapi tidak termasuk H2O. Bahkan pada suhu 2000áµ’C, kurang dari 1% air terurai menjadi H2 dan O2. Untuk penguraian senyawa dapat digunakan suatu teknik yang disebut elektrolisis yaitu penguraian dengan arus listrik. Berikut ini merupakan gambar dari proses elektrolisis air 
Reaksi dari proses tersebut dapat ditulis sebagai berikut :
2 H2O(c)   elektrolisis          2H2(g)  +  O2(g)                          (13.4)
Reaksi (13.4) sederhana dan menghasilkan gas dengan kemurnian tinggi, tetapi memakan terlalu banyak energi listrik. Daur reaksi berikut, sebagai contoh menggunakan H2O sebagai pereaksi bersih dan 2H2(g) dan  O2(g)     sebagai hasil reaksi bersih. Bahan-bahan lainnya didaur ulang. Reaksi proses daur ulang adalah sebagai berikut
                        6 FeCl2 + 8 H2O          650áµ’C      2 Fe3O4  + 12 HCl  + 2H2
2 Fe3O4 + 12 HCl  + 3Cl2        200áµ’C      6 FeCl2  + 6 H2O + O2
                                    6 FeCl3                450áµ’C        6 FeCl2 + 3Cl2
bersih :                         2 H2O                            2H2 + O2                                          (13.5)
Dalam proses tidak ada suhu diatas 650áµ’C. Dilaboratorium, H2(g) paling mudah dihasilkan dengan reaksi logam tertentu dengan larutan asam dalam air (misalnya, HCl).
Zn(s) + 2H+ (aq)              Zn2+(aq)    + H2(g)                       (13.6)
Hanya sedikit logam yang dapat untuk memindahkan H2(g)   dari larutan yang berisi H+. Logam yang paling aktif, yaitu anggota golongan IA dan golongan IIA yang lebih berat, mampu memindahkan H2(g) dari air dingin.
            2 M(p) + 2 H2O(l)                      2M+ (aq) + 2 OH-(aq) + H2(g)                      (13.7)
(M = unsur golongan IA)
2 M(p) + 2 H2O(l)                      M2+ (aq) + 2 OH-(aq) + H2(g)  (13.8)
(M= Ca, Sr, Ba, Ra)

2.6  Senyawaan Penting Hidrogen
a. Air dan Es
Molekul air terdiri dari dua atom hidrogen (H) dansatu atom oksigen (O).Atom-atom hidrogen dan oksigen terikat dengan membagi elektron mereka antara satu dan lainnya.Ikatan ini disebut “ikatan kovalen”.atom oksigen menarik elektron lebih kuatdari atom hidrogen, atom oksigen dalam molekul air sedikit lebih negatif dan atom hydrogen sedikit lebih positif. molekul air yang berdekatan tertarik antara satu dengan yang lainnya membentuk ikatan hidrogen yaitu melalui atom oksigen yang sedikit lebih negatif dan atom hidrogen yang sedikit lebih positif.
Struktur air sangat penting karena merupakan medium yang banyak kimiawi termasuk dalam kehidupan. Air sering disebut sebagai pelarut  universal karena air melarutkan banyak zat kimia. Air memiliki sifat yang unik dibandingkan dengan zat lain, umumnya benda lain memiliki masa jenis (RHo) yang besar dalam bentuk padat, tapi tidak dengan air. Pada suhu 4 °C air memiliki masa jenis optimal, pada bentuk cair. Bila suhu diturunkan masa jenisnya kembali mengecil. Air akan mulai membeku jika molekulnya tidak memiliki lagi cukup energi untuk melepaskan diri dari ikatan atom hidrogen (H). Pada 0°C mulailah terbentuk ikatan-ikatan yang kuat, dimana setiap atom Oksigen (O) secara tetraedris dikelilingi oleh 4 atom Hidrogen (H). Air tidak memiliki struktur yang demikian teratur, tapi molekul air mendekat satu dan lainnya Karena ikatan hidrogen bahkan 90 ̊ C hanya beberapa persen molekul air yang tidak terikat melalui ikatan hidrogen.Struktur es menarik perhatian sebagai petunjuk mengenai struktur air. Dikenal 9 modifikasi air, yang kestabilannya masing-masing bergantung pada suhu dan tekanan. Es yang terbentuk dalam kesetimbangan dengan air pada 0 ̊ C dan 1 atm disebut es l. Berikut ini merupakan gambar dari struktur air dan es 1.


Pada struktur air setiap molekul terhubung ke 3-4 molekul yang lain melalui ikatan hidrogen. Struktur es Setiap molekul terhubung ke 4 molekul yang lain melalui ikatan hidrogen. Es yang pada mulanya ikatan molekul air tidak erat, akhirnya menjadi suatu kristal yang bolong-bolong (cluster). Struktur es memiliki tingkat kepadatan/masa jenis (density) yang lebih rendah. Itulah kenapa es (padat) dapat mengapung pada permukaan air.
Dalam suatu model cairan air, yang menarik namun tidak diterima secara universal .Cairan tersebut terdiri pada setiap saat atas jaringan tidak sempurna yang sangat mirip dengan jaringan dari air I, namun ada perbedaan dalam hal:
a.       Beberapa interaksi mengandung molekul-molekul air yang bukan milik jaringan, melainkan malah mengganggunya’
b.      Jaringan tersebut merupakan tambalan dan tidak meluas sepanjang jarak yang panjang tanpa patahan,
c.       Daerah-daerah beranah pendek secara tetap berdisintegrasi dan terbentuk kembali (kelompok yang  berkelap-kelip)
d.      Jaringan agak berkembang dibandingkan dengan es.
Fakta bahwa air mempunyai rapatan yang sedikit lebih besar daripada es I dapat disebabkan oleh adanya cukup  air intersif sampai melebihi yang diperlukan untuk menyeimbangkan pengembangan dan ketidakteraturan jaringan es I. Model air ini mendapat dukungan dari studi mengenai hamburan sina – X.
b. Hidrat dan Klatrat Air
Padatan yang mengandung molekul-molekul senyawaan bersama-sama dengan molekul-molekul air disebut hidrat. Molekul air yang terikat dalam hidrat tersebut disebut dengan air hidrat. Sebagian besar hidrat terdiri atas molekul-molekul diskret baik terikat kepada kation melalui atom oksigen,atau terikat kepada anion atau atom yang kaya elektron melalui hidrogen atau keduanya .

Terdapat tiga cara utama pengikatan molekul-molekul air dalam hidrat, yaitu :
a)      Melalui oksigen kepada kation
b)      Melalui hidrogen kepada anion
c)      Suatu gabungan dari dua cara terdahulu
Melalui proses pemanasan, senyawa hidrat atau garam hidrat bisa terurai menjadi senyawa anhidrat atau garam anhidrat dan uap air. Artinya molekul air (air hidrat) terlepas dari ikatan dimana kehilangan air. Pada banyak kasus bila hidrat dipanaskan di atas 100oC, air dapat di keluarkan dan meninggalkan senyawa anhidridana. Namun pada beberapa kasusu bukanlah air yang dikeluarkan namun zat lain yang dikeluarkan. Misalnya banyak hidrat klorida mengeluarkan HCl dan meninggalkan korida okso :
panas
ScCl3.6H2O                     ScOCl + 2HCl (g) + 5H2O(g)
Air juga membentuk banyak senyawa ang disebut hidrat gas, yang sebenarnya adalah jenis senyawa klatrat. Suatu klatrat (dari kata latin Clathratus yang berarti “tertutup atau terlindungi oleh kisi-kisi”) adalah zat yang satu komponennya mengkristal dalam struktur sangat terbuka yang mengandung lubang-lubang atau saluran-saluran, dimana taom-atom atau molekul-molekul kecil dari komponen kedua dapat terjebak kedalamnya. Selain air terdapat sejumlah zat misalnya p-quinol, [C6H4(OH)2]  dan urea yang dapat membentuk klarat. Hidrat gas terbentuk pada suhu rendah dan tekanan tinggi.
Terdapat dua struktur umum hidrat gas, keduanya berupa kubus. Pada struktur pertama, sel satuan mengandung 46 molekul H2O yang berhubungan membentuk enam kurunga berukuran sedang, dua yang kecil. Struktur ini dianut apabila digunakan atom-atom (Ar,Kr,Xe) atau molekul-molekul yang relatif kecil (seperti Cl2, SO2, CH3Cl); bagi gas pada umumnya pada tekanan lebih besar dari 2 atm. Jika hanya kurungan sedang yang terisi sempurna oleh atom atau molekul X, akan dihasilka komposisi X.7,67 H2O. Sedangkan pengisian sempurna semua dari delapan kurungan akan membentuk X.5,76 H2O. Dalam praktek pengisian sempurna semua kurungan dari satu atau kedua jenis tadi jarang tercapai , dan rumus-rumus tersebut karenanya mewakili komposisi batas, bukan komposisi teramati; misalnya rumus yang biasana bagi hidrat klor adalah Cl2.7,30 H2O. S
truktur kedua , sering terbentuk dengan adanya molekul-molekul zat cair yang lebih besar (karena itu kadang-kadang disebut struktur hidrat cairan) seperti kloroform dan etil klorida, memilki sel satuan yang mengandung 136 molekul air dengan delapan kurungan besar dan enam belas kurungan yang lebih kecil. Efek anestetik dari zat seperti kloroform dapat disebabkan oleh pembentukan kristal hidrat cairan dalam jaringan otak.
Golongan ketiga senyawa klarat yang perlu dicatat adalah hidrat garam, terbentuk bila tetra alkil amonium atau garam sulfonium mengkristal dari larutan akua dengan kandungan air tinggi, pada [(n-C4H9)4N]C6H5CO2.39,5H2O atau [(n-C4H9)3S]F.2H2O. Struktur zat-zat  ini pada garis besarnya sangat mirip dengan struktur hidrat gas dan cairan, walaupun berbeda dalam rinciannya.
 Struktur tersebut terdiri atas rangka yang terutama terdiri atas molekul-molekul air terikat dengan ikatan-hidrogen, tetapi rupa-rupanya juga mengandung anion-anion (misalnya F-) atau bagian dari anion (misalnya atom O dari ion benzoat). Ketion beserta bagian dari anion (misalnya bagian C6H5C dari ion benzoat) menempati lubang-lubang secara acak dan tidak sempurna.

c.     Hidrida
Senyawa hidrogen semuanya dapat disebut hidrida, walaupun istilah ini seyogyanya diperuntukan bagi  senyawa-senyawa yang bukan senyawa organik ataupun asam. Seperti mungkin diharapkan terdapat berbagai jenis hidrida seperti dinyatakan oleh gambar berikut.
 Gambar Pengolahan hidrida. Unsur-unsur yang bertanda bintang adalah unsur-unsur transisi, yang diketahui memiliki molekul atau ion kompleks yang mengandung ikatan M-H.


Macam-macam hidrida
1. Hidrida garam
Unsur-unsur yang paling elektro positif, yakni logam alkali dan logam alkali tanah, membentuk hidrida yang sengat bersifat ion, disebut hidrida garam. Senyawa tersebut dapat dianggap mengandung kation logam dan ion H-.sifat dasar ionnya tampak pada sifat hantaran elektrik tepat dibawah atau pada titik lelehnya; bila dilarutkan dalam lelehan halida, hidrogen dikeluarkan pada elektroda positif . jari-jari ion H- terletak antara jari-jari F- dan Cl-. Hidrida logam alkali, LiH sampai dengan CsH, semua mempunyai struktur NaCl.
Hidrida garam dibuat dengan reaksi langsung logam dengan hidrogen pada 300 sampai 700oC.Zat-zat itu cukup reaktif terhadap air dan udara (kecuali LiH), semuanya adalah pereduksi yang sangat kuat atau pereaksi hidrogenasi.
Beberapa contoh khas dari hidrida kelompok ini, antara lain:
(i) Litium hidrida (LiH), yaitu senyawa kristalin tak berwarna dengan titik leleh sekitar 68 yang mana Li+ dan H- membentuk kristal berstruktur natrium klorida (NaCl). Pelepasan kuantitatif gas hidrogen di anoda saat dilakukan elektrolisis garam leburnya menyebabkan terbentuknya hidrida karena air bereaksi dengan hebat dengan lithium hidrida yang kemudian membebaskan gas hidrogen. Oleh karena senyawa ini agak melarut dalam eter, hidrida ini banyak digunakan sebagai pereduksi di kimia organik.
(ii) Kalsium hidrida (CaH ), yaitu padatan kristalin tak berwarna dengan titik leleh mencapai 816 . Seperti halnya LiH, CaH juga bereaksi hebat dengan air dan membebaskan gas hidrogen. Hidrida ini digunakan sebagai pembentuk gas hidrogen atau bahan dehidrator untuk pelarut organik atau dapat juga digunakan sebagai reduktor.
(iii) Natrium tetrahidroborat (NaBH ),  yaitu senyawa padatan kristalin berwarna putih yang terdekomposisi pada suhu di atas 400 dan biasanya disebut juga dengan natrium borohidrida. Padatan ini larut dalam air yang kemudian melepaskan gas hidrogen pada saat terdekomposisi. Padatan ini digunakan sebagai bahan pereduksi untuk senyawa anorganik dan organik dan dapat pula digunakan pada proses preparasi kompleks hidrida.
 
2. Hidrida kovalen
Diantara hidrida kovalen banyak yang berupa senyawaan molekular, termasuk senyawaan H2X dari golongan VIB. Senyawa H3X dari golongan VB, dan senyawa H4X dari golongan IVB, LiAlH4, dan banyak senyawaan hidrogen yang dibentuk oleh bor.
3. Hidrida logam transisi
Hidrida logam transisi sangat beragam sifatnya. Banyak terbentuk dari aksi langsung H2 pada logam . yang paling terkenal serta yang paling penting terbentuk oleh lantanida, aktinida, dan unsur-unsur golongan IVA serta VA. Sebagian besar adalah padatan hitam nonstoikiometrik; jenis komposisi antaralain LaH2,87, YbH2,55, TiH1,7, dan ZrH1,9. Uranium membentuk hidrida yang pasti stoikiometrinya, UH3, merupakan pereaksi yang berguna untuk membuat senyawa uranium lainnya.
Hidrida-hidrida lantanida dan aktinida tampaknya bersifat ion namun pemerian yang terperinci yang sangat memuaskan mengenai senyawaan-senyawaan ini belum dikembangkan. Hidrida golongan IVA dan VA bahkan masih kurang dipahami dengan baik.
Dari sifat logam-logam transisi, hanya paladium dan beberapa paduannya rupa-rupanya membentuk fase hidrida yang pasti.

2.7  Penggunaan Hidrogen
Sekitar 42 persen hidrogen yang dihasilkan digunakan untuk membuat amonia dan 38 persen dalam pengilangan minyak bumi. Sisanya (20 persen) terbagi antara banyak industri, dengan penerapan metalurgi dan proses makanan memerlukan kuantitas terbanyak. Di masa depan, lebih banyak pengilangan minyak, pertumbuhan plastik dan elastomer (zat mirip karet) yang meningkat, lebih banyak proses membuang belerang dari dalam minyak bakar, lebih banyak reduksi bijih besi, sel bakar hidrogen – udara, dan penggunaan penerbangan , semuanya cenderung meningkatkan kebutuhan akan hidrogen. Bila sumber – sumber bahan bakar menjadi cukup menipis , hidrogen dapat juga menjadi dasar ekonomi bahan bakar negara – negara maju. 


0 komentar
Langganan: Komentar (Atom)