Unsur Gas Mulia

GAS MULIA

Pada pembahasan kali ini saya akan sedikit mengulas mengenai unsur Gas Mulia.

1.    Sejarah Gas Mulia

Golongan gas mulia atau golongan VIII A adalah unsur-unsur yang memiliki delapan electron valensi dengan konfigurasi elektronik terluar ns² np⁶. Unsur – unsure tersebut adalah Helium (He), Neon (Ne), Argon(Ar), Kripton(Kr), Xenon (Xe), Radon (Rn).
Gas mulia yang pertama kali ditemukan adalah Argon. Awalnya seorang ahli fisika inggris, Lord Rayleight (1842-) menemukan bahwa Nitrogen yang diperoleh dari ammonia tenyata jauh lebih ringan daripada Nitrogen yang berasal dari atmosfer. Kemudian ia dan William Ramsay (1852-1916) sama-sama meneliti Nitrogen yang berasal dari atmosfer yaitu dengan memindahkan Nitrogen dari atmosfer dan dihasilkan sejumlah kecil gas lain. Mereka berdua menamakan gas tersebut Argon dari bahasa yunani yang berarti diam. Hal ini disebabkan karena gas tersebut tidak bereaksi dengan apa saja. Setahun kemudian (1895) ditemukan unsur Helium. Kemudian Ramsay dan asistennya Morris Travers (1872-1961) melakukan destilasi bertingkat pada sejumlah besar kuantitas udara cair dan Argon. Pada tahun 1898 mereka berhasil menemukan unsure gas mulia yang lain yaitu krypton, xenon dan neon. Pada tahun 1894, seorang ahli kimia inggris bernama William Ramsay mengidentifikasi zat baru yang terdapat dalam udara. Sampel udara yang sudah diketahui mengandung nitrogen, oksigen, dan  CO₂ dipisahkan. Ternyata dari hasil pemisahan tersebut, masih tersisa suatu gas yang tidak reaktif (inert). Karena gas tersebut tidak dapat bereaksi dengan zat-zat lain sehingga dinamakan argon (Bahasa yunani Argos berarti malas). Empat tahun kemudian, Ramsay menemukan unsure baru dari hasil pemanasan mineral kleverit. Dari mineral tersebut terpencar sinar alfa yang merupakan spectrum matahari. Oleh karena itu unsure ini diberi nama Helium (Dari bahasa yunani helios = matahari).Rutherford dan Rays pada tahun 1907 menunjukkan bahwa partikel-partikel alfa tidak lain inti nucleus helium. Pada saat ditemukan, kedua unsur ini tidak dapat dikelompokkan kedalam unsur-unsur yang sudah ada, karena memiliki sifat yang berbeda. Ramsay mengusulkan agar unsur tersebut ditempatkan pada suatu golongan tersendiri, yaitu terletak antara golongan halogen dan golongan alkali. Pada masa itu, golongan tersebut merupakan kelompok unsure yang tidak bereaksi dengan unsur – unsur lain (inert) dan diberi nama golongan unsure gas mulia atau golongan nol.

Gas mulia yang lain ditemukan segera dari hasil destilasi udara cair pada tahun 1898 yaitu neon (neos = baru), xenon (xenos = asing/ tak dikenali) dan krypton (kryptos = tersembunyi). Kemudian pada tahun 1900, Rutherford mendapatkan bahwa ada gas yang dihasilkan oleh mineral radium, gas itu bersifat radioaktif dan dinamakan radon oleh Schmidt dalam tahun 1918.

2.    Keberadaan Di Alam

Gas mulia adalah unsur-unsur yang terdapat dalam golongan VIIIA yang memiliki kestabilan yang sangat tinggi dan sebagian ditemukan di alam dalam bentuk monoatomik. unsur-unsur yang terdapat dalam gas mulia yaitu Helium (He), Neon (Ne), Argon(Ar), Kripton(Kr), Xenon (Xe), Radon (Rn). Gas-gas ini pun sangat sedikit kandungannya di bumi. Dalam udara kering maka akan ditemukan kandungan gas mulia sebagai berikut :

Helium = 0,00052 %

Neon = 0,00182 %

Argon = 0,934 %

Kripton = 0,00011 %

Xenon = 0,000008

Radon = Radioaktif*

Tapi di alam semesta kandungan Helium paling banyak diantara gas mulia yang lain karena Helium meupakan bahan bakar dari matahari. Radon amat sedikit jumlahnya di atmosfer atau udara. Dan sekalipun ditemukan akan cepat berubah menjadi unsur lain, karena radon bersifat radioaktif. Dan karena jumlahnya yang sangat sedikit pula radon disebut juga sebagi gas jarang. Semua unsure gas mulia terdapat di udara. Unsure gas mulia yang paling banyak terdapat di udara adalah argon, sedangkan unsure gas mulia yang paling sedikit adalah radon yang bersifat radioaktif dengan waktu paruh yang pendek ( 4 hari ) dan meluruh menjadi unsure lain. Gas mulia kecuali radon diperoleh dengan cara destilasi bertingkat udara cair. Sedangkan radon hanya dapat diperoleh dari peluruhan radioaktif unsure radium, berdasarkan reaksi inti berikut: ²²⁶₈₈Ra ²²²₈₆Rn + ⁴₂He. Helium merupakan komponen (unsure) terbanyak di alam semesta yang diproses dari gas alam, karena banyak gas alam yang mengandung helium. Secara spektoskopik helium telah terdeteksi keberadaanya di bintang-bintang, terutama di bintang yang panas ( seperti matahari). Helium juga merupakan komponen penting dalam reaksi proton–proton dan siklus karbon yang merupakan bahan bakar matahari dan bintang lainnya.              

3.    Sifat Fisik dan Kimia

Gas mulia memiliki beberapa sifat baik secara fisis maupun kimia, sebelum membahas hal tersebut mari kita lihat data-data dari gas mulia. Berikut merupakan beberapa ciri fisis dari gas mulia.

	Helium	Neon	Argon	Kripton	Xenon	Radon
Nomor atom	2	10	18	32	54	86
Elektron valensi	2	8	8	8	8	8
Jari-jari atom(Ǻ)	0,50	0,65	0,95	1,10	1,30	1,45
Massa atom (gram/mol)	4,0026	20,1797	39,348	83,8	131,29	222
Massa jenis (kg/m3)	0.1785	0,9	1,784	3,75	5,9	9,73
Titik didih (0C)	-268,8	-245,8	-185,7	-153	-108	-62
Titikleleh (0C)	-272,2	-248,4	189,1	-157	-112	-71
Bilangan oksidasi	0	0	0	0;2	0;2;4;6	0;4
Keelekronegatifan	-	-	-	3,1	2,4	2,1
Entalpi peleburan (kJ/mol)	*	0,332	1,19	1,64	2,30	2,89
Entalpi penguapan (kJ/mol)	0,0845	1,73	6,45	9,03	12,64	16,4
Afinitas elektron (kJ/mol)	21	29	35	39	41	41
Energi ionisasi (kJ/mol)	2640	2080	1520	1350	1170	1040

Helium dipadatkan dengan cara menaikkan tekanan bukan menurunkan suhu. Adapula hal penting yang menyebabkan gas mulia amat stabil yaitu konfigurasi elektronnya. Berikut adalah konfigurasi elektron gas mulia :

He = 1s²

Ne = 1s² 2s² 2p⁶

Ar = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Kr = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶

Xe = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶

Rn = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶

Karena konfigurasi elektronnya yang stabil gas mulia juga biasa digunakan untuk penyingkatan konfigurasi elektron bagi unsur lain.

contoh :
Br = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁵ 

Menjadi

Br = [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁵

      Sifat-sifat umum gas mulia antara lain :

1.    Tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa dan sedikit larut dalam air.

2.    Mempunyai elektron valensi 8 dan khusus untuk Helium mempunyai elekron valensi 2.

3.    Terdiri atas satu atom (monoatomik).

4.    Kulit terluarnya sudah penuh maka gas mulia bersifat stabil dan tidak reaktif. Jadi, afinitas elektronnya mendekati nol.

Sifat fisika gas mulia antara lain :

Selain memiliki karakteristik yang khas pada sifat atomik gas mulia juga memiliki karakteristik yang khas untuk sifat fisisnya.

1.    Kerapatannya bertambah dari Helium ke Radon

Nilai kerapatan gas mulia dipengaruhi oleh massa atom, jari-jari atom dan gaya London. Nilai kerapatan semakin besar dengan pertambahan massa atom dan kekuatan gaya London, sebaliknya semakin kecil dengan pertambahan jari-jari atomnya, karena nilai kerapatan gas mulia bertambah dari He ke Rn maka kenaikan nilai massa atom dan kekuatan gaya London dari He ke Rn lebih dominan dibandingkan kenaikan jari-jari atom.

2.    Titik didih dan titik leleh bertambah dari He ke Rn

Hal ini dikarenakan kekuatan gaya London bertambah dari He ke Rn sehingga atom-atom gas mulia semakin sulit lepas. Dibutuhkan energy dalam hal ini suhu yang semakin besar untuk mengatasi gaya London yang semakin kuat. Titik didih dan titik leleh gas mulia makin tinggi dengan makin besarnya nomor atom. Titik didihnya beberapa derajat dibawah titik lelehnya. Titik didih dan titik leleh gas mulia sangat rendah hal tersebut menunjukkan bahwa gaya tarik menarik antar atom (ikatan van der waals) sangat lemah. Helium merupakan zat yang titik didihnya paling rendah dibandingkan dengan semula zat di alam semesta. Titik leleh Helium (-272⁰) mendekati suhu mutlak. Gas mulia memiliki titik didih dan titik leleh yang sangat rendah oleh karena itu di alam gas mulia berwujud gas.
Kestabilannya yang tinggi juga menyebabkan gaya tarik-menarik antar atom-atomnya lemah sekali. Karenanya unsure-unsur gas mulia dalam keadaan biasa (suhu normal) berfasa gas. Jadi, lemahnya gaya tarik-menarik menyebabkan titik didih dan titik lelehnya sangat rendah.

3.    Energi ionisasi.

Energi ionisasi adalah energi yang dibutuhkan untuk membebaskan elektron suatu atom. Untuk unsur segolongan (atas-bawah), semakin ke bawah semakin kecil potensial ionisasinya sedangkan untuk unsur seperiode (Kiri-kanan), semakin ke kanan semakin besar potensial ionisasinya. Begitu juga dengan unsur-unsur golongan gas mulia dari atas ke bawah cenderung lebih kecil. Hal ini dikarenakan meski muatan inti bertambah positif namun jari-jari atom bertambah besar. Keadaan ini menyebabkan gaya tarik menarik inti terhadap elektron terluar semakin lemah sehingga energi ionisasi semakin berkurang. Energi ionisasi gas mulia lebih besar dibandingkan dengan golongan lainnya. Kestabilannya yang tinggi menyebabkan atom-atomnya sukar sekali untuk mengion. Oleh sebab itu, energi ionisasi unsur-unsur gas mulia lebih tinggi dibandingkan dengan unsur-unsur lain. Afinitas elektron yang mendekati nol dan energi ionisasi yang tinggi menyebabkan atom-atom unsur gas mulia mempunyai kecendrungan untuk tidak mengikat atau melepas elektron dalam keadaan normal. Sehingga dalam keadaan bebas unsur-unsur gas mulia berada dalam bentuk tunggal (monoatomik). Misalnya Hidrogen, Oksigen, dan klor dalam keadaan bebas berbentuk diatomic (molekul yang terdiri dari dua atom dari unsur yang sama), yaitu H₂, O₂, Cl₂ sedangkan unsur-unsur gas mulia berada dalam bentuk He, Ne, Ar, Kr, Xe dan radon.

4.    Afinitas elektron

Afinitas elektron adalah energi yang dibebaskan atom netral dalam pengikatan electron untuk membentuk ion negatif. Dengan elektron valensi yang sudah penuh, unsur gas mulia sangat sukar untuk menerima elektron. Hal ini dapat dilihat dari harga afinitas elektron yang rendah. Karena unsur - unsur gas mulia memiliki kestabilan tinggi yang disebabkan kulit terluarnya terisi penuh, maka afinitas elektronnya mendekati nol. Atom-atom unsur gas mulia sangat sulit untuk menerima electron lagi pada kulit terluarnya.

Sifat kimia gas mulia

1.    Kereaktifan gas mulia sangat rendah

Gas mulia bersifat inert (lembam) di alam tidak ditemukan satupun senyawa dari gas mulia. Sifat inert yang dimiliki ini berhubungan dengan konfigurasi elektron yang dimilikinya. Elektron valensi gas mulia adalah 8 (kecuali 2 untuk Helium) dan merupakan konfigurasi yang paling stabil. Gas mulia memiliki energi pengionan yang besar dan afinitas yang kecil. Energi pengionan yang besar memperlihatkan sukarnya unsur-unsur gas mulia melepaskan electron sedangkan afinitas electron yang rendah menunjukkan kecilnya kecenderungan untuk menyerap elektron. Oleh karena itu, gas mulia tidak memiliki kecenderungan untuk melepas ataupun menyerap elektron. Jadi, unsur-unsur dalam gas mulia sukar untuk bereaksi. Namun, untuk unsur gas mulia yang mempunyai energi ionisasi yang kecil dan afinitas elektron yang besar mempunyai kecenderungan untuk membentuk ikatan kimia contohnya Xe dapat membentuk senyawa XeF₂, XeF₄ dan XeF₆. Kereaktifan gas mulia akan berbanding lurus dengan jari-jari atomnya. Jadi, kereaktifan gas mulia akan bertambah dari He ke Rn. Hal ini disebabkan pertambahan jari-jari atom menyebabkan daya tarik inti terhadap elektron kulit terluar berkurang, sehingga semakin mudah ditarik oleh atom lain. Walaupun, demikian unsur gas mulia hanya dapat berikatan dengan unsur yang sangat elektronegatif seperti fluorin dan oksigen.

2.    Makin besar jari-jari atom maka kereaktifan gas mulia semakin bertambah.

Pada tahun 1962, Neil Bartlet berhasil membuat senyawa stabil dari Xenon yaitu XePtF_6. Penemuan ini membuktikan bahwa gas mulia dapat bereaksi dengan unsur lain, meskipun dalam reaksi yang sangat terbatas dan harus memenuhi kriteria berikut :

1.    Harga energi ionisasi gas mulia yang akan bereaksi haruslah cukup rendah (terletak dibagian bawah pada SPU). Oleh karena itu, sampai sekarang gas mulia yang sudah dapat dibuat senyawanya barulah Kripton, Xenon, dan Radon.

2.    Reaksi hanya akan terjadi apabila gas mulia direaksikan dengan unsur-unsur yang sangat elektronegatif seperti fluorin dan oksigen.

Dari He ke Rn energy ionisasinya semakin kecil. Artinya semakin besar nomor atom gas mulia, maka jari-jari atomnya semakin besar pula dan kereaktifannya semakin bertambah besar. Jika jari-jari atom bertambah besar maka gaya tarik inti atom terhadap elektron terluar makin lemah sehingga electron lebih mudah tertarik ke zat lain. Hal tersebut terbukti karena sampai saat ini belum ada senyawa gas mulia dari Helium, Neon dan Argon. Senyawa gas mulia yang berhasil dibuat adalah senyawa dari xenon, krypton dan radon karena memang helium, neon dan argon sangat stabil sedangkan xenon, krypton dan radon lebih reaktif. Di dalam gas mulia senyawa xenon merupakan senyawa yang paling banyak dibuat. Sifat kereaktifan unsur-unsur gas mulia berurut Ne > He > Ar > Kr > Xe. Radon radioaktif. Konfigurasi electron gas mulia dijadikan sebagai acuan bagi unsure-unsur lain dalam system periodik.

3.    Gas mulia memiliki karakteristik

·      Tidak berwarna

·      Tidak berbau

·      Tidak berasa

·      Pada keadaan standar, gas mulia tidak dapat terbakar  

Senyawa Gas Mulia

Sampai dengan tahun 1962, para ahli masih yakin bahwa unsur – unsur gas mulia tidak bereaksi. Kemudian seorang ahli kimia bernama Neil Bartlett berhasil membuat persenyawaan yang stabil antara unsur gas mulia dan unsur lain yaitu XePtF₆. Keberhasilan ini didasarkan pada reaksi PtF₆ + O₂ → (O₂)⁺  +  (PtF₆)^-. PtF₆ ini bersifat oksidator kuat. Molekul oksigen memiliki energy ionisasi 1165 kj/mol, harga energi ionisasi ini mendekati harga energi ionisasi unsur gas mulia Xe = 1170 kj/mol. Atas dasar data tersebut, maka untuk pertama kalinya Bartlett mencoba mereaksikan Xe dengan PtF₆ dan termyata menghasilkan senyawa yang stabil sesuai denagn persamaan reaksi: Xe + PtF₆  → Xe⁺  +  (PtF₆)^-.

Setelah berhasil membentuk senyawa XePtF₆ maka gugurlah anggapan bahwa gas mulia tidak dapat bereaksi kemudian para ahli lainnya mencoba melakukan penelitian dengan mereaksikan xenon dengan zat-zat oksidator kuat diantaranya langsung dengan gas fluorin dan menghasilkan senyawa XeF₂, XeF₄, dan XeF_6. Reaksi gas mulia lainnya yaitu krypton yaitu, menghasilkan KrF₂. Radon dapat bereaksi langsung dengan F₂ dan menghasilkan RnF₂. Hanya saja senyawa KrF₂ dan RnF₂ bersifat tidak stabil. Senyawa gas mulia He, Ne dan Ar sampai saat ini belum dapat dibuat karna tingkat kesetabilannya yang sangat besar.

Syarat- syarat pembentuk gas mulia

1.    Gas mulia keelektronegatifannya besar ( Kr, Xe )

2.    Atom gas mulia  yang mudah mengion

3.    Unsure lain yang akan bersenyawa dengan gas mulia keelektronegatifannya besar seperti F dan O.

·       Senyawa Xenon Fluor

Xenon dapat bereaksi langsung dengan fluor dan senyawa oksigen dapat diperoleh dari senyawa Xenon fluorida.

1.    Xenon difluorida

 Senyawa XeF₂ dibuat dengan interaksi Xe dengan kekurangan F₂ pada tekanan tinggi. Ia larut dalam air menghasilkan larutan dengan bau tajam XeF_2. Hidrolisis berlangsung lambat namun cepat dengan adanya basa XeF₂ + 2OH^- → Xe +1/2O₂ +2F^- + H₂O. XeF₂ juga dapat terbentuk dari xenon padat direaksikan dengan difluora oksida pada suhu 12⁰C.
Xe_(s)  +  F₂O_(g) →  XeF_2(S) +1/2O_2(g). XeF₂ pereaksi yang baik untuk reaksi flourinasi benzene yaitu untuk mensubsitusi atom H pada benzene dengan atom F.

C₆H₆ + XeF₂  →  C₆H₅F  + Xe  + HF

2.    Xenon tetraflourida (XeF₄)

 Senyawa XeF₄ dibuat dari memenaskan Xe dan F₂ pada suhu 400^oC dan tekanan 6 atm dengan katalis nikel,tetapi dikotori oleh XeF₂ lebih banyak. Sebaiknya bila perbandingan itu besar maka XeF₄ yang banyak.

XeF₂  + F₂  →   XeF₄

3.    Xenon heksaflourida (XeF₆)

Senyawa ini diperoleh dengan interaksi XeF₄ dan F₂ dibawah tekanan atau langsung dari Xe dan flour pada suhu diatas 250^oC dan tekanan >50 atm. XeF₆ pada suhu kamar (25^oC,1 atm) berbentuk kristal berwarna dengan titik leleh 48^oC. Bentuk molekulnya diduga oktahedral yang terdistorsi atau secara teori segi lima piramida. XeF₆  luar biasa reaktif, dapat bereaksi dengan silica membentuk senyawa oksi gas mulia yang paling stabil, reaksinya sebagai berikut:
SrO_{2 (s)} + 2XeF_6(g)   →   SiF₄ + 2XeOF_4(g)

Pada suhu kamar XeOF₄ berbentuk cairan tak berwarna. Molekul XeOF₄ dan XeO₂ berbentuk segi empat piramida dan segitiga piramida. XeF₆ dapat bertindak sebagai garam terhadap F^- dan dapat diubah menjadi heptafluoroheksat.

XeF₆ + RbF  →  RbXeF₇ 

Garam Rb dan Cs adalah senyawaan xenon yang paling stabil yang dikenal dan terdekomposisi hanya di atas 400⁰C. Garam natrium kurang stabil dan dapat digunakan untuk memurnikan XeF₆ karena ia terdekomposisi di bawah 100⁰C.

·       Senyawa Xenon – Oksigen

Xenon dapat bereaksi dengan oksigen membentuk suatu senyawa yang disebut dengan xenon oksida, seperti :

1.    Xenon Trioksida (XeO3)

Senyawa XeO₃ dibentuk dalam hidrolisis XeF₄ dan XeF₆

3XeF4 + 6H₂O  →  XeO₃ + 2Xe + 3/2 O₂ + 12Hf

XeF₆ + 3H₂O    →   XeO₃ + 6HF

Larutan XeO3 tiak berwarna, tidak berbau dan stabil. Dalam penguapan XeO₃ diperoleh sebagai suatu padatan putih yang mudah menguap di udara yang berbahaya karena mudah meledak. Dalam larutan yang bersifat basa, ion xenat (IV) dibentuk :

XeO₃ + OH^-  →  HXeO₄^-

Namun ion HXeO₄^-  disproporsionasi lambat menghasilkan ion Ksenat (IV) atau persenat.
2(Xe₄)^- + 2OH^-  → (XeO₆)^4- + Xe + O₂ + 2H₂O. Persenat dibentuk tidak hanya dengan disproporsionasi HXeO^-₄ namun juga bila mana ion ini dioksidasi dengan ozon. Larutan persenat merupakan pengoksidasi yang kuat dan cepat. Dalam larutan alkali bentuk utama ialah ion HXeO^2-₆ dan persenat hanya direduksi lambat oleh air. Meskipun demikian dalam larutan asam reaksinya berlangsung segera : HXeO^2-₆ + H⁺  → HXeO^-_{4 +} ½ O₂ + H₂O
Xenon Tetraoksida (XeO4)

Apabila barium persenat dipanaskan dengan H₂SO₄ pekat xenon tetraoksida terbentuk sebagai gas yang mudah meledak dan sangat tidak stabil.

·       Garam Xenon

Senyawa xenon dalam bentuk garam yang telah berhasil dibuat adalah garam dari xenon dengan fluor. Seperti XePtF6, CeXeF6, CsXeF8, NaHXeO4 dan Na4XeO6.

·       Senyawa Kripton dan Radon

Senyawa radon dapat bereaksi spontan dengan fluorin tetapi waktu hidupnya singkat karena radon merupakan unsur radioaktif. Senyawa krypton hanya membentuk senyawa dengan tingkat oksidasi +2 membentuk senyawa KrF2. Radon dapat bereaksi dengan F2 dan menghasilkan RnF2 hanya saja senyawa KrF2 dan RnF2 bersifat tidak stabil.

Terima Kasih. Semoga bermanfaat J