UNSUR-UNSUR NONLOGAM GOLONGAN NITROGEN

(Tugas Makalah Mata Kuliah Kimia Anorganik 1)

Penulis

Nama    :     1. Anita Amelia        (1413023009)

    2. Putriana            (1413023051)

Program Studi :     Pendidikan Kimia (B)

Mata Kuliah     : Kimia Anorganik 1

Dosen        : 1. Dr. Noor Fadiawati, M.Si       

 2. M.Mahfud Fauzi S, S.Pd., M.Sc.

Jurusan Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Universitas Lampung

Bandar Lampung

2015

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT dengan segala rahmat dan hidayah-Nya, makalah ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya sebagai tugas mata kuliah Kimia Anorganik 1 yang berjudul “Unsur-Unsur Nonlogam Golongan Nitrogen”.

Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Ibu Dr. Noor Fadiawati, M.Si. dan Bapak M. Mahfud Fauzi S., S.Pd., M.Sc. selaku dosen pembimbing, dan kepada semua pihak yang mendukung dalam menyelesaikan makalah ini. Makalah ini diharapkan dapat membantu penulis dan pihak lain yang membacanya untuk dapat memberikan pengetahuan tentang Unsur-Unsur Nonlogam Golongan Nitrogen.

Tidak ada gading yang tidak retak, demikian pula dengan makalah ini. Penulis menyadari bahwa makalah ini masih memiliki banyak kekurangan dan jauh dari kesempurnaan. Oleh sebab itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik  yang membangun untuk pembelajaran kedepannya.

Bandarlampung, 22 November 2015

             Penulis

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang
   
   

Pada sistem periodik unsur di golongan 15 (5A) terdapat lima unsur yang terletak pada periode kedua sampai periode keenam. Keenam unsur tersebut adalah Nitrogen, Fosfor, Arsen, Stibium, dan Bismut. Dari keenam unsur ini, unsuryang bersifat nonlogam hanyalah nitrogen dan fosfor.

Nitrogen adalah salah satu unsur golongan VA yang merupakan unsur nonlogam, dan merupakan gas yang paling banyak terdapat di atmosfer bumi. Nitrogen dalam tabel periodik unsur memiliki lambang N dan nomor atom 7. Biasanya ditemukan sebagai gas tanpa warna, tanpa bau, tanpa rasa dan merupakan gas diatomik bukan logam yang stabil, bersifat inert atau sangat sulit bereaksi dengan unsur atau senyawa lainnya. 

Fosfor  adalah unsur kimia yang memiliki lambang P dengan nomor atom 15. Fosfor berupa nonlogam, bervalensi banyak, termasuk golongan nitrogen, banyak ditemui dalam batuan fosfat anorganik dan dalam semua sel hidup tetapi tidak pernah ditemui dalam bentuk unsur bebasnya. Fosfor amatlah reaktif, memancarkan cahaya ketika bergabung dengan oksigen, ditemukan dalam berbagai bentuk. 

Fosfor dan nitrogen yang merupakan sesama unsur nonlogam dalam golongannya memiliki beberapa perbedaan sifat yang cukup signifikan, perbedaan sifat yang sangat mencolok antara keduanya adalah wujud dan kereaktifannya terhadap oksigen. Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai unsur- unsur nonlogam golongan nitrogen maka dibuatlah makalah ini.

BAB II

PEMBAHASAN

1. Unsur-Unsur Nonlogam Golongan Nitrogen

Dalam golongan 15 (5A), terdapat 5 unsur yang menempati periode 2 sampai periode 6 yaitu Nitrogen, Fosfor, Arsen, Stibium, Dan Bismut. Dari kelima unsur tersebut hanya ada dua unsur yang merupakan unsur nonlogam yaitu nitrogen dan fosfor.

Nitrogen merupakan salah satu unsur nonlogam yang ada pada sistem periodik unsur dilambangkan dengan huruf N. Nitrogen ditemukan pada tahun 1772 oleh Daniel Rutherford, meskipun gas itu juga diisolasi secara independen pada waktu yang sama oleh C. W. Scheele dan H. Cavendish. Nama "nitrogen" (Latin nitrum, Bahasa Yunani Nitron berarti "soda asli", "gen", "pembentukan") disarankan oleh Jean-Antoine-Claude Chaptal pada tahun 1790. Pada sistem periodik unsur, nitrogen berada pada periode kedua. 

Fosfor pertama kali diisolasi oleh kimiawan Hennig Brandt pada tahun 1669 melalui proses menjijikan yang memungkinkan urin untuk dimurnikan selama beberapa hari sebelum direbus hingga menjadi  pasta yang kemudian disuling pada suhu tinggi; lalu terbentuk uap yang terkondensasi di bawah air berwujud sebagai zat lilin putih yang bersinar dalam gelap bila terkena udara. Unsur ini disebut fosfor, berasal dari bahasa Latin yaitu phosphoros yang berarti 'pembawa terang' karena keunikannya yaitu bercahaya dalam gelap. Fosfor terletak pada periode ke 3.

1. Sumber dan Kelimpahan

Di alam, nitrogen umumnya terdapat dalam bentuk dinitrogen, N2. Nitrogen banyak ditemukan pada atmosfer bumi, dan pada jaringan hidup. Nitrogen terdapat di alam sebanyak 78% dari volume atmosfer di bumi, diperkirakan sekitar 3.628 triliun ton metrik. Nitrogen empat kali lebih banyak daripada oksigen di atmosfer, namun oksigen jauh lebih banyak daripada nitrogen di permukaan bumi, karena nitrogen jarang bercampur dengan batuan dan mineral. Nitrogen ditemukan di air dan tanah hanya dalam jumlah sedikit dalam senyawa nitrat dan nitrit. Nitrogen juga adalah unsur penting yang menyusun tubuh manusia. Dua isotop nitrogen adalah 14N (99.634 %) dan 15N (0.366 %). Nitrogen 14 adalah bentuk paling berlimpah yang merupakan 99% dari semua nitrogen ditemukan di Bumi.

Diagram (a) komponen utama dari atmosfer bumi (berdasarkan persentase volume)

Fosfor termasuk peringkat ke sepuluh dalam kelimpahan unsur, fosfor di alam dalam bentuk padatan terdapat di kulit bumi. Fosfor tidak pernah terdapat dalam keadaan bebas, unsur ini terdapat sebagai penyusun senyawa fosfat dalam berbagai mineral. Mineral fosfat yang terpenting adalah Ca5(PO4)3F: fluoro apatit dan Ca5(PO4)3OH:  hidroksi apatit. Kelimpahan terbesar batuan bijih fosfat terdapat di Afrika utara, Amerika Utara, Asia dan Timur Tengah. Fosfor juga merupakan mineral kedua terbanyak di dalam tubuh, yaitu 1% dari berat badan.

Pada golongan 15 (VA) di periode ke 4, 5, dan 6 ditempati oleh As, Sb, dan Bi.  Ketiga unsur ini kurang begitu berlimpah di kerak bumi jika dibandingkan dengan nitrogen dan fosfor, perbandingan kelimpahan antara 5 unsur dalam golongan ini di kerak bumi dapat dilihat pada diagram berikut:

2. Siklus Nitrogen Di Alam

(1) Bakteria tertentu yang tinggal sebagai parasit pada bintil akar tumbuhan legum (kacang, kapri, semanggi, dan alfalfa) dapat memfiksasi nitrogen atmosfir secara langsung untuk diubah menjadi protein nabati. Kebutuhan hewan dipenuhi dengan memakan legum atau tanaman lain. (2) perusakan protein nabati dan hewan mengakibatkan pembentukan ammonia. Aksi bakteri (3) dan (4) berturut-turut mengubah ammonia menjadi nitrat. (5) bentuk alami dari nitrogen terfiksasi yang diperlukan oleh paling banyak tanaman adalah nitrat. Konsumsi ini kembali mengarah ke protein nabati dan hewani. (6) bacteria dinitrifikasi tertentu mampu menguraikan nitrat menjadi unsure nitrogen, yang kembali keatmosfer. (1a) sebagai hasil loncatan listrik dan kilat, sederet reaksi kimia mengakibatkan produksi langsung nitrat sebagai asam nitrat (HNO3)

3. Sifat Fisik dan Kimia Nitrogen

1. Sifat Fisik

Berikut adalah tabel sifat fisik dari nitrogen dan fosfor:

2.  Sifat Kimia

• Gas nitrogen inert di suhu kamar, sebab dari keinertannya adalah tingginya energi ikatan rangkap tiga N≡N yaitu sebesar 964,4 Kj/mol. Karena tingginya energi ikatan, maka banyak senyawa yang mengandung nitrogen mempunyai entalpi pembentukan positif.
• Fosfor putih sangat reaktif terhadap udara, fosfor sangat mudah bereaksi dengan oksigen. Fosfor putih sangat beracun, mudah diserap ke dalam darah dan hati. Fosfor putih larut dalam benzena, PCl3 dan CS2 tapi hampir tidak larut dalam air, dapat memancarkan cahaya hijau saat terpapar udara dan sinar matahari.
• Fosfor hitam tidak inert secara kinetik dan tidak menyala di udara bahkan pada suhu 670 K.
• Fosfor merah tidak beracun, tidak larut dalam pelarut organik, tidak bereaksi dengan larutan alkali, dan terbakar di udara di atas 520 K.
• Nitrogen bereaksi lambat dengan Li pada suhu kamar dan ketika dipanaskan dapat bereaksi dengan unsur logam golongan 2, Al, Si, Ge dan banyak logam lainnya.
• Pada suhu kamar, N2 dapat direduksi menjadi hidrazin (N2H4) oleh magnesium hidroksida.
• Nitrogen dan fosfor putih cenderung hampir tidak bereaksi dengan air di suhu kamar, dan hampir tidak larut dalam air.

4. Alotropi Fosfor

Fosfor  dapat berada dalam 3 bentuk, yaitu fosfor putih, fosfor merah, fosfor hitam. Fosfor putih meleleh pada temperature 44,10C, menghasilkan cairan yang mendidih pada 2870C. fosfor  putih bukan penghantar listrik, menyala spontan bila bersinggungan dengan udara (sehingga biasanya disimpan didalam air), tidak larut dalam air, sangat larut dalam cairan CS2 dan sedikit larut dalam beberapa pelarut organik.

 

 Struktur fosfor putih   

               struktur fosfor merah

Struktur fosfor hitam

Unit struktur dasar fosfor putih adalah molekul P4 membentuk bangun tetrahedral, seperti gambar ikatan P-P dalam P4 tampaknya melibatkan pertumpangtindihan orbital 3p yang hampir sempurna. Perpertumpangtindihan tersebut biasanya menghasilkan sudut ikatan 900, tetapi dalam P4 sudut ikatan P-P-P adalah 600. Sudut yang kecil ini mengandung tegangan yang sangat besar yang oleh pauling diduga sebesar 100 Kj per mol P4. Ini berarti bahwa energi total dari enam ikatan P-P dalam molekul jauh lebih besar daripada energy total dari enam ikatan P-P yang panjang nya sama, dan terbentuk dari atom P dengan sudut ikatan normal. Jadi struktus molekul memang sesuai dengan kereaktifannya yang besar.

Bila dipanaskan sampai 4000C atau dibiarkan lama terkena udara, maka fosfor putih berubah menjadi fosfor merah yang amorf. Diduga hal ini disebabkan oleh terbukanya ikatan-ikatan tetrahedral dalam P4 dan penggabungan fragmen-fragmen  tersebut menjadi rantai panjang. Pada proses tersebut, sudut ikatan P-P-P bertambah. Fosfor merah merupakan padatan yang lebih stabil dari fosfor putih, jadi ia bersifat kurang reaktif. Misalnya, zat tersebut sangat lambat bergabung dengan O2 di atmosfer. Titik tripel P merah adalah 5900C dan 43 atm. Jadi P merah menyublim tanpa mencair (pada temperature sekitar 4200C). fosfor merah tidak beracun, dan digunakan dalam jumlah banyak, diantaranya dalam pembuatan korek api.

Jika dipanaskan pada suhu 8000C maka terjadi kesetimbangan:

P4(S)         2P2(g)

Alotrop fosfor yang paling stabil adalah fosfor hitam, yang dapat terbentuk dari P putih pada tekanan tinggi (kurang lebih 8 Gpa) atau melalui pemanasan P putih melalui pemanasan P putih dengan katalis (Hg) dan kristal “benih” P hitam. Mempunyai struktur Kristal berlapis (seperti grafit) dengan jarak antar lapis 332 pm, 49% lebih besar dibandingkan jarak ikata P-P dalam masing-masing lapisan. Walaupun demikian lapisan-lapisan terikat relatif kuat, material ini bersifat semi konduktor pada tekanan normal, namun bersifat logam pada tekanan tinggi (kurang lebih 10 Gpa).

5. Anomali Nitrogen

Nitrogen memperlihatkan anomali dari beberapa sifatnya dibandingkan dengan unsur-unsur yang lain.

1. Kestabilan rangkap tiga

Gas diatomik N2, merupakan molekul yang sangat stabil, sedangkan unsur-unsur lain dibawahnya berupa padatan yang beralotropi dalam berbagai bentuk. Diagram tingkat energi orbital molekul N2.

Energi ikat pada ikatan rangkap tiga N≡N adalah 964,4 Kj/mol, jauh lebih besar daripada energi ikat pada ikatan rangkap tiga pada P≡P (481 Kj/mol. Hal ini disebabkan karena pada atom-atom yang berukuran relatif kecil seperti nitrogen, orbital p yang terlibat dalam pembentukan dua ikatan π mengalami tumpang tindih (overlapping) yang lebih sempurna.

Sebaliknya nitrogen memiliki ikatan tunggal N-N yang sangat lemah dengan energi ikat sebesar 200Kj/mol, lebih lemah dibanding ikatan tunggal pada P-P (209 Kj/mol). Pada nitrogen, ukuran atom yang lebih kecil berakibat tolakan elektrostatik yang ditimbulkan oleh elektron-elektron tak-ikatan (nonbonding elektrons) memaksa atom-atom untuk saling menjauh, sehingga ikatannya lemah. Jadi ikatan rangkap tiga sangat kuat, sebaliknya ikatan rangkap tunggal secara komparatif sangat lemah. Hal ini yang menyebabkan dalam reaksinya nitogen cenderung membentuk molekul diatomik N2 rangkap tiga daripada rantai ikatan tunggal N-N sebagaimana yang terjadi pada fosfor. Dibandingkan dengan nitrogen, fosfor lebih bersifat homopolar, ini juga menyebabkan fosfor memiliki alotrop sedangkan nitrogen tidak.

N2H4(g) + O2(g) N2(g) +2H2O(g)

C2H4(g) + 3O2(g)           → 2CO2(g) + 2H2O(g)

Fakta bahwa nitrogen adalah gas mengindikasikan bahwa faktor entropi juga lebih menyukai pembentukan  molekul N2 dalam reaksi kimia.

2. Keterbatasan ikatan pada nitrogen

Nitrogen hanya membentuk NF3 (tri fluorida) sementara fosfor membentuk dua senyawa klorida yaitu PF5 (penta klorida) dan PF3 (tri fluorida). Adanya perbedaan antara nitrogen dan unsur-unsur lain segolongannya (misalnya adanya PF5, AsF5, SbF5, dan BiF5, tetapi tidak NF5) alasannya adalah karena ukuran atom N terlalu kecil untuk dapat mengakomodasi 5 atom F, lain halnya dengan fosfor yang ukurannya sangat besar. Selain itu, dapat juga dijelaskan berdasarkan keterlibatan orbital d dalam pembentukan pentafluorida. Nitrogen memiliki konfigurasi yang menunjukan tingkat energinya hanya sampai 2p sehingga tidak memungkinkan untuk melibatkan orbital d dalam pembentukan ikatan, karena perbedaan energi antara tingkat energi kedua dengan ketiga sangat besar. Molekul-molekul seperti PF5 sering disebut sebagai senyawa hipervalensi, karena atom pusatnya memiliki lebih dari 8 elektron pada kulit luarnya.

3. Elektronegatifitas yang tinggi

Nitrogen memiliki elektronegatifitas lebih tinggi daripada unsur-unsur segolongan dibawahnya. Ini mengakibatkan polaritas ikatan dalam senyawa-senyawa nitrogen berbeda cukup signifikan dibanding senyawa analog dari fosfor dan anggota-anggota lain dalam golongannya. Dan hal ini berpengaruh pada hasil reaksi. Sebagai contoh perbedaan polaritas ikatan N-Cl dengan P-Cl berakibat pada perbedaan hasil hidrolisis NCl3 Dan PCl3.

NCl3(l) + 3H2O(l)             → NH3(g) + 3HClO(aq)

PCl3(l) + 3H2O(l)             → H3PO3(aq) + 3HCl(l)

Karena ikatan kovalen N-H sangat polar, NH3 bersifat basa sedangkan hidrida golongan 5A lainnya (PH3, AsH3 dan SbH3) cenderung netral.

6. Cara Isolasi

1. Nitrogen

Nitrogen secara komersial dipisahkan dari udara diperoleh dalam skala besar dengan cara distilasi bertingkat udara cair. Udara bersih di masukkan ke dalam kompresor dan kemudian didinginkan dengan pendingin sehingga sebagian komponen penyusun udara berubah menjadi cair. Komponen udara yang tidak mencair keluar melalui celah pengembang dan udara cair mengalir kebawah. Udara cair disaring untuk memisahkan CO2(s) dan hidrokarbon dan kemudian didistilasi. Udara cair memasuki bagian puncak kolom yang dimana nitrogen, komponen yang paling mudah menguap, keluar sebagai gas. Pada kolom pertama ini temperaturnya adalah sekitar -195,8 sampai dengan 185,7 oC. Pada pertengahan kolom gas argon keluar, di kolom ini temperatur dinaikan yaitu sekitar -185,7 sampai dengan -183,0 oC. Dan oksigen, yang merupakan komponen yang paling sulit menguap tetap berbentuk cair dan terkumpul di dasar. Titik didih normal nitrogen, argon dan oksigen adalah berturut-turut -195,8; -185,7; dan -183,00C.

Gambar proses isolasi nitrogen dari udara cair

Adapun dalam skala laboratorium nitrogen dapat dibuat dengan memanaskan ammonium nitrit padat (NH4NO2). Pemanasan amonium nitrit menyebabkan dekomposisi dengan reaksi sebagai berikut:

NH4NO2   N2 + 2 H2O

Nitrogen juga dapat dibuat dengan mengoksidasi NH3 dengan CuO, melalui reaksi berikut:

2NH3 + 3CuO  N2 + 3Cu + 3H2O

Selain itu, nitrogen yang sangat murni dapat dibuat dengan dekomposisi natrium azida (NaN3) pada suhu 573K (300 °C). Reaksi yang terjadi adalah:

2NaN3   2Na + 3N2

2. Fosfor

Fosfor diperoleh dengan cara mereaksian mineral dari batuan fosfat dengan batu bara dan pasir dengan menggunakan suatu pembakar listrik. Fosfor didistilasi dan terkondensasi dibawah air sebagai P4 yang merupakan fosfor putih. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 10C    P4 + 6CaSiO3 + 10CO

7. Reaksi-Reaksi dengan Udara dan Air

Nitrogen dalam bentuk gas tidak bereaksi dengan udara, karena nitrogen sangatlah inert. Meskipun begitu, pada suhu dan tekanan yang ekstrim, dengan kehadiran katalis, nitrogen memang bereaksi dengan unsur-unsur lain. Sebagai contoh, nitrogen dan oksigen bergabung bila suatu bunga api tegangan tinggi (atau suatu sambaran petir) melalui suatu campuran gas itu:

N2(g)  + O2(g) 2NO(g)

Oksida nitrogen (ll) itu lalu bereaksi dengan oksigen lebih banyak lagi dari udara, membentuk nitrogen oksida, NO2:

2NO(g)  + O2(g)         → 2NO2(g)

Nitrogen dioksida yang dihasilkan sewaktu hujan lebat berpetir, melarut dalam air hujan, membentuk larutan asam nitrat dan nitrit yang sangat encer:

2NO2(g)  + H2O(l)           →  HNO3(aq)  + HNO2(aq)

Sedangkan fosfor sangat mudah bereaksi terhadap oksigen, fosfor putih jika dibiarkan terpapar udara akan mengalami oksidasi dan memancarkan cahaya kehijauan. Ini disebabkan karena fosfor putih sangat reaktif dan tidak stabil.

Sama seperti dengan udara, nitrogen juga tidak bereaksi dengan air dan hampir tidak larut dalam air. Fosfor menunjukan hal yang sama, fosfor hampir tidak bereaksi dengan air, bahkan untuk menghindari terjadinya reaksi oksidasi, fosfor putih disimpan di dalam air dalam wadah yang tertutup.