Ppt Unsur Vanadium 5u1p3m

Vanadium Oleh : Fadly Ghozali 150332605179 Offering H

Dipresentasikan dalam mata kuliah kimia anorganik deskriptif

Andrés Manuel del Rio

Lahir : 10 November 1764, Madrid, Spanyol Meninggal : 23 Maret 1849, Ciudad de México, Meksiko

Sejarah penemuan 1801 Andrés Manuel del Rio (University of Mexico)

Diekstrak dari bijih mineral vanadinite, Pb5(VO4)3Cl. (senyawa)

Garam menunjukkan berbagai macam warna yang selanjutnya dinamai panchromium

Diganti menjadi erythronium karena sebagian besar garam berubah menjadi merah saat pemanasan

1831 Nil Gabriel Selfström (kimiawan swedia)

Vanadium ditemukan kembali bersama sama dalam bijih besi

Vanadium berasal dari kata “Vanadis” yang artinya dewi kecantikan dan kesuburan. Digunakan untuk memuliakan Dewi Skandinavia karena senyawa vanadium memiliki berbagai macam warna yang cantik.

Identitas unsur • • • • • • • • •

Nama unsur Simbol Nomor atom Nomor massa Golongan Periode Blok Ar Bilangan oksidasi

• • • • •

Bilangan oksidasi yang umum Elektronegatifitas Alotrop E0 V2+(aq)I V(s) Konfigurasi elektron

: Vanadium :V : 23 : 50 :5 :4 :d : 50,94 : +5 (V2O5) , +4 (VO2), +3 (V2O3), +2 (VO) : +4, +3, +2 : 1,6 (skala Pauling) : Tidak ada : -1,18 V : [Ar] 3d3 4s2

Sifat fisika Vanadium Fasa (pada suhu 20°C)

Solid

Titik leleh (1 atm)

1910°C, 3470°F, 2183 K

Titik Didih (1 atm)

3407°C, 6165°F, 3680 K

Warna

Putih kelabu

Densitas

6,0 g cm−3

Kalor Peleburan

21,5 kJ mol−1

Kalor Penguapan

459 kJ mol−1

Kapasitas kalor

24,89 J mol−1 K−1

Struktur kristal

Kubus berpusat badan (KBB)

Daya hantar listrik

197 nΩ·m

Sifat kemagnetan

paramagnetik

Gambar Struktur kristal Kubus berpusat badan (KBB)

Sifat fisika vanadium • • • • • • • •

Jari-jari atom : 134 pm Jari-jari kovalen : 144 pm Jari jari ionik V2+ : 79 pm Jari jari ionik V3+ : 64 pm Jari jari ionik V4+ : 58 pm Jari jari ionik V5+ : 54 pm Afinitas elektron ke-1 : 50,655 kJ.mol-1 V(g) + e  V-(g) Energi Ionisasi – Energi ionisasi pertama : 650,908 kJ.mol-1 V(g)  V+(g) + e – Energi ionisasi ke-2 : 1410,423 kJ.mol-1 V+(g)  V2+(g) + e – Energi ionisasi ke-3 : 2828,082 kJ.mol-1 V2+(g)  V3+(g) + e – Energi ionisasi ke-4 : 4506,734 kJ.mol-1 V3+(g)  V4+(g) + e

Momen magnetik V : [Ar] 3d34s2

V 2+ : [Ar] 3d3

𝜇 = 𝑛 𝑛 + 2 BM = 3 3 + 2 BM = 3,87 BM (paramagnetik)

𝜇 = 𝑛 𝑛 + 2 BM = 3 3 + 2 BM = 3,87 BM (paramagmetik)

V3+ : [Ar] 3d2 𝜇 = 𝑛 𝑛 + 2 BM = 2 2 + 2 BM = 2,82 BM (paramagnetik)

Gambar Jari-jari Jari-jari atom : 134 pm

Jari-jari ion V2+ : 79 pm

2 r kovalen

Jari-jari ion : 54 pm

V5+

Jari-jari ion V3+ : 64 pm

Jari-jari ion V4+ : 58 pm

Sifat kimia • Vanadium sukar larut dalam H2SO4 dan HCl, tetapi larut dalam HF dan HNO3. • Vanadium tahan terhadap korosi karena memiliki lapisan pelindung oksida di permukaannya. • Dipanaskan dalam H2 (tanpa gas lain) pada 1100 °C membentuk vanadium hidrida yang stabil • Vanadium memiliki bilangan oksidasi lebih dari satu, yaitu +2, +3, +4, +5.

ISOTOP Isotop V (stabil)

Massa 1 Atom (sma)

50V

49.947

Kelimpahan di Alam (%) 0.25

51V

50.944

99.75

Isotop V (Buatan)

Massa 1 Atom (sma)

Waktu Paruh

48V

47.952

15.9375 hari

49V

48.948

330 hari

E-journal. www.webelements.com/scandium/isotopes.html

Ar V = 1 12

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 1 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝑖𝑠𝑜𝑡𝑜𝑝 𝑉 (𝑠𝑚𝑎) 1 ×𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 1 𝑎𝑡𝑜𝑚 12𝐶 12

× 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 1 𝑎𝑡𝑜𝑚 12𝐶 = 1 sma

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 1 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝑖𝑠𝑜𝑡𝑜𝑝 𝑉 (𝑠𝑚𝑎) Ar V = 1 𝑠𝑚𝑎 (0,25% x 49,947 sma) + (99,75% x 50,944 sma) Massa rata rata 1 atom V =

100% = 0,13 sma + 50,81 sma = 50,94 sma

Ar V

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑟𝑎𝑡𝑎 1 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝑉 = 1 𝑠𝑚𝑎 50,94 𝑠𝑚𝑎 = = 50,94 1 𝑠𝑚𝑎

50 23𝑉

p = 23 n = 27 e = 23

Massa 23 proton V = 23 p x massa 1 proton V g/p = 23 p x 1,67262 x 10-24 g/p = 38,47026 x 10-24 g Massa 27 neutron V = 27 n x massa 1 neutron V g/n = 27 n x 1,67493 x 10-24 g/n = 45,22311 x 10-24 g Massa 23 elektron V = 23 e x massa 1 elektron V g/e = 23 e x 9,10939 x 10-28 g/e = 209,51597 x 10-28 g

Menghitung massa 1 atom V dari jumlah massa proton, elektron dan neutron Massa 1 atom V = jumlah massa proton dan neutron V = 38,47026 x 10-24 g + 45,22311 x 10-24 g = 83,69337 10-24 g

83,69337

10-24

1 sma gx = 50,417 sma 1,66 x 10−24 g

Reaksi Unsur vanadium • Reaksi dengan udara Logam Vanadium bereaksi dengan oksigen (O2) berlebih dengan pemanasan membentuk vanadium(V) oksida (V2O5). 0

reduksi

-2

4V(s) + 5O2(g) → 2V2O5(s) 0

oksidasi

+5

(reaksi penggabungan, redoks)

• Reaksi unsur vanadium dengan air 6V(s) + 17H2O(l) → H4V6O17(aq) + H2(g) V2+ (aq) + 2e → V(s) 2H2O 𝑙 + 2𝑒→H2(𝑔) + 2OH− 𝑎𝑞

E0 = −1,18 V E0 = −0,83 V

E0 Sel = E0 Reduksi – E0 Oksidasi = – 0,83 V – (– 1,18 V) = + 0,35 V

• Reaksi unsur vanadium dengan halogen 0

reduksi

-1

V(s) + Br2(g) → VBr2(s) 0

oksidasi

(Reaksi penggabungan, redoks)

+2

V2+ (aq) + 2e → V(s) Br2 𝑔 + 2𝑒→2Br − 𝑎𝑞 E0 Sel = E0 Reduksi – E0 Oksidasi = – 0,08 V – (– 1,18 V) = + 1,1 V

E0 = −1,18 V E0 = −0,08 V

• Reaksi unsur vanadium dengan asam +1

reduksi

0

V(s) + 2HCl(aq) → VCl2(aq) + H2(g) (reaksi pendesakan, redoks) 0

oksidasi

+2

V2+(aq) + 2e → Ta(s) 2H+(aq) + 2e → H2(g)

E0 = −1,18 V E0 = 0,0 V

E0 Sel = E0 Reduksi – E0 Oksidasi = 0,0 V – (– 1,18 V) = + 1,18 V

Karakteristik oksida dan ion vanadium Tingkat oksidasi

Nama Oksida

Jenis oksida dan Warna

+2

VO

Basa Hitam abu-abu

V2+

+3

V2O3

Basa Hitam

V3+

+4

+5

VO2

V2O5

Kation sederhana Kation poliatomik Anion poliatomik Anion sederhana

Amfoterik Biru legam

Amfoterik Kuning orange

Ion

Nama ion

Warna ion

- Vanadium(II)

Violet

- Vanadium(III)

Hijau

VO2+

- Oksovanadium(IV)

Biru

V4O92-

- Hipovanadat

coklat

VO2+

- Dioksovanadium(V) Kuning

VO43-

- Vanadat

: V2+ , V3+ : VO2+ , VO2+ : V4O92- , VO43: Tidak ada bentuk anion sederhana dari unsur vanadium

Tak berwarna

Vanadium(V) oksida V2O5 • • • • • •

•

•

Rumus formula : V2O5 Nama : vanadium(V) oksida Densitas : 3,357 g/cm3 Titik lebur (1 atm) : 690 °C Titik didih (1 atm) : 1750 °C V2O5 berwarna kuning-orange, dapat diperoleh dari pemanasan amonium metavanadat, NH4VO3 menurut persamaan reaksi berikut : 2NH4VO3(s) → NH3(g) + V2O5(s) + H2O(g) Termasuk jenis Oksida amfoterik pada penambahan basa V2O5(s) + 6OH-(aq) → 2VO43-(aq) + 3H2O(l) pada penambahan asam V2O5(s) + 2H3O+(aq) → 2VO2+(aq) + 3H2O(l) Vanadium(V) oksida digunakan sebagai katalis dalam pembuatan asam sulfat

Vanadium(IV) oksida, VO2 • • • • • • •

Rumus formula : VO2 Nama : vanadium(IV) oksida Massa jenis : 4,57 g/cm3 Titik leleh (1 atm) : 1,967 °C Titik didih (1 atm) : 2,727 °C Vanadium(IV) oksida, VO2, berwarna biru legam Dapat diperoleh dari reduksi padatan V2O5 dengan reduktor moderat seperti CO dan SO2, atau reaksi pemanasan langsung dengan asam oksalat • Jenis Oksida amfoterik Dalam asan non oksidator akan larut dengan membentuk ion oksovanadium (IV) atau ion vanadil, [VO]2+ yang berwarna biru Dalam alkali akan larut dengan membentuk ion vanadat(IV) atau hipovanadat, [V4O9]2- yang berwarna kuning hingga coklat

Vanadium(III) oksida, V2O3 • • • • •

Rumus molekul : V2O3 Nama : vanadium(III) oksida Densitas : 4,87 g/cm³ Titik leleh (1 atm) : 1.940°C Berwarna hitam, dapat diperoleh dari reduksi V2O5 dengan H2 atau CO secara berlanjut V2O5(s) + 2H2(g) → V2O3(s) + 2H2O(l) • Jenis oksida basa, bereaksi dengan asam menghasilkan ion vanadium(III), V3+ yang berwarna hijau, dan bersifat reduktor kuat V2O3(s) + 6H3O+(aq) → 2V3+(aq) + 9H2O(l)

Vanadium(II) Oksida, VO • • • • • • •

Rumus formula : VO Nama : Vanadium(II) Oksida Densitas : 5.758 g/cm3 Titik leleh (1 atm) : 1,789 °C Titik didih (1 atm) : 2,627 °C Berwarna abu-abu hitam, diperoleh dari reduksi V2O3 dengan logamnya, V Jenis oksida basa, bereaksi dengan asam menghasilkan ion V2+ yang berwarna violet VO(s) + 2H3O+(aq) → V2+(aq) + 3H2O(l)

Contoh senyawa oksovanadium Tingkat Oksidasi +5

Senyawa dan Warnanya VO2F - coklat VOF3 - Kuning

VO2Cl - oranye VOCl3 - kuning [VOCl4][VO2Cl4]3-

+4

VOF2 - kuning

VOCl2 - hijau [VO(CN)4]2- - biru-hijau

VOBr2

+3

-

VOCl - kuning coklat

VOBr - violet

[VOF4]-

VOBr3 - merah tua

VOBr3 yang berupa cairan merah tua, dapat diperoleh dari pemanasan langsung dari V2O3 dan Br2 2V2O3(s) + 6Br2(g) → 4VOBr3(aq) + O2(g)

Sumber dan kelimpahan • Kelimpahan unsur Vanadium dalam kerak bumi diduga sekitar 136 ppm, dan merupakan unsur transisi terbanyak ke lima setelah besi, titanium, mangan, dan zirkonium. • Terdapat kira kira 60 macam mineral yang mengandung vanadium. VS4 : patronit K2(UO2)2(VO4)2.3H2O : karnonit Senyawa Pb5(VO4)3Cl : Vanadinite • Daerah penghasil vanadium terbesar yaitu Afrika Selatan, Cina bagian utara dan barat, dan Rusia bagian timur. • Ion vanadil terdapat di air laut dengan konsentrasi rata-rata adalah 30 x 10-9 M

Vanadinite Pb5(VO4)3Cl 5 x (+2) + 3V + 12 x (-2 + (-1) = 0 10 + 3V -24 -1 = 0 3V = 25 – 10 3V = 15 V = +5

Karnonit K2(UO2)2(VO4)2.3H2O

Patronit VS4

Persamaan bilangan oksidasi antara unsur golongan 5 dengan golongan 15 Golongan 5

Golongan 15

Biloks tertinggi = +5 V(OH)5 H5VO5 H2O H3VO4

Biloks tertinggi = +5 P(OH)5 H5PO5 H2O H3PO4

VO43-

PO43-

Ekstraksi Vanadium Langkah pertama pada ekstraksi vanadium yaitu mendapatkan vanadium dalam bentuk oksidanya, V2O5 dari bijihnya.  Biasanya ditempuh prosedur umum dengan pemanggangan (roasting) bijih-bijih yang telah diremukkan.  Pemanggangan berlangsung pada temperatur kira-kira 700 °C menghasilkan padatam hitam V2O5 Langkah selanjutnya yaitu proses reduksi :  Jika diinginkan hasilnya untuk zat aditif baja, maka reduksi dilakukan dalam tanur listrik dengan penambahan bijih besi, silikon dan kapur. 2V2O5(s) + 5Si(s) + Fe(s) + CaO(s) → 4V(s) + Fe(s) + 5CaSiO3(s) ferrovanadium

 jika diinginkan logam vanadium murni, reduksi V2O5 dapat dilakukan dengan kalsium V2O5(s) + 5Ca(s) → 2V(l) + 5CaO(s)

Paduan vanadium: Produk komersial vanadium adalah terutama sebagai paduan, • Ferro vanadium (40% V dan 60% Fe) ferro vanadium dibuat dengan mereduksi vanadium oksida yang dicampur dengan oksida logam Fe dengan karbon dalam tanur listrik. • Nikel vanadium, dibuat dengan pemanasan campuran V2O5 + NiO. • Paduan Titanium, alumunium, vanadium (90% titanium, 6% alumunium, 4% vanadium)

Kegunaan • V2O5 dipakai sebagai katalisator dalam oksidasi naftalena, oksidasi SO2→ SO3,pembuatan asam sulfat, anhidrida maleat, oksidasi alkohol dan hidrogenasi olefin • Sebagian besar vanadium (sekitar 80%) digunakan sebagai ferrovanadium atau sebagai aditif baja • Paduan vanadium dengan baja digunakan dalam roda, poros engkol, roda gigi dan komponen penting lainnya • Campuran vanadium dengan aluminium dan titanium digunakan dalam mesin jet dan rangka pesawat (90% titanium, 6% alumunium, 4% vanadium)

Reaksi oksidasi naftalena dengan katalis V2O5

Pembuatan asam sulfat dengan katalis V2O5 (proses kontak) • Pertama, belerang dibakar menjadi belerang dioksida. S(s) + O2(g) —-> SO2(g) • Belerang dioksida kemudian dioksidasi lbh lanjut jd belerang trioksida. 2SO2(g) + O2(g) <====> 2SO3(g) • Reaksi ini berlangsung pada suhu sekitar 500 0C, tekanan 1 atm dengan katalis V2O5. Kemudian gas SO2 dilarutkan dalam asam sulfat pekat sehingga terbentuk asam sulfat pekat berasap (H2SO4.SO3 atau H2S2O7) SO3(g) + H2SO4(l) ——-> H2S2O7(l) • H2S2O7(l) + H2O(l) ——> 2H2SO4(l) • Dari proses kontak dihasilkan asam sulfat pekat dengan kadar 98%

Bahaya • Senyawa vanadium umumnya tidak berbahaya, namun pekerja yang terpapar debu vanadium(V) oksida mengalami iritasi mata, hidung, dan tenggorokan parah. • Vanadium dapat menghambat enzim tertentu pada hewan sehingga berdampak secara neirologis. • Unsur vanadium dapat teroksidasi menjadi vanadium(V) oksida selama pengelasan, yang bersifat lebih beracun daripada bentuk unsurnya • The Occupational Safety and Health istration (OSHA) telah menetapkan batas paparan dari debu vanadium(V) oksida yaitu sebesar 0,05 mg/m3

Daftar Pustaka • Royal society of chemistry. Periodik table. (online). http://www.rsc.org/periodic table/element/23/Vanadium. Diakses tgl 2 November 2016. • Sugiyarto, Kristian H. 2003. Kimia Anorganik II. Yogyakarta: Jurusan kimia FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta • Wikipedia. Vanadium. (online). https://en.wikipedia.org/wiki/Vanadium. Diakses tanggal 4 november 2016.