Alkali Tanah

Unsur-unsur alkali tanah dalam sistem periodik menempati golongan IIA. Unsur-unsur alkali tanah terdiri dari berilium (Be), magnesium (Mg), kalsium (Ca), stronsium (Sr), barium (Ba), dan radium (Ra). Disebut alkali tanah karena oksida dan hidroksida dalam air bersifat basa (alkalis) dan oksidanya serupa dengan Al2O3 dan oksida logam berat yang sejak semula dikenal dengan nama tanah.

a. Sifat-Sifat Fisis

Unsur-unsur alkali tanah kecuali berilium (Be) semua merupakan logam putih keperakan dan lebih keras dari alkali.

Sifat-Sifat Fisika Logam-logam Alkali Tanah
(Tak Termasuk Radium)

Pada tabel di atas terlihat dengan naiknya nomor atom, jari-jari atom bertambah panjang yang berakibat semakin lemahnya gaya tarik antaratom. Hal ini menyebabkan makin menurunnya titik leleh dan titik didih. Logam alkali tanah memiliki 2 elektron valensi sehingga ikatan logamnya lebih kuat daripada ikatan logam pada alkali seperiode. Hal ini menyebabkan titik leleh, titik didih, energi ionisasi, kerapatan, dan kekerasan alkali tanah lebih besar daripada logam alkali seperiode. Sedangkan untuk keraktifan logam alkali lebih besar dari alkali tanah karena hanya perlu melepaskan 1 elektron. Pada table periodic, unsure unsure pada periode bawah cenderung bersifar radioaktif.

b. Sifat-Sifat Kimia Alkali Tanah

Alkali tanah merupakan golongan logam yang reaktif meskipun tidak sereaktif alkali. Kereaktifan logam alkali tanah meningkat dengan semakin meningkatnya jari-jari atom. Alkali tanah dapat bereaksi dengan hampir semua unsur nonlogam dengan ikatan ion (kecuali berilium yang membentuk ikatan kovalen). Beberapa reaksi alkali tanah dengan senyawa atau unsur lain adalah sebagai berikut.

1) Reaksi dengan Oksigen

Semua logam alkali tanah dapat bereaksi dengan oksigen membentuk oksida yang mudah larut dalam air.

2Ca(s) + O₂(g) → 2CaO(s)

Contoh: 2Ba(s) + O₂(g) → 2BaO(s)

Bila oksigen berlebih dan pada tekanan tinggi terjadi peroksida.

Ba(s) + O₂(g) → BaO2(s)
(berlebih)
Kelarutan oksidanya semakin besar dari atas ke bawah.

2) Reaksi dengan Air

Magnesium bereaksi lambat dengan air, kalsium stronsium, dan barium bereaksi lebih cepat dengan air membentuk basa dan gas hidrogen.

Mg(s) + 2H₂O(l) →  Mg(OH)₂(aq) + H₂(g)
Kalsium hidroksida

3) Reaksi dengan Hidrogen

Alkali tanah bereaksi dengan gas hidrogen membentuk hidrida dengan ikatan ion.

Ca(s) + H2(g)􀁿T􀁿􀁯 CaH2(s)
Kalsium hidroksida

Hidrida alkali tanah dapat bereaksi dengan air menghasilkan basa dan gas hidrogen.

CaH2(s) + 2H2O(l)→ Ca(OH)2(aq) + H2(g)

4) Reaksi dengan Nitrogen

Reaksi alkali tanah dengan gas nitrogen membentuk nitrida.

3Ca(s) + N₂(g) → Ca₃N₂(s)
Magnesium nitrida

5) Reaksi dengan asam

Alkali tanah bereaksi dengan asam menghasilkan garam dan gas hidrogen. Reaksi semakin hebat dari atas ke bawah.

Be(s) + 2HCl(aq) → BeCl₂(aq) + H₂(g)

Berilium bersifat amfoter (dapat bereaksi dengan asam dan basa). Reaksi berilium dengan basa kuat adalah sebagai berikut:

Be(s) + 2NaOH(aq) + 2H2O(l) 􀁿􀁿􀁯 Na2Be(OH)4(aq) + H2(g)

6) Reaksi dengan Halogen

Semua alkali tanah dapat bereaksi dengan halogen membentuk garam dengan ikatan ion kecuali berilium. Secara umum dapat dituliskan:

M + X2 􀁿􀁿􀁯 MX2
Contoh: Ca(s) + Cl2(g) 􀁿􀁿􀁯 CaCl2(s)

7) Reaksi Nyala

Pada pemanasan/pembakaran senyawa alkali pada nyala api menyebabkan unsur alkali tereksitasi dengan memancarkan radiasi elektromagnetik sehingga memberikan warna nyala berilium (putih), magnesium (putih), kalsium (jingga merah), stronsium (merah), dan barium (hijau).

Berilium dapat bereaksi dengan asam dan basa (amfoter).

c. Kelarutan Basa Alkali Tanah dan Garamnya

Basa alkali tanah berbeda dengan basa alkali, basa alkali tanah ada yang sukar larut. Harga hasil kelarutan (Ksp) dari basa alkali tanah dapat dilihat pada tabel berikut.

Dari data Ksp di atas terlihat harga Ksp dari Be(OH)2 ke Ba(OH)2 makin besar, berarti hidroksida alkali tanah kelarutannya bertambah besar dengan naiknya nomor atom. Be(OH)2 dan Mg(OH)2 sukar larut, Ca(OH)2 sedikit larut, Sr(OH)2 dan Ba(OH)2 mudah larut. Be(OH)2 bersifat amfoter (dapat larut dalam asam dan basa kuat).

Be(OH)2(s) + 2H+(aq) 􀁿􀁿􀁯 Be2+ + 2H2O(l)

Be(OH)2(s) + 2H–(aq) 􀁿􀁿􀁯 BeO2 – + 2H2O(l)

Dari tabel Ksp di atas terlihat hasil kali kelarutan garam sulfat berkurang dari BeSO4 sampai BaSO4 berarti kelarutan garam sulfatnya dari atas ke bawah semakin kecil. Kelarutan garam kromat dari BeCrO4 sampai BaCrO4. Semua garam karbonatnya sukar larut, semua garam oksalatnya sukar larut kecuali MgC2O4 yang sedikit larut. Untuk lebih memahami kelarutan basa dan garam alkali lakukan kegiatan berikut.

Air Sadah

1. Pengertian Air Sadah

Bila kita masuk dalam sebuah gua di daerah berkapur kita akan melihat stalaktit dan stalagmit. Bagaimanakah terjadinya stalaktit dan stalagmit? Pernahkah Anda merebus air dalam ketel yang sudah lama digunakan? Apa yang dapat Anda amati dalam dasar ketel? Semua peristiwa tersebut ada kaitannya dengan air sadah.

Di dalam air seringkali terkandung mineral yang terlarut, misalnya CaCl2, CaSO4, Ca(HCO3)2, MgSO4, Mg(HCO3)2 dan lain-lain tergantung dari sumber airnya. Air yang mengandung ion Ca2+ atau Mg2+ dalam jumlah yang cukup banyak disebut air sadah. Penggunaan air sadah ini menimbulkan beberapa masalah diantaranya sukar berbuih bila digunakan untuk mencuci dengan sabun, menimbulkan kerak pada ketel bila direbus karena air sadah mengendapkan sabun menjadi scum dan mengendapkan CaCO3 bila dipanaskan. Air yang hanya sedikit atau tidak mengandung ion Ca2+ atau Mg2+ disebut air lunak.

Air sadah terutama disebabkan adanya Ca(HCO3)2 yang terlarut dalam air. Ion kalsium dan bikarbonat, antara lain berasal dari proses pelarutan batu kapur CaCO3 dalam lapisan tanah oleh air hujan yang mengandung sedikit asam.

CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g) 􀁿􀁿􀁯 Ca(HCO3)2(aq)
batu kapur air hujan kalsium bikarbonat

Air yang menetes di dalam gua mengandung Ca(HCO3)2 yang terlarut dan CaCO3 yang tidak larut. CaCO3 yang tertinggal di langit-langit gua semakin bertambah panjang membentuk stalaktit dan air yang menetes membawa CaCO3 yang semakin menumpuk di dasar gua makin tinggi membentuk stalagmit. Air yang terus mengalir mengandung Ca(HCO3)2 terlarut merupakan air sadah. Untuk mengetahui kesadahan suatu air dapat dilakukan penambahan tetesan air sabun terhadap suatu contoh sampel air sampai terbentuk busa. Air sadah memerlukan lebih banyak air sabun untuk membentuk busa, sedangkan air lunak hanya membutuhkan sedikit air sabun untuk membentuk busa.

2. Macam Kesadahan Air

Kesadahan air dapat dibedakan menjadi kesadahan sementara dan kesadahan tetap.

1. Kesadahan sementara

Adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam bikarbonat, seperti Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂. Kesadahan sementara ini dapat / mudah dieliminir dengan pemanasan (pendidihan), sehingga terbentuk encapan CaCO₃ atau MgCO₃.

Reaksinya:
Ca(HCO₃)₂ → dipanaskan →  CO₂ (gas) + H₂O (cair) + CaCO₃ (endapan)

Mg(HCO₃)₂ →  dipanaskan    →    CO₂ (gas)  +   H₂O (cair)    + MgCO₃ (endapan)

Kesadahan sementara dapat hilang apabila dipanaskan karena kesadahan sementara akan terurai dan mudah bereaksi.

2. Kesadahan tetap

Adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam klorida, sulfat dan karbonat, misal CaSO₄, MgSO₄, CaCl₂, MgCl₂. Kesadahan tetap dapat dikurangi dengan penambahan larutan soda – kapur (terdiri dari larutan natrium karbonat dan magnesium hidroksida) sehingga terbentuk endapan kaslium karbonat (padatan/endapan) dan magnesium hidroksida (padatan/endapan) dalam air.

Reaksinya:
CaCl₂ +   Na₂CO₃ →   CaCO₃ (padatan/endapan) + 2NaCl   (larut)

CaSO₄ +   Na₂CO₃ →   CaCO₃ (padatan/endapan) + Na₂SO₄ (larut)

MgCl₂ +   Ca(OH)₂ →   Mg(OH)₂ (padatan/endapan) + CaCl₂ (larut)

MgSO₄ +   Ca(OH)₂ →   Mg(OH)₂ (padatan/endapan) + CaSO₄ (larut)

Ketika kesadahan kadarnya adalah lebih besar dibandingkan penjumlahan dari kadar alkali karbonat dan bikarbonat, yang kadar kesadahannya eqivalen dengan total kadar alkali disebut “ kesadahan karbonat; apabila kadar kesadahan lebih dari ini disebut “kesadahan non-karbonat”. Ketika kesadahan kadarnya sama atau kurang dari penjumlahan dari kadar alkali karbonat dan bikarbonat, semua kesadahan adalah kesadahan karbonat dan kesadahan noncarbonate tidak ada. Kesadahan mungkin terbentang dari nol ke ratusan miligram per liter, bergantung kepada sumber dan perlakuan dimana air telah subjeknya. Kesadahan tetap tidak hilang pada saat pemanasan namun akan hilang apabila ditambah dengan CaCO_3.

3. Cara Menghilangkan Kesadahan

Kesadahan sementara dapat dihilangkan dengan mendidihkan air karena ion Ca2+ dan Mg2+ akan diendapkan sebagai CaCO3 atau MgCO3. Kesadahan tetap dapat dihilangkan dengan cara:

a. Menambahkan Na2CO3
Natrium karbonat Na2CO3 dapat menghilangkan kesadahan sementara dan kesadahan tetap karena ion-ion Ca2+ dan Mg2+ akan diendapkan sebagai CaCO3 dan MgCO3. Misalnya, air sadah tetap yang mengandung garam CaCl2, maka ion Ca2+ dari CaCl2 dapat diendapkan dengan menambahkan Na2CO3. CaCl2(aq) + Na2CO3(aq) 􀁿􀁿􀁯 CaCO3(s) + 2NaCl(aq)

b. Dengan Resin Penukar Ion
Dalam proses penukaran ion, air sadah tetap dilewatkan melalui material seperti zeolit (natrium aluminium silikat) yang akan mengambil ion Ca2+ dan Mg2+ menggantikan ion Na+. Dengan demikian, diperoleh air lunak karena sudah tidak mengandung ion Ca2+ dan Mg2+.

4. Kerugian Penggunaan Air Sadah

Penggunaan air sadah menimbulkan beberapa kerugian antara lain sebagai berikut.
a. Cucian menjadi kurang bersih karena air sadah menggumpalkan sabun, sehingga menjadi boros sabun.
b. Sabun yang menggumpal menjadi scum yang meninggalkan noda pada pakaian akibatnya pakaian menjadi kusam.
c. Menimbulkan kerak pada ketel, pipa air, dan pipa radiator sehingga mengakibatkan boros bahan bakar karena keraknya tidak menghantarkan panas dengan baik dan dapat menyumbat pipa air.

Air Lunak 

Air yang mengandung ion alkali tanah dengan konsentrasi rendah dan biasanya berasal dari bantuan asam; dikatakan rendah jika kandungan CaCo3 kurang dari 50 mg per liter.

Dalam air lunak, sabun akan menghasilkan busa yang banyak. Pada air sadah, sabun tidak akan menghasilkan busa atau menghasilkan sedikit sekali busa

*maaf tabel tidak dapat di tampilkan* :(