Vanadium

PENDAHULUAN

    1. Latar Belakang

Unsur kimia, atau hanya disebut unsur, adalah zat kimia yang yang tidak dapat dibagi lagi menjadi zat yang lebih kecil, atau tidak dapat diubah menjadi zat kimia lain dengan menggunakan metode kimia biasa. Partikel terkecil dari unsur adalah atom. Sebuah atom terdiri dari atas inti atom (nucleus) dan dikelilingi oleh electron. Inti atom terdiri dari atas sejumlah proton dan neutron. Hingga saat ini deketahui terdapat kurang lebih 117 unsur di dunia.

Hal yang membedakan unsur satu dengan lainnya adalah “jumlah proton” dan jumlah elektron suatu unsur atau ikatan dalam inti atom tersebut. Jumlah proton pada sebuah atom dikenal dengan istilah nomor atom (dilambangkan dengan Z). dan massa atom sebuah unsur (dilambangkan dengan A) adalah massa rata-rata atom suatu unsure pada alam.

Di anatar sekian banyak unsur, salah satu di antaranya adalah unsure Vanadium. Vanadium adalah unsur kimia dalam table bekala yang mempunyai simbol V dan nomor atom 23. 

     2.  Rumusan Makalah 
        a. Bagaimana sifat fisik dari unsur vanadium?
        b. Bagaimana sifat kimia dari unsur vanadium? 
                c. Apa kegunaan unsur vanadium?

   3.  Tujuan Masalah 
        a. Untuk mengetahui sifat fisik dari unsur vanadium
        b. Untuk mengetahui sifat kimia dari unsur vanadium
        c. Untuk mengetahui kegunaan unsur vanadium 


    PEMBAHASAN
    (VANADIUM)

    1. Sejarah

Vanadium pertama kali ditemukan oleh Andres Manuel Del Rio, orang Spanyol yang menjadi ahli pertambangan di Meksiko, pada tahun 1801. Del Rio mengesktrak logam tersebut dari sampel bijih timbale berwarna coklat, yang kemudian dinamakan Vanadinite. Dia menemukan bahwa garam tersebut memperlihatkan bermacam-macam warna, dan karena itu dia menamakan unsure tersebut panchromium (Greek: all colors). Del Rio mengganti nama unsure tersebut menjadi erythonium karena garam berwarna merah saat dipanaskan.

 Sayangnya, pada tahun 1805 seorang ahli kimia Perancis bernama Hippolyte Victor Collet-Descotils, serta teman Del Rio bernama Baron Alexander von Humboldt  menyatakan bahwa unsur baru Del Rio hanyalah krom yang tidak murni. Del Rio pun menerima pernyataan ahli kimia Perancis itu dan menarik kembali pernyataannya.

            Unsure ini akhirnya ditemukan kembali pada tahun 1831 oleh kimiawan Swedia bernama Nils Gabriel Sefstrom, saat bekerja dengan bijih besi. Sefstrom kemudian memilih sebuah nama unsure berawalan huruf V, yang belum digunakan pada unsure lain. Dia menamakannya Vanadium untuk memuliakan Dewi Skandinavia, Vanadis (dewi kecantikan dan kesuburan), karena senyawa logam vanadium memiliki aneka macam warna yang cantik. Pada tahun 1831, seorang geolog bernama George William Featherstonhaugh menyarankan penamaan vanadium diganti dengan “Rionuim”, tetapi sarannya tidak diikuti.

            Isolasi logam vanadium tergolong sulit. Pada tahun 1831, Berzelius melaporkan tentang pengisolasian logam tersebut, tetapi Henry Enfield Roscoe membuktikan bahwa Berzelius mengisolasi Vanadium Nitride (VN). Pada akhirnya, Roscoe berhasil mengisolasi vanadium pada tahun 1867, dengan mereduksi Vanadium (III) Chloride, VCl₃ dengan hydrogen. Vanadium tidak dapat dimurnikan hingga kadar 99.3%-99.8% sampai tahun 1922.

Pada tahun 1927, vanadium murni berhasil diisolasi dengan mereduksi Vanadium Pentoxide dengan calcium.

     2. Sumber

Vanadium ditemukan dalam 65 mineral yang berbeda, di antaranya karnotit, roskolit, vanadit, dan patronit, yang merupakan sumber logam yang sangatn penting. Vanadium juga ditemukan dalam batuan fosfat dan beberapa bijih besi, juga terdapat dalam minyak mentah sebagai senyawa kompleks organic. Vanadium juga ditemukan dalam sedikit dalam batu meteor.

Produksi komersial berasal dari abu minyak bumi dan merupakan sumber vanadium yang sangat penting. Kemurnian yang sangat tinggi diperoleh dengan mereduksi vanadium dengan magnesium atau dengan campuran magnesium-natrium.

Sekarang, kebanyakan logam vanadium dihasilkan dengan mereduksi V₂O₅, dengan kalsium dalam sebuah tabung bertekanan, proes yang dikembangkan oleh McKenie dan Seybair.

     3.  Sifat Fisik

Vanadium adalah logam berwarna putih kelabu yang lembut dan mulur. Ia mempunyai daya tahan kakisan yang baik terhadap al-kali, asid sulfurik dan asid hiroklorik. Ia bersedia untuk teroksida pada kira-kira 933 K. vanadium mempunyai kekuatan struktur yang baik dan keratin rentas belahan neutron yang rendah, menyebabkannya berguna dalam aplikasi nuclear. Walupun ia sejenis logam, vanadium bersama dengan kromium dan mangan mempunyai cirri-ciri oksida valensi yang bersifat asid.

4. Sifat kimia

Sifat kimia vanadium, yaitu yang memiliki konfigursi electron sebagai berikut:

            ₂₃V : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d³

                Vanadium termasuk pada golongan transisi, yaitu golongan V B periode ke-4.

Vanadium(V) oksida sebagai katalis Proses Contact

Reaksi keseluruhan

Selama berlangsungnya proses kontak untuk membuat asam sulfat, belerang dioksida diubah menjadi belerang trioksida. Hal ini dilakukan dengan cara melewatkan belerang dioksida dan oksigen diatas padatan katalis vanadium(V) oksida.

Bagaimana jalannya reaksi

Hal ini merupakan contoh yang baik untuk melihat kemampuan logam transisi dan persenyawaannya untuk digunakan sebagai katalis karena kemampuan yang dimiliki oleh logam transisi dan persenyawaannya untuk mengubah tingkat oksidasinya (bilangan oksidasi).

Belerang dioksida di oksidasi menjadi belerang trioksida dengan vanadium(V) oksida. Pada saat proses berlangsung, vanadium(V) oksida di reduksi menjadi vanadium(IV) oksida.

Vanadium(IV) dioksida kemudian di oksidasi kembali oleh oksigen.

Meskipun katalis berubah-ubah selama proses reaksi berlangsung, pada akhir proses reaksi sifat kimia dari katalis tersebut sama dengan pada awal proses reaksi.

Tingkat oksidasi vanadium

Vanadium memiliki berbagai tingkat oksidasi pada persenyawaannya yang terdiri dari +5, +4, +3, dan +2. Bagian ini menunjukkan perubahannya. Pembahasan dapat dimulai dengan sedikit gambaran, dan kemudian memperhatikan proses reaksi pada saat potensial redoks standar (potensial elektroda standar).

Pengamatan perubahan di laboratorium

Reduksi tingkat vanadium(V) menjadi vanadium(II)

Sumber vanadium yang biasa pada tingkat oksidasi +5 adalah amonium metavanadat, NH₄VO₃. Zat ini sangat tidak larut dalam air dan biasanya larut dengan mudah dalam larutan natrium hidroksida.

Larutan dapat di reduksi dengan menggunakan seng dan asam – baik itu asam klorida maupun asam sulfat, biasanya dengan konsentrasi asam yang sedang.

Keberadaan ion vanadium yang tepat dalam larutan sangatlah rumit, dan berubah-ubah sesuai dengan pH larutan. Reaksi terjadi dalam kondisi asam ketika ion yang paling utama dalam larutan adalah VO²⁺  disebut ion dioksovanadium(V).

Catatan: Ion biasanya ditulis sebagai VO²⁺ tetapi penulisan yang lebih akurat adalah [VO₂(H₂O)₄]⁺.

Re-oksidasi vanadium(II)

Ion vanadium(II) sangat mudah teroksidasi. Jika kamu mencabut kapas mentah dari labu dan menuangkan sebagaian larutan pada tabung reaksi, maka warna akan kembali hijau karena larutan ini bersentuhan dengan oksigen di udara. Larutan kembali teroksidasi menjadi vanadium(III).

Jika larutan dibiarkan untuk jangka waktu yang lama, larutan akan kembali menjadi biru sebagai pengaruh oksidasi udara dan kembali lagi menjadi tingkat vanadium(IV) – ion VO²⁺.

Penambahan asam nitrat (agen pengoksidasi yang sangat kuat) pada larutan vanadium(II) juga dapat menghasilkan ion VO²⁺ yang berwarna biru. Vanadium(II) kembali teroksidasi menjadi vanadium(IV).

Penjelasan perubahan potensial redoks (potensial elektroda)
Penggunaan seng sebagai agen pereduksi

Tingkat pertama dari rangkaian reduksi
Coba perhatikan pada reduksi tingkat pertama – dari VO²⁺ ke VO²⁺. Potensial redoks setengah reaksi untuk vanadium diberikan oleh:

Kesetimbangan yang berkaitan untuk seng adalah:

Prinsip sederhana adalah jika merangkaikan dua setengah reaksi secara bersamaan, salah satu setengah reaksi dengan harga E°yang lebih positif akan bergerak ke kanan; dan satu yang lain dengan harga E°yang negatif (kurang positif) akan bergerak ke kiri.

Tingkat reaksi yang lain
Berikut ini adalah harga-harga Eo untuk seluruh tahap reduksi dari vanadium(V) menjadi vanadium(II):

… dan berikut adalah harga untuk seng:

Harus diingat bahwa reaksi vanadium bergerak ke arah kanan (sesuai dengan yang kita inginkan), harga E_o-nya harus lebih positif apapun yang kamu reaksikan dengannya.

Dengan kata lain, supaya reaksi dapat berlangsung, seng harus selalu memiliki harga lebih negatif – pada kasus ini.

Seng dapat mereduksi vanadium melalui tiap tahap dari tahapan-tahapan tersebut untuk menghasilkan ion vanadium(II).

Penggunaan agen reduksi yang lain

Andaikata kamu menggantikan seng sebagai agen pereduksi dengan timah. Seberapa jauh reduksi berlangsung kali ini?

Berikut adalah beberapa harga E° :

. . . dan berikut harga untuk timah:

Supaya setiap reaksi dapat terjadi, reaksi vanadium harus memiliki harga E^o lebih positif karena kita menginginkannya supaya reaksi tersebut bergeser kearah kanan. Hal ini berarti bahwa timah harus memiliki harga yang lebih negatif.

Pada persamaan vanadium yang pertama (dari +5 ke +4), harga untuk timah lebih negatif. Ini akan bekerja dengan baik.

Pada persamaan vanadium yang kedua (dari +4 ke +3), harga untuk timah lebih negatif juga. Ini juga akan bekerja dengan baik.

Tetapi pada reaksi vanadium yang terakhir (dari +3 ke +2), timah tidak lagi memiliki harga E^o yang lebih negatif. Timah tidak akan mereduksi vanadium(III) manjadi vanadium(II)

Re-oksidasi vanadium(II)

Tingkat oksidasi vanadium(II) lebih mudah teroksidasi kembali menjadi vanadium(III) – atau lebih tinggi.
Oksidasi oleh ion hidrogen

Kamu pasti ingat bahwa reduksi awal yang kita bicarakan adalah mengenai penggunaan seng dan asam pada labu yang disumbat dengan kapas mentah untuk menjaga supaya udara tetap diluar labu. Udara akan mengoksidasi ion vanadium(II) dengan cepat ? tetapi oksidasi juga akan terjadi jika ion hidrigen terdapat dalam larutan!

Larutan vanadium(II) hanya akan tetap stabil selama kamu menjaganya supaya udara tetap diluar dan dengan adanya seng. Seng dibutuhkan untuk menjaga supaya vanadium tereduksi.

Apa yang ajkan terjadi jika seng tidak ada disana? Lihatlah harga E^o berikut:

Reaksi dengan harga E° yang lebih negatif akan bergeser ke kiri; reaksi dengan harga lebih positif (atau kurang negatif) akan bergeser ke kanan.

Hal itu berarti bahwa ion vanadium (II) akan teroksidasi menjadi ion vanadium(III), dan ion hidrogen tereduksi menjadi hidrogen.

Akankah reaksi oksidasi berlanjut – sebagai contoh, ke tingkat vanadium(IV)?

Perhatikan beberapa harga E° dan tentukan:

Supaya kesetimbangan vanadium bergerak ke kiri, maka harus memiliki harga E^o yang lebih negatif. Kesetimbangan di atas tidak memiliki harga E^o yang lebih negatif dan karena itu reaksi tidak akan terjadi.

Oksidasi dengan asam nitrat

Pada arah yang sama, kamu dapat mencoba seberapa jauh asam nitrat akan mengoksidasi vanadium(II).

Berikut adalah tahap pertama:

Reaksi vanadium memiliki harga Eo yang lebih negatif dan jkarena itu reaksi akan bergerak ke kiri; reaksi asam nitrat bergerak ke kanan.

Asam nitrat akan mengoksidasi vanadium(II) menjadi vanadium(III).

Tahap yang kedua meliputi harga E^o:

Asam nitrat lagi-lagi memiliki harga E^o yang lebih positif dan karena itu bergerak ke kanan. Reaksi vanadium yang lebih negatif (kurang positif) bergerak ke kiri.

Asam nitrat tentu saja akan mengoksidasi vanadium(III) menjadi vanadium(IV).

Tidak, itu tidak akan terjadi! Untuk reaksi vanadium supaya bergerak ke kiri untuk membentuk ion dioksovanadium(V), harus memiliki harga Eo yang lebih negatif (kurang positif). Reaksi kesetimbangan di atas tidak memiliki harga yang kurang positif, dan oleh karena itu reaksi tidak akan terjadi.

            5. Kegunaan

Vanadium digunakan dalam memproduksi logam tahan karat dan peralatan yang digunakan dalam kecepatan tinggi. Vanadium karibida sangat penting dalam pembuatan baja.

Sekitar 80% vanadium yang sekarang dihasilkan, digunakan sebagai ferro vanadium atau sebagai bahan tambahan baja. Foil vanadium digunakan sebagai zat pengikat dalam melapisi titanium pada baja. Vanadium petoksida digunakan dalam pembuatan keramik dan sebagai katalis.

Vanadium juga digunakan untuk menghasilkan magnet superkonduktif dengan medan magnet sebesar 175000 Gauss.

Pengguanaan utama dalam paduan vanadium, terutama dengan baja. Sejumlah kecil vanadium menambah kekuatan, ketangguhan, dan tahan panas. Hal ini biasanya ditambahkan dalam bentuk ferrovanadium, sebuah paduan besi vanadium. Vanadium baja paduan digunakan dalam gigi.

                        Titanium-alumunium-vanadium paduan vanadium digunakan dalam mesin jet dan untuk pesawat berkecepatan tinggi. Vanadium foil digunakan dalam cladding titanium untuk baja. Vanadium-rekaman gallium digunakan dalam superkonduksi. Vanadium pentoxide digunakan dalam keramik dan sebagai katalis.
Vanadium (V) oksida adalah sebuah katalis dalam proses Kontak untuk memproduksi asam sulfat . Kimia vanadium dicatat untuk aksesibilitas dari empat berdekatan oksidasi. Umum oksidasi vanadium adalah 2 (ungu), 3 (hijau), 4 (biru) dan 5 (kuning). Vanadium (II) senyawa reduktor, dan vanadium (V) senyawa agen oksidasi. Vanadium (IV) senyawa sering ada sebagai vanadyl derivatif yang berisi VO 2 + pusat.
Konstanta disosiasi asam untuk vanadium dan seri fosfor sangat mirip. Dalam banyak solusi yang lebih terkonsentrasi polyvanadates terbentuk. Rantai, cincin dan cluster yang melibatkan tetrahedral vanadium, analog dengan polyphosphates, diketahui. Selain itu, cluster seperti decavanadates V 10 O 4-28 dan H V 10 O 3 - 28, yang mendominasi pada pH 4-6, dibentuk di mana senyawa oktahedral tentang vanadium.
Vanadium juga membentuk berbagai peroxo-kompleks ketika diobati dengan hidrogen peroksida. Misalnya, kuning oxovanadium (V) ion VO + 2 dalam larutan asam peroksida hidrogen membentuk bata merah peroxovanadium (V) ion, VO (O 2)2 +.
Kimia organologam vanadium dikembangkan dengan baik, tetapi senyawa organologam dari signifikansi nilai komersial kecil. Vanadocene dichloride adalah serbaguna reagen dan bahkan mulai menemukan aplikasi kecil dalam kimia organik. Vanadium karbonil, V (CO) 6, adalah contoh yang langka sebuah karbonil logam yang mengandung elektron tidak berpasangan, tetapi yang ada tanpa dimerization. Penambahan elektron menghasilkan V (CO) - 6 (isoelektrik dengan Cr (CO)6) yang dapat lebih diperkecil dengan natrium dalam amonia cair menghasilkan V (CO) 3 - 6 (isoelektrik dengan Fe (CO)5).
Logam vanadium tidak ditemukan di alam, namun diketahui ada di sekitar 65 berbeda mineral. Contoh yang signifikan secara ekonomi termasuk patronite (VS 4), vanadinite (Pb 5 (VO 4) 3 Cl), dan carnotite (K 2 (uo 2) 2 (VO 4) 2 • 3H 2 O). Banyak dunia produksi vanadium bersumber dari vanadium-bantalan magnetit ditemukan ultramafic gabbro tubuh. Vanadium ditambang sebagian besar di Afrika Selatan, barat laut Cina, dan timur Rusia. Pada tahun 2007 tiga negara tersebut ditambang lebih dari 95% dari 58.600 ton yang diproduksi vanadium.

Vanadium juga hadir dalam bauksit dan bahan bakar fosil deposito seperti minyak mentah, batubara, serpih minyak dan tar pasir. Dalam minyak mentah, konsentrasi sampai 1200 ppm telah dilaporkan. Ketika produk-produk minyak seperti dibakar, jejak-jejak vanadium dapat memulai korosi pada motor dan boiler. Diperkirakan 110.000 ton per tahun vanadium dilepaskan ke atmosfir dengan membakar bahan bakar fosil. Vanadium juga telah terdeteksi di spectroscopically cahaya dari Matahari dan beberapa bintang.