Penggunaan Gas Hydrogen

Berikut ini adalah penggunaan hydrogen dalam industry :

    1.       Sebagian besar produksi hydrogen untuk bahan dasar pembuatan NH3 pada proses Haber :N2 (g) + 3H2 (g) ß  2 NH3(g).(Suhu 400ºC - 600 ºC,tekanan 200-600 atm)

   2.      Hidroge murni digunakan dalam pembuatan margarin,H2 dilewatkan dalam minyak tumbuhan pada suhu 180 ºC dan katalis nikel.Reaksi ini termasuk raeksi adisi,karena hydrogen mengubah ikatan rangkap pada minyak (dalam margarin) menjadi berikatan tunggal.

    3.      Hidrogen digunakan untuk memproduksi senyawa karbon yang lebih kompleks dari sebelumnya melalui reaksi OXO.Contohnya hydrogen bergabung dengan karbon monoksida dan gas etena membentuk senyawa karbon dengan 3 karbon hasil reaksinya digunakan untuk bahan baku pembentukan senyawa lain :

CH2=CH2 + H2 +CO2 à CH3CH2CH=O

     4.      Reaksi hydrogen dengan gas karbon monoksida digunakan untuk memproduksi berbagai jenis senyawa organic,contohnya membuat methanol.

     5.      Hydrogen cair digunakan untuk bahan bakar dalam mesin roket.Hidrogen cair ini dimuat dalam tangki dan dicampur dengan oksigen dalam ruang pendorong sehingga terbakar memberikan panas.Uap air yang dihasilkan dari reaksi itu berekspansi memberikan tekanan tinggi untuk gaya pendorong yang sangat kuat.

Dr.Ida Farida Ch, M. P. (2012). Kimia Anorganik I. Bandung, CV.Insan Mandiri.

            

Senyawa Hidrida Dan Sifat-Sifatnya

Hidrida adalah senyawa biner suatu unsur dengan hydrogen.Berdasarka sifat

Hidrida adalah senyawa biner suatu unsur dengan hydrogen.Berdasarka sifat ikatannya,hidrida dapat dikelompokan menjadi tiga jenis hidrida,yaitu hidrida ionic,hidrida kovalen,dan hidrida transisi.

  

   

    1)      Hidrida ionic

Hidrida ionik diperoleh dari reksi antara hydrogen dengan logam.Logam-logam yang membentuk hidrida ionic dengan hydrogen adalah logam yang mempunyai harga energy ionisasi rendah (bersifat sangat elektropositif) yaitu golongan alkali dan alkali tanah.Secara umum reaksi ditulis sebagai berikut:

L (s) + H2 (g) à LH (s)                    (L = golongan alkali )

L (s) +H2 (g) à LH2 (s)                   (L = golongan alkali tanah)

Contoh:

Na (s) + H2 (g) à 2NaH (s)

Mg (s) + H2 (g) à MgH2 (s)

Pembentuakn senyawa hidrida umumnya berlangsung pada suhu 300ºC – 400ºC dan menggunakan katalis.Hidrida ionic mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

a)     Hydrogen dalan hidrida ionic bertindak sebagai donor pasangan electron yang kuat (basa lewis) yaitu dalam bentuk ion H^-

b)     Hidrida ionic dalam keadaan lelehnya dapat menghantarkan arus listrik atau bersifat elektrolit

c)      Bila lelehan hidrida ionic dihidrolisis akan melepaskan gas H2 pada anode.

Conto reaksi elektrolisis lelehan NaH sebagai berikut:

Reaksi ionisasi : NaH (l) à Na⁺ (l) +H^-
Katode : 2Na⁺ (l) + 2é à Na (s)

Anode  :  2H^-  (l) à H2 (g) + 2é

Reaksi kesuluruhan : NaH (l)  à Na (s) + H2 (g)

d)     Hidrida ionic merupakan reduktor kuat,sehingga sangat reaktif terhadap air dan oksigen.Contihnya ; RbH dan CsH menyala spontan dalam udara kering,

2 RbH + O2 c2RbO + H2

Oleh karena zat tersebut harus disimpan di lingkungan yang bebas air dan oksigen.Reaksi hidrida ionic dalam air adalah sebagai berikut:

LH + H2O à LOH +H2                    (L = alkali)

LH2 + H2O à L(OH)2 + 2 H2         (L = alkali tanah )

Laju reaksi hidrida logam alkali dengan air lebih cepat dari pada hidrida alkali tanah.Contoh:

NaH (s) + H2O (l) à NaOH (aq) + H2(g)             (laju reaksi cepat)

CaH2 (s) + H2O (l) à Ca(OH)2 (aq) + 2H2(g)     (laju reaksi sedang)

Reaksi NaH dengan air tersebut lebih cepat disbanding dengan logam Na dengan air ,sehingga dapat terjadi nyala atau ledakan.

Oleh karena laju reaksinya sedang,senyawa CaH2 berupa padatan berwarna abu-abu ini digunakan sebagai sumber gas hydrogen yang mudah diangkut untuk mengisi balon pengamat cuaca.Selain itu juga untuk memproduksi gas hydrogen dalam skala laboratorium.

e)     Hidrida ionic digunakan untuk membuat senyawa pereduksi lain,contohnya, LiH untuk membuat LiAlH4 (litium aluminium hidrida); NaH untuk membuat NaBH4 (natrium borohidrida).Senyawa LiAlH4 dan NaBH4 merupakan zat pereduksi,karena mampu mendonorkan ion hidridanya.

    2)     Hidrida kovalen

Hidrida kovalen terbentuk dari hydrogen dengan unsur-unsur golongan 13,14,15,16,dan 17.Senyawa hidrida kovalen ini dibedakan dalam tiga kelompok,tergantung pada harga keelektronegatifan unsurnya,dengan hydrogen (skala paulling = 2,1 ),yaitu sebagai berikut.

a)     Hidrida kovalen yang terjadi antara hydrogen dengan unsur-unsur non logam yang keelektronegatifannya lebih tinggi,yaitu pada hidrida kovalen yang dibentuk dengan unsur-unsur golongan 17 ; HF,HCl,HBr,HI,golongan 16 : H2O,H2S,H2Se,H2Te dan golongan 15 : NH3,dan PH3.Senyawa hidrida ini bersifat kofalen polar,dimana atom H pada hidrida bermuatan parsial positif (δ^- ) dan dalam reaksi bertindak sebagai donor H⁺ (asam bronsted) kecuali pada NH3,yang bertindak sebagai akseptor proton.

b)     Hidrida kovalen yang terjadi antara hydrogen dengan unsur nonlogam yang perbedaan keelektronegatifannya sangat kecil.contohnya pada metana CH4.senyawa ini bukan asam atau basa,karena bersifat kovalen nonpolar.Tidak adanya pemisahan muatan ,mengakibatkan dalam suatu reaksi hidrida ini bertindak sebagai donor atom H melalui mekanisme reaksi radikal bebas.Muatan parsial H sama dengan nol atau mendekati nol dan

atom H pada hidrida ini berada dalam bentuk H^. (radikal hydrogen).

c)      Hidrida kovalen yang terjadi antara hydrogen dengan unsur-unur yang keelektronegatifannya lebih rendah,yaitu dengan unsur-unsur metalloid seperti B,Al,As,Si dan Sn.Contohnya BH3 dab AlH3 yang lebih stabil dalam bentuk dimer,yaitu B2H6 dan Al2H6.Senyawa hidrida ini bersifat kovalen polar,dimana atom H pada hidrida bermuatan parsial negative H ^δ- dan dalam reaksi dapat mendonorkan H^- .Seperti halnya senyawa ionic,hidrida kelmopok ini merupakan reduktor.Contohnya ; senyawa B2H6 (diboran) bereaksi secara spontan bila kontak dengan udara,karena bereaksi dengab oksigen ;

B2H6 (s) + 3 O2 (g) à B2O3 (s) + 3 H2O

    3)     Hidrida transisi

Hidrida intersis atau transisi trjadi antara hydrogen dengan unsur-unsur logam transisi.beberapa senyawa hidrida ini mempunyai senyawa kimia yang dapat dituliskan dengan jelas,seperti NiH2,FeH2, dan UH2.Namun senyawa hidrida transisi lainnya nonstoikiometrik atau rumusnya tidak jelas.Contohnya TiH1.7, ZrH1,9,PdHx (x<1).Senyawa ini terlihat seperti larutan hydrogen dalam logam karena hydrogen termuat di dalam kisi-kisi antara atom-atom (intersisi) dan masih mempunyai sifat konduktor.

(gambar)

Senyawa hidrida ini dalam reaksi lebih sering bertindak sebagai donor H2 dari pada sebagai donor H⁺ ataupun H^- .Hidrida intersisi seperti PdHx digunakan sebagai penyimpanan bahan bakar gas H2.Ketika digunakan PdHx dipanaskan hingga gas hydrogen terlepas.

Dr.Ida Farida Ch, M. P. (2012). Kimia Anorganik I. Bandung, CV.Insan Mandiri.

            

Reaksi-Reaksi Gas Hidrogen

Berikut ini adalah beberapa reaksi hydrogen yang khas yang menunjukan sifat kereaktifan hydrogen .

1)      Pada suhu tinggi H2 bereaksi  dengan unsur-unsur nonlogam dan unsur-unsur logam membentuk suatu hidrida

2)     H2 merupakan reduktor untuk menghilangkan oksigen dari oksida logam contohnya reaksi penghilangan oksigen pada tembaga oksida:

CuO (s) +H2 (g) à Cu (s) + H2O (l)

3)     H2 bereaksi dengan O2 bila terdapat terdapat nyala api atau bunga api listrik

H2 (g) + O2 (g) à 2 H2O (g) + energi

Bila sebatang korek api menyala didekatkan pada mulut tabung berisi hydrogen maka terjadi letupan akibat terjadinya reaksi diatas.Cara ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi adanya gas hydrogen.

Dr.Ida Farida Ch, M. P. (2012). Kimia Anorganik I. Bandung, CV.Insan Mandiri.

                

Isotop Hidrogen

Ada tiga jenis isotop hydrogen,yakni hydrogen-1 (protium),Hidrogen-2 (deuterium),Hidrogen-3 (tritium).Di alam sebagian besar hydrogen berada dalam bentuk protium.Komposisi masing-masing di alam,sebagai berikut,Protium 99,85%,Deterium 0,0156 %,sedangkan  Tritium sangat sedikit (jumlahnya tidak berarti;1 per 10¹⁷ atau 10^-17 ) dan bersifat radioaktif meradiasikan sinar β atau  dengan waktu paruh 12,3 tahun.
     


 Tritium terbentuk secara terus menerus di lapisan atas atmosfer melalui reaksi inti yang diradiasi oleh sinar kosmik.Secara sintesis,tritium diperoleh dalam reactor atom dari litium.
     


  


Sifat – sifat kimia isotop-isotop H,D dan T, pada hakikatnya serupa,namun berada dalam hal laju reaksi dan tetapan kesetimbangan.Contohnya  terhadap reaksi dengan klor ;H2 + Cl2 à 2HCl   (cepat)
D2 + Cl2 à 2DCl    (lambat)
   Pada suhu 0ºC ,reaksi H2 dengan klor 13,4 kali lebih cepat dari pada D2.Perbedaan laju reaksi yang diperlihatkan oleh isotop-isotop dalam jenis reaksi yang sama disebut efek isotope.Oleh karena umumnya isotope D bereaksi lebih lambat  disbanding dengan H,maka disebut efek isotope deuterium.

     Air berat (heavy water) ialah air yang dibentuk oleh isotope D,yaitu D2O.Air ini dipisahkan dari air(H2O) melalui destilasi bertingkat atau elektrolisis.Titik leleh air berat adalah 3,8ºC,titik beku 101,4ºC dam massa jenisnya 1,11.Air berat digunakan sebagai moderator pada reactor nuklir.

Hidrogen

          Hidrogen adalah unsur yang paling sederhana yang pertama kali diidentifikasi oleh Henry  Cavendish (1730-1810).Pada normal (suhu kamar) berada dalam bentuk diatom dengan rumus molekul H2.Dalam keadaan normal,hidrogen berwujud gas yang tidak berbau,tidak berwarna dan tidak berasa.Titik didihnya -252,61 dan titik lelehnya -259,043.

Sifat kimia hidrogen tergantung pada proses elektronik yang dialaminya yaitu:

1. Atom H melepaskan elektron valensi membentuk ion H⁺ 
2.  Atom H menangkap elektron membentuk ion H^-
3. Pembentukan ikatan kovalen tunggal seperti pada CH₄
4. Hidrogen yang terdapat dalam senyawa tertentu dapat membentuk ikatan hydrogen dengan atom yang sangat elektronegatif dan berukuran kecil,yaitu N,F,dan O.

Atom hydrogen menunjukan kesamaan sifat dengan atom halogen,yakni mempunyai kekurangan satu electron dari konfigurasi electron gas mulia.Atom hydrogen dapat membentuk pasangan electron dengan atom hydrogen lain.Ikatan yang membentuk berupa ikatan kovalen.

H ^. + ^. H à H : H

Disamping itu atom hydrogen menjadi stabil dengan melepaskan 1 elektron valensinya :

H à H⁺  + é

Sifat itu mirip golongan alkali,karena sifat inilah hydrogen ditempatkan dalam system periodic di golongan IA bersama logam-logam alkali,walaupun banyak sifat sifat lain yang berbeda. 

Pembuatan Gas Hidrogen

   

     Gas hydrogen dapat dibentuk dari berbagai reaksi diantaranya adalah :

      1)  Pada skla industri diperoleh dari reaksi reversible antara uap air dengan gas metana atau propane ( minyak bumi ringan ) sebagai zat pereduksi.Reaksi ini memerlukan katalis nikel yang diaktifkan dalam suhu tinggi 900ºC.Prosesnya rumit,namun reaksi utamanya       adalah :

          2H2O(g) + CH4 à CO2 + 4 H2

Pada reaksi gas itu gas CO2 dan H2 dipisahkan melalui metode kimia dan fisis.Gas metan dan propan diperoleh dari gas alam atau hasil cracking minyak bumi/hidrokarbon. 

    

 2)     Eloktrolisis air dengan katalis H2SO4 atau garam-garam inert 

       

     3)     Di laboratorium,gas hydrogen paling mudah diperoleh dari reaksi logam alkali atau

     alkali tanah dengan air :

     2Na(s) + 2 H2O (l) à 2NAOH (aq) + H2 (g)

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

Dapat juga diperoleh dari reaksi logam aktif dengan larutan asam

            L(s) + 2H+ (aq) à Lx+ (aq) + H2 (g)

            Contoh :

            Mg (s) + HCl (aq) à MgCl (aq) + H2 (g)

            Zn (s) + H2SO4 (aq) à ZnSO4 (aq) + H2 (g)

Yang termasuk logam aktif selain kelompok logam mulia (Cu,Hg,Ag,Pt,Au) atau logam yang berada disebelah kiri Hidrogen pada deret Volta.Asam yang digunakan pada reaksi itu,bukian asam oksidator dan asam sangat lemah.

Berikut adalah susunan alat untuk  membuat gas hydrogen di laboratorium

     4)     Reaksi antara logam amfoter dengan basa kuat

   Zn (s) + 2 NaOH (l) + 2H2O à Na2Zn(OH)4 (aq) + H2 (g)

                                                   Natrium zinkat

    Al (s) + 2NaOH (l) + 2H2O à Na2Al(OH)4(aq) + H2 (g)

   Yang termasuk logam amfoter adalah Al,Sn,Zn,Pb,Sb,dan Cr.