1. Sebutkan sumber utama ekstraksi logam titanium dan zirkonium serta jelaskan prinsip-prinsip reaksi ekstraksi!

Jawaban:

a.       Titanium

Kebanyakan titanium ditemukan dalam bentuk rutile atau titanium dioksida (TiO₂). Titanium umumnya terbentuk pada batuan igneous, sering ditemukan sebagai ilmenite (FeTiO₃) dan perovskite (CaTiO₃).

Salah satu metode yang digunakan dalam proses pembuatan titanium adalah Metode Kroll yang banyak menggunakan klor dan karbon. Hasil reaksinya adalah titanium tetraklorida yang kemudian dipisahkan dengan besi triklorida dengan menggunakan proses distilasi. Senyawa titanium tetraklorida, kemudian direduksi oleh magnesium menjadi logam murni. Udara dikeluarkan agar logam yang dihasilkan tidak dikotori oleh unsur oksigen dan nitrogen. Sisa reaksi adalah antara magnesium dan magnesium diklorida yang kemudian dikeluarkan dari hasil reaksi menggunakan air dan asam klorida sehingga meninggalkan spons titanium. Spon ini akan mencair dibawah tekanan helium atau argon yang pada akhirnya membeku dan membentuk batangan titanium murni.

b.      Zirkonium

Zirkonium tidak terdapat dalam bentuk bebas di alam melainkan dalam bentuk zirkonium silikat pada zirkon (ZrSiO₄) dan zirkonium oksida pada badelleyit (ZrO₂). Dalam jumlah sedikit zirconium terdapat pada banyak mineral seperti mineral titanat, tantolo niobat, tanah jarang, silikat, dan sebagainya. Dalam jumlah agak besar, zirkonium terdapat pada mineral baddeleyit dan mineral zirkon atau campuran dari zirkon dioksida dan zirkon silikat (ZrSiO₄).

Guna memperoleh unsur zirkonium (Zr) dari mineral zirkon dapat dilakukan dengan cara pirometalurgi maupun hidrometalurgi. Selain itu telah dikenal juga proses ekstraksi mineral zirkon melalui cara pelindian dengan asam kuat berupa HCl. Proses ekstraksi mineral zirkon melalui jalur pelindian dengan media pelarut HCl dilakukan setelah ikatan zirkonium dengan senyawa silikat dilepaskan karena mineral zirkon tidak dengan mudah terdekomposisi atau terurai secara langsung oleh HCl. Pemisahan ini dapat dilakukan dengan penambahan Na₂O₂ sehingga akan terbentuk senyawa sodium zirkonat dan sodium silikat. Terhadap zirkonat ini kemudian dilakukan pelindian dengan HCl. Walaupun demikian, jika dilihat dari diagram pH pada range tertentu, silikat (SiO₂) tidak larut dalam HCl, sedangkan zirkonium larut sebagai ZrO²⁺ dan Zr⁴⁺.

2.      Tuliskan sifat umum yang mirip pada reaksi pemanasan logam Ti-Zr-Hf dengan (a) Oksigen (b) Halogen  (c) air (d) HCl!

Jawaban:

a.       Oksigen

Logam titanium, hafnium dan zirkonium merupakan konduktor yang baik memunyai titik didih dan titik cair yang tinggi. Tidak reaktif pada suhu kamar tetapi jika dipanaskan dengan O₂ pada suhu di atas 600 ⁰C akan membentuk MO₂.

b.      Halogen

Tidak reaktif pada suhu kamar tetapi jika dipanaskan dengan halogen akan membentuk MX₄.

c.       Air

Jika logam-logam ini direaksikan dengan air pada kondisi di bawak normal, maka tidak akan terjadi reaksi. Jika dilakukan pada suhu yang agak tinggi maka akan menghasilkan MO_2(s).

d.      HCl

Dalam larutan asam atau basa, logam ini tidaklah larut karena justru membentuk oksidanya sebagai pelindung. Meskipun begitu, Zr larut dalam Aquaregia sedang Ti dapat larut dalam HF yang kemudian membentuk H₂TiF₆ dan H₂.

3. Mana yang lebih stabil terhadap reduksi Ti(IV) ataukah Zr(IV). Jelaskan!

Jawaban:

Lebih stabil terhadap reduksi adalah Ti(IV) daripada Zr(IV) karena titanium mempunyai struktur elektron 3d² 4s². Energi untuk mengeluarkan empat elektron begitu besar, sehingga ion Ti⁴⁺ tidak bisa ada dan senyawa anti tanium(IV) adalah kovalen. Bilangan oksidasi yang sering dijumpai adalah +2, +3 dan +4, namun untuk Zr dan Hf dijumpai bilangan oksidasi +1. Bilangan oksidasi +4 dikatakan lebih stabil dari lainnya karena bilangan oksidasi yang lebih rendah mengalami disproporsionasi.

4. Jelaskan mengapa vanadium sangat baik untuk bahan campuran aloy?

Jawaban:

Vanadium sangat baik digunakan untuk bahan campuran alloy karena vanadium adalah bahan tambahan untuk pekerjaan panas karena sifat vanadium tahan terhadap gesekan pada temperatur yang tinggi. Selain itu, vanadium juga tahan terhadap korosi karena memiliki lapisan pelindung oksida di permukaannya.

5. Sebutkan mineral apa saja yang merupakan sumber vanadium?

Jawaban:

Vanadium ditemukan dalam 65 mineral yang berbeda, Vanadiat  yaitu timbal (II) klorida vanadat (PbCl₂.3Pb₃(VO₄)2), Karnoit yaitu kalium uranil vanadat (K(UO₂)(VO₄).1,5 H₂O) dan Vanadinit yaitu (Pb₅(VO₄)₃Cl) yang merupakan sumber logam yang sangat penting. Vanadium juga ditemukan dalam batuan fosfat dan beberapa bijih besi. Vanadium juga terdapat dalam minyak mentah sebagai senayawa kompleks organik. Vanadium juga ditemukan dalam sedikit dalam batu meteor.

6. Jelaskan secara singkat ekstraksi vanadium baik sebagai aloy {paduan) maupun logam bebas.

Jawaban:

Langkah pertama ekstraksi logam ini yaitu vanadium dalam bentuk oksidanya V₂O₅ dari bijihnya melalui berbagai macam proses dan reaksi. Untuk itu biasanya dilakukan prosedur umum dengan pemanggangan (roasting) bijih-bijih yang dapat diremukkan atau diresidu vanadium dengan garam NaCl atau N₂CO₃ pada temperatur kira-kira 850°C. Tahap ini akan menghasilkan natrium vanadat (Na₃VO₄) yang kemudian diluluhkan dengan air. Pengasaman dengan asam sulfat hingga pH =2-3 akan menghasilkan padatan polivanadat dan pemanggangan langsung pada temperatur kira-kira 700°C akan menghasilkan padatan hitam V₂O₅. Langkah selanjutnya yaitu proses reduksi yang pada garis besarnya dibedakan dalam dua perlakuaan berdasarkan tujuannya. Jika dikehendaki hasilnya untuk keperluan zat adiktif pada baja, maka reduksi dilakukan dalam tanur listrik dengan penambahan biji besi, silikon, dan kapur, CaO; hasilnya yaitu ferovanadium dengan kadar vanadium (35-95%) yang dapat dipisahkan dari ampas atau kerak CaSiO₃ menurut persamaan reaksi sebagai berikut:

2V₂O₅ + 5Si + Fe + 5CaO  V + e + 5 CaSiO₃

Untuk digunakan sebagai zat aditif pada baja, ferovanadium dapat langsung dipakai tanpa pemurnian lebih lanjut. Jika diinginkan logam vanadium murni, reduksi V₂O₅ dapat dilakukan dengan kalsium dimana lelehan logam vanadium dapat dipisahkan dari kerak CaO.

V₂O₅ + 5Ca  2V_(l) + 5CaO_(s)

Untuk bahan dasar yang mengandung vanadium(II) klorida misalnya, logam vanadium dengan kemurnian tinggi dapat diperoleh melalui elektrolisis dengan proses Van Arkel De Boer dimana garam vanadium klorida yang sudah dimurnikan diuapkan dan didekomposisi melalui kawat panas dalam keadaan vakum

7. Sebutkan jenis oksida vanadium dan sifatnya, demikian juga ion vanadium dengan karakteristik warnanya.

Jawaban:

a.       Jenis oksida vanadium dan sifatnya

1). Vanadium pentoksida

V₂O₅ bewarna kuning-orange. Padatan V₂O₅ ini mempunyai titik leleh kira- kira 650⁰C. Membeku pada pendinginan dengan membentuk kristal- kristal yang berbentuk jarum. Kelarutan oksida ini dalam air sangat kecil (kira- kira 0,007 gr/L), dan V₂O₅ lebih bersifat amfoterik, oleh karena itu larut dalam basa kuat, misalnya natrium hidroksida dengan menghasilkan ion vanadat (yang tak bewarna). Jika kedalam larutan ini kemudian ditambahkan asam hingga kira- kira pH 6,5 larutan menjadi orange cemerlang dan jika penambahan asam diteruskan hingga kira- kira pH 2, ternyata diperoleh endapan bewarna coklat(V₂O₅), tetapi endapan ini larut kembali pada penambahan asam lebih lanjut dengan membentuk ion kompleks dioksida vanadium.

2).  Vanadium dioksida

VO₂ bewarna biru tua diperoleh dari reduksi moderat V₂O₅. Bersifat amfoterik seperti halnya V₂O₅ larut dalam kelarutan yang sama banyak baik dalam asam maupun basa. Dalam basa kuat larut dengan membentuk iopn vanadat (IV), namun rumusan ionnya kurang begitu jelas.

3). Vanadium Trioksida

V₂O₃ bewarna hitam, dapat diperoleh dari reduksi V₂O₅ dengan H₂ atau CO. Bersifat basa  oleh karena itu dengan asam bereaksi menghasilkan ion V³⁺ yang bewarna hijau.

4). Vanadium oksida

VO juga bewarna hitam dapat diperoleh dari reduksi V₂O₃ dengan logamnya. Bersifat basa seperti halnya V₂O₃ dann larut dalam asam membentuk ion V²⁺  yang bewarna violet.

b.      ion vanadium dengan karakteristik warnanya

Jenis unsur	V2+	V4+	V5+	V6+
warna	Ungu	Hijau	Merah	Jingga

8.      Tulis tahapan persamaan reaksi V₂0₅ : (a) dengan penambahan basa (b) dilanjutkan dengan penambahan asam hingga pH ~ 6,5, (c) dilanjutkan dengan penambahan asam hingga pH ~ 2, dan (d) dengan penambahan asam lebih lanjut.

Jawaban:

a.       V₂0₅ dengan penambahan basa

V₂O_s(s) + 6 OH^- (aq)             à    [V0₄]³⁺(aq) + 3H₂0 (aq)

Tak berwarna

b.      V₂0₅ dengan penambahan asam hingga pH  6,5

[V0₄]³ (aq) + 2H₃0⁺ (aq)  à          [V0₂(0H)₂]^- (aq) + 2 H₂0 (aq)

                                                      kuning-orange

c.       V₂0₅ dengan penambahan asam hingga pH 2

2 [V0₂(0H)₂] (aq) + 2 H₃0⁺ (aq)     à      V₂O_s (s) + 5H₂0

                                                                                      coklat

d.      Pada penambahan asam lebih lanjut

 V₂0₅ (s) + 2 H₃0⁺ (aq)    à   2 [V0₂]⁺ (aq) + 3 H₂0 (aq)