Hidrogen

HIDROGEN
KIMIA ANORGANIK I
NURUL ISMILLAYLI, S.Si., M.Sc.
Program Studi Kimia, Universitas Mataram

Materi
• Sumber-sumber Hidrogen di Alam
• Pembuatan, Sifat-sifat, dan Kegunaan Hidrogen.
• Pembuatan, Sifat-sifat dan Kegunaan Senyawaan
Hidrogen
• Ikatan Hidrogen
• Isotop Hidrogen
Kimia Anorganik I, Universitas Mataram

KELIMPAHAN
• Kelimpahan hidrogen di bumi nomer 3 setelah silikon dan
oksigen terutama ditemukan dalam bentuk air atau bergabung
dengan karbon dalam molekul-molekul organik (hidrokarbon,
tanaman, dan jasad hewan).
• Di alam hidrogen yang mempunyai 3 isotop yaitu:
1. Hidrogen (1
H)
2. Deuterium (2
D)
3. Tritium (3
T)

Sifat Umum
• Nama : hidrogen
• Simbol: H
• Nomor atom: 1
• Berat atom: 1.00794 (7)
• Golongan: 1
• Nama golongan: tidak ada
• Perioda: 1
• Blok: s
• Wujud :gas pada 298 K (gas teringan)
• Warna : tidak berwarna
• Klasifikasi : non-logam
• Keberadaan :Komersial dalam tangki bertekanan

Sifat-sifat Fisik
• H2 adalah merupakan zat berupa gas tak berwarna
• sedikit larut dalam semua pelarut
• Pada 298K dan 1 tekanan 1 barr, H2 hampir mendekati hukum-
hukum gas ideal.
• Struktur padat H2 dapat digambarkan sebagai kisi hcp,
• Harga titik lebur, entalphi pembentukan, titik didih, dan entalphi
penguapan sangat rendah yang dikarenakan adanya ikatan van
der waals yang lemah di dalam molekul-molekul H2.
• Ikatan kovalen dalam H2 tidak sekuat ikatan tunggal di dalam
molekul diatomik.

Sifat fisik H2

Electronic Configuration
www.webelements.com

Standard Reduction Potentials
www.webelements.com

Pembakaran Hidrogen
• Tabel perbandingan kalor yang dihasilkan dari beberapa
bahan bakar

Kegunaan
1. Proses produksi metanol, etanol dan alkohol yang lebih tinggi dari
syngas
2. Reaksi hidrogenasi molekul organik
3. Pembentukan logam dari oksidanya
4. Hidrogen sebagai Bahan Bakar
2CO + H2  CH3CH2OH + H2O
R2C=CHR2 + H2  R2HC-CHR2
MO2 + 2H2  M + 2H2O

Where Does Hydrogen Come From?Where Does Hydrogen Come From?
95% of hydrogen is currently produced by steam reforming95% of hydrogen is currently produced by steam reforming
Partial Oxidation
Steam Reforming
Electrolysis
Thermochemical
Water
Biomass
currently mostcurrently most
energy efficientenergy efficient
requiresrequires
improvementsimprovements
not costnot cost
effectiveeffective
requires highrequires high
temperaturestemperatures
Gasification
Microbial
requiresrequires
improvementsimprovements
slowslow
kineticskinetics

Pembuatan Hidrogen
In the laboratory :
•mereaksikan asam-asam encer dan logam-logam yang cocok (misalnya,
Fe dan Zn):
Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g).
Fe + H2SO4  FeSO4 + H2
•mereaksikan logam-logam tersebut dengan larutan aqueous alkali yang
membentuk hidroksida amfoter (misalnya, Zn dan Al):
2Al(s) + 2NaOH(aq) + 6H2O(l) → 2Na[Al(OH)4](aq) + 3H2(g).
•mereaksikan hidrida-hidrida logam dengan air
CaH2 + 2H2O  Ca(OH)2 + 2H2
•Logam-logam golongan I membebaskan H2 dari air:
2K + 2H2O → 2KOH + H2, tetapi reaksi seperti ini tidak cocok untuk
penggunaan preparatif sebab reaksi ini berlangsung sangat dahsyat.

Cont…
industrial :
CH4 + H2O  CO + 3H2 (1100°C)
C(coke) + H2O  CO + H2 (1000°C)
CO + H2O  CO2 + H2

Reaktifitas
• Dibawah kondisi ambient, hidrogen bersifat tidak sangat reaktif. Ketidak
reaktifan, pada awalnya lebih disebabkan faktor kinetika daripada faktor
termodinamika yang ditimbulkan oleh kekuatan ikatan H-H.
• Campuran hidrogen dan udara tidak bereaksi jika tidak api, bila ada api
menghasilkan warna nyala karakteristik merah yang hanya
menghasilkan produk H2O.
H2 → 2H*
inisiasi
H2 + O2 → 2OH*
inisiasi
H*
+ O2 → OH*
+ *
O*
percabangan
*
O*
+ H2 → OH*
+ H*
percabangan
OH*
+ H2 → H2O + H*
propagasi

Cont…
• Halogen bereaksi dengan H2:
H2 + X2 → 2HX (X = F, Cl, Br, I) dengan kecenderungan reaksi
menurun dari atas ke bawah.
• Hidrogen bereaksi dengan berbagai macam logam bila dipanaskan dan
menghasilkan hidrida-hidrida logam, MHnwalaupun tidak stoikiometri,
(contoh,TiH1,7).
• Dengan aksi muatan listrik, H2 dapat terdissosiasi sebagian menjadi atom-
atom khususnya pada tekanan rendah. Ini bisa menjadi sumber unsur
yang reaktif dan memungkinkan penggabungan dengan unsur-unsur lain
seperti Sn dan As yang sesungguhnya tidak bereaksi secara langsung
dengan H2.
Reaksi antara N2 dan H2: 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)
Namun demikian, reaksi ini sangat lambat dan campuran N2 dan H2 masih
tetap tak dapat ditentukan dengan pasti. Manipulasi temperatur dan
tekanan dan penggunaan katalis menjadi esensil untuk memperoleh
produk reaksi yang optimum. Kimia Anorganik I, Universitas Mataram

Cont…
• Interaksi antara permukaan katalis dan H2 akan memperlemah
ikatan dan membantu pemutusan ikatan H-H. Untuk skala
industri, hidrogenasi dari sejumlah besar senyawa-senyawa
organik tak jenuh berlangsung pada permukaan logam seperti
Ni, Pd, dan Pt. Penggunaan katalis homogen menjadi semakin
meningkat dan penting, misalnya, pada reaksi :
• RHC=CH2 + H2 + CO kat Co2(CO)8 RCH2CH2CHO (proses
hidroformilasi).

Ikatan E-H Polar dan Non-polar
• Pada senyawa-senyawa type EHn (E= unsur apa saja) sebagai hidrida,
perbedaan harga elektronegatifitas antara E dan H menyatakan bahwa
ikatan E-H bisa polar atau non-polar yang mana hal ini cenderung
mensiratkan adanya H-
(paling tidak Hб-
).
• Untuk H, XP
= 2,2 dan sejumlah ikatan E-H dimana E adalah unsur blok-
p (misalnya, B-H, C-H, Si-H, P-H) adalah non-polar. Oleh karena logam-
logam ini elektropositif, maka atom H dalam ikatan M-H membawa
muatan parsial б-
.
• Sebaliknya, oleh karena N, O, dan F adalah unsur-unsur yang lebih
elektronegatif dibanding H, maka atom-atom H di dalam ikatan-ikatan N-
H, O-H, dan F-H membawa muatan parsial б+
• Lingkungan molekuler dari ikatan E-H juga mempengaruhi magnitude
dari dipol ikatan dan sifat-sifat yang berhubungan dengan ikatan. Hal ini
ditunjukkan oleh perbandingan harga-harga pKa untuk CH3CO2H (=4,75)
dan untuk CF3CO2H (=0,23)

Ikatan Hidrogen
• Interaksi ini terjadi antara satu atom H yang terikat kepada satu atom
elektronegatif dan satu atom elektronegatif yang memiliki pasangan
elektron bebas, misalnya, X-H...Y dimana atom Y bisa sama atau tidak
sama dengan X. Untuk terjadinya interaksi ikatan hidrogen, atom X tidaklah
harus sangat elektronegatif.

Pengaruh Ikatan Hidrogen
• Spektrum IR dari suatu hidrat, alkohol, atau asam karboksilat menunjukkan
suatu serapan karakteristik sekitar 3500 cm-1
. Perluasan tipikal dari pita serapan
ini dapat dijelaskan dengan keterlibatan atom hidrogen O-H dalam ikatan
hidrogen. Dalam hal dimana kita dapat membandingkan frekuensi regangan
dari molekul yang sama dan tanpa keterlibatan ikatan hidrogen (misalnya, air
cair dan air uap), satu pergeseran ke bilangan gelombang yang lebih tinggi
dapat diobservasi sebagai hilangnya ikatan hidrogen.
• Ikatan hidrogen juga menyebabkan titik lebur dan titik didih NH3, H2O, dan HF
lebih tinggi dibanding harga yang diharapkan bila membandingkan sifat bawaan
senyawa-senyawa tersebut.
• Adanya ikatan hidrogen memberikan dampak yang penting pada struktur
padatan senyawa-senyawa, misalnya, pada es dan asam-asam karboksilat.
Struktur keadaan padat dari beberapa asam-asam karboksilat sederhana lebih
kompleks dibanding senyawa-senyawa sederhana lainnya. Bagian padat dari
diagram packing keadaan padat untuk asam format deuterasi yang mana
orientasi dari molekul DCO2D menyebabkan pembentukan jaringan ikatan
hidrogen yang lebih kompleks dibanding suatu dimer sederhana. Struktur
keadaan padat dari asam asetat sama kompleksnya.

Hidrida Biner: Klassifikasi dan Sifat-sifat Umum
Ada empat klas utama dari hidrida biner yaitu,
■ metallik,
■ garam,
■ molekuler,
■ polimer dengan sejumlah hidrida masuk ke
dalam intermediate atau kategori perbatasan.

Hidrida logam Interstisial
• Ukuran atom hidrogen yang cukup kecil sehingga bisa menempati
lubang-lubang di dalam kisi logam dan terjadinya absorbsi H2 oleh
sejumlah logam (juga alloy) menyebabkan terjadinya pembentukan
hidrida logam yang mana atom hidrogen menempati lubang-
lubang/celah-celah, disebut sebagai hidrida interstisial logam.
• Sebagai contoh adalah hidrida non-stoikiometri TiH1,7, HfH1,98, dan HfH2,10
terbentuk bila titanium dan hafnium bereaksi dengan H2.mNiobium
membentuk satu seri hidrida non-stoikiometri dengan rumus NbHx (0 < x ≤
1) pada kandungan hidrogen yang rendah.
• Sifat yang menarik dari hirida-hidrida logam adalah kemampuannya
melepaskan hidrogen selama pemanasan dan ini menyebabkan hidrida-
hidrida ini dapat digunakan sebagai “tempat/bejana penyimpanan
hidrogen”.

Hidrida Salin
• Hidrida salin terbentuk bila logam-logam golongan 1 atau 2 (kecuali Be)
dipanaskan dengan H2.
• Semua hidrida salin didapati dalam bentuk padat dengan titik lebur yang
tinggi dan berwarna putih (misalnya, LiH, TL = 953K, NaH, TL = 1073K
dengan peruraian).
• Kristal hidrida golongan 1 mengikuti kisi NaCl dan adanya ion H-
ditunjukkan oleh persetujuan yang baik antara kisi energi yang diperoleh
dari siklus Born-Haber dan dari data sinar-X. Bukti lain adalah adanya
fakta bahwa elektrolisis leburan LiH membebaskan H2 pada anoda.
2H-
→ H2 + 2e-
anoda
Li+
+ e-
→ Li katoda
• Reaktifitas hidrida-hidrida golongan 1 meningkat dengan naiknya nomor
atom dan ukuran ion logam. Dalam hal ini, harga-harga ΔfH0
menjadi lebih
negatif yang mana harga LiH menjadi lebih negatif secara signifikan
dibanding harga-harga hidrida-hidrida logam alkali lainnya.

Cont…
• Hidrida salin bereaksi cepat dengan pelarut-pelarut protik
seperti H2O:
• (NaH + H2O → NaOH + H2), NH3, atau EtOH, menunjukkan
bahwa ion H-
adalah merupakan basa sangat kuat. Penggunaan
yang luas adalah pada pembuatan NaH dan KH yang berfungsi
sebagai pen-deprotonasi. Ph2PH + NaH → Na[PPh2] + H2
• Dari hidrida-hidrida salin, LiH, NaH, dan KH adalah yang paling
banyak digunakan, tetapi karena sifat senyawa-senyawa ini
yang sensitif terhadap kelembaban (uap) maka reaksi harus
dilangsungkan tanpa air. Reaksi yang signifikan khusus adalah
reaksi antara LiH dan Al2Cl6 yang menghasilkan litium
tetrahidridoaluminat(1-), Li[AlH4], yang disebut litium aluminium
hidrida atau lithal.

Hidrida Molekuler dan Kompleks-kompleks Turunannya
• Hidrida-hidrida halogen, belerang, dan nitrogen dibuat dengan
mereaksikan unsur-unsurnya dengan H2 dibawah kondisi yang sesuai.
Contohnya, 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g).
• Hidrida-hidrida lainnya terbentuk dengan jalan mereaksikan garam-
garam logam (yang sesuai) dengan air, larutan aqua asam atau NH4Br
dalam amonia cair, atau dengan menggunakan [BH4]-
atau [AlH4]-
.
Sebagai contoh, ECl4
Li[AlH4]
EH4 E = Si, Ge, atau Sn
• Kebanyakan hidrida-hidrida molekuler bersifat volatil dan mempunyai
struktur yang sederhana yang diamati dengan teori VSEPR. Tetapi BH3,
walaupun terdapat dalam fase gas, dapat mengalami dimerisasi
menghasilkan B2H6 dan GaH3 dengan sifat-sifat yang sama.
• Kompleks-kompleks anionik molekuler hidrida dari unsur-unsur blok-p
termasuk tetrahedral [BH4]-
dan [AlH4]-
. Baik LiAlH4 maupun NaAlH4 terurai
perlahan-lahan menghasilkan Li3AlH6 dan Na3AlH6 dan Al

Hidrida Intermediate
• hidrida-hidrida diluar ketiga kategori sebelumnya, seperti hidrida
dari Pd, Cu, lantanoida, dan aktinoida.
• Palladium dapat menyerap sejumlah besar H2 atau D2. Hidrogen
terabsorbsi memiliki mobilitas yang tinggi, tetapi bentuknya
belum ditemukan, walaupun komposisi terbatas diketahui
seperti ≈ PdH0,7

Isotop-isotop Hidrogen
• Hidrogen memiliki tiga macam isotop yaitu, protium, deuterium, dan
tritium.
• Ketiga isotop tersebut menunjukkan perbedaan yang lebih besar dalam
sifat-sifat fisika dan kimia dibanding isotop-isotop lainnya.
• Sumber perbedaan antara H dan D, atau antara pasangan senyawa-
senyawa seperti H2O dan D2O adalah dikarenakan perbedaan massa
yang kemudian mempengaruhi vibrasi dasar bilangan gelombang dan
energi titik nol. Vibrasi dasar dari H2, HD, dan D2 berturut-turut adalah
pada 4159, 3630, dan 2990 cm-1
, dan dari data ini energi titik nol dari H2
dan D2 terhitung adalah 26 dan 18,4 kJ mol-1
.
• Total energi ikatan elektron untuk molekul-molekul di atas adalah sama,
yang menunjukkan bahwa terdapat perbedaan energi dissosiasi molekul-
molekul tersebut sebesar 7,6 kJ mol-1
, ikatan D-D lebih kuat dari ikatan H-
H. Dengan cara yang sama, suatu ikatan X-D lebih kuat dari ikatan X-H,
dan perbedaan ini yang menyebabkan adanya pengaruh kinetika isotop.

Cont…
Adanya deuterium dalam air ditunjukkan oleh penulisan [2
H1] air atau air-d2 dan cara
yang sama bisa diterapkan untuk senyawa-senyawa lain. Senyawa-senyawa dimana
atom-atom H telah digantikan oleh D dapat digunakan untuk berbagai keperluan,
misalnya, pelarut-pelarut dalam spektroskopi 1
H NMR.

Cont…
Tritium
•Tritium terdapat di lapisan atas atmosfir dan terbentuk secara
alamiah dengan reaksi: 14
N7 + 1
no → 12
C6 + 3
H1 yang melibatkan
neutron dari luar angkasa.
•Tritium sintetik pertama kali diperoleh dengan cara membombardir
senyawa-senyawa deuterium seperti [ND4]2SO4 dengan neutron
cepat, tetapi sekarang ini dibuat dari: litium deuterida, LiF atau Mg/Li
yang diperkaya dalam 6
Li3 : 6
Li3 + 1
no → 4
He2 + 3
H1. Tritium adalah zat
radioaktif yang dapat memancarkan sinar ß dengan waktu paruh
12,3 tahun. Tritium banyak digunakan sebagai pencacah (tracer),
baik dalam studi kimia maupun biologi.

Ion hidrogen (proton)
• Energi ionisasi hidrogen H(g) → H+
(g) + e-
sebesar 1312 kJ mol-1
. Harga ini
cukup tinggi untuk menghambat terjadinya ion H+
pada keadaan biasa.
• Namun demikian, proton terhidrasi atau ion oksonium, [H3O]+
, adalah
suatu spesies yang penting dalam larutan aqueous dimana ΔhidH0
(H+
, g) =
-1091 kJ mol-1
.
• Ion [H3O]+
adalah suatu spesies yang telah ditentukan dengan baik
secara kristallografi yang dikarakterisasi dalam berbagai macam garam.
• Bila kristal suatu senyawa bertumbuh dari suatu pelarut, maka kristal
tersebut mengandung pelarut terkristalisasi. Jika pelarut adalah air,
maka senyawa dimaksud adalah suatu hidrat. Rumus dari senyawa
tersolvasi menunjukkan perbandingan molar yang mana terdapat pelarut
terkristalisasi, misalnya, CuSO4. 5H2O, tembaga(II) sulfat pentahidrat
atau tembaga(II) sulfat-air (1/5).

Hidrida ionik
• Perubahan entalphi ΔEAH (298 K) untuk penangkapan satu elektron ke
satu atom H: H(g) + e-
→ H-
(g) adalah sebesar -73 kJ mol-1
. Semua hidrida
logam alkali terdapat dalam bentuk kristal dengan kisi NaCl.
Peningkatan ukuran yang besar terjadi dari atom H (rkov = 37 pm) ke ion
H-
yang disebabkan oleh tolakan antar elektron ketika satu elektron
kedua memasuki orbital atom 1s.
• Hidrida dari logam-logam blok-s (tidak termasuk Be) dapat dibuat
dengan pemanasan logam dan H2:
1/2H2(g) + e-
→ H-
(g) ΔrH = 1/2D(H-H) + ΔEAH
=ΔaH0
+ ΔEAH
= +145 kJ mol-1
• Bila kita bandingkan ΔrH untuk reaksi di atas dengan ΔrH untuk
pembentukan F-
dari F2 (-249 kJ mol-1
) atau untuk pembentukan Cl-
dari
Cl2 (-228 kJ mol-1
), kita dapat memahami mengapa hidrida ionik adalah
spesies yang relatif tidak stabil (sebab ukuran H-
kira-kira sama dengan
ukuran F-
). Kimia Anorganik I, Universitas Mataram

Hidrogen

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (10)

Similar to Hidrogen

Similar to Hidrogen (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Hidrogen