Sifat Unsur Transisi Periode 4, Kelimpahan, dan Kegunaannya

tirto.id - Ilmu kimia mengenal golongan unsur transisi periode 4 yang terdapat di Sistem Periodik Unsur (SPU). Unsur-unsur transisi periode keempat meliputi sejumlah unsur yang terletak di blok d dalam tabel periodik.

Sistem periodik modern tersusun berdasarkan kenaikan atom dan kemiripan sifat masing-masing unsur. Skema ini membuat sistem periodik modern memiliki dua lajur, yakni lajur mendatar (disebut periode) dan lajur tegak (disebut golongan).

Khusus lajur mendatar (periode) dibedakan lagi menjadi 2 jenis, yaitu periode panjang (4, 5, 6, dan 7) serta periode pendek (1, 2, dan 3). Nah, unsur-unsur transisi blok d terletak di periode 4 (transisi pertama 3d), periode 5 (transisi kedua 4d), dan periode 6 (transisi ketiga 5d). Unsur transisi itu terletak di antara kelompok logam reaktif (alkali) dan boron (nonlogam).

Apa Saja Unsur Transisi Periode Keempat?

Semua unsur transisi periode 4 berupa logam. Maka itu, unsur-unsur tersebut juga kerap disebut sebagai logam transisi periode 4.

Di kalangan ahli kimia, masih ada perbedaan terkait penentuan apa saja yang termasuk unsur transisi. Meski begitu, secara umum, dikenal 10 unsur transisi periode 4. Berikut ini daftar 10 unsur transisi periode 4:

• Skandium (Sc)
• Titanium (Ti)
• Vanadium (V)
• Kromium (Cr)
• Mangan (Mn)
• Besi (Fe)
• Kobalt (Co)
• Nikel (Ni)
• Tembaga (Cu)
• Seng (Zn).

Unsur-unsur transisi periode keempat punya konfigurasi elektron yang berakhir di subkulit d dan subkulit f. Apabila unsur transisi memiliki elektron terakhir di subkulit d, ia masuk di golongan unsur transisi luar. Sebaliknya, jika elektron terakhirnya di subkulit f, unsur akan dikelompokkan sebagai unsur transisi dalam.

Informasi selengkapnya mengenai unsur-unsur transisi periode keempat dapat dilihat via tabel di bawah ini:

Unsur	No Atom	Elektron Valensi	Golongan
Skandium (Sc)	21	3d¹ 4s²	IIIB
Titanium (Ti)	22	3d² 4s²	IVB
Vanadium (V)	23	3d³ 4s²	VB
Kromium (Cr)	24	3d⁵ 4s¹	VIB
Mangan (Mn)	25	3d⁵ 4s²	VIIB
Besi (Fe)	26	3d⁶ 4s²	VIIIB
Kobalt (Co)	27	3d⁷ 4s²	VIIIB
Nikel (Ni)	28	3d⁸ 4s²	VIIIB
Tembaga (Cu)	29	3d¹⁰ 4s¹	IB
Seng (Zn)	30	3d¹⁰ 4s²	IIB

Kelimpahan Unsur Transisi Periode 4

Kelimpahan unsur transisi periode 4 terbilang cukup banyak di bumi. Hanya saja, tingkat kelimpahan masing-masing jenis unsur tadi berlainan. Ada sebagian jenis unsur transisi periode keempat lebih sulit ditemukan daripada yang lain.

Unsur-unsur transisi periode keempat biasanya ditemukan dalam mineral. Lebih jelasnya, simak penjelasan tentang kelimpahan unsur transisi periode 4 berikut:

1. Skandium (Sc): Jarang. Ditemukan di mineral, seperti torvetit, euxenite, gadolinit.
2. Titanium (Ti): Melimpah. Ditemukan di mineral seperti ilmenit, rutile, ferrotitanate. Ada juga di karang, silikat, bauksit, batubara, dan tanah liat.
3. Vanadium (V): Terdapat di mineral seperti vanadinit dan karnotit.
4. Kromium (Cr): Melimpah. Ditemukan di mineral seperti kromit dan kromoker.
5. Mangan (Mn): Ditemukan di mineral seperti pirolusit, manganit, hausmanit, spat mangan, dan rodokrosit.
6. Besi (Fe): Melimpah di kerak bumi. Ditemukan di mineral bijih besi seperti hematit, magnetit, siderit, pirit, dan limonit.
7. Kobalt (Co): Kurang melimpah. Ditemukan di mineral seperti kobalt glans, linaeit, smaltit, kobaltit, dan eritrit.
8. Nikel (Ni): Ditemukan di senyawa sulfida (penlandit dan milerit), senyawa arsen (smaltit), dan senyawa silikat (garnierit).
9. Tembaga (Cu): Melimpah di bumi. Ditemukan di mineral seperti kalkopirit, tembaga bebas, pirit tembaga, malasit, bornit, kuprit, melakonit.
10. Seng (Zn): Melimpah. Ditemukan di mineral, seperti zinsit, spalerit/seng blende, kalomin, seng blende, senyawa karbonat silikat (hemimorfit).

Sifat Fisika dan Kimia Unsur Transisi Periode 4

Sifat unsur-unsur transisi periode keempat bervariasi untuk masing-masing jenisnya. Sifat unsur-unsur itu juga bergantung pada kondisi lingkungan tempat keberadaannya, struktur kristal, hingga komposisi kimianya.

Meski demikian, secara umum, sifat unsur-unsur transisi periode 4 dapat dikelompokkan menjadi dua jenis, yakni sifat kimia dan fisika. Apa saja sifat-sifat unsur transisi periode keempat? Simak penjelasan di bawah ini.

1. Sifat Fisika Unsur Transisi Periode 4

Unsur-unsur transisi periode keempat memiliki beberapa sifat fisika yang umum melekat padanya. Berikut daftar sifat fisika unsur transiri periode 4:

a. Bersifat logam, keras, dan padat

Mayoritas unsur transisi periode 4 adalah logam, yang biasanya memiliki kepadatan yang tinggi. Hal ini terjadi karena kompaknya pengaturan atom di struktur kristal logam.

Semua logam transisi periode 4 memiliki elektron-elektron berpasangan, kecuali seng. Hal ini membuat kisi kristal logam di unsur ini lebih susah dirusak daripada kisi kristal logam golongan utama. Logam-logam transisi periode 4 bersifat keras dan memiliki daya hantar listrik yang lebih baik dari logam golongan utama.

b. Memiliki titik leleh dan titik didih tinggi

Unsur-unsur transisi periode keempat memiliki titik leleh dan titik didih yang lebih tinggi daripada golongan non-transisi. Sifat tersebut menunjukkan kekuatan ikatan antaratom di struktur kristal unsur-unsur transisi periode 4.

Di antara unsur transisi periode 4, hanya seng yang titik leleh dan titik didihnya terbilang rendah. Hal itu karena orbital d pada seng terisi penuh dan menyebabkan antaratom tak bisa membentuk ikatan kovalen.

c. Memiliki sifat magnetik

Dalam golongan transisi periode 4, logam-logamnya bersifat magnetik. Sifat magnetik ini dapat berupa paramagnetik, diamagnetik, dan feromagnetik.

Namun, sebagian dari unsur periode 4 mempunyai sifat magnetisme lebih kuat daripada yang lain. Unsur transisi seperti besi, kobalt, dan nikel, menunjukkan sifat magnetik yang kuat dalam bentuk murni ataupun saat membentuk senyawa tertentu.

d. Jari-jari atom lebih besar dan tidak teratur dari kiri ke kanan

Sifat ini karena banyak elektron 3d yang saling tolak-menolak sehingga memperkecil gaya tarik inti atom terhadap elektron. Dampaknya, elektron lebih menjauhi inti atom dan jari-jari atomnya lebih besar.

e. Ion berwarna

Hampir samanya tingkat energi elektron di unsur-unsur transisi periode keempat memicu munculnya warna pada ion-ion logamnya. Elektron bergerak di tingkat lebih tinggi dengan menyerap sinar tampak.

Senyawa unsur transisi periode 4 menunjukkan warna yang beragam. Ini disebabkan oleh perpindahan elektron antar-orbital d dalam ion atau molekul, yang menghasilkan panjang gelombang berbeda dalam spektrum elektromagnetik.

2. Sifat Kimia Unsur Transisi Periode 4

Berbagai sifat kimia unsur transisi periode 4 membuat keberadaan unsur-unsur tersebut penting dalam aktivitas industri. Di industri, fungsi unsur-unsur tadi beragam. Misalnya, untuk pengolahan bahan, katalisis, dan masih banyak lagi lainnya. Berikut ini sejumlah sifat kimia unsur transisi periode 4 beserta penjelasannya:

a. Sifat reaktif

Unsur transisi periode keempat memiliki berbagai sifat reaktif seperti sering terlibat dalam reaksi oksidasi dan reduksi, reaksi kompleksasi (membentuk kompleks dengan reagen lain), hingga reaksi asam-basa

Sifat reaktivitas pada unsur transisi periode keempat bervariasi. Sebagai contoh, besi (Fe) yang berada di lingkungan udara terbuka bisa bereaksi dengan oksigen dan air sehingga membentuk karat. Akibatnya, besi mudah mengalami korosi.

Sementara itu, tembaga (Cu) mampu lebih stabil di lingkungan udara terbuka. Sebabnya, tembaga bisa membentuk lapisan oksida tipis yang melindungi permukaannya dari korosi. Perbedaan ini menunjukkan besi cukup reaktif, sedangkan tembaga lebih inert.

b. Pembentukan ion kompleks

Semua unsur transisi 4 bisa membentuk ion kompleks. Ion kompleks merupakan struktur kimia terdiri dari ion pusat (umumnya atom logam) yang dikelilingi oleh ligan (atom atau molekul). Ligan-ligan tadi membentuk ikatan koordinasi dengan ion pusat.

c. Memiliki struktur senyawa kompleks

Senyawa yang terbentuk dari unsur-unsur transisi periode keempat kerap kali mempunyai struktur kompleks. Kemampuan unsur-unsur transisi periode 4 untuk membentuk ikatan dengan banyak ligan dan mengadopsi geometri molekul yang beragam menjadi alasan adanya sifat kimia tersebut.

d. Bilangan oksidasi bervariasi

Unsur transisi memiliki sejumlah bilangan oksidasi. Adapun unsur-unsur transisi periode 4 bersifat elektropositif (mudah melepaskan elektron). Sebagai akibatnya, bilangan oksidasi unsur-unsur transisi periode keempat memiliki tanda positif.

e. Bisa menjadi katalis

Sebagian besar unsur transisi periode keempat juga bisa menjadi katalis yang baik. Sifat ini dimiliki sejumlah unsur transisi periode 4 karena beberapa faktor, seperti: kemampuan berbagi dan menerima elektron; kapasitas mengubah bilangan oksidasi; hingga kondisi permukaan.

Manfaat dan Kegunaan Unsur Transisi Periode 4

Berbagai sektor industri saat ini memanfaatkan unsur-unsur transisi periode keempat. Ini tidak terlepas dari berbagai sifat fisika dan kimia unsur transisi periode 4.

Apa saja kegunaannya di berbagai bidang? Berikut daftar manfaat unsur transisi periode 4 beserta penjelasan singkatnya:

1. Skandium (Sc)

Manfaat skandium didapat saat berpadu dengan unsur lain. Misalnya, paduan alumunium - scandium bermanfaat untuk industri aeroangkasa hingga peralatan olahraga.

Skandium adalah logam yang saat dicampurkan ke dalam aluminium dapat meningkatkan sifat-sifat mekaniknya secara signifikan.

Kombinasi kekuatan dan kekakuan pada hasil perpaduan alumunium dan scandium jauh lebih baik dibandingkan campuran aluminium konvensional.

Dalam industri aeroangkasa, paduan aluminium-skandium digunakan dalam pembuatan struktur pesawat terbang. Di industri alat olahraga, paduan aluminium-skandium sering digunakan untuk bahan rangka sepeda, raket tenis, tongkat ski, dan peralatan lain yang membutuhkan kekuatan dengan bobot tidak terlampau berat.

2. Titanium (Ti)

Titanium bisa dibuat dengan Metode Kroll yang banyak menggunakan klor dan karbon. Di industri aeroangkasa, titanium sering untuk bahan badan pesawat terbang dan pesawat supersonik. Pada suhu tinggi, kekuatan titanium cenderung stabil.

Titanium dapat menjadi bahan yang kuat, ringan, tahan korosi dan bahkan api. Karena itu, titanium tidak hanya dimanfaatkan di industri pesawat terbang, tetapi juga dalam produksi kapal, alat medis, pipa, perhiasan, perangkat pembangkit listrik, hingga rudal.

3. Vanadium (V)

Vanadium kerap digunakan untuk membuat peralatan dengan kekuatan dan kelenturan tinggi. Misalnya, vanadium berguna untuk bahan per mobil dan alat mesin berkecepatan tinggi.

Di samping kegunaan tadi, masih banyak manfaat vanadium lainnya, seperti:

• Produksi logam tahan karat
• Produksi mesin jet (paduan vanadium, aluminium, dan titanium)
• Produksi rangka pesawat (paduan vanadium, aluminium, dan titanium)
• Produksi roda/poros engkol/roda gigi (paduan vanadium dan baja)
• Untuk operasional reaktor nuklir (Vanadium menyerap neutron yang rendah)
• Menjadi katalis (Vanadium oksida jadi katalis dalam pembuatan asam sulfat)
• Produksi keramik (membutuhkan vanadium oksida)
• Pewarna kaca (Vanadium dapat menghasilkan warna hijau/biru di kaca).

4. Kromium (Cr)

Chromium atau Logam krom dibuat menurut proses goldschmidt dengan jalan mereduksi Cr2O3 dengan logam aluminium.

Kromium sering digunakan untuk mengeraskan baja, pembuatan baja tahan karat, hingga membentuk banyak aloi (logam campuran) yang bermanfaat.

Kromium berguna pula dalam pembuatan aliase (logam paduan) yang dibutuhkan untuk tahanan kawat di alat-alat pemanas stainless steel. Kromium juga bermanfaat sebagai katalis, pewarna gelas, hingga membentuk batu permata.

Salah satu senyawa kromium yang mampu membentuk batu indah adalah jamrud atau emerald. Batu jamrud terbentuk saat ion aluminium di mineral beril, digantikan oleh ion kromium.

5. Mangan (Mn)

Contoh manfaat mangan adalah penggunaannya di industri baja. Mangan digunakan di produksi baja karena berguna untuk pemurnian besi melalui reaksinya dengan belerang dan oksigen.

Mangan pun bermanfaat dalam proses pengerasan baja. Baja dengan kandungan mangan umumnya memiliki tingkat kekerasan tinggi dan lebih awet. Industri lokomotif dan mesin buldoser biasanya memanfaatkan baja yang mengandung mangan.

6. Besi (Fe)

Di industri, besi termasuk logam yang paling sering dimanfaatkan untuk menjadi bahan komponen berbagai jenis produk. Besi juga menjadi bahan utama baja.

Besi juga digunakan dalam bahan cat seperti cat minyak, cat air, atau cat tembok. Unsur ini dapat pula digunakan untuk bahan tinta atau mengkilapkan kaca.

7. Nikel (Ni)

Nikel termasuk logam dengan kegunaan yang luas. Unsur kimia dengan nomor atom 28 ini memiliki banyak kegunaan, menjadikannya logam yang berharga di dunia saat ini.

Berikut ini daftar manfaat nikel (Ni):

• Nikel digunakan sebagai campuran untuk meningkatkan kekerasan dan ketahanan logam. Contoh: paduan nikel-krom di bahan suku cadang mesin.
• Nikel digunakan sebagai katalis untuk menghasilkan berbagai produk kimia, seperti amonia, hidrogen, plastik, hingga metanol.
• Nikel berguna dalam produksi baterai, khususnya baterai nikel-kadmium dan nikel-metal hidrida.
• Nikel menjadi lapisan pelindung untuk peralatan dapur, terutama yang berhubungan langsung dengan makanan.
• Nikel berguna untuk pembuatan alat-alat mesin, otomotif, dan perlengkapan industri lainnya.
• Nikel menjadi lapisan pelindung berbagai logam, seperti baja, kuningan, tembaga.
• Nikel berguna dalam pembuatan perhiasan, terutama untuk membentuk paduan dengan logam lain.
• Nikel digunakan dalam industri nuklir, seperti untuk bahan alat kontrol reaktor dan pelindung radiasi.
• Nikel digunakan dalam produki alat yang tahan terhadap kondisi lingkungan ekstrem.
• Campuran nikel dan perunggu digunakan untuk membuat uang logam.
• Nikel dimanfaatkan untuk aliase dalam pembuatan monel, baja stainless, alnico, dan nikrom.

8. Tembaga (Cu)

Tembaga kerap digunakan sebagai bahan kabel jaringan listrik hingga alat elektronik. Pipa ledeng juga sebagian memakai bahan dari campuran tembaga. Pembuatan perhiasan pun sejak lama memanfatkan paduan logam (alloy) tembaga dan emas.

9. Seng (Zn)

Seng sering digunakan dalam pelapisan besi dan baja untuk pencegah karat/korosi. Seng juga bermanfaat di industri baterai (baterai seng-karbon), pengolahan logam (buat bahan panduan seperti seng-timah dan seng-aluminium), produksi karet (untuk aktivator dalam vulkanisasi karet), produksi kaca, industri pengecoran logam, produksi cat, hingga untuk industri farmasi (produksi suplemen makanan).

10. Kobalt (Co)

Kobalt dipakai dalam pembuatan alnico dengan menjadikannya campuran nikel, besi, dan lain sebagainya. Paduan kobalt, kromium, dan wolfram bisa dimanfaatkan dalam produksi alat berat, hingga peralatan bersuhu tinggi dan berkecepatan tinggi.

Kobalt juga digunakan dalam produksi magnet permanen, baterai, hingga menjadi katalis dalam reaksi kimia. Paduan logam (alloy) yang mengandung kobalt dapat menghasilkan kekuatan magnet besar.

Paduan kobalt, kromium, dan wolfram pun berguna dalam produksi perangkat satelit, alat berat, dan peralatan lain yang digunakan pada suhu atau kecepatan tinggi.