Golongan VA terdiri dari 4 unsur yaitu Vanadium (V), Niobium (Nb), Tantalum (Ta). Beberapa sifat unsur golongan ini dapat kita lihat pada tabel berikut :
Sifat – sifat
Vanadium (V23)
Niobium (Nb41)
Tantalum (Ta73)
Dubnium (Db105)
Konfigurasi
Elektron terluar
Massa atom (g/mol)
Masa jenis
Titik cair (° C)
Titik didih (° C)
Jari-jari atom (A°)
Jari-jari ion (A°)
Potensial ionisasi pertama
Elektronegativitas
Bilangan oksidasi
Kalor uap
Kalor lebur
Kapasitas kalor (25 °C)
J/(mol·K)
Sifat magnetic
Resistivitas listrik
(nΩ·m)
Konduktivitas termal (300 K) (W·m−1·K−1)
Ekspansi termal (25 °C) (µm·m−1·K−1)
Kecepatan suara (pada wujud kawat) (20 °C)
Modulus Young
Modulus geser
Skala kekerasan Mohs
2, 8, 11, 2
3d3 4s2
50, 94
6,1
1900
3450
1,34
0,59
6,74
1,6
-1, 0, +1, +2, +3, +4, +5
106
4,2
24.89
Paramagnetic
(20 °C) 197
30.7
8.4
4560 m/s
128 GPa
47 GPa
6.7
2, 8, 18, 12, 1
4d4 5s1
92, 91
8,4
2468
3300
1,46
0,70
6,80
1,6
-1, +2, +3, +4, +5
-
6,4
24.60
no data
(0 °C) 152
53.7
7.3
3480 m/s
105 GPa
38 GPa
6.0
2, 8, 18, 32, 11, 2
5d3 6s2
130, 95
16,6
2996
5425
1,49
0,73
7,00
1,5
-1, +2, +3, +4, +5
180
6,8
25.36
no data
(20 °C) 131
57.5
6.3
3400 m/s
186 GPa
69 GPa
6.5
2, 8, 18, 32, 32, 11, 2
5f14 6d3 7s2
268
-
-
-
-
-
-
-
+3, +4, +5
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Elektron terluar V ( 3d3 4S2 ), Nb ( 4d4 4S1 ), Ta ( rd3 4S2 ). Bilangan oksidasi bervariasi, stabilitas bilangan oksidasi +5 meningkat dari V-Nb-Ta.
Dengan demikian V+5 mudah direduksi menjadi V+2 sedang Nb+5 dan Ta+5 tetap stabil, V+5 merupakan oksidator yang baik. Sifat unik tiap-tiap unsur berkurang dangan berkurangnya ukuran kation. Dengan demikian sifat unik V+4 > V+3 > V+2. Akibatnya VCl4 bersifat kovalen.
Sifat oksidanya, V2O5 amphoter tetapi lebih bersifat asam, sedang Nb2O5 dan Ta2O5 lebih sedikit basa.
Pada suhu kamar tidak reaktif tetapi pada pemanasan bereaksi membentuk halida VCl5, VCl4, VCl3, dan VI3. sedang Nb dan Ta hanya membentuk halida tipe MX5.
Semua halida bersifat kovalen, mudah menguap. Dengan H2 membentuk senyawa non-stoikiometrik, VH0,7 ; NbH0,86 dan TaH0,76. Kecenderungan membentuk komplek : V > Nb > Ta
Jari-jari ( ion dan atom ) Nb dengan Ta hampir sama sebagai akibat lanthanida contraction, sehingga sifat keduanya hampir sama.
Senyawa logam-logam ini dengan bilangan oksidasi rendah tampah berwarna karena adanya orbital d yang berisi sebagian.
1. Vanadium
· Sejarah dan terdapatnya :
Pada tahun 1831, ahli kimia Swedia, Niel Grabiol Sefstrom menemukan unsur baru dalam bijih besi di Swedia. Unsur itu dinamakannya Vanadium seperti dewi Vanadis yang berarti cantik menawan. Tahun 1865 Roscor dan Thorpe menemukan unsur ini berada bersama tembaga dan lapisan bawah batu pasir dari cheshire. Senyawa vanadium tersebar melimpah dalam kerak bumi.
Beberapa mineral vanadium yang menonjol adalah :
1. vanadinite : 3 Pb3(VO4)2 . PbCl2
2. carnotite : K2O . 2UO3 . V2O53H2O
3. patronite : V2S5 . 3CuS2
Vanadium juga terdapat dalam tanah liat, batu-batuan, batu bara dan minyak mentah dengan kadar yang kecil.
Cara mendapakan Vanadium diantaranya adalah dengan cara ekstraksi dari beberapa senyawa yaitu :
Dari vanadinite.
Ekstrksi dari bijih ini melibatkan beberapa tahap :
1) Pemisahan PbCl2.
Bijih direaksikan dengan HCl pekat, PbCl2 akan mengendap, dioxovandium chlotida (VO2Cl) tetap dalam larutan.
2) Pembuatan V2O5.
Setelah PbCl2 dipisahkan, larutan ditambah NH4Cl dan dijenuhkan dengan NH3, sehingga terbentuk NH4VO3 yang bila dipanaskan akan terbentuk V2O5.
3) Reduksi V2O5.
V2O5 direduksi dengan Ca pada 900 – 950 º C untuk memperoleh vanadium murni ( Mardenand – Rich, 1927 ).
Dari carnotite.
1) Pembuatan sodium orthovanadate.
Carnotite dicairkan dengan Na2CO3, masa cair yang diperoleh diekstraksi dengan air untuk mengendapkan Fe(OH)3, larutan dipekatkan dan didinginkan maka didapat Na3VO4.
2) Pembuatan V2O5.
Larutan yang berisi Na3VO4 diberi NH4Cl dan dijenuhkan dengan NH3, sehingga terbentuk NH4VO3 (amonium metavanadate), yang dipanaskan untuk mendapatkan V2O5.
3) Reduksi V2O5.
Dengan cara Mardenand-Rich diperoleh logam vanadium murni.
Pembuatan logam :
Logam ini sangat sulit diperoleh dalam keadaan murni sebab titik cair yang tinggi dan reaktivitas terhadap O2, N2 dan C pada suhu tinggi.
v Vanadium ± 99 % dapat diperoleh dengan mereduksi V2O5 dengan Al (proses thermit).
v Vanadium murni diperoleh dengan mereduksi VCl3 dengan Na atau dengan H2 pada suhu 900 º C. VCl3 diperoleh dari reaksi V2O5 dengan S2Cl2 pada 300 º C.
v Reduksi VCl4 dengan Mg dapat memperoleh 99,3 % vanadium.
Aliase vanadium :
Produk komersial vanadium adalah terutama sebagai aliase,
Ø Ferro vanadium.
Ø Cupro vanadium
Keduanya dibuat dengan mereduksi vanadium oksida yang dicampur dengan oksida logam Fe atau Cu dengan karbon .dalm electric furnace.
Ø Nikelo vanadium, dibuat dengan pemanasan campuran V2O5 + NiO.
Ø Obalto vanadium, dibuat dengan mencampur endapan (dari reaksi larutan Na-vanadate dengan cobalto sulphate) dengan Na2CO3 dalam electric furnace.
Penggunaan :
Penambahan 0,1 – 0,3 % V pada baja akan meningkat daya rentang.
Vanadium penting untuk alat-alat baja kecepatan tinggi.
V2O5 dipakai sebagai katalisator dalam oksudasi naphtalen dan juga dalam pembuatan H2SO4 proses kontak.
Sifat-sifat :
ü Dipanaskan dalam H2 (tanpa gas lain) pada 1100 º C membentuk vanadium hidrida yang stabil.
ü Logam ini reaktif dalam keadaan dingin, bila dipanaskan terbentuk V2O (coklat), dipanaskan terus terbentuk V2O3 (hitam), V2O4 (biru), akhirnya V2O5 (orange). Logam ini terbakar dengan nyala terang dengan oksigen.
ü Bila dipanaskan dengan Cl2 kering terbentuk VCl4.
ü Logam ini tidak bereaksi dengan air brom, HCl/dingin, melepaskan H2 dengan HF dan membentuk larutan hijau.
Senyawa-senyawa :
Vanadium membentuk senyawa dengan bilangan oksidasi +5, +4, +3 dan +2. senyawa dengan bilangan oksidasi rendah merupakan reducing agent, bersifat unik dan berwarna.
1. senyawa V+5 (yang tidak berwarna) direduksi dengan reduktor yang sesuai terjadi perubahan sebagai berikut :
VO3- → VO+2 → V+3 → V+2
Meta vandate ion vana- hijau ion
(ion tak ber- dyl, V+4 vanado
warna, V+5) (biru) (violet)
a. Vanadium pentoksida, V2O5
Dibuat dari :
o Oksidasi / pemanggangan logam atau oksidanya dengan bilangan oksidasi rendah. V2O5 sebagai hasil akhir.
o Hidrolisa VOCl3.
o Pemanasan amonium vanadate.
Penggunaan :
o Sebagai katalis dalam oksidasi SO2 → SO3, dalam pembuatan asam sulfat.
V2O5
2SO2 + O2 ↔ 2SO3
o Katalis dalam oksidasi alkohol dan hidrogenasi olefin.
b. Vanadium pentaflourida, VF5.
Senyawa ini dinyatakan sebagai sublimat putih murni. Dibuat
dengan pemanasan VF4 dalam lingkungan nitrogen, pada suhu 350°C – 650°C. Senyawa ini sangat mudah larut dalam air atau pelarut organik.
c. Vanadium oxitrikhlorida, VOCl3.
Senyawa ini dibuat dengan melewatkan Cl2 kering pada VO3 yang dipanaskan. Senyawa ini berwarna kuning bening dengan titik didih 127
° C.
d. Vanadium pentasulfida, V2S5.
Senyawa ini dibuat dengan memanaskan campuran vanadium trisulfida, dengan sulfur tanpa udara pada 400 ° C. senyawa ini berupa bubuk hitam.
2. Senyawa V+4.
Senyawa – senyawa dengan bilangan oksidasi +4 ini sangat stabil, mudah dibuat.
a. Vanadium titroksida, V2O4 atau VO2.
Dibuat dengan pemanasan campuran vanadium trioksida dan vanadium pentoksida tanpa udara dengan jumlah molar yang sama. Senyawa ini berbentuk kristal biru tua, mudah larut dalam asam atau basa.
b. Vanadium titraflourida, VF4.
Dibuat dari reaksi HF anhidrid dengan VCl4. Reaksi berjalan mulai suhu – 28°C dan meningkat secara lambat sampai 0°C. Flourida ini berupa bubuk kuning kecoklatan, larut dalam air membentuk larutan berwarna biru.
3. Senyawa vanadil.
Senyawa ini berisi kation vanadil (VO+2) dimana bilangan oksidasinya +4, bersifat unik, berwarna biru. Vanadil klorida dibuat dari hidrolisa VCl4
VCl4 + H2O → VOCl2 + 2HCl
Atau dari reaksi V2O5 dengan HCl
V2O5 + HCl → 2VOCl2 +3H2O + Cl2
Senyawa VOCl2 bersifat reduktor kuat yang digunakan secara komersial dalam pewarnaan. Hanya E° dari VO+2/ VO3 adalah – 1 volt.
4. Senyawa V+3.
a. Vanadium trioksida, V2O3.
Dibuat dengan mereduksi V2O5 dengan hidrogen. V2O3 bersifat basa, larut dalam asam memberikan ion hezaquo, V(H2O)63+.
b. Vanadium halida dan oxihalida.
Vanadium triflourida, VF3. 3H2O dibuat bila V2O3 dilarutkan HF. Trihalida yang lain adalah VCl3 dan VBr3, sedang VI3 tidak dikenal. Vanadium oxihalida yang dikenal adalah VOCl dan VOBr. Keduanya tak larut dalam air tetapi larut dalam asam.
5. Senyawa V+2.
Senyawa – senyawa V+2 berwarna dan paramagnetik ion V+2 merupakan reduktor kuat. Larutan encer V+2 (violet) mereduksi air membebaskan H2.
V+2 + H+ → V+3 + ½ H2
(violet) (hijau)
6. Senyawa V+1, V-1 dan V°.
Bilangan oksidasi ini tidak umum, distabilkan oleh ligan asam п. Bilangan oksidasi +1 dijumpai pada senyawa V(CO)6-1.
2. Niobium dan Tantalum
Kedua unsur ini walaupun bersifat logam dalam beberapa hal, memiliki sifat kimia seperti unsur non logam.keduanya tidak memiliki kation yang nyata, tetapi membentuk beberapa anion. Halida dan oxihalida sangat mudah menguap dan mudah terhidrolisa.
· Sejarah Niobium dan Tantalum
Niobium ditemukan oleh ahli kimia dari Inggris yaitu Charles Hatchett pada tahun 1801. Hatchett menemukan niobium dalam sampel mineral yang disebutnya columbite dan unsur baru columbium. Columbium ditemukan oleh Hatchett dalam bentuk campuran dengan Tantalum. Tantalum sendiri ditemukan oleh Anders Ekeberg seorang kimiawan Swedia.
Kemudian timbul kebingungan antara kedua unsur tersebut apakah keduanya merupakan unsur yang sama atau bukan. Maka pada tahun 1809, ahli kimia Inggris William Hyde Wollaston membandingkan bentuk oksidasi yang terjadi antara columbium – columbite, dengan densitas 5918 gr/ml, dan tantalum – tantalite dengan densitas 7935 gr/ml, dan menyimpulkan bahwa kedua unsur tersebut berbeda karena memilii densitas yang berbeda sehingga nama columbium menjadi niobium dan Tantalum tetap Tantalum.
· Terdapatnya :
Didalam kerak bumi, Niobium terdapat 10 – 12 kali lebih banyak dari Tantalum. Sumber komersial utama kedua unsur ini adalah mineral columbite – tantalite yang memiliki komposisi (Fe/Mn) (Nb/Ta)2O6, dan niobium juga dapat ditemukan pada mineral pyrochlore ((Na,Ca)2Nb2O6(OH,F))
Sifat – sifat :
Kedua logam ini sangat sukar dipisahkan. Logam Niobium bersifat tipis, lunak, keabu-abuan, mengkilat, dapat dibengkokkan, titik cair tinggi (Nb= 2468 ° C). Logam Tantalum bersifat gelap, padat, dapat dibengkokkan, lebih keras daripada Niobium, daya hantar panas dan listriknya tinggi, titik cair tinggi (Ta = 2996° C), sangat tahan terhadap asam. Keduanya dapat dilarutkan dengan HNO3, HF dan larut sangat lambat dalam alkali cair.
Senyawa – senyawa :
Senyawa Nb+5 dan Ta+5.
a) Nb2O5 dan Ta2O5.
Dibuat dengan dihidroksioksida terhidrat (sering disebut asam niobat atau tantalat), atau dengan pemanggangan senyawa tertentu dengan oksigen berlebih. Kedua senyawa ini berbentuk bubuk yang padat, relatif inert secara kimia, hampir tak bereaksi dengan asam kecuali HF pekat. Dapat pula senyawa ini dilarutkan dengan dicairkan bersama alkali hidrogen sulfat, alkali karbonat atau alkali hidroksida.
b) NbX5 dan TaX5 (X = halida).
Senyawa NbF5 dan TaF5 dibuat dengan reaksi flourinasi langsung logam atau pentakhloridanya. Keduanya berbentuk padat putih, mudah menguap. Titik cair Nb = 80 ° C, Ta = 95 ° C. Titik didih Nb = 235 ° C, Ta = 229 ° C, membentuk cairan dan uap tak berwarna. Senyawa halida yang lain berwarna kuning sampai coklat, dibuat dengan reaksi langsung logam dengan halogen berlebih. Halida – halida ini bertitik cair dan titik didih antara 200 – 300 ° C, larut dalam pelarut organik seperti eter, CCl4, dan sebagainya.
Senyawa Nb dan Ta dengan bilangan oksidasi rendah.
a. Oksida NbO2 dan TaOx (x = 2 s.d 2,5)
b. Tetrahalida.
Semua halida dikenal kecuali TaF4. Senyawa NbF4 berwarna hitam tak mudah menguap, paramagnetik. Tetrakhlorida dan tetrakronida berwarna hitam coklat atau hitam. NbI4 dapat diperoleh secara mudah dengan pemanasan NbI5 sampai 300° C. Senyawa ini diamagnetik.
Aplikasi
§ Niobium
· Sebagai bahan konstruksi pembangkit listrik tenaga nuklir
· Sebagai campuran logam tahan karat (contohnya Niobium foil), yang disebabkan oleh adanya senyawa Niobium karbit dan Niobium Nitrit, dengan konsentrasi Niobium dalam senyawa sekitar 0.1%.
· Sebagai superkonduktor magnet (3 tesla clinical Magnetic resonance imaging scanner), dan superkonduktor radio frekuensi
· Dalam pembuatan mata uang koin (Contohnya Austria 2003, Latvia 2004)
· Dalam peralatan kesehatan, Pace maker
· Dalam pembuatan perhiasan
§ Tantalum
· Digunakan dalam pembuatan anak timbangan dalam laboratorium
· Digunakan dalam membuat piranti elektronika
· Dalam pembuatan lensa kamera
· Untuk memproduksi variasi campuran logam yang memiliki titik didih tinggi serta kekuatan yang baik
· Pembuatan peralatan karbit yang terbuat dari logam
· Digunakan dalam pembuatan komponen mesin jet
3. Dubnium
Dubnium merupakan unsur logam transisi golongan Vb yang dibuat melalui reaksi fusi nuklir. Unsur ini ditemukan oleh Albert Ghiorso pada tahun 1970. Karena inti atom dubnium sangat besar maka dubnium merupakan unsur yang tidak stabildan dapat segera meluruh ketika terbentuk.
Unsur Dubnium dapat dibuat dengan menembaki unsur amerisiumdengan atom – atom neon, dan menghasilkan isotop – isotop dubnium, dan dengan cepat meluruh dengan memancarkan energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Reaksinya sebagai berikut:
+ 4
Senyawa yang dapat terbentuk misalnya Db2O5 (Dubnium pentoksida), DbX5 (Dubnium Halida), senyawa kompleks halida DbO43- , DbF6-, DbF83-. Keterangan lain tentang unsur Dubni
