Kimia Anorganik Logam

Pembelajaran 6.2

Aktinoid

Seperti halnya yang terjadi setelah La, diduga bahwa 14 unsur-unsur berikut elektron-elektronnya akan mengisi orbital 5f dan membentuk seri transisi dalam yang kedua. Ke 14 unsur dari nomor atom 90 thorium hingga nomor atom 103 lawrencium disebut unsur-unsur aktinoid. Akan tetapi konfigurasi elektron aktinoid tidak mengikuti mode sederhana seperti yang ditemukan pada lantanoid.

Menurut IUPAC (the International Union of Pure and Applied Chemistry) nama aktinoid adalah yang lebih baik karena akhiran "ida" pada dasarnya mengindikasikan ion negatif. Akan tetapi karena penggunaan nama ini telah digunakan luas hingga kini maka "aktinida" masih umum ditemukan dalam buku teks.

Jadi seperti yang diharapkan setelah Ac orbital-orbital 5f energinya akan menjadi lebih rendah daripada orbital-orbital 6d. Akan tetapi untuk empat unsur aktinoid yang pertama Th, Pa, U dan Np perbedaan energi antara orbital-orbital 5f dan 6d adalah kecil. Jadi dalam unsur-unsur ini (dan ion-ionnya) elektron-elektron menempati orbital 5f atau 6d atau kadangkala keduanya. Seri aktinoid selanjutnya, orbital-orbital 5f energinya menjadi sungguh-sungguh lebih rendah. Jadi dari Pu dan seterusnya orbital 5f mengisi dengan cara yang reguler dan unsur-unsurnya menjadi sangat serupa.

Sebelum tahun 1940 unsur-unsur aktinoid yang dikenal adalah Th, Pa dan U. Akan tetapi setelah unsur-unsur transuranium ditemukan dan dipelajari maka menjadi jelas bahwa unsur-unsur blok-f adalah dari:

• runcingnya garis spektra UV-Vis.
• studi magnetik
• peningkatan pentingnya bilangan oksidasi+3

Saat ini telah diterima luas bahwa aktinoid adalah seri transisi dalam yang kedua (setelah lantanoid yang pertama) dimulai dari thorium dan berakhir pada lawrencium.

Semua isotop unsur-unsur aktinoid merupakan radioaktif dan hanya empat isotop yang awal ₂₃₂Th, ₂₃₅U, ₂₃₈U, and ₂₄₄Pu, mempunyai waktu paruh yang cukup panjang untuk berada di alam. Uranium merupakan unsur pertama aktinoid yang ditemukan. M. H. Klaproth pada tahun 1789 menunjukan bahwa pitchblende mengandung unsur baru dan menamainya uranium setelah penemuan planet baru Uranus. Uranium kini dikenal menyusun 2,1 ppm kerak bumi yang menjadikan kelimpahannya menyerupai kelimpahan arsen dan europium.

Thorium ditemukan oleh J. J. Berzelius pada tahun 1828 ketika sedang mengisolasi oksida baru dari bijih yang berasal dari Norwegia yang dikenal sebagai thorite. Berzelius menamai oksida thoria, dan logam yang diperolehnya dari reduksi tetrakloridanya dengan kalium, dan menamainya thorium, (kemudian pada tahun 1841 B. Peligot menggunakan metode yang sama untuk membuat logam uranium untuk pertama kalinya). Thorium menyususn 8,1 ppm pada kerak bumi dan kelimpahan ini sama dengan kelimpahan boron.

Pada tahun 1913 protactinium ditemukan oleh K. Fajans dan O. G¨ohring, yang mengidentifikasi ₂₃₄Pa sebagai anggota yang tak-stabil dari seri peluruhan ₂₃₈U. Keduanya menamai unsur baru ini brevium karena waktu-paruhnya yang pendek 1,15 menit. Pada tahun 1918 isotop ₂₃₁Pa yang lebih panjang waktu-paruhnya (32.800 tahun) diidentifikasi secara terpisah oleh dua grup O. Hahn dan L. Meitner, serta F. Soddy dan J. A. Cranston, sebagai produk dari peluruhan ₂₃₅U. Karena nama brevium tidak lagi tepat maka nama ini kemudian dirubah menjadi protactinium, jadi menamakan unsur dengan nomor atom 91 sebagai induk aktinium.

Actinium ditemukan oleh A. Debierne pada tahun 1899. Nama ini diturunkan dari kata Yunani untuk sinar yang menunjukan keradioaktifannya. Isotop aktinium yang paling lama adalah ₂₂₇Ac, dengan waktu paruhnya 21.77 tahun.

Logam-logam aktinoid semuanya mempunyai bilangan oksidasi +3 seperti lantanoid. Akan tetapi keadaan oksidasi ini tidak selalu yang paling stabil dalam aktinoid, khususnya untuk unsur-unsur yang pertama Th, Pa, U dan Np. Contohnya U³⁺ mudah teroksidasi di udara dan dalam larutan. Keadaan +3 adalah keadaan yang paling stabil untuk unsur-unsur ₉₅Am hingga ₁₀₃Lw (kecuali ₁₀₂No). Sifat-sifat unsur-unsur ini serupa dengan lantanoid. Keadaan oksidasi yang paling stabil untuk keempat unsur-unsur yang pertama adalah Th (+4), Pa(+5) dan U(+6). Keadaan-keadaan oksidasi tinggi ini menggunakan semua elektron terluarnya (termasuk elektron-elektron f) untuk berikatan.

Keadaan oksidasi +4 terdapat untuk semua unsur-unsur dari ₉₀Th hingga ₉₇Bk, dan keadaan ini merupakan keadaan oksidasi yang paling penting bagi Th dan Pu. Ion-ion M⁴⁺ dikenal dalam larutan asam dan diendapkan oleh ion-ion F^–, PO₄^3– dan IO₃^–. Unsur-unsur tersebut semuanya membentuk padatan dioksida MO₂ dan fluorida MF₄.

Keadaan oksidasi +5 terjadi untuk unsur-unsur dari ₉₁Pa hingga ₉₅Am dan keadaan ini merupakan keadaan yang paling penting bagi Pa dan Np. M⁵⁺ tidak terdapat dalam larutan, tetapi ion-ion MO₂⁺ terdapat antara pH 2 – 4 dan ion-ion okso ini adalah linier [O—M—O]^–.

Keadaan +6 terdapat sebagai fluorida MF₆ untuk unsur-unsur U, Np, Pu dan Am. Keadaan ini lebih tersebar luar ditemukan sebagai ion diokso, MO₂²⁺. Ion ini stabil dan juga linier [O—M—O]^2–; yang terdapat dalam larutan dan juga dalam kristal. Struktur kristal uranyl nitrat UO₂(NO₃)₂(H₂O)₂ terdiri atas ion linier [O—U—O]²⁺ dikelilingi oleh dua grup nitrat NO₃^– dan dua molekul H₂O.

Grup nitrat NO₃^– adalah bidentat sehingga dua atom O dari masing-masing nitrat terikat pada uranium. Atom-atom O dari dua atom H₂O juga terikat pada uranium, menghasilkan bilangan koordinasi 8. Sama halnya dalam kristal natrium uranyl asetat, Na[UO₂(CH₃COO)₃], grup asetat adalah bidentat menggunakan kedua atom O sehingga U terkoordinasi 8.

Keadaan oksidasi yang lebih rendah cenderung bersifat ionik dan yang lebih tinggi bersifat kovalen.

Unsur-unsur aktinoid yang awal biasanya terbentuk dari reaksi-reaksi (n, g) yang biasanya diikuti oleh emisi  b. Unsur-unsur ini pertama kali dibuat pada tahun 1940 dengan pemboman terhadap U pada cyclotron di Berkeley. Walaupun reaksi utamanya dalam reaktor adalah fisi 235-U menjadi dua inti yang lebih kecil dengan melepaskan sejumlah besar energi, beberapa reaksi sekunder juga terjadi.

Hasil dari unsur-unsur yang lebih berat dikontrol oleh dua faktor:

• waktu paruh dari beragam isotop.
• kemampuanya mengabsorbsi neutron.

Isotop unsur-unsur setelah Pu dapat dibuat dengan reaksi berurutan (n, g) yang dimulai dengan Pu dalam reaktor nuklir

Intisari

Logam-logam aktinoid yaitu: Actinium (Ac), Thorium (Th), Proctatctinum (Pa), Uranium (U), Neptunium (Np), Plutonium (Pu), Americium (Am), Curium (Cm), Berkelium (Bk), Californium (Cf), Einsteinum (Es), Fermium (Fm), Mendelevium (Md), Nobelium (No), Lawrencium (Lr), dan Rutherfordium (Rf). Semua logam aktinoid mempunyai bilangan oksidasi +3 meskipun tidak selalu yang paling stabil khususnya untuk unsur Th, Pa, U, dan Np. Bilangan osida +3 paling stabil untuk unsur Am, Lw, sedangkan bilangan oksida yang paling stabil untuk keempat unsur pertama adalah Th (+4), Pa (+5), dan U (+6). Keadaan oksida +4 terdapat pada unsur Th hingga Bk. Bilangan oksida +5 terjadi pada unsur dari Pa hingga Am. Bilangan oksida +6 terdapat sebagai fluorida MF₆ untuk unsur U, Np, Pu, dan Am.

Latihan

Mengapa unsur aktinoid yang mempunyai keadaan oksida yang lebih lebih rendah cenderung bersifat ionic dan yang lebih tinggi bersifat kovalen.