Reaksi-Reaksi Spesifik untuk Kation Golongan IV

·      Barium (Ba)

Barium adalah logam putih perak, dapat ditempa dan liat, yang stabil dalam udara kering.

1.    Barium bereaksi dengan air dalam udara yang lembab, membentuk oksida atau hidroksida. Barium melebur pada 710^oC. Logam ini bereaksi dengan air pada suhu ruang, membentuk Barium hidroksida dan hidrogen.

Ba + 2H₂O à Ba²⁺ + H₂ ­ + 2OH^-

Asam encer melarutkan Barium dengan mudah dengan mengeluarkan hidrogen.

Ba + 2H⁺ à Ba²⁺ + H₂ ­

Barium adalah bivalen dalam garam-garam, membentuk kation barium(II), Ba²⁺. Klorida dan nitratnya larut, tetapi dengan menambahkan asam klorida pekat atau asam nitrat pekat kepada larutan natrium, barium klorida atau nitrat mungkin mengendap sebagai akibat hukum kegiatan masa.

2.    Larutan amonia : tak terjadi endapan barium hidroksida karena kelarutannya relatif tinggi. Jika larutan yang basa itu terkena udara luar, sedikit karbondioksida akan terserap dan terjadi kekeruhan yang ditimbulkan oleh barium karbonat. Sedikit kekeruhan mungkin terjadi ketika menambahkan reagensia; ini disebabkan oleh sejumlah kecil amonium karbonat, yang sering terdapat dalam reagensia yang telah lama.

3.    Larutan amonium karbonat : endapan putih barium karbonat, yang larut dalam asam asetat dan dalam asam mineral encer.

Ba²⁺  + CO₃^2- à BaCO₃ ¯

Endapan larut sedikit dalam larutan garam-garam amonia dari asam-asam kuat; ini disebabkan karena ion amonium, sebagai suatu asam kuat, bereaksi dengan basa, yaitu ion karbonat, CO₃^2-, dengan mengakibatkan terbentuknya ion hidrogen karbonat, HCO₃^-, maka konsentrasi ion karbonat dari larutan menjadi berkurang.

NH₄⁺ + CO₃^2- à NH₃ ­ + HCO₃^-

atau

NH₄⁺ + BaCO₃ ¯ à NH₃ ­ + HCO₃^- + Ba²⁺

Jika jumlah endapan barium karbonat sangat kecil, ia bisa larut dengan baik dalam garam amonium yang berkonsentrasi tinggi.

4.    Larutan amonium oksalat : endapan putih barium oksalat Ba(COO)₂, yang hanya sedikit larut dalam air (0,09 g/liter; K_s = 1,7 x 10^-7), tapi dilarutkan dengan mudah oleh asam asetat encer (perbedaan dari kalsium) dan oleh asam mineral.

Ba²⁺ + (COO)₂^2- « Ba(COO)₂ ¯

5.    Asam sulfat encer : endapan putih barium sulfat BaSO₄ hampir tak larut dalam asam encer dan dalam larutan amonium sulfat, dan larut cukup baik dalam asam sulfat pekat mendidih. Dengan mengendapkan dalam larutan yang mendidih, atau lebih baik lagi dengan menambahkan pula amonium asetat, diperoleh bentuk yang lebih mudah disaring:

Ba²⁺+ SO₄^2- à BaSO₄  ¯

BaSO₄ ¯ + H₂SO₄ (pekat) à Ba²⁺ + 2HSO₄^-

Jika barium sulfat dididihkan dengan larutan natrium karbonat pekat, terjadi transformasi parsial menjadi barium karbonat yang kurang larut, menurut persamaan :

BaSO₄ ¯ + CO₃^2- « BaCO₃ ¯ + SO₄^2-

Karena reaksi ini reversibel, transformasi ini tak sempurna. Jika campuran disaring dan dicuci ( jadi menghilangjkan natrium sulfat) dan residu dididihkan dengan sejumlah larutan natrium karbonat yang baru saja dibuat, lebih banyak lagi barium sulfat akan berubah menjadi karbonat yang bersangkutan.

6.    Larutan kalsium sulfat jenuh : endapan segera dari barium sulfat putih. Fenomena yang serupa terjadi jika dipakai reagensia strontium sulfat jenuh.

Penjelasan atas reaksi-reaksi ini adalah sebagai berikut : dari ketiga alkali tanah sulfat, barium sulfatlah yang paling sedikit larut. Dalam larutan kalsium atau strontium sulfat jenuh, konsentrasi ion sulfat cukup tinggi untuk menimbulkan pengendapan dengan barium yang berjumlah agak banyak, karena hasil kali konsentrasi-konsentrasi ion melampaui nilai hasil kali kelarutannya:

SO₄^2- + Ba²⁺ « BaSO₄ ¯

7.    Larutan kalium kromat : endapan kuning barium kromat, yang praktis tak larut dalam air (3,2 mg/ liter, K_s = 1,6 x 10^-10).

Ba²⁺ + CrO₄^2- à BaCrO₄ ¯

Endapan tak larut dalam asam asetat encer (perbedaan dari strontium dan kalsium) tetapi dapat larut dengan mudah dalam asam mineral.

Penambahan asam pada larutan kalium kromat menyebabkan warna kuning dari larutan berubah menjadi jingga-kemerahan, disebabkan terbentuknya dikromat:

2CrO₄^2- + 2H⁺ « Cr₂O₇^2- + H₂O

Dengan penambahan basa (misalnya ion-ion OH^-) kepada larutan dikromat, reaksi atom berlangsung dari kanan ke kiri karena ion hidrogen hilang diikat oleh ion OH‑, maka kromat akan terbentuk.

8.    Reagensia rhodizonat

9.    Etanol bebas air dan eter : campuran 1+1 dari pelarut-pelarut ini melarutkan barium nitrat anhidrat atau barium klorida (perbedaan dari strontium dan kalsium). Garam-garam ini harus dipanaskan 180^oC sebelum pengujian, untuk menghilangkan semua air kristal. Uji ini bisa dipakai untuk memisahkan barium dari strontium dan atau kalsium.

10. Uji kering (pewarnaan nyala). Garam-garam barium bila dipanaskan dalam nyala bunsen yang tak cemerlang (yang kebiru-biruan), memberi warna hijau-kekuningan pada nyala. Karena kebanyakan garam barium, kecuali kloridanya, tak mudah menguap, kawat platinum harus dibasahi asam klorida pekat sebelum dicelupkan ke dalam zat itu. Sulfat mula-mula direduksi menjadi sulfida dalam nyala reduksi, lalu dibasahi asam klorida pekat, dan dimasukkan kembali ke dalam nyala.

·      Strontium (Sr)

Strontium adalah logam putih-perak, yang dapat ditempa dan liat. Strontium lebur pada 771^oC. Sifat-sifatnya serupa dengan sifat-sifat barium.

1.    Larutan amonia : tak ada endapan.

2.    Larutan amonium karbonat: endapan putih strontium karbonat :

Sr2+ + CO₃^2- à SrCO₃ ¯

Strontium karbonat agak kurang larut dibanding barium karbonat; lain daripada ini; ciri-ciri khasnya (kelarutan yang sedikit dalam garam-garam amonium terurai oleh asam), adalah serupa dengan ciri-ciri khas barium karbonat.

3.    Asam sulfat encer : endapan putih strontium sulfat :

Sr²⁺ + SO₄^2- à SrSO₄ ¯

Kelarutan endapan tak dapat diabaikan (0,097 gr/L, Ks = 2,8 x 10-7). Endapan tak larut dalam larutan amonium sulfat bahkan dengan mendidihkan sekalipun (perbedaan dari kalsium), dan larut sedikit dalam asam klorida mendididh. Ia hampir sempurna diubah menjadi karbonat yang bersangkutan, dengan mendidihkan larutan karbonat pekat:

SrSO₄ + CO₃^2- « SrCO₃ ¯ + SO₄^2-

Strontium karbonat kurang larut dibanding strontium sulfat (kelarutan 5,9 mg SrCO₃ L^-1; K_s = 1,6 x 10-9 pada suhu ruang)

Setelah menyaring larutan, endapan dapat dilarutkan dalam asam klorida, jadi ion-ion strontium dapat dipindahkan ke dalam larutan itu.

4.    Larutan kalsium sulfat jenuh : endapan putih strontium sulfat, terbentuk dengan lambat-lambat dalam keadaan dingin, tetapi lebih cepat dengan mendidihkan (perbedaan dengan barium)

5.    Larutan amonium oksalat : endapan putih strontium oksalat

Sr²⁺ + (COOH)₂^2- à Sr(COO)₂¯

Endapan hanya sedikit sekali larut dalam air (0,039 gr/L, Ks = 5 x 10-8). Asam asetat tak menyerangnya; namun asam-asam mineral melarutkan endapan.

6.       Larutan kalium kromat: endapan kuning strontium kromat

Sr2+ + CrO42- à SrCrO4¯

Endapan larut agak banyak dalam air (1,2 gr/L, Ks = 3,5 x 10-5), maka tak terjadi endapan dalam larutan strontium yang encer. Endapan larut dalam asam asetat (perbedaan dari barium) dan dalam asam-asam mineral, oleh sebab-sebab yang sama, seperti yang diuraikan pada barium.

7.       Reagensia natrium rhodizonat

8.       Etanol bebas air dan ete : campuran 1+1 dari pelarut-pelarut ini, tidak melarutkan strontium nitrat anhidrat, tetapi melarutkan strontium klorida anhidrat. Uji dapat dipakai untuk pemisahan kalsium, strontium, dan barium.

Uji ini dapat dilakukan sebagai berikut: endapkan strontium sebagai karbonat. Saring endapan, larutkan satu bagian darinya dalam asam klorida, dan satu bagian lain dalam asam nitrat. Uapkan kedua larutan di atas kaca arloji sendiri-sendiri sampai kering, panaskan residu sampai 180^oC selama 30 menit, dan coba larutkan residu dalam ml pelarut.

9.       Uji kering (pewarnaan nyala). Senyawa-senyawa stroantium yang mudah menguap, terutama kloridanya, memberi warna merah-karmin yang khas pada nyala bunsen yang tak cemerlang.

·        

      Kalsium (Ca)

Kalsium adalah logam putih perak, yang agak lunak. Yang melebur pada 845^oC ia terserang oleh oksigen atmosfer dan udara lembab, pada reaksi ini terbentuk kalsium oksida dan kalsium hidroksida. Kalsium menguraikan air dengan membentuk kalsium hidroksida dan hidrogen.

Kalsium membentuk kation kalsium (II), Ca²⁺, dalam larutan-larutan air. Garam-garamnya biasanya berupa bubuk putih dan membentuk larutan yang tak bewarna, kecuali bila anionnya berwarna. Kalsium klorida padat bersifat higroskopis dan sering digunakan sebagai zat pengiring. Kalsium klorida dan kalsium nitrat larut dengan mudah dalam etanol atau dalam campuran 1+1 dari etanol bebas-air dan dietil eter.

Reaksi-reaksi :

1.       Larutan amonia: tak ada endapan, karena kalsium hidroksida larut cukup banyak. Dengan zat pengendap yang telah lama dibuat, mungkin timbul kekeruhan karena terbentuknya kalsium karbonat.

2.       Larutan amonium karbonat : endapan amorf putih kalsium karbonat :

Ca²⁺ + CO₃^2- à CaCO₃ ↓

Dengan mendidihkan, endapan menjadi berbentuk kristal. Endapan larut dalam air yang mengandung asam karbonat berlebihan (misalnya, air soda yang baru dibuat), karena pembentukan kalsium hidrogen karbonat yang larut :

CaCO₃↓ + H₂O + CO₂ ↔ Ca²⁺ + 2HCO^-₃

Dengan mendidihkan, endapan muncul lagi karena karbondioksida keluar selama proses itu sehingga reaksi berlangsung kearah kiri. Ion-ion barium dan sromtium bereaksi serupa. Endapan larut dalam asam, bahkan dalam asam asetat :

CaCO₃ ↓ + 2H⁺ → Ca²⁺ + H₂O + CO₂↑

CaCO₃↓ + 2CH₃COOH à Ca²⁺+ H₂O + CO₂↑+ 2CH₃COO^-

Kalsium karbonat larut sedikit dalam larutan garam-gaaram amonium dari asam kuat.

3.       Asam sulfat encer : endapan putih kalsium sulfat :

Ca²⁺ + SO₄^2- → CaSO₄↓

CaSO₄ larut cukup berarti dalam air (0,61 gram Ca²⁺, 2,06 gram CaSO₄ atau 2,61 gram CaSO₄.2H₂O l^-1, K_s = 2,3 x 10^-6) yaitu larut lebih banyak dari pada barium