Tembaga

Tembaga adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Cu dan nomor atom 29. Lambangnya berasal dari bahasa latin cuprum (Latin, cuprum, dari pulau Cyprus). Tembaga (Cu) merupakan unsur logam golongan IB periode keempat. Konfigurasi elektronnya adalah [Ar] 3d¹⁰ 4s¹.

a.       Kelimpahan Tembaga (Cu)

Tembaga di alam tidak begitu melimpah dan ditemukan dalam bentuk bebas maupun dalam bentuk senyawaan. Bijih tembaga yang terpenting yaitu pirit atau chalcopyrite (CuFeS₂), copper glance atau chalcolite (Cu₂S), cuprite (Cu₂O), malaconite (CuO) dan malachite (Cu₂(OH)₂CO₃) sedangkan dalam unsur bebas ditemukan di Northern Michigan, Amerika Serikat. Dalam jumlah kecil tembaga ditemukan pada beberapa jenis tanaman, bulu-bulu burung terutama yang berbulu terang dan dalam darah binatang-binatang laut seperti udang dan kerang.

b.      Sifat Fisika Tembaga (Cu)

Nomor atom	29
Konfigurasi elektron	[Ar] 3d10 4s1
Elektronegativitas	1,9
Jari-jari metalik/pm (koordinasi 12)	128
Jari-jari ionik/pm	73 (+2); 77 (+1)
Energi ionisasi pertama/kJ.mol-1	745
Titik leleh/°C	1083
Titik didih/°C	2570
Densitas (20°C)/g.cm-3	8,95

Selain itu, sifat tembaga secara fisik adalah sebagai berikut.

1.        Kuat dan ulet

2.        Dapat ditempa

3.        Tahan korosi

4.        Penhantar listrik dan panas yang baik

5.        Logam yang kurang aktif

c.       Sifat Kimia Tembaga (Cu)

Tembaga merupakan unsur yang relatif tidak reaktif sehingga tahan terhadap korosi. Pada udara yang lembab permukaan tembaga ditutupi oleh suatu lapisan yang berwarna hijau yang menarik dari tembaga karbonat basa, Cu(OH)₂CO₃.

Pada kondisi yang istimewa yakni pada suhu sekitar 300 °C tembaga dapat bereaksi dengan oksigen membentuk CuO yang berwarna hitam. Sedangkan pada suhu yang lebih tinggi, sekitar 1000 ºC, akan terbentuk tembaga(I) oksida (Cu₂O) yang berwarna merah.

Tembaga tidak diserang oleh air atau uap air dan asam-asam non-oksidator encer seperti HCl encer dan H₂SO₄ encer. Tetapi asam klorida pekat dan mendidih menyerang logam tembaga dan membebaskan gas hidrogen. Hal ini disebabkan oleh terbentuknya ion kompleks CuCl₂¯(aq) yang mendorong reaksi kesetimbangan bergeser ke arah produk.

2Cu_(s) + 2H⁺_(aq)                    2Cu⁺_(aq) + H_2(g)

2Cu⁺_(aq) + 4Cl^-_(aq)                 2CuCl₂^-_(aq)

Asam sulfat pekatpun dapat menyerang tembaga, seperti reaksi berikut.

Cu_(s) + H₂SO_4(l)               CuSO_4(aq) + 2H₂O_(l) + SO_2(g)

Asam nitrat encer dan pekat dapat menyerang tembaga, sesuai reaksi berikut.

Cu_(s) + HNO_3(encer)                   3Cu(NO₃)_2(aq) + 4H₂O_(l) + 2NO_(g)

Cu_(s) + 4HNO_3(pekat)                Cu(NO₃)_2(aq) + 2H₂O_(l) + 2NO_2(g)

Tembaga tidak bereaksi dengan alkali, tetapi larut dalam amonia oleh adanya udara membentuk larutan yang berwarna biru dari kompleks Cu(NH₃)₄⁺. Selain itu, tembaga panas dapat bereaksi dengan uap belerang dan halogen. Bereaksi dengan belerang membentuk tembaga(I) sulfida dan tembaga(II) sulfida dan untuk reaksi dengan halogen membentuk tembaga(I) klorida, khusus klor yang menghasilkan tembaga(II) klorida.

Tembaga memiliki tingkat oksidasi +1, seperti halnya logam-logam alkali. Namun, lebih umum dengan tingkat oksidasi +2 daripada +1.  Tembaga sukar teroksidasi sebagaimana ditunjukkan oleh nilai positif potensial reduksinya:

Cu²⁺(aq) + 2e → Cu(s)      E° = +0,34 V

d.      Ekstraksi Tembaga

Ekstraksi tembaga murni dari konsentrat tembaga dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut.

Ø  Pirometalurgi

Bijih pekat dipanaskan (proses roasting) dalam kondisi udara terbatas. Proses ini menguraikan garam rangkap sulfida menjadi besi(III) oksida dan tembaga(I) sulfida, menurut reaksi:

4CuFeS_2(s) + 9O_2(g)               2Cu₂S_(l) + 6SO_2(g) + 2Fe₂O_3(s)

Ke dalam lelehan campuran ditambahkan pasir untuk mengubah besi(III) menjadi ampas atau terak besi(III) silikat, menurut persamaan:

2Fe­₂O_3(s) + 3SiO_2(s)               Fe₂(SiO₃)_3(l)

Cairan ini berada pada permukaan dan dapat dituang terpisah. Udara kemudian ditambah lagi untuk mengubah tembaga(I)sulfida menjadi tembaga(I)oksida:

2Cu₂S_(l) + 3O_2(g)               2Cu₂O_(s) + 2SO_2(g)

Penambahan udara dihentikan setelah kira-kira tembaga(I)sulfida teroksidasi. Campuran tembaga(I) oksida dan tembaga(I) sulfida kemudian mengalami reaksi redoks khusus dan menghasilkan logam tembaga tak murni.

Cu₂S_(l) + 2Cu₂O_(s)             6Cu_(l) + SO_2(g)

Proses ini mempunyai beberapa keuntungan, proses kimia dan teknologinya sangat terkenal dan dipahami, banyak dijumpai pada peleburan-peleburan tembaga dan merupakan proses yang relatif cepat. Kelemahannya adalah bahwa bijih harus dipekatkan cukup tinggi, proses peleburannya membutuhkan banyak energi, selain itu membebaskan emisi gas SO₂ dalam jumlah besar sebagai polutan yang mencemari udara atau lingkungan.

Ø  Elektrolisis (dengan arus listrik)

Tembaga adalah suatu logam yang menarik (attaractive), berwarna kemerahan. Tembaga memiliki daya hantar panas dan listrik kedua setelah perak. Perunggu, brasso, dan alloy-alloy yang lain adalah material yang telah lama digunakan sejak lama. Tembaga terdapat dalam dua kelas mineral yang penting yaitu:

1)   Mineral-mineral sulfida, seperti CuFeS₂, Cu₃FeS₃, dan Cu₂S.

2)   Mineral-mineral oksida, seperti CuO,Cu₂(OH)₂CO₃ dan Cu₃(OH)₂(CO₃)₂.

Mineral tembaga yang diperolah sekarang ini terutama adalah dari tingkatan yang rendah, yang mengandung sejumlah proporsi pasir dan batu atau “gangue”. Langkah pertama pada produksi logam tembaga adalah pembakaran mineral chalcopyrite dalam supply udara yang terbatas yang menghasilkan Cu₂S dan FeO, yang kemudian FeO dipisahkan dengan cara menambahkan silika untuk membentuk slag dan Cu₂S diubah menjadi Cu dengan reaksi:

Cu₂S + O₂               2Cu + SO₂

Pemurnian Cu dilakukan dengan cara elektrolisis menggunakan sel dengan anoda Cu yang tidak murni, Cu bersih sebagai katoda dan CuSO₄ sebagai elektrolit. Selama elektrolisis, Cu ditransfer dari anoda ke katoda dan menghasilkan logam Cu dengan tingkat kemurnia yang tinggi, sehingga cocok digunakan untuk kabel listrik.

e.       Senyawaan Tembaga

Keadaan pengoksidaan biasa bagi tembaga termasuklah keadaan kuprum(I) yang kurang stabil, Cu⁺; dan keadaan yang lebih stabil kuprum(II), Cu²⁺, yang membentuk garam dan larutan berwarna biru atau biru kehijauan. Dalam keadaan yang luar biasa, keadaan pengoksidaan 3+ dan yang lebih jarang iaitu keadaan 4+ boleh dicapai.

·      Tembaga(II)

Tembaga(II) yang stabil mendominasi dalam larutannya. Dalam air, hampir semua garam tembaga(II) berwarna biru oleh karena warna ion kompleks koordinasi enam, [Cu(H₂O)₆]²⁺. Suatu pengecualian terkenal adalah kuprum(II) klorida berwarna hijau karena ion kompleksnya empat [CuCl₄]^2-  yang mempunyai bangun geometri dasar tetrahedral atau bujursangkar bergantung pada kation pasangannya. Dalam larutan encer garam klorida berwarna biru karena adanya pendesakan ligan Cl^- oleh ligan H₂O. Kuprum(II) sulfat membentuk hablur pentahidrat biru yang mungkin merupakan sebatian kuprum paling dikenali dalam makmal. Ia digunakan sebagai racun kulat, juga dikenali sebagai campuran Bordeaux.

Tembaga(II) hidroksida tidak larut dalam basa encer, tetapi larut(II), dalam hidroksida pekat membentuk larutan biru tua ion tetrahidroksidakuprat, [Cu(OH)₄]^-. Tembaga(II) hidroksida juga larut dalam dalam larutan amonia memberikan larutan biru tua ion [Cu(NH₃)_(4-5)(H₂O)_(2-1)]^2-.

Larutan tembaga (II) dengan berbagai ligan sangat stabil secara termodinamika, tetapi ligan pereduksi seperti iodida akan mereduksi tembaga(II) menjadi endapan tembaga(I):

2Cu²⁺_(aq) + 4 I^-_(aq)                2CuI _(s) + I_{2 (aq)}

·      Tembaga(I)

Pada dasarnya, tembaga bukannya logam yang reaktif, namun logam ini dapat diserang oleh asam-asam pekat. Secara khusus tembaga bereaksi dengan asam hidroksida mendidih dan menghasilkan larutan tak berwarna dan gas hidrogen, walaupun hidroklorida bukanlah asam oksidator kuat seperti asam nitrat.

Ion tembaga(I) membentuk ion kompleks tak berwarna diklorokuprat(I), [CuCl₂]^-. Tahap reaksi ke dua inilah yang didugaberlangsung sangat cepat sehingga memicu terjadinya tahap reaksi pertama menurut persamaan reaksinya seperti berikut:

Cu_(s) H₃O^-_(aq)         Cu⁺_(aq) + H_2(g) + 2H₂O _(l)

Cu⁺_(aq) + 2Cl^-_(aq)                 [CuCl₂]^-_(aq)

Pada umumnya, senyawa tembaga(I) tidak berwarna atau putih, karena ion mempunyai konfigurasi elektronik penuh 3d¹⁰. Dalam air, ion tembaga(I) hidrat tidak stabil dan mengalami disproporsionasi menjadi ion tembaga(II) sesuai dengan ramalan diagram potensial reduksi frost.

2Cu⁺_(aq)                  Cu²⁺_(aq) + Cu_(s)

f.       Manfaat Tembaga

Tembaga banyak digunakan pada pembuatan kabel listrik, pipa air dan uap (karena taha korosi), eksterior bangunan, misalnya untuk pembuatan roofing dan flashing. Malachite yang dipolish secara luas digunakan untuk keperluan dekoratif. Cu juga digunakan pada pembuatan alloy seperti brasso (Cu/Zn), perunggu (Cu/Sn), perak nikel (Cu/Zn/Ni) dan pada pembuatan koin logam (Cu/Ni). Tembaga(II) sulfat secara luas digunakan sebagai fungisida. Tembaga mempunyai peranan vital dalam bidang biokimia, misalnya dalam sitokrom oksidase (terlibat dalam reduksi O₂ menjadi H₂O) dan dalam haemosianin (pembawa O₂ protein tembaga pada artropoda). Senyawa-senyawa tembaga mempunyai sejumlah penggunaan katalitik dan applikasi analitik termasuk untuk uji biuret dan dalam larutan fehling. Penggunaan tembaga:

1.    Untuk kawat listrik

2.    Untuk membuat logam paduan

Tembaga (II) sulfat, CuSo4. XH2O yang dikenal dengan nama terusi digunakan sebagai fungisida, misalnya pada kolam renang. Kegunaan lain adalah pada pemurnian tembaga dan penyepuhan tembaga. Kekuatan tarik :200 – 300 N/mm2.

Selain itu, industri elektrik merupakan konsumen terbesar unsur ini. Campuran logam besi yang memakai tembaga seperti brass dan perunggu sangat penting. Semua koin-koin di Amerika dan logam-logam senjata mengandung tembaga. Tembaga memiliki kegunaan yang luas sebagai racun pertanian dan sebagai algisida dalam pemurnian air. Senyawa-senyawa tembaga seperti solusi Fehling banyak digunakan di bidang kimia analitik untuk tes gula.