Unsur Kimia Wolfram

WOLFRAM

PENGANTAR

Wolfram adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang W dan nomor atom 74. Nama unsur ini diambil dari bahasa Latin wolframium dan sering juga disebut wolfram. Logam transisi yang sangat keras dan berwarna kelabu sampai putih ini ditemukan pada mineral seperti wolframit dan schelit. Wolfram memiliki titik lebur yang lebih tinggi dibandingkan zat non-aloy lainnya. Bentuk murni Wolfram digunakan terutama pada perangkat elektronik. Senyawa dan aloy-nya digunakan secara luas untuk banyak hal, yang paling dikenal adalah sebagai filamen bola lampu, tabung sinar-x, dan superaloy.

Wolfram murni adalah logam yang berwarna putih timah hingga abu-abu seperti baja. Wolfram yang sangat murni dapat dipotong dengan gergaji besi dan bisa dibentuk dengan mudah. Dalam keadaan tidak murni, wolfram rapuh dan sukar untuk membentuknya. Wolfram memiliki kekuatan regang tertinggi. Wolfram teroksidasi di udara dan harus dilindungi bila disimpan pada suhu yang meningkat. Pemuaian akibat panasnya hampir sama dengan kaca borosilikat, yang membuatnya berguna untuk segel dari kaca ke logam (Krisbiyantoro, 2008).

Dari semua logam dalam bentuk murni, wolfram memiliki titik lebur tertinggi (3422° C, 6192 ° F ), tekanan uap terendah (pada suhu di atas 1.650 ° C, 3000 ° F ) dan memiliki kekuatan regang tertinggi. Wolfram memiliki koefisien ekspansi termal terendah dari setiap logam murni. Ekspansi termal yang rendah dan titik lebur yang tinggi dan kekuatan dari wolfram adalah karena kuatnya ikatan kovalen yang terbentuk antara atom wolfram oleh orbital elektron 5d. Karena kekuatan ini, pemaduan jumlah kecil wolfram dengan baja sangat meningkatkan ketangguhan (Setiawan, 2000).

Bilangan oksidasi dari wolfram adalah +2 dan +6,. Wolfram bersenyawa dengan oksigen membentuk oksida tungstic berwarna kuning , WO_3, yang larut dalam air dan larutan alkali untuk membentuk ion tungstat. W₂C tahan terhadap serangan kimia, meskipun bereaksi kuat dengan klorin untuk membentuk hexachloride wolfram (Setiawan, 2000).

Wolfram trioksida dapat membentuk interkalasi senyawa dengan logam alkali. Ini dikenal sebagai perunggu; contoh adalah natrium perunggu wolfram (Setiawan, 2000).

Gambar kristal wolfram

SUMBER WOLFRAM

Beberapa mineral sumber utama wolfram (W) antara lain :

·         Scheelite (CaWO₄) dan wolframite [Fe(Mn)WO₄]

·         Ferberite (FeWO4)

·         Hubnerite (MnWO4)

Nuklida	180 W	182 W	183 W	184 W	185 W	186 W
Massa atom	179,9	181,9	183	184	186
Kelimpahan	0,1 %	26,3 %	14,3 %	30,7 %	0 %	28,6 %
Waktu paruh	Stabil	Stabil	Stabil	Stabil	75 hari	stabil

EKSTRAKSI WOLFRAM

Wolfram diambil secara pemanasan langsung hingga meleleh dari campuranbijihnya dengan alkali kemudian diendapkan dalam air sebagai WO₃ dengan penambahan asam. Reduksi dengan H₂ pada ~ 850^oC terhadap oksida ini akan menghasilkan serbuk logam abu-abu. Pengubahan serbuk logam baik Mo maupun W menjadi padatan massif dapat dilakukan dengan kompresi tinggi dengan gas H₂.

SIFAT-SIFAT

·         Tahan terhadap asam

·         Tahan terhadap panas, 3410⁰C

·         Tahan terhadap oksigen                        

·         Reaktif dengan flourin membentuk heksaflourida

Sifat fisika

Simbol	W
Nomor atom	74
Konfigurasi elektron	[Xe] 4f14 5d4 6s2 (keadaan dasar)
Massa atom	183,84 gr/mol
Golongan	VI B (golongan transisi)
Periode	6
Bentuk	Padat pada 298 K
Warna	Putih keabu-abuan dan berkilauan
Klasifikasi	Logam
Titik didih	5828 K atau 5555ᴼC
Titik lebur	3695 K atau 3422ᴼC
Densitas	19,25 gr/cm3
Afinitas elektron	-119 kJ/mol
Radius atom	1,41 Å
Volume atom	9,53 cm3/mol
Radius kovalensi	1,3 Å
Struktur kristal	Bcc
Elektronegatifitas	1,7
Potensial ionisasi	7,98 V
Bilangan oksidasi	+6, +5, +4, +3, dan +2
Entalpi penguapan	422,58 kJ/mol
Entalpi pembentukan	35,4 kj/mol

Pada susunan kubus berpusat badan (bcc) setiap logam bersinggungan dengan 8 atom sejenis. Dalam susunan ini bilangan koordinasi untuk setiap atom logam adalah 8. Pada sel satuan kubus berpusat badan atom-atom terletak pada pojok-pojok dan pusat kubus. Volume sel satuan kubus berpusat badan yang ditempati oleh atom logam adalah sebesar 68,02% (Effendy, 1999).

PERSENYAWAAN DARI WOLFRAM

Reaksi dan Persenyawaan

Wolfram diperoleh kembali setelah peleburan dengan alkali dan dilarutkan kembali dalam air dengan pengendapan WO₃ oleh asam. Oksida direduksi dengan H₂ menghasilkan logamnya sebagai bubuk abu-abu. Ini mudah diserang hanya dengan campuran HF-HNO₃ atau dengan mengoksidasi leburan alkali dengan Na₂O₂, atau KNO₃-NaOH (Cotton dan Wilkinson, 1989). WO₃ mudah dibuat dengan memanaskan logamnya atau sulfidanya dalam oksigen. Oksida-oksida ini tidak bereaksi dengan asam, tetapi larut dalam basa membentuk larutan molibdat atau wolframat. WO₃ berupa padatan kuning lemon dengan titik leleh ~1200 C (Sugiyarto dan Sugiyani, 2010). Trioksida diperoleh pada pemanasan logam atau senyawaan lain dalam udara dan WO₃ berwarna kuning. Wolfram tidak diserang oleh asam selain HF namun larut dalam basa membentuk wolframat. Garam-garam logam alkali atau NH⁴⁺ yang larut dalam air mengandung ion tetrahedral WO₄^2-. Bilamana larutan wolframat dibuat menjadi asam lemah, terjadi kondensasi menghasilkan polianion yang rumit. Dalam larutan asam yang lebih kuat, oksida terhidrasi dan WO₃. 2H₂O (putih) terbentuk (Cotton dan Wilkinson, 1989). Interaksi wolfram dengan F₂ menghasilkan heksafluorida tidak berwarna WF₆ (titik didih 17ᴼC) dan bersifat mudah terhidrolisis. Klorinasi Wolfram panas menghasilkan monomer biru hitam pekat heksaklorida, WCl₆. Ia larut dalam CS₂, CCl₄, alcohol, dan eter. Ia bereaksi lambat dengan air dingin, cepat dengan air panas, menghasilkan asam tungstat. WCl₆ adalah bahan pemula yang biasa untuk sintesis berbagai senyawaan seperti dialkilamida, alkoksida, organologam dan karbonil (Cotton dan Wilkinson, 1989).
Berikut ini adalah reaksi wolfram (Annonymous, 2001) :

1.      Reaksi dengan air

Pada suhu ruangan, tungsten tidak bereaksi dengan air.

2.      Reaksi dengan udara

Pada suhu ruangan, tungsten dapat bereaksi dengan udara atau O2. Pada suhu yang meningkat, trioksida tungsten(VI) oksida terbentuk. Persamaan reaksinya sebagai berikut :2 W (s) + 3 O₂                2 WO₃ (s)

3.      Reaksi dengan halogen

Pada suhu ruangan, tungsten beraksi langsung dengan fluorin membentuk tungsten(VI) fluoride. Persamaan reaksinya sebagai berikut :
W(s) + 3F₂(g)                    3F₆(g)

Tungsten bereaksi secara langsung dengan klorin atau bromine (pada 250ᴼC) masing-masing membentuk tungsten(VI) klorida atau tungsten(VI) bromide. Persamaan reaksinya sebagai berikut :

W(s) + 3Cl₂(g)                   WCl₆(s)

W(s) + 3Br₂(g)                  WBr₆(s)

Pada kondisi terkontrol, tungsten(V) klorida terbentuk dari reaksi antara logam tungsten dan klorin, persamaan reaksinya sebagai berikut:
2W(s) + 5Cl₂(g)                 2WCl₅(s)

4.      Reaksi dengan asam

Secara umum, logam tungsten tidak terpengaruh oleh kebanyakan asam. Menurut Cotton dan Wilkinson (1989) wolfram tidak diserang oleh asam selain HF.

5.      Reaksi dengan basa

Logam tungsten tidak bereaksi dengan larutan basa lemah.

Pembentukan Ikatan dan Senyawa Kompleks

WO₃ mengadopsi struktur geometri yang dikenal sebagai struktur renium trioksida (ReO₃). Struktur ini dapat dipandang sebagai suatu kubus yang setiap sudutnya ditempati oleh atom W dan pada pertengahan dari setiap sisinya ditempati oleh atom O. Suatu kubus yang tersusun oleh 8 atom W pada titik-titik sudutnya akan diselingi oleh 12 atom pada tiap pertengahan sisinya, sehingga setiap atom W akan mengikat 6 atom Odan pada tiap atom O ini mengikat 2 atom W untuk menghasilkan formula WO₃ (Sugiyarto dan Sugiyani, 2010).
Dihalida W₆Cl₁₂ dapat dioksidasi oleh Cl₂ pada suhu tinggi. Satuan-satuan (M₆X₈)⁴⁺ dapat mengkoordinasi enam donor pasangan electron, masing-masing pada setiap atom logam sepanjang seperempat sumbu octahedron (Cotton dan Wilkinson, 1989).
Gugus berjembatan dalam satuan M₆X₈⁴⁺ dapat melangsungkan reaksi pertukaran hanya secara lambat, sedangkan keenam ligan luar adalah labil. Dalam larutan akua satuan M₆X₈⁴⁺ adalah tidak stabil terhadap gugus nukleofilik yang lebih kuat seperti OH^-, CN^-, atau SH^- (Cotton dan Wilkinson, 1989). Wolfram tidak membentuk beragam kompleks okso yang dapat diperbandingkan, meskipun sebagian kecil diketahui (Cotton dan Wilkinson, 1989).

Manfaat dan Kegunaan

Kegunaan utama logam Wolfram adalah dalam baja aliasi, meskipun sejumlah kecil menyebabkan kenaikan yang berarti dalam kekerasan dan kekuatan. Baja “kecepatan tinggi”, yang digunakan untuk membuat alat pemotong yang tetap keras meskipun pada panas merah, mengandung W dan Cr. Wolfram juga digunakan untuk filament lampu. Unsur ini memberikan senyawa interstisi yang keras, membias, dan inert secara kimiawi dengan B, C, N, atau Si pada reaksi langsung dengan suhu tinggi. Wolfram karbida digunakan untuk melapisi alat pemotong, dan sejenisnya (Cotton dan Wilkinson, 1989). Tungsten dan alloynya, digunakan secara besar-besaran untuk pembuatan filamen lampu pijar, tabung elektron dan televisi, dalam proses penguapan logam, untuk titik kontak listrik pada distributor mobil, target sinar X, unsur windings (proses pencairan logam dalam tungku listrik) dan pemanas pada tungku listrik, dan dalam peralatan untuk suhu tinggi dan pesawat luar angkasa. Alloy yang digunakan untuk peralatan berkecepatan tinggi seperti Hastelloy, Stellite mengandung tungsten. Tungsten karbida sangat penting digunakan dalam proses penempaan logam, penambangan logam dan industri minyak bumi. Kalsium dan magnesium tungstate sangat luas digunakan dalam pencahayaan fluoresen dan garam tungsten lainnya digunakan dalam industri pewarna dan kimia. Tungsten disulfida adalah pelumas yang kering, dan mampu stabil pada suhu setinggi 500ᴼC. Perunggu tungsten dan senyawa lainnya digunakan dalam industri cat (Anonim, 2008). Selain itu, tungsten karbida belum lama ini digunakan dalam mode intan permata sesuai sifat hypoallergenic-nya, kenyataan bahwa kekerasannya ekstrim (tinggi), dan berkilau seperti logam gosok lain. Sehingga digunakan sebagai alternative yang lebih murah selain intan. Tungsten karbida juga digunakan sebagai bahan anti gores untuk perhiasan termasuk arloji dan cincin perkawinan (Annonymous, 2001).  Diinformasikan pula, bahwa dalam pembuatan bola lampu OSRAM (didirikan pada tahun 1906 oleh tiga perusahaan Jerman yang menggabungkan fasilitas produksi lampu mereka). Nama dari bola lampu yang diproduksi diambil dari unsur penyusunnya yaitu OSmium dan wolfRAM (tungsten) (Annonymous, 2001).

Peranan Biologis Wolfram

Wolfram, di nomor atom 74, merupakan unsur terberat diketahui secara biologis fungsional, dengan yang sedang yodium terberat berikutnya (Z = 53). Meskipun tidak dalam eukariota , wolfram digunakan oleh beberapa bakteri. Sebagai contoh, enzim yang disebut oxidoreductases menggunakan wolfram yang sama seperti molibdenum dengan menggunakannya dalam-wolfram pterin kompleks dengan molybdopterin (molybdopterin, meskipun namanya, tidak mengandung molibdenum, tetapi kompleks molibdenum atau wolfram dapat dengan baik digunakan oleh organisme hidup). Namun, wolfram oxidoreductases juga dapat mengkatalisis oksidasi. Enzim wolfram yang pertama ditemukan juga membutuhkan selenium, dan dalam hal ini pasangan wolfram-selenium dapat berfungsi analogi ke-molybdenum sulfur pasangan dari beberapa molibdenum kofaktor yang membutuhkan enzim. Salah satu bakteri yang memiliki enzim dalam keluarga oksidoreduktase yang kadang-kadang menggunakan wolfram adalah bakteri formate dehidrogenase H. Meskipun mengandung xantin dehidrogenase-wolfram dari bakteri telah ditemukan mengandung wolfram-molydopterin dan juga-protein terikat nonselenium, sebuah selenium molybdopterin kompleks-wolfram belum pasti dijelaskan (Rohman, 2007).

Efek Pada Biokimia

Dalam tanah, logam wolfram menglami oksidasi menjadi anion wolfram. Hal ini dapat selektif atau non-selektif diserap oleh beberapa organisme prokariotik dan mungkin pengganti molibdat dalam beberapa enzim. Pengaruhnya pada tindakan enzim ini diperkirakan bahwa eukariota mengandung-enzim tungstat akan melembamkan tanah secara kimia menentukan bagaimana polimerisasi wolfram; basa tanah menyebabkan monomer wolfram ; asam menyebabkan polimer wolfram (Setiawan, 2000).

Natrium tungstat berefek pada cacing tanah. Natrium wolfram jauh kurang toksik dibanding logam berat, tetapi wolfram sepenuhnya menghambat cacing tanah dalam kemampuan reproduksi. Wolfram telah dipelajari sebagai antagonis metabolisme tembaga biologis, mirip dengan peran molibdenum. Telah ditemukan bahwa tetrathiotungstates dapat digunakan sebagai bahan kimia khelasi tembaga biologis, mirip dengan tetrathiomolybdates (Setiawan, 2000).

Wolfram Memecah Ikatan Yang Kuat

Suatu ikatan aromatik karbon-karbon yang kuat dapat dipecah dengan mudah oleh komplek wolfram yang dimasukkan dalam metal antara dua atom karbon, menurut laporan dari ahli kimawi pada Columbia University (Nature 2010, 463, 523). Mekanisme dari pemecahan ikatan yang tidak biasa ini, yang diteliti pada quinoxaline dibawah kondisi yang ringan, dapat diperluas pada sistem lainnya, kata penulis laporan ini, dengan membuka suatu jalan baru bagi pengfungsionalisasian molekul aromatik (Setiawan, 2000).

Aaron Sattler dan Gerard Parkin menemukan bahwa kemampuan pemecahan dari komplek wolfram ini saat mencari suatu persenyawaan yang dapat memecahkan ikatan aromatik C–N. Mereka telah bekerja dengan kompleks molybdenum namun memutuskan untuk mengubahnya dengan wolfram, yang mana merupakan metal yang lebih agresif. Sattler dan Parkin terkejut untuk menemukan bahwa pada keberadaan N-heterocyclic molekul quinoxaline, komplek  wolfram memecah ikatan aromatik C–C yang dikaitkan pada ikatan aromatik C–N, meskipun ikatan C–N secara tipikal lebih reaktif (Setiawan, 2000).

Reaksi pemecahan ikatan karbon-karbon tidaklah umum dan secara tipikal hanya diteliti saat ikatan C–C dipegang pada jarak yang dekat pada  pusat metal, atau pada saat pemecahan ini dibarengi dengan pelepasan tegangan energi atau formasi suatu sistem aromatik. Aspek yang paling menjanjikan dari studi ini adalah bahwa tipe pemecahan ini dapat diperluas pada persenyawaan transisi metal dan substrat lainnya, dan pada akhirnya nanti mengarahkan pada suatu cara baru pengfungsionalisasian molekul organik. Para peneliti telah meneliti rekatifitas komplek wolfram dengan beberapa persenyawaan aromatik lain tetapi belum meneliti pemecahan ikatan  C–C yang sama (Setiawan, 2000).

Kerugian pemakaian wolfram pada lampu pijar

Karena temperatur kerja filamen lampu pijar yang sangat tinggi, lambat laun akan terjadi penguapan pada filamen. Variasi pada resistansi sepanjang filamen akan menciptakan titik-titik panas pada posisi dengan nilai resistansi tertinggi. Pada titik-titik panas tersebut filamen wolfram akan menguap lebih cepat yang mengakibatkan ketebalan filamen akan semakin tidak merata dan nilai resistansi akan meningkat secara lokal; ini akan menyebabkan filamen pada titik tersebut meleleh atau menjadi lemah lalu putus. Variasi diameter sebesar 1% akan menyebabkan penurunan umur lampu pijar hingga 25%.

Selain menyebabkan putusnya lampu, penguapan filamen wolfram juga menyebabkan penghitaman lampu. Elemen wolfram yang menguap pada lampu pijar akan mengendap pada dinding kaca bola lampu dan membentuk efek hitam. Lampu halogen menghambat proses ini dengan proses siklus halogen.

Sumber : google