Indahnya Kembang Api dan Kimianya
Kembang
api selalu mampu menciptakan warna tampak yang memberi kesan indah. Warna
tersebut tentu saja dihasilkan dari berbagai komposisi kimia yang terkandung
dalam kembang api yaitu berupa atom (yang bersenyawa) seperti stronsium,
kalsium, lithium, barium dan lain sebagainya.
Stronsium berasal ari kata
Strontian, yang merupakan sebuah kota di Skotlandia.Terdapat 0,03%
keberadaannya dalam kerak bumi yaitu pada mineral selestit (SrSO4)
dan strontantit. Pada suhu ruang stronsium mempunyai wujud padat dan berwarna
kuning metalik. Struktur kristal dari Stronsium sama seperti teman
segolongannya Ca yaitu memiliki struktur kubus pusat muka (fcc) dan faktor
kerapatan per unit sel 0,74. Senyawa stronsium memiliki suatu sifat
karakteristik yakni sukar larut dalam air atau memiliki nilai kelarutan yang
kecil. Cara untuk mengekstraksi stronsium dilakukan melalui metode elektrolisis,
yang sumber utamanya adalah selestit (SrSO4). Senyawa ini diproses
menjadi SrCl2. Sr dapat diperoleh dari elektrolisis lelehan SrCl2
sebagai berikut:
Katode: Sr2 (l) + 2e- -> Sr(l)
Anode: 2Cl-(l)
-> Cl2(g) + 2e-
Senyawa Sr(NO3)2
digunakan dalam nyala api/suara dan cahaya merah pada kembang api.
2.
Kalsium
Kalsium berasal dari bahasa latin Calx/calcis
yang berarti kapur. Terdapat 3,4% dan menjadi nomor 5 terbanyak keberadaanya
pada kerak bumi yaitu dalam senyawa karbonat, fosfat, sulfat, dan fluorida.
Senyawa karbonat CaCO3 terdapat dalam kapur, batu kapur, dan marbel.
Kalsium pada suhu ruang akan berwarna putih metalik. Struktur kristal dari
klsium sama seperti stronsium yang telah disebutkan di atas. Senyawa kalsium
memiliki suatu sifat karakteristik yakni sukar larut dalam air atau memiliki
nilai kelarutan yang kecil. Senyawa CaO(Kalium Oksida) dibuat dari pemanasan
CaCO3, Ca(HCO3)2 (Kalsium hidrogen karbonat)
meski tidak larut dalam air, namun CaCO3 larut dalam asam dan
membentuk Ca(HCO3)2 sedangkan CaSO4 (Kalsium
sulfat) ditemukan di alam sebagai mineral gipsum CaSO4.2H2O.
Pemanasan pada suhu sedikit dia tas 100oC akan mengurangi kadar
airnya dan membentuk plester CaSO2.1/2 H2O -> CaSO4.1/2
H2O + 3/2 H2O(g). Proses ekstraksinya melalui metode
elektrolisis yang sumber utamanya adalah batu kapur. CaCO3 ini
direaksikan dengan HCl untuk membentuk CaCl2 melalui reaksi:
CaCO3 + 2HCl -> CaCl2
+ H2O + CO2
Ca dapat diperoleh dari elektrolisis
lelehan CaCl2 sebagai berikut:
Katode: Ca2 (l)
+ 2e- -> Ca(l)
Anode: 2Cl-(l) ->
Cl2 (g) + 2e-
Sebagi catatan, CaCl2
juga dapat diperoleh sebagai produk samping dari pembuatan Na2CO3
(dengan proses Solvay). Adapun metode lainnya yaitu metode reduksi yang
dihasilkan dari reduksi CaO oleh Al atau reduksi CaCl2 oleh Na.
Reduksi CaO Oleh Al : 6CaO + 2Al
-> 3Ca + Ca3Al2O6
Reduksi CaCl2 oleh Na : CaCl2
+ 2Na -> Ca + 2NaCl.
3.
Lithium
Terdapat 0,0007% di bebatuan beku
dalam kerak bumi yaitu pada spodumene LiAl(SiO3)2.
Karakteristik warna nyala lithium adalah putih metalik/abu-abu, merah. Memiliki
struktur kristal yang sama dengan semua teman segolongannya yaitu stuktur kubus
pusat badab (bcc), dengan faktor kerapatan per unit sel 0,68. Lithium merupakan
logam yang sangat reaktif karena keanggotaannya pada golongan alkali. Proses
ekstraksinya dapat dilakukan melalui metode elektrolisis yang bersumber dari
mineral spodumene [LiAl(SiO3)3]. Spodumene dipanaskan
pada suhu 100oC, lalu dicampur dengan H2SO4
panas, dan dilarutkan ke air untuk memperoleh larutan Li2SO4.
Kemudian, Li2SO4 direaksikan dengan Na2CO3
untuk membentuk Li2CO3 yang sukar larut.
Li2SO4+Na2CO3
-> Li2CO3(s) + Na2SO4
Setelah itu, Li2CO3
direaksikan dengan HCl untuk membentuk LiCl.
Li2CO3 + 2HCl
-> 2LiCl + H2O + CO2
Li dapat dipeeroleh dari
elektrolisis lelehan LiCl sebagai berikut:
Katode: Li+(l) +
e- -> Li(l)
Anode: Cl- (l)
-> ½ Cl2(g) + e-
Karena titik leleh LiCl tinggi
(>600oC), biaya elektrolisis menjadi mahal. Namun, biaya dapat
ditekan dengan cara menambahkan KCl (55% LiCl dan 45% KCl) yang dapat
menurunkan titik leleh menjadi 430oC.
4.
Barium
Berasal daribahsa Yunani barys yang
berarti rapat/berat. Terdapat sekitar 0,04% pada kerak bumi yaitu dalam mineral
barritin (BaSO4) dan witerit (BaCO3). Barium memiliki warna nyala putih
metalik, hijau pucat dengan struktur kristal berupa kubus pusat badan(bcc) yang
faktor kerapatan per unit selnya 0,68. Barium merupakan salah satu logam
reaktif meskipun tidak sereaktif golongsn tetengganya yaitu alkali. Barium
diekstraksi melalui metode elektrolisis yang bersumber dari barit (BaSO4).
Senyawa ini diproses menjadi BaCl2. Ba dapat diperoleh dari
elektrolisis lelehan BaCl2 sebagai berikut:
Katode : Ba2+(l)
+ 2e- -> Ba(l)
Anode: 2Cl-(l)
-> Cl2(g) + 2e-
Dapat pula diperoleh dari metode
reduksi BaO oleh Al. Reaksinya adalah:
6BaO + 2Al -> 3Ba + Ba3Al2O6
Ba(NO3)2
digunakan untuk memberikan warna hijau pada kembang api.
Jika unsur atau senyawa logam
tersebut dipanaskan, maka akan dihasilkan warna-warna terang yang merupakan
karakteristik untuk setiap logam tersebut. Hal ini dapat dipahami dari struktur
atom sendiri, bahwa atom tersusun dari inti yang dikelilingi oleh elektron-elektron.
Elektron-elektron tersebut berada pada tingkat-tingkat energi tertentu/diskrit.
Apabila atom dipanaskan, elektron dapat tereksitasi atau pindah ke tingkat
energi yang lebih tinggi. Sewaktu pemanasan berhenti, elektron tersebut akan
kembali ke tingkat energi awal disertai pancaran cahaya dalam bentuk
foton-foton atau paket-paket energi dengan frekuensi atau panjang gelombang
tertentu yang mempunyai warna tertentu.
Kembang api
bila jatuh pada benda yang mudah terbakar dapat mengakibatkan kebakaran.
Kembang api pun mempunyai kontribusi bagi gangguan kesehatan, polusi udara dan
perubahan iklim.
Komposisi utama kembang api secara umum terdiri dari:
Komposisi utama kembang api secara umum terdiri dari:
1. Binder = berfungsi untuk agen pengikat sehingga seluruh bahan pembuat kembang api dapat dijadikan campuran berbentuk pasta. Binder yang sering dipergunakan adalah dextrin.
2. Oksidator = diperlukan sebagai penghasil oksigen untuk memulai proses pembakaran. Bahan oksidator yang dipakai biasanya dari golongan nitrat, klorat, ataupun perklorat. Awalnya nitrat dipakai sebagai bahan oksidator dan senyawa yang sering dipakai adalah kalium nitrat.
3. Reduktor = bereaksi dengan oksigen yang dihasilkan oleh oksidator membentuk gas yang bertemperatur tinggi dan mengembang dengan cepat. Reduktor yang dipakai biasanya adalah belerang dan karbon.
4. Fuel= Karbon atau thermit umumnya dipakai sebagai fuel pada kembang api . Fuel akan melepaskan elektron pada oksidator. Menyebabkan oksidator tereduksi, selama proses ini berlangsung maka akan terjadi ikatan antara fuel dan oksigen membentuk produk yang lebih stabil, peristiwa pembakaran ini hanya memerlukan sedikit energi agar reaksinya berlangsung, dan ketika proses pembakaran dimulai maka akan dihasilkan energi yang cukup banyak untuk melelehkan dan menguapkan material lain sehingga terjadi percikan api yang menyebabkan terbentuknya cahaya kembang api.
5. Regulator= Logam biasanya ditambahkan untuk mengatur kecepatan terjadinya reaksi pada kembang api. Semakin besar luas permukaan logam maka semakin cepat reaksi akan berlangsung.
Percikan api yang keluar lebih cepat dibandingkan suara ledakannya. Saat menyulut kembang api kecepatan cahayanya lebih cepat 1 juta kali dibandingkan dengan kecepatan suara. Artinya, diperlukan 3 detik untuk mendengar suara ledakannya setelah melihat percikan cahayanya dalam jarak tembak 1 kilometer dari permukaan tanah.
Melihat
berbagai bahan kimia yang menjadi campuran dalam pembuatan kembang api, tentu
menimbulkan bahaya bagi manusia dan lingkungan. Asap dan debu kembang api
mengandung sisa-sisa logam berat dan senyawa-senyawa kimia yang beracun dan
membahayakan kesehatan . Senyawa-senyawa tembaga yang dipakai untuk
menghasilkan warna biru dapat menghasilkan
dioxin dapat menyebabkan kanker. Tingkat toksisitas residu kembang api juga ditentukan oleh banyaknya bubuk mesiu yang digunakan, jenis oxidizer, warna yang dihasilkan dan metode peluncuran kembang api. Kembang api juga mengandung senyawa perklorat yang sangat mudah larut dalam air. Bahkan dalam konsentrasi yang sangat rendah disuplai air minum, perklorat dapat menghambat pengambilan iodine oleh kelenjar tiroid. Penggunaan kembang api juga dapat meninggalkan sampah padat dari sisa-sisa penyalaan kembang api, baik yang mudah maupun yang sukar terurai. Sampah padat ini akan mengotori perairan maupun tanah/daratan tempat serpihan- serpihan tersebut jatuh. Kembang api juga berkontribusi terhadap terjadinya hujan asam.
dioxin dapat menyebabkan kanker. Tingkat toksisitas residu kembang api juga ditentukan oleh banyaknya bubuk mesiu yang digunakan, jenis oxidizer, warna yang dihasilkan dan metode peluncuran kembang api. Kembang api juga mengandung senyawa perklorat yang sangat mudah larut dalam air. Bahkan dalam konsentrasi yang sangat rendah disuplai air minum, perklorat dapat menghambat pengambilan iodine oleh kelenjar tiroid. Penggunaan kembang api juga dapat meninggalkan sampah padat dari sisa-sisa penyalaan kembang api, baik yang mudah maupun yang sukar terurai. Sampah padat ini akan mengotori perairan maupun tanah/daratan tempat serpihan- serpihan tersebut jatuh. Kembang api juga berkontribusi terhadap terjadinya hujan asam.
kita juga punya nih artikel mengenai topik yang kalian bahas sekarang, silahkan dikunjungi dan dibaca , berikut linknya
BalasHapusklik di sini untuk download
trimakasih