HIDROGEN

''HIDROGEN''

NAMA KELOMPOK 9 :

Alfianita Varah Nurul Lusiyanti    (126303)

Dwi Rahmawati                               (126371)

Fitri Tetra Utami                             (126392)

Mohammad Samsudin                             (126465)

KELAS : 1C

AKADEMI KIMIA ANALISIS BOGOR

HIDROGEN

Definisi

Hidrogen adalah unsur teringan yang terdapat dalam tabel periodik dan merupakan unsur yang paling banyak terdapat di jagat raya dengan prosentase kadar hidrogen di jagat raya adalah 75% berat atau 93% mol. Hidrogen adalah unsur yang terdapat dia alam yang kelimpahannya terbesar, tetapi hanya sedikit tertinggal di bumi. Hidrogen terdapat di bumi  sampai diruang angkasa sebagai penyusun bintang. Hidrogen dalam bentuk unsurnya berupa gas diatomik (H₂), gas H₂ merupakan gas yang paling ringan, tidak berwarna, dan tidak berbau, dan gas ini bersifat mudah terbakar dengan adanya oksigen. Gas hidrogen di alam terdapat dalam dua bentuk molekular yaitu orthohidrogen dan parahidrogen, kedua bentuk molekular ini berbeda dalam hal spin relative elektron dan inti atomnya. Pada ortohidrogen spin dua protonnya adalah parallel sehingga membentuk keadaan olekular yang disebut sebagai “triplet dengan bilangan kuantum spin 1 (1/2+1/2), pada parahidrogen maka spin protonnya antiparalel sehingga membentuk keadaan “singlet” dan bilangan kuantum spinnya 0 (1/2-1/2). Pada keadaan STP (Standard Temperature Pressure) gas hidrogen tersusun dari 25% bentuk para dan 75% bentuk ortho. Bentu orto tidak dapat dimurnikan, disebabkan perbedaan kedua bentuk hidrogen tersebut maka sifat fisika keduanya juga berbeda.

Hidrogen memiliki nomor atom1 dan nomor massa 1,008. Dengan nomor atom ini maka Hidrogen memiliki konfigurasi electron 1s¹ dan jumlah electron dalam kulit atomnya 1. Hidrogen diletakkan dibagian atas bersama dengan golongan 1A, tapi perlu diingat bahwa hydrogen bukan merupakan anggota golongan 1A dan hydrogen bukan anggota golongan manapun di dalam tabel periodik. Hidrogen diletakkan dalam periode 1 bersama dengan helium, dan blok tempat hidrogen berada pada sistem periodik adalah pada blok s.

Hidrogen dialam memiliki 3 isotop yaitu ¹H, ²H, dan ³H. ¹H adalah isotop hidrogen dengan kelimpahan yang melimpah dimana kelimpahannya adalah 99,98%. Disebabkan isotop ini memiliki 1 proton dan 1 elektron maka nama lainnya adalah protium. Isotop stabil yang lain adalah ²H dikenal dengan nama Deuterium dan intinya terdiri dari 1 proton dan 1 neutron. Deuterium bukanlah radioaktif dan tidak berbahaya. Isotop ini dipakai sebagai penanda dalam sintesis senyawa organik. Deuterium  sering juga dipakai sebagai pendingin dalam reaktor nuklir dan juga dipakai untuk reaksi fusi. Isotop ³H disebut sebagai Tritium mengandung 2 netron dan 1 proton dalam intinya dan bersifat radioaktif dan meluruh menjadi Helium-3 dengan memancarkan sinar beta. Banyak dipakai sebagai pelacak dalam bidang geokimia dan juga sebagai penanda dalam eksperimen kimia maupun biologi.

Sifat Fisika Dan Kimia Hidrogen

Sifat Fisika

• Titik lebur                      : -259,14⁰C
• Titik didih                     : -252,87 ⁰C
• Warna                           : tidak berwarna
• Bau                               : tidak berbau
• Densitas                        : 0,08988 g/cm3 pada 293 K
• Kapasitas panas            : 14,304 J/gK

Sifat Kimia

• Panas Fusi                      : 0,117 kJ/mol H2
• Energi ionisasi 1            : 1312 kJmol
• Afinitas electron            : 72,7711 kJ/mol
• Panas atomisasi             : 218 kJ/mol
• Panas penguapan           : 0,904 kJ/mol H2
• Jumlah kulit                   : 1
• Biloks minimum            : -1
• Elektronegatifitas          : 2,18 (skala Pauli)
• Konfig electron             : 1s1
• Biloks maksimum         : 1
• Volume polarisasi         : 0,7 ų
• Struktur                         : hcp (hexagonal close packed) (padatan H2)
• Jari-jari atom                 : 25 pm
• Konduktifitas termal     : 0,1805 W/mK
• Berat atom                    : 1,0079
• Potensial ionisasi          : 13,5984 eV

Gas hidrogen adalah gas yang mudah terbakar. Gas hidrogen bersifat eksplosif jika membentuk campuran dengan udara dengan perbandingan volume 4%-75% dan dengan klorin dengan perbandingan volume 5%-95%. Disebabkan gas hydrogen sangat ringan maka api yang disebabkan pembakaran gas hydrogen cenderung bergerak ke atas dengan cepat sehingga mengakibatan kerusakan yang sangat sedikit jika dibandingkan dengan api yang berasal dari pembakaran hidrokarbon. Reaksi spontanitas ini biasanya di picu oleh adanya kilatan api, panas, atau cahaya matahari. Entalpi pembakaran gas hydrogen adalah -256 kJ/mol dengan reaksi:

2 H₂ (g)  + O₂ (g)                    2H₂O(l)                        H= + 572 kJ

Hidrogen sangat reaktif dan bereaksi dengan setiap unsur yang bersifat oksidator dan bersifat lebih elektronegatif dibandingkan hidrogen seperti golongan halide. Hidrogen dapat bereaksi secara spontan dengan klorin dan florin pada temperatur kamar membentuk hidrogen halida. Hidrogen juga dapat membentuk senyawa dengan unsur yang kurang bersifat elektronegatif misalnya logam dengan membentuk hidrida.

Kelarutan hidrogen dalam pelarut organik sangat kecil jika dibandingkan dengan kelarutannya dalam air.Hidrogen dapat terserap dalam metal seperti baja. Penyerapan hidrogen oleh baja ini menyebabkan baja bersifat mudah patah sehingga menyebabkan kerusakan dalam pembuatan peralatan. Dengan sifat ini maka ilmuwan dapat menyimpan gas hidrogen dalam logam platinum.

Pada suhu normal hidrogen terdapat dalam bentuk diatomiknya akan tetapi pada suhu yang sangat tinggi hidrogen terdisosiasi menjadi atom-ataomnya. Atom hidrogen sangat reaktif dan dapat bereaksi dengan oksida logam seperti perak, tembaga, timbale, bismuth, dan raksa untuk menghasilkan logam bebasnya.

Atom hidrogen juga dapat bereaksi dengan senyawa organik untuk membentuk kompleks seperti dengan C₂H₄ membentuk C₂H₆ dan C₄H₁₀.Pada tekanan yang sangat tinggi hydrogen bisa memiliki sifat seperti logam.

Sumber Hidrogen di Alam

Jarang sekali menemukan hidrogen dalam bentuk unsurnya (H₂) di alam bebas (bumi). Pada kondisi biasa hidrogen terdapat dalam gas diatomik H₂ dimana gas ini bisa keluar dari atmosfer bumi disebabkan berat molekulnya yang ringan. Hidrogen adalah unsur ketiga yang paling banyak terdapat di bumi yaitu kadar hidrogen dibumi adalah 1400 ppm (0,14% berat) atau 2,9% mol. Hidrogen terdapat dalam keadaan bebasnya banyak ditemukan pada gas yang dikeluarkan oleh gunung berapi dan dibeberapa tempat penyulingan gas alam. Disebabkan hidrogen adalah unsur yang reaktif maka umumnya hidrogen dibumi ditemukan dalam bentuk senyawaanya misalnya dalam bentuk hidrokarbon seperti metana dan air. Beberapa jenis bakteri dan alga menghasilkan gas hidrogen dalam sitem metabolimesnya.

Dalam sistem tata surya kita hidrogen terdapat dalam jumlah yang sangat melimpah yaitu berkisar 75% berat dan 93% mol. Di jagat raya hidrogen ditemukan sebagai penyusun bintang dan planet-planet yang sangat besar. Dijagat raya hidrogen terdapat dalam bentuk atomiknya dan dalam bentuk plasma dimana sifatnya berbeda dengan molekul hydrogen biasa. Dalam bentuk plasma elektron dan proton hidrogen tidak terikat secara bersama sehingga hal ini menghasilkan konduktifitas listrik dan tingkat emisifitas (menghasilkan cahaya) yang tinggi. Sedangkan dalam bentuk atom netralnya hidrogen di jagat raya terdapat di medium interstellar yaitu materi yang menyusun bintang yang umumnya terdiri dari gas dan debu luar angkasa.

Dalam atmosfer bumi kandungan hidrogen diperkirakan antara 15000 -20000 (dalam jumlah molekul), dan nilai ini naik dengan naiknya ketinggian atmosfer. Dan air merupakan sumber hidrogen yang murah selain dari senyawa hidrokarbon.

Hidrogen diperkirakan membentuk komposisi lebih dari 90% atom-atom di alam semesta (sama dengan tiga perempat massa alam semesta). Unsur ini ditemukan di bintang-bintang dan memainkan peranan yang penting dalam memberikan sumber energi jagat raya melalui reaksi proton-proton dan siklus karbon-nitrogen. Proses fusi atom-atom hidrogen menjadi helium di matahari menghasilkan jumlah energi yang sangat besar.

Hidrogen dapat dipersiapkan dengan berbagai cara:

• Uap dari elemen karbon yang dipanaskan
• Dekomposisi beberapa jenis hidrokarbon dengan energi kalor
• Reaksi-reaksi natrium atau kalium hidroksida pada aluminium
• Elektrolisis air
• Pergeseran asam-asam oleh metal-metal tertentu

Hidrogen dalam bentuk cair sangat penting untuk bidang penelitian suhu rendah (cryogenics) dan studi superkonduktivitas karena titik cairnya hanya 20 derajat di atas 0 Kelvin.

Tritium (salah satu isotop hidrogen) dapat diproduksi dengan mudah di reaktor-reaktor nuklir dan digunakan dalam produksi bom hidrogen.Hidrogen adalah komponen utama planet Jupiter dan planet-planet gas raksasa lainnya. Karena tekanan yang luar biasa di dalam planet-planet tersebut, bentuk padat hidrogen molekuler dikonversi menjadi hidrogen metalik.

Di tahun 1973, ada beberapa ilmuwan Rusia yang bereksperimen memproduksi hidrogen metalik pada tekanan 2.8 megabar. Pada titik transisi, berat jenisnya berubah dari 1.08 menjadi 1.3 gram/cm³. Satu tahun sebelumnya di Livermore, California, satu grup ilmuwan juga memberitakan eksperimen yang hampir sama di mana fenomena yang mereka amati terjadi pada titik tekanan-volume yang berpusar pada 2 megabar. Beberapa prediksi mengemukakan bahwa hidrogen metalik mungkin metastable. Yang lainnya memprediksikan hidrogen mungkin berupa superkonduktor di suhu ruangan.

Atom H, juga disebut hidrogen nasen atau hidrogen atomik, diklaim eksis secara fana namun cukup lama untuk menimbulkan reaksi kimia. Menurut klaim itu, hidrogen nasen dihasilkan secara in situ, biasanya reaksi antara seng dengan asam, atau dengan elektrolisis pada katoda. Sebagai molekul monoatomik, atom H sangat reaktif dan oleh karena itu adalah reduktor yang lebih kuat dari H₂ diatomik, namun pertanyaan kuncinya terletak pada keberadaan atom H itu sendiri. Konsep ini lebih populer di bidang teknik dan di literatur-literatur lama.
Hidrogen nasen diklaim mereduksi nitrit menjadi ammonia atau arsenik menjadi arsina bahkan dalam keadaan lunak. Penelitian yang lebih mendetil menunjukkan lintasan alternatif lainnya dan bukanlah atom H.

Bentuk – bentuk

Atom hidrogen dapat dihasilkan pada temperatur yang cukup tinggi (>2000 K) agar molekul H₂ dapat berdisosiasi. Selain itu, radiasi elektromagentik di atas 11 eV juga dapat diserap H₂ dan menyebabkan disosiasi.
Kadang kala, hidrogen yang terserap secara kimiawi pada permukaan logam juga dirujuk sebagai hidrogen nasen, walaupun terminologi ini sudah mulai ditinggalkan. Pandangan lainnya mengatakan bahwa hidrogen yang terserap secara kimiawi itu "kurang reaktif" dari hidrogen nasen disebabkan oleh ikatan yang dihasilkan oleh permukaan katalis logam tersebut.

Senyawaan Hidrogen

Walau hidrogen adalah benda gas, kita sangat jarang menemukannya di atmosfer bumi. Gas hidrogen yang sangat ringan, jika tidak terkombinasi dengan unsur lain, akan berbenturan dengan unsur lain dan terkeluarkan dari lapisan atmosfer. Di bumi hidrogen banyak ditemukan sebagai senyawa (air) di mana atom-atomnya bertaut dengan atom-atom oksigen. Atom-atom hidrogen juga dapat ditemukan di tetumbuhan, petroleum, arang, dan lain-lain. Sebagai unsur yang independen, konsentrasinya di atmosfer sangat kecil (1 ppm by volume). Sebagai gas yang paling ringan, hidrogen berkombinasi dengan elemen-elemen lain ? kadang-kadang secara eksplosif ? untuk membentuk berbagai senyawa

Hidrogen bereaksi dengan beberapa unsur logam sebagai berikut :

2H2 +O2                       2H2O	(Hidrogen terbakar dalam oksigen)
H2 + X2                        2HX	(X = F,Cl,Br,I : terjadi ledakan dengan fluor terbakar dalam klor terjadi reaksi reversible dengan brom dan yod)
H2 + S                          H2S 3H2 + N2                       2NH3

Dengan senyawa pun, hIdrogen dapat bereaksi

                                    Ni

            CH₂ +  H                     CH₃

            CH₂ +   H                    CH₃

                                  Katalis

            CO + 2H₂                    CH₃OH

            CuO + H₂                    Cu + H₂O

Hidrida

Istilah hidrida dipakai untuk menyatakan bahwa bilangan oksidasi hidrogen yang bereaksi dengan unsur yang lain adalah -1 dan dinotasikan sebagai H-. Beberapa contoh senyawa hidrida adalah LiH, NaH, LiAlH₄, BeH₂ dan lainnya. Ikatan dalam senyawa hidrida dapat bersifat kovalen hingga sangat bersifat ionic dan hidrida ini bisa menjadi bagian molekul, oligomer, polimer, padatan ion, layer dalam absorbsi kimia, atau bahkan menjadi bagian dari suatu logam. Hidrida bereaksi sebagai basa lewis dan bersifat sebagai reduktor dan bisa juga bisa bereaksi dengan radikal hidrogen dan proton.

Berbagai macam unsur dapat membentuk hidrida dan sekarang menjadi subyek penelitian yang penting untuk menemukan logam yang dapat menyimpan hidrogen untuk pembangkit listrik atau baterai. Hidrida juga memerankan peranan yang penting dalam sintesis senyawa organik disebabkan bersifat sebagai reduktor. Dengan pemanasan,hidrogen dapat bereaksi dengan beberapa unsur menghasilkan hidrida. Hidrida dapat digolongkan dalam hidrida ionik atau hidrida mirip-garam,hidrida kovalen (hidrida molecular),dan hidrida intersisi.

Hidrida ionik.Hidrida ini terbentuk dari unsur golongan 1 dan 2, misalnya NaH,CaH₂.Dalam hidrida ini bilangan oksidasi hidrogen sama dengan -1. Hidrida golongan 1 dan 2 mempunyai titik leleh tinggi. Hidrida golongan 1 mempunyai struktur kristal NaCl.Semua hidrida ionik bereaksi dengan air menghasilkan hidrogen.

            H^-           +          H₂O                            OH^-       +         H₂

Hidrida kovalen.Dalam hidrida ini hidrogen mempunyai bilangan oksidasi +1 (kecuali dengan unsur yang keelektronegatifannya kurang dari 2,1).Hidrida ini adalah hidrida dari unsur bukan logam atau logam yang elektropositif lemah,misalnya PH₃, CH₄, SbH₃, SnH₄,H₂Te. Dalam hidrida ini molekul-molekul terikat dengan gaya Van Der Waals lemah,oleh karena itu senyawa ini biasanya merupakan gas,cairan atau padatan dengan titik leleh rendah dan titik didih rendah.Kestabilan hidrida berkurang dari atas ke bawah dalam satu golongan.

            NH₃ PH₃  AsH₃BiH₃

     Kestabilan berkurang

Hidrida intersisi.Jika gas hidrogen berkontak dengan logam dapat membentuk hidrida yaitu molekul (H₂) terserap di permukaan logam. Beberapa molekul terurai menjadi atom hidrogen (H).Kemudian masuk ke kristal logam,menempati kedudukan tertentu diantara atom logam.Tempat ini disebut daerah intersisi yang memiliki volume minimum agar dapat menampung atom hidrogen.Pada tekanan tertentu atom hidrogen dipaksa masuk ke dalam kristal.

 Pada keadaan ketika gas hidrogen mencapai konsentrasi dan tekanan tertentu, logam menjadi jenuh dengan gas, membentuk fasa baru yaitu fasa hidrida logam. Jika tekanan dinaikkan lagi, makin banyak fasa logam yang jenuh dengan hidrogen berubah menjadi fasa hidrida logam. Oleh karena dalam kristal logam terdapat banyak daerah intersisi logam dapat menampung banyak hidrogen.

            Dalam kebanyakan hidrida jumlah atom hydrogen mencapai dua sampai tiga kali lebih banyak dari atom logam. Logam-logam yang dengan hidrogen dapat membentuk hidrida.Logam yang juga hidrida intersisi adalah logam-logam transisi seperti Pd dan U. Peranan hidrogen dalam senyawa itu belum jelas. Diperkirakan bahwa hidrogen dalam senyawa ini mempunyai bilangan oksidasi nol. Jika hidrogen melarut dalam suatu logam,sifat logam dapat berubah.Peristiwa ini disebut “penggetasan hydrogen”.

Hidrokarbon

Dalam bidang organik senyawa hidrokarbon didefinisikan sebagai senyawa yang pada dasarnya terdiri dari hidrogen dan karbon, akan tetapi pengertian ini semakin meluas disebabkan beberapa hidrokarbon juga mengandung unsur lain seperti fosfor, nitrogen, belerang dan bahkan logam (organometalik). Golongan hidrokarbon sangat luas diantaranya alkana, alkena, alkuna, alkohol, ester, asam karboksilat, aldehid, keton, amida, senyawa aromatic dan berbabagai macam makromolekul seperti golongan proten, dan karbohidrat.

Umumnya hidrokarbon merupakan sumber energi utama yang ada di bumi akan tetapi dengan pertimbangan kondisi bumi saat ini maka penggunaan energi ini mulai sedikit-demi sedikit dialihkan ke sumber energi yang ramah lingkunga. Hidrokarbon juga merupakan sumber atau bahan dasar untuk membuat berbagai macam senyawa organic yang lain misalnya industru petrokimia menjadi dasar untuk pembuatan senyawa kimia yang lain.

Hidrogen Halida

Hidrogen halida adalah senyawa kimia yang dihasilkan dari reaksi antara hidrogen dengan unsur halide yaitu golongan 7 misalnya HF, HCl, HBr, dan HI. Senyawa HAt jarang ditemukan di alam dan bersifat tidak stabil. Senyawa hydrogen halide (HX) bersifat asam disebabkan kecenderungan mereka melepaskan H+ dalam larutan. Kecuali HF maka hydrogen halide yang lain adalah asam kuat. Dalam larutan sesama molekul halide dapat membentuk ikatan hydrogen dimana ikatan ini menyebabkan beberapa senyawa memiliki titik didih yang lebih tinggi dari yang diperkirakan. Kecenderungan hidrogen bereaksi dengan halide ini disebakan mereka memiliki perbedaan kelektronegatifitas yang cukup besar. Berikut perbandingan ukuran atom dan momen dipole beberapa hidrogen halida.

H₂O

Air merupakan oksida dari hidrogen dengan rumus H₂O dan air menjadi molekul yang paling banyak terdapat di bumi. Di alam air terdapat dalam tiga wujud yaitu cair, padat, dan gas, tidak bewarna, dan berbau. Terdapat banyak sekali senyawa kimia yang larut dalam air sehingga tidak dipungkiri air merupakan pelarut yang paling banyak dipakai. Air juga merupakan senyawa yang penting bagi kehidupan manusia dan makhluk lain yang ada dibumi bisa dibayangkan kehidupan makhluk hidup tanpa air bukan?

Molekul air memiliki dua atom hidrogen dan satu atom Oksigen yang terikat secara kovalen. Oksigen mengikat hidrogen dengan kuat disebabkan oksigen memiliki elektronegatifitas yang tinggi sehingga dihasilkan kutub positif dan negative dalam molekul air sehingga hal ini menyumbangkan bahwa molekul air memiliki momen dipole. Sesama molekul air dapat membentuk ikatan hydrogen sehingga meningkatkan titik didih air. Air dapat didiskripsikan sebagai molekul yang memiliki kepolaran sehingga dapat terdeprotonasi dengan reaksi:

2 H₂O (l)                                 H₃O⁺ (aq) + OH^- (aq)

Konstanta disosiasi ini atau Kw adalah 10-14 pada 25 °C.

Kegunaan

Pembakaran hidrogen dapat menghasilkan kalor sebanyak 286 Kj per mol hidrogen. Hidrogen banyak digunakan untuk mengikat nitrogen dengan unsur lain dalam proses Haber (memproduksi amonia) dan untuk proses hidrogenasi lemak dan minyak. Hidrogen juga digunakan dalam jumlah yang banyak dalam produksi methanol, di dealkilasi hidrogen (hidrodealkylation), katalis hidrocracking, dan sulfurisasi hidrogen. Kegunaan-kegunaan lainnya termasuk sebagai bahan bakar roket, memproduksi asam hidroklorida, mereduksi bijih-bijih besi dan sebagai gas pengisi balon.Daya angkat 1 kaki kubik gas hidrogen sekitar 0.07 lbf pada suhu 0 derajat Celsius dan tekanan udara 760 mm Hg.

Baterai yang berbahan bakar hidrogen (Hydrogen Fuel cell) adalah teknologi baru yang sedang dikembangkan, di mana tenaga listrik dalam jumlah besar dapat dihasilkan dari gas hidrogen. Pabrik-pabrik baru dapat dibangun dekat dengan laut untuk melakukan proses elektrolisis air laut guna memproduksi hidrogen. Gas yang bebas polusi ini lantas dapat dialirkan melalui pipa-pipa dan disalurkan ke daerah-daerah pemukiman dan kota-kota besar. Hidrogen dapat menggantikan gas alam lainnya, bensin, agen dalam proses metalurgi dan berbagai proses kimia (penyulingan), dan mengubah sampah menjadi metan dan etilen. Kendala-kendala yang ada untuk mewujudkan impian tersebut masih banyak. Di antaranya persetujuan publik, penanaman modal yang besar dan harga hidrogen yang masih jauh lebih mahal ketimbang bahan bakar lainnya sekarang.

Pada tabel di bawah ini dapat dibandingkan kalor yang dihasilkan oleh hidrogem dengan kalor yang dihasilkan bahan bakar lain.

Kalor yang dihasilkan bahan bakar

Bahan Bakar	Kalor yang dihasilkan (kJ)
	Per gram	Per mol	Per liter
Gas hydrogen	143	286	12
Hidrogen cair	142	285	9970
Gas metan	55	882	36
LPG	50	2220	25600
Oktana cair	48	5512	3400

Hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar sebab :

-          Dapat terbakar dalam oksigen membentuk air dan menghasilkan energi.

-          Bersama oksigen dapat digunakan dalam sel bahan bakar menghasilkan energi listrik.

Keuntungan jika hidrogen digunakan sebagai bahan bakar yaitu :

-          Suatu cuplikan hidrogen jika dibakar akan menghasilkan energi sebanyak kira-kira tiga kali energi yang dihasilkan bensin dengan berat yang sama

-          Dalam mesin kendaraan bermotor hidrogen akan terbakar lebih efisien jika dibandingkan dengan bahan bakar lain.

Dalam kimia organik.

Hidrogen sering dipakai untuk reaksi hidrogenasi senyawa alkena atau alkuna untuk sintesis senyawa organik. Senyawa hidrida misalnya MgH₂, NaH, LiH dll sering dipakai untuk reagen pereduksi senyawa organik dan hal ini sering dipakai dalam proses sistesis senyawa organic misalnya untuk reduksi senyawa aldehid atau keton.

Dibidang Industri.

Hidrogen banyak digunakan dalam industri kimia maupun industri petrokimia. Penggunaan terbesar hydrogen adalah untuk proses peng-upgrading-an bahan bakar fosil dan untuk pembuatan gas NH₃ sebagai bahan dasar untuk industri pupuk. Dalam industri makanan hydrogen banyak dipakai untuk meningkatkan kejenuhan minyak menjadi lemak seperti banyak dipergunakan dalam industri margarine. Untuk industri petrokimia maka hydrogen banyak dipakai untuk proses hidrodealkilasi, hidrodesulfurasi, dan hidrocracking. Hidrogen juga dipakai sebagai bahan dasar untuk industri penghasil methanol dan industri penghasil HCl. Di industri pertambangan hydrogen dipakai untuk agen pereduksi biji logam.

Dalam bidang fisika dan teknik.

Hidrogen dipakai sebagai “shielding gas” untuk pengelasan. Hydrogen juga dipakai sebagai zat pendingin rotor dalam generator listrik di stasiun penghasil listrik. Disebabkan hydrogen memiliki konduktifitas termal yang tingga maka hidrogen cair dipakai dalam studi-studi kriyogenik meliputi penelitian superkonduktor. Karena hydrogen sangat ringan maka banyak dipakai sebagai “gas pengangkat” dalam balon dan pesawat udara kecil untuk tujuan penelitian.

Hidrogen di campur dengan nitrogen dipakai sebagai gas pelaca kebocoran yang dapat diaplikasikan dalam bidang otomotif, kimia, stasiun pembangkit listrik, aerospace, dan telekomonikasi.

Isotop hidrogen seperti Deuterium dipakai dalam aplikasi reaksi nuklir sebagai medium yang dapat memperlambat laju netron yang dihasilkan dari reaksi fisi dan fusi. Deuterium juga dipakai untuk penanda reagen yang akan direaksikan untuk proses sintesis. Tritium dihasilkan dari reaktor nuklir dipakai untuk produksi bom hidrogen dan sebagai label dalam cat luminasi.

Bentuk

Dalam keadaan yang normal, gas hidrogen merupakan campuran antara dua molekul, yang dinamakan ortho- dan para- hidrogen, yang dibedakan berdasarkan spin elektron-elektron dan nukleus.

Hidrogen normal pada suhu ruangan terdiri dari 25% parahidrogen dan 75% ortho-hidrogen. Bentuk ortho tidak dapat dipersiapkan dalam bentuk murni. Karena kedua bentuk tersebut berbeda dalam energi, sifat-sifat kebendaannya pun juga berbeda. Titik-titik lebur dan didih parahidrogen sekitar 0.1 derajat Celcius lebih rendah dari hidrogen normal.

Isotop-isotop

Isotop hidrogen yang normal disebut Protium. Isotop-isotop lainnya adalah Deuterium (satu proton dan satu netron) dan Tritium (satu proton dan dua netron). Hidrogen adalah satu-satunya unsur yang isotop-isotopnya memiliki nama tersendiri. Deuterium dan Tritium keduanya digunakan sebagai bahan bakar reaktor fusi nuklir. Satu atom Deuterium ditemukan di sekitar 6000 atom-atom hidrogen.

Deuterium juga digunakan untuk memperlambat netron. Atom-atom tritium juga ada tapi lebih sedikit jumlahnya. Tritium juga dapat diproduksi dengan mudah di reaktor-reaktor nuklir dan digunakan pada produksi bom hidrogen (fusi). Gas hidrogen juga digunakan sebagai agen radioaktif untuk membuat cat yang bercahaya terang.

Hidrogen alamiah terdiri dari tiga isotop :

99,984 % protium , 0,016 % deuterium (atau D), dan tritium ( atau T).Masih diragukan apakah tritium terdapat dalam hidrogen biasa.Tritium dapat terbentuk dari reaksi initidalam reactor nuklir.

   +                                    + 

Ketiga isotop ini mempunyai konfigurasi electron yang sama. Diharapkan sifat isotop secara kualitatif adalah mirip,tetapi secara kuantitatif berbeda. Sifat ini disebut efek isotop. Efek ini memberikan sifat yang berbeda dalam kesetimbangan dan laju reaksi.

Disosiasi air protium kira-kira dua kali disosiasi air berat.

                        H₂O                             H⁺        +          OH^-

                        D₂O                             D⁺        +          OD^-

Kecepatan memutuskan ikatan menjadi protium lebih cepat dari memutuskan ikatan yang sama menjadi deuterium. Efek isotop digunakan sebagai dasar untuk memisahkan protium dan deuterium. Oleh karena ikatan protium lebih mudah putus daripada ikatan deuterium,pada elektrolisis lebih cepat dihasilkan protium daripada deuterium.Oleh karena itu pada elektrolisis air yang dilakukan terus menerus sampai volume menjadi kecil akan diperoleh deuterium oksida murni. Eksperimen menunjukkan bahwa dari elektrolisis air sebanyak 2400 L diperoleh 83 mL D₂O dengan kemurnian 99%. Pada tabel tebel berikut tertera beberapa sifat dari H₂,D₂,H₂O,dan D₂O

Sifat  H₂ dan D₂

	H2	D2
Titik Leleh	14 K (-259,2°C)	18,7 K (-254,5°C)
Titik Didih	20 K (-252,6°C)	23,8 K(-249,4°C)
Entalpi Peleburan	-117 kJ mol-1	-219 kJ mol-1
Entalpi Penguapan	+ 907 kJ mol-1	+ 1230 kJ mol-1
Entalpi Ikatan	+ 436 kJ mol-1	+ 444 kJ mol-1

	H2O	D2O
Titik Beku	273,15 K (0°C)	276,95 K(3,8°C)
Titik Didih	373,15 K (100°C)	374,55 K(101,4°C)
Kerapatan (20°C)	0,998 g cm-3	1,106 g cm-3

Tritium bersifat radiokatif, mempunyai waktu paruh 12,26 tahun

                                                 +         

Tritium terdapat dalam pebandingan satu bagian T terhadap 10¹⁷ bagian H. Selain dalam reactor nuklir,tritium dapat terjadi juga di alam.

                  +                                                  +         

Ortho dan Para Hidrogen

            Dalam bentuk molekular, 75% molekul hidrogen biasa pada keadaan normal mempunyai dua proton berputar dalam arah yang sama (spin inti paralel).Hidrogen ini disebut ortho-hidrogen.Sisanya yang 25% mempunyai proton dengan spin berlawanan (spin inti berlawanan), disebut para hidrogen.

Diantara kedua bentuk, para-hidrogen yang lebih stabil. Sifat kimia kedua bentuk adalah identik namun berbeda dalam sifat fisika.

·         Titik beku,titik didih ortho dan para hidrogen      

	Titik Beku	Titik Didih
Ortho-hidrogen	13,93 K (-259,22°C)	20,41 K (-252,74°C)
Para-hidrogen	13,88 K (-259,27°C)	20,29 K (-252,86°C)
Hidrogen biasa	13,92 K (-259,23°C)	20,38 K (-252,77°C)

Ikatan hidrogen

Dalam beberapa senyawa hidrogen,atom hidrogen menjembatani dua atom yang keelektronegatifannya besar,membentuk ikatan yang disebut ikatan hidrogen.Ikatan hidrogen terjadi antara atom yang kecil dan sangat elektronegatif seperti fluor, oksigen, dan nitrogen. Senyawa HF,H₂O, dan NH₃ mempunyai ikatan hidrogen baik dalam keadaan padat maupun cairan.(Karena ikatan ini,dalam keadaaan gas pun terjadi polimer HF).

            Oleh karena pada proses pelelehan dan penguapan sejumlah ikatan hidrogen perlu diputuskan, senyawa ini mempunyai titik didih yang tinggi. Oleh karena itu urutan titik didih sebagai berikut (tidak terjadi ikatan hidrogen pada CH₄ dan sebagai pembanding disertakan gas mulia).

            H₂O˃ H₂S  H₂Se  H₂Te

            HF ˃ HCl  HBr  HI

            NH₃˃ PH₃  AsH₃  SbH₃

            CH₄  SiH₄ GeH₄ SnH₄

            Ne Ar Kr  Xe

            Meskipun ikatan hidrogen relative lemah (-20 kJ) dibandingkan dengan ikatan kimia lainnya (-200 kJ),ikatan hidrogen ini sangat penting dalam sistem kehidupan misalnya dalam protein yang terdapat ikatan hidrogen dalam gugus-CO dan gugus-NH.

•      Atom H hanya punya 1 elektron, diharapkan berikatan kovalen dengan semua atom.

•      Molekul H₂O, ikatan kovalen antara 2 atom H dan 1 atom O, bukan ikatan kovalen murni.

•      Elektron bersamanya lebih ditarik ke arah atom O, shg muncul suatu Dipol listrik (atom H lbh positif dan atom O lbh negatif)

•      Atom H yang lebih positif dapat mengikat atom O dari molekul H₂O yang lain.

•      Atom H seolah-olah  menjadi perekat antara satu molekul H₂O dgn 4 molekul H₂O yang lain               

Sifat – sifat ikatan hidrogen

1. Wujud cair, ikatan hidrogen antara satu molekul H₂O dengan molekul H₂O yang lain mudah putus, akibat gerak termal atom-atom H dan O.  Namun dapat tersambung dengan molekul H₂O yang letaknya relatif lebih jauh.
2. Wujud padat, ikatan hidrogennya lebih stabil karena energi termalnya lebih rendah dari energi ikat hidrogen : kristal es (suhunya lebih rendah)

Produksi Hidrogen

Skala Laboratorium

Dalam skala laboratorium hidrogen biasanya dibuat dari hasil samping reaksi tertentu misalnya mereaksikan logam dengan asam seperti mereaksikan antara besi dengan asam sulfat.

Fe(s)  + H₂SO₄(aq)                      FeSO₄(aq)  + H₂(g)

Sejumlah kecil hidrogen dapat juga diperoleh dengan mereaksikan kalsium hidrida dengan air. Reaksi ini sangat efisien dimana 50% gas hydrogen yang dihasilkan diperoleh dari air.

CaH₂ (s)  + 2 H₂O(l)                   Ca(OH)₂ (aq)  + 2 H₂ (g)

Elektrolisis air juga sering dipakai untuk menghasilkan hidrogen dalam skala laboratorium, arus dengan voltase rendah dialirkan dalam air kemudian gas oksigen akan terbentuk di anoda dan gas hidrogen akan terbentuk di katoda.

2 H₂O(l)                      2 H₂(g)    +  O₂ (g)

Skala industri

Dalam skala industri hidrogen dapat dibuat dari hidrokarbon, dari produksi secara biologi melalui bantuan alga dan bakteri, melalui elektrolisis, ataupun termolisis. Produksi hidrogen dari hidrokarbon masih menjadi primadona disebabkan dengan metode ini bisa dihasilkan hidrogen dalam jumlah yang melimpah sehingga metode yang lain perlu dikembangkan lagi akar meningkatkan nilai ekonomi hidrogen.

Pembuatan Hidrogen dari Hidrokarbon

Hidrogen dapat dibuat dari gas alam dengan tingkat efisiensi sekitar 80% tergantung dari jenis hidrokarbon yang dipakai. Pembuatan hydrogen dari hidrokarbon menghasilkan gas CO₂, sehingga CO₂ ini dalam prosesnya dapat dipisahkan. Produksi komersial hydrogen menggunakan proses “steam reforming” menggunakan methanol atau gas alam dan menghasilkan apa yang disebut sebagai syngas yaitu campuran gas H₂dan CO.

CH₄  +  H₂O                           3H₂ + CO                    H= + 191,7 kJ/mol

H₂ yang dihasilkan dengan cara ini tidak murni sebab sukar memisahkan CO. Campuran H₂ dan CO disebut gas cair. Gas air termasuk bahan bakar penting dan mempunyai kalor pembakaran besar.

Panas yang dibutuhkan oleh reaksi diperoleh dari pembakaran beberapa bagian methane. Penambahan hasil hidrogen dapat diperoleh dengan menambahkan uap air kedalam gas hasil reaksi yang dialirkan dalam reactor bersuhu 130 °C.

CO  + H₂O                 CO₂  + H₂                    H= - 40,4 kJ/mol

Reaksi yang terjadi adalah pengabilan oksigen dari molekul air ke CO untuk menjadi CO₂. Reaksi ini menghasilkan panas yang dapat dipakai untuk menjaga suhu reactor.

Mengalirkan uap air melalui besi panas

3Fe (s) + 4H₂O (g)                  Fe₃O₄ (s) + 4H₂ (g)

Kilang minyak bumi

Pada kilang minyak bumi, hydrogen merupakan hasil samping dari cracking hidrokarbon.Gas hidrokarbon dialirkan melalui katalis panas dan terurai menjadi hydrogen dan hirdokarbon lain. Hidrokarbon yang lebih ringan seperti metana, dipanaskan dengan uap air, kemudian dialirkan melalui katalis nikel kromium pada 750°C dan tekanan 10 atm

          Ni - Cr

CH₄ (g) + H₂O (g)                  CO (g) + 3H₂ (g)

                           750°C, 10 atm

Pembuatan Hidrogen dari air Melalui elektrolisis

Hidrogen dapat dibuat dari proses elektrolisis air dengan menggunakan suplai energi yang dapat diperbaharuhi misalnya angina, hydropower, atau turbin. Dengan cara elektrolisis maka produksi yang dijalankan tidak akan menghasilkan polusi. Proses elektrolisis menjadi salah satu proses yang memiliki nilai ekonomi yang urah dibandingkan dengan menggunakan bahan baku hidrokarbon. Salah satu teknik elektrolisis yang mendapatkan perhatian cukup tinggi adalah “elektrolisis dengan menggunakan tekanan tinggi” dalam teknik ini elektrolisis dijalankan untuk menghasilkan gas hidrogen dan oksigen dengan tekanan sekitar 120-200 Bar. Teknik lain adalah dengan dengan menggunakan “elektrolisis temperature tinggi” dengan teknik ini konsumsi energi untuk proses elektrolisis sangat rendah sehingga bisa meningkatkan efisiensi hingga 50%. Proses elektrolisis dengan menggunakan metode ini biasanya digabungkan dengan instalasi reactor nulklir disebabkan karena bila menggunakan sumber panas yang lain maka tidak akan bisa menutup biaya peralatan yang tergolong cukup mahal.

Hidrogen yang sangat murni (99,9%) tetapi mahal, diperoleh dengan cara elektrolisis air

2H₂O                           2H₂ (g) +O₂ (g)                         = + 565 Kj

Jumlah hydrogen yang cukup banyak diperoleh juga dari hasil samping industri klor-alkali, dimana diperoleh Cl₂ dan NaOH dari elektrolisis larutan NaCl.

Pembuatan hidrogen melalui proses biologi

Beberapa macam alga dapat menghasilkan gas hydrogen sebagai akibat proses metabolismenya. Produksi secara biologi ini dapat dilakukan dalam bioreactor yang mensuplay kebutuhan alga seperti hidrokarbon dan dari hasil reaksi menghasilkan H₂ dan CO₂ Dengan menggunakan metode tertentu CO₂ dapat dipisahkan sehingga kita hanya mendapatkan gas H₂nya saja.

Dekomposisi air dengan gelombang radio

Dengan menggunakan gelombang radio maka kita dapat menghasilkan hydrogen dari air laut dengan dasar proses dekomposisi. Jika air ini diekspos dengan sinar terpolarisasi dengan frekuensi 13,56 MHz pada suhu kamar maka air laut dengan konsentrasi NaCl antara 1-30% dapat terdekomposisi menjdi hydrogen dan oksigen.

Termokimia

Terdapat lebih dari 352 proses termokimia yang dapat dipakai untuk proses splitting atau termolisis dengan cara ini kita tidak membutuhkan arus listrik akan tetapi hanya sumber panas. Beberapa proses termokimia ini adalah CeO₂/Ce₂O₃, Fe₃O₄/FeO, S-I, Ce-Cl, Fe,Cl dan lainnya. Reaksi yang terjdi pada proses ini adalah:

2H₂O                           2H₂ + O₂

Dan semua bahan yang dipergunakan dapat didaur ulang kembali menuju proses yang baru.

Hidrogenasi

Hidrogenasi adalah istilah yang merujuk pada reaksi kimia yang menghasilkan adisi hidrogen (H₂). Proses ini umumnya terdiri dari adisi sepasang atom hidrogen ke sebuah molekul. Penggunaan katalis diperlukan agar reaksi yang berjalan efisien dan dapat digunakan; hidrogenasi non-katalitik hanya berjalan dengan kondisi temperatur yang sangat tinggi. Hidrogen beradisi ke ikatan rankap dua dan tiga hidrokarbon.

Oleh karena pentingnya hidrogen, banyak reaksi-reaksi terkait yang telah dikembangkan untuk kegunaannya. Kebanyakan hidrogenasi menggunakan gas hidrogen (H₂), namun ada pula beberapa yang menggunakan sumber hidrogen alternatif; proses ini disebut hidrogenasi transfer. Reaksi balik atau pelepasan hidrogen dari sebuah molekul disebut dehidrogenasi. Reaksi di mana ikatan diputuskan ketika hidrogen diadisi dikenal sebagai hidrogenolisis. Hidrogenasi berbeda dengan protonasi atau adisi hidrida; pada hidrogenasi, produk yang dihasilkan mempunyai muatan yang sama dengan reaktan.

Contoh reaksi hidrogenasi adalah adisi hidrogen ke asam maleat, menghasilkan asam suksinat seperti gambar di samping.Beberapa aplikasi penting hidrogenasi ditemukan dalam bidang petrokimia, farmasi, dan industri makanan. Hidrogenasi lemak tak jenuh menghasilkan lemak jenuh, dan kadang pula lemak trans.

 

Orientasi adisi

Jika HCl diadisi pada alkena tidak simetris seperti propena, ada dua kemungkinan cara adisi yang bisa terjadi. Akan tetapi, biasaya hanya terdapat satu produk utama.

Ini sejalan dengan Kaidah Markovnikov yang mengatakan bahwa:

Apabila sebuah senyawa HX diadisi pada sebuah alkena tidak simetris, maka hidrogen akan terikat pada atom karbon yang sebelumnya memiliki paling banyak atom hidrogen.Dalam hal ini, hidrogen terikat pada gugus CH₂, karena gugus CH₂ memiliki lebih banyak hidrogen dibanding gugus CH.Perlu diperhatikan bahwa hanya hidrogen yang terikat langsung pada atom karbon ikatan rangkap yang dihitung. Hidrogen yang terdapat pada gugus CH₃ tidak dianggap.

Pengecualian untuk hidrogen bromida

Berbeda dengan halida-halida hidrogen yang lain, hidrogen bromida bisa diadisi ke sebuah ikatan karbon-karbon rangkap baik pada ujung yang satu maupun pada ujung yang lain – tergantung pada kondisi-kondisi reaksi.

Adisi hidrogen bromida murni pada alkena murni

Apabila hidrogen bromida dan alkena sama-sama murni, hidrogen bromida akan masuk ke karbon ikatan rangkap menurut Kaidah Markovnikov. Sebagai contoh, dengan propena akan diperoleh 2-bromopropana.Halida-halida hidrogen yang lain mengalami adisi dengan propena persis sama seperti mekanisme di atas.Adisi hidrogen bromida yang mengandung peroksida organik pada alkena yang mengandung peroksida yang sama

Oksigen dari udara cenderung bereaksi lambat dengan alkena menghasilkan beberapa peroksida organik, sehingga dengan sendirinya akan terdapat beberapa peroksida organik dalam alkena. Dengan demikian, reaksi dengan oksigen ini adalah reaksi yang cenderung terjadi sebelum semua udara dikeluarkan dari sistem.

Apabila hidrogen bromida dan alkena sama-sama mengandung peroksida organik dalam jumlah kecil, maka reaksi adisi berlangsung dengan cara berbeda dan dihasilkan 1-bromopropana:

Reaksi ini terkadang disebut sebagai adisi anti-Markovnikov atau efek peroksida.

Peroksida-peroksida organik adalah sumber radikal bebas yang sangat potensial. Dengan adanya peroksida organik, hidrogen bromida akan bereaksi dengan alkena menggunakan mekanisme yang berbeda (lebih cepat). Karena berbagai faktor, reaksi ini tidak terjadi pada halida-halida hidrogen yang lain.

Reaksi ini juga bisa terjadi dengan mekanisme ini jika terdapat sinar ultraviolet dengan panjang gelombang yang tepat untuk memutus ikatan hidrogen-bromida menjadi hidrogen dan radikal bebas bromin.

Daftar Pustaka

http://id.wikipedia.org/wiki/Hidrogen

http://belajarkimia.com/2010/06/hidrogen/

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/sifat_senyawa_organik/alkena/reaksi_alkena_dengan_hidrogen_halida/