Materi Kimia: Kimia Unsur

Kimia unsur mempelajari sifat, kelimpahan, dan pemanfaatan unsur-unsur dalam kehidupan. Pembahasan ini mencakup pola sifat periodik, metode ekstraksi dari mineral, serta manfaat dan dampaknya bagi manusia dan lingkungan. Dalam konteks Indonesia yang kaya sumber daya alam, pemahaman kimia unsur menjadi kunci untuk pemanfaatan berkelanjutan, menyeimbangkan kebutuhan pembangunan dengan pelestarian lingkungan.

1. Klasifikasi Unsur dalam Sistem Periodik

1.A. Golongan Utama (Representatif)

Unsur-unsur golongan utama terletak pada golongan IA hingga VIIIA. Elektron valensi unsur-unsur ini berada pada kulit terluar subkulit s dan p.

1. Golongan IA (Alkali)

   • Contoh: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
   • Konfigurasi elektron: ns¹
   • Sifat fisik: Lunak (dapat dipotong pisau), titik leleh rendah, konduktor listrik baik, warna perak mengkilap
   • Sifat kimia: Sangat reaktif, reduktor kuat, mudah teroksidasi, bereaksi keras dengan air
   • Reaksi dengan air: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂ (eksotermik)
   • Reaksi dengan halogen: 2Na + Cl₂ → 2NaCl (pembentukan garam)
   • Senyawa penting: NaCl (garam dapur), NaOH (soda api), Na₂CO₃ (soda ash), KNO₃ (saltpeter)
   • Kegunaan: Natrium untuk lampu jalan, kalium untuk pupuk, litium untuk baterai
   • Kereaktifan meningkat: Li < Na < K < Rb < Cs

2. Golongan IIA (Alkali Tanah)

   • Contoh: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
   • Konfigurasi elektron: ns²
   • Sifat fisik: Lebih keras dari alkali, titik leleh lebih tinggi, warna putih keperakan
   • Sifat kimia: Kurang reaktif dibanding alkali, reduktor cukup kuat, bereaksi lambat dengan air (kecuali Be dan Mg)
   • Reaksi dengan air: Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂ (lambat), Mg bereaksi dengan air panas
   • Reaksi dengan oksigen: 2Mg + O₂ → 2MgO (nyala putih terang)
   • Senyawa penting: CaCO₃ (kalsit/batu kapur), Mg(OH)₂ (antacid/milk of magnesia), Ca(OH)₂ (kapur sirih), CaSO₄ (gipsum)
   • Kegunaan: Mg untuk paduan logam (magnesium alloy), Ca untuk tulang dan gigi, Ba untuk kontras sinar-X
   • Kereaktifan meningkat: Be < Mg < Ca < Sr < Ba

3. Golongan IIIA (Boron/Aluminium)

   • Contoh: B, Al, Ga, In, Tl
   • Konfigurasi elektron: ns² np¹
   • Sifat fisik: Variatif: B nonlogam, Al logam, titik leleh tinggi untuk B (2.076°C), rendah untuk Ga (30°C)
   • Sifat kimia: Bersifat amfoter (khususnya Al), Al reduktor kuat, boron bersifat nonlogam
   • Reaksi aluminium dengan asam: 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂
   • Reaksi aluminium dengan basa: 2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂
   • Senyawa penting: Al₂O₃ (alumina), AlCl₃ (katalis Friedel-Crafts), B₂O₃ (asam borat), Na₂B₄O₇ (boraks)
   • Kegunaan: Al untuk kemasan dan pesawat, B untuk kaca borosilikat (pyrex), Ga untuk semikonduktor
   • Sifat khusus: Al membentuk lapisan oksida pelindung (Al₂O₃), Ga cair pada suhu kamar

4. Golongan IVA (Karbon/Silikon)

   • Contoh: C, Si, Ge, Sn, Pb
   • Konfigurasi elektron: ns² np²
   • Sifat fisik: C (nonlogam), Si dan Ge (metaloid), Sn dan Pb (logam), variasi alotropi (C: grafit, intan, fullerene)
   • Sifat kimia: Dapat membentuk 4 ikatan kovalen, bilangan oksidasi +4 dan +2 (khusus Sn dan Pb), C dan Si membentuk rantai panjang (catenation)
   • Reaksi karbon dengan oksigen: C + O₂ → CO₂ (pembakaran sempurna), 2C + O₂ → 2CO (tidak sempurna)
   • Reaksi silikon dengan basa: Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂
   • Senyawa penting: CO₂, CO, CH₄ (metana), SiO₂ (silika), Na₂SiO₃ (water glass), SnO₂, PbO
   • Kegunaan: C untuk bahan bakar dan baja, Si untuk semikonduktor dan kaca, Sn untuk pelapis kaleng, Pb untuk baterai
   • Sifat khusus: Kestabilan bilangan oksidasi +2 meningkat ke bawah (efek pasangan inert), Pb²⁺ lebih stabil daripada Pb⁴⁺

5. Golongan VA (Nitrogen/Fosfor)

   • Contoh: N, P, As, Sb, Bi
   • Konfigurasi elektron: ns² np³
   • Sifat fisik: N dan P nonlogam, As dan Sb metaloid, Bi logam, alotropi fosfor (putih, merah, hitam)
   • Sifat kimia: Dapat membentuk 3 ikatan kovalen (pasangan elektron bebas), bilangan oksidasi -3 sampai +5, N membentuk ikatan rangkap tiga N≡N
   • Reaksi nitrogen dengan hidrogen: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ (proses Haber-Bosch)
   • Reaksi fosfor dengan oksigen: P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀ (pembakaran fosfor putih)
   • Senyawa penting: NH₃ (amonia), HNO₃ (asam nitrat), H₃PO₄ (asam fosfat), Na₃PO₄ (detergen), (NH₄)₂HPO₄ (pupuk)
   • Kegunaan: N untuk pupuk dan bahan peledak, P untuk pupuk dan detergen, As untuk semikonduktor
   • Sifat khusus: Fosfor putih piroforik (terbakar spontan di udara), nitrogen sangat stabil (ikatan rangkap tiga kuat)

6. Golongan VIA (Oksigen/Belerang)

   • Contoh: O, S, Se, Te, Po
   • Konfigurasi elektron: ns² np⁴
   • Sifat fisik: O dan S nonlogam, Se dan Te metaloid, Po logam radioaktif, alotropi belerang (rombik, monoklin)
   • Sifat kimia: Dapat membentuk 2 ikatan kovalen, bilangan oksidasi -2, +2, +4, +6, oksidator kuat (khususnya O), kecenderungan membentuk ion O^2-
   • Reaksi belerang dengan oksigen: S + O₂ → SO₂ (pembakaran belerang)
   • Reaksi belerang dengan logam: Fe + S → FeS (pembentukan sulfida)
   • Senyawa penting: H₂O, H₂O₂ (hidrogen peroksida), SO₂, SO₃, H₂SO₄ (asam sulfat), Na₂SO₄ (garam Glauber)
   • Kegunaan: O untuk respirasi dan industri, S untuk asam sulfat dan vulkanisasi karet, Se untuk fotosel dan xerografi
   • Sifat khusus: Oksigen paramagnetik (molekul O₂ memiliki elektron tidak berpasangan), belerang membentuk rantai S₈

7. Golongan VIIA (Halogen)

   • Contoh: F, Cl, Br, I, At
   • Konfigurasi elektron: ns² np⁵
   • Sifat fisik: F₂ dan Cl₂ gas, Br₂ cair, I₂ padat, warna bertambah gelap ke bawah
   • Sifat kimia: Oksidator kuat, mudah membentuk ion negatif X^-, kereaktifan menurun: F > Cl > Br > I, afinitas elektron tinggi
   • Reaksi dengan logam: 2Na + Cl₂ → 2NaCl (pembentukan garam halida)
   • Reaksi dengan hidrogen: H₂ + Cl₂ → 2HCl (pembentukan asam halida)
   • Senyawa penting: NaCl, HCl, NaF (pencegah gigi berlubang), AgBr (film fotografi), CHCl₃ (kloroform), CCl₄
   • Kegunaan: Cl untuk desinfektan air, F untuk pasta gigi, I untuk antiseptik, Br untuk obat penenang
   • Sifat khusus: Fluorin paling elektronegatif (3,98), hanya fluorin yang dapat mengoksidasi air: 2F₂ + 2H₂O → 4HF + O₂

8. Golongan VIIIA (Gas Mulia)

   • Contoh: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
   • Konfigurasi elektron: ns² np⁶ (oktet) kecuali He: 1s² (duplet)
   • Sifat fisik: Gas monoatomik, titik didih sangat rendah, inert secara kimia, tidak berwarna dan tidak berbau
   • Sifat kimia: Sangat stabil, energi ionisasi sangat tinggi, afinitas elektron ≈ 0, sukar membentuk senyawa (kecuali Xe dan Kr dengan F dan O)
   • Senyawa penting: XeF₂, XeF₄, XeF₆, XeO₃, XeO₄ (hanya xenon yang membentuk senyawa stabil)
   • Kegunaan: He untuk balon dan pendingin, Ne untuk lampu neon, Ar untuk pengelasan dan bola lampu, Kr untuk lampu kilat fotografi
   • Sifat khusus: Helium memiliki titik didih terendah (4,2 K), xenon dapat membentuk senyawa dengan fluorin dan oksigen
   • Pengecualian: Xe dan Kr dapat bereaksi dengan F₂ membentuk fluorida: Xe + F₂ → XeF₂ (dengan katalis dan kondisi khusus)

Contoh Soal 1.A.1 - Golongan IIIA

Aluminium disebut logam amfoter. Jelaskan apa yang dimaksud dengan sifat amfoter aluminium dan tuliskan dua reaksi yang menunjukkan sifat tersebut (masing-masing satu dengan asam dan satu dengan basa).

Pembahasan:

Sifat amfoter adalah kemampuan suatu zat untuk bereaksi baik dengan asam maupun basa. Aluminium menunjukkan sifat ini karena Al₂O₃ dan Al(OH)₃ dapat larut dalam kedua medium.

Reaksi dengan asam (HCl):

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

Reaksi dengan basa (NaOH):

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

Atau: Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]

Produk dengan basa adalah natrium tetrahidroksoaluminat (III).

Contoh Soal 1.A.2 - Golongan IVA

Timah (Sn) dan timbal (Pb) menunjukkan efek pasangan inert. Jelaskan apa yang dimaksud dengan efek pasangan inert dan bagaimana pengaruhnya terhadap kestabilan bilangan oksidasi +2 dan +4 pada Sn dan Pb.

Pembahasan:

Efek pasangan inertadalah kecenderungan elektron s pada kulit terluar untuk tidak berpartisipasi dalam ikatan karena distabilkan oleh muatan inti yang tinggi.

Pada golongan IVA:

• Konfigurasi elektron valensi: ns² np²
• Tanpa efek pasangan inert: Keempat elektron berpartisipasi → bilangan oksidasi +4 stabil
• Dengan efek pasangan inert: Elektron s (ns²) tidak ikut berikatan → hanya 2 elektron p yang berikatan → bilangan oksidasi +2 stabil

Pengaruh pada Sn dan Pb:

• Sn⁴⁺ lebih stabil daripada Sn²⁺ (efek pasangan inert lemah)
• Pb²⁺ lebih stabil daripada Pb⁴⁺ (efek pasangan inert kuat)
• Pb⁴⁺ bersifat oksidator kuat (mudah tereduksi menjadi Pb²⁺)

Contoh Soal 1.A.3 - Golongan VA

Nitrogen (N₂) sangat stabil dan sulit bereaksi dibandingkan dengan unsur golongan VA lainnya. Jelaskan mengapa nitrogen sangat stabil secara kimia dan mengapa fosfor putih (P₄) justru sangat reaktif.

Pembahasan:

Stabilitas nitrogen:

• Molekul N₂ memiliki ikatan rangkap tiga N≡N yang sangat kuat
• Energi ikatan N≡N sangat tinggi (941 kJ/mol)
• Orbital yang terisi penuh dan simetris
• Tidak memiliki orbital d kosong untuk ekspansi oktet
• Membutuhkan katalis atau kondisi khusus (suhu dan tekanan tinggi) untuk bereaksi

Reaktivitas fosfor putih (P₄):

• Struktur tetrahedral dengan ikatan P-P yang tertekan (sudut ikatan 60° vs normal 109,5°)
• Energi ikatan P-P lebih rendah (200 kJ/mol)
• Tegangan sudut (angle strain) membuat molekul tidak stabil
• Piroforik: terbakar spontan di udara pada suhu kamar
• Harus disimpan dalam air untuk mencegah oksidasi

Contoh Soal 1.A.4 - Golongan VIA

Oksigen dan belerang sama-sama anggota golongan VIA, tetapi memiliki sifat yang berbeda. Bandingkan sifat kimia oksigen dan belerang dalam hal: (a) bilangan oksidasi yang umum, (b) jenis ikatan yang dibentuk, (c) kemampuan membentuk rantai (catenation).

Pembahasan:

Perbandingan Oksigen (O) dan Belerang (S):

Sifat	Oksigen (O)	Belerang (S)
Bilangan oksidasi umum	-2 (paling stabil) -1 (dalam peroksida) 0 (O2)	-2, +2, +4, +6 +4 dan +6 stabil
Jenis ikatan	Ikatan rangkap dua O = O Ikatan ionik sebagai O2- Ikatan hidrogen (dengan H)	Ikatan tunggal S-S Ikatan kovalen koordinat Dapat ekspansi oktet
Catenation (rantai)	Sangat terbatas Hanya pada peroksida (-O-O-) Ikatan O-O lemah (146 kJ/mol)	Sangat baik Membentuk rantai S8, Sn2- Ikatan S-S cukup kuat (226 kJ/mol)

Contoh Soal 1.A.5 - Semua Golongan

Unsur-unsur golongan utama memiliki tren sifat yang teratur dalam tabel periodik. Jelaskan bagaimana sifat-sifat berikut berubah dari kiri ke kanan dalam satu periode dan dari atas ke bawah dalam satu golongan: (a) jari-jari atom, (b) energi ionisasi pertama, (c) karakter logam, (d) keelektronegatifan.

Pembahasan:

Sifat	Dalam satu periode (kiri → kanan)	Dalam satu golongan (atas → bawah)
Jari-jari atom	Berkurang Muatan inti efektif bertambah Elektron valensi lebih tertarik ke inti	Bertambah Kulit elektron bertambah Jarak elektron valensi ke inti bertambah
Energi ionisasi pertama	Bertambah Sulit melepaskan elektron Jari-jari kecil, muatan inti besar	Berkurang Mudah melepaskan elektron Jari-jari besar, elektron jauh dari inti
Karakter logam	Berkurang Dari logam → metaloid → nonlogam Keelektronegatifan bertambah	Bertambah Nonlogam atas → logam bawah Energi ionisasi berkurang
Keelektronegatifan	Bertambah Kecenderungan menarik elektron bertambah Kekurangan elektron menuju oktet	Berkurang Kecenderungan menarik elektron berkurang Jari-jari besar, elektron kurang tertarik

1.B. Unsur Transisi Periode 4

Unsur transisi periode 4 mencakup 10 unsur dari Skandium (Sc) hingga Seng (Zn). Unsur-unsur ini memiliki elektron yang mengisi subkulit d (3d). Periode 4 sering disebut sebagai deret transisi pertama dan merupakan yang paling dipelajari di SMA.

1.B.1 Karakteristik Umum Unsur Transisi Periode 4

• Konfigurasi elektron: [Ar] 4s^1-2 3d^1-10
• Sifat logam: Semua berwujud padat pada suhu kamar (kecuali Hg pada periode lain), keras, titik leleh dan titik didih tinggi
• Bilangan oksidasi: Memiliki lebih dari satu bilangan oksidasi (kecuali Sc dan Zn)
• Warna senyawa: Senyawanya umumnya berwarna karena transisi elektron d-d
• Sifat magnetik: Umumnya paramagnetik (tertarik magnet) karena memiliki elektron tidak berpasangan
• Sifat katalitik: Banyak digunakan sebagai katalis dalam industri
• Kemampuan membentuk ion kompleks: Dapat membentuk senyawa koordinasi dengan ligan

Tabel Lengkap Unsur Transisi Periode 4

Unsur	Simbol	Nomor Atom	Konfigurasi Elektron	Bilangan Oksidasi Umum	Warna Ion Khas	Kegunaan Utama
Skandium	Sc	21	[Ar] 4s2 3d1	+3	Tidak berwarna (Sc3+)	Paduan aluminium, lampu hemat energi
Titanium	Ti	22	[Ar] 4s2 3d2	+3, +4	Ungu (Ti3+), tidak berwarna (Ti4+)	Pesawat terbang, implan medis, cat putih (TiO2)
Vanadium	V	23	[Ar] 4s2 3d3	+2, +3, +4, +5	Ungu (V2+), hijau (V3+), biru (VO2+), kuning (VO2+)	Baja vanadium, katalis (V2O5), keramik
Kromium	Cr	24	[Ar] 4s1 3d5	+2, +3, +6	Biru (Cr2+), hijau/violet (Cr3+), jingga (Cr2O72-)	Pelapis krom, stainless steel, pigmen kuning (PbCrO4)
Mangan	Mn	25	[Ar] 4s2 3d5	+2, +3, +4, +6, +7	Merah muda (Mn2+), ungu (MnO4-), hijau (MnO42-)	Baja, baterai alkaline, KMnO4 (desinfektan)
Besi	Fe	26	[Ar] 4s2 3d6	+2, +3	Hijau pucat (Fe2+), kuning/coklat (Fe3+)	Baja, konstruksi, hemoglobin, katalis Haber
Kobalt	Co	27	[Ar] 4s2 3d7	+2, +3	Merah muda (Co2+), biru (CoCl42-)	Magnet kuat, pigmen biru, vitamin B12
Nikel	Ni	28	[Ar] 4s2 3d8	+2, +3	Hijau (Ni2+)	Stainless steel, baterai nikel-kadmium, koin
Tembaga	Cu	29	[Ar] 4s1 3d10	+1, +2	Tidak berwarna (Cu+), biru (Cu2+)	Kabel listrik, perunggu/kuningan, uang logam
Seng	Zn	30	[Ar] 4s2 3d10	+2	Tidak berwarna (Zn2+)	Galvanisasi besi, baterai, suplemen, krim antiseptik

1.B.2 Sifat Khusus dan Penting Unsur Transisi Periode 4

1. Anomali Konfigurasi Elektron

   Beberapa unsur transisi memiliki konfigurasi elektron yang menyimpang dari aturan Aufbau:

   • Kromium (Cr): [Ar] 4s¹ 3d⁵ (bukan [Ar] 4s² 3d⁴)
   • Tembaga (Cu): [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ (bukan [Ar] 4s² 3d⁹)

   Penyebab: Stabilitas setengah penuh (d⁵) dan penuh (d¹⁰) pada subkulit d.

2. Warna pada Senyawa Transisi

   Senyawa unsur transisi berwarna karena transisi elektron d-d:

   • Elektron dapat berpindah antara orbital d yang terpecah dalam medan ligan
   • Energi transisi sesuai dengan energi cahaya tampak (400-700 nm)
   • Warna yang terlihat adalah warna komplementer dari cahaya yang diserap
   • Pengecualian: Sc³⁺, Ti⁴⁺, Zn²⁺ tidak berwarna karena orbital d kosong atau penuh

3. Variasi Bilangan Oksidasi

   Unsur transisi menunjukkan berbagai bilangan oksidasi karena:

   • Energi ionisasi bertingkat untuk elektron 4s dan 3d relatif berdekatan
   • Stabilitas bilangan oksidasi tertentu karena faktor:
     • Stabilitas setengah penuh (d⁵) dan penuh (d¹⁰)
     • Kesesuaian dengan muatan ligan dalam kompleks
     • Entalpi kisi dan entalpi hidrasi
   • Contoh: Mangan memiliki bilangan oksidasi dari +2 sampai +7

1.B.3 Reaksi-Reaksi Penting Unsur Transisi Periode 4

1. Reaksi Besi dengan Asam:

   Dengan asam non-pengoksidasi: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

   Dengan asam pengoksidasi (HNO₃pekat): Fe + 6HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

2. Reaksi Tembaga dengan Asam Nitrat:

   Dengan HNO₃pekat: Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

   Dengan HNO₃encer: 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

3. Reaksi Mangan dalam Berbagai Bilangan Oksidasi:

   Reduksi KMnO₄ dalam suasana asam: MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- → Mn²⁺ + 4H₂O

   Dalam suasana basa: MnO₄^- + 2H₂O + 3e^- → MnO₂ + 4OH^-

4. Pembentukan Ion Kompleks:

   Fe³⁺ dengan SCN^-: Fe³⁺ + SCN^- → [Fe(SCN)]²⁺ (merah darah)

   Cu²⁺ dengan NH₃: Cu²⁺ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄]²⁺ (biru tua)

1.B.4 Aplikasi dan Kegunaan dalam Kehidupan

💊 Kesehatan dan Medis

• Besi (Fe): Hemoglobin dalam sel darah merah
• Kobalt (Co): Vitamin B12 (kobalamin)
• Seng (Zn): Enzim pencernaan, penyembuhan luka
• Titanium (Ti): Implan tulang dan gigi

🏭 Industri dan Teknologi

• Baja: Fe dengan C, Cr, Ni, Mn, V
• Katalis: V₂O₅ (proses kontak), Fe (proses Haber)
• Elektronik: Cu untuk kabel, Ni untuk baterai
• Magnet: Co, Fe, Ni untuk magnet kuat

🎨 Pigmen dan Warna

• Putih: TiO₂ (titanium dioksida)
• Biru: CoAl₂O₄ (kobalt blue)
• Hijau: Cr₂O₃ (kromium oksida)
• Kuning: PbCrO₄ (krom kuning)

🔧 Lain-lain

• Konstruksi: Aluminium untuk rangka bangunan
• Transportasi: Magnesium untuk paduan ringan
• Pertanian: CuSO₄ sebagai fungisida
• Energi: Uranium untuk pembangkit nuklir

Contoh Soal 1.B.1 - Konfigurasi Elektron dan Anomali

Mengapa kromium (Cr, Z = 24) memiliki konfigurasi elektron [Ar] 4s¹ 3d⁵ dan bukan [Ar] 4s² 3d⁴ seperti yang diharapkan dari aturan Aufbau? Jelaskan konsep stabilitas yang terkait dengan hal ini dan berikan satu contoh unsur lain yang menunjukkan anomali serupa.

Pembahasan:

Penyebab anomali konfigurasi elektron kromium:

• Menurut aturan Hund, konfigurasi elektron yang memiliki orbital setengah penuh lebih stabil
• [Ar] 4s¹ 3d⁵ memiliki orbital 3d setengah penuh (5 elektron di 5 orbital)
• Stabilitas tambahan dari konfigurasi setengah penuh mengimbangi energi yang diperlukan untuk mempromosikan satu elektron dari 4s ke 3d
• Perbedaan energi antara 4s dan 3d kecil, sehingga pertukaran stabilisasi terjadi

Contoh unsur lain:
Tembaga (Cu, Z = 29) dengan konfigurasi [Ar] 4s¹ 3d¹⁰

• Bukan [Ar] 4s² 3d⁹ seperti yang diharapkan
• Konfigurasi 3d¹⁰ (penuh) lebih stabil
• Satu elektron dari 4s dipromosikan ke 3d untuk mencapai konfigurasi penuh

Kesimpulan:
Stabilitas konfigurasi setengah penuh (d⁵) dan penuh (d¹⁰) mengatasi aturan Aufbau untuk beberapa unsur transisi.

Contoh Soal 1.B.2 - Warna Senyawa Transisi

Larutan CuSO₄ berwarna biru, larutan KMnO₄ berwarna ungu, dan larutan K₂Cr₂O₇ berwarna jingga. Namun, larutan ZnSO₄ tidak berwarna (bening). Jelaskan:

1. Mengapa senyawa unsur transisi umumnya berwarna?
2. Mengapa senyawa seng (Zn) tidak berwarna meskipun termasuk unsur transisi?
3. Bagaimana hubungan antara warna yang terlihat dengan panjang gelombang cahaya yang diserap?

Pembahasan:

1. Penyebab warna pada senyawa unsur transisi:
   • Adanya elektron d yang tidak penuh (d¹ sampai d⁹)
   • Dalam medan ligan, orbital d terpecah menjadi dua tingkat energi (Δ)
   • Elektron dapat berpindah dari orbital d tingkat rendah ke tinggi dengan menyerap energi cahaya
   • Energi yang diserap sesuai dengan energi cahaya tampak (ΔE = hν)
   • Cahaya yang tidak diserap dipantulkan/ditransmisikan, menghasilkan warna komplementer
2. Seng (Zn) tidak berwarna karena:
   • Konfigurasi elektron Zn²⁺: [Ar] 3d¹⁰
   • Subkulit d penuh, tidak ada elektron yang dapat melakukan transisi d-d
   • Tidak ada orbital d yang terisi sebagian untuk menyerap cahaya tampal
   • Transisi elektron yang mungkin memerlukan energi tinggi (UV), bukan cahaya tampak
3. Hubungan warna terlihat dan cahaya diserap:

   Senyawa	Warna Terlihat	Cahaya yang Diserap	Panjang Gelombang (nm)
   CuSO4	Biru	Merah, kuning	600-700, 570-590
   KMnO4	Ungu	Hijau-kuning	500-570
   K2Cr2O7	Jingga	Biru	450-500

   Warna komplementer: warna yang berseberangan dalam lingkaran warna.

Contoh Soal 1.B.3 - Bilangan Oksidasi dan Stabilitas

Mangan (Mn) menunjukkan bilangan oksidasi dari +2 sampai +7. Jawablah pertanyaan berikut:

1. Mengapa unsur transisi dapat memiliki lebih dari satu bilangan oksidasi?
2. Manakah bilangan oksidasi mangan yang paling stabil? Jelaskan alasannya.
3. Tuliskan rumus kimia untuk senyawa mangan dengan bilangan oksidasi: +2, +4, +6, dan +7.
4. Mengapa MnO₄^- (bilangan oksidasi +7) bersifat oksidator kuat?

Pembahasan:

1. Penyebab multiple bilangan oksidasi:
   • Energi ionisasi elektron 4s dan 3d relatif berdekatan
   • Elektron dapat dilepaskan secara bertahap dari kedua subkulit tersebut
   • Stabilisasi oleh faktor kristal field, hidrasi, dan entalpi kisi
2. Bilangan oksidasi paling stabil:
   • Mn²⁺ (+2) paling stabil dalam larutan air
   • Alasan: Konfigurasi [Ar] 3d⁵ (setengah penuh) sangat stabil
   • Mn²⁺ memiliki stabilitas tambahan dari energi hidrasi yang tinggi
   • MnO₂ (+4) stabil sebagai padatan
3. Rumus kimia:
   • +2: MnCl₂, MnSO₄, MnO
   • +4: MnO₂ (pirolusit)
   • +6: K₂ mnO₄ (manganat), MnO₄^2- (hijau)
   • +7: KMnO₄ (permanganat), Mn₂O₇, MnO₄^- (ungu)
4. MnO₄^- sebagai oksidator kuat:
   • Bilangan oksidasi +7 adalah yang tertinggi untuk Mn
   • Cenderung direduksi menjadi bilangan oksidasi lebih rendah yang stabil
   • Potensial reduksi tinggi: E° = +1,51 V (dalam asam)
   • Dapat mengoksidasi banyak zat: Fe²⁺, C₂O₄^2-, H₂O₂, dll.
   • Produk reduksi tergantung pH:
     • Asam: Mn²⁺ (tak berwarna/merah muda)
     • Netral/basa: MnO₂ (coklat)
     • Basa kuat: MnO₄^2- (hijau)

Contoh Soal 1.B.4 - Aplikasi dalam Kehidupan

Besi adalah unsur transisi yang sangat penting dalam kehidupan. Jelaskan:

1. Peran besi dalam hemoglobin dan mengapa kekurangan besi menyebabkan anemia?
2. Proses korosi besi dan reaksi elektrokimianya.
3. Perbedaan antara besi tuang, baja karbon, dan baja tahan karat (stainless steel).
4. Mengapa besi(III) oksida (Fe₂O₃) digunakan sebagai pigmen cat dan besi(II) sulfat (FeSO₄) sebagai koagulan dalam pengolahan air?

Pembahasan:

1. Besi dalam hemoglobin:
   • Ion Fe²⁺ terikat pada porfirin membentuk heme
   • 4 gugus heme + globin = hemoglobin
   • Fe²⁺ mengikat O₂ secara reversibel di paru-paru
   • Kekurangan Fe → produksi hemoglobin berkurang → anemia
   • Gejala: lemas, pucat, sesak napas karena kurang oksigen
2. Korosi besi (perkaratan):
   • Reaksi elektrokimia dengan O₂ dan H₂O
   • Anoda (oksidasi): Fe → Fe²⁺ + 2e^-
   • Katoda (reduksi): O₂ + 2H₂O + 4e^- → 4OH^-
   • Fe²⁺ + 2OH^- → Fe(OH)₂ → Fe₂O₃·xH₂O (karat)
   • Faktor: kelembaban, elektrolit, kontak dengan logam lain
3. Perbedaan jenis besi/baja:

   Jenis	Komposisi	Sifat	Kegunaan
   Besi tuang	Fe + 2-4% C + Si	Keras, rapuh, titik leleh rendah	Velg, mesin, perapian
   Baja karbon	Fe + 0,1-1,5% C	Kuat, liat, dapat ditempa	Konstruksi, mobil, rel
   Baja tahan karat	Fe + Cr (10-20%) + Ni	Tahan korosi, mengkilap	Peralatan dapur, implan

4. Kegunaan senyawa besi:
   • Fe₂O₃ sebagai pigmen: Warna merah/coklat stabil, murah, tahan cuaca, tidak beracun
   • FeSO₄ sebagai koagulan: Fe²⁺ teroksidasi menjadi Fe³⁺ → Fe(OH)₃ koloidal mengikat kotoran → mengendap

Contoh Soal 1.B.5 - Ion Kompleks dan Katalis

Unsur transisi sering membentuk ion kompleks dan berperan sebagai katalis. Jelaskan:

1. Apa yang dimaksud dengan ion kompleks? Sebutkan komponen-komponennya.
2. Mengapa [Cu(NH₃)₄]²⁺ berwarna biru lebih tua daripada Cu²⁺ dalam air?
3. Bagaimana mekanisme katalisis homogen oleh ion transisi? Berikan contoh proses Haber dengan katalis besi.
4. Mengapa V₂O₅ digunakan sebagai katalis dalam proses kontak pembuatan H₂SO₄?

Pembahasan:

1. Ion kompleks dan komponen:
   • Ion kompleks: Ion yang terdiri dari ion pusat logam terikat pada ligan
   • Komponen:
     1. Ion pusat: Logam transisi (Fe³⁺, Cu²⁺, Co²⁺, dll.)
     2. Ligan: Molekul/ion yang mendonorkan pasangan elektron (H₂O, NH₃, Cl^-, CN^-)
     3. Bilangan koordinasi: Jumlah ligan yang terikat (4 atau 6 umum)
     4. Muatan kompleks: Jumlah muatan ion pusat + ligan
2. Perubahan warna [Cu(NH₃)₄]²⁺:
   • Cu²⁺ dalam air: [Cu(H₂O)₆]²⁺ berwarna biru muda
   • Dengan NH₃: terbentuk [Cu(NH₃)₄ (H₂O)₂]²⁺ biru tua
   • Penyebab: NH₃adalah ligan kuat bidang (strong field ligand)
   • Pembelahan orbital d (Δ) lebih besar dengan NH₃ daripada H₂O
   • Energi transisi d-d berbeda → panjang gelombang cahaya yang diserap berbeda
   • Warna biru lebih tua karena penyerapan bergeser ke merah (energi lebih rendah)
3. Mekanisme katalisis dan proses Haber:
   • Mekanisme katalisis homogen:
     1. Pembentukan kompleks antara katalis dan reaktan
     2. Modifikasi jalur reaksi dengan energi aktivasi lebih rendah
     3. Pelepasan produk dan regenerasi katalis
   • Proses Haber (N₂ + 3H₂ → 2NH₃):
     1. Adsorpsi N₂ dan H₂pada permukaan katalis Fe
     2. Pelemasan ikatan N≡N oleh kompleks dengan Fe
     3. Penambahan atom H bertahap membentuk NH₃
     4. Desorpsi NH₃ dari permukaan katalis
   • Katalis: Fe dengan promotor K₂O, Al₂O₃
   • Suhu: 400-500°C, Tekanan: 200 atm
4. V₂O₅ dalam proses kontak:
   • Reaksi: 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ (ΔH = -197 kJ/mol)
   • Mekanisme katalisis V₂O₅:
     1. SO₂ + V₂O₅ → SO₃ + V₂O₄
     2. 2V₂O₄ + O₂ → 2V₂O₅
   • Keunggulan V₂O₅:
     • Aktif pada suhu sedang (400-450°C)
     • Tahan terhadap racun katalis (impurities)
     • Murah dibanding katalis platinum
     • Selektivitas tinggi untuk SO₃

2. Sifat Periodik Unsur

Sifat periodik adalah sifat unsur yang berubah secara teratur seiring pertambahan nomor atom dalam satu periode atau golongan.

1. Jari-jari Atom

• Dalam satu golongan (dari atas ke bawah): Jari-jari atom bertambah karena bertambahnya kulit elektron
• Dalam satu periode (dari kiri ke kanan): Jari-jari atom berkurang karena muatan inti efektif bertambah

2. Energi Ionisasi

• Energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron terluar dari atom netral
• Dalam satu golongan: Energi ionisasi berkurang dari atas ke bawah
• Dalam satu periode: Energi ionisasi bertambah dari kiri ke kanan

3. Keelektronegatifan

• Kecenderungan atom untuk menarik pasangan elektron dalam ikatan kovalen
• Skala Pauling: F = 3,98 (paling elektronegatif), Cs = 0,7 (paling rendah)
• Dalam satu periode: Keelektronegatifan bertambah dari kiri ke kanan
• Dalam satu golongan: Keelektronegatifan berkurang dari atas ke bawah

Contoh Soal 2.1

Urutkan unsur-unsur berikut berdasarkan kenaikan jari-jari atom: Mg, Ca, Be, Sr. Jelaskan alasan pengurutan tersebut.

Pembahasan:

Urutan jari-jari atom: Be < Mg < Ca < Sr

Alasan:

• Semua unsur berada dalam golongan IIA (alkali tanah)
• Dalam satu golongan, jari-jari atom bertambah dari atas ke bawah karena:
• Bertambahnya nomor atom = bertambahnya muatan inti
• Bertambahnya jumlah kulit elektron (Be: 2 kulit, Mg: 3 kulit, Ca: 4 kulit, Sr: 5 kulit)
• Efek penambahan kulit lebih dominan daripada peningkatan muatan inti

Contoh Soal 2.2

Mengapa energi ionisasi pertama unsur gas mulia sangat tinggi dibandingkan unsur golongan lain dalam periode yang sama? Jelaskan.

Pembahasan:

Energi ionisasi gas mulia sangat tinggi karena:

• Konfigurasi elektron yang stabil (oktet/duplet)
• Kulit elektron terluar sudah penuh, sangat sukar melepaskan elektron
• Memenuhi kaidah kestabilan oktet (kecuali He yang duplet)
• Afinitas elektron rendah, tidak mudah menerima elektron
• Contoh: Neon (Ne) memiliki EI₁ = 2081 kJ/mol, sedangkan natrium (Na) hanya 496 kJ/mol

3. Kelimpahan dan Ekstraksi Unsur di Alam

3.A. Kelimpahan Unsur di Alam dan Indonesia

Indonesia merupakan negara kepulauan dengan kekayaan mineral yang melimpah. Letak geologis Indonesia pada pertemuan tiga lempeng tektonik (Eurasia, Indo-Australia, Pasifik) membuatnya kaya akan berbagai jenis mineral dan unsur.

3.A.1. Kelimpahan Unsur di Kerak Bumi dan Indonesia

Unsur	% di Kerak Bumi	Bentuk/Mineral Utama	Lokasi di Indonesia
Oksigen (O)	46,6%	Silikat, oksida, air, udara	Seluruh wilayah (atmosfer, air, mineral)
Silikon (Si)	27,7%	Pasir silika (SiO2), kuarsa	Bangka Belitung, Kalimantan, Jawa Barat
Aluminium (Al)	8,1%	Bauksit (Al2O3.nH2O)	Bintan (Kepri), Kalimantan Barat
Besi (Fe)	5,0%	Hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4)	Lampung, Sulawesi, Kalimantan
Kalsium (Ca)	3,6%	Batu kapur (CaCO3), gipsum (CaSO4)	Pegunungan kapur Jawa, Sumatra, Sulawesi
Natrium (Na)	2,8%	Garam batu (NaCl), sendawa (NaNO3)	Madura, Nusa Tenggara, pantai Indonesia
Kalium (K)	2,6%	Sylvite (KCl), carnallite (KMgCl3)	Jawa, Sumatra (terikat dalam tanah)
Magnesium (Mg)	2,1%	Magnesit (MgCO3), dolomit (CaMg(CO3)2)	Pulau Gowa (Sulsel), Jawa Timur

3.A.2. Kelimpahan Unsur Transisi Periode 4 di Indonesia

Unsur Transisi	Mineral Utama	Cadangan Indonesia	Lokasi Penambangan	Status Global
Nikel (Ni)	Garnierit, pentlandit	Terbesar di dunia (21%)	Sulawesi, Maluku, Papua	Produsen terbesar
Tembaga (Cu)	Kalkopirit (CuFeS2)	3% dunia	Papua (Grasberg), Jawa Barat	Produsen signifikan
Timah (Sn)	Kassiterit (SnO2)	17% dunia	Bangka Belitung, Kundur	Produsen terbesar ke-2
Emas (Au)	Elektron, kalkopirit	5% dunia	Papua, Jawa Barat, Nusa Tenggara	Produsen utama
Bauksit (Al)	Gibsit, boehmite	4% dunia	Bintan, Kalimantan Barat	Produsen signifikan
Besi (Fe)	Hematit, magnetit	Sedang	Lampung, Kalimantan	Importir netto

3.B. Metode Ekstraksi Unsur Berdasarkan Kereaktifan

Deret Kereaktifan Logam dan Metode Ekstraksi

Logam Sangat Reaktif:

• K, Na, Ca, Mg, Al
• Metode: Elektrolisis lelehan
• Contoh: Al dari bauksit

Logam Reaktif Sedang:

• Zn, Fe, Sn, Pb
• Metode: Reduksi dengan C/CO
• Contoh: Fe dari hematit

Logam Kurang Reaktif:

• Cu, Hg, Ag
• Metode: Pemanggangan/reduksi
• Contoh: Cu dari kalkopirit

Logam Sangat Tidak Reaktif:

• Au, Pt
• Metode: Pemisahan fisik
• Contoh: Au dari batuan

3.C. Ekstraksi Unsur-Unsur Penting di Indonesia

3.C.1. Ekstraksi Aluminium dari Bauksit (Al₂O₃):

Indonesia memiliki cadangan bauksit terbesar ke-6 dunia dengan produksi utama di Bintan, Kepulauan Riau.

Proses Bayer + Hall-Héroult:

1. Pemurnian bauksit (Proses Bayer):
   • Bauksit + NaOH pekat → NaAlO₂ + pengotor
   • Pengendapan Al(OH)₃ dengan pengenceran dan penambahan seed crystal
   • Pemanasan Al(OH)₃ → Al₂O₃ murni
2. Elektrolisis (Proses Hall-Héroult):
   • Al₂O₃ dilarutkan dalam kriolit cair (Na₃AlF₆)
   • Elektrolisis pada 950-1000°C dengan anoda karbon
   • Reaksi: 2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂
   • O₂ bereaksi dengan anoda karbon: C + O₂ → CO₂

Isu Lingkungan: Lumpur merah (red mud) dari proses Bayer mengandung NaOH dan logam berat yang berbahaya.

3.C.2. Ekstraksi Nikel di Indonesia:

Indonesia produsen nikel terbesar dunia dengan cadangan 21% global. Kebijakan hilirisasi mendorong pengolahan nikel di dalam negeri.

Dua Jenis Bijih Nikel:

• Nikel sulfida: Pentlandit ((Ni,Fe)₉ S₈) - lebih mudah diekstraksi
• Nikel laterit: Garnierit ((Ni,Mg)₃ Si₂O₅ (OH)₄) - dominan di Indonesia

Proses Pirometalurgi untuk Nikel Laterit:

1. Pengeringan: Mengurangi kadar air bijih
2. Reduksi: Dalam tanur putar (rotary kiln) dengan batubara
3. Peletisasi: Pembentukan pelet nikel
4. Peleburan: Dalam tanur listrik → ferronikel

Proses Hidrometalurgi (HPAL):

• Leaching dengan asam sulfat bertekanan tinggi
• Pemisahan dengan solvent extraction
• Elektrowinning → nikel murni
• Digunakan untuk baterai EV

Isu: Konflik lahan dengan masyarakat, limbah tailing, deforestasi.

3.C.3. Ekstraksi Tembaga di Papua:

Tambang Grasberg, Papua, merupakan tambang tembaga terbesar kedua dunia dan tambang emas terbesar.

Proses untuk Kalkopirit (CuFeS₂):

1. Penghancuran dan penggilingan: Bijih menjadi bubuk halus
2. Flotasi: Pemisahan mineral dengan gelembung udara
3. Pemanggangan: 2CuFeS₂ + O₂ → Cu₂ S + 2FeS + SO₂
4. Konversi:
   • 2Cu₂ S + 3O₂ → 2Cu₂O + 2SO₂
   • Cu₂ S + 2Cu₂O → 6Cu + SO₂
5. Pemurnian elektrolitik: Anoda tembaga tidak murni, katoda tembaga murni

Isu: Limbah tailing ke sungai Aikwa, konflik dengan masyarakat adat, kesenjangan ekonomi.

3.D. Industri Bahan Bangunan: Konteks Indonesia

Indonesia mengalami booming konstruksi yang membutuhkan bahan bangunan dalam jumlah besar. Berikut analisis unsur-unsur kimia dalam bahan bangunan:

🏗️ Semen (Ca, Si, Al, Fe)

Komposisi kimia:

• Batu kapur (CaCO₃): 60-67%
• Tanah liat (Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O): 17-25%
• Pasir besi (Fe₂O₃): 3-8%
• Gipsum (CaSO₄.2H₂O): 3-5%

Reaksi pengerasan:

2(3CaO.SiO₂) + 6H₂O → 3CaO.2SiO₂.3H₂O + 3Ca(OH)₂

Isu: Penambangan kapur merusak ekosistem karst, emisi CO₂ tinggi.

🧱 Batu Bata dan Keramik (Si, Al, O)

Komposisi: Tanah liat (Al-silikat) dengan penambahan pasir

Proses:

1. Pencampuran tanah liat + pasir + air
2. Pencetakan dan pengeringan
3. Pembakaran (900-1.200°C)
4. Reaksi dehidrasi dan sinterisasi

Isu: Pembakaran menggunakan kayu → deforestasi, emisi partikulat.

🏔️ Batu Belah dan Split (CaCO₃, SiO₂)

Jenis batuan:

• Batuan kapur: CaCO₃ (kalsit)
• Batuan andesit: (Na,Ca)-silikat
• Batuan basalt: Mg,Fe-silikat

Kegunaan:

• Pondasi bangunan
• Bahan perkerasan jalan
• Konstruksi bendungan

Isu: Kerusakan lanskap, debu, kebisingan alat berat.

Kasus Konkret: Karst Gombong vs Industri Semen

Latar Belakang: Kawasan karst Gombong (Jawa Tengah) kaya batu kapur tetapi juga memiliki sistem akuifer penting dan ekosistem unik.

Konflik:

• Pihak pro-tambang: Menyediakan lapangan kerja, pendapatan daerah, bahan baku semen
• Pihak kontra-tambang: Mengancam mata air, merusak ekosistem karst, mengurangi daya dukung lingkungan

Solusi berkelanjutan:

• Zonasi kawasan karst (area yang boleh dan tidak boleh ditambang)
• Rehabilitasi pascatambang
• Pengembangan ekowisata sebagai alternatif ekonomi
• Pemanfaatan limbah industri lain sebagai bahan baku alternatif

3.E. Isu-isu Kontemporer Pertambangan di Indonesia

⚠️ Tambang Ilegal (PETI)

Lokasi: Kalimantan, Sumatra, Sulawesi

Masalah:

• Penggunaan merkuri untuk ekstraksi emas
• Kerusakan lingkungan parah tanpa reklamasi
• Pendapatan tidak masuk kas negara
• Konflik sosial dengan penambang legal

Dampak kimia: Pencemaran Hg di perairan → bioakumulasi dalam ikan → penyakit Minamata.

💰 Hilirisasi Minerba

Kebijakan: Larangan ekspor bijih nikel (2020), bauksit (2023)

Tujuan:

• Nilai tambah dalam negeri
• Penyerapan tenaga kerja
• Penguasaan teknologi
• Industri baterai EV dan stainless steel

Tantangan: Investasi besar, teknologi tinggi, daya saing global.

🌍 Transisi Energi dan Mineral Kritis

Mineral untuk energi terbarukan:

• Nikel: Baterai EV
• Tembaga: Kabel dan motor listrik
• Aluminium: Rangka kendaraan ringan
• Timah: Solder elektronik

Paradoks: Eksploitasi mineral untuk energi bersih tetapi proses penambangan merusak lingkungan.

Solusi: Circular economy, daur ulang baterai, pertambangan berkelanjutan.

Contoh Soal 3.1 - Ekstraksi Aluminium

Indonesia memiliki cadangan bauksit besar di Kepulauan Riau. Jelaskan:

1. Mengapa ekstraksi aluminium dari bauksit memerlukan dua tahap proses (Bayer dan Hall-Héroult)?
2. Mengapa Al₂O₃perlu dilarutkan dalam kriolit sebelum dielektrolisis?
3. Apa dampak lingkungan dari produksi aluminium dan bagaimana mitigasinya?
4. Mengapa Indonesia mengekspor bauksit mentah daripada mengolahnya di dalam negeri? (Analisis kebijakan hilirisasi 2023)

Pembahasan:

1. Dua tahap proses diperlukan karena:
   • Proses Bayer: Memurnikan bauksit (hanya 40-60% Al₂O₃) menjadi alumina murni (Al₂O₃99%)
   • Proses Hall-Héroult: Mereduksi Al₂O₃ menjadi Al logam melalui elektrolisis
   • Pengotor (Fe₂O₃, SiO₂) dalam bauksit akan mengganggu elektrolisis dan mengurangi kemurnian Al
2. Fungsi kriolit (Na₃AlF₆):
   • Menurunkan titik leleh: Titik leleh Al₂O₃ murni = 2.072°C → dengan kriolit = 950-1.000°C
   • Meningkatkan konduktivitas listrikcampuran
   • Melarutkan Al₂O₃dengan baik
   • Mengurangi konsumsi energisecara signifikan
3. Dampak lingkungan dan mitigasi:

   Dampak	Penyebab	Mitigasi
   Lumpur merah	Limbah proses Bayer (Fe2O3 + NaOH)	Netralisasi dengan CO2, daur ulang NaOH, penggunaan untuk bahan bangunan
   Emisi gas rumah kaca	CO2 dari anoda karbon + PFC dari elektrolisis	Teknologi anoda inert (tipe Soderberg), energi terbarukan
   Konsumsi energi tinggi	Elektrolisis (13-16 kWh/kg Al)	Efisiensi sel, daur ulang Al (hanya 5% energi dari produksi primer)
   Deforestasi	Pembukaan lahan tambang bauksit	Rehabilitasi pascatambang, AMDAL ketat

4. Analisis kebijakan hilirisasi:
   • Sebelum 2023: Ekspor bauksit mentah → nilai tambah rendah, Indonesia hanya pengekspor bahan mentah
   • Setelah larangan 2023: Dorongan investasi smelter dalam negeri
     • Keuntungan: Nilai tambah meningkat 10-15x, penyerapan tenaga kerja, transfer teknologi
     • Tantangan: Investasi besar (US Dollar 1-2 miliar/smelter), konsumsi energi tinggi, kompetisi global
   • Contoh: PT Indonesia Asahan Aluminium (Inalum) + smelter di Kalimantan Barat

Contoh Soal 3.2 - Nikel dan Baterai EV

Indonesia merupakan produsen nikel terbesar dunia. Nikel kritis untuk baterai kendaraan listrik (EV). Analisis:

1. Mengapa nikel penting untuk baterai litium-ion?
2. Bandingkan proses pirometalurgi dan hidrometalurgi untuk pengolahan nikel laterit.
3. Apa dampak sosial-ekonomi kebijakan hilirisasi nikel bagi Indonesia?
4. Bagaimana paradoks "energi bersih vs kerusakan lingkungan" dalam penambangan nikel untuk EV?

Pembahasan:

1. Peran nikel dalam baterai Li-ion:
   • Katoda NMC: LiNi_x mn_yCo_zO₂ (x + y + Z = 1)
   • Fungsi nikel:
     • Meningkatkan densitas energi (kapasitas penyimpanan)
     • Mengurangi ketergantungan pada kobalt yang mahal dan bermasalah etis
     • Stabilitas struktural dan kinerja siklus baterai
   • Evolusi: NMC 111 → NMC 622 → NMC 811 (lebih banyak Ni)
2. Perbandingan proses pengolahan nikel:

   Aspect	Pirometalurgi	Hidrometalurgi (HPAL)
   Produk	Ferronikel (paduan Fe-Ni)	Nikel sulfat (NiSO4) untuk baterai
   Suhu	Tinggi (1400-1600°C)	Sedang (250°C) dengan tekanan tinggi
   Energi	Banyak (batubara/listrik)	Sedang (asam + pemanas)
   Limbah	Slag (terak) dalam jumlah besar	Tailing asam yang harus dinetralkan
   Investasi	US Dollar 1-2 miliar	US Dollar 2-3 miliar (lebih mahal)
   Kelayakan	Bijih kadar tinggi ( > 1,8% Ni)	Bijih kadar rendah (0,8-1,5% Ni)

3. Dampak hilirisasi nikel:
   • Positif:
     • Nilai ekspor meningkat dari US Dollar 3,3 miliar (2019) → US Dollar 30+ miliar (2024)
     • Investasi US Dollar 30+ miliar untuk smelter
     • Penyerapan tenaga kerja 60.000+ langsung
     • Industri hilir: baterai EV, stainless steel
     • Contoh: PT Hyundai-LG Indonesia (US Dollar 1,1 miliar) untuk pabrik baterai
   • Negatif:
     • Deforestasi Sulawesi dan Maluku
     • Konflik lahan dengan masyarakat adat
     • Pencemaran laut dari tailing
     • Ketergantungan pada fluktuasi harga nikel global
4. Paradoks energi bersih:
   • Dilema: EV mengurangi emisi CO₂ dari transportasi tetapi penambangan nikel menghasilkan:
     • Deforestasi (penyerap CO₂)
     • Emisi dari proses pirometalurgi
     • Kerusakan biodiversitas Sulawesi (Wallacea hotspot)
   • Solusi berkelanjutan:
     • Pertambangan bertanggung jawab (responsible mining)
     • Daur ulang baterai (circular economy)
     • Teknologi baterai alternatif (Na-ion, solid-state)
     • Standar lingkungan ketat (ESG compliance)

Contoh Soal 3.3 - Industri Semen dan Batu Kapur

Industri semen di Indonesia tumbuh pesat seiring pembangunan infrastruktur. Batu kapur (CaCO₃) merupakan bahan baku utama. Analisis:

1. Jelaskan reaksi kimia utama dalam produksi semen Portland.
2. Mengapa penambangan batu kapur sering menimbulkan konflik dengan masyarakat?
3. Hitung jumlah CO₂yang dihasilkan dari produksi 1 ton semen (CaCO₃ → CaO + CO₂).
4. Bagaimana solusi berkelanjutan untuk industri semen?

Pembahasan:

1. Reaksi kimia produksi semen:
   1. Kalsinasi (pemanasan):

      CaCO₃ → CaO + CO₂(ΔH = +178 kJ/mol)

      Suhu: 900-1000°C dalam rotary kiln

   2. Pembentukan klinker:

      2CaO + SiO₂ → 2CaO·SiO₂ (C₂S)

      3CaO + SiO₂ → 3CaO·SiO₂ (C₃S)

      3CaO + Al₂O₃ → 3CaO·Al₂O₃ (C₃Al)

      4CaO + Al₂O₃ + Fe₂O₃ → 4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃ (C₄AlF)

   3. Penggilingan dengan gipsum:

      Klinker + 5% gipsum (CaSO₄·2H₂O) → semen Portland

2. Konflik masyarakat vs penambangan kapur:
   • Kawasan karst sebagai akuifer: Sumber mata air bagi pertanian dan air minum
   • Ekosistem unik: Gua, stalaktit/stalagmit, spesies endemik
   • Dampak fisik: Debu, kebisingan, getaran dari peledakan
   • Kerusakan lanskap: Perubahan bentang alam permanen
   • Kasus: Rembang (Jawa Tengah), Gombong, Citatah (Jawa Barat)
3. Perhitungan CO₂ dari 1 ton semen:
   • Komposisi klinker: ≈ 65% CaO dari CaCO₃
   • Massa CaO dalam 1 ton klinker: 650 kg
   • Reaksi: CaCO₃ (100 g/mol) → CaO (56 g/mol) + CO₂ (44 g/mol)
   • Perbandingan massa: 100 g CaCO₃ → 56 g CaO + 44 g CO₂
   • Untuk 650 kg CaO:

     CaCO₃yang diperlukan = (100/56) × 650 kg = 1.160,7 kg

     CO₂yang dihasilkan = (44/56) × 650 kg = 510,7 kg

   • Total CO₂ per ton semen:
     • Dari kalsinasi: ≈ 510 kg
     • Dari pembakaran batubara: ≈ 300 kg
     • Dari transportasi: ≈ 50 kg
     • Total: ≈ 860 kg CO₂/ton semen
   • Industri semen global: 8% emisi CO₂ dunia
4. Solusi berkelanjutan industri semen:

   Strategi	Teknologi/Implementasi	Potensi Pengurangan
   Bahan baku alternatif	Fly ash (limbah PLTU), slag (limbah baja), metakaolin	30-50% pengganti klinker
   CCS (Carbon Capture Storage)	Menangkap CO2 dari cerobong, menyimpan di formasi geologi	90% emisi CO2
   Energi terbarukan	Biomassa, RDF (Refuse Derived Fuel) dari sampah	40% energi panas
   Semen rendah karbon	Semen geopolimer (alkali-activated materials)	80% lebih rendah CO2
   Efisiensi proses	Pre-heater, pre-calciner, waste heat recovery	20-30% energi

   Contoh Indonesia: PT Semen Indonesia menggunakan alternative fuel (biomassa) dan CCS pilot project.

Contoh Soal 3.4 - Emas dan Merkuri

Penambangan emas skala kecil (PESK) di Indonesia sering menggunakan merkuri. Analisis:

1. Jelaskan proses amalgamasi emas dengan merkuri dan mengapa berbahaya.
2. Hitung rasio Au:Hg dalam amalgam jika 1 gram emas memerlukan 5 gram merkuri.
3. Apa dampak merkuri terhadap kesehatan dan lingkungan?
4. Bagaimana alternatif teknologi pengolahan emas tanpa merkuri?

Pembahasan:

1. Proses amalgamasi dan bahayanya:
   • Proses: Campuran bijih emas + merkuri → amalgam Au-Hg → pemanasan → Hg menguap → emas murni
   • Reaksi: Au + Hg → AuHg (amalgam)
   • Bahaya:
     1. Uap merkuri beracun: Hg menguap pada 357°C, inhalasi menyebabkan keracunan
     2. Pencemaran air: Merkuri terbuang ke sungai → metilmerkuri oleh bakteri
     3. Bioakumulasi: Metilmerkuri terakumulasi dalam rantai makanan (ikan → manusia)
     4. Efisiensi rendah: Hanya 30-40% emas tertangkap, sisanya terbuang dengan merkuri
2. Perhitungan rasio Au:Hg:
   • Diketahui: 1 g Au : 5 g Hg
   • Massa atom: Au = 197 g/mol, Hg = 200,6 g/mol
   • Mol Au = 1/197 = 0,00508 mol
   • Mol Hg = 5/200,6 = 0,02493 mol
   • Rasio mol Hg:Au = 0,02493/0,00508 = 4,91 ≈ 5:1
   • Artinya: Untuk setiap 1 atom Au, digunakan ≈5 atom Hg
   • Indonesia: 350 ton emas/tahun → 1750 ton merkuri terbuang (asumsi 5:1)
3. Dampak merkuri:

   Dampak Kesehatan	Dampak Lingkungan	Kasus di Indonesia
   Kerusakan sistem saraf Gangguan perkembangan janin Gagal ginjal Gangguan motorik (tremor) Penyakit Minamata	Pencemaran sungai dan tanah Kematian biota perairan Akumulasi dalam rantai makanan Kerusakan ekosistem permanen	Sekotong (NTB): 80% penambang gejala keracunan Poboya (Sulteng): kadar Hg di udara 10x batas aman Bombana (Sultra): 45% anak stunting terkait Hg Konvensi Minamata: Indonesia ratifikasi 2017

4. Alternatif tanpa merkuri:

   Teknologi	Prinsip Kerja	Keunggulan	Tantangan
   Sianidasi	Au + 2CN- + ½O2 + H2O → [Au(CN)2]- + 2OH-	Efisiensi > 90%, dapat skala kecil	Sianida beracun, perlu pengelolaan tepat
   Gravity Concentration	Pemisahan berdasarkan densitas (meja goyang, dulang)	Aman, murah, tidak butuh bahan kimia	Efisiensi rendah (40-60%)
   Flotasi	Pemisahan dengan gelembung udara dan reagent	Baik untuk bijih sulfida, efisiensi tinggi	Butuh reagent kimia, instalasi kompleks
   Borax Method	Pengganti merkuri dengan boraks sebagai fluks	Aman, murah, tersedia lokal	Butuh pelatihan, hasil bervariasi
   Igoli Process	Leaching dengan HCl + oxidizing agent	Aman, dapat di-skala kecil	Butuh pelatihan, bahan kimia khusus

   Program pemerintah: Lembaga pengolahan emas skala kecil (LPESK), pelatihan, pendampingan.

Contoh Soal 3.5 - Ekonomi Sirkular dan Daur Ulang

Ekonomi sirkular menjadi solusi untuk mengurangi tekanan terhadap sumber daya alam. Analisis:

1. Apa perbedaan ekonomi linear vs sirkular dalam konteks pertambangan?
2. Hitung potensi penghematan energi dari daur ulang aluminium vs produksi primer.
3. Bagaimana daur ulang baterai EV dapat mengurangi kebutuhan penambangan nikel?
4. Apa tantangan penerapan ekonomi sirkular di Indonesia?

Pembahasan:

1. Perbedaan ekonomi linear vs sirkular:

   Aspect	Ekonomi Linear (Take-Make-Waste)	Ekonomi Sirkular
   Model	Tambang → Produksi → Konsumsi → Buang	Tambang → Produksi → Konsumsi → Daur Ulang → Produksi
   Sumber daya	Ekstraktif, habis pakai	Diperpanjang penggunaan, diregenerasi
   Limbah	Buang, tidak bernilai	Input untuk proses baru
   Energi	Tinggi (produksi primer)	Rendah (daur ulang)
   Contoh	Baterai sekali pakai → TPA	Baterai EV → daur ulang → baterai baru

2. Penghematan energi daur ulang aluminium:
   • Produksi primer (dari bauksit): 13-16 kWh/kg Al
   • Daur ulang (dari scrap): 0,5-1,5 kWh/kg Al
   • Penghematan energi: (13-0,5)/13 × 100% = 96%
   • Pengurangan emisi CO₂: 95% (dari 8-12 kg CO₂/kg Al → 0,4-0,6 kg CO₂/kg Al)
   • Potensi Indonesia: Konsumsi aluminium ≈ 500.000 ton/tahun
     • Jika 50% didaur ulang: 250.000 ton × 12 kWh/kg = 3 juta MWh/tahun
     • Setara dengan listrik untuk 1 juta rumah
3. Daur ulang baterai EV dan pengurangan penambangan:
   • Komposisi baterai NMC: Ni (10-20%), Co (5-10%), Li (1-2%), Mn (5-10%)
   • Proses daur ulang:
     1. Disassembly: Pembongkaran manual/robotik
     2. Pyrometallurgy: Peleburan → alloy Ni-Co-Cu
     3. Hydrometallurgy: Leaching dengan asam → pemurnian dengan solvent extraction
     4. Direct recycling: Regenerasi katoda langsung
   • Recovery rate: 95% Ni, 95% Co, 80% Li
   • Potensi pengurangan penambangan:
     • Global EV stock 2030: 145 juta unit
     • Baterai lifetime: 8-10 tahun
     • Sumber sekunder (2035): 30-40% kebutuhan nikel untuk baterai
     • Indonesia: Potensi 50.000 ton nikel/tahun dari daur ulang (2030)
   • Regulasi: Extended Producer Responsibility (EPR) untuk produsen baterai
4. Tantangan ekonomi sirkular di Indonesia:

   Tantangan	Contoh	Solusi
   Teknologi	Daur ulang baterai EV butuh teknologi tinggi	Transfer teknologi, joint venture, R&D
   Ekonomi	Biaya daur ulang > harga bahan mentah	Insentif fiskal, extended producer responsibility
   Sosial	Kebiasaan masyarakat (buang vs daur ulang)	Edukasi, bank sampah, insentif
   Regulasi	Belum ada regulasi khusus ekonomi sirkular	UU Ekonomi Sirkular (dalam proses), PP Pengelolaan Sampah
   Infrastruktur	Tidak ada fasilitas daur ulang baterai EV skala komersial	Investasi smelter daur ulang, industrial estate
   Data	Tidak ada data aliran material yang komprehensif	Material flow analysis, database nasional

   Peluang: Indonesia bisa menjadi hub daur ulang baterai Asia Tenggara dengan keunggulan bahan baku dan lokasi strategis.

4. Manfaat dan Dampak Unsur/Senyawa dalam Kehidupan

4.A. Manfaat Unsur dan Senyawa dalam Berbagai Sektor

Pemanfaatan unsur dan senyawa kimia telah mengubah peradaban manusia. Di Indonesia, berbagai industri bergantung pada pengolahan sumber daya mineral untuk pembangunan nasional.

4.A.1. Sektor Kesehatan dan Farmasi

💊 Unsur Esensial dalam Tubuh

Besi (Fe)	Hemoglobin, transport O2	Daging, bayam, kacang
Seng (Zn)	Enzim, imunitas, penyembuhan	Daging, biji-bijian
Tembaga (Cu)	Enzim pernapasan, kolagen	Kerang, hati, kacang
Selenium (Se)	Antioksidan (glutathione)	Kacang Brazil, ikan
Kromium (Cr)	Metabolisme glukosa	Brokoli, anggur
Yodium (I)	Hormon tiroid	Garam beryodium, ikan

🏥 Senyawa Farmasi dan Medis

• Karbon Aktif: Penyerap racun (keracunan)
• Mg(OH)₂: Antasid (maag)
• AgNO₃: Antiseptik (tetes mata bayi)
• BaSO₄: Kontras radiologi (foto rontgen)
• Li₂CO₃: Stabilisator suasana hati (bipolar)
• Pt kompleks: Cisplatin (kemoterapi kanker)
• Radioisotop:
  • ^99m tc: Pencitraan organ
  • ¹³¹I: Terapi kanker tiroid
  • ⁶⁰Co: Radioterapi kanker

4.A.2. Sektor Pertanian dan Pangan

🌱 Pupuk Kimia dan Unsur Hara

Makro Nutrien (NPK):

• N (Nitrogen): Urea, ZA, NPK

  Reaksi: CO(NH₂)₂ + H₂O → 2NH₃ + CO₂

• P (Fosfor): SP-36, TSP, DAP
• K (Kalium): KCl, K₂ SO₄, ZK

Mikro Nutrien:

• Fe: Fe-EDTA, FeSO₄
• Zn: ZnSO₄ (khusus padi)
• Cu: CuSO₄
• Mn: MnSO₄
• B: Borax (Na₂B₄O₇)
• Mo: Na₂MoO₄

Pestisida:

• Organofosfat: Klorpirifos, malation
• Karbamat: Karbofuran, propoxur
• Piretroid: Sipermetrin, deltametrin
• Herbisida: Glifosat, paraquat
• Fungisida: Tembaga oksiklorida

Kasus Indonesia: Subsidi pupuk mencapai Rp 30 triliun/tahun, namun efisiensi hanya 30-40% karena salah aplikasi.

4.A.3. Sektor Industri dan Teknologi

🔋 Baterai dan Penyimpanan Energi

• Baterai Alkaline: Zn/MnO₂/KOH
• Baterai litium-ion:
  • Anoda: Graphite (C)
  • Katoda: LiCoO₂, LiFePO₄, NMC
  • Elektrolit: LiPF₆ dalam pelarut organik
• Baterai Timbal-asam: Pb/PbO₂/H₂SO₄
• Baterai Nikel-kadmium: NiO(OH)/Cd/KOH
• Superkapasitor: Karbon aktif, graphene

Indonesia: Target produksi baterai EV 140 GWh/tahun (2027).

💻 Elektronik dan Semikonduktor

• Silikon (Si): Chip, sel surya (PV)
• Gallium Arsenide (GaAs): LED, laser
• Indium Tin Oxide (ITO): Layar sentuh
• Rare Earth Elements:
  • Neodymium (Nd): Magnet permanen
  • Europium (Eu): Fosfor merah TV
  • Terbium (Tb): Fosfor hijau
• Logam mulia: Au, Ag, Pt untuk kontak listrik

🏭 Katalis Industri

Proses Kontak	V2O5	SO2 → SO3
Proses Haber	Fe + promotor	N2 + H2 → NH3
Oksidasi Amonia	Pt-Rh gauze	NH3 → NO
Catalytic Converter	Pt, Pd, Rh	CO, NOx, HC → CO2, N2, H2O
Polimerisasi	Ziegler-Natta	TiCl3 + Al(C2H5)3
Cracking Minyak	Zeolit	Pemecahan hidrokarbon

4.A.4. Sektor Konstruksi dan Infrastruktur

🏗️ Material Konstruksi Modern

Baja dan Paduan:

• Baja Karbon: Fe + C (0,1-1,5%)
• Baja Tahan Karat: Fe + Cr (10-20%) + Ni
• Baja Perkakas: Fe + W, Mo, V, Co
• Baja Mangan: Fe + Mn (11-14%) untuk rel kereta

Paduan Non-Besi:

• Kuningan: Cu + Zn
• Perunggu: Cu + Sn
• Duralumin: Al + Cu + Mg + Mn
• Magnalium: Al + Mg

Material Komposit:

• Beton Bertulang: Semen + agregat + baja
• FRP: Fiber Reinforced Polymer
• Karbon Fiber: Ringan dan kuat

Proyek Strategis Indonesia: IKN Nusantara, Jakarta-Bandung HSR, smelter nikel, kilang minyak.

4.B. Dampak Negatif dan Isu Lingkungan

4.B.1. Pencemaran Logam Berat

☠️ Logam Berat dan Toksisitas

Logam Berat	Sumber Pencemar	Efek Kesehatan	Ambang Batas (μg/L)	Kasus di Indonesia
Merkuri (Hg)	Tambang emas, PLTU, industri	Kerusakan saraf, ginjal, janin	1 (air), 0,5 (udara μg/m³)	Sekotong (NTB), Poboya (Sulteng)
Timbal (Pb)	Bensin bertimbal, baterai, cat	Anemia, kerusakan otak, ginjal	10 (air), 0,5 (udara μg/m³)	Jakarta (darah anak > 10 μg/dL)
Kadmium (Cd)	Baterai Ni-Cd, pupuk fosfat	Itai-itai, kanker, ginjal	3 (air), 5 (beras mg/kg)	Cisadane (Banten) > ambang
Kromium (Cr6+)	Penyamakan kulit, tekstil	Kanker paru, iritasi kulit	50 (air), 0,5 (udara μg/m³)	Citarum (Jabar) tercemar Cr
Arsen (As)	Pestisida, PLTU, geologi	Kanker kulit, kardiovaskular	10 (air), 3 (beras mg/kg)	Sumatera (air tanah alami)

Mekanisme Toksisitas:

• Penggantian logam esensial: Pb menggantikan Ca dalam tulang
• Inhibisi enzim: Hg berikatan dengan -SH grup enzim
• Stress oksidatif: Peningkatan ROS (Reactive Oxygen Species)
• Bioakumulasi: Akumulasi dalam jaringan lemak, konsentrasi meningkat dalam rantai makanan

4.B.2. Pencemaran Udara dan Hujan Asam

Polutan Udara dan Dampaknya

Hujan Asam:

Sumber: SO₂ (PLTU, industri), NO_x (kendaraan, industri)

Reaksi:

SO₂ + H₂O → H₂SO₃ → H₂SO₄

NO_x + H₂O → HNO₃

pH hujan normal: 5,6 (CO₂ dalam air)

pH hujan asam: < 5,0

Dampak: Korosi bangunan, matinya biota perairan, kerusakan hutan

Partikulat (PM_2,5, PM₁₀):

Sumber: Pembakaran, industri, konstruksi

Komposisi: Karbon, logam, sulfat, nitrat

Dampak kesehatan: ISPA, jantung, kanker paru

Jakarta 2023: PM_2,5 = 37,3 μg/m³ (7x WHO guideline)

Gas Berbahaya:

• CO: Kendaraan, pembakaran tidak sempurna
• O₃ permukaan: Fotokimia dari NO_x + HC
• VOC: Bensin, pelarut industri
• Dioxin: Pembakaran sampah plastik

4.B.3. Pencemaran Air dan Eutrofikasi

💧 Masalah Kualitas Air

Eutrofikasi:

Penyebab: Kelebihan N dan P dari pupuk, limbah domestik

Proses:

1. Blooming alga/fitoplankton
2. Kematian alga → dekomposisi bakteri
3. Konsumsi O₂ tinggi → hipoksia/anoksia
4. Kematian ikan dan biota aerob

Kasus: Danau Limboto (Sulut), Rawa Pening (Jateng)

Parameter Kualitas Air:

• BOD/COD: Bahan organik terurai
• TSS: Padatan tersuspensi
• Logam berat: Hg, Pb, Cd, Cr
• Mikroplastik: Partikel plastik < 5mm
• Patogen: E. coli, koliform

Citarum: 75% tercemar berat, 15 juta orang bergantung

4.B.4. Isu Global dan Perubahan Iklim

🌍 Kontributor Perubahan Iklim

Gas Rumah Kaca	Sumber Antropogenik	GWP (100 tahun)	Masa Hidup (tahun)	Kontributor Utama Indonesia
CO2	Pembakaran fosil, deforestasi	1	100-1000	Kebakaran hutan, PLTU batubara
CH4	Pertanian (sawah), ternak, landfill	28-36	12	Sawah (2,4 juta ha), TPA
N2O	Pupuk nitrogen, industri	265-298	114	Pupuk urea (6,7 juta ton/tahun)
SF6	Industri elektronik, transformator	23.500	3.200	Industri kelistrikan
PFC, HFC	Pendingin, semikonduktor	1.000-14.800	270-50.000	AC, refrigerasi

Emisi Indonesia 2022: 1,2 Gt CO₂e (1,7% global), target NDC: pengurangan 31,89% dengan kemampuan sendiri, 43,20% dengan bantuan internasional (2030).

4.C. Penanganan dan Solusi Berkelanjutan

4.C.1. Remediasi Lingkungan

🌿 Fitoremediasi

Penggunaan tanaman untuk menyerap polutan:

• Hiperakumulator:
  • Pb: Sunflower, Indian mustard
  • Cd: Thlaspi caerulescens
  • Hg: Arabidopsis thaliana
  • As: Pakis (Pteris vittata)
• Mekanisme: Rizofiltrasi, fitoekstraksi, fitostabilisasi
• Kasus: Tailing tambang Timika dengan tanaman lokal

🦠 Bioremediasi

Mikroorganisme pengurai polutan:

• Bakteri pereduksi sulfat: Desulfovibrio (reduksi Cr⁶⁺ → Cr³⁺)
• Bakteri pengoksidasi merkuri: Pseudomonas
• Bakteri pendegradasi minyak: Alcanivorax (tumpahan minyak)
• Bioaugmentasi: Penambahan kultur bakteri spesifik
• Biosurfaktan: Meningkatkan bioavailabilitas polutan

🧪 Remediasi Kimia-Fisika

• Adsorpsi: Karbon aktif, zeolit, biochar
• Presipitasi: Penambahan kapur (pH ↑) untuk logam
• Pertukaran ion: Resin penukar ion
• Elektrokinetik: Migrasi ion dengan medan listrik
• Solidifikasi/Stabilisasi: Pengikat semen, fly ash

4.C.2. Teknologi Bersih dan Green Chemistry

♻️ 12 Prinsip Green Chemistry (Anastas & Warner)

1. Pencegahan limbahdaripada pengolahan limbah
2. Atom economy: Memaksimalkan incorporasi bahan ke produk
3. Sintesis kimia kurang berbahaya
4. Merancang bahan kimia lebih aman
5. Pelarut dan auxiliaries lebih aman
6. Desain untuk efisiensi energi

7. Gunakan bahan baku terbarukan
8. Kurangi derivatisasi(blocking groups, protection/deprotection)
9. Katalisis(lebih baik daripada stoichiometric reagents)
10. Desain untuk degradasi
11. Analisis real-time untuk pencegahan polusi
12. Kimia yang lebih aman untuk kecelakaan

Contoh Aplikasi:

• CO₂ Superkritis: Pengganti pelarut organik (dry cleaning, ekstraksi)
• Biokatalis: Enzim sebagai katalis (lebih selektif, kondisi ringan)
• Sonokimia: Ultrasonik untuk meningkatkan reaksi
• Elektrosintesis: Menggunakan elektron sebagai reagent

4.C.3. Kebijakan dan Regulasi di Indonesia

📜 Regulasi Pengelolaan Bahan Kimia

Regulasi	Fokus	Implementasi	Tantangan
UU 32/2009 PLH	AMDAL, baku mutu, sanksi	Izin lingkungan, pengawasan	Kapasitas pengawasan terbatas
PP 22/2021 PPLH	Penegakan hukum lingkungan	Denda administratif, pidana	Koordinasi lintas instansi
Perpres 18/2020 RPJMN Hijau	Pembangunan berkelanjutan	Target rendah karbon	Konsistensi kebijakan
Permen ESDM 7/2014	Pertambangan berkelanjutan	Rehabilitasi pascatambang	Implementasi di lapangan
Konvensi Minamata (UU 11/2017)	Pengurangan merkuri	Pelarangan impor Hg, alternatif PESK	Tambang emas ilegal masih banyak
NDC (Nationally Determined Contribution)	Penurunan emisi GRK	Energi terbarukan, kehutanan	Pembiayaan, teknologi

Contoh Soal 4.1 - Pupuk dan Eutrofikasi

Petani di daerah aliran sungai (DAS) Citarum menggunakan pupuk urea dan SP-36 secara intensif untuk meningkatkan produksi padi. Analisis:

1. Jelaskan bagaimana pupuk nitrogen dan fosfor menyebabkan eutrofikasi di perairan.
2. Hitung jumlah nitrogen yang masuk ke sungai jika 30% dari 200 kg urea/ha tercuci (urea: CO(NH₂)₂, Ar: C = 12, O = 16, N = 14, H = 1).
3. Apa dampak eutrofikasi terhadap ekosistem perairan dan kesehatan manusia?
4. Bagaimana strategi pengurangan dampak eutrofikasi dari sektor pertanian?

Pembahasan:

1. Mekanisme eutrofikasi oleh N dan P:
   • N dan P adalah faktor pembatas pertumbuhan alga/fitoplankton
   • Pupuk tercuci oleh hujan/irigasi ke sungai/danau (runoff)
   • Peningkatan N dan P → blooming alga (algae bloom)
   • Alga mati → dekomposisi oleh bakteri aerob → konsumsi O₂ tinggi
   • Kadar O₂ terlarut turun (hipoksia/anoksia) → kematian ikan dan biota aerob
   • Beberapa alga menghasilkan toksin (cyanobacteria) berbahaya
2. Perhitungan nitrogen tercuci:
   • Massa urea/ha = 200 kg
   • Yang tercuci = 30% × 200 kg = 60 kg urea
   • Mr urea = 12 + 16 + (14 × 2) + (1 × 4) = 60 g/mol
   • Massa N dalam urea = (28/60) × 100% = 46,67%
   • N dalam 60 kg urea = 46,67% × 60 kg = 28 kg N/ha
   • Luas sawah DAS Citarum ≈ 200.000 ha → potensi N tercuci = 5.600 ton N/tahun
3. Dampak eutrofikasi:

   Ekosistem Perairan	Kesehatan Manusia	Ekonomi
   Penurunan biodiversitas Zona mati (dead zones) Perubahan spesies dominan Penurunan kualitas air Bau busuk (H2S)	Toksin dari cyanobacteria (microcystin) Penyakit kulit, pencernaan Biaya pengolahan air meningkat Kontaminasi sumber air minum Penurunan nilai gizi ikan	Penurunan hasil perikanan Biaya pengolahan air tinggi Penurunan pariwisata Kerugian sektor pertanian Biaya remediasi tinggi

4. Strategi pengurangan dampak:

   Strategi	Implementasi	Potensi Pengurangan
   Precision Agriculture	Uji tanah, dosis tepat, waktu aplikasi optimal	30-50% penggunaan pupuk
   Buffer Zone	Tanaman riparian 10-50 m dari sungai	50-90% runoff tertahan
   Pupuk Slow-Release	Pupuk lepas terkendali (coated urea)	40-60% lebih efisien
   Pengelolaan Air	Alternate wetting and drying (AWD) pada padi	30% pengurangan N tercuci
   Integrasi Ternak-Tanaman	Pupuk organik dari kotoran ternak	25-50% pengurangan pupuk kimia
   Biochar	Penambahan biochar ke tanah (retensi nutrisi)	20-40% pengurangan leaching

Contoh Soal 4.2 - Baterai dan Limbah Elektronik

Indonesia memproduksi 1,8 juta ton limbah elektronik (e-waste) per tahun, termasuk baterai bekas. Analisis:

1. Sebutkan komponen berbahaya dalam baterai bekas dan dampaknya.
2. Hitung potensi recovery logam dari 1 juta ponsel bekas (asumsi: 0,5 g Au/phone, 5 g Cu/phone).
3. Bagaimana proses daur ulang baterai Li-ion yang aman dan ekonomis?
4. Apa tantangan pengelolaan e-waste di Indonesia dan solusinya?

Pembahasan:

1. Komponen berbahaya dalam baterai:

   Jenis Baterai	Komponen Berbahaya	Dampak Lingkungan/Kesehatan
   Li-ion	LiPF6, Co, Ni, Mn, pelarut organik	Toksisitas logam, kebakaran/ledakan, pencemaran air
   Timbal-asam	Pb, H2SO4	Keracunan timbal, korosif, pencemaran tanah/air
   Ni-Cd	Cd, Ni, KOH	Karsinogenik (Cd), akumulasi biologi, toksik kronis
   Alkaline	Zn, MnO2, KOH	Korosif, toksisitas Zn dan Mn dalam kadar tinggi
   Button cell	Hg, Ag2O, Zn	Toksisitas merkuri, akumulasi dalam rantai makanan

2. Perhitungan recovery logam:
   • 1 juta ponsel × 0,5 g Au/phone = 500.000 g Au = 500 kg Au
   • Harga emas ≈ Rp 1.000.000/g → nilai = 500 kg × 1.000.000 Rp/g = Rp 500 miliar
   • 1 juta ponsel × 5 g Cu/phone = 5.000.000 g Cu = 5.000 kg Cu = 5 ton Cu
   • Harga tembaga ≈ Rp 120.000/kg → nilai = 5 ton × 120.000 Rp/kg = Rp 600 juta
   • Logam lain: Ag ≈ 100 kg, Pd ≈ 10 kg, total nilai ≈ Rp 600-700 miliar
   • Urban mining: 1 ton ponsel bekas = 300 g Au vs 5 g Au/ton bijih emas
3. Daur ulang baterai Li-ion:
   1. Pretreatment:
      • Sorting berdasarkan tipe baterai
      • Discharging (pengosongan sisa listrik)
      • Disassembly manual/robotik
      • Shredding/crushing dalam atmosfer inert (N₂/CO₂)
   2. Pyrometallurgy:
      • Peleburan > 1.400°C
      • Produk: alloy Co-Cu-Ni-Fe, slag Li-Al-Si
      • Recovery: Co, Ni, Cu (95%), Li (40-60%)
      • Kekurangan: energi tinggi, Li recovery rendah
   3. Hydrometallurgy:
      • Leaching dengan H₂SO₄/HCl + H₂O₂
      • Solvent extraction dengan D2EHPA, Cyanex
      • Electrowinning/presipitasi
      • Recovery: Li, Co, Ni, Mn ( > 90%)
   4. Direct Recycling:
      • Regenerasi katoda langsung
      • Relithiation dengan Li salt
      • Energy saving 50%, value retention 80%
4. Tantangan dan solusi e-waste di Indonesia:

   Tantangan	Realitas di Indonesia	Solusi
   Regulasi	Belum ada UU khusus e-waste, hanya PP 101/2014 (limbah B3)	Percepatan RUU Pengelolaan Sampah Spesifik
   Infrastruktur	Hanya 1-2 fasilitas daur ulang e-waste skala industri	Insentif investasi, teknologi TTG (tepat guna)
   Kesadaran masyarakat	80% e-waste berakhir di TPA/dibakar/dibuang sembarangan	Edukasi, program take-back, drop box
   Ekonomi informal	Daur ulang informal (pengepul) tanpa perlindungan	Formalisasi, pelatihan K3, alat pelindung diri
   Extended Producer Responsibility	Produsen elektronik belum wajib ambil kembali produk bekas	Regulasi EPR, insentif produsen bertanggung jawab
   Data dan monitoring	Tidak ada data komprehensif aliran e-waste	Sistem tracking, digital platform

   Model sukses: PT Prasadha Pamunah Limbah Industri, Bali Fokus (komunitas daur ulang), program HP bekas oleh operator seluler.

Contoh Soal 4.3 - Pestisida dan Residu Kimia

Penggunaan pestisida di sektor pertanian Indonesia mencapai 100.000 ton/tahun. Analisis:

1. Klasifikasikan jenis-jenis pestisida berdasarkan target organisme dan berikan contoh senyawanya.
2. Jelaskan mekanisme kerja organofosfat sebagai insektisida dan mengapa berbahaya bagi manusia.
3. Hitung waktu paruh residu pestisida jika konsentrasi awal 10 ppm menjadi 2,5 ppm setelah 30 hari.
4. Bagaimana strategi pengendalian hama terpadu (PHT) untuk mengurangi ketergantungan pestisida?

Pembahasan:

1. Klasifikasi pestisida:

   Jenis	Target	Contoh Senyawa	Mekanisme
   Insektisida	Serangga	Klorpirifos, sipermetrin, imidakloprid	Neurotoksin, inhibitor kolinesterase
   Herbisida	Gulma	Glifosat, paraquat, 2,4-D	Inhibitor enzim, fotosintesis, hormon
   Fungisida	Jamur	Mancozeb, tembaga oksiklorida, triazol	Inhibitor respirasi, sintesis membran
   Rodentisida	Rodentia	Warfarin, bromadiolon	Antikoagulan, pendarahan internal
   Nematisida	Nematoda	Metam natrium, fosthiazate	Neurotoksin, inhibitor respirasi
   Akarisida	Tungau	Propargit, abamektin	Neurotoksin, inhibitor respirasi

2. Mekanisme organofosfat dan bahaya:
   • Mekanisme: Inhibitor irreversibel asetilkolinesterase (AChE)
   • Reaksi:

     AChE + organofosfat → fosforilasi AChE (inaktif)

     Akibat: Akumulasi asetilkolin di sinaps → overstimulasi saraf

   • Gejala keracunan: Miosis (pupil mengecil), lakrimasi, saliva berlebihan, kejang, gagal napas, kematian
   • Antidot: Atropin (blok reseptor muskarinik) + pralidoxime (reaktivasi AChE)
   • Kasus Indonesia: Brebes (Jateng) 2022: 25 kasus keracunan pestisida, 2 meninggal
3. Perhitungan waktu paruh:
   • Konsentrasi awal (C₀) = 10 ppm
   • Konsentrasi akhir (C_t) = 2,5 ppm setelah t = 30 hari
   • Reaksi orde pertama: ln(C_t/C₀) = -kt
   • ln(2,5/10) = -k × 30
   • ln(0,25) = -1,386 = -30k
   • k = 1.386/30 = 0,0462 hari^-1
   • T_1/2 = ln2/k = 0,693/0,0462 = 15 hari
   • Implikasi: Setelah 4× waktu paruh (60 hari), residu ≈ 0,625 ppm (masih di atas MRL 0,01 ppm untuk beberapa sayuran)
4. Strategi PHT (Pengendalian Hama Terpadu):

   Komponen PHT	Contoh Implementasi	Potensi Pengurangan Pestisida
   Kultur teknis	Rotasi tanaman, varietas resisten, waktu tanam tepat	20-30%
   Mekanis/fisik	Perangkap lampu, perangkap feromon, pembungkusan buah	15-25%
   Biologis	Musuh alami (parasitoid, predator), mikroba (Bacillus thuringiensis)	30-50%
   Botanicals	Ekstrak mimba (azadirachtin), tembakau (nikotin), sirsak	25-40%
   Pengamatan rutin	Ambang ekonomi, bukan jadwal rutin	40-60%
   Kimia sebagai pilihan terakhir	Pestisida selektif, dosis tepat, aplikasi tepat	50-70% dibanding pola konvensional

   Keberhasilan: Program PHT padi di Subang (Jabar) mengurangi insektisida 70% dengan peningkatan hasil 15%.

Contoh Soal 4.4 - Energi Terbarukan dan Mineral Kritis

Transisi energi membutuhkan mineral kritis untuk teknologi energi terbarukan. Analisis:

1. Sebutkan 5 mineral kritis untuk transisi energi dan aplikasinya.
2. Bandingkan dampak lingkungan pembangkit batubara vs panel surya dari aspek daur hidup (life cycle).
3. Hitung kebutuhan nikel untuk target 140 GWh kapasitas baterai EV di Indonesia (asumsi: NMC 811, densitas energi 250 Wh/kg).
4. Bagaimana mengelola paradoks "green technology vs destructive mining"?

Pembahasan:

1. Mineral kritis untuk transisi energi:

   Mineral	Aplikasi	Cadangan Indonesia	Kebutuhan Global 2040 (IEA)
   Nikel	Baterai EV, stainless steel	21% dunia (terbesar)	↑ 41x dari 2020
   Tembaga	Kabel, motor, transformator	3% dunia	↑ 2,7x dari 2020
   Kobalt	Baterai EV, magnet	Minimal	↑ 21x dari 2020
   Litium	Baterai EV, penyimpanan	Sedang (eksplorasi)	↑ 42x dari 2020
   Rare Earth Elements	Magnet permanen (turbin angin, motor EV)	Minimal	↑ 7x dari 2020
   Silikon (metalurgi)	Panel surya (PV)	Melimpah (pasir silika)	↑ 3x dari 2020

2. Perbandingan LCA batubara vs panel surya:

   Aspek	PLTU Batubara 1 MWh	Panel Surya 1 MWh
   Emisi CO2	820-1.050 kg (operasional)	40-80 kg (hanya manufaktur)
   Polutan udara	SO2, NOx, PM, Hg, abu	Minimal (hanya manufaktur)
   Kebutuhan air	1.500-2.500 L (pendinginan)	20-40 L (pembersihan panel)
   Lahan	2-5 ha/MW (termasuk tambang)	4-8 ha/MW (dapat rooftop)
   Limbah padat	Abu 300-400 kg/MWh	Minimal (daur ulang panel)
   Energi balik (EPBT)	Tidak ada (energi fosil)	1-3 tahun (panel 25 tahun)
   Dampak penambangan	Batubara: lubang besar, acid mine drainage	Silikon: kuarsa (SiO2) relatif bersih

   Kesimpulan: Panel surya lebih bersih secara operasional, tetapi manufakturnya membutuhkan mineral dan energi.

3. Perhitungan kebutuhan nikel:
   • Target kapasitas baterai = 140 GWh = 140.000 MWh
   • Densitas energi = 250 Wh/kg → 1 kg baterai = 0,25 kWh
   • Total massa baterai = 140.000.000 kWh ÷ 0,25 kWh/kg = 560.000.000 kg = 560.000 ton
   • Komposisi NMC 811: Ni:Mn:Co = 8:1:1 (atom) ≈ Ni 60% berat katoda
   • Katoda ≈ 30% berat total baterai
   • Nikel dalam baterai = 560.000 ton × 30% × 60% = 100.800 ton Ni
   • Efisiensi proses = 80% → nikel mentah dibutuhkan = 100.800 ÷ 0,8 = 126.000 ton Ni
   • Produksi nikel Indonesia 2023 = 1,6 juta ton → cukup untuk 12-13 pabrik baterai skala ini
4. Mengelola paradoks:

   Strategi	Implementasi	Contoh di Indonesia
   Pertambangan Berkelanjutan	Green mining standards, zero waste mining, rehabilitasi	Program PROPER Kementerian ESDM
   Circular Economy	Daur ulang baterai EV, urban mining	Rencana pabrik daur ulang baterai (Hyundai-LG)
   Teknologi Alternatif	Baterai tanpa kobalt/nikel (LFP), solid-state	Riset LFP oleh BRIN, universitas
   Efisiensi Material	Reduksi kandungan mineral kritis, design for recycling	Standardisasi baterai untuk memudahkan daur ulang
   Transparansi Rantai Pasok	Blockchain tracking, sertifikasi (IRMA, CERA)	Program traceability nikel
   Keadilan Sosial	Partisipasi masyarakat, benefit sharing, AMDAL partisipatif	Free, Prior, Informed Consent (FPIC) untuk masyarakat adat

   Prinsip: Transisi energi harus adil (just transition) yang memperhatikan pekerja, masyarakat, dan lingkungan.

Contoh Soal 4.5 - Kimia Hijau dan Industri Berkelanjutan

Green Chemistry menawarkan paradigma baru untuk industri kimia yang berkelanjutan. Analisis:

1. Jelaskan prinsip Atom Economy dan berikan contoh reaksi dengan atom economy tinggi dan rendah.
2. Bagaimana supercritical CO₂ dapat menggantikan pelarut organik berbahaya?
3. Hitung E-factor (Environmental Factor) untuk proses yang menghasilkan 1 ton produk dengan 300 kg limbah.
4. Apa tantangan penerapan Green Chemistry di industri Indonesia dan bagaimana mengatasinya?

Pembahasan:

1. Prinsip Atom Economy:
   • Definisi: Persentase massa atom reaktan yang terinkorporasi ke produk yang diinginkan
   • Rumus: AE = (Berat molekul produk ÷ Σ Berat molekul reaktan) × 100%
   • Contoh AE tinggi: Adisi etena untuk membuat etanol

     C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH

     Mr: 28 + 18 → 46

     AE = 46/46 × 100% = 100%

   • Contoh AE rendah: Sintesis obat tradisional dengan banyak protecting group

     Banyak langkah, banyak reagen auxiliary, banyak limbah

     AE tipikal obat: 5-10%

2. Supercritical CO₂ sebagai pelarut hijau:
   • Sifat supercritical CO₂:
     • Titik kritis: 31,1°C, 73,8 atm
     • Menggabungkan sifat gas (difusivitas tinggi) dan cair (pelarutan)
     • Tunable: Sifat dapat diatur dengan tekanan dan suhu
   • Keunggulan:
     • Aman: Tidak mudah terbakar, tidak beracun
     • Murah dan melimpah: Dapat didaur ulang dari industri
     • Mudah dipisahkan: Dengan dekompresi → CO₂ gas
     • Tidak meninggalkan residu: Pada produk
   • Aplikasi:
     • Dry cleaning: Pengganti perkloretilen (karsinogen)
     • Ekstraksi: Kafein dari kopi, hop dari bir, minyak atsiri
     • Polimerisasi: Medium untuk sintesis polimer
     • Partikel nano: Teknologi RESS (Rapid Expansion of Supercritical Solutions)
   • Contoh Indonesia: Ekstraksi kurkumin dari kunyit, minyak nilam
3. Perhitungan E-factor:
   • Definisi: E-factor = Massa total limbah ÷ Massa produk
   • Produk = 1 ton = 1000 kg
   • Limbah = 300 kg
   • E-factor = 300 ÷ 1000 = 0,3
   • Interpretasi:

     Industri	E-factor Tipikal	Volume Produksi	Limbah Total
     Minyak bumi	0,1	Besar	Besar (meski E kecil)
     Kimia dasar	1-5	Besar	Besar
     Farmasi	25-100	Kecil	Sedang-besar
     Industri halus	5-50	Kecil	Kecil-sedang

   • Target Green Chemistry: E-factor mendekati 0
4. Tantangan dan solusi Green Chemistry di Indonesia:

   Tantangan	Dampak	Solusi
   Biaya investasi tinggi	Teknologi hijau sering lebih mahal awal	Insentif fiskal, green financing, perhitungan LCC (Life Cycle Cost)
   Keterbatasan teknologi	Ketergantungan impor teknologi	R&D dalam negeri, kemitraan universitas-industri, transfer teknologi
   Regulasi belum mendukung	Insentif untuk teknologi konvensional masih ada	Internalisasi biaya eksternal, tax pollution bukan profit
   Mindset bisnis	Short-term profit oriented	Education, sustainability reporting, green branding
   Supply chain	Bahan baku hijau belum tersedia secara luas	Pengembangan industri pendukung, bio-based economy
   Kompetensi SDM	Kurangnya ahli green chemistry	Kurikulum green chemistry di perguruan tinggi, pelatihan industri

   Peluang Indonesia:

   • Bio-based economy: Biomassa melimpah untuk bahan kimia terbarukan
   • Industri farmasi herbal: Ekstraksi hijau untuk jamu dan fitofarmaka
   • Eco-industrial park: Symbiosis industri (limbah satu = input lainnya)
   • Contoh sukses: Pabrik bioetanol, industri oleokimia dari kelapa sawit, ekstraksi superkritis untuk rempah

5. Aspek Sosial Eksplorasi Mineral

Dampak Sosial dan Ekonomi Penambangan Unsur

Eksplorasi dan penambangan mineral mengandung unsur-unsur kimia memiliki dampak sosial yang kompleks:

5.A. Dampak Positif

• Penyerapan tenaga kerja: Menciptakan lapangan kerja langsung dan tidak langsung
• Pendapatan daerah dan negara: Dari pajak, royalti, dan dividen BUMN
• Pengembangan infrastruktur: Jalan, jembatan, listrik, air bersih untuk masyarakat sekitar
• Transfer teknologi: Peningkatan keterampilan tenaga kerja lokal
• Pengembangan UKM: Munculnya usaha pendukung tambang

5.B. Dampak Negatif

• Konflik lahan: Perebutan hak atas tanah antara perusahaan dan masyarakat lokal
• Degradasi lingkungan: Kerusakan ekosistem, pencemaran air dan tanah
• Kesehatan masyarakat: Paparan debu, logam berat, dan bahan kimia berbahaya
• Perubahan sosial budaya: Gaya hidup konsumtif, erosi nilai-nilai tradisional
• Ketergantungan ekonomi: Ekonomi monokultur yang rentan terhadap fluktuasi harga

5.C. Studi Kasus: Penambangan Nikel di Indonesia

Indonesia merupakan produsen nikel terbesar di dunia. Eksplorasi nikel menimbulkan berbagai isu sosial:

• Pemberdayaan vs peminggiran: Apakah masyarakat lokal benar-benar diuntungkan?
• Pembangunan berkelanjutan: Bagaimana memastikan manfaat jangka panjang setelah tambang tutup?
• Keadilan distributif: Apakah keuntungan dibagi secara adil antara perusahaan, pemerintah, dan masyarakat?
• Pertambangan ilegal: Menyebabkan kerusakan lingkungan parah tanpa tanggung jawab

5.D. Prinsip Pertambangan Berkelanjutan

• Good Mining Practice: Standar operasi yang aman dan ramah lingkungan
• Corporate Social Responsibility (CSR): Program pemberdayaan masyarakat
• Rehabilitasi pascatambang: Restorasi ekosistem dan alih fungsi lahan
• Partisipasi masyarakat: Keterlibatan masyarakat dalam pengambilan keputusan
• Ekonomi sirkular: Daur ulang dan penggunaan kembali limbah tambang

Contoh Soal 5.1

Analisis dilema etika dalam penambangan litium untuk baterai kendaraan listrik. litium diperlukan untuk transisi energi bersih, tetapi penambangannya memiliki dampak sosial dan lingkungan. Bagaimana menyeimbangkan kebutuhan energi bersih dengan perlindungan masyarakat dan lingkungan?

Pembahasan:

Dilema etika penambangan litium:

• Kebutuhan vs dampak: litium penting untuk baterai kendaraan listrik (mengurangi emisi CO₂), tetapi penambangannya menggunakan banyak air dan merusak ekosistem gurun
• Keadilan iklim: Negara maju beralih ke kendaraan listrik, tetapi dampak penambangan ditanggung negara berkembang
• Solusi:
  1. Peningkatan efisiensi proses penambangan dan daur ulang litium
  2. Pengembangan teknologi baterai alternatif (natrium-ion, solid-state)
  3. Standar lingkungan dan sosial yang ketat untuk operasi penambangan
  4. Pemberdayaan masyarakat lokal melalui bagi hasil yang adil
  5. Transparansi dalam rantai pasok litium

Latihan Soal Kontekstual

1. Masyarakat di sekitar daerah pertambangan bauksit mengeluhkan air sungai yang keruh dan berkurangnya hasil tangkapan ikan. Unsur aluminium diekstraksi dari bauksit. Jelaskan hubungan antara penambangan bauksit dengan keluhan masyarakat tersebut.
2. Baterai litium-ion banyak digunakan dalam handphone dan kendaraan listrik. Mengapa litium dipilih sebagai bahan baterai? Apa dampak lingkungan dari pembuangan baterai litium yang tidak tepat?
3. Pada proses pengolahan bijih tembaga dari mineral kalkopirit (CuFeS₂), dihasilkan gas SO₂. Jelaskan mengapa gas ini berbahaya bagi lingkungan dan bagaimana menanganinya secara tepat.
4. Petani di daerah pegunungan kapur menggunakan kapur pertanian (CaCO₃) untuk menetralkan tanah asam. Jelaskan reaksi kimia yang terjadi dan mengapa hal ini bermanfaat untuk pertanian.
5. Pencemaran merkuri di Teluk Minamata Jepang menyebabkan penyakit saraf yang parah. Jelaskan mengapa merkuri sangat berbahaya bagi kesehatan manusia dan bagaimana proses bioakumulasinya dalam rantai makanan.
6. Pupuk urea (CO(NH₂)₂) mengandung nitrogen yang penting untuk pertumbuhan tanaman. Namun, penggunaan berlebihan dapat menyebabkan eutrofikasi. Jelaskan proses eutrofikasi dan dampaknya bagi ekosistem perairan.
7. Penggunaan CFC (chlorofluorocarbon) pada lemari es dan AC lama menyebabkan penipisan lapisan ozon. Jelaskan mekanisme kimiawi perusakan ozon oleh CFC dan alternatif pengganti yang lebih ramah lingkungan.
8. Tambang emas tradisional sering menggunakan merkuri untuk mengikat emas. Jelaskan cara kerja amalgamasi emas dengan merkuri dan mengapa metode ini berbahaya bagi penambang dan lingkungan.
9. Pembangkit listrik tenaga batubara menghasilkan fly ash yang mengandung logam berat. Jelaskan pemanfaatan fly ash dalam industri konstruksi dan potensi risikonya terhadap lingkungan.
10. Indonesia memiliki kebijakan hilirisasi nikel untuk meningkatkan nilai tambah. Jelaskan apa yang dimaksud dengan hilirisasi nikel dan dampak sosial-ekonomi yang diharapkan dari kebijakan ini.
11. Industri tekstil di Majalaya, Jawa Barat menggunakan zat warna sintetis yang mengandung kromium (Cr). Limbah cair industri ini mencemari Sungai Citarum. Jelaskan mengapa kromium hexavalent (Cr⁶⁺) lebih berbahaya daripada kromium trivalent (Cr³⁺) dan bagaimana metode remediasi yang tepat untuk menangani pencemaran ini.
12. Petani di daerah Brebes mengalami keracunan pestisida organofosfat. Jelaskan mekanisme kerja pestisida organofosfat pada serangga dan mengapa senyawa ini juga berbahaya bagi manusia. Hitung dosis LD₅₀jika 50% tikus percobaan mati pada dosis 50 mg/kg berat badan.
13. PLTU batubara di Cirebon menghasilkan limbah FGD (Flue Gas Desulfurization) gipsum. gipsum sintetis ini mengandung trace element seperti selenium dan merkuri. Jelaskan pemanfaatan FGD gipsum dalam industri konstruksi dan analisis risiko lingkungannya jika digunakan secara tidak tepat.
14. Kebijakan biodiesel B35 di Indonesia menggunakan minyak sawit sebagai bahan baku. Jelaskan reaksi transesterifikasi dalam produksi biodiesel dan analisis dampak lingkungan positif (pengurangan emisi) vs negatif (deforestasi, perubahan penggunaan lahan) dari kebijakan ini.
15. Masyarakat di sekitar pabrik semen di Rembang mengeluhkan debu dan gangguan pernapasan. Debu semen mengandung senyawa kalsium silikat dan alumina. Jelaskan mekanisme kerusakan kesehatan akibat paparan debu semen dan hitung konsentrasi debu jika dalam 24 jam terkumpul 5 mg debu di alat sampling dengan laju alir 2 L/menit.
16. Penggunaan pupuk NPK di lahan pertanian intensif di Karawang menyebabkan peningkatan emisi N₂O (gas rumah kaca). Jelaskan proses mikrobiologis pembentukan N₂O dari pupuk nitrogen dan hitung potensi pemanasan global dari 1 kg N₂O dibandingkan dengan CO₂ dalam periode 100 tahun (GWP N₂O = 298).
17. Industri pengolahan ikan di Muara Baru menggunakan formalin (HCHO) sebagai pengawet ilegal. Jelaskan mengapa formalin berbahaya bagi kesehatan konsumen dan uji kimia sederhana yang dapat digunakan untuk mendeteksi formalin pada ikan. Tulis reaksi antara formalin dengan reagent uji.
18. Pembangunan IKN Nusantara membutuhkan material konstruksi dalam jumlah besar. Analisis dampak lingkungan dari produksi 1 juta ton semen untuk proyek ini (hitung emisi CO₂) dan rekomendasikan strategi konstruksi hijau untuk mengurangi dampak lingkungan.
19. Pencemaran mikroplastik di perairan Indonesia semakin mengkhawatirkan. Mikroplastik berasal dari degradasi plastik makro. Jelaskan proses fotodegradasi dan fragmentasi plastik menjadi mikroplastik, serta analisis bahayanya terhadap biota laut dan rantai makanan.
20. Pengembangan industri baterai EV di Indonesia menggunakan nikel laterit sebagai bahan baku. Bandingkan proses pirometalurgi dan hidrometalurgi untuk pengolahan nikel laterit dalam hal: (a) efisiensi energi, (b) recovery nikel, (c) dampak lingkungan, (d) biaya investasi, dan (e) kesesuaian untuk baterai EV.

Kunci Jawaban Latihan Soal (20 Soal)

1. Penambangan bauksit menyebabkan erosi tanah yang membuat sungai keruh, mengganggu ekosistem perairan dan mengurangi oksigen terlarut sehingga ikan mati.
2. litium dipilih karena densitas energi tinggi dan ringan. Baterai yang dibuang sembarangan dapat mencemari tanah dan air dengan logam berat.
3. SO₂ menyebabkan hujan asam yang merusak ekosistem. Penanganan dengan konversi menjadi asam sulfat atau netralisasi dengan kapur.
4. CaCO₃ + 2H⁺ → Ca²⁺ + CO₂ + H₂O. Menetralkan keasaman tanah meningkatkan ketersediaan hara untuk tanaman.
5. Merkuri merusak sistem saraf. Bioakumulasi terjadi melalui rantai makanan: plankton → ikan kecil → ikan besar → manusia.
6. Eutrofikasi: kelebihan nutrisi menyebabkan blooming alga, kematian alga mengurangi oksigen, menyebabkan kematian ikan.
7. CFC terurai oleh UV melepaskan atom Cl yang mengkatalisis destruksi ozon. Alternatif: HFC, hidrokarbon, atau CO₂ sebagai refrigerant.
8. Merkuri membentuk amalgam dengan emas. Bahaya: uap merkuri beracun, merkuri mencemari air dan tanah.
9. Fly ash digunakan sebagai substitusi semen. Risiko: leaching logam berat jika tidak diolah dengan baik.
10. Hilirisasi: mengolah nikel menjadi produk bernilai tinggi (stainless steel, baterai). Dampak: penyerapan tenaga kerja, peningkatan pendapatan negara, transfer teknologi.
11. Cr⁶⁺ lebih beracun karena bersifat karsinogenik dan mudah larut. Remediasi: reduksi menjadi Cr³⁺ dengan Fe²⁺ atau SO₂, presipitasi sebagai Cr(OH)₃, fitoremediasi dengan tanaman hiperakumulator.
12. Organofosfat menghambat asetilkolinesterase. LD₅₀ = 50 mg/kg. Pada manusia menyebabkan akumulasi asetilkolin → kejang, gagal napas.
13. FGD gipsum untuk papan gipsum dan semen. Risiko: leaching Se dan Hg jika pH turun. Perlu stabilisasi sebelum digunakan.
14. Transesterifikasi: trigliserida + metanol → biodiesel + gliserol. Positif: kurangi emisi 50-80%. Negatif: deforestasi, hilangnya biodiversitas, konflik lahan.
15. Debu semen menyebabkan silikosis. Konsentrasi = 5 mg / (2 L/m × 60 m/j × 24 j × 0,001 m³/L) = 5/2,88 = 1,74 mg/m³ (melebihi baku mutu 1 mg/m³).
16. N₂O dari nitrifikasi dan denitrifikasi oleh bakteri. 1 kg N₂O setara 298 kg CO₂. Emisi Indonesia dari pupuk: 6,7 juta ton urea → ~0,5 juta ton N₂O → setara 149 juta ton CO₂.
17. Formalin karsinogenik. Uji dengan KMnO₄ (warna ungu hilang) atau Schiff's reagent (menjadi ungu). Reaksi: HCHO + KMnO₄ → HCOOH + MnO₂.
18. 1 juta ton semen ≈ 860.000 ton CO₂. Strategi hijau: material daur ulang, semen ramah lingkungan, efisiensi energi, prefabrikasi.
19. Fotodegradasi oleh UV → fragmentasi → mikroplastik. Bahaya: tertelan biota, transfer toksin, gangguan pencernaan, masuk rantai makanan ke manusia.
20. Pirometalurgi: energi tinggi (1.400°C), recovery 85-90%, limbah slag besar, investasi US Dollar 1-2M, untuk ferronikel. Hidrometalurgi: energi sedang, recovery > 90%, limbah asam, investasi US Dollar 2-3M, cocok untuk baterai EV.