Aktiviti Makmal 5.3.1: Mengkaji Tindak Balas Logam dengan Air
Tujuan: Mengkaji kecergasan tindak balas logam-logam yang berlainan dengan air.
Penyata masalah: Adakah logam yang berlainan bertindak balas secara berbeza dengan air?
Hipotesis: Logam-logam yang berlainan bertindak balas dengan air dengan kecergasan yang berbeza.
Pemboleh ubah:
»
yang dimalarkan : Isi padu air
»
yang dimanipulasikan : Jenis logam
»
yang bergerak balas : Kecergasan tindak balas
Bahan:
» Natrium
» Kalsium
» Magnesium
» Aluminium
» Zink
» Kuprum
» Air
» Kayu uji
» Kertas litmus merah
» Kertas turas
» Kertas pasir
Aktiviti Makmal 5.3.3: Tindak Balas Logam dengan Oksigen
Tujuan: Mengkaji tindak balas logam dengan oksigen
Penyata Masalah: Adakah logam yang berlainan bertindak balas secara berbeza dengan oksigen?
Hipotesis:Logam yang berlainan bertindak balas secara berbeza dengan oksigen.
Pemboleh ubah:
»
yang dimalarkan : Kuantiti logam
»
yang dimanipulasikan : Jenis logam
»
yang bergerak balas : Kecergasan tindak balas logam
Proses pencucian gambar foto pada kertas fotografi
■ Proses fotosintesis:
►
Menggunakan air dan karbon dioksida untuk menghasilkan glukosa dan membebaskan gas oksigen
►
Klorofil merupakan pigmen hijau dalam daun hijau menyerap tenaga cahaya dan menukarkannya kepada tenaga kimia (glukosa)
◉
Air + karbon dioksida → glukosa + oksigen
►
Tenaga cahaya yang diserap oleh klorofil dalam tumbuhan hijau digunakan untuk memecahkan molekul air kepada hidrogen dan oksigen. Proses ini disebut fotolisis air
►
Perubhan tenaga yang berlaku semasa proses fotosintesis adalah:
◉
Tenaga cahaya → tenaga kimia
■ Kepentingan fotosintesis:
►
Memastikan keseimbangan paras oksigen dan karbon dioksida di dalam atmosfera
►
Menukarkan sumber tenaga daripada matahari kepada jenis tenaga yang boleh digunakan oleh manusia
►
Mengubah tenaga solar kepada tenaga kimia
■ Video ini menerangkan tentang proses fotosintesis. (English)
Bahan Kimia Fotosensitif
■ Bahan kimia fotosensitif
►
Bahan kimia yang bertindak balas dengan adanya cahaya
►
Contoh: Argentum klorida, argentum bromida, air korin dan larutan natrium hipoklorit
■ Video ini menunjukkan fungsi kamera
■ Kesan cahaya terhadap kertas fotografi
►
Kertas fotografi disaluti oleh satu lapisan nipis argentum klorida atau argentum bromida
►
Apabila kertas fotografi didedahkan kepada cahaya, tenaga cahaya menguraikan argentum klorida kepada atom argentum yang berwarna kelabu kehitaman
►
Kertas fotografi perlu disimpan dalam bekas atau pembalut yang kedap cahaya
■ Penyimpanan bahan kimia
►
Air klorin, larutan natrium hipoklorit dan garam argentum sangat sensitif kepada cahaya kerana ia akan mengurai untuk bahan-bahan lain jika terdedah.
►
Oleh kerana tingkah laku ini, kesemua bahan kimia fotosensitif mesti disimpan dalam keadaan gelap.
►
Filem fotografi perlu simpan dalam kotak hitam, manakala air klorin dan larutan natrium hipoklorit paling baik disimpan dalam botol gelap.
Penghasilan Tenaga Elektrik Oleh Sel Ringkas
■ Sel ringkas
►
Terdiri daripada dua konduktor yang berlainan logam:
◉
Logam yang lebih reaktif bertindak sebagai terminal negatif yang memberi elektron.
◉
Logam yang kurang reaktif bertindak sebagai terminal positif yang menerima elektron.
►
Disambung pada satu hujung wayar dan hujung yang lain dicelup ke dalam larutan elektrolit.
►
Perubahan kimia berlaku untuk menghasilkan tenaha elektrik
◉
Tenaga kimia → tenaga elektrik
■ Video ini menerangkan tentang sel ringkas (English)
►
Zink dan jalur kuprum digunakan sebagai elektrod dan larutan sulfat kuprum bertindak sebagai elektrolit.
►
Apabila litar ditutup, LED mengeluarkan cahaya. Ini menunjukkan bahawa elektrik mengalir dalam litar.
►
Zink adalah lebih reaktif daripada kuprum. Oleh itu, atom zink lebih mudah memberi elektron untuk membentuk ion bercas positif yang bergerak di dalam larutan.
►
Elektron mengalir ke jalur kuprum melalui dawai. Aliran elektron menghasilkan elektrik.
►
Ion kuprum yang bercas positif daripada larutan menerima elektron dan membentuk atom kuprum yang memendap pada jalur kuprum.
Pelbagai Jenis Sel dan Kegunaannya
■ Sel kering
◉
Sel kimia yang paling biasa digunakan
◉
Bekas zink merupakan terminal negatif dan rod karbon sebagai terminal positif
◉
Pes ammonium klorida dan zink klorida bertindak sebagai elektrolit
◉
Membekalkan 1.5V
◉
Kelebihan: Mudah dibawa dan membekalkan arus tetap
◉
Kekurangan: Tidak tahan lama dan tidak dapat dicas semula
■ Akumulator asid-plumbum
◉
Terdiri daripada enam sel asid-plumbum yang disambung secara bersiri
◉
Membekalkan 12V
◉
Elektrod plumbum adalah terminal negatif dan plumbum yang disalut plumbum(IV)oksida adalah terminal positif
◉
Asid sulfurik digunakan sebagai elektrolit
◉
Kelebihan: Tahan lama, membekalkan voltan tinggi dan dapat dicas semula
◉
Kekurangan: Mahal, berat dan elektrolit mudah tertumpah
■ Sel alkali
◉
Menyerupai sel kering tetapi menggunakan elektrolit yang berlainan
◉
Membekalkan 1.5V
◉
Bekas zink adalah terminal negatif dan mangan(IV) oksida adalah terminal positif
◉
Elektrolit yang digunakan adalah larutan kalium hidroksida
◉
Kelebihan: Tahan lama
◉
Kekurangan: Lebih mahal dan tidak dapat dicas semula
■ Bateri zink-argentum oksida
◉
Berbentuk seperti butang dan membekal 1.2V
◉
Bekas zink merupakan terminal negatif dan perak oksida adalah terminal positif
◉
Elektrolit yang digunakan adalah larutan kalium hidroksida
◉
Kelebihan: Tahan lama dan membekalkan arus yang tetap
◉
Kekurangan: Lebih mahal dan tidak dapat dicas semula
■ Sel nikel-kadmium
◉
Beroperasi dengan prinsip yang sama seperti bateri kereta tetapi menggunakan bahan kimia yang berlainan
◉
Kadmium adalah terminal negatif dan nikel (IV) oksida adalah terminal positif.
◉
Elektrolit yang digunakan ialah kalium hidroksida.
◉
Kelebihan: Dapat dicas semula
◉
Kekurangan: Mahal
✍ Contoh latihan 5.6(a)
Isikan tempat kosong dengan jawapan yang tepat.
a)
__________Sel ringkasterdiri daripada dua konduktor yang berlainan dicelup ke dalam suatu larutan elektrolit yang disambung dengan wayar.
b)
Dalam sel ringkas, __________tenaga kimia berubah kepada __________tenaga elektrik
c)
Logam yang __________lebih reaktif bertindak sebagai terminal negatif, manakala logam yang __________kurang reaktif bertindak sebagai terminal positif.
d)
__________Akumulator asid-plumbum membekalkan 12V dan digunakan sebagai bateri kereta.
e)
__________Sel nikel-kadmium merupakan sejenis bateri yang dapat dicas semula dan selalunya digunakan di dalam peralatan mudah alih.
✍ Contoh latihan 5.6(b)
Kuiz interaktif. (English)
Elektrolisis
■ Proses elektrolisis ialah proses penguraian bahan kimia kepada unsur-unsur apabila arus elektrik mengalir melalui leburannya.
■ Tenaga elektrik berubah kepada tenaga kimia dalam proses elektrolisis.
►
Tenaga elektrik → tenaga kimia
■ Peralatan yang diperlukan dalam proses elektrolisis: (English)
►
Elektrod karbon digunakan dalam elektrolisis kerana karbon adalah lengai dan tidak mengambil bahagian dalam tindak balas.
►
Semasa proses elektrolisis:
◉
ion positif (kation) tertarik ke elektrod negatif (katod), menerima elektron dan dinyahcaskan untuk membentuk atom neutral.
◉
ion negatif (anion) tertarik ke elektrod positif (anod), kehilangan elektron dan dinyahcaskan untuk membentuk atom neutral.
■ Elektrolisis plumbum(II) bromida lebur.
►
Wap bromin (wap coklat) dilepaskan di anod.
►
Pepejal kelabu berkilat dihasilkan di katod.
►
Ini kerana ion plumbum (II) bromida bergerak bebas apabila plumbum (II) bromida cair.
►
Semasa elektrolisis, ion plumbum(II) yang bercas positif bergerak ke arah katod untuk menerima elektron dan menjadi plumbum.
◉
Ion plumbum(II) + elektron → plumbum
►
Ion bromida yang bercas negatif bergerak ke arah anod untuk melepaskan elektron dan membentuk wap bromin.
◉
Ion bromida → bromida + elektron
►
Oleh itu, elektrolisis plumbum(II) bromida menghasilkan plumbum dan bromin gas.
■ Video ini menunjukkan proses elektrolisis: (English)
Penggunaan Elektrolisis dalam Industri
■ Elektrolisis digunakan dalam industri secara berleluasa untuk:
►
Pengekstrakan logam
►
Penulenan logam
►
Penyaduran elektrik logam
■ Pengekstrakan logam
►
Untuk mengekstrak logam yang lebih reaktif daripada karbon, seperti kalium, natrium, magnesium dan aluminium.
►
Contoh: Pengekstrakan aluminium daripada bauksit
◉
Elektrod karbon dan aluminium oksida lebur (bauksit) digunakan.
◉
Aluminium oksida dengan cryloite dipanaskan sehingga lebur. (Cryolite digunakan untuk menurunkan takat lebur aluminium oksida)
◉
Aluminium berpisah kepada ion aluminium (kation) dan ion oksida (anion).
◉
Di anod, oksigen dibebaskan.
Ion oksida → atom oksigen + elektron
◉
Di katod, aluminium lebur terbentuk.
Ion aluminium + elektron → atom aluminium
◉
Video ini menunjukkan proses pengekstrakan aluminium di dalam industri. (English)
■ Penulenan logam
►
Logam-logam tidak tulen yang mengandungi bendasing boleh disingkirkan melalui elektrolisis.
►
Logam tidak tulen (anod), logam tulen (katod), dan larutan logam (elektrolit).
►
Contoh : Penulenan kuprum
◉
Di anod, logam tidak tulen larut menjadi kation.
Atom kuprum → ion kuprum + elektron
◉
Di katod, logam kuprum terbentuk.
Ion kuprum + elektron → atom kuprum
◉
Akhirnya, katod akan menjadi tebal kerana endapan tembaga tulen yang terhasil di atasnya.
◉
Video ini menunjukkan penulenan kuprum tidak tulen melalui elektrolisis (English).
■ Penyaduran elektrik logam
►
Untuk mengelakkan logam terkakis dan menjadikan logam kelihatn lebih menarik.
►
Logam penyadur dijadikan anod dan bahan yang ingin disadur dijadikan katod. Elektrolitnya ialah larutan akues yang mengadungi ion logam penyadur.
►
Contoh: Penyaduran kunci besi dengan kuprum
◉
Di anod, logam kuprum menjadi nipis.
Atom kuprum → ion kuprum + elektron
◉
Di katod, permukaan kunci disalut dengan lapisan kuprum coklat.
Ion kuprum + elektron → atom kuprum
◉
Akhirnya, logam kuprum terbentuk pada permukaan kunci besi.
►
Tujuan kaedah penyaduran elektrik logam:
◉
mengelakkan logam daripada terkakis (berkarat)
◉
menjadikan logam kelihatan lenih menarik
►
Video ini menunjukkan proses penyaduran elektrik logam ke atas paku besi.(English)
✍ Contoh latihan 5.5(a)
Isikan tempat kosong dengan jawapan yang tepat.
a)
__________Elektrolisis ialah proses penguraian elektrolit oleh elektrik
b)
__________Elektrod adalah rod yang mengendalikan arus elektrik.
b)
__________Anod adalah elektrod yang disambungkan kepada terminal positif bateri.
b)
__________Katod adalah elektrod yang disambungkan kepada terminal negatif bateri.
b)
__________Kation adalah ion bercas positif, manakala __________anion adalah ion bercas negatif.
✍ Contoh latihan 5.5(b)
Nyatakan hasil yang terbentuk di anod dan katod untuk elektrolisis berikut.
Hubungan antara Kedudukan Logam di dalam Siri Kereaktifan Logam dan Kaedah Pengekstrakan Logam
■ Kebanyakkan logam yang didapati di dalam kerak Bumi adalah bukan dalam bentuk tulen kerana logam boleh bertindak balas dengan unsur-unsur lain untuk membentuk sebatian.
■ Contoh bijih logam:
Bijih logam
Hematit
Bauksit
Kasiterit
Sphaletit
Komposisi
Besi oksida
Aluminium oksida
Timah oksida
Zink sulfat
■ Terdapat dua proses pengekstrakan logam daripada bijihnya.
►
Elektrolisis
►
Pemanasan bijih logam dengan karbon
■ Kaedah mengekstrak logam dari bijih logam bergantung pada kedudukan logam di dalam siri kereaktifan logam.
■ Logam yang berada di atas karbon adalah lebih reaktif berbanding karbon.
◉
Kalium
Electrolisis
Logam yang lebih reaktif daripada karbon dapat diekstrakkan dengan mengalirkan arus elektrik melalui leburan bijih melalui proses elektrolisis.
◉
Natrium
◉
Kalsium
◉
Magnesium
◉
Aluminium
■ Logam yang berada di bawah karbon adalah kurang reaktif berbanding karbon.
◉
Zink
Pemanasan bersama karbon
Logam yang kurang reaktif daripada karbon dapat diekstrak daripada bijihnya dengan memanaskannya bersama arang kok (karbon)
◉
Besi
◉
Timah
◉
Plumbum
◉
Kuprum
■ Perak dan emas wujud sebagai unsur-unsur tulen dalam kerak Bumi.
Pengekstrakan Logam daripada Bijihnya
■ Pengekstrakan logam daripada bijihnya menggunakan karbon
►
Dalam industri, bijih logam yang kurang reaktif daripada karbon dipanaskan bersama karbon untuk menapatkan logam tulen.
►
Karbon digunakan kerana murah dah senang diperolehi.
►
Logam yang boleh diekstrak dengan kaedah pemanasan karbon ialah zink, besi, timah dan plumbum.
■ Pengekstrakan bijih timah
►
Timah diperoleh daripada kerak Bumi dibasuh terlebih dahulu untung membuan kotoran dan bendasing.
►
Kemudian timah oksida dipanaskan untuk mengasingkan sulfur.
■ Pengekstrakan bijih timah di dalam relau bagas
Bijih timah dipanaskan dengan karbon (kok) dan batu kapur pada suhu yang tinggi didalam relau bagas (antara 1300°C - 1400°C).
Semasa pemanasan, karbon membebaskan oksigen daripada timah kerana kedudukannya dalam siri kereaktifan logam untuk menghasilkan timah tulen dan karbon dioksida.
Timah (IV) oksida karbon + → tin + karbon dioksida
Batu kapur ditambah untuk bertindak balas dengan kekotoran dalam bijih timah untuk menghasilkan sanga.
Sanga yang kurang tumpat akan terapung pada timah yang lebur. Produk ini dikumpulkan di bahagian bawah relau bagas.
Timah lebur dituang ke dalam acuan untuk membentuk jongkong timah.
■ Pengekstrakan besi
►
Bijih besi wijud dalam dua keadaan, iaitu hematit dan magnetit.
►
Bijih besi yang diperoleh daripada kerak Bumi diekstrak dengan memanaskan besi oksida bersama karbon dan batu kapur di dalam relau bagas pada suhu uang sangat tinggi.
►
Ketika proses pemanasan, karbon membebaskan oksigen daripada besi oksida kerana kedudukannya dalam siri kereaktidan logam untuk menghasilkan besi tulen dan karbon dioksida.
◉
Besi(IV) oksida + karbon → timah + karbon dioksida
►
Besi lebur dituang ke dalam bekas untuk membentuk jongkong besi.
►
Pada masa yang sama, batu kapur mengurai menjadi kapur mentah yang bertindak balas dengan bendasing untuk membentuk sanga.
■ Video ini menunjukkan proses pengekstrakan bijih
Kepentingan Siri Kereaktifan Logam
■ Kepentingan
►
Membolehkan kereaktifan logam untuk dibandingkan.
►
Membantu untuk meramalkan sama ada reaksi yang paling mungkin berlaku.
Contoh:
Aluminium bertindak balas dengan oksida besi. Oleh kerana kedudukan aluminium adalah di atas besi, maka aluminium adalah lebih reaktif daripada besi.
►
Memahami siri kereaktifan logam membantu kita dalam memilih kaedah pengekstrakan logam daripada bijihnya.
✍ Contoh latihan 5.4(a)
Nyatakan jenis bijih logam mengikut kaedah pengekstrakan yang betul.
Kaedah pengekstrakan
Electrolisis
Bijih aluminium Bijih magnesium
Pemanasan oksida logam dengan arang kok
Bijih timah Bijih plumbum
✍ Contoh latihan 5.4(b)
Isikan tempat kosong dengan jawapan yang tepat.
a)
__________Arang kok digunakan dalam relau bagas ketika pengekstrakan timah.
b)
Ketika proses pengekstrakan timah, __________batu kapur mengurai menjadi kapur mentah yang bertindak balas dengan bendasing untuk membentuk __________sanga.
Ringkasan Kereaktifan Logam
■ Ringkasan kereaktifan logam dengan air, asid dan oksigen.
Siri Kereaktifan Logam
■ Siri kereaktifan logam
►
Satu siri yang menunjukkan susunan kereaktifan logam dengan oksigen.
►
Logam yang cergas bertindak balas diletakkan di atas siri ini dengan tertib menurun.
►
Oleh itu kalium adalah logam yang paling reaktif dan emas adalah logam yang paling tidak reaktif.
►
Siri Kereaktifan logam:
Kedudukan Karbon Dalam Siri Keraktifan Logam
■ Karbon
►
Merupakan satu unsur bukan logam tetapi ia bertindak balas dengan oksigen berlebihan untuk membentuk karbon dioksida. Oleh itu karbon juga termasuk dalam siri kereaktifan logam.
■ Kedudukan karbon dalam siri keraktifan logam
►
Bandingkan daya tarikan terhadap oksigen dengan bahan-bahan lain.
►
Apabila karbon dipanaskan dengan oksida logam X, kereaktifan boleh ditentukan jika:
◉
logam X kehilangan oksigen dan api terang atau cahaya yang dilihat, ini menunjukkan bahawa karbon lebih reaktif daripada logam X
◉
logam X oksida mengekalkan oksigen dan tiada api atau cahaya yang dilihat, ini menunjukkan bahawa karbon adalah kurang reaktif daripada logam X.
Aktiviti Makmal 5.3.4: Kedudukan Karbon dalam Siri Kereaktifan Logam
Tujuan: Menkaji kedudukan karbon dalam siri kereaktifan logam
Penyata Masalah: Dimanakah kedudukan karbon dalam siri kereaktifan logam?
Hipotesis:Kedudukan karbon dalam siri kereaktifan logam adalah di antara aluminium dan zink.
Pemboleh ubah:
»
yang dimalarkan : Kuantiti karbon dan oksida logam
