Blok p: Metaloid, Halogen, dan Gas Mulia

Enam kolom di sisi kanan tabel periodik, golongan 13 hingga 18, membentuk blok p, tempat elektron terakhir memasuki orbital p. Blok s dan blok d hanya berisi logam, tetapi blok p berisi logam, metaloid, dan nonlogam berdampingan. Karbon, nitrogen, dan oksigen yang menyusun makhluk hidup, silikon untuk elektronika, dan argon di udara semuanya tinggal di sini, menjadikannya bagian tabel yang paling beragam.

Gambaran besar

Sifat-sifat di sepanjang blok p berubah ke dua arah.

• Dari kiri ke kanan: atom makin cenderung menangkap elektron daripada melepaskannya, sehingga sifat logam menurun dan sifat nonlogam meningkat.
• Dari atas ke bawah: atom makin besar dan makin mudah melepaskan elektron terluarnya, sehingga sifat logam meningkat.

Itulah sebabnya bagian kiri bawah blok p (aluminium, timah, timbal, bismut) bersifat logam, bagian kanan atas (nitrogen, oksigen, fluorin) bersifat nonlogam, dan sebuah pita diagonal metaloid membentang di antaranya dari boron turun ke arah astatin.

Jumlah elektron kulit terluar mengikuti nomor golongan: tiga di golongan 13 (s²p¹), empat di golongan 14, lima di golongan 15, enam di golongan 16, tujuh di golongan 17, dan delapan di golongan 18 (helium memiliki dua).

Golongan 13: golongan boron

Boron adalah metaloid; aluminium, galium, indium, dan talium adalah logam. Aluminium adalah logam paling melimpah di kerak Bumi. Logam ini ringan, dan lapisan oksida yang tipis dan rapat melindunginya dari korosi. Galium meleleh pada sekitar 30 °C, cukup rendah untuk meleleh di tangan Anda, dan galium nitrida adalah bahan kunci LED biru. Indium dipakai dalam indium timah oksida, penghantar transparan pada layar sentuh.

Makin ke bawah golongan 13, bilangan oksidasi +1 makin stabil dibanding +3, dan talium umumnya membentuk senyawa +1. Hal ini terjadi karena pada atom berat, pasangan elektron s terluar enggan ikut dalam ikatan, efek yang dikenal sebagai efek pasangan inert.

Golongan 14: golongan karbon

Karbon adalah nonlogam, silikon dan germanium adalah metaloid, serta timah dan timbal adalah logam. Ini salah satu contoh paling jelas satu golongan yang mencakup seluruh rentang dari nonlogam hingga logam.

Karbon dapat berikatan dengan dirinya sendiri membentuk rantai dan cincin panjang, menjadi tulang punggung jutaan senyawa organik. Bergantung pada cara atom-atomnya terhubung, karbon murni dapat berupa intan, grafit, grafena, atau fulerena, alotrop-alotrop dengan sifat yang sangat berbeda. Silikon adalah unsur paling melimpah kedua di kerak Bumi setelah oksigen, sebagian besar berupa silikon dioksida dalam pasir dan batuan. Kristal silikon berkemurnian sangat tinggi menjadi fondasi cip komputer dan sel surya. Timbal, karena efek pasangan inert, lebih stabil dalam keadaan +2.

Golongan 15: golongan nitrogen

Nitrogen menyusun sekitar 78 persen volume udara, tetapi kedua atom dalam molekul N₂ diikat oleh ikatan rangkap tiga yang begitu kuat sehingga gas ini cukup tidak reaktif. Fosforus memiliki beberapa alotrop, termasuk fosforus putih, merah, dan hitam; fosforus putih cukup reaktif untuk menyala sendiri di udara. Nitrogen dan fosforus esensial bagi DNA dan ATP serta menjadi hara utama dalam pupuk. Arsen dan antimon adalah metaloid dan bismut adalah logam. Arsen terkenal sebagai racun tetapi juga terdapat dalam bahan elektronik seperti galium arsenida.

Golongan 16: golongan oksigen (kalkogen)

Oksigen adalah unsur paling melimpah berdasarkan massa, baik di kerak Bumi maupun di tubuh manusia. Selain O₂, oksigen membentuk ozon, O₃, yang menyerap sinar ultraviolet di stratosfer. Belerang adalah padatan kuning yang ditemukan di sekitar gunung api dan menjadi bahan baku asam sulfat. Selenium dan telurium menunjukkan perilaku semilogam, dan polonium adalah logam radioaktif. Nama golongan ini, kalkogen, berasal dari kata Yunani yang berarti "pembentuk bijih".

Golongan 17: halogen

Fluorin, klorin, bromin, iodin, astatin, dan tenesin membentuk golongan 17. "Halogen" berarti "pembentuk garam", karena unsur-unsur ini mudah bergabung dengan logam membentuk garam seperti natrium klorida.

Atom halogen memiliki tujuh elektron terluar dan hanya memerlukan satu lagi untuk mencapai susunan stabil gas mulia, sehingga menarik elektron dengan kuat. Penampilan unsur-unsurnya berubah teratur makin ke bawah golongan.

Molekulnya makin besar ke bawah golongan, sehingga gaya antarmolekul makin kuat dan titik leleh serta titik didihnya naik.

Kereaktifan meningkat ke arah atas. Fluorin memiliki keelektronegatifan tertinggi di antara semua unsur dan bereaksi hebat bahkan dengan kaca dan air. Reaksi pendesakan menunjukkan urutannya dengan jelas. Mengalirkan klorin melalui larutan kalium bromida melepaskan bromin, dan larutannya berubah jingga:

Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂

Bromin tidak dapat mendesak klorida ke arah sebaliknya. Urutan F > Cl > Br > I mencerminkan seberapa kuat setiap unsur menarik elektron tambahan.

Halogen ada di sekeliling kita: klorin mendisinfeksi air keran dan kolam renang, fluorida dalam pasta gigi membantu mencegah gigi berlubang, dan iodin dipakai sebagai antiseptik serta diperlukan untuk hormon tiroid. Namun gas dan cairan unsur halogennya sendiri beracun dan korosif.

Golongan 18: gas mulia

Helium, neon, argon, kripton, xenon, radon, dan oganeson membentuk golongan 18. Kulit terluarnya penuh, dan lama diyakini sama sekali tidak membentuk senyawa; unsur-unsur ini dulu sering disebut "gas inert".

Keyakinan itu berakhir pada 1962. Neil Bartlett, kimiawan Inggris yang bekerja di Kanada, mendapati bahwa platina heksafluorida (PtF₆) adalah oksidator yang cukup kuat untuk merenggut elektron dari molekul oksigen. Menyadari bahwa energi ionisasi pertama xenon hampir sama dengan O₂, ia mereaksikan xenon dengan PtF₆ dan memperoleh padatan kuning jingga, senyawa gas mulia yang pertama. Pada tahun yang sama tim lain membuat xenon tetrafluorida (XeF₄) langsung dari xenon dan fluorin. Banyak senyawa xenon lain menyusul, termasuk XeF₂, XeF₆, dan oksida XeO₃, dan kripton kemudian terbukti membentuk senyawa seperti KrF₂.

Gas mulia yang lebih berat memiliki atom yang lebih besar dengan elektron terluar yang lebih jauh dari inti, sehingga energi ionisasinya lebih rendah dan pembentukan senyawa menjadi mungkin. Tidak ada senyawa netral helium atau neon yang stabil yang diketahui. Sejak penemuan-penemuan ini, golongan ini disebut "mulia" (sangat tidak reaktif) alih-alih "inert" (sama sekali tidak reaktif).

Kegunaannya semua memanfaatkan kereaktifan yang rendah itu:

• Helium: balon dan kapal udara, serta pendingin magnet superkonduktor pada pemindai MRI.
• Neon: pendar merah-jingga papan reklame neon.
• Argon: gas pelindung untuk pengelasan dan gas pengisi bola lampu pijar. Dengan kadar sekitar 0,93 persen udara, argon adalah gas mulia yang paling umum.
• Kripton dan xenon: lampu intensitas tinggi, sebagian lampu depan mobil, dan propelan mesin ion wahana antariksa.
• Radon: gas radioaktif yang merembes dari tanah dan batuan serta dapat menumpuk di ruang bawah tanah, meningkatkan risiko kanker paru-paru.

Menengok kembali metaloid

Metaloid blok p, yaitu boron, silikon, germanium, arsen, antimon, dan telurium, memadukan sifat logam dan nonlogam. Yang terpenting, daya hantar listriknya sangat bergantung pada suhu dan pada pengotor dalam jumlah yang sangat kecil. Menambahkan sedikit fosforus pada silikon menghasilkan semikonduktor tipe-n dengan kelebihan elektron; menambahkan boron menghasilkan semikonduktor tipe-p dengan kekurangan elektron. Teknik ini, mendoping unsur golongan 14 dengan atom golongan 13 atau golongan 15, menjadi dasar setiap perangkat elektronik modern. Nomor golongan di tabel periodik langsung terpetakan ke kaidah rancangan rekayasa semikonduktor.