Gas Mulia

Gas mulia adalah unsur-unsur golongan VIIIA (18) dalam tabel periodik. Disebut mulia karena unsur-unsur ini sangat stabil (sangat sukar bereaksi). Tidak ditemukan satupun senyawa alami dari gas mulia. Menurut Lewis, kestabilan gas mulia tersebut disebabkan konfigurasi elektronnya yang terisi penuh, yaitu konfigurasi oktet (duplet untuk Helium). Kestabilan gas mulia dicerminkan oleh energi ionisasinya yang sangat besar, dan afinitas elektronnya yang sangat rendah (bertanda positif). Para ahli zaman dahulu yakin bahwa unsur-unsur gas mulia benar-benar inert. Pendapat ini dipatahkan, setelah pada tahun 1962, Neil Bartlett, seorang ahli kimia dari Kanada berhasil membuat senyawa xenon, yaitu XePtF₆. Sejak itu, berbagai senyawa gas mulia berhasil dibuat.Gas mulia adalah gas yang mempunyai sifat lengai, tidak reaktif, dan susah bereaksi dengan bahan kimia lain. Gas mulia banyak digunakan dalam sektor . unsur-unsur yang terdapat dalam gas mulia yaitu Helium (He), Neon (Ne), Argon(Ar), Kripton(Kr), Xenon (Xe), Radon (Rn). Gas-gas ini pun sangat sedikit kandungannya di bumi. dalam udara kering maka akan ditemukan kandungan gas mulia sebagai berikut :

Asal usul nama unsur gas mulia:
- Helium → Helios (Yunani) : matahari
- Argon → Argos (Yunani) : malas
- Neon → Neos (Yunani) : baru
- Kripton → Kriptos (Yunani) : tersembunyi
- Xenon → Xenos (Yunani) : asing
- Radon → Radium

Helium = 0,00052 %
Neon = 0,00182 %
Argon = 0,934 %
Kripton = 0,00011 %
Xenon = 0,000008
Radon = Radioaktif*

Tapi di alam semesta kandungan Helium paling banyak diantara gas mulia yang lain karena Helium meupakan bahan bakar dari matahari.

Sejarah

Sejarah gas mulia awal dari penemuan Cavendish pada tahun 1785. Cavendish menemukan sebagian kecil bagian udara (kurang dari 1/200 bagian) sama sekali tidak bereaksi walaupun sudah melibatkan gas-gas atmosfer.

Pada tahun 1894, seorang ahli kimia Inggris bernama Lord Raleigh dan Sir William Ramsay mengidentifikasi zat baru yang terdapat dalam udara. Sampel udara yang sudah diketahui mengandung nitrogen, oksigen, dan karbon dioksida dipisahkan. Ternyata dari hasil pemisahan tersebut, masih tersisa suatu gas yang tidak reaktif (inert). Gas tersebut tidak dapat bereaksi dengan zat-zat lain sehingga dinamakan argon (dari bahasa Yunani argos yang berarti malas). Empat tahun kemudian Ramsay menemukan unsur baru lagi, yaitu dari hasil pemanasan mineral kleverit. Dari mineral tersebut terpancar sinar alfa yang merupakan spektrum gas baru. Spektrum gas tersebut serupa dengan garis-garis tertentu dalam spektrum matahari. Untuk itu, diberi nama helium (dari bahasa Yunani helios berarti matahari).

Nama Helium sendiri merupakan saran dari Lockyer dan Frankland. Pada saat ditemukan, kedua unsur ini tidak dapat dikelompokkan ke dalam golongan unsur-unsur yang sudah oleh Mendeleyev karena memiliki sifat berbeda. Kemudian Ramsey mengusulkan agar unsur tersebut ditempatkan pada suatu golongan tersendiri, yaitu terletak antara golongan halogen dan golongan alkali. Untuk melengkapi unsur-unsur dalam golongan tersebut, pada tahun 1898 Ramsey dan Travers terus melakukan penelitian dan akhirnya menemukan lagi unsur-unsur lainnya, yaitu neon (ditemukan dengan cara mencairkan udara dan melakukan pemisahan dari gas lain dengan penyulingan bertingkat), kripton, dan xenon (ditemukan dalam residu yang tersisa setelah udara cair hampir menguap semua / hasil destilasi udara cair). Pada tahun 1900 Radon ditemukan oleh Friedrich Ernst Dorn, yang menyebutnya sebagai pancaran radium. William Ramsay dan Robert Whytlaw-Gray menyebutnya sebagai niton serta menentukan kerapatannya sehingga mereka menemukan Radon adalah zat yang paling berat di masanya (sampai sekarang). Nama Radon sendiri baru dikenal pada tahun 1923.  Radon amat sedikit jumlahnya di atmosfer atau udara. Dan sekalipun ditemukan akan cepat berubah menjadi unsur lain, karena radon bersifat radioaktif. unsur gas mulia terbanyak di alam semesta adalah helium (pada bintang-bintang) karena Helium merupakan bahan bakar dari matahari.

Pada masa itu, golongan tersebut merupakan kelompok unsur-unsur yang tidak bereaksi dengan unsur-unsur lain (inert) dan diberi nama golongan unsur gas mulia. Di tahun 1898, Huge Erdmann mengambil nama Gas Mulia (Noble Gas) dari bahasa Jerman Edelgas untuk menyatakan tingkat kereaktifan Gas Mulia yang sangat rendah. Nama Noble dianalogikan dari Noble Metal (Logam Mulia), emas, yang dihubungkan dengan kekayaan dan kemuliaan.

Para ahli zaman dahulu yakin bahwa unsur-unsur gas mulia benar-benar inert. Pendapat ini dipatahkan, setelah pada tahun 1962, Neil Bartlett, seorang ahli kimia dari Kanada berhasil membuat senyawa xenon, yaitu XePtF₆. Sejak itu, berbagai senyawa gas mulia berhasil dibuat. Dan akhirnya istilah untuk menyebut zat-zat telah berganti. Yang awalnya disebut gas inert (lembam) telah berganti menjadi gas mulia yang berarti stabil atau sukar bereaksi. Senyawa gas mulia yang ditemukan pertama kali adalah XePtF₆.

Sifat-Sifat Halogen

Sifat Atomik 

A. Jari-Jari Atom

Dalam satu golongan, jari-jari atom unsur-unsur gas mulia dari atas ke bawah semakin besar karena meskipun muatan inti bertambah positif, namun jumlah kulit semakin banyak. Keadaan ini menyebabkan gaya tarik menarik inti terhadap elektron semakin lemah, akibatnya jari-jari atom bertambah besar.  

B. Energi Ionisasi

Energi Ionisasi unsur-unsur golongan gas mulia dari atas ke bawah cenderung semakin kecil. Hal ini dikarenakan meski muatan inti bertambah positif, namun jari-jari atom bertambah besar. Keadaan ini menyebabkan gaya tarik menarik inti terhadap elektron terluar semakin lemah sehingga energi ionisasi semakin berkurang  

C. Keelektronegatifan

Nilai keelektronegatifan He, Ne, dan Ar tidak ada, sedangkan nilai keelektronegatifan berkurang dari Kr ke Rn   

D. Bilangan Oksidasi

Nilai bilangan oksidasi He, Ne dan Ar adalah nol, sedangkan Kr, Xe, dan Rn memiliki beberapa bilangan oksidasi  

Sifat Fisis

Selain memiliki karakteristik yang khas pada sifat atomik, gas mulia juga memiliki karakteristik yang khas untuk sifat fisisnya. Beberapa sifat fisis gas mulia dirangkum dalam tabel di bawah ini 

	Helium	Neon	Argon	Kripton	Xenon	Radon
Nomor atom	2	10	18	32	54	86
Elektron valensi	2	8	8	8	8	8
Jari-jari atom(Ǻ)	0,50	0,65	0,95	1,10	1,30	1,45
Massa atom (gram/mol)	4,0026	20,1797	39,348	83,8	131,29	222
Massa jenis (kg/m3)	0.1785	0,9	1,784	3,75	5,9	9,73
Titik didih (0C)	-268,8	-245,8	-185,7	-153	-108	-62
Titikleleh (0C)	-272,2	-248,4	189,1	-157	-112	-71
Bilangan oksidasi	0	0	0	0;2	0;2;4;6	0;4
Keelekronegatifan	-	-	-	3,1	2,4	2,1
Entalpi peleburan (kJ/mol)	*	0,332	1,19	1,64	2,30	2,89
Entalpi penguapan (kJ/mol)	0,0845	1,73	6,45	9,03	12,64	16,4
Afinitas elektron (kJ/mol)	21	29	35	39	41	41
Energi ionisasi (kJ/mol)	2640	2080	1520	1350	1170	1040

*= Helium dipadatkan dengan cara menaikkan tekanan bukan menurunkan suhu.

Dari data di atas, kita dapat melihat adanya keteraturan berikut :

A. Kerapatan bertambah dari He ke Rn

Nilai kerapatan gas mulia dipengaruhi oleh massa atom, jari-jari atom, dan gaya London. Nilai kerapatan semakin besar dengan pertambahan masa atom dan kekuatan gaya London, dan sebaliknya semakin kecil dengan pertambahan jari-jari atom. Karena nilai kerapatan gas mulia bertambah dari He ke Rn, maka kenaikan nilai massa atom dan kekuatan gaya London dari He ke Rn lebih dominan dibandingkan kenaikan jari-jari atom.  

B. Titik leleh dan titik didih bertambah dari He ke Rn

Hal ini dikarenakan kekuatan gaya London bertambah dari He ke Rn sehingga atom-atom gas mulia semakin sulit lepas. Dibutuhkan energi, dalam hal ini suhu yang semakin besar untuk mengatasi gaya London yang semakin kuat.  

  

C. Daya hantar panas berkurang dari He ke Rn

Hal ini dikarenakan kekuatan gaya London bertambah dari He ke Rn. Dengan kata lain, partikel relatif semakin sulit bergerak sehingga energi, dalam hal ini panas, akan semakin sulit pula untuk ditransfer.  

Konfigurasi elektron gas mulia

Unsur	Nomor Atom	Konfigurasi Elektron
He	2	1s2
Ne	10	[He] 2s2 2p6
Ar	18	[Ne] 3s2 3p6
Kr	36	[Ar] 4s2 3d10 4p6
Xe	54	[Kr] 5s2 4d10 5p6
Rn	86	[Xe] 6s2 5d10 6p6

Karena konfigurasi elektronnya yang stabil gas mulia juga biasa digunakan untuk penyingkatan konfigurasi elektron bagi unsur lain.

contoh :

Br = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁵

menjadi

Br = [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁵

Dua elektron dari He membuat subkulit s menjadi penuh dan unsur-unsur gas mulia yang lain pada kulit terluarnya terdapat 8 elektron karena kulit terluarnya telah penuh maka gas mulia bersifat stabil dan tidak reaktif. Jadi afinitas elektronnya mendekati nol.

Sifat Kimia

Gas Mulia	Reaksi	Nama senyawa yang terbentuk	Cara peraksian
Ar(Argon)	Ar(s) + HF → HArF	Argonhidroflourida	Senyawa ini dihasilkan oleh fotolisis dan matriks Ar padat dan stabil pada suhu rendah
Kr(Kripton)	Kr(s) + F2 (s) → KrF2 (s)	Kripton flourida	Reaksi ini dihasilkan dengan cara mendinginkan Kr dan F2pada suhu -196 0C lalu diberi loncatan muatan listrik atau sinar X
Xe(Xenon)	Xe(g) + F2(g) → XeF2(s) Xe(g) + 2F2(g) → XeF4(s) Xe(g) + 3F2(g)→ XeF6(s) XeF6(s) + 3H2O(l) → XeO3(s) + 6HF(aq)6XeF4(s) + 12H2O(l) → 2XeO3(s) + 4Xe(g) + 3O(2)(g) + 24HF(aq)	Xenon flourida Xenon oksida	XeF2 dan XeF4 dapat diperoleh dari pemanasan Xe dan F2pada tekanan6 atm, jika umlah peraksi F2 lebih besar maka akan diperoleh XeF6 XeO4 dibuat dari reaksi disproporsionasi(reaksi dimana unsur pereaksi yang sama sebagian teroksidasi dan sebagian lagi tereduksi) yang kompleks dari larutan XeO3 yang bersifat alkain
Rn(Radon)	Rn(g) + F2(g) → RnF	Radon flourida	Bereaksi secara spontan.

Unsur-unsur gas mulia

1. Helium (He)

Helium (He) adalah unsur kimia yang tak berwarna, tak berbau, tak berasa, tak beracun, hampir inert, monatomik, dan merupakan unsur pertama pada seri gas mulia dalam tabel periodik dan memiliki nomor atom 2. Di Mars hanya sedikit Helium. Titik didih dan titik leburnya merupakan yang terendah dari unsur-unsur lain dan ia hanya ada dalam bentuk gas kecuali dalam kondisi "ekstrem". Kondisi ekstrem juga diperlukan untuk menciptakan sedikit senyawa helium, yang semuanya tidak stabil pada suhu dan tekanan standar. Helium memiliki isotop stabil kedua yang langka yang disebut helium-3. Sifat dari cairan varitas helium-4; helium I dan helium II; penting bagi para periset yang mempelajari mekanika kuantum (khususnya dalam fenomena superfluiditas) dan bagi mereka yang mencari efek mendekati suhu nol absolut yang dimiliki benda (seperti superkonduktivitas).

Helium adalah unsur kedua terbanyak dan teringan di jagad raya dan salah satu unsur yang diciptakan pada saat nukleosintesis Big Bang. Dalam Jagad Raya modern hampir seluruh helium baru diciptakan dalam proses fusi nuklir hidrogen di dalam bintang. Di Bumi, unsur ini diciptakan oleh peluruhan radioaktif dari unsur yang lebih berat (partikel alfa adalah nukleus helium). Setelah penciptaannya, sebagian darinya terkandung di udara (gas alami) dalam konsentrasi sampai 7% volume. Helium dimurnikan dari udara oleh proses pemisahan suhu rendah yang disebut distilasi fraksional.

Pada 1868, astronom Perancis Pierre Jules César Janssen mendeteksi pertama kali helium sebagai signatur garis spektral kuning yang tak diketahui dari cahaya dari gerhana matahari. Sejak itu kandungan helium besar banyak ditemukan di ladang gas alam di Amerika Serikat, yang merupakan penyedia gas terbesar. Helium digunakan dalam kriogenik, sistem pernafasan laut dalam, untuk mendinginkan magnet superkonduktor, dalam "penanggalan helium", untuk pengembangan balon, untuk mengangkat kapal udara dan sebagai gas pelindung untuk penggunaan industri (seperti "pengelasan busar") dan penumbuhan wafer silikon). Menghirup sejumlah kecil gas ini akan menyebabkan perubahan sementara kualitas suara seseorang.

2. Neon (Ne)

Neon (Ne) adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Ne dan nomor atom 10. Neon termasuk kelompok gas mulia yang tak berwarna dan lembam (inert). Unsur Ne ditemukan pertama kali oleh William Ramsay dan Morris William Travers tahun 1898 di Inggris.

3. Argon (Ar)

Argon (Ar) tidak berwarna dan tidak berbau, baik dalam bentuk gas maupun cairan. Argon dipandang sebagai gas yang sangat inert dan diketahui tidak dapat membentuk campuran kimia. Unsur Ar ditemukan pertama kali oleh Lord Rayleigh dan William Ramsey pada tahun 1894 di Scoutlandia.

4. Kripton (Kr)

Kripton (Kr) adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Kr dan nomor atom 36. Sebuah warna, tanpa bau, dan sering digunakan dengan gas langka lain di lampu pijar. Gas krypton ditemukan pertama kali oleh sir William Ramsey dan Morris William Travers tahun 1898 di Inggris.

5. Xenon (Xe)
Sejarah

Ditemukan pada tahun 1898 oleh Ramsay dan Travers dalam residu yang tersisa setelah menguapkan udara cair. Xenon adalah anggota gas mulia atau gas inert. Terdapat di atmosfer kita dengan kandungan satu bagian per dua puluh juta bagian atmosfer. Xenon terdapat dalam atmosfer Mars dengan kandungan 0.08 ppm. Unsur ini ditemukan dalam bentuk gas, yang dilepaskan dari mineral mata air tertentu, dan dihasilkan secara komersial dengan ekstraksi udara cair.

Isotop

Xenon di alam terdiri dari sembilan isotop stabil. Ada pula 20 isotop tidak stabil yang telah dikenali. Sebelum tahun 1962, diasumsikan bahwa xenon dan gas mulia lainnya tidak dapat membentuk senyawa. Beberapa tahun terakhir telah ditemukan bahwa xenon, seperti halnya unsur gas mulia lainnya, memang membentuk senyawa. Di antara senyawa xenon tersebut adalah natriun perxenat, xenon deuterat, xenon hidrat, difluorida, tetrafluorida dan heka fluorida. Xenon trioksida, yang sangat eksplosif, sudah dapat dibuat. Lebih dari 80 senyawa xenon telah dibuat dengan xenon yang terikat secara kimiawi dengan fluor dan oksigen. Beberapa senyawa xenon memiliki warna. Senyawa Xenon dengan logam  telah dihasilkan dengan menggunakan tekanan ratusan kilobar.  Xenon dalam tabung vakum menghasilkan kilau biru yang indah ketika dieksitasi dalam pelepasan muatan listrik.

Kegunaan

Gas ini digunakan dalam pembuatan tabung elektron, lampu stoboskopik (lampu neon yang berkedip dengan frekuensi tertentu), lampu bakterisida, dan lampu yang digunakan untuk mengeluarkan laser rubi yang menghasilkan sinar yang koheren. Xenon digunakan dalam medan energi nuklir dalam bejana ggelembung udara, probe, dan penerapan lainnya di mana dibutuhkan bobot atom tinggi. Senyawaa perxenate digunakan kimia analisis sebagai zat oksidator. ¹³³Xe dan ¹³⁵Xe dihasilkan oleh iradiasi neutron dalam reaktor nuklir dingin. ¹³³Xe memiliki banyak kegunaan sebaai isotop. Unsur ini tersedia dalam kontainer gas dalam kaca bersegel dengan tekanan standar. Xenon tidak beracun tapi senyawanya sangat beracun karena sifat oksidatornya yang sangat kuat.

6. Radon (Rn)

Radon (Rn) adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Rn dan nomor atom 86. Radon juga termasuk dalam kelompok gas mulia dan beradioaktif. Radon juga gas yang paling berat dan berbahaya bagi kesehatan. Pada suhu dan tekanan ruang, radon tidak berwarna tetapi apabila didinginkan hingga membeku, radon akan berwarna kuning, sedangkan radon cair berwarna merah jingga. Radon ditemukan pada tahun 1900 oleh Friedrich Ernst Dorn di German, yang menggelarnya sebagai pancaran radium.

Senyawa-Senyawa Gas Mulia

Pembentukan senyawa gas mulia

Gas Mulia adalah gas yang sudah memiliki 8 elektron valensi dan memiliki kestabilan yang tinggi. Tetapi gas mulia pun masih dapat bereaksi dengan atom lain. Karena sebenarnya tidak semua sub kuit pada gas mulia terisi penuh.

Contoh:
Ar : [Ne] 3s² 3p⁶

Sebenarnya atom Ar masih memiliki 1 Sub kulit yang masih kosong yaitu sub kulit d jadi masih bisa diisi oleh atom-atom lain.

Ar : [Ne] 3s² 3p⁶ 3d⁰

Sampai dengan tahun 1962, para ahli masih yakin bahwa unsur-unsur gas mulia tidak bereaksi. Kemudian seorang ahli kimia kanada bernama Neil Bartlet berhasil membuat persenyawaan yang stabil antara unsur gas mulia dan unsur lain, yaitu XePtF₆.

Keberhasilan ini didasarkan pada reaksi:

PtF₆ + O₂ → (O₂)+ (PtF₆)^-

PtF6 ini bersifat oksidator kuat. Molekul oksigen memiliki harga energi ionisasi 1165 kJ/mol, harga energi ionisasi ini mendekati harga energi ionisasi unsur gas mulia Xe = 1170 kJ/mol.

Atas dasar data tersebut, maka untuk pertama kalinya Bartlet mencoba mereaksikan Xe dengan PtF6 dan ternyata menghasilkan senyawa yang stabil sesuai dengan persamaan reaksi:

Xe + PtF₆ → Xe+(PtF₆)^-

Setelah berhasil membentuk senyawa XePtF₆, maka gugurlah anggapan bahwa gas mulia tidak dapat bereaksi. Kemudian para ahli lainnya mencoba melakukan penelitian dengan mereaksikan xenon dengan zat-zat oksidator kuat, diantaranya langsung dengan gas flourin dan menghasilkan senyawa XeF₂, XeF₄, dan XeF₆.

Reaksi gas mulia lainnya, yaitu krypton menghasilkan senyawa KrF₂. Radon dapat bereaksi langsung dengan F₂ dan menghasilkan RnF₂. Hanya saja senyawa KrF₂ dan RnF₂ bersifat (tidak stabil).

Beberapa senyawaan Xenon

Tingkat Oksidasi	Senyawaan	Bentuk	Titik Didih (˚C)	Struktur	Tanda-tanda
II IV	XeF2 XeF4	Kristal tak berwarna Kristal tak berwarna	129 117	Linear Segi-4	Terhidrolisis menjadi Xe + O2; sangat larut dalam HF Stabil
VI	XeF6 Cs2XeF8 XeOF4 XeO3	Kristal tak berwarna Padatan kuning Cairan tak berwarna Kristal tak berwarna	49,6 -46	Oktahedral terdistorsi Archim. Antiprisma Piramid segi-4 Piramidal	Stabil Stabil pada 400˚ Stabil Mudah meledak, higroskopik; stabil dalam larutan
VIII	XeO4 XeO6 4-	Gas tak berwarna Garam tak berwarna		Tetrahedral Oktahedral	Mudah meledak Anion- anion HXeO63-, H2XeO62-, H3XeO6- ada juga

Senyawa gas mulia He dan Ne sampai saat ini belum dapat dibuat mungkin karena tingkat kestabilannya yang sangat besar. Gas-gas ini pun sangat sedikit kandungannya di bumi. dalam udara kering maka akan ditemukan kandungan gas mulia sebagai berikut : Helium = 0,00052 %; Neon = 0,00182 %; Argon = 0,934 %; Kripton = 0,00011 %; Xenon = 0,000008; Radon = Radioaktif*

Contoh Reaksi dan cara pereaksian pada gas mulia

Gas Mulia	Reaksi	Nama senyawa yang terbentuk	Cara peraksian
Ar(Argon)	Ar(s) + HF → HArF	Argonhidroflourida	Senyawa ini dihasilkan oleh fotolisis dan matriks Ar padat dan stabil pada suhu rendah
Kr(Kripton)	Kr(s) + F2 (s) → KrF2 (s)	Kripton flourida	Reaksi ini dihasilkan dengan cara mendinginkan Kr dan F2pada suhu -196 0C lalu diberi loncatan muatan listrik atau sinar X
Xe(Xenon)	Xe(g) + F2(g) → XeF2(s) Xe(g) + 2F2(g) → XeF4(s) Xe(g) + 3F2(g)→ XeF6(s) XeF6(s) + 3H2O(l) → XeO3(s) +6HF(aq) 6XeF4(s) + 12H2O(l) → 2XeO3(s) + 4Xe(g) + 3O(2)(g) + 24HF(aq)	Xenon flourida Xenon oksida	XeF2 dan XeF4 dapat diperoleh dari pemanasan Xe dan F2pada tekanan6 atm, jika umlah peraksi F2 lebih besar maka akan diperoleh XeF6 XeO4 dibuat dari reaksi disproporsionasi(reaksi dimana unsur pereaksi yang sama sebagian teroksidasi dan sebagian lagi tereduksi) yang kompleks dari larutan XeO3 yang bersifat alkain
Rn(Radon)	Rn(g) + F2(g) → RnF	Radon flourida	Bereaksi secara spontan.

Fluorida XeF₂, XeF₄, dan XeF₆ diperoleh dengan mereaksikan xenon dengan flouor dalam kuantitas yang makin bertambah. Dalam senyawa-senyawa ini, xenon mempunyai bilangan oksidasi genap +2, +4, dan +6, yang khas bagi kebanyakan senyawaan xenon. Fluorida-fluorida adalah lahan permulaan untuk mensintesis senyawaan xenon lainnya.

Satu-satunya produk yang diperoleh bila krypton bereaksi dengan fluor adalah difluoridanya, KrF₂. Tak dikenal lain-lain keadaan oksidasi selain +2. Dari kira-kira selusin senyawaan krypton yang dikenal, semuanya merupakan garam kompleks yang diturunkan dari KrF₂. Karena radon bersifat radioaktif dan mempunyai waktu paruh empat hari, kekimiawiannya sukar dipelajari. Namun, eksistensi radon fluorida, baik yang mudah menguap maupun yang tak mudah menguap, telah didemonstrasikan.

Keberadaan di alam

Gas Mulia di Alam

Komposisi Gas Mulia dalam udara kering

Sifatnya yang tidak reaktif ini menyebabkan gas mulia ditemukan di alam sebagai atom tunggal atau monoatomik. Sumber utama gas mulia adalah udara, kecuali untuk He dan Rn. He lebih banyak ditemukan di gas alam, sementara Rn berasal dari peluruhan panjang unsur radioaktif unsur uranium dan peluruhan langsung radium. Jumlahnya yang sangat sedikit di atmosfer atau di udara membuat gas mulia disebut juga dengan gas jarang.  

Ekstraksi Gas Mulia 

Gas mulia di alam berada dalam bentuk monoatomik kerena bersifat tidak reaktif. Oleh karena itu, ekstraksi gas mulia umumnya menggunakan pemisahan secara fisis. Perkecualian adalah radon yang diperoleh dari peluruhan unsur radioaktif.

1. Ekstraksi He dari gas alam  

Gas alam mengandung hidrokarbon dan zat seperti CO2, uap air, He, dan pengotor lainnya. Untuk mengekstraksi He dari gas alam, digunakan proses pengembunan (liquefaction). Pada tahap awal, CO2¬ dan uap air terlebih dahulu dipisahkan (Hal ini karena pada proses pengembunan, CO2¬ dan uap air dapat membentuk padatan yang menyebabkan penyumbatan pipa). Kemudian, gas alam diembunkan pada suhu di bawah suhu pengembunan hidrokarbon tetapi di atas suhu pengembunan He. Dengan demikian, diperoleh produk berupa campuran gas yang mengandung 50% He, N2, dan pengotor lainnya. Selanjutnya, He dimurnikan dengan proses antara lain: 

• Proses kriogenik (kriogenik artinya menghasilkan dingin). Campuran gas diberi tekanan, lalu didinginkan dengan cepat agar N2 mengembun sehingga dapat dipisahkan, sisa campuran dilewatkan melalui arang teraktivasi yang akan menyerap pengotor sehingga diperoleh He yang sangat murni.
• Proses adsorpsi. Campuran gas dilewatkan melalui bahan penyerap (adsorbent bed) yang secara selektif menyerap pengotor. Proses ini menghasilkan He dengan kemurnian 99,997% atau lebih.  

2. Ekstraksi He, Ne, Ar, Kr, dan Xe dari udara 

Proses yang digunakan disebut teknologi pemisahan udara. Pada tahap awal, CO2 dan uap air dipisahkan terlebih dahulu. Kemudian, udara diembunkan dengan pemberian tekanan 200 atm diikuti pendinginan cepat. Sebagian besar udara akan membentuk fase cair dengan kandungan gas yang lebih banyak, yakni 60% gas mulia (Ar, Kr, Xe) dan sisanya 30% dan 10% N2. Sisa udara yang mengandung He dan Ne tidak mengembun karena titik didih kedua gas tersebut sangat rendah. Selanjutnya, Ar, Kr, dan Xe dalam udara cair dipisahkan menggunakan proses, antara lain: 

• Proses adsorpsi. Pertama, O2 dam N2 dipisahkan terlebih dahulu menggunakan reaksi kimia. O¬2 direaksikan dengan Cu panas. Lalu N2 direaksikan dengan Mg. sisa campuran (A, Xe, dan Kr) kemudian akan diadsorpsi oleh arang teraktivasi. Sewaktu arang dipanaskan perlahan, pada kisaran suhu tertentu setiap gas akan terdesorpsi atau keluar dari arang. Air diperoleh pada suhu sekitar -80 , sementara Kr dan Xe pada suhu yang lebih tinggi.
• Proses distilasi fraksional menggunakan kolom distilasi fraksional bertekanan tinggi. Prinsip pemisahan adalah perbedaan titik didih zat. Karena titik didih N2 paling rendah, maka N2 terlebih dahulu dipisahkan. Selanjutnya, Ar dan O2¬ dipisahkan. Fraksi berkadar 10% Air ini lalu dilewatkan melalui kolom distilasi terpisah dimana diperoleh Ar dengan kemurinian 98% (Ar dengan kemurnian 99,9995% masih dapat diperoleh dengan proses lebih lanjut). Sisa gas, yakni Xe dan Kr, dipisahkan pada tahapan distilasi selanjutnya. 

Kelimpahan di Alam

Semua unsur gas mulia terdapat di udara, kecuali radon yang merupakan unsur radioaktif. Unsur gas mulia yang paling banyak terdapat di udara adalah argon yang merupakan komponen ketiga terbanyak dalam udara setelah nitrogen dan oksigen. Unsur-unsur Gas Mulia, kecuali Radon, melimpah jumlahnya karena terdapat dalam udara bebas. Argon terdapat di udara bebas dengan kadar 0,93%, Neon 1,8×10^-3%, Helium 5,2×10^-4%, Kripton 1,1×10^-4%, dan Xenon 8,7×10^-6%. Helium adalah unsur terbanyak jumlahnya di alam semesta karena Helium adalah salah satu unsur penyusun bintang. Helium diperoleh dari sumur-sumur gas alam di Texas dan Kansas (Amerika Serikat). Helium dapat terbentuk dari peluruhan zat radioaktif uranium dan thorium. Udara mengandung gas Mulia (Ar, Ne, Xe, dan Kr) walaupun dalam jumlah yang kecil, gas mulia di Industri di peroleh sebagai hasil samping dalam Industri pembuatan gas nitrogen dan O₂.

Pembuatan Gas Mulia

a.       Gas Helium

Helium (He) ditemukan terdapat dalam gas alam di Amerika Serikat. Gas helium mempunyai titik didih yang sangat rendah, yaitu -268,8˚C sehingga pemisahan gas helium dari gas alam dilakukan dengan cara pendinginan sampai gas alam akan mencair (sekitar -156˚C) dan gas helium terpisah dari gas alam.

b.      Gas Argon, Neon, Kripton, dan Xenon

Udara mengandung gas mulia argon (Ar), neon (Ne), krypton (Kr), dan xenon (Xe) walaupun dalam jumlah yang kecil. Gas mulia di industri diperoleh sebagai hasil samping dalam industri pembuatan gas nitrogen dan gas oksigen dengan proses destilasi udara cair.

Pada proses destilasi udara cair, udara kering (bebas uap air) didinginkan sehingga terbentuk udara cair. Pada kolom pemisahan gas argon bercampur dengan banyak gas oksigen dan sedikit gas nitrogen karena titik didih gas argon (-189,4˚C) tidak jauh beda dengan titik didih gas oksigen (-182,8˚C). Untuk menghilangkan gas oksigen dilakukan proses pembakaran secara katalitik dengan gas hidrogen, kemudian dikeringkan untuk menghilangkan air yang terbentuk. Adapun untuk menghilangkan gas nitrogen, dilakukan cara destilasi sehingga dihasilkan gas argon dengan kemurnian 99,999%. Gas neon yang mempunyai titik didih rendah (-245,9˚C) akan terkumpul dalam kubah kondensor sebagai gas yang tidak terkonsentrasi (tidak mencair).

Gas kripton (Tb = -153,2˚C) dan xenon (Tb = -108˚C) mempunyai titik didih yang lebih tinggi dari gas oksigen sehingga akan terkumpul di dalam kolom oksigen cair di dasar kolom destilasi utama. Dengan pengaturan suhu sesuai titik didih, maka masing-masing gas akan terpisah.

Semua unsur gas mulia terdapat di udara, kecuali Radon(Rn) yang hanya terdapat sebagai isotop radioaktif berumur pendek, yang diperoleh dari peluruhan radio aktif atom radium.

Unsur radon (Rn) yang merupakan unsur radioaktif Radium (Ra) dengan memancarkan sinar alfa (helium) sesuai dengan persamaan reaksi:

⁸⁸Ra₂₂₆ → ⁸⁶Rn₂₂₂ + ²He₄

Pembentukan Senyawa pada Gas Mulia

Gas Mulia adalah gas yang sudah memiliki 8 elektron valensi dan memiliki kestabilan yang tinggi. Tetapi gas mulia pun masih dapat bereaksi dengan atom lain. Karena sebenarnya tidak semua sub kuit pada gas mulia terisi penuh.

Contoh:
Ar : [Ne] 3s² 3p⁶

Sebenarnya atom Ar masih memiliki 1 Sub kulit yang masih kosong yaitu sub kulit d jadi

Ar : [Ne] 3s² 3p⁶ 3d⁰

jadi masih bisa diisi oleh atom-atom lain.

Sampai dengan tahun 1962, para ahli masih yakin bahwa unsur-unsur gas mulia tidak bereaksi. Kemudian seorang ahli kimia kanada bernama Neil Bartlet berhasil membuat persenyawaan yang stabil antara unsur gas mulia dan unsur lain, yaitu XePtF₆.

Keberhasilan ini didasarkan pada reaksi:

PtF₆ + O₂ → (O₂)+ (PtF₆)^-

PtF6 ini bersifat oksidator kuat. Molekul oksigen memiliki harga energi ionisasi 1165 kJ/mol, harga energi ionisasi ini mendekati harga energi ionisasi unsur gas mulia Xe = 1170 kJ/mol.

Atas dasar data tersebut, maka untuk pertama kalinya Bartlet mencoba mereaksikan Xe dengan PtF6 dan ternyata menghasilkan senyawa yang stabil sesuai dengan persamaan reaksi:

Xe + PtF₆ → Xe+(PtF₆)^-

Setelah berhasil membentuk senyawa XePtF₆, maka gugurlah anggapan bahwa gas mulia tidak dapat bereaksi. Kemudian para ahli lainnya mencoba melakukan penelitian dengan mereaksikan xenon dengan zat-zat oksidator kuat, diantaranya langsung dengan gas flourin dan menghasilkan senyawa XeF₂, XeF₄, dan XeF₆.

Kegunaan Gas Mulia

Dalam kehidupan sehari-hari, unsur gas mulia digunakan dalam rumah tangga hingga teknologi modern. Berikut beberapa kegunaan dari unsur-unsur gas mulia:  

1. Helium 

Helium merupakan gas yang ringan dan tidak mudah terbakar. Helium dapat digunakan sebagai pengisi balon udara. Helium cair digunakan sebagai zat pendingin karena memiliki titik uap yang sangat rendah. Helium yang tidak reaktif digunakan sebagai pengganti nitrogen untuk membuat udara buatan untuk penyelaman dasar laut. Para penyelam bekerja pada tekanan tinggi. Jika digunakan campuran nitrogen dan oksigen untuk membuat udara buatan, nitrogen yang terhisap mudah terlarut dalam darah dan dapat menimbulkan halusinasi pada penyelam. Oleh para penyelam, keadaan ini disebut “pesona bawah laut”. Ketika penyelam kembali ke permukaan, (tekanan atmosfer) gas nitrogen keluar dari darah dengan cepat. Terbentuknya gelembung gas dalam darah dapat menimbulkan rasa sakit atau kematian. 

2. Argon 

Argon digunakan dalam las titanium pada pembuatan pesawat terbang atau roket. Argon juga digunakan dalam las stainless steel dan sebagai pengisi bola lampu pijar karena argon tidak bereaksi dengan wolfram (tungsten) yang panas. 

3. Neon 

Neon dapat digunakan untuk pengisi bola lampu. Neon digunakan juga sebagai zat pendingin, indikator tegangan tinggi, penangkal petir, dan untuk pengisi tabung-tabung televisi 

4. Kripton 

Kripton bersama argon digunakan sebagai pengisi lampu fluoresen bertekanan rendah. Kripton juga digunakan dalam lampu mercusuar, laser untuk perawatan retina 

5. Xenon 

Xenon digunakan untuk menghasilkan cahaya terang pada lampu blitz (flash gun), pembuatan tabung elektron, komponen reaktor nuklir. Xenon merupakan satu-satunya gas mulia yang bersifat anestesi/membius pada tekanan atmosfer.        

6. Radon 

Radon yang bersifat radioaktif dahulu digunakan sebagai cat angka pada jam. Radon sekarang digunakan untuk terapi kanker dan sistem peringatan gempa. Namun demikian, jika radon terhisap dalam jumlah banyak, malah akan menimbulkan kanker paru-paru.

Bahaya Gas Mulia

Ancaman Radon

Indonesia, sebagai negeri vulkanik terkaya di dunia serta daerah gempa, mempunyai potensi ancaman besar dari gas radon ini. Radon akan mudah keluar ke permukaan berkaitan dengan aktivitas vulkanik. Pada suhu yang tinggi, radon akan terlepas dari perangkap batuan dan keluar melalui saluran yang ada.

Sebuah penelitian yang dilakukan oleh BATAN (Sjarmufni dkk) yang dilakukan pada tahun 2001 dan 2002 di daerah Gunung Rowo dan patahan Tempur, Muria – Jawa Tengah, menunjukkan hasil pengukuran gas radon yang cukup signifikan. Gas tersebut terlepas sebagai akibat kegiatan magmatik dan aktivasi patahan. Pengukuran menunjukkan bahwa aktivitas gas radon mencapai sekitar 10-50 pCi. Zona-zona patahan dan rekahan (sheared fault zone), juga perlu diwaspadai karena merupakan jalan yang baik bagi radon untuk lepas ke permukaan.

Radon bersifat sangat toksik, dikarenakan sifat radioaktivitasnya yaitu sebagai pemancar zarah alfa (a). Sinar radiasi ini akan berbahaya sebagai sumber internal, yaitu apabila kita menghirup udara (inhalasi), gas radon dapat masuk ke dalam paru-paru kita. Selain karena radiasi alfa dari radon itu sendiri, anak luruh radon seperti polonium yang juga radioaktif dan Pb-204 yang bersifat toksik akan terdeposit di paru-paru. Sel didominasi oleh air, sehingga interaksi radiasi dengan air akan menghasilkan berbagai ion, radikal bebas dan peroksida yang bersifat oksidator kuat. Molekul-molekul protein, lemak, enzim, DNA dan kromosom ini akan terserang oleh radikal bebas dan peroksida, dalam proses biokimia, yang akan berakibat pada efek somatik dan genetik.

Dalam sebuah eksperimen yang dilakukan oleh Bradford D. Loucas, seorang ilmuwan dari Columbia University, Amerika Serikat, penyinaran radiasi partikel alfa dengan energi 90 keV/mm telah mengakibatkan pengaruh yang signifikan pada kondensasi dan fragmentasi kromosom. Bandingkan dengan partikel alfa yang dipancarkan oleh anak luruh radon di dalam jaringan yang setara dengan 90 sampai 250 keV/mm.

Karsinogen

Gejala yang terjadi sangat lambat, sehingga sulit untuk mendeteksinya (no immediate symptoms). Menurut hasil penelitian di Amerika Serikat, gas radon memberikan kontribusi terjadinya kanker paru-paru sejumlah 7000 sampai 30.000 kasus setiap tahunnya. Organisasi kesehatan dunia (WHO) dan EPA (Environmental Protection Agency) telah mengklasifikasikan gas radon sebagai bahan karsinogen (penyebab kanker) ”kelas A”, dan di Amerika Serikat termasuk penyebab kanker paru kedua setelah rokok. Pernyataan ini telah didukung oleh studi epidemiological evidence para pekerja tambang yang terpapar radiasi dari gas radon secara lebih intensif, melalui uji cause-effect antara paparan radon dan angka kematian kanker paru-paru (dose and respon curve).

Efek radon dalam jumlah aktivitas yang kecil (dari alam), bersifat probabilistik (stokastik), artinya peluang atau kebolehjadian terkena efek tergantung pada dosis yang diterima. Semakin besar dosis yang diterima, berarti peluang terkena kanker paru-paru akan semakin besar, namun tidak ada kepastian untuk terkena efek tersebut.

Meskipun risiko gas radon bersifat probabilistik, namun angka penderita kanker paru-paru akibat paparan gas radon tersebut harus tetap kita waspadai. Terlebih, kita tinggal di daerah vulkanik dan rentan gempa, yang sangat memungkinkan terjadinya emanasi gas radon. Asap rokok dikombinasikan dengan paparan radiasi radon akan memberikan efek sinergistik terjadinya kanker paru.