-->

Bab I

Pendahuluan

A. Latar Belakang

Senyawa karbon banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Perhatikan kertas yang berasal dari serat tumbuh-tumbuhan , gula pasir yang berasal dari tebu , kaos bahan cotton , baju yang terbuat dari serat sutra plastic yang digunakan sebagai mangkok , gelas dan bahan boneka. Semua itu merupakan bahan yang berasal dari makhluk hidup yang biasa disebut senyawa organic.

Kebanyakan senyawa karbon diklasifikasikan sebagai senyawa organic , yaitu zat kimia yang bersumber dari benda hidup, tetapi sebagian kecil diklasifikasikan sebagai anorganik , seperti gas CO2 dan garam karbonat. Kulit telur dan kerang mengandung senyawa utama kalsium karbonat , sedangkan gula mengandung karbohidrat. Sesuai dengan namanya , gula mengandung karbon , hydrogen dan oksigen. Minyak zaitun termasuk lemak yang mengandung ikatan carbon.

Karbon merupakan salah satu unsur dari unsur-unsur yang terdapat dalam golongan IV A dan merupakan salah unsur terpenting dalam kehidupan sehari-hari karena

terdapat lebih banyak senyawaan yang terbentuk dari unsur karbon.

Keistimewaan karbon yang unik adalah kecenderungannya secara alamiah untuk mengikat dirinya sendiri dalam rantai-rantai atau cincin-cincin,tidak hanya dengan ikatan tunggal, C - C , tetapi juga mengandung ikatan ganda C = C, serta rangkap tiga,C≡C.Akibatnya, jenis senyawa karbon luar biasa banyaknya. kini diperkirakan terdapat sekitar dua juta jenis senyawa karbon,dan jumlah itu makin meningkat dengan laju kira-kira lima persen per tahun.Alasan bagi kestabilan termal rantai-rantai karbon adalah kekuatan hakiki yang tinggi dari ikatan tunggal C - C.

Konfigurasi elektron karbon dalam keadaan dasar adalah (1s2 2s2 2p2) mudah terhibridasi menghasilkan perangkat orbital sp3, atau sp2+p, atau sp+p2. Lebih dari sembilan puluh persen senyawa karbon merupakan senyawa sintetik, sedangkan sisanya diperoleh dari mahluk hidup (tumbuh-tumbuhan,hewan,jamur,dan mikroorganisme) serta fosil mereka (batubara dan minyak bumi).

B. Rumusan Masalah

1. Mendeskripsikan sifat dan karakteristik karbon serta kegunaan nya

2. Mendeskripsikan sifat dan karakteristik Silikon serta kegunaan nya

3. Mendeskripsikan sifat dan karakteristik Germanium serta kegunaan nya

4. Mendeskripsikan sifat dan karakteristik Timah serta kegunaan nya

5. Mendeskripsikan sifat dan karakteristik Timbal serta kegunaan nya

6. Kecenderungan Sifat Non-Logam dan Logam Pada Unsur-Unsur Golongan 4

7. Kecenderungan Keadaan Oksidasi Golongan 4

C. Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan ini , diharapkan mahasiswa/I kimia ataupun guru kimia serta dosen kimia :

1. Mampu mendeskripsikan sifat dan karakteristik karbon serta kegunaan nya

2. Mampu mendeskripsikan sifat dan karakteristik Silikon serta kegunaan nya

3. Mampu mendeskripsikan sifat dan karakteristik Germanium serta kegunaan nya

4. Mampu mendeskripsikan sifat dan karakteristik Timah serta kegunaan nya

5. Mampu mendeskripsikan sifat dan karakteristik Timbal serta kegunaan nya

6. Mampu memahami Kecenderungan Sifat Non-Logam dan Logam Pada Unsur-Unsur Golongan 4

7. Mampu memahami Kecenderungan Keadaan Oksidasi Golongan 4

Untuk pembaca serta masyarakat umum :

1. Memberikan ilmu pengetahuan atau informasi tentang golongan karbon

Bab II

Pembahasan

A. KARBON ( C )

Karbon adalah salah satu unsur yang terdapat dialam dengan symbol dalam sistem periodik adalah “C”. Nama “carbon” berasal dari bahasa latin “carbo” yang berarti “coal” atau “charcoal”. Istilah “coal” menyatakan sediment berwarna hitam atau coklat kehitaman yang bersifat mudah terbakar dan terutama memiliki komposisi utama belerang, hydrogen, oksigen, dan nitrogen.Karbon memiliki nomor atom 6 dan nomor massa 12,011, terletak pada golongan 4A atau 14 dan terdapat dalam periode 2 dan blok p. Konfigurasi electron atom karbon adalah 1s2 2s2 2p2 atau [He] 2s2 2p2 dengan susunan electron dalam kulit atomnya adalah 2 4. Jumlah tingkat energinya adalah 2, dimana tingkat pertama terdapat 2 elektron dan tingkat kedua terdapat 4 elektron.

Karbon merupakan unsur ke-19 yang paling banyak terdapat di kerak bumi yaitu dengan prosentase berat 0,027%, dan menjadi unsur paling banyak ke-4 terdapat jagat raya setelah hydrogen, helium, dan oksigen. Ditemukan baik di air, darat, dan atmosfer bumi, dan didalam tubuh makhluk hidup. Karbon membentuk senyawaan hampir dengan semua unsur terutama senyawa organic yang banyak menyusun dan menjadi bagian dari makhluk hidup.

Keistimewaan unsur karbon dibandingkan dengan unsur golongan IV A yang lain, unsur karbon secara alamiah mengikat dirinya sendiri dalam rantai, baik dengan ikatan tunggal C – C, ikatan rangkap dua C = C, maupun ikatan rangkap tiga C ≡ C. Hal ini terjadi karena unsur karbon mempunyai energi ikatan C – C yang kuat,yaitu sebesar 356 kj/ mol.

Bentuk karbon yang paling banyak dikenal adalah intan dan grafit . Susunan molekul intan lebih rapat dibandingkan dengan grafit. Kerapatan intan adalah 3,51 g / cm³, sedangkan grafit 2,22 g / cm³. Namun grafit mempunyai kestabilan yang lebih baik dialam,yakni pada 1 atm 300⁰K adalah 2,9 kj / mol.

Dari rapatannya tersebut, dapat disimpulkan bahwa untuk mengubah grafit menjadi nyan diperlukan tekanan yang besar . ari ifat thermodinamika pada 300⁰K, 1.500 atm mncapai keseimbangan grafit dan intan ,tetapi berjalan sangat lamban.

1. Sifat-Sifat Karbon

Unsur karbon terdapat dalam tiga bentuk yaitu bentuk amorf,grafit,dan intan.

· Amorf

Unsur karbon dalam bentuk amorf,selain terdapat dialam,juga dihasilkan dari pembakaran terbatas minyak bumi (jumlah oksigen terbatas, sekitar 50 % dari jumlah oksigen yang diperlukan untuk pembakaran sempurna). Secara alami,karbon amorf dihasilkan dari perubahan serbuk gergaji,lignit batu bara,gambut,kayu,batok kelapa,dan biji-bijian.

· Grafit

Grafit adalah zat bukan logam yang mampu mengantarkan panas dengan baik. Bentuk kristal mikro grafit banyak kita kenal sebagai arang,jelaga,atau jelaga minyak. Sifat fiska grafit ditentukan oleh sifat dan luasnya permukaan. Bentuk grafit yang halus akan mempunyai permukaan yang relatif lebih luas,sehingga dengan sedikit gaya tarik akan mudah menyerap gas dan zat terlarut.

Grafit, terdapat dalam bentuk padatan yang memiliki ukuran kristal dan tingkat kemurnian yang berbeda-beda.

· Intan

Bentuk unsur karbon yang ketiga adalah intan. Intan secara alami diperoleh dari karbon yang dikenal tekanan dan suhu tinggi dalam perut bumi. Intan juga dapat dibuat dari grafit yang diolah pada suhu 3.000 K dan tekanan lebih dari 1,25 x 10⁷Pa. Proses ini menggunakan katalis logam transisi,seperti kromium (Cr), besi (Fe), dan platina.

Karbon memiliki dua isotop yang stabil yaitu ¹²C dengan kelimpahan 98,93% dan ¹³C dengan kelimpahan 1,07%. IUPAC telah menggunakan isotop ¹²C untuk menentukan berat atom unsur dalam sistem periodic. Isotop ¹⁴C terdapat dialam dan bersifat sebagai radioaktif dengan kelimpahan hanya sampai 0.0000000001%, terdapat sekitar 15 isotop karbon.

Meskipun karbon hanyalah salah satu unsur dari sekian banyak unsur dalam sistem periodik, tetapi atom karbon dapat terikat secara kovalen dengan atom karbon yang lain dan terhadap unsur-unsur lain menurut beragam cara sehingga dapat membentuk beegitu banyak senyawa yang jumlahnya hamper tak terhingga. Atom karbon dan senyawanya dapat dibedakan menjadi enpat jenis yaitu :

a. Atom C primer : atom C yang mengikat 1 atom C yang lain

b. Atom C sekunder : atom C yang mengikat 2 atom C yang lain

c. Atom C tersier : atom C yang mengikat 3 atom C yang lain

d. Atom C kuarter : atom C yang mengikat 4 atom C yang lain

Karbon dapat membentuk lebih banyak senyawa dibandingkan unsure lain sebab atom karbon tidak hanya dapat membentuk ikatan-ikatan karbon tunggal, rangkap dua dan rangkap tiga, tetapi juga bias terkait satu sama lain membentuk struktur rantai dan cincin.

2. Senyawa Karbon

Karbon dioksida ditemukan di atmosfir bumi dan terlarut dalam air. Karbon juga merupakan bahan batu besar dalam bentuk karbonat unsur-unsur berikut: kalsium, magnesium, dan besi. Batubara, minyak dan gas bumi adalah hidrokarbon. Karbon sangat unik karena dapat membentuk banyak senyawa dengan hidrogen, oksigen, nitrogen dan unsur-unsur lainnya.

Dalam banyak senyawa ini atom karbon sering terikat dengan atom karbon lainnya. Ada sekitar sepuluh juta senyawa karbon, ribuan di antaranya sangat vital bagi kehidupan. Tanpa karbon, basis kehidupan menjadi mustahil. Walau silikon pernah diperkirakan dapat menggantikan karbon dalam membentuk beberapa senyawa, sekarang ini diketahui sangat sukar membentuk senyawa yang stabil dengan untaian atom-atom silikon. Atmosfir planet Mars mengandung 96,2% CO₂.

Beberapa senyawa-senyawa penting karbon adalah karbon dioksida (CO₂), karbon monoksida (CO), karbon disulfida (CS₂), kloroform (CHCl₃), karbon tetraklorida (CCl₄), metana (CH₄), etilen (C₂H₄), asetilen (C₂H₂), benzena (C₆H₆), asam cuka(CH₃COOH) dan turunan-turunan mereka.

Senyawa Anorganik Karbon

Karbon monoksida(CO)

Karbon monoksida dapat dibuat secara komersil dengan hidrogen melalui pembentukan uap kembali atau pembakaran sebagian hidrokarbon dengan reaksi
CO2 + H2 → CO + H2O

Gas ini tidak berwarna dan mempunyai titik didih -190. Dapat digunakan sebagai bahan

bakar industri melalui reaksi

2CO(g) +O2(g)→2CO2(g)

Gas CO juga dapat trjadi sebagai hasil samping pembakaran senyawa organik dalam ruang

kurang oksigen.

C8H18 +6O2(g) → 8CO +4H2O

Secara besar-besaran dapat dibuat dengan reaksi

C(S) + H2O → CO +H2

Gas CO sangat berbahaya bagi manusia maupun hewan, karena CO berikatan kuat dengan hemoglobin darah.hemoglobin berfungsi mengedarkan oksigen dari paru-paru ke seluruh tubuh. Orang yang mengisap CO akan kekurangan oksigen dan dapat berakibat fatal.

Karbon Dioksida(CO2)

Nama Sistematis

Karbon dioksida

Nama lain Gas asam karbonat; karbonat anhidrida; es kering (bentuk padat); zat asam arang.Massa molar 44,0095(14) g/mol , Penampilan gas tidak berwarna, Densitas 1.600 g/L (padat) ,1,98 g/L (gas),Titik leleh −57 °C (216 K) (di bawah tekanan) ,Titik didih −78 °C (195 K) (menyublim),Kelarutan dalam air 1,45 g/L Keasaman (pKa) 6,35 dan 10,33 Viskositas 0,07 cP pada −78 °C.

Momen dipole Nol

Struktur

Bentuk molekul linear

Senyawa terkait oksida terkait karbon monoksida; karbon suboksida; dikarbon monoksida; karbon trioksida Kecuali dinyatakan sebaliknya, data di atas berlaku pada temperatur dan tekanan standar (25°C, 100 kPa) Sangkalan dan referensi.

Karbon dioksida (rumus kimia: CO2) atau zat asam arang adalah sejenis senyawa kimia yang terdiri dari dua atom oksigen yang terikat secara kovalen dengan sebuah atom karbon. Ia berbentuk gas pada keadaan temperatur dan tekanan standar dan hadir di atmosfer bumi. Rata-rata konsentrasi karbon dioksida di atmosfer bumi kira-kira 387 ppm berdasarkan volume [1] walaupun jumlah ini bisa bervariasi tergantung pada lokasi dan waktu. Karbon dioksida adalah gas rumah kaca yang penting karena ia menyerap gelombang inframerah dengan kuat.

Karbon dioksida dihasilkan oleh semua hewan, tumbuh-tumbuhan, fungi, dan mikroorganisme pada proses respirasi dan digunakan oleh tumbuhan pada proses fotosintesis. Oleh karena itu, karbon dioksida merupakan komponen penting dalam siklus karbon. Karbon dioksida juga dihasilkan dari hasil samping pembakaran bahan bakar fosil. Karbon dioksida anorganik dikeluarkan dari gunung berapi dan proses geotermal lainnya seperti pada mata air panas.

Karbon dioksida tidak mempunyai bentuk cair pada tekanan di bawah 5,1 atm namun langsung menjadi padat pada temperatur di bawah -78 °C. Dalam bentuk padat, karbon dioksida umumnya disebut sebagai es kering.CO2 adalah oksida asam. Larutan CO2 mengubah warna litmus dari biru menjadi merah muda. Karbon dioksida mempunyai struktur molekul linier dan bersifat non polar. Gas ini larut dalam air.terdapat diudara dan sangat penting bagi tumbuhan sebagai bahan fotosintesis serta merupakan komponen nafas yang dikeluarkan oleh hewan ataupun manusia, karena dihasilkan dari oksidasi makanan dalam tubuh.CO2 dapat dibuat dengan membakar karbon senyawa hidrokarbon, atau gas CO dengan oksigen yang cukup.

C + O2 → CO2

CH4 + 2O2 → CO2 + H2O

2CO + O2 → 2CO2

Di laboratorium gas CO2 dapat dibuat dengan mereaksikan garam karbonat dengan asam seperti :

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2

Gas CO2 tidak beracun,tetapi konsentrasi yang terlalu tinggi dalam udara adalah tidak sehat, karena merendahkan konsentrasi O2 dan menimbulkan efek fisikologis yang membahayakan.

Jumlah CO2 yang sangat besar sekali. dihasilkan oleh aktifitas manusia, meningkatnya gas CO2 dikhawatirkan atmosfer mungkin menjadi begitu panas, sehingga akan muncul perubahan suhu yang serius yang sering juga disebut efek rumah kaca.

Karbonat dan Bikarbonat

Karbonat dan bikarbonat adalah senyawa yang melimpah dan sangat berguna serta terkenal. Kebanyakan karbonat hanya sedikit larut dalam air. Misalnya CaCO3, BaCO3, MgCO3 dan PbCO3. Banyak bikarbonat hanya stabil dalam larutan air. Contohnya ialah Ca(HCO3)2, Mg(HCO3. Semua logam IA kecuali Litium membentuk karbonat yang larut, dimana yang paling murah dan berguna adalah NaHCO3 (Soda kue), Na2CO3(Soda abu)

Karbon Disulfida(CS2)

Karbon disulfida, disebut juga ditiokarbonat anhidrida adalah cairan tak berwarna dengan rumus kimia CS2. Senyawa ini memiliki bau yang menyenangkan, seperti bau kloroform. Namun biasanya senyawa ini terdapat tidak dalam keadaan murni, sehingga berbau busuk akibat senyawa sulfur lainnya, seperti karbonil sulfida (COS).Sejumlah kecil karbon disulfida ditemukan pada gas letusan gunung berapi. Dulunya CS2 diproduksi dengan mereaksikan karbon (atau arang) dengan sulfur pada temperatur sangat tinggi. Sekarang CS2 dihasilkan pada temperatur yang lebih rendah, 600 °C, melibatkan gas alam bersama katalis kieselgel atau alumina.

CH4 + 1/2 S8 → CS2 + 2 H2S

CS2 adalah cairan yang mudah terbakar dan dapat dipakai sebagai bahan pembuat CCl4,dengan reaksi:

CS2 + 3Cl2 → CCl4 +S2Cl2

3. Cara Pemerolehan Karbon

Karbon terdapat dialam sebagai grafit . Grafit buatan dengan mereaksikan coke dengan silica (SiO2) dengan reaksi sebagai berikut:

SiO2 + 3C (2500°C) ? “SiC” ? Si (g) + C(graphite)

Karbon juga dapat diperoleh dari pembakaran hidrokarbon atau coal, atau yang lainnya dengan kondisi udara yang terbatas sehigga terjadi pembakaran yang tidak sempurna.

4. Kegunaan Karbon

Karbon menjadi unsur yang memiliki banyak manfaat didunia ini. Berbagai macam aplikasinya baik dalam bentuk senyawaan maupun dalam bentuk unsur memiliki banyak manfaat. Untuk karbon dalam bentuk senyawaan adalah sebagai sumber makanan untuk kelangsungan makhluk hidup di bumi, kita tahu bahwa berbagai mcam makanan yang kita konsumsi adalah tersusun atas karbon.

Hidrokarbon yang merupakan senyawaan karbon dan hydrogen dipakai untuk bahan bakar, petroleum dipakai untuk produksi gasoline dan kerosin. Celulosa merupakan polimer yang mengandung karbon dalam bentuk katun, wool, linen, dan sutra dipakai sebagai bahan pakaian. Plastik merupakan sintetik polimer karbon dengan banyak manfaat penggunaan.Karbon dapat membentuk alloy atau paduan logam dengan besi yang membentuk baja.Karbon hitam dipakai sebagai pigmen dalam tinta, cat, dan dipakai juga sebagai pengisis dalam industri ban dan plastic.Karbon dipakai sebagai agen pereduksi dalam berbagai reaksi kimia pada suhu yang sangat tiggi.

B. SILIKON ( Si )

Silikon (Latin: silicium) merupakan unsur kimia yang mempunyai simbol Si dan nomor atom 14. Ia merupakan unsur kedua paling berlimpah setelah oksigen di dalam kerak Bumi, mencapai hampir 25.7% . Unsur kimia ini ditemukan oleh Jons Jakob Berzelius. Terdapat dialam dalam bentuk tanah liat, granit, kuartza dan pasir,kebanyakan dalam bentuk silikon dioksida (dikenal sebagai silika) dan dalam bentuk silikat.

Silikon adalah polimer nonorganik yang bervariasi, dari cairan, gel, karet, hingga sejenis plastik keras. Beberapa karakteristik khusus silikon: tak berbau, tak berwarna, kedap air, serta tak rusak akibat bahan kimia dan proses oksidasi, tahan dalam suhu tinggi, serta tidak dapat menghantarkan listrik.

1. Karakteristik Silikon

Atom silikon seperti halnya atom karbon, dapat membentuk empat ikatan secara serentak silikon dalam susunan petrahedral, unsur Si mengkristal dengan struktur kubus pusat muka (fcc) seperti intan, silikon bersifat semi konduktor. Dalam SiO₂, setiap atom Si terikat pada empat atom O dan tiap atom O terikat pada dua atom Si. Susunan struktur tersebut membentuk jaringan yang sangat besar, yaitu struktur kristal kovalen raksasa (seperti intan). Kuarsa mempunyai titik leleh tinggi dan bersifat insulator. Kuarsa merupakan bentuk umum untuk silika namun, sesungguhnya bentuk-bentuk silika lain banyak, sehingga umumnya disebut mineral silika. Sebagian besar silika tidak larut dalam air. Hanya silikat dari logam alkali yang dapat diperoleh sebagai senyawa yang larut dalam air. Sifat umum dari mineral silikat adalah kekomplekan anion silikatnya, namun struktur dasarnya merupakan tetrahedral sederhana dari empat atom O disekitar atom pusat Si, tetrahedral ini dapat berupa:

Ø Unit terpisah

Ø Bergabung menjadi rantai atau cincin dari 2,3,4 atau 6 gugus

Ø Bergabung membentuk rantai tunggal yang panjang atau rantai ganda

Ø Tersusun dalam lembaran

Ø Terikat menjadi kerangka tiga dimensi

SiO₄^4-_(aq) + 4H⁺_(aq) → Si(OH)_4(aq)

2. Sifat-Sifat Silikon

Silikon kristalin memiliki tampak kelogaman dan bewarna abu-abu. Silikon merupakan unsur yang tidak reaktif secara kimia (inert), tetapi dapat terserang oleh halogen dan alkali. Kebanyakan asam, kecuali hidrofluorik tidak memiliki pengaruh pada silikon.Unsur silikon mentransmisi lebih dari 95% gelombang cahaya infra merah, dari 1,3 sampai 6 mikrometer.

3. Senyawa Silikon

Senyawa silikat dan silikon adalah; silikat, silana (SiH4), asam salisik (H4.SiO4), silikon karbida (SiC), silikon dioksida (SiO2), silikon tetraklorida(SiCl4), silikon tetrafluorida (SiF4), & tetraklora silana(HSiCl3).

4. Cara Pemerolehan

Silikon (Si) dipeeoleh dlm pembentukan komersial biasa dg reduksi SiO2 dg karbon atau CaC2 dlm tungku pemanas listrik utuk memperolh kemurnian yg sgt tinggi (utk digunakan sbg semikonduktor) unsurnya pertama-tama diubah menjadi klorida, yg direduksi kembali menjadi logam oleh hidrogen suhu tinggi. Setelah pengecoran menjadi batangan kemudian dihaluskan (zone refined).

Batangn logam dipanaskan dekat ujungnya sehingga dihasilkan lempeg bersilang dari lelehan silikon (Si). Karena pengotor lebih larut dlm lelehan tersebut drpd dlm padatannya yg terkonsentrasi dlm lelehan, & daerah yg meleleh, kemudian bergerak lambat sepanjang batangan dgn pemindahan sumber panas. Hal ini membawa pengotor sampai ke ujung. Proses ini perli di ulang. Ujung yg tidak murni kemudian dipotong.

5. Kegunaan Silikon

Silikon adalah salah satu unsur yang berguna bagi manusia. Dalam bentuknya sebagai pasir dan tanah liat, dapat digunakan untuk membuat bahan bangunana seperti batu bata. Ia juga berguna sebagai bahan tungku pemanas dan dalam bentuk silikat ia digunakan untuk membuat enamels (tambalan gigi), pot-pot tanah liat, dsb. Silika sebagai pasir merupakan bahan utama gelas Gelas dapat dibuat dalam berbagai macam bentuk dan digunakan sebagai wadah, jendela, insulator,dan aplikasi-aplikasi lainnya. Silikon tetraklorida dapat digunakan sebagai gelas iridize.

Silikon super murni dapat didoping dengan boron, gallium, fosfor dan arsenik untuk memproduksi silikon yang digunakan untuk transistor, sel-sel solar, penyulingan, dan alat-alat solid-state lainnya, yang digunakan secara ekstensif dalam barang-barang elektronik dan industri antariksa. Hydrogenated amorphous silicone memiliki potensial untuk memproduksi sel-sel murah untuk mengkonversi energi solar ke energi listrik.

Silikon sangat penting untuk tanaman dan kehidupan binatang. Diatoms dalam air tawar dan air laut mengekstrasi silika dari air untuk membentuk dinding-dinding sel. Silika ada dalam abu hasil pembakaran tanaman dan tulang belulang manusia. Silikon bahan penting pembuatan baja dan silikon karbida digunakan dalam alat laser untuk memproduksi cahaya koheren dengan panjang gelombang 4560 A.

C. GERMANIUM ( GE )

Logam ini ditemukan di

Ø argyrodite, sulfida germanium dan perak

Ø germanite, yang mengandung 8% unsur ini

Ø bijih seng

Ø batubara

Ø mineral-mineral lainnya

Unsur ini diambil secara komersil dari debu-debu pabrik pengolahan bijih-bijih seng, dan sebagai produk sampingan beberapa pembakaran batubara. Germanium dapat dipisahkan dari logam-logam lainnya dengan cara distilasi fraksi tetrakloridanya yang sangat reaktif. Tehnik ini dapat memproduksi germanium dengan kemurnian yang tinggi.

1. Sifat-Sifat Germanium

Unsur ini logam yang putih keabu-abuan. Dalam bentuknya yang murni, germanium berbentuk kristal dan rapuh. Germanium merupakan bahan semikonduktor yang penting. Tehnik pengilangan-zona (zone-refining techniques) memproduksi germanium kristal untuk semikonduktor dengan kemurnian yang sangat tinggi. Germanium (Ge) stabil di udara & air pd keadaan yg normal, & sukar bereaksi dgn alkali & asam, kecuali dengan asam nitrat.

2. Senyawa Germanium

Senyawa germanium adalah GeO2, GeCl4,GeS2, SiGe.

3. Cara Pemerolehan

Keberadaan germanium dialam sangat sedikit, yang diperoleh dari batu bara dan batuan seng pekat.Unsur ini lebih reaktif daripada silikon, dan dapat larut dalam HNO₃ dan H₂SO₄pekat seperti silikon, germanium juga merupakan bahan semikonduktor.

4. Kegunaan Germanium

Kegunaan umum germanium adalah sebagai bahan semikonduktor. Kegunaan lain unsur ini adalah sebagai bahan pencampur logam, sebagai fosfor di bola lampu pijar dan sebagai katalis. Germanium dan germanium oksida tembus cahaya sinar infra merah dan digunakan dalam spekstroskopi infra mera dan barang-baran optik lainnya, termasuk pendeteksi infra merah yang sensitif. Index refraksi yang tinggi dan sifat dispersi oksidanya telah membuat germanium sangat berguna sebagai lensa kamera wide-angle danmicroscope objectives.

Bidang studi kimia organogermanium berkembang menjadi bidang yang penting. Beberapa senyawa germanium memiliki tingkat keracunan yang rendah untuk mamalia, tetapi memiliki keaktifan terhadap beberap jenis bakteria, sehingga membuat unsur ini sangat berguna sebagai agen kemoterapi.

D. TIMAH ( Sn )

Timah dalam bahasa Inggris disebut sebagai Tin dengan symbol kimia Sn. Nama latin dari timah adalah “Stannum” dimana kata ini berhubungan dengan kata “stagnum” yang dalam bahasa inggris bersinonim dengan kata “dripping” yang artinya menjadi cair / basah, penggunaan kata ini dihubungkan dengan logam timah yang mudah mencair.

Timah merupakan logam putih keperakan, logam yang mudah ditempa dan bersifat flesibel, memiliki struktur kristalin, akan tetapi bersifat mudah patah jika didinginkan. Logam timah memiliki dua bentuk alotrop yaitu ?-Timah dan ?-Timah. ?-Timah biasa disebut sebagai timah abu-abu karena warnanya abu-abu, dan memiliki struktur kristal kubik mirip diamond, silicon, dan germanium. Alotrop ?-Timah ada dibawah suhu 13,2⁰C dan tidak memiliki sifat logam sama sekali. Diatas suhu ini timah ada dalam bentuk ?-Timah, timah jenis inilah yang kita lihat sehari-hari. Timah ini biasa disebut sebagai timah putih disebabkan warnanya putih mengkilap, dan memiliki struktur kristal tetragonal. Tingkat resistansi transformasi dari timah putih ke timah hitam dapat ditingkatkan dengan pencampuran logam lain pada timah seperti seng, bismuth, atau gallium.

Timah adalah unsur dengan jumlah isotop stabil yang terbanyak dimana jangkauan isotop ini mulai dari 112 hingga 126. Dari isotop-isotop tersebut yang paling banyak jumlahnya adalah isotop ¹²⁰Sn dimana komposisinya mencapai 1/3 dari jumlah isotop Sn yang ada, ¹¹⁶Sn, dan ¹¹⁸Sn. Isotop yang paling sedikit jumlahnya adalah ¹¹⁵Sn. Unsur timah yang memiliki jumlah isotop yang banyak ini sering dikaitkan dengan nomor atom Sn yaitu 50 yang merupakan “magic number” dalam pita kestabilan fisika nuklir. Beberapa isotop bersifat radioaktif dan beberapa yang lain bersifat metastabil (dengan lambang m).

1. Sifat-Sifat Timah

Timah biasa terbentuk oleh 9 isotop yang stabil. Ada 18 isotop lainnya yang diketahui. Timah merupakan logam perak keputih-putihan, mudah dibentuk, ductile dan memilki struktur kristal yang tinggi. Jika struktur ini dipatahkan, terdengar suara yang sering disebut tangisan timah ketika sebatang unsur ini dibengkokkan.

2. Senyawa Timah

Senyawaan timah yang penting adalah organotin, SnO2, Stanat, timah klorida, timah hidrida, dan timah sulfide.

3. Cara Pemerolehan

Ø Berbagai macam metode dipakai untuk membuat timah dari biji timah tergantung dari jenis biji dan kandungan impuritas dari biji timah. Bijih timah yang biasa digunakan untuk produksi adalah dengan kandungan 0,8-1% (persen berat) timah atau sedikitnya 0,015% untuk biji timah berupa bongkahan-bongkahan kecil. Biji timah dihancurkan dan kemudian dipisahkan dari material-material yang tidak diperlukan, adakalanya biji yang telah dihancurkan dilewatkan dalam “floating tank” dan titambahkan zat kimia tertentu sehingga biji timahnya bisa terapung sehingga bisa dipisahkan dengan mudah.

Ø Biji timah kemudian dikeringkan dan dilewatkan dalam alat pemisah magnetik sehingga kita dapat memisahkan biji timah dari impuritas yang berupa logam besi. Biji timah yang keluar dari proses ini memiliki konsentrasi timah antara 70-77% dan hampir semuanya berupa mineral Cassiterite.

Ø Cassiterite selanjutnya diletakkan dalam furnace bersama dengan karbon dalam bentuk coal atau minyak bumi. Adakalanya juga ditambahkan limestone dan pasir untuk menghilangkan impuritasnya kemudian material dipanaskan pada suhu 1400 C. Karbon bereaksi dengan CO2 yang ada didalam furnace membentuk CO, CO ini kemudian bereaksi dengan cassiterite membentuk timah dan karbondioksida. Logam timah yang dihasilkan dipisahkan melalui bagian bawah furnace untuk diproses lebih lanjut. Untuk memperoleh timah dengan kemurnian yang tinggi maka dapat dilakukan dengan menggunakan proses elektrolisis. Dengan cara ini kemurnian timah yang diperoleh bisa mencapai 99,8%.

4. Kegunaan Timah

Logam timah banyak dipergunakan untuk solder(52%), industri plating (16%), untuk bahan dasar kimia (13%), kuningan & perunggu (5,5%), industri gelas (2%), dan berbagai macam aplikasi lain (11%).

E. TIMBAL ( Pb )

Logam timbal telah dipergunakan oleh manusia sejak ribuan tahun yang lalu (sekitar 6400 SM) hal ini disebabkan logam timbal terdapat diberbagai belahan bumi, selain itu timbal mudah di ekstraksi dan mudah dikelola. Unsur ini telah lama diketahui dan disebutkan di kitab Exodus. Para alkemi mempercayai bahwa timbal merupakan unsur tertua dan diasosiasikan dengan planet Saturnus. Timbal alami, walau ada jarang ditemukan di bumi.

Timbal dalam bahasa Inggris disebut sebagai “Lead” dengan simbol kimia “Pb”. Simbol ini berasal dari nama latin timbal yaitu “Plumbum” yang artinya logam lunak. Timbal memiliki warna putih kebiruan yang terlihat ketika logam Pb dipotong akan tetapi warna ini akan segera berubah menjadi putih kotor atau abu-abu gelap ketika logam Pb yang baru dipotong tersebut terekspos oleh udara.

Timbal memiliki empat isotop yang stabil yaitu 204Pb, 206Pb, 207Pb, dan 208Pb. Standar massa atom Pb rata-rata adalah 207,2. Sekitar 38 isotop Pb telah ditemukan termasuk isotop sintesis yang bersifat tidak stabil. Isotop timbal dengan waktu paruh yang terpanjang dimiliki oleh 205Pb yang waktu paruhnya adalah 15,3 juta tahun dan 202Pb yang memiliki waktu paruh 53.000 tahun.

Timbal memiliki nomor atom 82 dan nomor massa 207,2. Dengan nomor atom 82 maka timbal memiliki konfigurasi elektron [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2 dengan jumlah elektron tiap selnya adalah 2, 8, 18, 32, 18, 4. Timbal berada pada golongan IVA (14) bersama dengan C, Si, Ge, dan Sn, periode 6 dan berada pada blok s.

1. Sifat-Sifat Timbal

Timbal atau Timah Hitam (Pb) adalah unsur yang bersifat logam, hal ini merupakan anomali karena unsur-unsur diatasnya (Gol IV) yakni Karbon dan Silikon bersifat non-logam. Di alam, timbal ditemukan dalam mineral Galena (PbS), Anglesit (PbSO4 ) dan Kerusit (PbCO3,), juga dalam keadaan bebas. Memiliki sifat khusus seperti dibawah ini, yakni:

1. Berwarna putih kebiru-biruan dan mengkilap.

2. Lunak sehingga sangat mudah ditempa.

3. Tahan asam, karat dan bereaksi dengan basa kuat.

4. Daya hantar listrik kurang baik. (Konduktor yang buruk)

5. Massa atom relative 207,2

6. Memiliki Valensi 2 dan 4.

7. Tahan Radiasi

8. Timbal larut dalam beberapa asam

9. Bereaksi secara cepat dengan halogen

Timbal sering kali memiliki sifat tampak seperti gas mulia yaitu tidak reaktif, ditunjukkan oleh harga potensial standarnya sebesar – 0,13 V. kereaktifan yang rendah ini dikaitkan dengan overvoltage yang tinggi terhadap hidrogen, dan juga dalam beberapa hal tidak terlarutkan oleh H2SO4 pekat dan HCl pekat.

Sifat Timbal yang lain

Berbagai macam timbal oksida mudah direduksi menjadi logamnya. Hal ini bisa dilakukan dengan menggunakan reduktor glukosa, atau mencampur antara PbO dengan PbS kemudian dipanaskan.

2PbO + PbS à 3 Pb + SO2

Bila dipanaskan dengan nitrat dari logam alkali maka logam timbal akan membentuk PbO yang umumnya disebut sebagai litharge. PbO adalah contoh dari timbal dengan biloks 2. PbO larut dalam asam nitrat dan asam asetat. PbO juga larut dalam larutan basa membentuk garam plumbit.

PbO2 adalah contoh dari timbal dengan biloks 4 dan merupakan agen pengoksidasi yang kuat. Karena PbO larut dalam asam dan basa maka PbO bersifat amfoter. Senyawa timbal dengan dua macam biloks juga ada yaitu Pb3O4 yang dikenal dengan nama minium.

2. Senyawa Timbal

Senyawa timbal yang umum adalah Tetra Etil Lead (TEL), PbO2, Timbal(II) Klorida (PbCl2), Timbal tetroksida (Pb3O4), dan Timbal(II) Nitrat.

3. Cara Pemerolehan

Pada umumnya biji timbal mengandung 10% Pb dan biji yang memiliki kandungan timbal minimum 3% bisa dipakai sebagai bahan baku untuk memproduksi timbal. Biji timbal pertama kali dihancurkan dan kemudian dipekatkan hingga konsentrasinya mencapai 70% dengan menggunakan proses “froth flotation” yaitu proses pemisahan dalam industri untuk memisahkan material yang bersifat hidrofobik dengan hidrofilik.

Kandungan sulfida dalam biji timbal dihilangkan dengan cara memanggang biji timbal sehingga akan terbentuk timbal oksida (hasil utama) dan campuran antara sulfat dan silikat timbal dan logam-logam lain yang ada dalam biji timbal. Pemanggangan ini dilakukan dengan menggunakan aliran udara panas. Reaksi yang terjadi adalah:

MSn + 1.5nO2 → MOn + nSO2.

Timbal oksida yang terbentuk direduksi dengan menggunakan alat yang dinamakan “blast furnace” dimana pada proses ini hampir semua timbal oksida akan direduksi menjadi logam timbal. Hasil timbal dari proses ini belum murni dan masih mengandung kontaminan seperti Zn, Cd, Ag, Cu, dan Bi. Timbal oksida yang tidak murni ini kemudian dicairkan dalam “furnace reverberatory” dan ditreatment menggunakan udara, uap, dan belerang dimana kontaminan akan teroksidasi kecuali perak, emas, dan bismuth. Kontaminan ini akan terapung pada bagian atas sehingga dapat dipisahkan. Logam perak dan emas dipisahkan, dan bismuthnya dihilangkan dengan menggunakan logam kalsium dan magnesium. Hasil logam yang dihasilkan dari keseluruhan proses ini adalah logam timbal. Logam timbal yang sangat murni diperoleh dengan cara elektrolisis meggunakan elektrolit silica flourida.

4. Kegunaan Timbal

Timbal memiliki kegunaan yang sangat besar bagi kesejahteraan hidup manusia apabila dikelola secara bijaksana, adapun berbagai kegunaan dari timbal antara lain:

a. Timbal digunakan dalam accu dimana accu ini banyak dipakai dalam bidang automotif.

b. Timbal dipakai sebagai agen pewarna dalam bidang pembuatan keramik terutama untuk warna kuning dan merah.

c. Timbal dipakai dalam industri plastic PVC untuk menutup kawat listrik.

d. Timbal dipakai sebagai proyektil untuk alat tembak dan dipakai pada peralatan pancing untuk pemberat disebakan timbale memiliki densitas yang tinggi, harganya murah dan mudah untuk digunakan.

e. Lembaran timbal dipakai sebagai bahan pelapis dinding dalam studio musik.

f. Timbal dipakai untuk pelindung alat-alat kedokteran, laboratorium yang menggunakan radiasi misalnya sinar X.

g. Timbal cair dipergunakan sebagai agen pendingin dalam peralatan reactor yang menggunakan timbale sebagai pendingan.

h. Kaca timbal mengandung 12-28% Pb dimana dengan adanya Pb ini akan mengubah karakteristik optis dari kaca dan mereduksi transmisi radiasi.

i. Timbal banyak dipakai untuk elektroda pada peralatan elektrolisis.

j. Timbal digunakan untuk solder untuk industri elektronik.

k. Timbal dipakai dalam berbagai kabel listrik bertegangan tinggi untuk mencegah difusi air dalam kabel.

l. Timbal ditambahkan dalam peralatan yang terbuat dari kuningan agar tidak licin dan biasanya digunakan dalam peralatan permesinan.

m. Timbal dipakai dalam raket untuk memperberat massa raket.

n. Timbal karena sifatnya tahan korosi maka dipakai dalam bidang kontruks.

o. Dalam bentuk senyawaan maka tetra-etil-lead dipakai sebagai anti-knock pada bahan bakar.

p. Semikonduktor berbahan dasar timbal banyak seperti Timbal telurida, timbale selenida, dan timbale antimonida dipakai dalam peralatan sel surya dan dipakai dalam peralatan detektor inframerah.

q. Timbal biasanya dipakai untuk menyeimbangkan roda mobil tapi sekarang dilarang karena pertimbangan lingkungan.

r. Digunakan sebagai aditif bahan bakar (TEL), berfungsi untuk mengurangi knock pada mesin

Kecenderungan Golongan Karbon

Tiga unsur pertama golongan 4, C, Si, dan Ge, mempunyai titik leleh yang sangat tinggi, suatu karakteristik jaringan ikatan kovalen unsur non logam dan semi logam, sedangkan dua unsure berikutnya, Sn dan Pb, mempunyai titik leleh yang lebih rendah, bersifat lebih dekat logam dengan rentangan fase cair yang cukup panjang. Unsur-unsur golongan 14 ini mampu membentuk senyawa katenasi, yaitu membentuk rantai dari atom-atomnya sendiri, kemampuan sifat katenasi ini menurun dengan naiknya nomor atom. Jadi, karbon mampu membentuk rantaiyang tak terbatas panjangnya, silikon membentuk rantai hingga enam belas atom, germanium enamatom, dan timah dua atom.Golongan karbon, dengan karakteristik konfigurasi elektronik terluar ...ns2np2 ,mempunyai bilanganoksidasi +4.

Sifat non logam mendominasi hingga pertengahan golongan yang bersifat semi logam,dan tingkat oksidasi -4 dapat ditemui bagi tiga unsur pertama ini jika bersenyawa dengan unsurelektropositif. Tingkat oksidasi ganda, +2 dan +4, menjadi karakteristik bagi unsur-unsur selanjutnya,Sn dan Pb, tingkat oksidasi ini melibatkan ikatan kovalen, dan ikatan ionik khususnya dengan tingkatoksidasi +2. Kecenderungan kestabilan tingkat oksidasinya adalah bahwa bagi karbon dangermanium tingkat oksidasi +4 lebih stabil daripada tingkat oksidasi +2, tetapi bagi Sn dan Pb, tingkatoksidasi +2 lebih stabil daripada tingkat oksidasi +4.

Kecenderungan Sifat Non-Logam dan Logam Pada Unsur-Unsur Golongan 4

Struktur dan sifat-sifat fisik

Struktur unsure

Kecenderungan dari non-logam ke logam jika anda turun dalam satu golongan jelas terlihat pada struktur unsur-unsur itu sendiri.

Karbon pada posisi paling atas mempunyai struktur kovalen raksasa dengan dua allotropi yang sangat dikenal – intan dan grafit.

Intan memiliki struktur tiga dimensi dari atom-aton karbon yang masing-masing tergabung secara kovalen dengan 4 atom lainnya. Gambar berikut menunjukkan bagian kecil dari strukturnya.

Struktur yang sama seperti ini ditemukan pada silikon, germanium, dan pada salah satu allotropi timah – "timah abu-abu" atau "alfa-timah".

Allotropi yang umum untuk timah ("timah putih" atau "beta-timah") merupakan logam dan atom-atomnya terikat oleh ikatan logam. Strukturnya berupa terjejal yang terdistorsi. Pada struktur terjejal, masing-masing atom dikelilingi oleh 12 atom tetangga terdekat.

Selanjutnya anda dapatkan timbal, atom-atomnya tersusun dalam struktur logam berkoordinasi 12.

Hal itu merupakan kecenderungan yang jelas dari ikatan kovalen yang umum ditemukan pada non-logam dan ikatan logam pada logam, dengan perubahan yang jelas, terdapat dua struktur yang sangat berbeda pada timah.

Sifat-sifat fisik unsur

Titik leleh dan titik didih

Jika anda melihat kecenderungan titik leleh dan titik didih pada golongan 4 dari atas ke bawah, sangat sulit membuat alasan yang masuk akal tentang pengaruh perubahan dari ikatan kovalen ke ikatan logam. Kecenderungan menggambarkan ikatan kovalen atau ikatan logam makin lemah dengan makin besarnya atom dan makin panjang ikatan.

Titik leleh timah yang lebih rendah dibandingkan dengan timbal dikarenakan timah membentuk struktur koordinasi 12 yang terdistorsi, bukan murni. Nilai titik leleh dan titik didih timah pada tabel merupakan nilai untuk logam timah putih.

Kerapuhan

Terdapat perbedaan yang jelas antara non-logam dan logam jika anda melihat kerapuhan unsurnya.

Karbon sebagai intan, tentu, sangat keras – menggambarkan kekuatan ikatan kovalen. Namun demikian, jika anda memukulnya dengan palu, intan akan pecah. Anda memerlukan energi yang cukup untuk memecah keberadaan ikatan karbon-karbon.

Silikon, germanium, dan timah abu-abu (semuanya memiliki struktur yang sama dengan intan) juga berupa padatan yang rapuh.

Timah putih dan timbal mempunyai struktur logam. Atom-atom dapat diputar satu sama lain tanpa menimbulkan kerusakan permanen pada ikatan logam – disebabkan oleh sifat-sifat logam yang umum seperti dapat ditempa dan dapat diubah bentuknya. Timbal merupakan logam yang lunak.

Konduktivitas listrik

Karbon sebagai intan tidak menghantarkan listrik. Pada intan elektron terikat erat dan tidak bebas bergerak.

Tidak seperti intan (yang tidak menghantarkan listrik), silikon, germanium, dan timah abu-abu merupakan semikonduktor.

Timah putih dan timbal merupakan logam yang dapat menghantarkan listrik. Hal itu merupakan kecenderungan sifat konduktivitas karbon sebagai intan yang berupa non-logam, dan timah putih dan timbal yang merupakan logam.

Hal itu merupakan kecenderungan sifat konduktivitas karbon sebagai intan yang berupa non-logam, dan timah putih dan timbal yang merupakan logam.

Mencoba menjelaskan kecenderungan yang terjadi

Karakteristik utama logam adalah membentuk ion positif. Yang perlu dilakukan adalah mengamati faktor yang dapat meningkatkan kemungkinan terbentuknya ion positif pada golongan 4 dari atas ke bawah.

Elektronegativitas

Elektronegativitas merupakan ukuran kecenderungan suatu atom untuk menarik elektron. Biasanya diukur dengan skala Pauling, dimana unsur yang paling elektronegatif (fluor) elektronegativitasnya 4.

Suatu atom yang elektronegativitasnya rendah, kurang kuat menarik elektron. Artinya bahwa atom ini akan cenderung kehilangan pasangan elektron bila berikatan dengan atom lain. Atom yang kita amati cenderung membawa muatan positif parsial atau membentuk ion positif.

Sifat logam biasanya dikaitkan dengan elektronegativitas yang rendah.

Jadi apa bagaimanakah elektronegativitas unsur golongan 4? Apakah terjadi penurunan jika anda bergerak ke bawah dalam satu golongan, yang menunjukkan kecenderungan sifat logam?

Baiklah! Elektronegativitas turun dari karbon ke silikon, tetapi setelah itu terjadi ketidakteraturan!

Karena itu sepertinya tidak ada kecenderungan hubungan antara non-logam hingga logam dengan elektronegativitas.

Energi ionisasi

Jika anda memikirkan pembentukan ion positif, cara tepat untuk memulai adalah bagaimana energi ionisasi berubah dari atas ke bawah pada golongan 4.

Energi ionisasi didefinisikan sebagai energi yang diperlukan untuk melepas satu elektron terluar, dinyatakan dalam kJ mol^-1.

Energi ionisasi pertama:

Energi ionisasi kedua:

. . . dan seterusnya

Unsur golongan 4 tidak ada yang membentuk ion 1+, jadi mengamati energi ionisasi pertama saja tidak berguna. Beberapa unsur membentuk ion 2+ dan (untuk beberapa tingkat) 4+.

Tabel pertama menunjukkan energi ionisasi total yang diperlukan untuk membentuk ion 2+, bervariasi dari atas ke bawah dalam satu golongan. Nilainya dinyatakan dalam kJ mol^-1.

Anda dapat melihat bahwa energi ionisasi cenderung turun dari atas ke bawah dalam satu golongan – meskipun ada sedikit peningkatan pada timbal. Kecenderungan ini karena:

Atom-atom menjadi lebih besar karena bertambahnya elektron. Elektron terluar makin jauh dengan inti atom, sehingga daya tarik inti kurang – dan elektron lebih mudah lepas.
Elektron terluar terlindungi dari pengaruh inti dengan bertambahnya elektron yang lebih dalam.
Dua pengaruh tersebut lebih besar dibanding pengaruh kenaikan muatan inti.

Jika anda melihat besarnya energi ionisasi yang diperlukan untuk membentuk ion 4+, polanya sama, tetapi tidak semuanya mirip. Sekali lagi, nilainya dinyatakan dalam kJ mol^-1.

Apa yang dapat dilihat dengan jelas dari dua grafik di atas adalah bahwa anda memerlukan energi ionisasi dalam jumlah besar untuk membentuk ion 2+, dan lebih besar lagi untuk membentuk ion 4+.

Namun demikian, pada tiap contoh ada penurunan energi ionisasi jika anda bergerak dari atas ke bawah dalam satu golongan yang sepertinya menjadikan timah dan timbal dapat membentuk ion positif – namun demikian, tidak ada indikasi dari gambar ini bahwa mereka mungkin membentuk ion positif.

Energi ionisasi karbon pada puncak golongan terlalu besar dan tidak memungkinkan untuk membentuk ion positif yang sederhana.

Kecenderungan Keadaan Oksidasi Golongan 4

Beberapa contoh kecenderungan keadaan oksidasi

Kecenderungan secara keseluruhan

Keadaan oksidasi yang umum untuk golongan 4 adalah +4, ditemukan pada senyawa CCl₄, SiCl₄ dan SnO₂.

Jika anda bergerak ke bawah dalam satu golongan, ada banyak contoh dengan keadaan oksidasi +2, seperti SnCl₂, PbO, dan Pb²⁺.

Pada timah, keadaan +4 masih lebih stabil dibandingkan +2, tetapi pada timbal, keadaan +2 lebih stabil – dan mendominasi kimia timbal.

Contoh pada kimia karbon

Contoh yang umum untuk keadaan oksidasi +2 pada kimia karbon adalah karbon monoksida, CO. Karbon monoksida merupakan agen pereduksi yang kuat karena mudah teroksidasi menjadi karbon dioksida – dimana keadaan oksidasinya lebih stabil secara termodinamika yaitu +4.

Sebagai contoh, karbon monoksida mereduksi beberapa oksida logam panas menjadi logam – reaksi ini diterapkan, misalnya, pada ekstraksi besi dalam blast furnace.

Contoh pada kimia timah

Jika anda bergerak ke bawah dalam satu golongan sampai pada timah, keadaan oksidasi +2 secara umum meningkat, dan ada yang menarik pada senyawa timah(II) dan timah(IV). Timah(IV) merupakan keadaan oksidasi timah yang lebih stabil.

Itu artinya akan mudah mengubah senyawa timah(II) menjadi senyawa timah(IV). Hal ini ditunjukkan dengan baik pada ion Sn²⁺ dalam larutan yang merupakan agen pereduksi yang baik.

Sebagai contoh, larutan yang mengandung ion timah(II) (misalnya larutan timah(II) klorida) akan mereduksi larutan iod menjadi ion iodida. Pada proses tersebut, ion timah(II) dioksidasi menjadi ion timah(IV).

Ion timah(II) juga mereduksi ion besi(III) menjadi ion besi(II). Sebagai contoh larutan timah(II) klorida akan mereduksi larutan besi(III) klorida menjadi larutan besi(II) klorida. Pada proses ini, ion timah(II) dioksidasi menjadi ion timah(IV) yang lebih stabil.

Ion timah(II) juga, tentu saja, mudah dioksidasi oleh agen pengoksidasi yang sangat kuat seperti larutan kalium mangan(VII) (larutan kalium permanganat) dalam kondisi asam. Reaksi ini dapat digunakan dalam titrasi untuk menentukan konsentrasi ion timah(II) dalam suatu larutan.

Dan sebagai contoh terakhir . . .

Dalam kimia organik, timah dan asam klorida pekat digunakan untuk mereduksi nitrobenzena menjadi fenilamin (anilin). Reaksi ini melibatkan timah yang teroksidasi menjadi ion timah(II) dan kemudian menjadi ion timah(IV).

Contoh pada kimia timbal

Pada timbal, kondisinya dibalik. Keadaan oksidasi timbal(II) lebih stabil, dan senyawa timbal(IV) mempunyai kecenderungan yang kuat untuk bereaksi dan menghasilkan senyawa timbal(II).

Timbal(IV) klorida, sebagai contoh, terurai pada temperatur kamar menghasilkan timbal(II) klorida dan gas klor.

. . . dan timbal(IV) oksida terdekomposisi pada pemanasan menghasilkan timbal(II) oksida dan oksigen.

Timbal(IV) oksida juga bereaksi dengan asam klorida pekat, mengoksidasi beberapa ion klorida dari asam menjadi gas klor. Sekali lagi, timbal direduksi dari +4 menjadi +2 yang lebih stabil.

Mencoba menjelaskan kecenderungan keadaan oksidasi

Tidak ada yang mengejutkan tentang keadaan oksidasi yang normal pada golongan 4 yaitu +4.

Semua unsur pada golongan 4 memiliki struktur elektron terluar ns²np_x¹np_y¹, dimana n bervariasi dari 2 (untuk karbon) sampai 6 (untuk timbal). Pada keadaan oksidasi +4 semua elektron terluar terlibat secara langsung dalam ikatan.

Pada bagian bawah golongan, ada kecenderungan peningkatan untuk tidak menggunakan pasangan s² dalam pembentukan ikatan. Ini sering disebut dengan efek pasangan inert – dan hal ini dominan pada kimia timbal.

Tidak ada penjelasan apapun dari penamaan "efek pasangan inert" Anda perlu mengetahui dua penjelasan yang berbeda tergantung pada apa yang anda bicarakan, pembentukan ikatan ionik atau ikatan kovalen.

Efek pasangan inert pada pembentukan ikatan ionik

Jika unsur golongan 4 membentuk ion 2+, maka unsur tersebut akan kehilangan elektron pada orbital p, menyisakan pasangan s² yang tidak terpakai. Misalnya, untuk membentuk ion timbal(II), timbal akan kehilangan dua elektron 6p, elektron 6s tidak mengalami perubahan – sebagai "pasangan inert".

Secara normal anda akan mengharapkan energi ionisasi turun dari atas ke bawah dalam satu golongan karena elektron lebih jauh dari inti. Hal itu tidak terjadi pada golongan 4.

Tabel pertama menunjukkan energi ionisasi total yang diperlukan untuk membentuk ion 2+ bervariasi dari atas ke bawah dalam satu golongan. Nilainya dinyatakan dalam kJ mol^-1.

Perhatikanlah, antara timah dan timbal terdapat sedikit peningkatan.

Ini artinya sedikit lebih sulit untuk menghilangkan elektron p pada timbal daripada pada timah.

Jika anda melihat pola lepasnya 4 elektron, perbedaan antara timah dan timbal lebih menarik. Peningkatan energi ionisasi yang relatif besar antara timah dan timbal disebabkan karena pasangan 6s² pada timbal secara signifikan lebih sulit untuk dihilangkan daripada pasangan 5s² pada timah.

Sekali lagi, nilainya dalam kJ mol^-1, dan dua tabel tersebut mempunyai skala yang hampir sama.

Hal tersebut dapat dijelaskan dengan teori relativitas. Pada unsur yang lebih berat seperti timbal, ada kecenderungan untuk menarik elektron lebih dekat ke inti daripada yang diperkirakan, dikenal sebagai kontraksi relativistik elektron. Karena elektron lebih dekat dengan inti, maka lebih sulit untuk dilepaskan. Pada unsur yang lebih berat pengaruh ini lebih besar.

Pengaruh ini lebih besar pada elektron s daripada elektron p.

Pada contoh timbal, adanya kontraksi relativistik menyebabkan elektron 6s lebih sulit dilepaskan secara energetika dari yang anda perkirakan. Energi yang dilepaskan ketika ion terbentuk (seperti entalpi kisi atau entalpi hidrasi) tidak cukup untuk mengimbangi tambahan energi akibat adanya kontraksi relativistik. Artinya secara energetika tidak disukai bagi timbal untuk membentuk ion 4+.

Efek pasangan inert pada pembentukan ikatan kovalen

Anda perlu memikirkan mengapa karbon secara normal membentuk empat ikatan kovalen bukan dua.

Dengan menggunakan notasi elektron dalam kotak, struktur elektron terluar karbon terlihat seperti ini:

Pada gambar hanya ada dua elektron tak berpasangan. Sebelum membentuk ikatan, secara normal karbon akan mendorong satu elektron dari orbital s untuk mengisi orbital p yang kosong.

Akhirnya terdapat 4 elektron tak berpasangan yang (setelah hidridisasi) dapat membentuk 4 ikatan kovalen.

Hal itu bermanfaat untuk menyediakan energi untuk mendorong elektron orbital s, karenanya karbon dapat membentuk ikatan kovalen dua kali lebih banyak. Masing-masing ikatan kovalen yang terbentuk melepaskan energi yang cukup untuk keperluan promosi.

Satu penjelasan yang mungkin, mengapa timbal tidak melakukan hal yang sama adalah karena terjadi penurunan energi ikatan dari atas ke bawah dalam satu golongan. Energi ikatan cenderung turun dengan makin besarnya ukuran atom dan makin jauhnya jarak pasangan ikatan dengan dua inti serta lebih terlindungi dari inti.

Sebagai contoh, energi yang dilepaskan ketika dua ikatan tambahan Pb-X (dengan X adalah H atau Cl atau apapun) terbentuk tidak mampu mengimbangi besarnya energi tambahan yang diperlukan untuk mendorong elektron 6s ke orbital 6p yang kosong.

Hal ini akan lebih sulit, tentu saja, jika beda energi antara orbital 6s dan 6p bertambah dengan adanya kontraksi relativistik dari orbital 6s.

Bab III

Penutup

A. Kesimpulan

1. Golongan karbon ( IV A ) terdiri dari karbon , silicon , germanium , timah , dan timbale.

2. Karbon merupakan unsur utama dalam senyawa organik dan anorganik yang begitu banyak jumlah dan jenisnya

3. Karbon mengisi tempat khusus diantaranya unsur-unsur dalam keragaman dan kekompleksan dalm senyawa yang dapat dibentuknya.

4. Karbon juga merupakan zat padat yang tegar, yang biasa diangggap sebagai molekul raksasa yang tediri dari banyak sekali atom.

5. Unsur karbon terdapat dalam tiga bentuk yaitu bentuk amorf,grafit,dan intan.

6. Silikon merupakan unsur yang tidak reaktif secara kimia (inert), tetapi dapat terserang oleh halogen dan alkali.

7. Keberadaan germanium dialam sangat sedikit, yang diperoleh dari batu bara dan batuan seng pekat

8. Logam timah banyak dipergunakan untuk solder(52%), industri plating (16%), untuk bahan dasar kimia (13%), kuningan & perunggu (5,5%), industri gelas (2%), dan berbagai macam aplikasi lain (11%).

9. Timbal atau Timah Hitam (Pb) adalah unsur yang bersifat logam,

10. Tiga unsur pertama golongan 4, C, Si, dan Ge, mempunyai titik leleh yang sangat tinggi, suatu karakteristik jaringan ikatan kovalen unsur non logam dan semi logam, sedangkan dua unsure berikutnya, Sn dan Pb, mempunyai titik leleh yang lebih rendah, bersifat lebih dekat logam dengan rentangan fase cair yang cukup panjang.

B. Saran

1. Diharapkan dengan adanya makalah ini mampu membantu mahasiswa untuk menjawab masalah-masalah dalam kimia khususnya yang menyamgkut hal yang berkaitan dengan unsur karbon

2. Diharapkan kepada pembaca agar mampu memberikan saran yang membangun untuk pembuatan makalah selanjutnya agar lebih baik dari yang telah ada sekarang.

3. Diharapkan makalah ini mampu menambah literatur di perpustakaan untuk menambah pengetahuan pembaca khusunya mahasiswa.

DAFTAR PUSTAKA

file:///bab-i-pendahuluan.html

file:///20GOLONGAN%20IVA%20%C2%AB%20Eben%27s%20Site.htm

file:/// golongan%20karbon.htm

file:/// Karbon.htm

file:/// /karbon1.htm

file:///Kecenderungan%20Keadaan%20Oksidasi%20Golongan%204%20_%2 Chem-Is-Try.Org%20_%20Situs%20Kimia%20Indonesia%20_.htm

file:///Kecenderungan%20Sifat%20NonLogam%20dan%20Logam%20Pada%20Unsur-Unsur%20Golongan%204%20_%20Chem-Is Try.Org%20_%20Situs%20Kimia%20Indonesia%20_.htm

file:/// /unsur-golongan-iv.html

file:/// Unsur-unsur%20Kimia%20Golongan%20IV%20A.htm

file:/// unsur-golongan-iva.html

file:/// unsur-golongan-iv.html