Review Karbon

Golongan Karbon , Kecenderungan Golongan Karbon , Silikon dan Germanium

A.    Karbon

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.

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 10⁷ Pa. 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.

2.      Senyawa Karbon

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

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.

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) → Si (g) + C(graphite) + CO₂

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.

B. SILIKON

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.

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

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 H₂SO₄ pekat 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.

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.

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.

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.