makalah kimia unsur unsur-unsur golongan iv a
TRANSCRIPT
MAKALAH KIMIA UNSUR
UNSUR-UNSUR GOLONGAN IV A
Oleh :
Desty Erdiana Kusumawati K3316012
Ika Kurniasari K3316024
Luthfia Izzati K3316035
Purnomo K3316051
Septian Dwi Budi Prakoso K3316063
PENDIDIKAN KIMIA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2018
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Unsur-unsur golongan IVA merupakan salah satu unsur-unsur yang paling sering
digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Karbon (C) merupakan salah satu unsur yang
paling sering ditemui dalam kehidupan dalam bentuk arang, abu, bahkan karbon dioksida
yang merupakan gas yang makhluk hidup keluarkan pada proses respirasi.
Begitu pula dengan silikon (Si) yang sering digunakan dalam bentuk keramik
sebagai bahan dalam pembangunan rumah ataupun gedung-gedung bertingkat. Dalam
golongan IVA, tidak hanya unsur karbon dan silikon saja yang sering digunakan dalam
kehidupan sehari-hari, terdapat pula unsur lain seperti Germanium (Ge), Timah (Sn), dan
Timbal (Pb), serta unsur yang baru-baru saja ditemukan yaitu Uuq (ununquadium) yang
berganti nama menjadi Flerovium (Fl). Unsur-unsur tersebut tentunya memiliki kegunaan
tersendiri dalam kehidupan dan memiliki sifat/ karakteristik masing-masing. Oleh karena
itu, mempelajari unsur-unsur tersebut termasuk hal yang perlu untuk menambah
pengetahuan.
B. Rumusan Masalah
1. Bagaimana sejarah ditemukannya unsur-unsur golongan IVA?
2. Apa saja sifat-sifat unsur golongan IVA?
3. Bagaimana pembuatan atau sintesis dari golongan IVA?
4. Apa saja kegunaan dari unsur golongan IVA?
C. Tujuan
1. Mengetahui sejarah ditemukannya unsur-unsur golongan IVA
2. Mengetahui sifat-sifat unsur golongan IVA
3. Mengetahui proses pembuatan unsur-unsur golongan IVA
4. Mengetahui kegunaan dari unsur-unsur golongan IVA
BAB II
PEMBAHASAN
I. Karbon (C)
a. Sejarah Unsur Karbon
Karbon berasal dari bahasa Latin carbo, yang berarti arang. Karbon telah
ditemukan sejak jaman pra-sejarah dan sangat banyak ditemukan di alam. Barulah
pada abad ke-18 bahwa unsur karbon telah ditemukan. Tiga orang yang paling
terkenal dalam eksperimen-eksperimen indeitifkasi unsur karbon diantaranya :
Seorang Ilmuwan Prancis bernama Antoine Lavoisier adalah salah satu orang
yang paling awal untuk mengajukan teori bahwa karbon merupakan sebuah unsur
pada tahun 1789. Dia melakukan percobaan sederhana di mana ia membakar
sejumlahi arang dan berlian. Ia menemukan bahwa ia mendapat jumlah yang sama
dari karbon dioksida oleh-produk dari dua proses. Ini menuntun dia untuk percaya
bahwa berlian dan arang tentunya terbuat dari unsur yang sama. Sebagai informasi
berlian itu juga mengandung karbon.
Scheele adalah seorang ilmuwan Jerman yang melakukan tes serupa seperti
Lavoisier. Namun, dalam pengalamannya, Scheele memanfaatkan bentuk yang
berbeda dari karbon yang dikenal sebagai grafit, yang sebelumnya dianggap sebagai
bentuk timbal. Dalam eksperimennya ia juga mendapat jumlah yang sama dari karbon
dioksida untuk setiap gram grafit dan batubara bahwa ia terbakar.
René-Antoine Ferchault de Reamur adalah seorang peneliti di berbagai bidang
ilmiah studi. Dia ditunjukkan melalui proses metalurgi yang baja diproduksi ketika
elemen Besi diserap substansi yang dikenal untuk menjadi Carbon. Penelitian ini
dilakukan oleh para ilmuwan terkenal yang membenarkan adanya Carbon kimia
sebagai elemen kompleks bahwa manusia telah menggunakan dalam berbagai bentuk.
b. Sumber dan Kelimpahan Unsur Karbon
Karbon dapat dijumpai di kerak bumi dengan konsentrasi 480 ppm dan pada
air laut sekitar 28 ppm. Unsur karbon dapat ditemukan sebagai unsur bebas C amorf,
intan dan grafit. Sebagai calcium carbonate (limestone). Keberadaan sebagai
hidrokarbon: batu bara, petroleum dan gas alam. Karbon juga berada di atmosfir
dalam bentuk CO2, CO dan metana.
c. Ekstraksi/Pembuatan Unsur Karbon
Karbon dapat dibuat dengan cara alami maupun dengan buatan manusia dalam
skala laboratorium. Berikut adalah cara pembuatan karbon. Karbon dibuat dengan
mereaksikan coke dengan silica SiO2
Karbon terdapat dialam sebagai grafit . Grafit buatan dengan mereaksikan
coke dengan silica SiO2 dengan reaksi sebagai berikut:
SiO2 + 3C → SiC + Si (g) + C (graphite) (berlangsung pada suhu 2500℃).
1. Pembuatan Karbon Aktif
Karbon aktif merupakan bahan kimia yang saat ini banyak digunakan
dalam industri yang menggunakan proses absorbsi dan purifikasi. Karbon aktif
adalah nama dagang untuk arang yang mempunyai porositas tinggi, dibuat dari
bahan baku yang mengandung zat arang. Contoh dari bahan baku pembuatan
karbon aktif ini adalah dari kulit singkong dan tempurung kelapa.
Karbon aktif merupakan salah satu adsorben yang paling sering digunakan
pada proses adsorpsi. Hal ini disebabkan karena karbon aktif mempunyai daya
adsorpsi dan luas permukaan yang lebih baik dibandingkan adsorben lainnya.
Karbon aktif yang baik haruslah memiliki luas area permukaan yang besar
sehingga daya adsopsinya juga akan besar.
d. Sifat-Sifat Unsur Karbon
1. Sifat Fisika
Fasa pada suhu kamar : padat
Bentuk kristalin : intan dan grafit
Massa jenis : 2,267 g/cm³ (grafit) dan 3,513 g/cm³ (diamond)
Titik leleh : 4300-4700 K
Titik didih : 4000 K
Densitas : 2,267 g/cm3 (grafit) 3,515 g/cm3 (diamond)
Kalor lebur : 100 kJ/mol (grafit ) dan 120 kJ/mol (diamond)
Kalor uap : 355,8 kJ/mol
Kalor jenis : 8,517 J/molK (grafit) dan 6,115 J/molK (diamond)
2. Sifat Kimia
Bilangan oksidasi : 4,3,2,1,0,-1,-2,-3,-4
Elektronegatifitas : 2,55 (skala pauli)
Energi ionisasi : 1086 kJ/mol
Energi ionisasi ke-2 : 2352,6 kJ/mol
Energi ionisasi ke-3 : 4620,5 kJ/mol
Jari-jari atom : 70 pm
Jari-jari kovalen : 77 pm
Jari-jari Vander Waals : 170 pm
Konduktifitas termal : 119-165 (grafit) 900-2300 (diamond) W/mK
Struktur Kristal : heksagonal
3. Sifat Karbon Berdasarkan Bentuk Allotrop
Alotrop adalah sifat sejumlah tertentu unsur dimana unsur ini mampu
berada dalam dua tau lebih bentuk, pada setiap alotrop atom-atom unsur tersebut
berikatan dengan cara yang berbeda sehingga membentuk modifikasi struktur
yang berbeda pula. Berbagai macam alotrop karbon adalah:
a. Intan
Intan merupakan zat padat yang bening berkilauan dan merupakan zat
yang paling keras. Setiap atom karbon dalam berada di pusat suatu
tetrahedron dan terikat secara kovalen kepada 4 atom karbon lainnya yang
berada di sudut tetrahedron tersebut. Intan merupakan molekul besar yang
melebar dalam 3 dimensi sehingga atom-atomnya terikat sangat kuat satu
sama lain. Hal ini mengakibatkan intan menjadi sangat keras.
Gambar intan
• Struktur 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 3000K dan tekanan lebih dari 125Kbar. Proses
ini menggunakan katalis logam transisi, seperti kromium (Cr ), besi
(Fe), dan platina (Pt).
Struktur intan
• Sifat fisik intan
Intan merupakan mineral alami yang paling keras, sehingga
intan banyak digunakan sebagai alat untuk memotong, mengasah dan
sebagai mata bor. Intan memiliki titik leleh yang sangat tinggi yakni
4827 °C). Hal ini disebabkan Ikatan kovalen karbon-karbon yang
terbentuk pada struktur intan sangat kuat bahkan lebih kuat dari ikatan
ionik.
Intan berupa isolator namun dapat menyerap panas dengan
sangat baik. Daya hantar listrik intan berkaitan dengan elektron yang
digunakan untuk membentuk ikatan, dimana pada intan elektron-
elektron berikatan sangat kuat sehingga tidak ada elektron yang bebas
bergerak ketika diberi beda potensial. Sifat penyerap panas yang baik
dari intan diaplikasikan pada peralatan elektonik untuk menyerap
panas yang dihasilkan ketika peralatan elektronik digunakan. Dengan
melapisi intan pada konduktor dalam peralatan elektronik maka suhu
peralatan tersebut dapat dijaga relatif konstan sehingga peralatan
tersebut dapat berfungsi secara normal.
Intan tidak larut dalam air dan pelarut organik. Dalam hal ini
tidak memungkinkan terjadinya daya tarik antara molekul pelarut dan
atom karbon yang dapat membongkar dayatarik antara atom-atom
karbon yang berikatan secara kovalen. Akibat pelarut tidak mampu
mensolvasi molekul intan.
b. Grafit
• Struktur grafit
Grafit merupakan alotrop karbon yang dapat menghantarkan arus
listrik dan panas dengan baik. Karena sifat inilah grafit biasanya
digunakan sebagai elektroda pada sel elektrolisis.
Dalam struktur grafit setiap atom karbon membentuk ikatan
kovalen dengan tiga atom karbon lainnya membentuk susunan heksagonal
dengan struktur berlapis seperti tumpukan kartu. Karena atom karbon
memiliki 4 elektron valensi maka pada setiap atom karbon masih terdapat
satu elektron yang belum berikatan (elektron bebas).
Sifat daya hantar listrik yang dimiliki oleh grafit dipengaruhi oleh
elektron-elektron yang tidak digunakan untuk membentuk ikatan kovalen.
Elektron-elektron ini tersebar secara merata pada setiap atom C karena
terjadi tumpang tindih orbital seperti pada ikatan logam yang membentuk
awan atau lautan elektron. Oleh sebab itu ketika diberi beda potensial,
elektron-elektron yang terdelokaslisasi sebagian besar akan mengalir
menuju anoda (kutub positif), aliran elektron inilah yang menyebabkan
arus listrik dapat mengalir. Sedangkan ketika salah satu ujung dipanaskan
maka elektron-elektron ini akan segera berpindah menuju bagian yang
memiliki suhu lebih rendah. Akibatnya panas tersebut akan menyebar ke
bagian grafit yang memiliki suhu lebih rendah. Struktur grafit seperti yang
tertera pada Gambar.
Gambar stuktur grafit
Ikatan kovalen antar lapisan pada grafit relatif lebih lemah bila
dibanding ikatan kovalen antar antar atom dalam satu lapisan. Dengan adanya
hal ini menyebabkan grafit bersifat licin, karena lapisan yang berada dibagian
atas mudah tergelincir atau mudah tergeser.
• Sifat fisik grafit
Grafit memiliki titik leleh tinggi, sama seperti intan. Untuk
melelehkan grafit, tidak hanya cukup untuk memisahkan salah satu
lembaran atom dari lembaran atom yang lainnya, tetapi harus memutuskan
seluruh ikatan kovalen yang terdapat pada seluruh bagian struktur grafit.
Grafit memiliki sifat lunak, terasa licin, dan digunakan pada pensil
dan sebagai pelumas kering seperti pada kunci. Grafit kurang lebih seperti
tumpukan kartu. Tiap kartu kuat, tetapi kartu akan saling bergeser satu
sama lainnya, atau akan merosot secara keseluruhan. Ketika menggunakan
sebagai pensil, lembaran atom digosokkan dan menempel pada kertas.
Grafit memiliki kerapatan yang lebih rendah dibanding dengan
intan. Hal ini disebabkan karena terdapat ruang dalam jumlah yang
relative banyak yang man ruangan tersebut merupakan “sampah” di antara
lembaran-lembaran atom.
Grafit tidak larut dalam air dan pelarut organik, karena daya tarik
antara molekul pelarut tidak akan pernah cukup kuat untuk melampaui
ikatan kovalen yang kuat pada grafit.
Grafit menghantarkan listrik. Elektron yang terdelokalisasi bebas
bergerak di seluruh bagian lembaran atom. Jika setiap bagian grafit
terhubung pada suatu sirkuit, elektron akan dapat berpindah dari ujung
lembaran dan digantikan oleh elektron yang baru pada ujung lain.
c. Amorf
Bentuk amorf umum dari karbon adalah arang, kokas, karbon hitam,
dan bahan hitam tulang. Unsur karbon dalam amorf, selain terdapat di alam
juga dihasilkan dari pembakaran terbatas minyak bumi (jumlah oksigen
terbatas sekitar 50% dari jumlah oksigen yang diperlukan untuk pembakaran
sempurna). Bila batu bara dipanaskan tanpa udara, berbagai zat yang volatile
(mudah menguap) dikeluarkan (gas batu bara), meninggalkan residu dengan
kadar karbon yang tinggi yang dikenal sebagai kokas ( ampas batu arang ).
Tipe penyulingan destruktif yang sama dari kayu dan bahan organik lainnya
menghasilkan arang. Pembakaran tidak sempurna dari gas alam menghasilkan
nyala berasap, dan asp ini dapat disimpan sebagi jelaga yang halus disebut
karbon hitam. Secara alami, karbon amorf terdapat dalam serbuk gergaji,
lignit batu bara, gambut, kayu, batok kelapa, dan biji – bijian.
d. Fulleren
Fuleren adalah alotrop karbon dimana 1 molekul karbon terdiri dari 60
atom karbon sehingga sering disebut sebagai C60. Pada struktur fulleren setiap
atom karbon berikatan dengan tiga atom karbon lain dengan pola membentuk
susunan pentagonal membentuk struktur berongga seperti bola sepak. Struktur
fulleren seperti yang tertera pada Gambar.
Gambar Struktur fullerene
• Sifat fullerene
Fullrene tidak larut dalam air, tetapi dapat larut dalam pelarut organik.
Fullrene sebagai superkonduktor dan penyerap panas yang baik. Sifat
superkonduktor dan menyerap panas ini berkaitan 1 elektron yang tidak
digunakan untuk membentuk ikatan kovalen, seperti pada grafit. Salah
satu senyawaan C60 yang merupakan semikonduktor adalah K3C60.
e. Kegunaan Unsur Karbon
Ada banyak kegunaan terbatas karbon dalam bentuk unsurnya. Tapi setelah
menggabungkan dengan unsur lain, berubah dirinya menjadi zat yang berguna untuk
berbagai hal antara lain :
1. Digunakan sebagai unsur dekoratif dalam barang-barang perhiasan.
2. Bahan bakar fosil seperti gas metana, minyak mentah, bensin, dan diesel
mengandung persentase tinggi karbon. Bahkan gas memasak yang kita gunakan
adalah hidrokarbon.
3. Karbon digunakan sebagai dasar pelarut untuk tinta yang digunakan dalam printer
inkjet.
4. Unsur ini digunakan dalam industri otomotif sebagai pigmen hitam.
5. Plastik merupakan polimer karbon.
6. ‘Vegetable carbon’ atau karbon aktif sering digunakan sebagai agen pemutih atau
penyerap gas yang banyak digunakan dalam sistem filtrasi.
7. Karbon (dalam bentuk karbon dioksida) juga digunakan dalam minuman bersoda,
alat pemadam kebakaran, dan bahan pembuat es kering.
8. Barang sehari-hari seperti parfum, semir sepatu, dan kertas karbon menggunakan
karbon.
9. Dalam metalurgi, karbon monoksida digunakan sebagai agen pereduksi untuk
memperoleh unsur dan senyawa lainnya.
10. Karbon dalam bentuk ‘freon’ digunakan dalam alat dan sistem pendingin.
11. Banyak pemotong logam dan alat-alat tahan panas diproduksi dari karbon.
12. Salah satu bahan yang paling berlimpah yaitu plastik, dihasilkan dari polimer
karbon sintetis.
Selain berbagai kegunaan diatas, karbon juga berperan dalam tubuh
manusia, diantaranya :
1. Karbon bertindak sebagai makronutrien bagi tubuh dalam bentuk karbohidrat.
Untuk diketahui, setiap bagian tubuh manusia terdiri dan memerlukan
sejumlah besar unsur ini.
2. Karbon berperan utama dalam banyak proses kehidupan yang kompleks dan
penting. Karbon dalam tubuh berikatan dengan banyak atom lain sehingga
membuat tubuh berfungsi serta membantu pertumbuhan. Sekitar 18% tubuh
manusia terdiri dari karbon.
3. Unsur ini merupakan dasar dari protein, lemak, dan asam nukleat dalam tubuh
manusia. Ini berarti karbon memainkan peran penting dalam fisiologi tubuh
manusia.
4. Karbon dioksida yang kita keluarkan pada saat respirasi mengandung karbon.
Kadar tidak normal karbon dioksida dalam tubuh dapat menimbulkan
berbagai masalah kesehatan. Oleh karena itu, penting untuk menjaga tingkat
normal karbon dioksida dalam tubuh.
5. Semua kegiatan metabolisme yang berlangsung dalam tubuh melibatkan
karbon sebagai komponen dasar. Sebagai contoh, hormon dan enzim
mengandung karbon.
6. Arang aktif digunakan dalam pengobatan untuk menyerap berbagai racun atau
gas yang diproduksi dalam tubuh manusia.
Selain memiliki banyak manfaat, ternyata karbon juga memiliki
dampak negative yaitu diantaranya :
1. Karbon disulfida CS2, beracun bila terserap kulit serta mudah terbakar dan
meledak terutama bila mengalami gesekan,
2. Karbon tetraklorida CCl4, beracun bila tertelan, terhisap, dan terserap kulit.
Selain itu pemicu terjadinya kanker,
3. Sifat CO2 yang dapat menyerap sinar infra merah lalu memantulkannya
kembali ke permukaan bumi disebut efek rumah kaca (green house effect).
Akan tetapi, bila kadar CO2 terlalu besar di udara dapat mengakibatkan suhu
permukaan bumi bertambah panas sehingga terjadi pemanasan global
(pemanasan yang merata di permukaan bumi). Akibat dari pemanasan global
di permukaan bumi tersebut, es di kutub akan mencair dan dapat
menimbulkan banjir di kota-kota pantai seluruh dunia.
f. Silikon (Si)
1. Sejarah Penemuan Silikon
Silicon ditemukan oleh Jons Jakob Berzelius. Silicon pertama kali dibuat
dalam bentuk murninya pada tahun 1824 dengan nama silisium yang berasal dari kata
silicis dan –ium yang berarti logam. Pada tahun 1831 namanya diganti menjadi
silicon karena sifatnya lebih mirip dengan karbon dan boron.
Silikon merupakan unsur kedua paling berlimpah di bumi setelah oksigen
yaitu mencakup 28 % dari kandungan kerak bumi. Silikon tidak ditemukan bebas di
alam, melainkan ditemukan hanya dalam senyawaan seperti silikat dan silikon
dioksida (silika). Bentuk silikon dioksida dapat ditemukan pada pasir, kuarsa dan
serbuk batuan. Sedangkan bentuk silikat dapat ditemukan diantaranya pada granit,
lempung dan mika. Serbuk silikon murni terdapat sebagai kepingan dalam emas dan
letusan gunung berapi.
Suatu sifat kimia yang penting dari karbon dan silikon adalah
kecenderungannya untuk membentuk molekul yang sangat besar. Atom-atom karbon
bergabung satu sama lain dengan membentuk rantai atom yang tak terbatas ragamnya.
Atom karbon juga cenderung membentuk ikatan kovalen tunggal, ikatan kovalen
rangkap dua, dan ikatan kovalen rangkap tiga. Sedangkan silikon cenderung
membentuk hanya ikatan tunggal.
Silikon merupakan salah satu unsur metaloid dengan nomor atom 14 dan
terdapat pada periode 3 golongan IV A. Silikon membentuk 28% kerak bumi dalam
jumlah berat, dan merupakan unsur terbanyak kedua, setelah oksigen. Silikon tidak
Silicon mengkristal dalam stuktur kristal kubus berlian (FCC)
ditemukan bebas di alam. Silikon terdapat dalam bentuk senyawa oksida silika SiO2,
dan mineral yang disebut silikat.
Kristal SiO2 murni mudah kita jumpai yang dikenal dengan nama pasir atau
kuarsa, sedangkan Kristal SiO2 yang tidak murni (dengan runutan bahan kotoran)
diantaranya adalah agata (akik), oniks, opal, batu kecubung (ametis), dan
flint. Granit, hornblende, asbestos, feldspar, tanah liat, mica, dan sebagainya
merupakan contoh beberapa mineral silikat.
Silikon memiliki 14 isotop yang diketahui, dengan nomor massa 22 sampai
36. Dari jumlah tersebut, ada tiga isotop silikon yang stabil, yaitu 28Si (92.23%), 29Si
(4.67%), dan 30Si (3.10%). Hal ini dikarenakan spin intinya I = 1/2, 29Si digunakan
dalam studi NMR senyawa silikon organik atau silikat (NMR padatan).
2. Sifat Fisika dan Kimia
a. Sifat Fisika
Sifat Silikon
Fase Solid
Massa Jenis 2,33g/cm3
Titik Leleh 1639K
Titik Didih 3435K
Jari-jari atom 111 pm
Jari-Jari Kovalen 117,59 pm
Keelektronegatifan 1,8
Dalam satu golongan dari atas ke bawah maka semakin besar titik didih
dan titik lelehnya, tetapi pada karbon, memiliki titik leleh dan titik didih yang
lebih besar dibandingkan dengan silikon. Sifat ini merupakan anomali pada
karbon. Perbedaan titik didih dan titik leleh disebabkan karena bentuk padatan
antara karbon dan silikon berbeda, serta hubungannya dengan kerapatan, dimana
kerapatan elektron pada karbon semakin besar sehingga menyebabkan titik didih
dan titik lelehnya besar.
b. Sifat Kimia
Silikon merupakan metaloid yang siap untuk memberikan atau berbagi 4
elektron terluarnya, sehingga memungkinkan banyak ikatan kimia. Kebanyakan
asam tidak bereaksi dengan silikon, kecuali asam nitrat dan asam hidrofluorat.
Silikon dengan 4 elektron valensi mempunyai kemungkinan untuk bergabung
dengan elemen atau senyawa kimia lainnya pada kondisi yang sesuai.
Silikon lebih reaktif dari karbon. Pada suhu tinggi silikon dapat berikatan
dengan halogen membentu senyawa biner. Bila silikon bereaksi, tidak ada
kecenderungan dari atom-atom silikon untuk kehilangan elektron-elektron terluar
dan membentuk kation sederhana seperti Si4+, karena ion-ion kecil ini akan
mempunyai rapatan muatan tinggi. Namun atom-atom ini biasanya bereaksi
dengan penggunaan bersama elektron-elektron atom tersebut untuk membentuk
ikatan kovalen. Bila dipanaskan dalam udara, unsur-unsur tersebut bereaksi
dengan oksigen dalam reaksi pembakaran yang sangat eksotermik untuk
membentuk oksida SiO2 (silika) yang bersifat asam.
Karbon dapat membentuk ikatan tunggal maupun ikatan rangkap dua dan
rangkap tiga, sedangkan pada silikon hanya dapat membentuk ikatan tunggal saja.
Hal ini dikarenakan untuk membentuk ikatan phi (rangkap) dibutuhkan jarak yang
dekat (ideal). Karbon memiliki ukuran atom yang kecil sehingga jari-jari atomnya
pun juga kecil sehingga jarak ikatan antara C dan C dekat dan memungkinkan
terbentuknya ikatan phi (rangkap). Sedangkan silikon memiliki ukuran atom yang
besar sehingga jari-jari atomnya pun besar. Jari-jari yang besar ini menyebabkan
jarak ikatan antara Si dan Si semakin jauh sehingga sulit untuk membentuk ikatan
phi (rangkap).
c. Sifat Homopolar (katenasi)
Dialam terdapat banyak sekali minyak bumi (Hidrokarbon) , dapat
dikatakan pada minyak bumi rantai C nya sangat banyak yaitu >30 . Sedangkan
pada silikon ikatannya hanya 16 . Sehingga Karbon lebih mudah untuk
berkatenasi atau berikatan dengan sesamnya dibandingkan dengan silikon yang
tidak dapat berikatan lebih dari 16.
Syarat agar suatu atom memiliki sifat katenasi adalah :
1. Valensinya minimal dua
2. Kuat ikatan antara sesama atom kira-kira sama dengan kuat ikatan antara
atom dengan atom lain
3. Relatif lamban teaksinya terhadap molekul atau ion lain.
Katenasi jarang ditemukan pada senyawa-senyawa silikon karena ikatan
antara Si–O jauh lebih kuat dibandingkan Si-Si sehingga silikon bersifat
heteropolar atau kurang berkatenasi.
d. Sifat Alotrop Silikon
Alotrop adalah sifat sejumlah tertentu unsur dimana unsur ini mampu
berada dalam dua atau lebih bentuk, pada setiap alotrop atom-atom unsur tersebut
berikatan dengan cara yang berbeda sehingga membentuk modifikasi struktur
yang berbeda pula.
Dua alotrop silikon yang ada pada suhu kamar yaitu amorf dan kristal.
Amorf muncul sebagai bubuk coklat, sedangkan kristal berupai kilap logam
dengan warna keabu-abuan. Kristal tunggal silikon merupakan kristal yang dapat
tumbuh dengan proses Czochralski. Proses Czochralski biasanya diterapkan
dalam proses pemurnian silikon dimana silikon yang akan dimurnikan dengan
mengkristalkannya diletakkan di dalam tempat dari quartz dan dilelehkan. Sebuah
silinder yang ujungnya terbuat dari kristal silikon dicelupkan kedalam lelehan
silikon yang belum murni. Silinder dengan ujung silikon murni tersebut di putar
dengan sangat pelan ke arah atas yang suhunya lebih dingin. Dengan pendinginan
secara pelan-pelan, pengkristalan akan terjadi dengan sempurna di bagian atas dan
secara otomatis pengotor akan bergerak ke arah bawah. Pada akhir proses ini,
pengotor akan tinggal di dalam wadah quartz dan silikon murni akan menjadi
batang silinder yang memanjang. Kemudian dapat dilakukan pemotongan untuk
mendapatkan silikon murni.
3. Pembuatan Silikon
Silikon dapat dibuat dari silika dengan cara sebagai berikut :
SiO2(s) + 2Mg(s) à 2MgO(s) + Si(s)
Dalam bentuk kristalnya, silikon adalah abu-abu atau hitam.
Silikon dibuat dari silika dengan kokas sebagai reduktor. Campuran silika dan
kokas dipanaskan dalam suatu tanur listrik pada suhu sekitar 30.000 C.
SiO2(s) + 2C(s) à Si(l) + 2CO(g)
Pembuatan silikon ultra murni dilakukan sebagai berikut. Mula-mula silikon
biasa direaksikan dengan klorin sehingga terbentuk silikon tetraklorida, suatu zat cair
yang mudah menguap (titik didih = 580oC)
Si(s) + 2Cl2(g) à SiCl4(l)
SiCl4 kemudian dimurnikan dengan distilasi bertingkat. Selanjutnya, SiCl4
direduksi dengan mengalirkan campuran uap SiCl4 dengan gas H2 melalui suatu
tabung yang dipanaskan. Dengan cara ini dapat diperoleh silikon ultra murni yang
pengotornya hanya sekitar 10 %. Reaksinya adalah sebagai berikut.
SiCl4(g) + 2H2(g) à Si(s) + 4HCl(g)
Padatan Si yang terbentuk berupa batangan yang perlu dimurnikan dengan
cara pemurnian zona (zone refining). Zone Refining biasanya digunakan untuk
memperoleh yang kemurniannya tinggi seperti Si, Ge, dan Ga. Gambar di bawah ini
merupakan contoh zone refining untuk germanium.
Pada pemurnian zona batangan silikon tidak murni secara perlahan dilewatkan
ke bawah melalui kumparan listrik pemanas yang terdapat pada zona lebur karena
pemanasan maka batang silikon tidak murni akan mengalami peleburan.
Seperti pada sifat koligatif larutan tentang pemurnian titik lebur larutan
dimana titik lebut larutan adalah lebih rendah dibandingkan titik lebur pelarut murni.
Pemurnian silikon analog dengan hal tersebut, silikon murni dianggap sebagai pelarut
sedangkan leburan silikon yang mengandung pengotor dianggap sebagai larutan.
Berdasarkan sifat koligatif larutan maka titik lebur silikon murni akan akan lebih
tinggi dibanding titik lebur silikon yang tidak murni (bagian yang mengandung
pengotor).
Hal ini menyebabkan pengotor cenderung mengumpul disilikon yang
mengandung pengotor (bagian atas pada zona peleburan). Selama permurnian zona
berlangsung maka bagian bawah yang merupakan silikon murni akan bertambah
banyak sedangkan bagian atas semakin sedikit. Pengotor yang ada akan terkonsentrasi
pada bagian yang sedikit tersebut.
Setelah leburan mengalami pembekuan maka akan diperoleh suatu batangan
dimana salah satu ujung merupakan silikon paling murni sedangkan silikon yang lain
merupakan silikon yang dipenuhi dengan pengotor atau bagian silikon yang paling
tidak murni. Walaupun demikian terkadang bagian yang paling murni dari silikon ada
pada bagian atas sedangkan bagian yang paling tidak murni berada pada bagian
bawah. Bagian yang tidak murni dan murni dapat dipisahkan dengan cara pemotongan.
4. Reaksi dan Senyawaan Silikon
a. Reaksi pada Silikon
Silikon murni berwujud padat seperti logam dengan titik lebur 14.100oC.
Silikon dikulit bumi terdapat dalam berbagai bentuk silikat, yaitu senyawa silikon
dengan oksigen. Unsur ini dapat dibuat dari silikon dioksida (SiO2) yang terdapat
dalam pasir, melalui reaksi:
SiO2(s) + 2C(s) → Si(s) + 2CO(g)
Silikon murni berstruktur seperti Intan (tetrahedral) sehingga sangat keras
dan tidak menghantarkan listrik, jika dicampur dengan sedikit unsur lain, seperti
alumunium (Al) atau boron (B). silikon bersifat semikonduktor (sedikit
menghantarkan listrik), yang diperlukan dalam berbagai peralatan, elektronik,
seperti kalkulator dan komputer. Itulah sebabnya silikon merupakan zat yang
sangat penting dalam dunia modern. Untuk itu dibutuhkan silikon yang
kemurniannya sangat tinggi dan dapat dihasilkan dengan reaksi:
SiCl4(g) + 2H2(g) → Si(s) + 4HCl(g)
Jari-jari silikon lebih besar dari karbon, sehingga tidak dapat membentuk
ikatan π (rangkap dua atau tiga) sesamanya, hanya ikatan tunggal (σ). Karena itu
silikon tidak reaktif pada suhu kamar dan tidak bereaksi dengan asam, tetapi dapat
bereaksi dengan basa kuat seperti NaOH.
Si(s) + 4OH-(aq) → SiO4(aq) + 2H2(g)
Pada suhu tinggi, silikon dapat bereaksi dengan hidrogen membentuk
hidrida, dan dengan halogen membentuk halida, seperti:
Si(s) + 2H2 → SiH4
Si(s) + 2Cl2 → SiCl4
Silikon dapat bereaksi dengan uap air pada suhu tinggi :
Si(s) + 2H2O SiO2(g) + 2H2(g)
Silikon dapat bereaksi dengan udara membentuk silikon dioksida :
Si(s) + O2(g) SiO2(g)
Batuan dan mineral yang mengandung silikon, umumnya merupakan zat
padat yang mempunyai titik tinggi, keras, yang setiap keping darinya merupakan
suatu kisi yang kontinu terdiri dari atom-atom yang terikat erat. Sebuah contoh
dari zat padat demikian, adalah silikon dioksida, yang terdapat dialam dalam
bentuk kuarsa, aqata (akik), dan pasir.
b. Senyawaan Silikon
1. Hidrida
Hidrida adalah gas yang menyala secara spontan dibuat dengan
mereaksikan LiAlH4 pada SiO2 pada 150─170oC, atau dengan mereduksi
SiCl4 dengan LiAlH4 dalam eter. Meskipun stabil terhadap air dan asam encer,
hidrolisis basa secara cepat memberikan SiO2 terhidrat dan H2. Pada senyawa
silikon terdapat deret Silana yaitu sebagai berkut:
2. Oksida Silikon
Silikon dapat memiliki 2 bentuk oksida yaitu silikon monoksida dan
silikon dioksida. Silikon monoksida SiO dapat dihasilkan dari reduksi silikon
dioksida SiO2 dan Si pada temperatur tinggi:
SiO2(s)+ Si(s) à 2SiO(s)
Bentuk kristal SiO2 yang paling umum adalah silika, yaitu suatu
mineral kuarsa. Sebagian besar pasir tersusun dari silika, biasanya
mengandung berbagai pengotor terutama oksida oksida besi. Menarik untuk
diperhatikan bahwa CO2 dan SiO2 memiliki sifat-sifat yang sangat berlawanan
walaupun keduanya merupakan oksida dari golongan yang sama (4A) dan
juga mamiliki rumus molekul yang sama. Pada kondisi kamar,
CO2 merupakan gas tidak berwana sedangkan SiO2 berupa padatan dengan
titik leleh 1.600oC dan titik didih 2.230oC. Perbedaan titik didih tersebut
disebabkan oleh faktor ikatan. CO2 terdiri dari satuan molekul-molekul
nonpolar triatomin yang berukuran kecil, sehingga terikan antar molekul-
molekulnya yang disebabkan oleh gaya dispersi yang relatif lemah. Di sisi
lain, SiO2 mengandung ikatan kovalen Si-O dalam kisi molekuler raksasa.
Setiap atom Si terikat pada atm O dan tiap atom O terikat pada 2 atom Si.
Struktur SiO2 sebagai berikut :
Perbedaan tipe ikatan tersebut dapat dijelaskan. Terutama, ikatan
tunggal C-O (energi ikat=358 kJ/mol) adalah jauh lebih lemah dibanding
ikatan rangkap C=O (energi ikat =799 kJ/mol). Jadi setelah terbentuk ikatan
π-π antara atom C dan O total energi ikat nya lebih besar diabandibng 2 kali
ikatan tunggal C-O. Dengan demikian pada CO2 pembentukan 2 ikatan
rangkap C=O lebih disukai (favorable) dibandingkan dengan 4 ikatan tunggal
C-O yang analog dengan struktur SiO2. Dipihak lain, karna sifat katenasinya
ikatan tunggal pada SiO dipandang sebagai memliki karakter ikatan rangkap
parsial, yaitu yang dihasilkan dari pertumpang tindihan (overlapping) antara
orbital d kosong pada atom Si dengan orbital p terisi pada atom O karena
adanya delokalisasi Si-O cukup besar. Jadi, untuk SiO2, 4 ikatan tunggal
(dengan karakter ikatan rangkap parsial) lebih disukai dibandingkan dengan 2
ikatan rangkap.
Dikenal adanya 3 bentuk silika yaitu kuarsa, tridimit dan kristobalit.
Setiap bentuk silika ini memiliki bentuk yang berbeda baik pada temperatur
tinggi maupun rendah. Bentuk yang paling stabil pada temperatur kamar
adalah kuarsa-β sedangkan pada suhu tinggi akan berubah menjadi tridimit-β
dan akan menjadi tristibalit-β pada suhu yang lebih tinggi lagi.
Bentuk α dan β masing-masing mewakili struktur pada temperatur
rendah dan struktur pada temperatur tinggi. Kuarsa dan kristobalit dapat saling
dipertukarkan bila dipanaskan. Proses ini lambat karena dibutuhkan
pemutusan dan pembentukan kembali ikatan-ikatan dengan energi
pengatifannya tinggi. Walaupun demikian, kecepatan perubahan sangat
dipengaruhi oleh adanya pengotor atau kehadiran oksida-oksida logam alkali.
Secara umum, silika dalam segala bentuknya adalah tidak reaktif.
Senyawa ini hanya dapat bereaksi dengan gas fluor, asam hidrogen fluorida
atau dengan larutan basa. Reaksi dengan larutan basa menunjukkan bahwa
SiO2 merupakan oksida asam. Reaksi silika dengan HF sering digunakan
dalam analisis kualitatif, karena senyawa volatil silikon tetrafluorida akan
dapat mengalami hidrolisis membentuk asam silikat.
SiO2(s) + 4HF(l) à SiF4(s)+ 2H2O(l)
SiF4 (s) + 4H2O(l) à 4HF + Si(OH)4
Reaksi antara silika dengan hidroksida alkali akan menghasilkan
garam-garam silikat (Na2SiO3)n dan Na4SiO4.
3. Halida
a. Tetrahalida
Tetrahalida adalah senyawa yang dapat dibentuk dengan semua
halogen. Misalnya, silikon tetraklorida, dapat bereaksi dengan air, tak
sama dengan homolognya yaitu karbon tetraklorida. Silikon dihalida dapat
dibentuk dengan reaksi dengan suhu tinggi antara silikon dan tetrahalida;
dengan struktur yang serupa dengan karbena sehingga senyawa ini adalah
senyawa reaktif. Silikon difluorida terkondensasi untuk membentuk
senyawa polimer (SiF2)n.
Silikon dan silikon karbida keduanya mudah bereaksi dengan
semua halogen untuk membentuk volatil berwarna produk reaktif SiX4.
SiX4 sangat penting dan diproduksi pada skala multikiloton untuk
memproduksi boronfree transistor kelas Si. Ketika kedua tetrahalida yang
berbeda dipanaskan bersama-sama, akan terbentuk distribusi random
disekitar halida silikon pada pendinginan sehingga dapat dipisahkan dan
ditandai.
nSiX4 + (4 - n) SiY4 à 4SiXnY(4-n)
Halida campuran juga dapat dilakukan dengan reaksi pertukaran
halogen, misalnya dengan menggunakan SbF3 berturut-turut untuk
fluorinate SiCl4 atau SiBr4 .
b. Nitrida Silikon
Aplikasi senyawa nitrida silikon Si3N4, sebagai keramik dan
bahan tahan api. Bubuk amorf termasuk senyawa kimia inert, yang dapat
dibentuk oleh reaksi, atau dengan menggabungkan Si dan N2 diatas suhu
1.650 K.
Dua polimorf utama , α- dan β - Si3N4 , memiliki jenis struktur
rantai yang tak terbatas di mana Si dan N berada pada tetrahedral dan di
sekitar trigonal planar masing-masing. γ-Si3N4 yang berbentuk padat
diperoleh pada tekanan tinggi dan suhu tinggi (15 GPa dan > 2.000 K)
dengan fabrikasi. Polimorf ini memiliki bentuk struktur atom N
membentuk kubik.
Struktur di mana dua pertiga dari atom Si menempati lubang
membentuk oktahedral, sedangkan tetrahedral terbentuk karena sepertiga
atom Si menempati lubang. Terdapat ion logam dalam 2 dan 3 keadaan
oksidasi pada spinels oksida tersebut yaitu (AII) dan ( BIII ) 2O4 .
Dalam γ-Si3N4, semua atom Si berada dalam keadaan tunggal (+4)
oksidasi. Bahan lain yang keras adalah Si2N2O, terbuat dari Si dan SiO2
serta N2 pada suhu 1.700 K. Hal itu membentuk jaring heksagonal antara
atom Si dan N secara bergantian, ini terkait dengan ikatan Si-O–Si (silika).
c. Silikat
Sebagian besar silikat sangat tidak larut dalam air, hanya silikat
dari logam alkali yang sederhana yang larut dalam air. Sifat umum dari
mineral silikat adalah kekompleksan anion silikatnya. Namun sebenarnya
anion-anion kompleks tersebut berasal dari unit struktur dasar yang sama,
yaitu susunan tetrahedral sederhana dari 4 atom O disekitar atom pusat Si.
Tetrahedral ini dapat berupa unit terpisah, bergabung membentuk
lembaran atau membentuk kerangka 3 dimensi sehingga terdapat beberapa
kelompok silikat.
1. Ortosilikat
Silikat ini tersusun atas satuan satuan SiO44- berbentuk
tetrahedral seperti pada gambar :
Silikat ini dijumpai dalam mineral willemit Zn2SiO4, fenasi
Be2SiO4, fersterit Mg2SiO4, zirkon ZrSiO4, dan olivin
(Mg,Fe)2SiO4.
2. Pirosilikat
Pirosilikat merupakan gabungan dari 2 tetrahedral yang
membentuk ion ( Si2O7)6-. Contoh mineral silikat yang telah
dikenal dari kelompok ini adalah tertoveltit Sc2(Si2O7) dan
hemimorfit Zn4(OH)(Si2O7).H2O
3. Silikat siklis
Jika atom oksigen dalam setiap tetrahedral digunakan
bersama oleh dua satuan , maka akan diperoleh dua struktur silikat
siklis, dengan rumus umum (SiO32n-)n. Jika n=3, maka diperoleh
Si3O96- terdapat dalam mineral wollastonit Ca3(Si3O9) dan
benitonit BaTi(Si3O9), sedangkan jika n=6 diperoleh Si6O1812- yang
terdapat dalam mineral beril Be3Al2(Si6O18).
4. Silikat rantai
Jika satuan satuan tetrahedral digabungkan menggunakan
dua atom oksigennya, maka akan dihasilkan rantai sederhana
(piroksen) dengan rumus umum (SiO32n)n, yang dijumpai dalam
mineral enstatit MgSiO3 dan spodumen LiAl(SiO3)2. Jika rantai
sederhana digabungkan maka akan dihasilkan rantai ganda atau
amfibol dengan rumus (Si4O116n-)n , misalnya termolit yang
memiliki rumus molekul CO2Mg5Si4O11(OH)2 silikat amfibol
selalu memiliki gugus hidroksil yang mengikat ion logam. Mineral
asbes berasal dari silikat amfibol yang dihasilkan dengan
menghilangkan logam atau karbon dalam termolit secara isomorfis.
Mineral asbes yang memiliki nilai ekonomis adalah krisotil
Mg3(OH)4Si2O5.
5. Silikat lapis
Silikat ini terbentuk karena penggabungan satuan satuan tetrahedral
menggunakan bersama 3 atom oksigen sehingga terbentuk lapisan dua
dimensi takberhingga. Silikat ini memiliki rumus empiris (Si2O52n-)n satu
lapisan dengan lapisan yang lain dalam silikat lapis diikat oleh gaya
elektrostatis yang berasal dari ion logam yang ada. Karena gaya elektrostatis
tidak sekuat ikatan Si-O dalam lapsan silikat, maka mineral yang terbentuk
terbagi dalam lembaran-lembaran yang tipis. Mineral mineral silikat dalam
kelompok ini meliputi lempung aluminosilikat dan mika. Dua contoh mineral
lempug yag dikenal adalah mineral talk (Mg3(OH)2Si4O10) dan kaolin
Al2(OH)4(Si2O5). Jika atom Si digantikan oleh alumunium dan logam alkali,
maka didapat logem yang lebih keras, seperti Kal2(OH)2(Si3AlO10).
6. Silikat tiga dimensi
Silikat ini terbentuk karena penggabungan satuan tetrahedral
menggunakan keempat atom oksigennya sehingga mempunyai susunan kristal
tanpa adanya penggantian Si dengan logam. Rumus umum silikat ini adalah
SiO2 (kuarsa, tridimit dan kristobalit). Penggantian Si4+ oleh Al3+ dalam kisi
kristal SiO2 memerlukan tambahan ion logam untuk menjaga agar kenetralah
listrik dalam kristal tidak berubah. Beberapa mineral yang didapat dari
penggantian ini adalah feldspar, zeolit dan ultramarin.
5. Kegunaan Silikon
a. Silikon dioksida secara luas digunakan dalam pembuatan kaca dan batu bata.
b. Silica gel, bentuk koloid silikon dioksida, mudah menyerap kelembaban dan
digunakan sebagai desikan. Silikon membentuk senyawa yang berguna lainnya.
Silikon karbida (SiC) hampir sekeras berlian dan digunakan sebagai abrasif.
c. Natrium silikat (Na2SiO3), juga dikenal sebagai gelas air, digunakan dalam
produksi sabun, perekat dan sebagai pengawet telur.
d. Silikon tetraklorida (SiCl4) digunakan untuk membuat layar asap.
e. Silikon juga merupakan unsur penting dalam silikon, kelas bahan yang digunakan
untuk hal-hal seperti pelumas, agen polishing, isolator listrik dan implan medis.
f. Bahan-bahan yang mengandung silikon yang dikenal baik :
1. Keramik
2. Semen
3. Kaca
4. Silikon
5. Zeolit
II. Germanium (Ge)
a. Sejarah Penemuan Germanium
Keberadaan Germanium diprediksi oleh ilmuan kimia Dimitri Mendeleev
pada 1869, setelah dia mengembangkan tabel periodik unsur, berdasarkan
penjelasan kimiawi. Menyusun unsur-unsur menurut massa atom menyisakan
jarak kosong pada tabel. Mendeleev berteori bahwa ada beberapa unsur yang
belum ditemukan, termasuk unsurke 32. Pada tahin 1885, Celmens Winkler,
seorang Kimiawan Jerman menemukan apa yang disebut eka-sillicon pada bijih
argyrodite. Bijih tersebut mengandung perak, belerang, oksida besi, seng dan
kira-kira 7% logam yang belum diketahui.
Menurut penjelasan kimiawi, Mendeleev sudah memprediksi bahwa unsur
ke 32 akan memiliki kerapatan 5,5 gram/cm3 (5.5 kali dari kerapatan air) dan
massa atom relatif sebesar 70. Kerapatan sebenarnya unsur Ge 5,323 gram/cm3
dan massa atom relatif 72,630. Data yang dihasilkan hampir akurat dengan
perkiraan Mendeleev, maka dari itu para Kimiawan lebih yakin mengenai sistem
periodik unsur oleh Mendeleev.
Germanium adalah unsur kimia dengan simbol Ge dan nomor atom 32.
Germanium adalah metaloid berkilau, keras, berwarna abu-abu keputihan
dalam golongan karbon, secara kimiawi bersifat sama dengan unsur
segolongannya timah dan silikon. Germanium murni adalah semikonduktor,
dengan penampilan hampir sama dengan unsur silikon. Germanium, sama
halnya dengan silikon, secara alamiah bereaksi dan membentuk senyawa
kompleks dengan oksigen di alam. Berkebalikan dengan silikon, germanium
terlalu reaktif untuk ditemukan secara alami di Bumi dalam bentuk bebasnya.
Karena sangat sedikit mineral yang berkandungan tinggi, germanium
ditemukan cukup terlambat dalam sejarah kimia. "Logam" germanium
(germanium terisolasi) dipakai sebagai semikonduktor di dalam transistor dan
berbagai perangkat elektronik lainnya. Germanium tidak dianggap sebagai
unsur yang esensial untuk semua organisme hidup.
b. Sifat Fisika dan Kimia
1. Sifat Fisika
• Nomer Atom = 32
• Simbol Atom = Ge
• Massa Atom Relatif = 72.630
• Konfigurasi elektron = [Ar] 3d10 4s2 4p2
• Kerapatan = 5.323 gram/cm3
• Fase dalam suhu ruang = solid
• Titik Leleh = 938.3oC
• Titik Didih = 2,833oC
• Kalor peleburan = 36.94 kJ/mol
• Kalor penguapan = 334 kJ/mol
• Kapasitas kalor molar = 23.222 J/(mol·K)
• Jumlah Isotop Alami = Ada 19 Isotop yang dibuat dalam Lab
• Isotop yang paling umum = G -74 (36.28 percent of natural
abundance), Ge-72 (27.54 percent of
natural abundance), Ge-79 (20.84 percent
of natural abundance), Ge-73 (7.73
percent of natural abundance), Ge-76
(7.61 percent of natural abundance)
2. Sifat Kimia
Germanium memiliki sifat kimia dan fisika mirip silikon. Germanium
stabil di udara dan air, serta tidak terpengaruh oleh asam dan basa, kecuali
asam nitrat.
3. Pembuatan Germanium
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. Teknik ini dapat
memproduksi germanium dengan kemurnia yang tinggi.
4. Fakta-fakta Germanium
a. Germanium adalah metaloid, yaitu unsur yang memiliki sifat dari sifat
logam dan non logam (Chemicool).
b. Germanium adalah satu dari beberapa unsur yang memuai saat beku,
seperti air.
c. Kelimpahan Germanium pada Bumi 1,5 ppm dan kelimpahan pada tata
surya adalah 200ppm.
d. Sejumlah Germanium dulu diketahui saat Perang Dunia II, menurut
Emily Darby (Mahasiswa Kimia di Harvey Mudd College) , Germanium
digunakan pada resolusi tinggi yang diterbaca radar.
5. Pernyataan tentang Kesehatan
Terdapat pernyatan bahwa germanium mungkin dapat bermanfaat
untuk kesehatan, termasuk meningkatkan sistem imun, supply oksigen dalam
tubuh, dan membunuh radikal bebas. Menurut Healthline, Germanium juga
dipetimbangkan untuk digunakan sebagai pengobatan alergi, atsma, arthritis,
HIV/AIDS, dan beberapa macam kanker.
Bagaimanapun juga belum ada penelitian ilmiah yang mendukung
pernyataan ini, dan penggunaan suplemen Germanium atau obat mengandung
Germanium dapat menyebabkan efek samping seperti kerusakan ginjal,
anemia, lemah otot, gangguan saraf.
Pada suatu percobaan, derivat Germanium, spirogermanium
menunjukkan penghalangan replikasi sel kanker, tapi beberapa studi
menunjukkan bahwa hal itu merugikan dan tidak cocok untuk pengobatan
anti kanker (Memorial Sloan Kettering Cancer Center).
6. Kegunaan
Germanium umumnya digunakan sebagai detektor (Applied Physics
Letter, 2016). Pada studi tersebut ditunjukkan mengenai efisiensi detektor
cahaya Germanium yang digunakan pada Near IR Spectrophotometry.
Detektor cahaya Germanium lebih baik dibanding detektor cahaya berbasis
Silikon karena memiliki rasio sinyal yang lebih baik.Germanium diteliti untuk
kegunaan pada detektor cahaya karena memiliki jarak pita yang kecil, atau
kemampuan loncatan elektron yang lebih mudah ke state yang lebih tinggi,
diamana hal itu biasanya dimiliki oleh logam semikonduktor. Konduktor
cahaya digunakan dalam beberapa macam teknologi dalam kehidupan,
misalnya remote TV, pintu otomatis, dan sistem komunikasi serat optik, dan
kegunaan lain.
III. Timah (Sn)
a. Sejarah Penemuan Timah
Timah telah diketahui dan dimanfaatkan manusia selam ribuan tahun. Ia
telah ditemukan oleh manusia sejak sebelum masehi. Dalam kitab suci orang
hindu, Reg Veda yang ditulis sekitar 1000 tahun sebelum masehi telah
menyebutkan adanya beberapa logam termasuk timah.
b. Sifat Fisika dan Kimia
1. Sifat Fisika
Informasi Umum
Nama Unsur : Tin
Simbol : Sn (Stannum : Latin)
Nomor Atom : 50
Kelompok : Logam
Golongan : 4a
Sifat Atom
Berat Atom : 118,70999999999999
Densitas : 7.30 g/cm3
Struktur Kristal : Tetragonal
Kofigurasi
Elektron : 2,8,18,18,4
Elektron Valensi : 2,4
Orbital : [Kr] 4d10 5s2 5p2
Jari-jari Atom : 1.72 Angstrum
Jari-jari Ion : .71 (+4) Angstrum
Volume Atom : 16.3 cm3/mol
Elektronegativitas : 1,96
Energi Ionisasi I : 7.3438 V
Energi Ionisasi II : 14.632 V
Energi Ionisasi III : 30.502 V
Bilangan
Oksidasi : (4),2
Termodinamika
Titik Didih : 2602°C
Titik Lebur : 231.97°C
Kalor Jenis : 0.227 J/gK
Kalor Uap : 295.80 kJ/mol
Kalor Lebur : 7.029 kJ/mol
Konduktivitas
Panas : 0.666 W/cmK
2. Sifat Kimia
Timah punya sifat tahan karat ketika terkena air tetapi tidak tahan
terkena asam dan alkali. Ia tidak terlalu terpengaruh oleh air dan oksigen pada
suhu kamar, tidak karatan dan tidak mudah korosi. Timah biasa digunakan
sebagai lapisan pelindung untuk logam lain. Lapisan ini berguna mencegah
oksidasi lanjutan oleh oksigen yang ada pada di udara atau air. Akan tetapi
pada suhu tinggi timah dapat bereaksi dengan oksigen membentuk oksida
timah.
Tidak hanya pada suhu tinggi, timah juga dapat bereaksi lambat
dengan asam encer seperti asam klorida (HCl) dan asam sulfat (H2SO4).
Selain itu, timah mudah larut dalam asam pekat dan dalam larutan alkali
panas. Timah juga bereaksi dengan unsur-unsur halogen membentuk senyawa
seperti timah klorida dan tima bromida.
Timah dan timbal secara nyata adalah logam, meskipun mereka
memiliki empat elektron di kulit terluarnya. Timah dan timbal memiliki
beberapa perbedaan dalam sifat-sifatnya dari unsur-unsur logam yang
mengesankan jarak yang dekat dari garis antara logam dan non-logam
(keanehan semi-logam). Keduanya memiliki lebih dari satu valensi dan agak
umum terdapat di kulit bumi.
c. Pembuatan Timah
Timah adalah sebuah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki
simbol Sn (stannum) dengan nomor ataom 50. Unsur ini merupakan logam
miskin keperakan, dapat ditempa ("malleable"), tidak mudah teroksidasi dalam
udara sehingga tahan karat, ditemukan dalam banyak paduan , dan digunakan
untuk melapisi logam lainnya untuk mencegah karat. Timah diperoleh terutama
daricassiterite (SnO2) yang terbentuk sebagai oksida yang kemudian dilebur untuk
membentuk Sn murni.
1. Proses peleburan
Untuk memisahkan timah dari pengotor – pengotornya maka bijih
timah harus dilebur dan ditambahkan senyawa – senyawa lain
seperti antrasite, dan limestone. Peleburan dilakukan didalam burning
chamber (tanur) hingga suhu 1.350oC selama 8-12 jam sehingga dapat
memisahkan timah dengan pengotor – pengotornya seperti Pb, As, Sb, Cu,
Fe, dan Ni.
Proses peleburan timah menggunakan reduktor gas CO, gas ini
diperoleh dari hasil pembakaran C (fixed carbon) dalam antrasit dengan
reaksi sebagai berikut:
C(s) + O2(g) à CO2(g)
CO2(g) + C(s) à 2CO(g)
2C(s) + O2(g) à 2CO(g)
Pada temperatur operasi 1.400°C gas CO lebih stabil daripada gas
CO2 sehingga reaksi berjalan ke kanan dan diperoleh gas CO.
Reaksi reduksi bijih timah menjadi timah bebas adalah sebagai
berikut:
SnO2(s) + CO(g) à SnO(s) + CO2(g)
SnO(s) + CO (g) à Sn(l) + CO2(g)
Dari reaksi tersebut, masih terdapat SnO2 yang tidak tereduksi oleh
C(s) yang lalu akan bereaksi dengan Sn(l) dan silika (SiO2) untuk
menghasilkan terak (slag) stannous silicate.
Reaksi yang terjadi adalah:
SnO2(s) + Sn(l) + 2 SiO2(l) à 2 SnOSiO2(aq)
Untuk menghasilkan Sn(l), terak ini dapat direduksi oleh C(s),
reaksinya adalah sebagai berikut:
2SnOSiO2(sl) + 2 C(s) à 2 Sn(l) + 2 SiO2(sl) + 2 CO2(g)
Pada temperatur 1.150oC – 1.250oC oksida - oksida pengotor yang
terdapat di dalam bijih timah sebagian tereduksi menjadi FeO. Reaksi
sebagai berikut:
3FeO(s) + CO2(g) à Fe3O4(s) + CO(g)
Fe3O4(s) + CO(g) à 3FeO(s) + CO2(g)
Lalu adanya penambahan fluks akan mendesak FeO dan SnO dari
dalam slag karena fluks/batu kapur akan terdekomposisi menjadi CaO dan
CO2, dengan reaksi:
CaCO3(s) à CaO(s) + CO2(g)
Yang dimulai pada temperatur 600°C dan akan sempurna pada
temperatur 900-1.000°C. Kemudian, akan bereaksi mendesak FeO dan
SnO dari slag 1 dengan reaksi sebagai berikut :
SnO.SiO2 (slag) + CaO (s) à SnO (slag) + CaO.SiO2 (slag)
SnO (slag) + CO (g) à Sn (l) + CO2 (g)
2FeO.SiO2 (slag) + CaO (s) à FeO (slag) + CaO.SiO2 (slag)
FeO (slag) + CO (g) à Fe (l) + CO2 (g)
2. Tapping
Tapping adalah proses mengeluarkan timah cair dan slag dalam
tanur, setelah dilakukan tapping maka akan dipisahkan antara slag dan
logam timah cair, sehingga logam timah cair yang dipisahkan dapat
dicetak.
3. Pencetakan
Proses pencetakan dilakukan setelah mengeluarkan logam timah
cair dari dalam tanur, pencetakan dilakukan dengan menggunakan cetakan
yang sudah ada. Produk akhir disebut ingot.
4. Refining (pemurnian)
a. Pyrorefining
Pyrorefining adalah metode pemurnian dengan menggunakan
temperature tertentu guna mendapatkan produk yang memiliki
impurities/pengotor seminimal mungkin. Pada industri pemurnian
timah, produk yang didapat dari pyrorefining berkisar antara 99,85 –
99,95 %. Proses ini dilakukan dengan menambahkan zat aditif yang
akan berfungsi sebagai pengikat impurities di dalam timah
cair. Tahapan proses ini meliputi:
Pengurangan kadar As, dilakukan dengan cara menambahkan
alumunium sehingga akan terbentuk senyawa AsAl yang mengapung
di permukaan timah cair, karena ditiupkan udara ke dalam timah cair
(proses polling).
Pengurangan kadar Cu dan Ni, dilakukan dengan
menambahkan sulfur ke dalam timah cair sehingga akan terbentuk
endapan CuS dan NiS. Analisa akhir juga tetap dilakukan untuk
pengecekan, jika ternyata terdapat kandungan impurities yang
melebihi atau di ambang batas standar yang ditetapkan maka
dilakukan refiningulang sesuai dengan kandungan impurities yang
ingin dikurangi.
Pengurangan kadar Fe, dilakukan dengan cara mengubah
temperatur ketel menjadi 300 S- 400°C sehingga akan terbentuk
endapan FeSn di dasar ketel. Selain itu ditambahkan serbuk gergaji
yang akan berfungsi sebagai buffer interface untuk memisahkan
endapan FeSn dengan Sn cair.
d. Kegunaan
Bahan Membuat Solder
Di negara-negara maju seperti Amerika serikat dan Inggris timah banyak
digunakan sebagai baham memproduksi Solder. Solder adalah paduan timah
dengan timbal yang memiliki titik didih rendah. Biasanya solder digunakan untuk
menggabungkan dua logam. Sobat pasti akrab dengan kabel loga yang melekat
pada perangkat listrik yang biasanya direkatkan dengan menggunakan solder.
Solder juga digunakan oleh tukang pipa untu menyambungkan dua buah pipa
yang terbuat dari logam.
IV. Timbal (Pb)
a. Sejarah Penemuan
Logam timbal telah dipergunakan oleh manusia sejak ribuan tahun yang
lalu (sekitar 6.400 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.
b. Sifat Fisika dan Kimia
1. Sifat Fisika
Nama, Lambang, Nomor atom lead, Pb, 82
Deret kimia logam miskin
Golongan, Periode, Blok 14, 6, p
Massa atom 207.2(1) g/mol
Konfigurasi elektron [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2
Jumlah elektron tiap kulit 2, 8, 18, 32, 18, 4
Ciri-ciri fisik
Fase padat
Massa jenis (sekitar suhu kamar) 11.34 g/cm³
Massa jenis cair pada titik lebur 10.66 g/cm³
Titik lebur 600.61 K (327.46 °C, 621.43 °F)
Titik didih 2022 K (1749 °C, 3180 °F)
Kalor peleburan 4.77 kJ/mol
Kalor penguapan 179.5 kJ/mol
Kapasitas kalor (25 °C) 26.650 J/(mol·K)
Tekanan uap
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
pada T/K 978 1088 1229 1412 1660 2027
Timbal sebagai logam berat merupakan unsur yang terbanyak di dunia. Istilah logam berat digunakan pada timbal karena mempunyai kerapatan (massa jenis) yang sangat tinggi yaitu 11,34 gram/cm3, jauh lebih tinggi daripada kerapatan tertinggi bagi logam transisi pertama yaitu 8,92 gram/cm3 untuk tembaga.
2. Sifat Kimia
Unsur Timbal
Bilangan oksidasi +4,+2,
Elektronegatifitas 2,33 (skala pauling)
Energi ionisasi 1 715,6 kJ/mol
Energi ionisasi 2 1450,5 kJ/mol
Energi ionisasi 3 3081,5 kJ/mol
Potensial elektrode E0 (v) [M2+
(aq) + 2e- M(p) [M4+
(aq) + 2e- M2+(aq)
-0,126
+1,5
Jari – jari atom 175
Timbal dengan konfigurasi elektron [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2, pada
umumnya membentuk senyawa-senyawa dengan bilangan oksidasi +2 (lebih
stabil) dan +4. Timbal mempunyai tiga isotop stabil yaitu 206Pb yang stabil
dengan 124 neutron, 207Pb yang stabil dengan 125 neutron, serta 208Pb yang
satbil dengan 126 neutron. Selain tiga isotop stabil di atas, timbal juga
mempunyai tiga isotop lain yaitu 204Pb dengan waktu paruh >1,4 x 1017 y, 205Pb yang sintesis dengan waktu paruh 1.53 x 107 y, serta 210Pb yang
mempunyai waktu paruh 22,3 y..Sifat-sifat timbal sangat mirip dengan timah,
apalagi timbal dan timah terletak pada golongan yang sama dalam sistem
periodik unsur. Satu hal yang berbeda yaitu bahwa peran pasangan inert (6s2)
dalam senyawa timbal(II) relatif lebih besar dalam menstabilkan senyawanya
daripada peran tersebut dalam senyawa timah(II). Oleh karena itu timbal(II)
relatif lebih stabil dan lebih banyak ditemui daripada timbal(IV), dan dengan
demikian timbal(II) bukan reduktor yang baik tidak seperti halnya timah(II),
melainkan timbal(IV) adalah oksidator yang baik dibanding timah(IV).
c. Fakta-fakta
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:
a. Berwarna putih kebiru-biruan dan mengkilap.
b. Lunak sehingga sangat mudah ditempa.
c. Tahan asam, karat dan bereaksi dengan basa kuat.
d. Daya hantar listrik kurang baik. (Konduktor yang buruk)
e. Massa atom relative 207,2
f. Memiliki Valensi 2 dan 4.
g. Tahan Radiasi
h. Timbal larut dalam beberapa asam
d. Pembuatan Timbal
Isolasi atau pembuatan timbal adalah sebagai berikut :
1. Ekstraksi
Bijih Galena dipekatkan dengan teknik flotasi buih. Ditambah kuarsa,
SiO2 lalu dilakukan proses pemanggangan. Terjadi reaksi sebagai berikut :
2PbS + 3O2 à 2PbO + 2SO2
Direduksi dengan batu bara coke (C) dan air kapur.
PbO (p) + C (p) à Pb (c) + CO (g)
PbO (p) + CO (g) à Pb (c) + CO2 (g)
2. Pemurnian
Pb dilelehkan beberapa saat pada suhu di bawah titik leleh
tembaga sehingga Cu pengotor mengkristal dan dapat dipisahkan. Udara
ditiupkan di atas permukaan lelehan Pb sehingga pengotor Arsen dan antimon
diubah menjadi Arsenat dan antimonat atau oksidanya.termasuk Bismuth
sehingga buih di atas permukaan yang dapat disendoki keluar. Ditambah 1-2%
Zn agar Ag dan Au akan terbawa dalam Zn yang akan mengkristal lebih
dahulu dan dapat dipisahkan dari lelehan Pb. Didinginkan perlahan pada suhu
4.800-4.200 C.
3. Elektrolisis
Menggunakan elektrolit larutan PbSiF6 dan H2SiF6. Membaran tebal
Pb dipasang sebagai katoda. Anoda Pb teroksidasi menjadi logam Pb dan
melekat pada katoda. Diperoleh kemurnian Pb 99,9%.
e. Kegunaan
Ada banyak manfaat timbal di antaranya adalah sebagai berikut.
1. Timbal digunakan dalam aki dimana aki ini banyak dipakai dalam bidang
automotif.
2. Timbal dipakai sebagai agen pewarna dalam bidang pembuatan keramik
terutama untuk warna kuning dan merah.
3. Timbal dipakai dalam industri plastic PVC untuk menutup kawat listrik.
4. 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.
5. Timbal banyak dipakai untuk elektroda pada peralatan elektrolisis.
6. Timbal digunakan untuk solder untuk industri elektronik.
7. Timbal ditambahkan dalam peralatan yang terbuat dari kuningan agar tidak
licin dan biasanya digunakan dalam peralatan permesinan.
8. Timbal dipakai dalam raket untuk memperberat massa raket.
9. Timbal karena sifatnya tahan korosi maka dipakai dalam bidang kontruksi.
10. Semikonduktor berbahan dasar timbal
11. Banyak seperti Timbal telurida, timbal
12. Selenida, dan timbale antimonida dipakai dalam peralatan sel surya dan
dipakai dalam peralatan detector inframerah.
V. Flerovium
a. Sejarah Penemuaan Flerovium
Flerovium awalnya bernama ununquadium (Uuq) di table periodic unsur.
Senyawa ini ditemukan oleh ahli fisika dari Rusia yang bernama georgiy Flerov
yang menemukan fisi spontan uranium. Flerov memberikan namanya ke
laboratorium di Joint Institue for Nuclear research di Dubna, Rusia.
Flerovium merupakan unsur transuranium yang diproduksi secara artifisial
bernomor atom 114. Pada tahun 1998-1999 para ilmuwan di Institut Bersama
untuk Penelitian Nuklir di Dubna, Rusia, dan Lawrence Livermore National
Laboratory di Livermore, California, menghasilkan atom Flerovium dari
pertabrakan atom kalsium 48 dengan target plutonium -244 dan -242. Atom
Flerovium yang terbentuk kemudian terurai melalui emisi partikel alfa (inti
helium) menjadi atom copernicium.
Isotop terpanjang Flerovium memiliki berat atom 289 dan paruh 0,97
detik, isotop inilah yang paling stabil. Enam isotop lain Flerovium memiliki paruh
2 milidetik pada isotop 284; 0,15 detik pada isotop 285; 0,17 detik pada isotop
286; 0,54 detik pada isotop 287; dan 0,64 detik pada isotop 288. Kemungkinan
akan ditemuka flerovium dengan isotop 290 dengan waktu paruh mencapai 19
detik. Panjang paruh Flerovium terlihat sebagai shore dari island of stability,
sebuah istilah untuk atom dengan sejumlah proton dan neutron yang membuat
mereka jauh lebih stabil daripada unsur transuranium lainnya. Namun,
perhitungan teoritis menunjukkan isotop yang belum diproduksi dari Flerovium
dengan berat atom 298 sebagai peak.
Pada bulan Juni 2011 penemuan unsur 114 diakui oleh International Union
of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) dan International Union of Pure and
Applied Physics (IUPAP). Dinamakan Flerovium, berasal dari nama fisikawan
yang menemukannya yaitu Rusia Georgy Flerov.
b. Sifat Fisika dan Kimia
1. Sifat Fisika
2. Sifat Kimia
c. Pembuatan Flerovium
Flerovium merupakan logam radioaktif sintesis yang dibuat dari
perombakan nuklir dan hanya diprodukdi dalam jumlah menit. Flerovium
diproduksi dengan membombardir 244Pu dengan 48Ca dalam akselerator ion
berat.
Flerovium hanya digunakan untuk penelitian saja karena sulit disintesis
dan memiliki sifat radioaktif yang berbahaya. Pernah dilakukan sintesis untuk
mendapatkan isotop flerovium-289 dan didapatkan pada bulan Januari 1999
Percobaan kemudian diulang, namun sebuah isotop dengan sifat peluruhan ini
tidak pernah ditemukan lagi dan karenanya identitas sebenarnya dari aktivitas ini
tidak diketahui.
Ada kemungkinan bahwa hal itu disebabkan oleh isomer
metastabil 289m Fl, tetapi karena adanya serangkaian isomer berumur panjang
dalam rantai peluruhannya akan agak diragukan, kemungkinan besar penugasan
rantai ini adalah ke saluran 2n yang menghasilkan 290 Fl dan tangkapan elektron
menjadi 290 Nh, yang sesuai dengan sistematika dan tren di seluruh isotop
flerovium, dan konsisten dengan energi balok rendah yang dipilih untuk
eksperimen tersebut, walaupun konfirmasi lebih lanjut akan diinginkan
melalui sintesis 294 Lv pada 248 Cm (48 Ca, 2n) reaksi, yang akan membusuk
sampai 290 Fl.
Tim di RIKEN melaporkan kemungkinan sintesis isotop 294 Lv
dan 290 Fl pada 2016 melalui reaksi 248 Cm ( 48 Ca, 2n), namun peluruhan
alfa 294 Lv tidak terjawab, pembusukan alfa 290 Fl ke 286 Cn diamati daripada
menangkap elektron sampai 290 Nh, dan penugasan ke 294 Lv dan bukan 293 Lv
dan pembusukan ke isomer 285 Cn tidak pasti.
d. Kegunaan
Flerovium tidak dapat digunakan secara komersil karena sifatnya yang
radioaktif sehingga flerovium hanya dapat digunakan untuk penelitian saja.
BAB III
PENUTUP
a. Kesimpulan
Dalam golongan IVA, tidak hanya unsur karbon dan silikon saja yang sering
digunakan dalam kehidupan sehari-hari, terdapat pula unsur lain seperti Germanium (Ge),
Timah (Sn), dan Timbal (Pb) yang juga memiliki kegunaan tersendiri dalam kehidupan
dan memiliki sifat/ karakteristik masing-masing. Oleh karena itu, mempelajari unsur-
unsur tersebut termasuk hal yang perlu untuk menambah pengetahuan.