MAKALAH PRAKTIKUM KIMIA ANORGANIK I BORON
Oleh: Kelompok VII 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Pino Rinando Parna Syahputra Sitanggang Monica Chrisdayanti Tamba Rosida Sitompul Nurul Aini Winry S. Marbun
JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN 2014
1
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Unsur golongan III A yaitu Boron, Aluminium, Galium, Indium dan Talium. Yang mana unsur yang segolongan mempunyai sifat yaitu makin ke bawah letak suatu unsur dalam sistem periodik maka, nomor atom dan jari-jari atomnya makin besar sedangkan keelektronegatifan dan energi ionisasinya makin kecil dan begitu pula sebaliknya. Dalam golongan ini, boron merupakan unsur yang unik dan menarik yaitu satu-satunya non-logam dalam golongan III A pada tabel periodik unsur dan menunjukkan kemiripan sifat dengan unsur-unsur tetangga, carbon (C) dan silikon (Si). Kemiripan sifat ini adalah dalam hal pembentukan senyawa kovalen dan senyawa rantai, namun berbeda dalam hal pembentukan senyawa kekurangan electrón. Boron tidak pernah dijumpai sebagai senyawa kationik karena tingginya entalpi ionisasi, tetapi membentuk senyawa kovalen dengan pembentukan orbital hidrida sp2 untuk menghasilkan struktur segitiga sama sisi. Boron merupakan salah satu unsur yang termasuk golongan IIIA dengan nomor atom lima.(F.A Cotton dan W Geoffrey :1989) Secara kimia boron berbeda dengan unsur- unsur satu golongannya. Boron juga merupakan unsur metaloid dan banyak ditemukan dalam bijih borax. Ada dua alotrop boron; boron amorfus adalah serbuk coklat, tetapi boron metalik berwarna hitam. Bentuk metaliknya keras (9,3 dalam skala Moh) dan konduktor yang buruk dalam suhu kamar. Tidak pernah ditemukan bebas dalam alam. Ciri-ciri optik unsur ini termasuklah penghantaran cahaya inframerah. Pada suhu piawai boron adalah pengalir elektrik yang kurang baik, tetapi merupakan pengalir yang baik pada suhu yang tinggi. Boron merupakan unsur yang kurang elektron dan mempunyai p-orbital yang kosong. Ia bersifat elektrofilik. Sebagian boron sering berkelakuan seperti asam Lewis yaitu siap untuk terikat dengan bahan kaya elektron untuk memenuhi kecenderungan boron
2
untukmendapatkanelektron.(Boron(http//www.education.jlab.org/itselemental/ele 005.html)). 1.2 Identifikasi dan Rumusan Masalah
Untuk lebih terarahnya sasaran sesuai dengan judul yang telah dikemukakan, penulis memberikan batasan masalah atau identifikasi masalah agar tidak jauh menyimpang dari apa yang menjadi pokok bahasan. Mengacu kepada latar belakang yang diuraikan di atas, maka yang menjadi permasalahan dalam makalah ini dirumuskan sebagai berikut: 1) Bagaimana keberadaan boron di alam ? 2) Bagaimana pembuatan dari boron ? 3) Bagaimana sifat fisika dan sifat kimia dari boron? 4) Bagaimana kegunaan dari boron tersebut ? 5) Bagaimana senyawa-senyawa popular yang berikatan dengan boron ?
1.3 Tujuan Penulisan
Berdasarkan rumusan masalah yang telah dikemukakan di atas maka penulis memiliki beberapa tujuan, yaitu: 1) Mengetahui keberadaan boron di alam. 2) Mengetahui teknik ekstraksi atau pembuatan dari boron. 3) Mengetahui sifat fisika dan sifat kimia dari boron. 4) Mengetahui kegunaan dari boron. 5) engetahui senyawa-senyawa popular yang berikatan dengan boron.
3
BAB II TINJAUAN TEORITIS
2.1 Sejarah Penemuan Unsur Boron
Boron ditemukan oleh ahli kimia Prancis yaitu Joseph-Louis GayLussac dan Louis-Jaques Thénard, French chemists, dan seorang ahli kimia inggris yaitu Sir Humphry Davy pada tahun 1808. Boron terisolasi dan terdapat dalam asam borat (H3BO3). kata Boron berasal dari bahasa arab yaitu ³Buraq´ dan bahasa Persia yaitu ³Burah´ dan akhirnya disebut dengan Borat. Pada tahun 1909 William Weintraub mampu memproduksi boron dengan kemurnian 99% dengan mereduksi boron halida dengan hidrogen. Pada tahun 2004 Jiuhua Chen dan Vladimir L. Solozhenko memproduksi bentuk baru boron, tetapi tidak yakin dengan strukturnya. Tahun 2009, sebuah tim yang dipimpin oleh Artem Oganov memperlihatkan bentuk baru boron yang terdiri dari dua struktur, B12 icosohedra dan pasangan B2, disebut dengan gamma boron, hampir sekeras intan dan lebih tahan panas daripada intan. (Ralph Pettruci..H.1999). 2.2 Kelimpahan boron di alam
Boron banyak terdapat di batu burax. Ada dua alotrop boron, boron amorfus adalah serbuk coklat, tetapi boron metalik berwarna hitam. Bentuk metaliknya keras (9,3 dalam skala Moh) Boron tidak hadir di alam dalam bentuk elemen. Hal inditemukan digabungkan dalam boraks, asam borat, kernite, ulexite, colemanite dan borates. Berapi kadang mata air mengandung asam borat. Boron mempunyai dua isotop yang stabil yaitu B-11 (80,1%) dan B-10 (19,9%). Boron adalah unsur golongan IIIA dengan nomor atom lima. Warna dari unsur boron adalah hitam. Boron memiliki sifat diantara logam dan nonlogam (semimetalik). Boron lebih bersifat semikonduktor daripada sebuah konduktor logam lainnya. Secara kimia boron berbeda dengan unsur-
4
unsur satu golongannya. Boron juga merupakan unsur metaloid dan banyak ditemukan dalam bijih borax. Boron adalah unsur golongan IIIA dengan nomor atom lima. Warna dari unsur boron adalah hitam. Boron memiliki sifat diantara
logam
dan
nonlogam
(semimetalik).
Boron
lebih
bersifat
semikonduktor daripada sebuah konduktor logam lainnya. Secara kimia boron berbeda dengan unsur- unsur satu golongannya. Boron juga merupakan unsur metaloid dan banyak ditemukan dalam bijih borax. Sumber-sumber penting boron adalahraso rite (kernite) dantincal (bijih borax). Kedua bijih ini dapat ditemukan di gurun Mojave.T i ncal merupakan sumber penting boron dari Mojave. Deposit borax yang banyak juga ditemukan di Turkey Boron muncul secara alami sebagai campuran isotop10B sebanyak 19.78% dan isotop 11B 80.22%. Kristal boron murni dapat dipersiapkan dengan cara reduksi fase uapboron triklorida atau tribomida dengan hidrogen pada filamen yang dipanaskan dengan listrik. Boron yang tidak murni (amorphous boron) menyerupai bubuk hitam kecoklatan dan dapat dipersiapkan dengna cara memanaskan boron trioksida dengan bubuk magnesium. Boron dengan kemurnian 99.9999% telah diproduksi dan tersedia secara komersil. Boron bukan konduktor listrik yang bagus pada suhu ruangan, tetapi pada suhu yang lebih tinggi. (F.A Cotton, dan W Geoffrey: 1989)
5
BAB III PROSEDUR KERJA
4.1 Alat dan bahan
a. alat
b. bahan
Cawan porselin kecil
Boraks
Pembakar bunsen
Asam sulfat pekat
Batang pengaduk
Etil alkohol
Tabung reaksi
Padatan CaF2
CoSO4.6H2O
3.2 Prosedur kerja a. bagian 1 0,1 gram Na2B4O7.10H20 Tambah 1 mL H2SO4 Tambah 5 mL C2H5OH Dipanaskan
dengan
bunsen
dalam
lemari asam Diamati warna nyala Hasil ...... b. bagian 2 0,1 gram Na2B4O7.10H20 Tambah 1 g CaF2 Tambah beberapa tetes H2SO4 pekat
Hasil ...... Panaskan dengan api bunsen Amati warna nyala hasil
6
BAB IV ANALISIS DAN SINTESIS 4.1 Identifikasi unsur Boron
Boron yang memiliki simbol B adalah unsur kimia yang berasal dari kata bahasa Arab ‘Buraq’ yang berarti ‘putih’. Boron didefinisikan sebagai, “Sebuah unsur non-logam kristalin atau amorf berwarna coklat dan lunak, diekstraksi terutama dari kernite dan boraks dan digunakan dalam kembang api, campuran propelan, elemen kendali reaktor nuklir, dan paduan logam keras ‘. Boron juga merupakan nutrisi penting bagi tanaman. Elemen ini tidak tersedia dalam keadaan bebas di alam. Boron ditemukan dalam bentuk asam orthoboric di perairan semi vulkanik. Boron sebagai elemen diidentifikasi pada tahun 1824 oleh ahli kimia Swedia bernama Jons Jacob Berzelius. 4.2 Sifat unsur boron
Boron merupakan unsur yang kurang elektron, dan mempunyai p-orbital yang kosong. Ia bersifat electrofilik. Sebatian boron sering berkelakuan seperti asid Lewis, iaitu sedia untuk terikat dengan bahan kaya elektron untuk memenuhi kecenderungan boron untuk mendapatkan elektron. Ciri-ciri optik unsur ini termasuklah penghantaran cahaya inframerah. Pada suhu piawai boron adalah
7
pengalir elektrik yang tidak baik tetapi merupakan pengaliryang baik pada suhu yang tinggi. 4.3 Karakteristik unsur boron secara umum
Secara umum sifat-sifat boron yaitu :
Boron termasuk unsure semi logam
Tidak terdapat dalam keadaan bebas dialam
Bisa membentuk ikatan kovalen
Symbol boron : B
Phasa : padat
Berat jenis : 2,34g/cm3
Volume atom : 4,6cm3/mol
Titik leleh : 2349K
Titik didih : 4200K
Kalor lebur : 50,2 kj/mol
Kalor uap : 480 kj/mol
Struktur Kristal : rombohedral
Radius kovalen : 82 pm
Elektronegativitas : 2,04
Afinitas electron : 26,7 kl mol-1
Sifat fisika
Sifat kimia
4.4 Pembuatan / sintesis dari boron dan reaksinya
1. Reduksi B2O3 dengan magnesium 2.
Mereaksikan antara boron trihalida dengan Zn (~900 °C) atau hydrogen.
Asam boraks (H3BO3) dapat dibuat dengan merekasikan boraks dengan asamasam kuat. Cara lain adalah dengan hidrolisis halide boraks. Asam boraks yang diperoleh berbentuj kristal-jarum putih. Satuan antara satu molekul lainnya terkait
8
secara bersama-sama oleh adanya ikatan hydrogen yang membentuk lapisanlapisan tak terhingga sehingga kristalnya sangat rapuh dan mudah pecah. Asam boraks cukup larut dalam air dan merupakan asam lemah dalam artikonsep asam basa Lewis.Pada dasarnya ada dua proses untuk memproduksi asam borat secara industri, yaitu :
Proses Asidifikasi
Pada proses ini asam borat dibuat dengan cara mereaksikan granular borak dengan larutan H2SO4 di dalam reaktor, dengan ketentuan 3 bagian granular borak (Na2B4O7 .10 H2O), 1 bagian asam sulfat (H2SO4) dan 12 bagian air (H2O). Untuk lebih jelasnya, proses pembuatannya akan diuraikan di bawah ini. Pertama-tama memasukkan semua bahan yang diperlukan ke dalam reactor dan ditambahkan 1 bagian asam sulfat (H2SO4).dengan perbandingan 3 bagian granular borak (Na2B4O7 .10 H2O) dan 12 bagian air (H2O). Temperatur yang digunakan adalah 800C dengan tekanan 1 atm dan berlangsung selama 1 jam. Kemudian larutan yang keluar dari reaktor dimasukkan ke dalam evaporator untuk mengurangikandungan air, sehingga didapatkan sebuah larutan jenuh. Setelah itu dimasukkan ke dalam kristaliser untuk didinginkan. Kristal asam borat kemudian disaring untuk memisahkan kristal asam borat dengan larutan sodium sulfat di dalam centrifuge. Kristal Asam Borat diumpankan ke dalam rotary dryer untuk mengalami proses pengeringan sehingga didapatkan kristal asam borat. Adapun reaksi yang terjadi didalam reaktor adalah sebagai berikut:
:
Na2B4O7 .10 H2O + H2SO4
4 H3BO3 + Na2SO4 + 5H2O
Proses Ekstraksi Liquid-liquid
Pada proses ini digunakan bahan baku berupa brine yang mengandung sodium dan potassium borak. Untuk mendapatkan asam borat digunakan proses ekstraksi liquid-liquid dengan menggunakan pelarut kerosene yang merupakan ekstraktant organic pada ekstraksi fase ringan yang kaya akan garam-garam alkali dari komplek anionic diol borak. Sedangkan fase berat banyak mengandung sludge yang merupakan limbah. Kemudian fase ringan tersebut dimasukkan ke dalam
9
striper dan dikontakkan dengan steam untuk merecovery,6 pelarut, dalam striper juga ditambahkan larutan asam sulfat. Hasil atas pada striper adalah pelarut kerosene sedangkan pada bagian bawah adalah asam borat yang masih mengandung sodium dan potassium sulfat. Sodium dan potassium sulfat yang masih terlarut dihilangkan dari larutan dengan cara melewatkan kedalam kolom karbon aktif untuk mendapatkan larutan asam borat, setelah itu larutan asam borat dimasukkan ke dalam evaporator dan dilanjutkan kristaliser untuk mendapatkan kristal asam borat.
4.5 Kereaktifan dengan unsur lain
Kemampuan boron bereaksi dengan udara bergantung pada kekristalan sampel tersebut, suhu, ukuran partikel, dan kemurniannya. Boron tidak bereaksi dengan udara pada suhu kamar. Pada temperatur tinggi, boron terbakar membentuk boron (III) Oksida, B₂O₃.
4B + 3O ₂ (g) → 2 B₂O₃
Boron tidak bereaksi dengan air pada kondisi normal. Boron bereaksi dengan hebat pada unsur – unsur halogen seperti flourin (F₂), klorin (Cl₂), bromine (Br ₂), membentuk trihalida menjadi boron (III) flourida, boron (III) bromida, boron (III) klorida. Kristal boron tidak bereaksi dengan pemanasan asam hidroklorida (HCl) atau pemanasan asam hidroflourida (HF). Boron dalam bentuk serbuk mengoksidasi dengan lambat ketika ditambahkan dengan asam nitrat. Reaksi boron dengan udara Kemampuan boron bereaksi dengan udara bergantung pada kekristalan sampel tersebut, suhu, ukuran partikel, dan kemurniannya. Boron tidak bereaksi dengan udara pada suhu kamar. Pada temperatur tinggi, boron terbakar membentuk boron (III) Oksida, B2O3.
4B + 3O2 (g) → 2 B2O3
10
Reaksi boron dengan air Boron tidak bereaksi dengan air pada kondisi normal. Reaksi boron dengan halogen Boron bereaksi dengan hebat pada unsur – unsur halogen seperti flourin (F2), klorin (Cl2), bromine (Br2), membentuk trihalida menjadi boron (III) flourida, boron (III) bromida, boron (III) klorida.
2B (s) + 3F2 (g) → 2 BF3
2B (s) + 3Cl2 (g) → 2 BCl3
2B (s) + 3Br2 (g) → 2 BBr3
Reaksi boron dengan asam Kristal boron tidak bereaksi dengan pemanasan asam hidroklorida (HCl) atau pemanasan asam hidroflourida (HF). Boron dalam bentuk serbuk mengoksidasi dengan lambat ketika ditambahkan dengan asam nitrat.
4.6 Senyawa- senyawa popular yang berikatan dengan boron
Senyawa-senyawa popular yang berikatan dengan boron yaitu: 1. Asam Borat H3BO3 Asam orto-borat atau sering diringkas sebagai asam borat dapat diperoleh menurut persamaan reaksi : BX3 (s) + 3 H2O (l) → H3BO3 (s) + 3 HX (aq ) Asam borat merupakan padatan putih yang sebagian larut dalam air. 2. Asam tetrafluoroborat, HBF4 Larutan asam tetrafluoroborat diperoleh dengan melarutkan asam borat ke dalam larutan asam hidrofluorida menurut persamaan reaksi : H3BO3 (aq) + 4 HF (aq) → H3O+ (aq) + BF4 - (aq) + 2 H2O (l) Asam tetrafluorobarat merupakan asam kuat dan oleh karenanya tidak dapat diperoleh sebagai HBF4. Dalam perdagangan biasanya dijumpai sebagai larutan asam tetrafluoroborat dengan kadar sekitar 40%.
11
4.7 Pemamfaatan boron
Sebagian boron yang paling penting dari segi ekonomi adalah:
Natrium tetraborat pentahidrat (Na2B4O7 • 5H2O), yang digunakan dengan banyaknya dalam menghasilkan kaca gentian penebat dan peluntur natrium perborat .
Asid ortoborik (H3BO3) atau asid borik, digunakan dalam penghasilan tekstil kaca gentian dan paparan panel rata atau cecair mata, antara lainlain kegunaan, dan
Natrium tetraborat dekahidrat (Na2B4O7 • 10H2O) atau boraks, digunakan dalam penghasilan pelekat, dalam sistem antikakisan dan lainlain kegunaan.
Di bawah merupakan sebagian daripada beratus-ratus kegunaan sebatian boron:
Oleh kerana ciri istimewa nyalaan hijaunya, boron amorfus digunakan dalam kilauan piroteknik.
Asid borik adalah merupakan sebatian penting dalam produk tekstil Asid borik sebelum ini digunakan sebagai racun serangga, terutamanya menentang semut atau lipas.
Sebatian boron digunakan secara meluas dalam sintesis organik dan pembuatan kaca borosilikat dan kaca borofosfosilikat.
Lain-lain sebatiannya digunakan sebagai pengawet kayu, dan selalunya adalah agak menarik dalam segi ini kerana ia mempunyai ketoksikan yang rendah.
Boron-10 juga digunakan untuk membantu dalam pengawalan reaktor nuklear, sejenis pelindung daripada sinaran dan dalam pengesanan neutron.
Boron-11 yang ditulenkan (Boron susut) digunakan dalam pembuatan kaca borosilikat dalam bidang elektronik pengerasan sinaran.
Kajian sedang dilakukan dalam memperolehi kuasa lakuran melalui tindakbalas antara hidrogen dan boron. Kebaikan yang mungkin boleh
12
didapati termasuklah reaktor yang secara relatifnya lebih kecil dan tidak rumit dan memungkinkan keselamatan lebih terjamin.
Filamen boron adalah bahan berkekuatan tinggi dan ringan, yang biasanya digunakan dalam struktur aeroangkasa maju sebagai komponen bahan komposit.
Natrium borohidrida (NaBH4) ialah agen penurun kimia yang popular, digunakan (contohnya) untuk menurunkan aldehid dan keton menjadi alkohol.
Boron pada kandungan surih digunakan sebagai pendopan untuk semikonduktor jenis P.
4.8 Efek biologis dari Boron
Bahaya dari senyawa yang mengandung unsur boron yaitu:
Boron dengan konsentrasi tinggi dalam air sangat berbahaya bagi komunitas ikan.
Dosis mematikan asam borat bagi manusia 640 mg/kg berat badan melalui oral, 8600 mg/kg berat badan melalui dermal, 29 mg/kg berat badan melalui injeksi.
13
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 1. Boron yang memiliki simbol B adalah unsur kimia yang berasal dari kata
bahasa Arab ‘Buraq’ yang berarti ‘putih’. Boron didefinisikan sebagai, “Sebuah unsur non-logam kristalin atau amorf berwarna coklat dan lunak, diekstraksi terutama dari kernite dan boraks dan digunakan dalam kembang api, campuran propelan, elemen kendali reaktor nuklir, dan paduan logam keras. 2. Boron merupakan unsur yang kurang elektron, dan mempunyai p-orbital
yang kosong. Ia bersifat electrofilik. 3. Boron adalah pengalir elektrik yang tidak baik tetapi merupakan pengaliryang baik pada suhu yang tinggi. 4. Secara umum sifat-sifat boron yaitu :
Boron termasuk unsure semi logam
Tidak terdapat dalam keadaan bebas dialam
Bisa membentuk ikatan kovalen
5. Boron tidak bereaksi dengan udara pada suhu kamar. Pada temperatur tinggi, boron terbakar membentuk boron (III) Oksida, B ₂O₃. 6. Boron bereaksi dengan hebat pada unsur – unsur halogen seperti flourin (F₂), klorin (Cl₂), bromine (Br ₂), membentuk trihalida menjadi boron (III) flourida, boron (III) bromida, boron (III) klorida. 7. Kristal boron tidak bereaksi dengan pemanasan asam hidroklorida (HCl) atau pemanasan asam hidroflourida (HF). 8. Senyawa-senyawa popular yang berikatan dengan boron yaitu:
Asam Borat H3BO3 Asam orto-borat atau sering diringkas sebagai asam borat.
14
Asam tetrafluoroborat, HBF4 Larutan asam tetrafluoroborat diperoleh dengan melarutkan asam borat ke dalam larutan asam hidrofluorida.
9. Pemamfaatan boron yaitu:
Natrium
tetraborat
pentahidrat
(Na2B4O7
•
5H2O),
yang
digunakan dalam menghasilkan kaca gentian penebat dan peluntur natrium perborat.
Asid ortoborik (H3BO3) atau asid borik, digunakan dalam penghasilan tekstil kaca gentian dan paparan panel rata atau cecair mata, antara lain-lain kegunaan, dan
Natrium tetraborat dekahidrat (Na2B4O7 • 10H2O) atau boraks, digunakan dalam penghasilan pelekat, dalam sistem antikakisan dan lain-lain kegunaan.
10. Bahaya dari senyawa yang mengandung unsur boron yaitu:
Boron dengan konsentrasi tinggi dalam air sangat berbahaya bagi komunitas ikan.
Dosis mematikan asam borat bagi manusia 640 mg/kg berat badan melalui oral, 8600 mg/kg berat badan melalui dermal, 29 mg/kg berat badan melalui injeksi.
5.2 Saran
Saran penulis kepada pembaca tetap terus berderu ditengah kerumunan untuk memperebutkan ilmu yang tidak mungkin kering, serta alirkanlah syukur disetiap derain kekecewaan dan goresan kebahagian, jangan pernah bermimpi terang diantara cahaya, tapi jadilah berkilau diantara kerikil kehidupan. (saran dan pesan ini ditulis oleh : pino rinando)
15
DAFTAR PUSTAKA
Cotton, F.A danGeoffrey.W.penerjemahSahati,S. 1989. Kimia AnorganikDasar. Jakarta : UI Press Pettruci. Ralph.H.1999. Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern.Edisi ke 4,Jilid III . Erlangga. Jakarta. Boron(http//www.education.jlab.org/itselemental/ele005.html)(Browser pada tanggal 10 oktober 2014) http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/berita/gugusan-boron-membentuk sistem- cincin-yang-unik/(Browser pada tanggal 8september 2014) http://www.chemicool.com/elements/boron.html (Browser pada tanggal 8 september2014)
16
