BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang
Karbon adalah salah satu unsur kimia ki mia yang terdapat dalam golongan IV A dan merupakan salah unsur uns ur terpenting dalam dala m kehidupan karena terdapat sangat banyak senyawa yang terbentuk dari unsur karbon. Keistimewaan karbon berupa berup a kecenderungannya secara alamiah untuk mengikat dirinya sendiri dalam rantai atau cincin-cincin, tidak hanya dengan ikatan tunggal, C-C, tetapi juga ≡ mengandung ikatan ganda C=C, serta rangkap tiga, C C.
Karena itu ada banyak jenis senyawa karbon. Diperkirakan terdapat sekitar dua juta jenis senyawa karbon, dan jumlah itu makin meningkat dengan laju kira-kira lima persen per tahun. Alasan bagi kestabilan termal rantai-rantai karbon adalah kekuatan hakiki yang tinggi dari ikatan tunggal C - C. Konfigurasi elektron karbon dalam keadaan dasar adalah (1s2 2s2 2p2) mudah terhibridasi menghasilkan perangkat orbital sp3, atau sp2+p, atau sp+p2. Lebih dari sembilan puluh persen senyawa karbon merupakan senyawa sintetik, sedangkan sisanya diperoleh dari mahluk hidup (tumbuh-tumbuhan, (tumbuh-tu mbuhan, hewan, jamur, dan mikroorganisme) serta fosil mereka (batubara dan minyak bumi).
1
B. Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan karbon? Dan bagaimana bag aimana keberadaan karbon di alam? 2. Apa saja sifat sifat fisika dan kimia karbon? 3. Apa dan bagaimana teknik mengekstrak suatu unsur karbon? 4. Apa saja kegunaan karbon? 5. Apa saja senyawa-senyawa populer yang berikatan dengan unsur karbon? 6. Bagaimana karbon menghantarkan listrik? D. Tujuan
1.
Untuk mengenal dan mengetahui keberadaan unsur karbon di alam.
2.
Untuk mengetahui sifat unsur karbon.
3.
Untuk mengetahui apa dan bagaimana karbon diproduksi.
4.
Untuk mengetahui kegunaan unsur karbon.
5.
Untuk mengetahui senyawa-senyawa populer yang berikatan dengan unsur karbon.
6.
Mengetahui cara kerja grafit sebagai konduktor kondukto r.
2
B. Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan karbon? Dan bagaimana bag aimana keberadaan karbon di alam? 2. Apa saja sifat sifat fisika dan kimia karbon? 3. Apa dan bagaimana teknik mengekstrak suatu unsur karbon? 4. Apa saja kegunaan karbon? 5. Apa saja senyawa-senyawa populer yang berikatan dengan unsur karbon? 6. Bagaimana karbon menghantarkan listrik? D. Tujuan
1.
Untuk mengenal dan mengetahui keberadaan unsur karbon di alam.
2.
Untuk mengetahui sifat unsur karbon.
3.
Untuk mengetahui apa dan bagaimana karbon diproduksi.
4.
Untuk mengetahui kegunaan unsur karbon.
5.
Untuk mengetahui senyawa-senyawa populer yang berikatan dengan unsur karbon.
6.
Mengetahui cara kerja grafit sebagai konduktor kondukto r.
2
BAB II PEMBAHASAN
A. Karbon
Berasal dari bahasa latin carbo, carbo, arang. Karbon, adalah suatu unsur yang telah ditemukan sejak jaman pra-sejarah sangat banyak b anyak ditemukan di alam. Karbon banyak terkandung di matahari, bintang-bintang, komet dan amosfir kebanyakan planet. Adalah salah satu unsur satu unsur kimia dengan simbol C dan nomor dan nomor atom 6. Sebagai anggota dar i golongan 14 pada 14 pada tabel tabel periodik, karbon periodik, karbon termasuk bahan bukan bahan bukan logam dan tetravalen dan tetravalen – – untuk untuk membentuk ikatan kovalen dibutuhkan empat atom karbon. 12
13
Karbon memiliki tiga isotop alami, C dan C yang stabil, 14
sedangkan C adalah bahan yang sifatnya radioaktif. sifatnya radioaktif. Karbon Karbon memiliki waktu paruh sekitar 5.730 tahun. Beberapa Beberapa alotrop karbon yang paling dikenal antara lain adalah grafit, adalah grafit, berlian, dan berlian, dan karbon karbon bebas. bebas.
Beberapa alotrop karbon
3
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 sehing ga membentuk modifikasi struktur yang berbeda pula. Perbedaan struktur yang terjadi menyebabkan sifat yang dimiliki setia alotrop berbeda walaupun tersusun dari unsur yang sejenis. Senyawaan yang terbentuk dari atom unsur karbon dengan struktur yang berbeda disebut alotrop karbon. Sifat fisik karbon bervariasi dengan bentuk alotropik. Sebagai contoh, salah satu alotrop karbon yaitu berlian karakteristiknya sangat sangat transparan, sedangkan transparan, sedangkan grafit grafit buram dan hitam. Berlian adalah bahan terkeras yang dikenal manusia, sedangkan grafit bahannya bahann ya lunak sehingga digunakan untuk menuli diattas kertas sebagai pensil (sesuai namanya, dari kata Yunani Yunani berarti "menulis"). Berlian memiliki konduktivitas memiliki konduktivitas listrik yang sangat rendah, sedangkan grafit merupakan konduktor merupakan konduktor yang sangat baik . Dalam kondisi normal, berlian, berlian, karbon nanotube dan grafin adalah bahan dengan tingkat konduktivitas termal tertinggi dari semua bahan yang dikenal. Dalam alotrop karbon padat dalam kondisi normal, grafit adalah bahan yang memiliki bentuk termodinamika paling stabil. Grafit tahan terhadap bahan kimia dan memerlukan suhu tinggi untuk bereaksi, bahkan dengan oksigen. Umumnya bilangan Umumnya bilangan oksidasi karbon dalam senyawa dalam senyawa anorganik adalah +4, walaupun ada juga berupa +2 yang ditemukan pada karbon monoksida dan logam dan logam transisi karbonil kompleks. Karbon-15 adalah jenis karbon yang paling yang paling melimpah dalam kerak bumi, dan unsur dan unsur paling berlimpah berli mpah keempat di alam semesta massanya massanya terbanyak setelah hidrogen, setelah hidrogen, helium, helium, dan dan oksigen oksigen . Ini . Ini ada pada semua
4
bentuk kehidupan yang dikenal, dan dalam tubuh manusia karbon merupakan unsur yang paling melimpah kedua (sekitar 18,5%) setelah oksigen. Bahan ini berlimpah dengan bermacam senyawa organik yang unik. Membuat bahan ini menjadi elemen dasar kimia dari semua kehidupan yang dikenal.
B. Siklus Karbon dan Keberadaannya di Alam
Siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan antara biosfer, geosfer , hidrosfer, dan atmosfer Bumi (objek astronomis lainnya bisa jadi memiliki siklus karbon yang hampir sama meskipun hingga kini belum diketahui). Dalam siklus ini terdapat empat reservoir karbon utama yang dihubungkan oleh jalur pertukaran. Reservoir-reservoir tersebut adalah
5
atmosfer, biosfer teresterial (biasanya termasuk pula freshwater system dan material non-hayati organik seperti karbon tanah ( soil carbon), lautan (termasuk karbon anorganik terlarut dan biota laut hayati dan non-hayati), dan sedimen (termasuk bahan bakar fosil). Pergerakan tahuan karbon, pertukaran karbon antar reservoir, terjadi karena prosesproses kimia, fisika, geologi, dan biologi yang bermaca-macam. Lautan mengadung kolam aktif karbon terbesar dekat permukaan Bumi, namun demikian laut dalam bagian dari kolam ini mengalami pertukaran yang lambat dengan atmosfer. 1. Karbon di Atmosfer
Pada diagram dari siklus karbon. Angka dengan warna hitam menyatakan berapa banyak karbon tersimpan dalam berbagai reservoir, dalam milyar ton ("GtC" berarti Giga Ton Karbon). Angka dengan warna biru menyatakan berapa banyak karbon berpindah antar reservoir setiap tahun. Sedimen, sebagaimana yang diberikan dalam diagram, tidak termasuk ~70 juta GtC batuan karbonat dan kerogen. Bagian terbesar dari karbon yang berada di atmosfer Bumi adalah gas karbon dioksida (CO2). Meskipun jumlah gas ini merupakan bagian yang sangat kecil dari seluruh gas yang ada di atmosfer (hanya sekitar 0,04% dalam basis molar, meskipun sedang mengalami kenaikan), namun ia memiliki peran yang penting dalam menyokong kehidupan. Gas-gas lain yang mengandung karbon di atmosfer adalah metan dan kloroflorokarbon atau CFC (CFC ini merupakan
6
gas artifisial atau buatan). Gas-gas tersebut adalah gas rumah kaca yang konsentrasinya di atmosfer telah bertambah dalam dekade terakhir ini, dan berperan dalam pemanasan global.
Karbon diambil dari atmosfer dengan berbagai cara:
Ketika matahari bersinar , tumbuhan melakukan fotosintesa untuk mengubah karbon dioksida menjadi karbohidrat, dan melepaskan oksigen ke atmosfer. Proses ini akan lebih banyak menyerap karbon pada hutan dengan tumbuhan yang baru saja tumbuh atau hutan yang sedang mengalami pertumbuhan yang cepat.
Pada permukaan laut ke arah kutub, air laut menjadi lebih dingin dan CO2 akan lebih mudah larut. Selanjutnya CO 2 yang larut tersebut akan terbawa oleh sirkulasi termohalinyang membawa massa air di permukaan yang lebih berat ke kedalaman laut atau interior laut (lihat bagian solubility pump).
Di laut bagian atas (upper ocean), pada daerah dengan produktivitas yang tinggi, organisme membentuk jaringan yang mengandung karbon, beberapa organisme juga membentuk cangkang karbonat dan bagian bagian tubuh lainnya yang keras. Proses ini akan menyebabkan aliran karbon ke bawah (lihat bagian biological pump).
Pelapukan batuan silikat. Tidak seperti dua proses sebelumnya, proses ini tidak memindahkan karbon ke dalam reservoir yang siap untuk kembali ke atmosfer. Pelapukan batuan karbonat tidak memiliki efek netto terhadap CO2 atmosferik karena ion bikarbonat yang terbentuk terbawa ke laut dimana selanjutnya dipakai untuk membuat karbonat laut dengan reaksi yang sebaliknya (reverse reaction).
7
Karbon dapat kembali ke atmosfer dengan berbagai cara pula, yaitu:
Melalui pernapasan (respirasi) oleh tumbuhan dan binatang. Hal ini merupakan reaksi eksotermik dan termasuk juga di dalamnya penguraian glukosa (atau molekul organik lainnya) menjadi karbon dioksida dan air.
Melalui pembusukan binatang dan tumbuhan. Fungi atau jamur dan bakteri mengurai senyawa karbon pada binatang dan tumbuhan yang mati dan mengubah karbon menjadi karbon dioksida jika tersedia oksigen, atau menjadi metana jika tidak tersedia oksigen.
Melalui pembakaran material organik yang mengoksidasi karbon yang terkandung menghasilkan karbon dioksida (juga yang lainnya seperti asap). Pembakaran bahan bakar fosil seperti batu bara, produk dari industri perminyakan (petroleum), dan gas alam akan melepaskan karbon yang sudah tersimpan selama jutaan tahun di dalam geosfer. Hal inilah yang merupakan penyebab utama naiknya jumlah karbon dioksida di atmosfer.
Produksi semen. Salah satu komponennya, yaitu kapur atau gamping atau kalsium oksida, dihasilkan dengan cara memanaskan batu kapur atau batu gamping yang akan menghasilkan juga karbon dioksida dalam jumlah yang banyak.
Di permukaan laut dimana air menjadi lebih hangat, karbon dioksida terlarut dilepas kembali ke atmosfer.
8
Erupsi vulkanik atau ledakan gunung berapi akan melepaskan gas ke atmosfer. Gas-gas tersebut termasuk uap air, karbon dioksida, dan belerang. Jumlah karbon dioksida yang dilepas ke atmosfer secara kasar hampir sama dengan jumlah karbon dioksida yang hilang dari atmosfer akibat pelapukan silikat; Kedua proses kimia ini yang saling berkebalikan ini akan memberikan hasil penjumlahan yang sama dengan nol dan tidak berpengaruh terhadap jumlah karbon dioksida di atmosfer dalam skala waktu yang kurang dari 100.000 tahun.
2. Karbon Di Biosfer
Sekitar 1900 gigaton karbon ada di dalam biosfer. Karbon adalah bagian yang penting dalam kehidupan di Bumi. Ia memiliki peran yang penting dalam struktur , biokimia, dan nutrisi pada semuasel makhluk hidup. Dan kehidupan memiliki peranan yang penting dalam siklus karbon:
Autotroph adalah organisme yang menghasilkan senyawa organiknya sendiri dengan menggunakan karbon dioksida yang berasal dari udara dan air di sekitar tempat mereka hidup. Untuk menghasilkan senyawa organik tersebut mereka membutuhkan sumber energi dari luar. Hampir sebagian besar autotroph menggunakan radiasi matahari untuk memenuhi kebutuhan energi tersebut, dan proses produksi ini disebut sebagai fotosintesis. Sebagian kecil autotroph memanfaatkan sumber energi kimia, dan disebut kemosintesis. Autotroph yang terpenting dalam siklus karbon adalah pohon-pohonan di hutan dan daratan dan fitoplankton di laut. Fotosintesis memiliki reaksi 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
Karbon dipindahkan di dalam biosfer sebagai makanan heterotrop pada organisme lain atau bagiannya (seperti buah-buahan). Termasuk di dalamnya pemanfaatan material organik yang mati (detritus) oleh jamur dan bakteri untuk fermentasi atau penguraian.
9
Sebagian besar karbon meninggalkan biosfer melalui pernapasan ata u respirasi. Ketika tersedia oksigen, respirasi aerobik terjadi, yang melepaskan karbon dioksida ke udara atau air di sekitarnya dengan reaksi C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O. Pada keadaan tanpa oksigen, respirasi anaerobik lah yang terjadi, yang melepaskan metan ke lingkungan sekitarnya yang akhirnya berpindah ke atmosfer atau hidrosfer.
Pembakaran biomassa (seperti kebakaran hutan, kayu yang digunakan untuk tungku penghangat atau kayu bakar, dll.) dapat juga memindahkan karbon ke atmosfer dalam jumlah yang banyak.
Karbon juga dapat berpindah dari bisofer ketika bahan organik yang mati menyatu dengan geosfer (seperti gambut). Cangkang binatang dar i kalsium karbonat yang menjadi batu gamping melalui proses sedimentasi.
Sisanya, yaitu siklus karbon di laut dalam, masih dipelajari. Sebagai contoh, penemuan terbaru bahwa rumah larvacean mucus ( biasa dikenal sebagai "sinkers") dibuat dalam jumlah besar yang mana mampu membawa banyak karbon ke laut dalam seperti yang terdeteksi oleh perangkap sedimen. Karena ukuran dan kompisisinya, rumah ini jarang terbawa dalam perangkap sedimen, sehingga sebagian besar analisis biokimia melakukan kesalahan dengan mengabaikannya. Penyimpanan karbon di biosfer dipengaruhi oleh sejumlah proses dalam skala waktu yang berbeda. Sementara produktivitas primer netto mengikuti siklus harian dan musiman, karbon dapat disimpan hingga beberapa ratus tahun dalam pohon dan hingga ribuan tahun dalam tanah. Perubahan jangka panjang pada kolam karbon (misalnya melalui deatau afforestation) atau melalui perubahan temperatur yang berhubungan
10
dengan respirasi tanah) akan secara langsung memengaruhi pemanasan global. 3. Karbon di Laut
Laut mengandung sekitar 36.000 gigaton karbon, dimana sebagian besar dalam bentuk ion bikarbonat. Karbon anorganik, yaitu senyawa karbon tanpa ikatan karbon-karbon atau karbonhidrogen, adalah penting dalam reaksinya di dalam air. Pertukaran karbon ini menjadi penting dalam mengontrol pH di laut dan juga dapat berubah sebagai sumber ( source) atau lubuk ( sink ) karbon. Karbon siap untuk saling dipertukarkan antara atmosfer dan lautan. Pada daerahupwelling , karbon dilepaskan ke atmosfer. Sebaliknya, pada daerah downwelling karbon (CO2) berpindah dari atmosfer ke lautan. Pada saat CO2 memasuki lautan, asam karbonat terbentuk: CO2 + H2O
H2CO3
Reaksi ini memiliki sifat dua arah, mencapai sebuah kesetimbangan kimia. Reaksi lainnya yang penting dalam mengontrol nilai pH lautan adalah pelepasan ion hidrogen dan bikarbonat. Reaksi ini mengontrol perubahan yang besar pada pH: H2CO3
+
H + HCO3
−
11
C. Sifat Fisika dan Kimia Unsur Karbon 1. Sifat Fisika
· Fase 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
12
· Jari-jati 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 Kimia yang Lain Berdasarkan Bentuk Alotrop
Grafit, intan, fuleren dan karbon amorf merupakan contoh dari alotrop karbon yang sejauh ini diketahui. Dalam tabel peridoik unsur karbon memiliki simbol C dengan nomor atom 6 dan terletak pada golongan 4A atau 14, periode 2 dan termasuk blok p. Konfigurasi elektron atom karbon adalah 1s2 2s2 2p2 atau [He] 2s2 2p2 dengan susunan elektron dalam kulit atomnya
adalah 2, 4.
Berdasarkan konfigurasi elektronnya diketahui bahwa karbon memiliki 4 elektron valensi. Empat elektron valensi karbon ini dapat digunakan untuk membentuk ikatan kovalen dengan atom lain maupun dengan atom karbon yang lain. Intan atau berlian atau diamond merupakan alotrop karbon yang memiliki nilai ekonomi yang tinggi dan hingga saat ini intan dikenal sebagai mineral alami yang paling keras dimana belum ada mineral lain yang berhasil menggores atau memotong intan.
13
D. Macam-macam Alotrop Karbon 1. Intan
Berikut beberapa sifat dan pemakaian intan: i.
Intan merupakan mineral alami yang paling keras,sehingga intan banyak digunakan sebagai alat untuk memotong, mengasah dan sebagai mata bor.
ii.
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.
iii.
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
14
tersebut dapat dijaga relatif konstan sehingga peralatan tersebut dapat berfungsi secara normal. iv.
Tidak larut dalam air dan pelarut organik. Dalam hal ini tidak memungkinkan terjadinya daya tarik antara molekul pelarut dan atom karbon yang dapat membongkar daya tarik antara atom-atom karbon yang berikatan secara kovalen. Akibat pelarut tidak mampu mensolvasi molekul intan. Dalam struktur intan setiap atom karbon berikatan secara kovalen dengan atom 4 karbon lain dalam bentuk tetrahedral dan panjang setiap ikatan karbon-karbon adalah 0,154 nm.
Struktur Intan.
Intan kini dapat produksi secara komersial dalam skala laboratorium maupun skala industri. Bahan dasar pembuatan intan yaitu grafit dengan katalis logam.
15
Proses pembuatan intan dari grafit dilakukan pada suhu tinggi yakni sekitar 3500 °C bahkan dapat lebih tinggi dan tekanan tinggi pula yakni sekitar 140.000 atm atau lebih. Selain menggunakan cara tersebut, intan dapat dihasilkan dengan pirolisis hidrokarbon pada suhu relatif rendah (± 900 °C) dan tekanan relatif lebih rendah pula yakni sekitar 102 Pa. Hidrokarbon adalah sebuah senyawa yang terdiri dar i unsur atom karbon (C) dan atom hidrogen (H). Seluruh hidrokarbon memiliki rantai karbon dan atom-atom hidrogen yang berikatan dengan rantai tersebut. Senyawa hidrokarbon yang paling sederhana adalah metana (CH4). Namun dalam kehidupan sehari-hari intan yang sering dijumpai terdiri dari berbagai macam warna. Berbagai warna yang dihasilkan intan dipengaruhi oleh 3 hal yaitu, i.
Adanya pengotor dalam struktur intan
sehingga pengotor tersebut dapat mengubah spektrum absorbsi intan. Spektrum intan yang berubah akibat adanya pengotor tergantung pada jenis dan konsentrasi pengotor yang ada. Misalnya intan kuning dan oranye mengandung nitrogen, intan biru mengandung boron, intan abu-abu, ungu dan hijau mengandung hidrogen.
16
ii.
Intan hijau disebabkan oleh radiasi alam,
yang terjadi selama berjuta-juta tahun sehingga dapat mengubah struktur atom dalam intan. Akibat berubahnya struktur intan menyebabkan sektrum absorpsi intanpun berubah. iii.
Intan merah muda, merah dan coklat
disebabkan oleh adanya deformasi plastik. Struktur atom karbon yang memutar selama pembentukan intan dalam tanah sehingga mengubah sektrum absorpsi intan. Hal ini tampak pada intan sebagai garis urat yang menyerupai urat kayu. Garis inilah yang memberikan spektrum warna yang berbeda. 2. 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
17
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 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.
18
Sifat dan Kegunaan Grafit, 1. Memiliki titik leleh tinggi, sama seperti intan. Hal ini disebabkan iktan kovalen yang terbentuk sangat kuat sehingga diperlukan energi yang tinggi untuk memutuskannya. 2. Memiliki sifat lunak, terasa licin dan digunakan pada pensil setelah dicampur tanah liat. 3. Tidak larut dalam air dan pelarut organik, karena tidak mampu mensolvasi molekul grafit yang sangat besar. 4. Dibanding intan, grafit memiliki massa jenis yang lebih kecil, karena pada strukturnya terdapat ruang-ruang kosong antar lipatannya. 5. Berupa konduktor listrik dan panas yang baik. Karena sifat ini grafit digunakan sebagai anoda pada baterai (sel Leclanche) dan sebagai elektroda pada sel elektrolisis. 3. Fuleren
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
19
karbon lain dengan pola membentuk susunan pentagonal membentuk struktur berongga seperti bola sepak. Fuleren merupakan molekul yang keseluruhannya dibangun oleh atom karbon dalam bentuk hollow, bulatan (sphere), ellipsoidal, atau tube. Fuleren yang berbentuk spherical disebut buckyballs, dan yang berbentuk silinder disebut sebagai karbon nanotube atau buckytubes. Fuleren memiliki struktur seperti grafit akan tetapi hanya dibangun dari grafin yang saling berhubungan satu sama lain.
Struktur Fuleren Penemuan fuleren menjadikan alotrop karbon semakin bervariasi dan menjadi subyek penelitan yang penting untuk elektronik, ilmu bahan, dan nanoteknoligi. Sifat dan pemakaian, 1.
Tidak larut dalam air, tetapi dapat larut dalam
pelarut organik. 2.
Sebagai superkonduktor dan penyerap panas
yang baik. Sifat superkonduktor dan menyerap panas
20
ini berkaitan 1 elektron yang tidak digunakan untuk membentuk ikatan kovalen, seperti pada grafit. 4. Grafin
Grafin merupakan lapisan tunggal dari grafit dengan ikatan karbon sp2 membentuk susunan seperti sarang lebah (monolayer grafit). Ikatan karbon-karbon memiliki panjang 0,142 nm. Grafin merupakan struktur dasar dari grafit, karbon nano, dan fuleren, dan dapat didiskripsikan sebagai lapisan molekul aromatic.
Struktur Grafin
21
5. Karbon Amorf
Karbon aktif , atau sering juga disebut sebagai arang aktif,
adalah suatu jenis karbon yang memilik i luas permukaan yang sangat besar. Hal ini bisa dicapai dengan mengaktifkan karbon atau arang tersebut. Hanya dengan satu gram dari karbon aktif, akan didapatkan suatu material yang memiliki luas permukaan kira-kira sebesar 500 2
m (didapat dari pengukuran adsorpsi gas nitrogen).
Biasanya pengaktifan hanya bertujuan untuk memperbesar luas permukaannya saja, namun beberapa usaha juga berkaitan dengan meningkatkan kemampuan adsorpsi karbon aktif itu sendiri Karbon amorf atau disebut sebagai karbon reaktif, merupakan alotop karbon dimana tidak memiliki struktur kristalin. Karbon amorf biasa disingkat sebagai aC untuk karbon amorf yang biasa, aC:H untuk karbon amorf yang terhidrogenasi, dan ta-C untuk tetrahedral karbon amorf (seperti diamond).
22
Dalam bidang mineralogy, karbon amorf biasa digunakan untuk istilah coal dan jenis karbon yang tak murni selain grafit dan diamond.
E. Teknik Ekstraksi Unsur Karbon 1. Karbonisasi
Karbonisasi merupakan proses pirolisis (pembakaran) tak sempurna dari bahan dasar yang digunakan dan suhu karbonisasi tergantung dari bahan dasarnya. Biasanya karbonisasi akan reaktif ant ara suhu 300-800°C. Jika suhunya lebih rendah dari batas minimal (< 300°C) maka pembentukan arang dibatasi atau proses pengarangan tidak maksimal sedangkan bila suhunya lebih tinggi dari batas maksimum (> 800°C) maka akan terjadi perubahan bentuk internal dimana struktur poros akhir mungkin akan berlanjut menjadi kristal. Tujuan utama dari proses karbonisasi adalah: 1. Dekomposisi material dan memaksa hilangnya sebagian bahan pengotor, misal tar dan methanol. 2. Mengembangkan bahan baku granular sehingga terbentuk porositas dan bahan karbon padat. 3. Menghilangkan substansi volatil yang mengisi pori-pori material dan hasilnya disebut arang. 4. Untuk menghasilkan butiran yang mempunyai daya serap dan struktur yang rapi. Hasil proses karbonisasi akan mempunyai sifat-sifat yang ditentukan oleh kondisi dan
23
bahan dasarnya. Beberapa parameter yang umumnya digunakan didalam penentuan kondisi terbaik pada tahapan karbonisasi yaitu temperatur akhir, 16 waktu/lama karbonisasi, dan laju peningkatan temperatur (Jankowska, 1991 dalam Astagina, 2006). Adapun rongga pori yang terbentuk selama proses karbonisasi ini relatif masih kecil daya adsopsinya, karena masih terdapatnya residu yang menutupi sebagian besar rongga porinya. Temperatur akhir yang dicapai pada tahap akhir dari proses karbonisasi ditentukan pula oleh banyaknya bahan baku yang akan dikarbonisasi serta energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan kimia dan dapat memindahkan bahan volatil hasil dekomposisi termal dari bahan bakunya. Proses karbonisasi dapat menghasilkan tiga komponen pokok, yaitu berupa karbon/arang, tir/cairan, dangas yang berupa CO2, CO, CH4, H (Fengel dan Wegener, 1995 dalam Jelita, 2000). Hasil tersebut mempunysi struktur karbon yang padat/tersusun rapat jika dibandingkan dengan struktur karbon pada bahan baku semula. Oleh karena itu terdapat dua perbedaan mengenai waktu tinggal bahan baku, yaitu: 1. Pada temperatur rendah, reaksi dekomposisi termal pada bahan baku. 2. Pada temperatur tinggi, terjadi transformasi pada bagian internal dimana terbentuknya struktur pori.
24
Pada kasus pertama proses dekomposisi termal berlangsung sangat lambat pada material karbon yang berlangsung setiap waktu. Hal ini akan menyebabkan terhambatnya proses dekomposisi. Sedangkan pada kasus kedua dimana dengan adanya temperatur yang tinggi dapat terjadi adanya suatu struktur internal dalam material karbon. Selama proses karbonisasi berlangsung terjadi penurunan volume pada pori-pori yang kecil. Oleh karena itu kondisi reaktifitas dipertahankan agar tidak terlalu tinggi sehingga akan dicapai temperatur akhir yang paling baik dari proses karbonisasi. Pada temperatur akhir proses menunjukkan adanya pengaruh yang lebih besar terhadap sifat dari butiran. Sedangkan reaktifitas hasil karbonisasi yang didapatkan setelah pembakaran (pirolisis) pada temperatur 300ºC lebih rendah bila dibandingkan dengan temperatur 600ºC. Penurunan reaktifitas ini sebanding dengan penurunan jumlah karbonnya Pembentukan sebagian besar bahan volatil terjadi dalam waktu yang singkat seiring dengan kenaikan temperatur yang cepat. Hasilnya berupa pori yang berukuran lebih besar serta reaktifitas hasil karbonisasinya lebih besar dari pada hasil yang dipanaskan dengan laju yang lebih lambat. Adapun rongga pori yang terbentuk selama proses karbonisasi ini relatif masih kecil daya adsorpsinya, karena masih terdapat residu yang menutupi sebagian besar rongga porinya.
25
2. 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. i.
Pembuatan karbon aktif dari kulit singkong
Kulit singkong mengandung karbon sekitar 59%. Proses pembuatan karbon aktif ini terdiri dari dua tahapan yaitu aktivasi dan karbonasi. · Tahap aktivasi Kulit singkong kering diaktivasi secara kimia menggunakan KOH 0,3 N selama 1 jam pada suhu 500°C di dalam mixer kemudian dikeringkan. · Tahap karbonisasi Karbonasi dilakukan di dalam furnace elektrik (oksigen terbatas) pada suhu (3000, 4500, 6000, dan
26
7500)°C selama 1, 2,
dan 3 jam. Uji kualitas dan
kuantitas karbon aktif meliputi uji kadar abu, kadar air, uji daya serap karbon aktif, dan yield (hasil). Bilangan iodine optimal terbentuk pada temperatur karbonisasi 3000°C dan lamanya waktu karbonisasi 2 jam yaitu 606,589 mg/g dengan total kandungan kadar abu 4,934%, kadar air 1,419%, dan yield 40,083% serta daya serap tinggi.
ii.
Pembuatan karbon aktif dari tempurung kelapa
Pemilihan tempurung kelapa sebagai bahan baku karbon aktif atas dasar kualitas yang dihasilkan lebih baik dari bahan lain.Proses pembuatan karbon aktif dari bahan baku tempurung kelapa terbagi menjadi dua tahapan utama yaitu karbonisasi dan aktivasi. Proses pembuatan arang dari tempurung kelapa (karbonisasi) tempurung kelapa dipanaskan tanpa udara dan tanpa penambahan zat kimia. Tujuan karbonisasi adalah untuk menghilangkan zat terbang. Proses karbonisasi dilakukan pada temperature 400-6000C. Ada tiga jenis karbon aktif yang terbuat dari tempurung kelapa yang banyak dipasaran yaitu: Bentuk serbuk.
•
27
Karbon aktif berbentuk serbuk dengan ukuran lebih kecil dari 0,18 mm. Terutama digunakan dalam aplikasi fasa cair dan gas. Digunakan pada industri pengolahan air minum, industry farmasi,terutama untuk pemurnian monosodium glutamate,penghalus gula, pemurnian asam sitrat, pemurnian glukosa dan pengolahan zat pewarna kadar tinggi Bentuk Granular.
•
Karbon aktif bentuk granular/tidak beraturan dengan ukuran 0,2-5 mm. Jenis ini umumnya digunakan dalam aplikasi fasa cair dan gas. Beberapa
28
aplikasi dari jenis ini digunakan untuk pemurnian emas,pengolahan air, air limbah dan air tanah, pemurni pelarut dan penghilang bau busuk. Karbon aktif itu mampu menyerap 99,98 persen kandungan tembaga dalam air limbah.
Bentuk Pellet.
•
Karbon aktif berbentuk pellet dengan diameter 0,8-5 mm. Kegunaaan utamanya adalah untuk aplikasi fasa gas karena mempunyai tekanan rendah, kekuatan mekanik tinggi dan kadar abu rendah. Di gunakan untuk pemurnian udara, control emisi, penghilang bau kotoran dan pengontrol emisi pada gas buang.
3. Proses pembuatan Arang (karbon)
Hasil karbonisasi adalah arang yang mempunyai kapasitas penyerapan rendah. Untuk mendapat karbon aktif dengan penyerapan yang tinggi maka harus dilakukan aktivasi terhadap arang hasil karbonisasi.
29
i.
Proses Aktivasi
Proses aktivasi dilakukan dengan tujuan membuka dan menambah pori-pori pada karbon aktif. Bertambahnya jumlah pori-pori pada karbon aktif akan meningkatkan luas permukaan karbon aktif yang mengakibatkan kapasitas penyerapannya menjadi bertambah besar.Proses aktivasi dapat dilakukan dengan dua metode yaitu teknik aktivasi fisik dan teknik aktivasi kimia. -
Teknik Aktivasi Fisik Di lakukan dengan cara mengalirkan gas pengaktif melewati tumpukan arang tempurung kelapa hasil karbonisasi yang berada dalam suatu tungku.
-
Teknik Aktivasi Kimia Pembuatan arang aktif di lakukan dengan menambahkan bahan
baku dengan zat kimia
tertentu pada saat karbonisasi. Zat itu seperti ZnCl2, NaOH, KOH, H3PO4.
ii. Proses Pembakaran Hidrokarbon atau Coal
Karbon juga dapat dibuat dari pembakaran hidrokarbon atau coal, atau yang lainnya dengan kondisi udara yang terbatas sehigga terjadi pembakaran yang tidak sempurna. Di dalam tubuh makhluk hidup terdapat unsur
30
karbon. Hal ini dapat dibuktikan secara sederhana dengan membakar bahanbahan yang berasal dari makhluk hidup, misalnya kayu, beras, dan daging. Ketika dibakar, bahan-bahan tersebut akan menjadi arang (karbon). Keberadaan karbon dalam senyawa organik dapat dilakukan dengan percobaan sederhana, seperti ditunjukkan dengan gambar di bawah ini. Percobaan untuk menunjukkan karbon dan hidrogen dalam senyawa organik. Bahan + CuO (oksidator) CO2(g) + H2O(l) Uji adanya CO2: CO2(g) + Ca(OH)2(aq) CaCO3(s) + H2O(l)
F. Kegunaan unsur karbon
Karbon adalah suatu unsur yang sangat luwes dan berguna. Kegunaan karbon hanya akan jelas terlihat apabila kita sebutkan satu persatu dalam berbagai bentuk kehidupan sehari-hari. 1. Berdasarkan unsurnya kegunaan karbon terbagi menjadi dua, yaitu: i.
Grafit , baik yang alamiah maupun sintetik mempunyai
banyak kegunaan. Kegunaannya itu di antaranya untuk bahan hitam dalam pensil biasa, pigmen dalam cat hitam, bahan pembuatan krus (mangkok untuk bahan kimia), elektode untuk penggunaan pada suhu yang sangat tinggi, pelumas kering, bila serbuk grafit didispersikan dengan minyak akan dihasilkan pelumas cair.
31
ii.
Intan, terutama yang bernoda dan kecil-kecil
digunakan dalam industri untuk membuat bubuk penggosok yang paling keras untuk roda pengasah, ujung mata bor dan gigi gergaji. Selain itu, karbon juga diperlukan untuk pigmen hitam di dalam tinta cetak untuk buku, majalah dan surat kabar, kertas karbon, bahan bakar mobil, semir sepatu, penguat dan pengeras bahan karet, ban dalam dan barang barang karet, dan sebagai unsur penting untuk konstruksi bermacam-macam peralatan listrik dan nuklir, mulai dari sapu penyedot debu untuk rumah tangga sampai dinamo yang paling besar dan rektor nuklir. Busur karbon digunakan untuk membuat radiasi tampak dan ultraviolet dalam
sejumlah besar proses
industri yang bergantung pada reaksi fotokimia. Karbon juga memiliki manfaat dibidang pertanian yaitu sebagai pembangun bahan organik karena sebagian besar bahan kering tanaman terdiri dari bahan organik, diambil tanaman berupa CO2. Karbon juga berperan dalam pembuatan baja. Baja adalah logam paduan, logam besi sebagai unsur dasar dengan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal (crystal lattice) atom besi. Unsur paduan lain yang biasa ditambahkan selain karbon adalah (titanium), krom (chromium), nikel, vanadium,
32
cobalt dan tungsten (wolfram). Dengan memvariasikan kandungan karbon dan unsur paduan lainnya, berbagai jenis kualitas baja bisa didapatkan. Penambahan kandungan karbon pada baja dapat meningkatkan kekerasan (hardness) dan kekuatan tariknya (tensile strength), namun di sisi lain membuatnya menjadi getas (brittle) serta menurunkan keuletannya (ductility). 2. Sedangkan kegunaan karbon berdasarkan persenyawaannya, yaitu: Gas CO2 dalam air akan membentuk senyawa H 2CO3. Asam karbonat H2CO3, bila ditambahkan ke dalam minuman (minuman berkarbonasi), akan memberikan rasa tajam yang menyegarkan. Asam karbonat H2CO3, merupakan bahan baku untuk pembuatan garam-garam karbonat. CO2 dalam udara berfungsi untuk menjaga suhu permukaan bumi pada malam hari agar tidak terlalu dingin. CO2 dalam udara dapat menyerap sinar infra merah (sinar yang mengandung energi panas) dari sinar matahari yang dipantulkan bumi. Pada malam hari CO2 melepaskan infra merah tersebut ke permukaan bumi yang dingin sehingga permukaan bumi menjadi hangat. Adapun senyawa karbon mempunyai dampak negatif sebagai berikut : · Karbon disulfida CS2, beracun bila terserap kulit serta mudah terbakar dan meledak terutama bila mengalami gesekan,
33
· Karbon tetraklorida CCl4, beracun bila tertelan, terhisap, dan terserap kulit.Selain itu pemicu terjadinya kanker, · 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 CO 2 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.
G. Senyawa-senyawa Karbon 1. Senyawa Karbon
Pembakaran tidak sempurna akan menghasilkan arang atau karbon, sedangkan pembakaran sempurna akan menghasilkan gas CO2, untuk mengenalinya di lakukan dengan cara mengalirkan gas hasil pembakaran ke dalam air kapur (Ca (OH 2) atau air barit atau (Ba(OH )2). Hasil pembakaran sempurna senyawa karbon berupa gas CO2 dan gas terseut dapat menge3ruhkabn air kapur atau air barit karena terjadi reaksi : CO2 (g) + Ca ( OH ) 2 → Ca CO(s)
34
Jadi, bila gas hasil pembakaran tersebut mengeruhkan air kapur atau air barit berarti senyawa yang di bakar mirip senyawa karbon. 2. Sumber Senyawa Karbon
Senyawa karbon berasal dari berbagai sumber, antara lain : a. Tumbuhan dan hewan b. Batu bara c. Gas alam dan minyak bumi Berdasarkan penempatan atom karbon dalam molekul, atom karbon digolongkan menjadi empat golongan, yaitu atom karbon primer, sekunder,tersier dan kuarter. 1. Atom karbon primer adalah atom karbon yang berdiri sendiri atau yang mengikat satu atom karbon yang lain. Contoh: C1 berdiri sendiri, C2 hanya mengikat C3, C4 mengikat C3, C7 mengikat C8, C9 mengikat C8 dan C10 mengikat C8. 2. Atom karbon sekunder adalah atom karbon yang mengikat dua atom karbon yang lain.Contoh: C5 mengikat C3 dan C6, C8 mengikat C6 dan C9. 3. Atom karbon tersier adalah atom karbon yang mengikat tiga atom karbon yang lain.Contoh: C3 mengikat C2, C4 dan C5.
35
4. Atom karbon kwartener adalah atom karbon yang mengikat empat atom karbon yang lain. Contoh C6 mengikat C5, C7, C8 dan C10.
3. Senyawa Karbon Organik dan Anorganik.
Senyawa karbon yang hanya dapat dibuat (disentesis) oleh tubuh (organ) makhluk hidup di sebut senyawa organik , sedangkan senyawa yang dapat di buat (disintesis) di luar tubuh makhluk hidup senyawa anorganik. Senyawa karbon organik dan senyawa anorganik di dasarkan kepada sifat dan strukturnya
36
Contoh Senyawa-senyawa Karbon i.
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°C. 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.
37
ii. Karbon Dioksida (CO 2)
Karbon dioksida mempunyai struktur molekul linier dan bersifat non polar. Gas ini larut dalam air, terdapat diudara, dan sangat penting bagi tumbuhan sebagai bahan fotosintesis serta merupakan komponen nafas yang dikeluarkan oleh hewan ataupun manusia, karena dihasilkan dari oksidasi makanan dalam tubuh. CO2 dapat dibuat dengan membakar karbon senyawa hidrokarbon, atau gas CO dengan oksigen yang cukup. C + O2 → CO2 CH4 + 2O2 → CO2 + H2O 2CO + O2 → 2CO2 Dilaboratorium gas CO2 dapat dibuat dengan mereaksikan garam karbonat dengan asam seperti : CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
Gas CO2 tidak beracun, tetapi konsentrasi yang terlalu tinggi dalam udara adalah tidak sehat, karena merendahkan konsentrasi O2 dan menimbulkan efek fisiologis yang membahayakan. Jumlah CO2 yang sangat besar dihasilkan oleh aktifitas manusia.Meningkatnya gas CO2 dikhawatirkan atmosfer mungkin menjadi begitu panas,sehingga akan muncul perubahan suhu yang serius yang sering juga disebut efek rumah kaca.
38
iii.
Karbonat dan Bikarbonat
Karbonat dan bikarbonat adalah senyawa yang melimpah dan sangat berguna serta terkenal. Kebanyakan karbonat hanya sedikit larut dalam air. Misalnya CaCO 3, BaCO3, MgCO3 dan PbCO3. Banyak bikarbonat hanya stabil dalam larutan air. Contohnya ialah Ca(HCO3)2, Mg(HCO)3. Semua logam IA kecuali Litium membentuk karbonat yang larut, dimana yang paling murah dan berguna adalah NaHCO3 (Soda kue), Na2CO3 (Soda abu). iv.
Karbon Disulfida (CS 2)
CS2 adalah cairan yang mudah terbakar dan dapat dipakai sebagai bahan pembuat CCl4,dengan reaksi: CS2 + 3Cl2 → CCl4 +S2Cl2
H. Hidrokarbon
Dalam bidang kimia, hidrokarbon adalah sebuah senyawa yang terdiri dar i unsur atom karbon (C) dan atom hidrogen (H). Seluruh hidrokarbon memiliki rantai karbon dan atom-atom hidrogen yang berikatan dengan rantai tersebut. Istilah tersebut digunakan juga sebagai pengertian darihidrokarbon alifatik. Sebagai contoh, metana (gas rawa) adalah hidrokarbon dengan satu atom karbon dan empat atom hidrogen: CH4. Etana adalah hidrokarbon (lebih terperinci, sebuah alkana) yang terdiri dari dua atom karbon bersatu dengan sebuah ikatan tunggal, masing-masing mengikat tiga atom karbon: C2H6. Propana memiliki tiga atom C (C3H8) dan seterusnya (CnH2·n+2).
39
1. Tipe-tipe Hidrokarbon
Klasifikasi hidrokarbon yang dikelompokkan oleh tata nama organik adalah: i.
Hidrokarbon jenuh/tersaturasi (alkana) adalah hidrokarbon yang paling sederhana. Hidrokarbon ini seluruhnya terdiri dari ikatan tunggal dan terikat dengan hidrogen. Rumus umum untuk hidrokarbon tersaturasi adalah CnH2n+2. Hidrokarbon jenuh merupakan komposisi utama pada bahan bakar fosil dan ditemukan dalam bentuk rantai lurus maupun bercabang. Hidrokarbon dengan rumus molekul sama tapi rumus strukturnya berbeda dinamakan isomer struktur.
ii.
Hidrokarbon tak jenuh/tak tersaturasi adalah hidrokarbon yang memiliki satu atau lebih ikatan rangkap, baik rangkap dua maupun rangkap tiga. Hidrokarbon yang mempunyai ikatan rangkap dua disebut dengan alkena, dengan rumus umum C nH2n. Hidrokarbon yang mempunyai ikatan rangkap tiga disebut alkuna, dengan rumus umum CnH2n-2. iii. Sikloalkana adalah hidrokarbon yang mengandung satu atau lebih cincin karbon. Rumus umum untuk hidrokarbon jenuh dengan 1 cincin adalah CnH2n.
iv.
Hidrokarbon aromatik, juga dikenal dengan arena, adalah hidrokarbon yang paling tidak mempunyai satu cincin aromatik.
Hidrokarbon dapat berbentuk gas (contohnya metana dan propana), cairan (contohnya heksana dan benzena), lilin atau padatan dengan titik didih rendah (contohnya paraffin wax dan naftalena) atau polimer (contohnya polietilena, polipropilena dan polistirena). Ciri-ciri umum karena struktur molekulnya berbeda, maka rumus empiris antara hidrokarbon pun juga berbeda: jumlah hidrokarbon yang diikat pada alkena dan alkuna pasti lebih sedikit karena atom karbonnya berikatan rangkap. Kemampuan hidrokarbon untuk berikatan dengan dirinya sendiri disebut dengan katenasi, dan menyebabkan hidrokarbon bisa
40
membentuk senyawa-senyawa yang lebih kompleks, sepertisikloheksana atau arena seperti benzena. Kemampuan ini didapat karena karakteristik ikatan di antara atom karbon bersifat non-polar. Sesuai dengan teori ikatan valensi, atom karbon harus memenuhi aturan "4-hidrogen" yang menyatakan jumlah atom maksimum yang dapat berikatan dengan karbon, karena karbon mempunyai 4 elektron valensi. Dilihat dari elektron valensi ini, maka karbon mempunyai 4 elektron yang bisa membentuk ikatan kovalen atau ikatan dativ. Hidrokarbon bersifat hidrofobik dan termasuk dalam lipid. Beberapa hidrokarbon tersedia melimpah di tata surya. Danau berisi metana dan etana cair telah ditemukan pada Titan, satelit alam terbesar Saturnus, seperti dinyatakan oleh Misi Cassini-Huygens.
2. Penggunaan
Hidrokarbon adalah salah satu sumber energi paling penting di bumi. Penggunaan yang utama adalah sebagai sumber bahan bakar. Dalam bentuk padat, hidrokarbon adalah salah satu komposisi pembentuk aspal. Hidrokarbon dulu juga pernah digunakan untuk pembuatan klorofluorokarbon (CFC), zat yang digunakan sebagai propelan pada semprotan nyamuk. Saat ini klorofluorokarbon tidak lagi digunakan karena memiliki efek buruk terhadap lapisan ozon. Metana dan etana berbentuk gas dalam suhu ruangan dan tidak mudah dicairkan dengan tekanan begitu saja. Propana lebih mudah untuk dicairkan, dan biasanya dijual di tabung-tabung dalam bentuk cair. Butana sangat mudah dicairkan, sehingga lebih aman dan sering digunakan untuk pemantik rokok. Pentana berbentuk cairan bening pada suhu ruangan, biasanya digunakan di industri sebagai pelarut wax dan gemuk. Heksana biasanya juga digunakan sebagai pelarut kimia dan termasuk dalam komposisi bensin. Heksana, heptana, oktana, nonana, dekana, termasuk dengan alkena dan beberapa sikloalkana merupakan komponen penting pada bensin, nafta, bahan bakar jet, dan pelarut industri. Dengan bertambahnya atom karbon, maka hidrokarbon yang berbentuk linear
41
akan memiliki sifat viskositas dan titik didih lebih tinggi, dengan warna lebih gelap.
I. Rantai Karbon 1. Bentuk Rantai Karbon a. Rantai karbon alifatis, yaitu rantai karbon terbuka. Rantai karbon alifatis ini bisa lurus dan bisa juga bercabang.
Contoh:
b. Rantai karbon siklis, yaitu rantai karbon tertutup. Dibedakan atas karbosiklik dan heterosiklik. 1) Karbosiklik adalah senyawa karbon siklik yang rantai lingkaranya hanya terdiri dari atom C saja. Yang termasuk karbosiklik adalah senyawa aromatis dan alisiklik. a) Senyawa aromatis adalah senyawa karbo siklik yang terdiri atas 6 atom karbon atau lebih yang memiliki ikatan rangkap 2 terkonjugasi (selengkapnya akan Anda pelajari di kelas XII). Contoh: b) Senyawa alisiklik adalah senyawa karbosiklik
yang hanya mempunyai ikatan tunggal. Contoh:
42
2) Heterosiklik adalah senyawa karbo siklik yang di dalam rantai lingkarnya terdapat atom lain selain atom karbon. Contoh:
2. Berdasarkan Jenis Ikatan a. Ikatan jenuh, jika semua ikatan karbonnya merupakan ikatan tunggal ( ). Contoh :
b. Ikatan tak jenuh, jika mengandung ikatan rangkap 2 ( ) maupun rangkap 3 ( ) pada ikatan karbon – karbon. Dikatakan tak jenuh karena ikatan rangkap, baik rangkap 2 maupun rangkap 3 ini masih dapat mengalami pemutusan ikatan. Contoh:
43
3. Alkana
Alkana adalah sebuah hidrokarbon jenuh asiklis. Alkana termasuk senyawa alifatik. Dengan kata lain, alkana adalah sebuah rantai karbon panjang dengan ikatan-ikatan tunggal. Rumus umum untuk alkana adalah CnH2n+2. Alkana yang paling sederhana adalah metana dengan rumus CH4. Nama lainnya adalah parafin. 4. Alkena
Alkena atau olefin dalam kimia organik adalah hidrokarbon tak jenuh dengan sebuah ikatan rangkap dua antara atom karbon. Rumus umumnya adalah CnH2n. Alkena yang paling sederhana adalah etena (C2H4). 5. Alkuna
Alkuna adalah hidrokarbon tak jenuh yang memiliki ikatan rangkap tiga. Secara umum, rumus kimianya CnH2n-2. Salah satunya adalah etuna yang disebut juga sebagai asetilen dalam perdagangan atau sebagai pengelasan.
J. Karbon Sebagai Konduktor
Syarat bagi suatu zat agar dapat menghantarkan listrik, yaitu harus berisi partikel bermuatan yang bebas bergerak. Partikel- partikel tersebut dapat menjadi elektron atau ion dan bertugas membawa muatan listrik. Mengapa grafit dan logam merupakan konduktor? Karena dalam logam dan grafit terdapat elektron yang telah terdelokalisasi, yang berarti mereka tidak terikat pada atom tertentu atau dengan kata lain bebas. Karena elektron tidak terikat maka mereka bebas bergerak, sehingga sangat dimungkinkan untuk membawa muatan listrik.
44
Grafit murni merupakan salah satu mineral yang disusun oleh unsur karbon (nomor atom 6) dengan simbol C. Di alam grafit terbentuk dalam batuan metamorf sebagai hasil metamorfosis dari bahan organik yang termasuk dalam endapan batu gamping. Grafit termasuk mineral yang lembut, sebap berada pada 1 dan 2 skala kekerasan Mohs. Grafit berwarna hitam. Struktur grafit tidak seperti zat lainnya, grafit disusun oleh atom karbon dan dengan nomor atom 6 dan masing-masing hanya terikat pada tiga atom lain. Dari atom karbon terdelokalisasi terdapat 4 eletron valensi, sehingga elektron ini bebas bergerak dan pindah ke lembaran yang berbeda. Dalam struktur grafit
yang terdiri dari kumpulan karbon, keempat elektron
bebas ini berfungsi untuk membawa muatan listrik. Dalam logam pada umumnya terdapat satu ton elektron bebas. Sehingga sangat dimungkinkan logam dapat menghantarkan listrik dengan baik. Hampir semua logam dan grafit dapat menghantarkan listrik dengan baik karena terdapat elektron bebas. Emas dan tembaga sangat baik menghantarkan listrik. Namun, menggunakan emas sangatlah tidak mungkin dari sisi ekonomi,sehingga kebanyakan kabel listrik didalamnya digunakan tembaga. Grafit memang tidak sebaik tembaga, tapi menggunakan grafit lebih ekonomis karena relatif murah. Oleh karena itu, masih banyak produk yang menggunakan grafit sebagai konduktor listrik.
45
BAB III PENUTUP A. Kesimpulan
Karbon merupakan unsur utama dalam senyawa organik dan anorganik yang begitu banyak jumlah dan jenisnya. Keberadaan karbon di alam terjadi dalam dua wujud, yang pertama dalam wujud mineral dan yang kedua dalam wujud grafit. Intan merupakan wujud mineral dan arang merupakan wujud grafit. Teknik ekstraksi unsur karbon dapat dibuat dengan mereaksikan coke dengan silica SiO2 pada suhu 2500°C, karbon aktif dibuat dengan kulit singkong dan tempurung kelapa dengan proses aktivasi dan karbonisasi. Sifat fisika unsur karbon adalah dalam fasa padat pada suhu kamar, titik leleh 4300-4700 K dan titik didih 4000 K. Sifat kimia unsur karbon adalah biloks 4,3,2,1,0,-1,-2,-3,-4, elektronegatifitas 2,55 (skala pauli) dan energi ionisasi 1086 kJ/mol. Sifat kimia berdasarkan bentuk alotrop ada 4 macam yaitu berlian, grafit, grafin, karbon amorf, dan fuleren. Kegunaan karbon dalam bentuk grafit adalah bahan hitam dalam pensil biasa, pigmen dalam cat hitam, pelumas kering, bila serbuk grafit didispersikan dengan minyak akan dihasilkan pelumas cair. Kegunaan karbon dalam bentuk intan adalah yang bernoda dan kecilkecil digunakan dalam industri untuk membuat bubuk penggosok yang paling keras untuk roda pengasah, ujung mata bor dan gigi gergaji Senyawa-senyawa popular yang berikatan dengan karbon di antaranya: Karbon dioksida CO2, karbon monoksida CO, karbonat dan bikarbonat, karbon disulfide CS2.
46
