MAKALAH
UNSUR SILIKON
Disusun Untuk Memenuhi Tugas Terstruktur Kimia Unsur
Disusun oleh :
Hikmah Yaumil Fitriani (125090201111002)
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
2014
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Davy pada tahun 1800 menganggap silikon sebagai senyawa daripada unsur. Sebelas tahun kemudian pada tahun 1811 Gay Lussac menganggap bahwa silikon merupakan unsur kimia yang bersimbol Si dengan nomor atom 14. Silikon merupakan unsur kedua paling melimpah setelah oksigen. Silikon terdapat dalam kuartza dan pasir, kebanyakan dalam bentuk silikon oksida, dan silikat.
Silikon adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Si dan nomor atom 14. Silikon merupakan elemen terbanyak kedelapan di alam semesta dari segi massanya, tapi sangat jarang ditemukan dalam bentuk murni di alam. Silikon paling banyak terdistribusi pada debu, pasir, planetoid, dan planet dalam berbagai bentuk seperti silikon dioksida atau silikat. Lebih dari 90% kerak bumi terdiri dari mineral silikat, menjadikan silikon sebagai unsur kedua paling melimpah di kerak bumi (sekitar 28% massa) setelah oksigen.
Silikon bukan termasuk benda yang awam bagi masyarakat. Silikon sering digunakan untuk membuat serat optik dan dalam operasi plastik digunakan untuk mengisi bagian tubuh pasien dalam bentuk silikon. Unsur silikon juga berperan besar terhadap ekonomi modern dan silikon juga merupakan elemen esensial pada biologi, meskipun hanya dibutuhkan hewan dalam jumlah amat kecil.
Banyak masyarakat dengan ekonomi tinggi menggunakan silikon yang memiliki harga yang tidak murah itu, tetapi mereka tidak mengetahui bagaimana sifat dari silikon itu, apakah berdampak positif atau negatif.
Oleh karena itu, penulis tertarik membuat makalah yang membahas tentang sifat kimia, sifat fisika, bagaimana cara ekstraksi silikon, persenyawaan silikon, dan kegunaan dan silikon.
Tujuan
Pada makalah ini, terdapat berbagai tujuan penulisan, diantaranya :
Menjelaskan sifat fisis dan sifat kimia dari unsur Silikon
Menjelaskan kelimpahan unsur Silikon di alam
Menjelaskan persenyawaan unsur Silikon
Menjelaskan proses ekstraksi unsur Silikon
Mengetahui kegunaan, peranan terhadap tanaman serta bahaya dari unsur Silikon
Rumusan Masalah
Pada makalah ini, terdapat beberapa rumusan masalah yang akan dijawab dan dibahas, diantaranya :
Bagaimana Sifat Fisis dan sifat kimia dari unsur Silikon?
Bagaimana Kelimpahan unsur silikon di alam?
Bagaimana persenyawaan unsur silikon?
Bagaimana cara mengekstraksi unsur Silikon?
Apa kegunaan, peranan bagi tumbuhan dan bahaya dari unsur Silikon?
BAB II
PEMBAHASAN
Sifat fisis dan sifat kimia dari unsur Silikon
Silikon tidak terdapat bebas di alam, tetapi ditemukan dalam sebagaian besar batu, pasir, dan tanah liat. Silikon bersifat elektropositif sehingga bertindak seperti metalloid atau semikonduktor. Dalam beberapa bentuk silikon dapat bersifat menyerupai logam dan non logam. Pada beberapa senyawa yang disebut polimer, silikon akan berkonjugasi dengan oksigen, dalam kasus ini silikon bersifat sebagai non logam (Krebs, 2006).
Terdapat dua jenis alotrop dari silikon, diantaranya adalah pasir (silikon dioksida), dan kristal dengan sebuah logam kelabu yang dikenal sebagai semikonduktor dalam industry elektronik. Kristal Silikon ditumbuh kembangkan dengan sendirinya melalui metode yang dikenal dengan Proses Czochralski (Krebs, 2006).
Sebagian besar silikon mengandung 28Si (92.23%) bersama dengan 4,67% 29Si dan 3,10% 30Si. Tak ada lagi isotop lain yang stabil. 29Si memiliki spin inti I = 12, dan banyak digunakan dalam spektrofotometri NMR. 31Si dibentuk melalui radiasi neutron 30Si, memiliki t12 selama 2,62 h; hal ini dapat dideteksi oleh karakterisasi aktivitas β, dan ini sangat bermanfaat untuk analisis kuantitatif dari Si oleh aktivitas neutron. Pada area 'ground state', Si memiliki konfigurasi electron [Ne] 3s23p2. Sifat fisis dari unsur Silikon diantaranya adalah lebih volatil dibanding dengan unsur C. Pada dasarnya energi uap jualebih rendah, oleh karenanya mencerminkan energy ikatan Si – Si lebih rendah. Berikut ini adalah sifat fisis dari unsur silikon adalah (Greenwood, 1997) :
Titik leleh
Titik didih
MP/0C
BP/0C
Densitas (200C)/gr cm-3
Hfus/ kJ mol-1
Hvap/kJ mol-1
Hf (gas monoatomik)/ kJ mol-1
α0/pm
r (kovalen)/pm
r (ionik)/pm
Elektronegatif Pauling
1,420 0C
3,265 0C
~3280
2.53259
50.6 ±1.7
383±10
454 ± 12
543.10204
117.59
26
1.8
Silikon yang berukuran besar relative tidak reaktif kecuali pada suhu tinggi. Silikon juga tidak reaktif terhadap air asam, namun mudah larut dalam cairan alkali panas, adapun reaksi yang terjadi
Si + 4 OH- SiO44-
Silikon tidak dapat membentuk senyawa biner dengan unsur dari kelompok (Ge, Sn, Pb) tetapi persenyawaannya dapat terjalin dengan karbon, SiC. Unsur ini terkenal digunakan dalam skala industry. Mayoritas persenyawaan Silikon membentuk struktur tetrahedral, tetapi struktur dengan koordinasi enam juga dapat terjadi. Contoh terbaru dari persenyawaan Si yang berkoordinasi-3 dengan struktur piramida adalah anion Si44- (isoelektronik dengan molekul tetrahedral P4, yang seringkali ditemukan dalam 'Silicide' CsSi. Terdapat banyak diskusi terkait kebolehjadian Si dalam ester ortosilikat dari pyrocatechol yang membentuk bilangan koordinasi 4 dengan struktur planar. Si dapat memiliki bilangan koordiansi 5 dengan struktur trigonal bipiramid atau square pyramid. Banyak contoh dari Si yang berbilangan koordinasi 6 dengan struktur oktahendral. Sebuah contoh dari Si yang memiliki bilangan koordinasi 7 telah teridentifikasi. Dan kadang – kadang terdapat contoh dari Si yang memiliki bilangan koordinasi lebih tinggi.
Berikut adalah tabel geometri koordinasi dari silikon (Greenwood, 1997) :
Tabel 2.1.1
Tabel geometri koordinasi dari Silikon
Kelimpahan unsur Silikon di alam
Silikon merupakan unsur kedua paling melimpah dialam setelah oksigen. Silikon banyak ditemukan dalam persenyawaannya bersama oksigen dalam berbagai bentuk silika dan silikat. Silikat mengandung unsur Si dan O dengan rumus senyawa SiO4 dan struktur tetrahedral, yang termasuk dalam sejumlah logam. Sekitar 90% kerak bumi terbentuk dari silika dan terjadi secara alamiah dalam bentuk silikat. Silikon tak pernah ditemukan di alam dalam bentuk unsur bebas. Diantara semua elemen, unsur silikon merupakan unsur terbanyak ketiga setelah hidrogen dan karbon. Terdapat lebih dari 1000 silikat yang terkandung dalam tanah liat, mika, feldspar, granit, asbes, dan hornblende. Silikat alami memiliki struktur ortosilikat SiO44-, pirosilikat Si2O76- dan struktur kompleks lainnya, seperti (SiO3)n2n- yang memiliki cincin heksagonal, atau Piroxene (SiO32-)n dan amphibole (Si4O116-) yang memiliki rantai tak hingga. Beberapa silikat alami terkandung dalam umumnya mineral seperti tremolite, Ca2Mg5(OH)2Si8O22; diopside CaMg(SiO3)2; Kaolin, H8Al4Si4O18; montmorilonit, H2Al2Si4O12; talc, Mg3[(OH)2 SiO10]; muskovit H2KAl3(SiO4)3; Hemimorfit, Zn4(OH)2Si2O7.H2O; zircon ZrSiO4; beril Be3Al2Si6O18; feldspar KAlSi3O8, ensatite (MgSiO3)n; tourmaline, topaz, zeolite, Jadeit (Greenwood, 1997).
Terdapat banyak gamestone yang terbuat dari silikat, diantaranya adalah beril, emerald, aquamarine, morganit, topaz, tourmaline, zircon, batu amazon dan moonstone. Diyakini bahwa silikon adalah produk dari reaksi nuklir kosmik di mana partikel alpha
diserap pada suhu 109 Kelvin ke dalam inti karbon-12, oksigen-16, dan neon-20. Silikon unsur murni terlalu reaktif ditemukan bebas di alam, tetapi tidak membentuk banyak senyawa di Bumi, terutama oksida kristal (kuarsa, kristobalit, dan tridimit) dan mineral amorf (batu akik, opal, dan kalsedon). Silikon Elemental diproduksi dengan mengurangi silika (SiO2) dalam tanur listrik suhu tinggi, dengan menggunakan kokas sebagai reduktor.
Hal ini kemudian disempurnakan. Kristal silikon yang digunakan dalam perangkat elektronik yang "ditanam" dengan menghapus kristal pemula sekumpulan silikon yang meleleh (Patnaik, 2002).
Persenyawaan Unsur Silikon
Persenyawaan unsur silikon terdapat beberapa macam, diantaranya (Krebs, 2006):
SiO2 (Silikon dioksida)
Terdapat dalam kerak bumi, terdapat dalam pasir pada umumnya, terdapat pada kuarsit, yang banyak digunakan pada skala insdustri
NaSiO3(Sodium silikat)
Seringkali disebut dengan gelas air, ini salah satu campuran atau senyawa silikon yang larut dalam air dan digunakan untuk membuat sabun dst.
Si3N4 ( Silikon nitrit)
Tahan terhadap oksidasi, pembuatan logam sehingga dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan wadah nikel. Senyawa ini digunakan pada wadah peleburan logam dengan suhu tinggi.
SiC (Silikon karbida)
Umunya keras layaknya intan, digunakan sebagai penggosok roda gerinda, alat potong logam. Dan sebagai refraktori dalam produksi
SiCl4 (Silikon tetraklorida)
Diproduksi dari silikon dan klor yang dicampurkan pada suhu tinggi. Ketika senyawa ini bereaksi dengan uap air diudara, akan menghasilkan awan padat pada atmosfer.
Proses ekstraksi unsur Silikon
Silikon (96 – 99% murni) dibuat dengan cara mereduksi kuarsit atau pasir dengan tingkat kemurnian kokas yang tinggi dalam tanur listrik. SiO2 disimpan secara rapat untuk menghindari terkumpulnya SiC (Greenwood, 1997).
SiO2 + 2C = Si + 2CO
2SiC + SiO2 = 3Si + 2 CO
Reaksi ini seringkali dilakukan menggunakan besi scrap (dengan kandungan S dan kadar P rendah) untuk menghasilkan paduan ferosilikon ; hal ini digunakan dalam industry metalurgi untuk mendeoksidasi oksigen baja, sehingga dapat memproduksi Si dengan kadar tinggi dan tahan korosi terhadap Fe. Silikon dalam skala industry biasanya dimurnikan hingga 98 % dengan mencuci bahan silikon yang kemurniannya 96 – 97 % menggunakan air. Si yang sangat murni yang digunakan untuk aplikasi semikonduktor diperoleh dari SiCl4 (terbuat dari bongkahan Si) atau dari SiHCl3. Ini merupakan senyawa volatile yang dimurnikan dengan distilasi fraksional yang lengkap dan kemudian direduksi dengan Zn atau Mg murni, sehingga menghasilkan lelehan Si yang menyerupai sepon. Kemudian dibawa atau ditumbuhkan menjadi Kristal silider tungga yang kemudian dimurnikan dengan penyulingan. Cara alternatif adalah dapat dengan menggunakan dekomposisi termal dari SaI4/H2 diatas sebuah filament tungsten yang panas atau pertumbuhan epitaxial dari permukaan Kristal tunggal oleh dekomposisi dari SiH4. Satu tahap proses juga data dikembangkan untuk memproduksi Si dengan tingkat kemurnian tinggi untuk keperluan solar sel pada perbanding harga saing 1-10. Pada proses ini, Na2SiF6 direduksi menggunakan logam Na, reaksi ini sangat eksotermik dan spontan tanpa membutuhkan bahan bakar eksternal (Greenwood, 1997).
Selain itu, menurut Yilmaz, 2013, untuk mengekstraksi Si dapat dilakukan dengan teknik fusi bahan alkali dari 'slurry tailing'. Slurry merupakan suatu bahan yang mengandung banyak kuarsit dan alumunium, dan sedikit mengandung K2O, CaO, TiO2, MnO, Fe2O3, MoO3 dan BaO. Seperti yang tergambar pada tabel dibawah ini :
Tabel 2.4.1
Tabel komposisi slurry (Yilmaz, 2013)
Adapun tahapan ekstrasi adalah deawali dengan membrikan sejumlah campuran slurry dengan NaOH untuk memperoleh campuran homogeny. Kemudian campuran ditempatkan dalam wadah nikel dan diperlakukan pemanasan hingga 5500C dalam sebuah oven dengan kondisi udara pada atmosfer 1h. Rasio berat pada pemberian NaOH / slurry adalah (0.8, 1 dan 1,5) hal ini dibuat bervariasi untuk menentukan parameter dalam teknik fusi (Yilmaz, 2013).
Kemudian, produk dari proses camuran tersebut dipisahkan dengan cara distilasi menggunakan air, selama 16 dan 24 jam pada suhu 25 0C. setelah 24 jam, larutan dipisahkan dari campurannya dengan proses filtrasi. Konsentrasi bahan (Si, Al, dan Na) yang terdapat pada larutan terekstraksi dapat ditentukan menggunakan analisis ICP-OES. Adapun prosedur ekstraksi menggunakan slurry ini tergambar dalam gambar dibawah ini :
Flow chart prosedur ekstraksi Si.
(Yilmaz, 2013)
Kegunaan, peranan dan bahaya dari unsur Silikon
Kegunaan Silikon dan perannya pada tumbuhan
Struktur Kristal tetravalent piramida dari silikon mirip dengan struktur tetravalent dari karbon, hal ini menghasilkan banyak variasi senyawa yang memiliki banyak manfaat. Kristal silikon yang terkontaminasi dengan bahan pengotor (arsen dan boron) digunakan untuk semikonduktor pada elemen komputer dan industri elektronik. Silikon dapat digunakan untuk membuat sel surya untuk menyediakan listrik dalam menghitung cahaya teraktifkan, sehingga dapat mengkonversi cahaya menjadi energy listrik. Silika yang dicampurkan dengan sodium karbonat dan kalsium karbonat kemudian dipanaskan hingga meleleh, dapat digunakan untuk membentuk gelas kimia ketika didinginkan (Krebs, 2006)
Selain itu, silikon diketahui dapat meningkatkan hasil atau rendemen tebu sehingga bermanfaat bagi tanaman tebu, unsur ini berperan dalam pembentukan, pernyimpanan dan mempertahankan kandungan sukrosa dalam tebu. Unsur Si diketahui dapat meningkatkan ketahanan tanaman terhadap kekeringan, Liang (2008) menjelaskan beberapa mekanisme Si dalam membantu tanaman dalam dalam menghadapi kekeringan adalah dengan memperkuat pertumbuhan tanaman melalui peningkatan fotosintesis dan aktivitas akar. Selain itu, unsur ini juga dapat meningkatkan ketahanan beberapa tanaman terhadap cekaman biotik dan abiotik (Djajdi, 2013).
Bahaya Silikon
Debu oksida silikon (silikat) dapat terbakar atau meledak dan sangat berbahaya jika terhirup. Hidrida silikon sangat stabil dan secara spontan terbakar diudara pada suhu kamar. Selain itu, penggunaan silikon sebagai bahan implamntasi payudara seringkali menimbulkan berbagai permasalahn, sehingga penggunaan silikon sebagai bahan implantasi bolwh digunakan sesuai dengan prosedur yang tepat (Krebs, 2006)
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Silikon (Si) merupakan unsur ke-2 paling berlimpah di bumi setelah oksigenyaitu mencakup 25,7 % dari kandungan kerak bumi. Silikon (Si) tidak ditemukan bebas di alam, tetapi muncul sebagian besardi kulit bumi dalam bentuk silikat dan silikon dioksida (silika). Bentuk silikon dioksida dapat ditemukan pada pasir, kuarsa dan serbuk batuan.
Mineral silika yang telah dimasukkan ke dalam larutan kalsium klorida (CaCl) dipanaskan hingga suhu 850o Celsius. Atom oksigen yang ada di dalam silika akan berubah menjadi ion oksida. Akibatnya, secara perlahan silika akan menjadi silikon. Sifat kimianya adalah sangat reaktif, sifat logamnya bertambah (dari atas ke bawah dalam tabel periodik); bereaksi dengan oksigen, unsur halogen, air, asam encer,dan amonia.Sifat fisika silikon murni berwujud padat seperti logam dengan titik lebur 14100C. silikon dikulit bumi terdapat dalam berbagai bentuk silikat
Dalam bentuknya sebagai pasir dan tanah liat, dapat digunakan untuk membuat bahan bangunan seperti batu bata dan banyak lagi seperti alat-alat banguanan.Silikon juga berfungsi sebagai pencegah oesteoporosis pada manusia,silikon juga unsur yang menguntungkan bagi tanaman.
B. Saran
Silikon merupakan unsur di alam yang mengandung banyak kegunaan bagi mahkluk hidup. Jadi pergunakan lah silikon secara baik karena silikon juga dapat membahayakan penggunanya.
DAFTAR PUSTAKA
Djaji, 2013, Silika (Si): Unsur Hara Penting Dan Menguntungkan Bagi Tanaman Tebu (Saccharum Officinarum L.), Balai PenelitianTanaman Pemanis dan Serat, volume 12 no 1
Greenwood, N.N, and A.Earneshaw, 1997, Chemistry of Elements Second Edition, Reed Educational and professional Publishing Ltd., Britian
Krebs, Robert E., 2006, The History and Use Of Our Earth's Chemical Elements : A Reference Guid, Greenwood Press, United Stated of America
Patnaik, Praydot, 2002, Handbook of Inorganic Chemical, McGraw-Hill Companies, Newyork
Yilmaz, Muge san, and Sabriye Piskin, 2013, Extraction od Silicon from Tailing Slurry of Gold Mine Treatment Plant by Alkali Fission Technique, IJCEBS, Volume 1 no 2
.
