MAKALAH
“BESI” Disusun Untuk Melengkapi Salah Satu Tugas Mata Pelajaran Kimia
Disusun Oleh : Yuni Anggraeni Kelas XII IPA
SMAI YAPPAS AL-BAROKAH Jl. Sindangsari Rancapaku Padakembang Tasikmalaya 46466 2010
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Besi merupakan logam yang paling banyak terdapat dialam. Besi juga diketahui seb agai unsur yang paling banyak membentuk bumi, yaitu kira-kira 4,7 - 5 % pada ker ak bumi. Besi adalah logam yang dihasilkan dari bijih besi dan jarang dijumpai d
alam keadaan bebas, kebanyakan besi terdapat dalam batuan dan tanah sebagai oksi da besi, seperti oksida besi magnetit ( Fe3O4) mengandung besi 65 %, hematite ( Fe2O3 ) mengandung 60 – 75 % besi, limonet ( Fe2O3 . H2O ) mengandung besi 20 % da n siderit (Fe2CO3). Dalam kehidupan, besi merupakan logam paling biasa digunakan dari pada logam-logam yang lain. Hal ini disebabkan karena harga yang murah dan kekuatannya yang baik sreta penggunaannya yang luas. Bijih besi yang dapat diolah harus mengandung senyawa besi yang besar. Bijih bes i adalah suatu zat mineral yang mengandung cukup kadar besi untuk dileburkan kir a-kira 20 %. Komposisi dan bentuk bijih besi berbeda-beda, jika besi dipanaskan bersama-sama karbon pada suhu 1420oK – 1470oK maka akan terbentuk suatu alloy.. Seiring dengan perkembangan zaman banyak teknologi baru yang bermunculan untuk m enghasilkan besi . Salah satu sebabnya adalah karena besi memiliki kegunaan yang sangat banyak dan terlebih lagi karena bijih besi yang relatif melimpah dipenju ru dunia. Oleh karena itu penting untuk kita mempelajari lebih lanjut mengenai b esi tersebut. 1.2 Perumusan Masalah Adapun masalah yang akan dibahas antara lain : pengertian besi Sejarah besi keberadaannya di alam Sifat fisik dan kimia dari unsur besi pengolahan besi kegunaan besi Reaksi-reaksi penting dari unsur besi
1.3 Tujuan Makalah ini bertujuan menjelaskan sifat-sifat dari besi, reaksi-reaksi yang pent ing, pembuatan besi, pemurnian besi serta aplikasi besi dalam kehidupan sehari-h ari. 1.4 Manfaat Diharapkan dengan adanya makalah ini, pembaca : Mengetahui sejarah, pengertian dan sifat-sifat besi. Manfaat kegunaan besi dalam kehidupan sehari-hari.
BAB II PEMBAHASAN 2.1. Pengertian Besi Besi adalah logam transisi yang paling banyak dipakai karena relatif melimpah di alam dan mudah diolah. Besi murni tidak begitu kuat, tetapi bila dicampur denga n logam lain dan karbon didapat baja yang sangat keras. Biji besi biasanya menga ndung hematite (Fe2O3) yang dikotori oleh pasir (SiO2) sekitar 10 %, serta sedik it senyawa sulfur, posfor, aluminium dan mangan.(Syukri ,1999 : 623). 2.2. Keberadaan Besi di Alam Besi merupakan salah satu unsur paling biasa di Bumi, membentuk 5% daripada kera k Bumi. Kebanyakan besi ini hadir dalam pelbagai jenis oksida besi, seperti baha n galian hematit,magnetit, dan takonit. Sebahagian besar teras bumi dipercayai m engandungi aloi logam besi-nikel. Sekitar 5% daripada meteorit turut mengandungi aloi besi-nikel. Walaupun jarang, ini merupakan bentuk utama logam besi semulaj adi dipermukaan bumi. Dalam perindustrian, besi dihasilkan daripada bijih, kebanyakannya hematit (sedi kit Fe2O3) dan magnetit (Fe3O4), melalui penurunan oleh karbon dalam relau hembu s (blast furnace) pada suhu sekitar 2000 °C. Dalam relau hembus, bijih besi, karbo n dalam bentuk kok, dan fluks seperti batu kapur diisikan di bahagian atas relau , sementara semburan udara panas dipaksa untuk masuk ke dalam relau di bahagian bawah. Dalam relau, kok bertindak balas dengan oksigen dalam hembusan udara untuk mengh asilkankarbon monoksida: 2 C + O2 → 2 CO Karbon monoksida mengurangkan bijih besi (dalam persamaan kimia di bawah, hemati t) kepada besi lebur, menjadi karbon dioksida di dalam proses tersebut: 3 CO + Fe2O3 → 2 Fe + 3 CO2 Fluks ditambah untuk meleburkan bendasing dalam bijih, terutamanya silikon dioks ida pasir dan lain-lain silikat. Fluks biasa termasuklah batu kapur (terutamanya kalsium karbonat) dan dolomit (magnesium karbonat). Fluks yang lain boleh digun akan bergantung kepada jenis bendasing yang perlu diasingkan daripada bijih. Di bawah kepanasan relau, batu kapur mengurai menjadi kalsium oksida (kapur tohor): CaCO3 → CaO + CO2 Kalsium oksida bergabung dengan silikon dioksida untuk menghasilkan sanga. CaO + SiO2 → CaSiO3 Sanga melebur oleh kerana haba di dalam relau, berbanding dengan silikon dioksid a yang tidak akan melebur di bawah haba yang sama. Pada dasar relau, sanga yang melebur terapung atas leburan besi yang lebih tumpat, dan hanyut ke tepi relau y ang mungkin akan dibuka untuk mengalirkan sanga keluar daripada leburan besi. Be si ini, apabila disejukkan, akan dipanggil besi mentah, sementara sanga boleh di gunakan sebagai bahan untuk pembinaan jalan raya atau untuk menyuburkan tanah ya ng kurang mineral untuk pertanian. Anggaran sebanyak 1,100 Jt (juta tan) bijih besi dihasilkan di seluruh dunia dal am tahun 2000, dengan nilai pasaran kasar mencecah lebih kurang 25 bilion dolar Amerika. Pengeluaran bijih berlangsung di 48 negara, dengan lima pengeluar terbe sar merupakan China, Brazil,Australia, Rusia dan India, menghasilkan 70% daripad a pengeluaran bijih besi dunia. 1100 Jt bijih besi digunakan untuk menghasilkan lebih kurang 572 Jt besi mentah.
2.3. Sifat Fisika Besi Ciri-ciri fisik Fase padat Massa jenis (sekitar suhu kamar) 7,86 g/cm³ Massa jenis cair pada titik lebur 6,98 g/cm³ Titik lebur 1811 K (1538 °C, 2800 °F) Titik didih 3134 K (2861 °C, 5182 °F) Kalor peleburan 13,81 kJ/mol Kalor penguapan 340 kJ/mol Kapasitas kalor (25 °C) 25,10 J/(mol·K) Tekanan uap P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k pada T/K 1728 1890 2091 2346 2679 3132 Ciri-ciri atom Struktur kristal kubus pusat badan
Bilangan oksidasi 2, 3, 4, 6 (oksida amfoter) Elektronegativitas 1,83 (skala Pauling) Energi ionisasi pertama: 762,5 kJ/mol ke-2: 1561,9 kJ/mol ke-3: 2957 kJ/mol Jari-jari atom 140 pm Jari-jari atom (terhitung) 156 pm Jari-jari kovalen 125 pm Fe-TableImage.png 2.5 Sifat Kimia Besi Keterangan Umum Unsur Nama, Lambang, Nomor atom besi, Fe, 26 Deret kimia logam transisi Golongan, Periode, Blok 8, 4, d Penampilan metalik mengkilap keabu-abuan Fe,26.jpg Massa atom 55,845(2) g/mol Konfigurasi elektron [Ar] 3d6 4s2 Jumlah elektron tiap kulit 2, 8, 14, 2 1. Mempunyai daya hantar listrik dan panas yang baik. Karena emiliki ikatan gand a dan ikatan kovalen logam. 2. Besi murni cukup reaktif. Dalam udara lembab cepat teroksidasi membentuk besi (III) oksida hidrat.(Cotton,1989 :462). Lain-lain Sifat magnetik feromagnetik Resistivitas listrik
(20 °C) 96,1 nΩ·m Konduktivitas termal (300 K) 80,4 W/(m·K) Ekspansi termal (25 °C) 11,8 µm/(m·K) Kecepatan suara (pada wujud kawat) (suhu kamar) (elektrolitik) 5120 m/s Modulus Young 211 GPa Modulus geser 82 GPa Modulus ruah 170 GPa Nisbah Poisson 0,29 Skala kekerasan Mohs 4,0 Kekerasan Vickers 608 MPa Kekerasan Brinell 490 MPa Isotop iso NA waktu paruh DM DE(MeV) DP 54Fe 5,8% >3,1E22 tahun penangkapan 2 ε ? 54Cr 55Fe syn
2,73 tahun penangkapan ε 0,231 55Mn 56F 91,72%
stabil dengan 30 neutron 57Fe F
2,2% Fe stabil dengan 31 neutron 58Fe 0,28% Fe stabil dengan 32 neutron 59Fe syn 44,503 hari β 1,565 59Co 60F syn 1,5E6 tahun β3,978 60Co
Ekstraksi Besi Pada zaman dahulu, manusia telah berhasil mengekstrak besi dari bijihnya yang be rupa senyawa seperti hematit (Fe2O3). Campuran gilingan besi dan arangnya di bia rkan di atas bara sehingga besi meleleh, kemudian besi itu di tampung. Selanjutn ya campuran besi dan arang di letakkan di atas tanur kecil dan di hembuskan udar a dari dasar tanur. Akan tetapi suhu yang dicapai dengan cara ini masih lebih re ndah jika dibandingkan dengan tanur tinggi (tanur hembus) modern yang di kenal m asa kini. (Keenan,1992 : 182). 2.6.
2.7. Pengolahan Besi Besi adalah logam yang paling luas dan paling banyak penggunaanya. Hal tersebut disebabkan tiga alasan berikut yaitu: a. Bijih besi relatif malimpah di berbagai penjuru dunia.
b. Pengolahan besi relatif murah dan mudah. c. Sifat – sifat besi yang mudah dimodifikasi. Besi terdapat di alam dalam bentuk senyawa, antara lain sebagai hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3 O4), pirit (FeS2) dan siderit ( FeCO3). Tambang bijih besi di Indonesia terdapat di: 1. Cilacap, Jawa Tengah 2. Cilegon, Banten 3. Gunung Tegak, Lampung 4. Lengkabana, Sulawesi Tengah 5. Longkana, Sulawesi Tengah 6. Peg. Verbeek, Sulawesi Tengah 7. Pulau Demawan, Kalimantan Selatan 8. Pulau Sebuku, Kalimantan Selatan 9. Pulau Suwang, Kalimantan Selatan. Pengolah bijih besi terbesar adalah PT. Krakatau Steel yang berada di Cilegon, J wa Barat. 2.8.Tempat Pengolahan Besi ( Tanur Sembur ) Proses pengolahan bijih besi untuk menghasilkan logam besi dilakukan dalam tanur sembur (blast furnace). Tanur sembur berbentuk menara silinder dari besi atau b aja dengan tinggi sekitar 30 meter dan diameter bagian perut sekitar delapan met er. Karena tingginya alat tersebut, alat ini sering juga disebut sebagai tanur t inggi. Bagian – bagian dari tanur tinggi adalah sebagai berikut: a.Bagian puncak yang disebut dengan Hopper, dirancang sedemikian rupa sehingga b ahan – bahan yang akan diolah dapat dimasukkan dan ditambahkan setiap saat. b.Bagian bawah puncak, mempunyai lubang untuk mengeluarkan hasil – hasil yang beru pa gas. c.Bagian atas dari dasar (kurang lebih 3 meter dari dasar), terdapat pipa – pipa y ang dihubungkan dengan empat buah tungku dimana udara dipanaskan (sampai suhunya kurang lebih 1.100o C). udara panas ini disemburkan ke dalam tanur melalui pipa – pipa tersebut. d.Bagian dasar tanur, mempunyai dua lubang yang masing – masing digunakan untuk me ngeluarkan besi cair sebagai hasil utama dan terak (slag) sebagai hasil samping. 2.9. Proses Pengolahan Besi Secara umum proses pengolahan besi dari bijihnya dapat berlangsung dengan urutan sebagai berikut: a.Bahan – bahan dimasukkan ke dalam tanur melalui bagian puncak tanur. Bahan – bahan ini berupa: 1.)Bahan utama yaitu bijih besi yang berupa hematit (Fe2O3 ) yang bercampur deng an pasir (SiO2) dan oksida – oksida asam yang lain (P2O5 dan Al2O3). Batuan – batuan ini yang akan direduksi. 2.)Bahan – bahan pereduksi yang berupa kokas (karbon). 3.)Bahan tambahan yang berupa batu kapur (CaCO3) yang berfungsi untuk mengikat z at – zat pengotor. b.Udara panas dimasukkan di bagian bawah tanur sehingga menyebabkan kokas terbak ar. H = - 394 kJDC(s) + O2(g) CO2(g) Reaksi ini sangat eksoterm (menghasilkan panas), akibatnya panas yang dibebaskan akan menaikkan suhu bagian bawah tanur sampai mencapai 1.900o C. c.Gas CO2 yang terbentu kekmudian naik melalui lapisan kokas yang panas dan bere aksi dengannya lagi membentuk gas CO. H = +173 kJDCO2(g) + C(s) 2 CO(g) Reaksi kali ini berjalan endoterm (memerlukan panas) sehingga suhu tanur pada ba gian itu menjadi sekitar 1.300o C. d.Gas CO yang terbentuk dan kokas yang ada siap mereduksi bijih besi (Fe2O3). Re uksi ini dapat berlangsung dalam beberapa tahap, yaitu: 1.)Pada bagian atas tanur, Fe2O3 direduksi menjadi Fe3O4 pada suhu 500o C. 3 Fe2O3(s) + CO(g) 2 Fe3O4(s) + CO2(g)
2.)Pada bagian yang lebih rendah, Fe3O4 yang terbentuk akan direduksi menjadi Fe O pada suhu 850o C. Fe3O4(s) + CO(g) 3 FeO(s) + CO2(g) 3.)Pada bagian yang lebih bawah lagi, FeO yang terbentuk akan direduksi menjadi logam besi pada suhu 1.000o C. FeO(s) + CO(g) Fe(l) + CO2(g) e.Besi cair yang terbentuk akan mengalir ke bawah dan mengalir di dasar tanur. f.Sementara itu, di bagian tengah tanur yang bersuhu tinggi menyebabkan batu kap ur terurai menurut reaksi: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) g.Kemudian di dasar tanur CaO akan bereaksi dengan pengotor dan membentuk terak (slag) yang berupa cairan kental. Reaksinya sebagai berikut: CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3(l) 3 CaO(s) + P2O5(g) Ca3(PO4)2(l) CaO(s) + Al2O3(g) Ca(AlO2)2(l) h.Selanjutnya, besi cair turun ke dasar tanur sedangkan terak (slag) yang memili ki massa jenis lebih rendah daripaba besi cair akan mengapung di permukaan dan k eluar pada saluran tersendiri. 2.10. Hasil Pengolahan Besi 1. Besi Kasar (pig iron) atau Besi Gubal Besi cair yang keluar dari dasar tanur disebut dengan besi kasar (pig iron). Bes i kasar mengandung 95% besi, 34% karbon, sisanya berupa fosfor, silikon dan mang an. 2. Besi Tuang (cast iron) atau Besi Cor Jika pig iron dibuat menjadi bentuk cetakan maka disebut besi tuang atau besi co r. 3. Besi Tempa (wrought iron) Besi tempam mengandung kadar karbon yang cukup rendah (0,05 – 0,2%). Besi tempa in i cukup lunak untuk dijadikan berbagai perlatan seperti sepatu kuda, roda besi, baut, mur, golok, cangkul dan lain sebagainya.2.7. 2.11. Kegunaan Besi dalam kehidupan sehari-hari Besi merupakan logam paling biasa digunakan di antara semua logam, yaitu merangk umi sebanyak 95 peratus daripada semua tan logam yang dihasilkan di seluruh duni a. Gabungan harganya yang murah dengan kekuatannya menjadikan ia amat diperlukan , terutamanya dalam penggunaan seperti kereta, badan kapal bagikapal besar, dan komponen struktur bagi bangunan. Besi waja merupakan aloi besi paling dikenali, dan sebahagian dari bentuk yang dibentuk oleh besi termasuk: · Besi mentah atau Pig iron yang mengandungi 4% – 5% karbon dengan sejumlah b endasing seperti belerang, silikon dan fosforus. Kepentingannya adalah ia merupa kan perantaraan daripada bijih besi kepada besi tuang dan besi waja. · Besi tuang (Cast iron) mengandungi 2% – 3.5% karbon dan sejumlah kecilmanga n. Bendasing yang terdapat di dalam besi mentah yang dapat memberikan kesan buru k kepada sifat bahan, seperti belerang dan fosforus, telah dikurangkan kepada ta hap boleh diterima. Ia mempunyai takat lebur pada julat 1420–1470 K, yang lebih re ndah berbanding dua komponen utamanya, dan menjadikannya hasil pertama yang mele bur apabila karbon dan besi dipanaskan serentak. Sifat mekanikalnya berubah-ubah , bergantung kepada bentuk karbon yang diterap ke dalam aloi. Besi tuang 'putih' mengandungi karbon dalam bentuk cementite, atau besi karbida. · Besi karbon mengandung antara 0.5% dan 1.5% karbon, dengan sejumlah kecil mangan, belerang, fosforus, dan silikon. · Besi tempa (Wrought iron) mengandung kurang daripada 0.5% karbon. Ia kera s, mudah lentur, dan tidak mudah dilakurkan berbanding dengan besi mentah. Ia me mpunyai sejumlah kecil karbon, beberapa persepuluh peratus. Jika ditajamkan menj adi tirus, ia cepat kehilangan ketajamannya. · Besi aloi (Alloy steel) mengandungi kandungan karbon yang berubah-ubah da n juga logam-logam lain, seperti kromium, vanadium, molibdenum, nikel, tungsten dsb.
· Besi oksida (III) digunakan dalam penghasilan storan magnetik dalam kompu ter. Ia sering dicampurkan dengan bahan lain, dan mengekalkan ciri-ciri mereka d alam larutan.
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Besi adalah logam yang dihasilkan dari bijih besi dalam bentuk hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4), limonit Fe(OH)2, dan siderit (FeCO3). Pengolahan bijih besi di lakukan di dalam tungku besar/tanur tinggi. Besi dimanfaatkan untuk membuat alat -alat seperti mesin, meja, pipa, dan komputer. Besi merupakan logam paling biasa digunakan di antara semua logam, yaitu merangk umi sebanyak 95 peratus daripada semua tan logam yang dihasilkan di seluruh duni a. Gabungan harganya yang murah dengan kekuatannya menjadikan ia amat diperlukan , terutama dalam penggunaan seperti kereta, badan kapal bagi kapal besar, dan ko mponen struktur bagi bangunan.
DAFTAR PUSTAKA Cotton, Wilkinson. 1989. Kimia Anorganik Dasar. UI-Press. Jakarta http://www.wikipedia.com id, Wikipedia.org/wiki/Besi (Situs Ensiklopedi Wikipedi a) Kartini, N, dkk. 2001. Kimia Bumi Aksara. Jakarta Keenan, Charles. W. 1992. Kimia untuk Universitas Jilid 2. Erlangga : Jakarta. Oxtoby, David.W. 2003. Prinsip-Prinsip Kimia Modern Jilid II. Erlangga: Jakarta. Sudjana, Atep. 2004. Sains Kimia. Galaxy Puspa Mega: Bekasi. Syukri, S. 1999. Kimia Dasar 3. ITB: Bandung.
Kata Pengantar Puji dan syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, atas karuniaNya alhamdulill ah saya bisa menyelesaikan tugas pembuatan makalah yang berjudul “Besi” Makalah ini di susun untuk memenuhi salah satu tugas mata pelajaran KIMIA. Saya menyadari bahwa dalam proses penyusunan makalah ini tidaklah mudah dan banyak me ndapat bantuan dari berbagai pihak, baik secara dukungan maupun memberikan mater i-materi yang saya butuhkan. Oleh karena itu pada kesempatan ini saya menyampaik an ucapan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian pembutan makalah ini. Akhirnya saya mohon maaf yang sebesar-bearnya apabila dalam system penulisan mau pun kandungan isi makalah ini jauh dari sempurna, dan banyak memilki kelemahan y ang harus diperbaiki. Oleh karenanya saya mohon kritik dan saran dari pembaca ag ar pembuatan makalah dimasa yang akan datang menjadi lebih baik. Sindangsari, Pebruari 2009
Penulis
Daftar Isi
Halaman KATA PENGANTAR……………………..…………………………..... i DAFTAR ISI......…………………………..…………………………….. ii BAB I PENDAHULUAN……………………….……………………… 1 1.1. Latar Belakang Masalah…………………………………………….. 1 1.2. Perumusan Masalah…………………………………………………. 1 1.3. Tujuan……………………………………………………………….. 2 1.4. Manfaat………………………………………………………………. 2 BAB II. PEMBAHASAN…...........……………………………………… 3 2.1. Pengertian Besi………………………………………………………. 3 2.2. Keberadaan Besi di Alam……………………………………………. 3 2.3. Sifat Fisika Besi……………………………………………………… 5 2.4. Sifat Kimia Besi……………………………………………………… 5 2.6. Ektraksi Besi…………………………………………………………. 7 2.7. Pengolahan Besi……………………………………………………… 7 2.8. Tempat Pengolahan Besi…………………………………………….. 7 2.9. Proses Pengolahan Besi……………………………………………… 8 2.10. Hasil Pengolahan Besi……………………………………………… 9 2.11. Kegunaan Besi dalam Kehidupan Sehari-hari………………………. 9 BAB III. PENUTUP................................................................ ................... 11
3.1. Kesimpulan…………………………………………………………… 11 Daftar Pustaka…………………………………………………………
