KARBON (C)

KARBON

Sejarah Karbon

Karbon berasal dari bahasa Latin carbo, yang berarti arang. Karbon, suatu unsur yang telah ditemukan sejak jaman pra-sejarah sangat banyak ditemukan di alam. Karbon juga banyak terkandung di matahari, bintang-bintang, komet dan amosfir kebanyakan planet. Karbon dalam bentuk berlian mikroskopik telah ditemukan di dalam beberapa meteor yang jatuh ke bumi. Berlian alami juga ditemukan di kimberlite pipa gunung berapi, di Afrika Selatan, Arkansas dan beberapa tempat lainnya. Berlian sekarang ini diambil dari dasar samudera di lepas pantai Cape of Good Hope. Sekitar 30% berlian industri yang dipakai di AS sekarang ini merupakan hasil sintesis. Energi dari matahari dan bintang-bintang dapat diatribusikan setidaknya pada siklus karbon-nitrogen.

Sumber dan Kelimpahan Unsur Karbon

Kelimpahan karbon di bumi hanya sekitar 0,08%. Sekitar 50% dari karbon tersebut terdapat dalam bentuk karbonat, misalnya kalsium karbonat (CaCo3). Karbon terdapat di alam dalam keadaan bebas seperti intan dan grafit. Adapun dalam keadaan ikatan sebagai bahan bakar mineral, antrasi, batu bara, batu bara muda, dan sebagai minyak tanah, aspal, gas CO2 dan CaCO3. Karbon di alam juga terdapat sebagai hasil pembuatan arang amorf, misalkan kokas dari penyulingan kering batu bara, arang kayu dari pembakaran kayu, selain itu, karbon juga terdapat di atmosfer, biosfer, dan di laut.

Karbon di atmosfer

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 basisi molar meskipun sedang mengalami kenaikan), namun gas tersebut memiliki peranan yang penting dalam kehidupan. Gas – gas lain yang mengandung karbon di atmosfer adalah gas metana dan kloro fluoro karbon atau CFC ( CFC ini merupakan gas artificial 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 di biosfer

Sekitar 1900 gigaton karbon ada di dalam biosfer. Karbon adalah bagian yang penting dalam kehidupan di Bumi. Karbon memiliki peranan penting dalam struktur, biokimia, dan nutrisi pada semua sel makhluk hidup.

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 karbon – hidrogen, adalah penting dalam reaksinya di dalam air.

Pertukaran karbon ini menjadi penting di dalam mengontrol pH di laut dan juga dapat berubah menjadi sumber atau lubuk karbon. Karbon siap untuk saling dipertukarkan antara atmosfer dan lautan. Pada daerah upwelling, karbon dilepaskan ke atmosfer. Sebaliknya, pada daerah downwelling karbon (CO2) berpindah dari atmosfer ke lautan. Pada saat CO2 memasuki lautan, asam karbonat terbentuk:

CO+ H2O  H2CO3

Reaksi  ini memiliki sifat dua arah, mencapai sebuah kesetimbangan kimia. Reaksi lainnya yang penting dalammengontrol nilai pH larutan adalah pelepasan ion hidrogen dan bikarbonat. Reaksi ini mengontrol perubahan yang besar pada pH:

H2CO3 ⇌ H+ + HCO3

Isotop

Terdapat 3 macam isotop karbon yang terjadi secara alami di bumi, sekitar 99% merupakan karbon-12, kira – kira 1% merupakan karbon-13, sedangkan karbon-14 terdapat dalam jumlah yang sangat sedikit, misalnya sejumlah 1 bagian per triliun (0,0000000001%) dari karbon yang ada di atmosfer. Karbon-12 adalah isotop karbon yang mengandung 6 proton dan 6 neutron. Pada tahun 1961, organisasi International Union of Pure and Applied Chemistry mengadopsi isotop karbon-12 sebagai dasar berat atom. Karbon-13 adalah isotop karbon yang mengandung 6 proton dan 7 neutron. Karbon-12 dan karbon-13 merupakan isotop stabil.

Karbon-14 atau radiokarbon adalah isotop radioaktif yang mengandung 6 proton dan 8 neutron. Keberadaan dalam bahan organik adalah dasar dari metode penanggulangan radiokarbon untuk memperkirakan umur pada sampel – sampel arkeologi, geologi, dan hidrogeologi. Karbon-14 ditemukan pada tanggal 27 Februari 1940 oleh Martin Kamen dan Sam Ruben dari Laboratorium Radiasi Universitas California, Berkeley, meskipun keberadaannya telah diduga sebelumnya oleh Franz Curie pada tahun 1934. Waktu  paruh carbon-14 adalah 5.730 ± 40 tahun. Karbon-14 meluruh menjadi nitrogen-14 melalui peluruhan beta.

Allotropi karbon

Bentuk yang berbeda dari unsur yang sama dikenal dengan istilah allotropi. Perbedaan sifat di antara bentuk allotropi tersebut terjadi karena perbedaan strukturnya. Unsur karbon terdapat dalam tiga bentuk, yaitu bentuk amorf, intan, dan grafit

  1. Amorf

Bentuk amorf umum dari karbon adalah arang, kokas, karbon hitam, dan bahan hitam tulang. Unsur karbon dalam amorf, selain terdapat di alam juga dihasilkan dari pembakaran terbatas minyak bumi (jumlah oksigen terbatas sekitar 50% dari jumlah oksigen yang diperlukan untuk pembakaran sempurna). Bila batu bara dipanaskan tanpa udara, berbagai zat yang volatile (mudah menguap) dikeluarkan (gas batu bara), meninggalkan residu dengan kadar karbon yang tinggi yang dikenal sebagai kokas ( ampas batu arang ). Tipe penyulingan destruktif yang sama dari kayu dan bahan organik lainnya menghasilkan arang. Pembakaran tidak sempurna dari gas alam menghasilkan nyala berasap, dan asp ini dapat disimpan sebagi jelaga yang halus disebut karbon hitam. Secara alami, karbon amorf terdapat dalam serbuk gergaji, lignit batu bara, gambut, kayu, batok kelapa, dan biji  – bijian.

  1. Intan

Intan merupakan zat padat yang bening berkilauan dan merupakan zat yang paling keras. Setiap atom karbon dalam berada di  pusat suatu tetrahedron dan terikat secara kovalen kepada 4 atom karbon lainnya yang berada di sudut tetrahedron tersebut. Intan merupakan molekul besar yang melebar dalam 3 dimensi sehingga atom-atomnya terikat sangat kuat satu sama lain. Hal ini mengakibatkan intan menjadi sangat keras.

Struktur intan

Intan secara alami diperoleh dari karbon yang dikenal tekanan dan suhu tinggi dalam perut bumi. Intan juga dapat dibuat dari grafit yang diolah pada suhu 3000K dan tekanan lebih dari 125Kbar. Proses ini menggunakan katalis logam transisi, seperti kromium (Cr ), besi (Fe), dan platina (Pt).

Sifat fisik intan

  • Memiliki titik leleh yang sangat tinggi hamper 4000. Ikatan kovalen karbon-karbon yang sangat kuat pada seluruh struktur harus diputuskan sekuruhnya terlabih dahulu sebelum terjadinya pelelehan.
  • Sangat keras. Sekali lagi hal ini membutuhkan pemutusan ikatan kovalen yang sangat kuat pada struktur tiga dimensi.
  • Tidak menghantarkan listrik. Semua elektron berikatan dengan sangat rapat antara atom-atomnya, dan elektron-elektron tersebut tidak dapat bergerak leluasa.
  • 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.
  1. Grafit

Struktur grafit

Salah satu bentuk alamiah karbon murni adalah grafit. Namun, unsur ini mampu membentuk zat-zat yang sangat berbeda jika bergabung dengan atom-atom unsur lain. Struktur utama tubuh manusia merupakan hasil ikatan kimia berbeda-beda yang mampu dibentuk karbon. Molekul grafit melebar dalam dua bidang dan bidang tersebut dapat berlapis-lapis. Antar lapisan diikat oleh gaya Van der Waals yang lemah sehingga mudah bergeser dan lepas seperti pensil yang dapat dituliskan karena ujungnya adalah grafit. Ketika kita menggunakan grafit sebagi pensil, lembaran atom digosokkan dan menempel pada kertas. Jadi, ikatan antar lapisan jauh lebih lemah jika dibandingkan dengan ikatan antaratom dalam satu lapisan. Dalam satu lapisan setiap lapisan atom karbon terikat secara kovalen kepada 3 atom karbon lainnya, dalam suatu susunan berbentuk heksagonal. Jadi setiap lapisan adalah satu molekul raksasa. Grafit dapat dibuat dari kokas.

Sifat fisik grafit

  • Memiliki titik leleh tinggi, sama seperti intan. Untuk melelehkan grafit, tidak hanya cukup untuk memisahkan salah satu lembaran atom dari lembaran atom yang lainnya, tetapi harus memutuskan seluruh ikatan kovalen yang terdapat pada seluruh bagian struktur grafit.
  • Memiliki sifat lunak, terasa licin, dan digunakan pada pensil dan sebagai pelumas kering seperti pada kunci. Grafit kurang lebih seperti tumpukan kartu. Tiap kartu kuat, tetapi kartu akan saling bergeser satu sama lainnya, atau akan merosot secara keseluruhan. Ketika menggunakan sebagai pensil, lembaran atom digosokkan dan menempel pada kertas.
  • Memiliki kerapatan yang lebih rendah dibanding dengan intan. Hal ini disebabkan karena terdapat ruang dalam jumlah yang relative banyak yang man ruangan tersebut merupakan “sampah” di antara lembaran-lembaran atom
  • Tidak larut dalam air dan pelarut organik, karena daya tarik antara molekul pelarut tidak akan pernah cukup kuat untuk melampaui ikatan kovalen yang kuat pada grafit.
  • Menghantarkan listrik. Elektron yang terdelokalisasi bebas bergerak di seluruh bagian lembaran atom. Jika setiap bagian grafit terhubung pada suatu sirkuit, elektron akan dapat berpindah dari ujung lembaran dan digantikan oleh elektron yang baru pada ujung lain.
  1. Sifat – sifat umum karbon
  1. Sifat fisik

Fase                       : Padat

Massa jenis            : 2,267 g/ cm3 (grafit)

3,513 g/ cm3 ( intan )

Titik lebur              : 4300-4700 K

Titik didih             : 4000 K

Kalor peleburan     : 100 kJ/mol ( grafit )

120 kJ/mol ( intan )

Kalor penguapan   : 355,8 kJ/mol

Kapasitas kalor      : 8,517 J/mol K (grafit)

6,115 J/mol K ( intan )

  1. Ciri-ciri atom

Struktur Kristal                 : Heksagonal

Bilangan oksidasi              : 4, 2

Elektronegativitas             : 2,55 skala pauling

Energi ionisasi ke-1           : 1086,5 kJ/mol

Energi ionisasi ke-2           : 2352,6 kJ/mol

Energi ionisasi ke-3           : 4620,5 kJ/mol

Jari-jari atom                     : 70 pm

Jari-jari kovalaen               :77 pm

  1. Sifat kimia

Karbon sangat tak reaktif pada suhu biasa. Apabila karbon bereaksi, tidak ada kecenderungan dari atom-atom karbon untuk kehilangan elektron-elektron terluar dan membentuk kation sederhana seperti C4+. Ion ini akan mempunyai rapatan-rapatan muatan begitu tinggi sehingga eksistensinya tidaklah mungkin.

Sifat kimia karbon antara lain sebagai berikut :

  1. Karbon bereaksi langsung dengan Fluor, dengan reaksi sebagai berikut :

C (s) + 2 F2 (g)               CF4(g)

  1. Karbon dibakar dalam udara yang terbatas jumlahnya menghasilkan karbon monoksida.

2C(s) + O2(g)              2CO(g)

Jika dibakar dalam kelebihan udara, akan terbentuk karbon dioksida

2CO(g) + O2(g)                   2CO2(g)

  1. Membentuk asam oksi. Bila karbon dipanaskan dalam udara, unsure ini bereaksi dengan oksigen membentuk CO2 dan jika CO2 ini bereaksi dengan air akan membentuk asam karbonat.

CO2(g) + H2O(l)                  H2CO3(l)

  1. Membentuk garam asam oksi

Asam karbonat, suatu asam diprotik yang khas, bereaksi dengan basa menghasilkan karbonat dan bikarbonat antara lain sebagai berikut:

  • K2CO3             = kalium karbonat
  • KHCO3               = Kalium bikarbonat
  • MgCO3            = Magnesium karbonat
  • Mg(HCO3)2      = Magnesium bikarbonat
  1. Kecenderungan atom karbon membentukikatan kovalen tunggal, rangkap dua, dan rangkap tiga yang akan membentuk senyawa organik.

Contoh: C2H6, C2H2, dan C2H4

About these ads

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s