karbon silikon fiks.docx
Post on 26-Dec-2015
180 Views
Preview:
TRANSCRIPT
KARBON DAN SILIKON
A. Keberadaan Karbon di Alam
Keberadaan karbon di alam terjadi dalam dua wujud, yang pertama dalam wujud
mineral dan yang kedua dalam wujud grafit. Intan merupakan wujud mineral dari
karbon. Ikatan C-C dalam intan berupa tetrahedron, sedangkan dalam grafit membentuk
lingkar enam dalam bidang datar yang beresonansi. Intan merupakan molekul besar
yang melebar dalam tiga dimensi (ruang), sehingga atom-atomnya terikat sangat kuat
satu sama lain. Hal ini mengakibatkan intan menjadi sangat keras.
Molekul grafit melebar dalam dua dimensi (bidang) dan bidang tersebut dapat
berlapis-lapis. Antara lapisan diikat oleh gaya Van Der Waals yang lemah, sehingga
mudah bergeser dan lepas, seperti pensil dapat dituliskan karena ujungnya adalah grafit.
Elektron ikatan (dalam ikatan rangkap) dapat berpindah-pindah, maka grafit bersifat
konduktor dan dipakai dalam sel elektrolisis.
Selain itu, unsur karbon di alam juga terdapat di dalam kerak bumi dalam bentuk
unsur bebas dan senyawa. Senyawa alamiah karbon yang utama adalah zat-zat organik,
misalnya senyawa organik dalam jaringan tubuh makhluk hidup baik tumbuhan maupun
hewan. Selain itu, dalam bahan yang berasal dari benda hidup seperti arang dan minyak
bumi. Juga terdapat dalam senyawa organik komersial, misalnya senyawa asam asetat
(CH3COOH) dan freon (CFC). Senyawa karbon lainnya adalah senyawa karbon
anorganik, yaitu senyawa karbondioksida (CO2) dan batuan karbonat (CO3) yang
dikenal sebagai mineral seperti karbonat dari unsur IIA (MgCO3, SrCO3, dan BaCO3).
Juga kebanyakan terdapat dalam senyawa karbonat dan bikarbonat, misalnya senyawa
natrium karbonat (Na2CO3) dan natrium bikarbonat (NaHCO3).
Di dalam kehidupan sehari-hari, karbon memang sangat berperan, terutama pada
mahluk hidup. Sebagian besar mahluk hidup mengandung atom karbon, ini dapat
diketahui jika mahluk hidup tersebut dibakar maka akan menyisakan zat yang berwarna
hitam, seperti kayu dibakar, binatang dibakar atau bahkan manusia yang terbakar. Zat
hitam sisa dari pembakaran itu adalah karbon.
B. Sifat-sifat Karbon
a. Sifat Fisika
Fasa 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)
b. Sifat Kimia
Bilangan oksidasi : 4,3,2,1,0,-1,-2,-3,-4
Elektronegatifitas : 2,55 (skala pauli)
Energi ionisasi : 1086 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 kovalen : 77 pm
Jari-jari Vander Waals : 170 pm
konduktifitas termal : 119-165 (grafit) 900-2300 (diamond) W/mK
Struktur Kristal : heksagonal
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 :
Karbon bereaksi langsung dengan Fluor, dengan reaksi sebagai berikut :
C (s) + 2 F2 (g) CF4(g)
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)
Membentuk asam oksi. Bila karbon dipanaskan dalam udara, unsur ini
bereaksi dengan oksigen membentuk CO2 dan jika CO2 ini bereaksi dengan
air akan membentuk asam karbonat.
CO2(g) + H2O(l) H2CO3(l)
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
Kecenderungan atom karbon membentukikatan kovalen tunggal, rangkap
dua, dan rangkap tiga yang akan membentuk senyawa organik.
Contoh: C2H6, C2H2, dan C2H4
C. Alotrop Karbon
Sebelumnya telah diketahui alotrop karbon adalah grafit dan intan. Namun
kemudian ditemukan struktur alotrop karbon lain yaitu fullerenes yang berupa
sangkar tertutup oleh Kroto dan Smally. Semua alotropi karbon memiliki sifat yang
berbeda yang disebabkan perbedaan ikatan dan strukturnya. Alotrop adalah sifat
sejumlah tertentu unsur dimana unsur ini mampu berada dalam dua atau lebih
bentuk, pada setiap alotrop atom-atom unsur tersebut berikatan dengan cara yang
berbeda sehingga membentuk modifikasi struktur yang berbeda pula.
Intan adalah zat tunggal dan materi yang paling keras yang telah dikenal.
Intan adalah salah satu contoh alotrop yang terbaik dari karbon dan memiliki nilai
ekonomi yang tinggi yang disebabkan karena kekerasa, kebeningan, serta indeks
biasnya yang tinggi. Sifatnya yang keras dan memiliki optikal optis sehingga
banyak dipakai dalam berbagai industri dan untuk bahan baku perhiasan. Dalam
intan setiap atom C membentuk ikatan tunggal dengan empat atom C tetangga
dengan bentuk tetrahedron yang diperluas secara teratur membentuk kristal kovalen
yang kuat. Kristal diperoleh secara alami di alam, namun sekarang secara komersial
sudah dapat dihasilkan dari proses dengan suhu tinggi (12000 C atau lebih) dan
dengan tekanan yang tinggi (105 atm) dari grafit dengan katalis logam. Logam akan
meleleh dan grafit terkonversi menjadi intal dalam logam cair. Intan kemudian dapat
diambil dari logam yang memadat. Pemenfaatan intan di industeri berpatokan pada
dua sifatnya. Dengan sifat yang keras, intan digunakan sebagai amplas. Kemudian
dengan konduktivitas termal tinggi, intan digunakan sebagai mata bor untuk
memotong baja dan bahan keras lainnya. Pembuangan kalor yang cepat membuat
pengeboran menjadi cepat dan meningkatkan umur pakai mata bor. Perkembangan
baru adalah penciptaan film intan, yang dapat dideposit langsung pada logam, yang
memberikan sifat intan pada logam.
Grafit adalah bentuk olotrop
dari karbon dengan wujud berwarna hitam dan lunak dengan sedikit kilap seperti
logam dan merupakan komponen utama materi-materi seperti jelaga, arang, dan juga
batubara. Grafit memiliki massa jenis 2,22 gr cm-3. Grafit memiliki struktur berupa
jaringan cicncin 6 karbon sp2. Setiap atom C dikelilingi oleh 3 atom C tetangga.
Setelah pembentukan ikatan σ dengan setap tetangga masing-masing atom C masih
memiliki ekektron yang dilibatkan untuk membentuk jaringan dengan ikatan π.
Resonansi dalam jaringan ikatan π ini hamper sempurna, sehingga jarak ikatan C-C
adalah sama 1,415 Angstrom. Jaringan ikatan π pada setiap lapisan membuat grafit
memiliki daya hantar listrik yang baik khususnya pada arah paralelel dengan
lapisannya. Lapisan grafit terhubung oleh ikatan Van Der Waals yang lemah
sehingga lapisan ini akan membuat lapisan grafit mudah bergeser bila dikenakan
gaya. Hal ini menyebabkan grafit memiliki sifat lunak dan licin. Grafit terdistribusi
luas di kerak bumi, sebagian berada dalam deposit yang cukup kaya untuk
dieksploitasi secara komersial. Namun sebagaian besar grafit industry disintesis dari
material yang mengandung karbon. Syrat utamanya adalah dengan memanaskan
material yang mengandung karbon pada suhu tunggi dalam tungku listrik. Dalam
proses ini atom karbon melebur dan menghasilkan sistem cincin yang semakin besar
dan akhirnya membentuk struktur grafit. Grafit lebih reaktif dibandingkan dengan
karbon, disebabkan reaktan dapat menetrasi diantara lapisan heksagonal grafit.
Tidak bereaksi dengan asam encer atau basa dan dapat dioksidasi oleh asam kromat
menjadi CO2. Berbagai molekul, seperti logam alkali, halogen, halida logam, dan
senyawa organik dapat menginterkalasi lapisan grafit dan membentuk senyawa
interkalasi.
Grafit tidak mencair akan tetapi mengalami sublimasi pada suhu 3500 C.
Kristal grafit memiliki dua bentuk yaitu alfa-grafit dengan bentuk heksagonal dan
beta grafit dengan bentuk rombohedral.
Sesuai dengan penjelasan mengenai gaya Van Der Waals yang terdapat
dalam grafit maka grafit dimanfaatkan sebagai pensil yang sesungguhnya batangan
campuran grafit yang mudah meluncur dan menempel pada kertas. Kemudian
pemanfaatan grafit sebagai elektroda dalam baterai didasarkan pada kemampuannya
menghantarkan listrik. Pemanfaatan grafit yang terbaru adalah dalam manufaktur
komposit ringan dan kuat yang terdiri atas serat grafit dan plastik yang digunakan
dalam bermacam produk seperti raket tenis dan sampai pesawat udara ringan.
Struktur Grafit
Grafena merupakan lapisan tunggal dari grafit dengan ikatan karbon sp2
membentuk susunan seperti sarang lebah (monolayer grafit). Ikatan karbon-karbon
memiliki panjang 0,142 nm. Grafena merupakan struktur dasar dari grafit, karbon
nano, dan fuleren, dan dapat didiskripsikan sebagai lapisan molekul aromatik.
Alotrop dari karbon selanjutnya adalah fuleren dan nanotube. Pada tahun 1985,
Richard E Smalley, Robert F Curl, Jr (keduanya dari Rice University, Houston,
Amerika Serikat), dan Sir Harold W Kroto (dari University of Sussex, Brighton,
Inggris) menemukan struktur karbon murni yang tersusun atas 60 atom karbon (C60).
Penemuan ini cukup menarik mengingat selama ini hanya ada dua bentuk unsur karbon
murni yang dikenal: grafit dan intan. Struktur C60 tersebut di beri nama
buckminsterfullerene atau disebut juga bucky ball. Nama ini dipilih karena strukturnya
menyerupai bangunan berkubah seperti bola yang dirancang oleh seorang arsitek
Amerika Serikat, R Buckminster Fuller untuk World Exhibition 1967 di Montreal,
Kanada. Dalam perkembangan molekul C60 ini lebih dikenal dengan nama fullerene
dan digunakan pula untuk untuk menamai molekul-molekul serupa yang ditemukan
sesudahnya, seperti C70, C74, dan C82. Setiap atom karbon mempunyai hibridisasi
sp2 dengan 3 ikatan σ dan sebuah ikatan π. Makin kecil fullerene, karakter
sp2 lebih rendah sedang karakter sp 3 lebih besar. Struktur C80 adalah seperti
bola sepak dengan simmetri icosahedral, sedang bentuk C70 adalah seperti
telur dengan simmetri D 5h. Fullerene dibuat dengan penguapan grafit dalam
loncatan bunga api listrik dalam atmosfir inert. Dalam kamar beratmosfir gas
inert didekatkan eletroda grafit sehingga terjadi loncatan bunga api listrik
dengan kaut arus yang mengalir ratusan amper. Debu karbon yang dihasilkan
mengandung campuran beberapa fullerenes yang disebut fullerit. Fullerit
dapat diekstraksi dari debu karbon dengan toluena. Anggota fullerene seperti
C60, C70 diperoleh dengan kromatografi. Fullerene terutama C 60 adalah cukup
stabil dengan udara terbuka. Larutan C 60 dalam toluena berwarna ungu
bening, sedangkan C70 memberikat warna merah kecoklatan yang agak gelap.
Berbagai riset dalam keraktifan dan sifat-sifat fuleren seperti sifat
superkonduktornya sangat popular. Fullerene bereaksi dengan logam-logam
alkali menghasilkan padatan yang memiliki komposisi K 3C60. Senyawa ini
merupakan superkonduktor pada temperatur dibawah 18K. Banyak reaksi-
reaksi atau turunan dari fullerene yang sudah ditemukan. Kebanyakan pola
reaksinya mirip dengan kimia organologam dari alkena. Komplek platina
yang kaya elektron yang menempel pada dua atom karbon yang terdekat pada
fullerene sudah berhasil dibuat. Reaksi adisi dari komplek osmium
tetraoksida terhadap sebuuah ikatan rangkap pada fullerene juga sudah
berhasil ditunjukkan. Pengkomplekan supramolekular tuan rumah – tamu
(host guest complex) antar p-Bu-calix [ 6 ]arene (elektron rich host) dan C 60
(elektron defisien guest) telah digunakan untuk memurnikan C 60 terhadap
campuran fullerene dalam fullerit.
C60 C70
C74
Penemuan fullerene ini kemudian memicu ditemukannya material baru bernama
carbon nanotube (CNT). Struktur CNT mirip dengan fullerene. Bedanya, atom-atom
karbon pada fullerene membentuk struktur seperti bola, sedangkan CNT berbentuk
silinder yang tiap ujungnya ditutup oleh atom-atom karbon yang berbentuk setengah
struktur fullerene. Struktur CNT pertama kali ditemukan oleh Sumio Iijima dari NEC
Laboratories di Jepang
Karbon Nanotube
D. Oksida Karbon
Karbon monoksida yang merupakan gas yang tidak berwarna (titik
didih 1900C) dan beracun adalah dihasilkan dari pembakaran tidak
sempurna dari karbon atau bahan organik (dalam kondisi kekurangan
oksigen). Reaksi pembentukan tersebut adalah reaksi keseimbangan
2CO (g) ==== C (s) + CO2(g)Reaksi bergeser kearah CO terjadi pada suhu
tinggi. CO sebagai pencemar udara terutama berasal dari bahan bakar
fosil yaitu bensin dengan bahan utama oktana dalam mesin kendaraan
bermotor dengan oksigen yang terbatas seperti berikut:
C8H18 ( l )+ 12O2 (g) 7CO2 (g) + CO (g) + 9H2O( l )
Gas CO sangat berbahaya bagi manusia maupun hewan, karena CO berikatan
kuat dengan hemoglobin darah. Hemoglobin berfungsi untuk mengikat oksigen dari
udara dan akan diedarkan ke seluruh tubuh. Dengan menghirup gas CO maka CO
akan terikat pada Fe yang terdapat pada hemoglobin sehingga hemoglobin tidak bisa
lagi mengikat oksigen. Hal ini mengakibatkan tubuh kekurangan oksigen dan dapat
berakibat fatal bahkan kematian.
Karbon monoksida dibuat secara komersiil dengan mereduksi
karbondioksida dengan hidrogen CO 2(g)+H2(g) ==== CO (g)+H2O
Gas CO juga dapat terjadi 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
Campuran gas karbon monoksida dengan gas hidrogen adalah sangat
penting secara komersial, karena digunakan dalam proses hidroformalasi
dan sintesis metanol. Karbon monoksida secara formal merupakan
anhidrida dari asam formiat (HCO 2H). Sifat karbon monoksida sangat
menarik dalam komplek karbonit, sesungguhnya ia merupakan basa yang
lemah (donor pasangan elektron yang lemah ), tetapi ia merupakan ligan
kuat dalam komplek dengan logam trasisi (dilihat dari deret spektroskopi
ligan-ligan). Hal ini disebabkan ikatan logam CO melibatkan ikatan
rangkap tertentu (backbonding) yang akan dibahas pada perkuliahan
Kimia Anorganik Fisik. Sifat racun dari CO disebabkan karena
kemampuan untuk mengikat atom Fe dengan kuat dalam hemoglobin.
Pada kondisi biasa, besi dapat bereaksi secara langsung dengan karbon
monoksida.
Karbondioksida terdapat di udara kurang lebih 300 ppm (0,038%)
berdasakan volume), gas gas vulkanik dan dalam larutan super jenuh
dalam air penyegar tertentu. Karbon dioksida terbentuk karena
pembakaran yang nelibatkan udara yang cukup atau
berlebih.Karbondioksida dikeluarkan dalam skala besar pada proses
permentasi dalam pembakaran semua karbon atau senyawa-senyawa
karbon. Dalam laboratorium ia bisa dibuat dengan pamanasan atau
penambahan asam-asam pada karbonat. Dalam industry, beberapa metode
untuk membuat CO2 adalah sebagai berikut:
Perolehan kembali CO2dalam pabrik ammonia dari reaksi reformasi
menggunakan uap panas yang digunakan untuk menghasilkan
hidrogen.
CH4 (g) + 2H2O (g) CO2 (g) + 4H2 (g)
Dekomposisi gamping pada suhu sekitar 900 0C
CaCO3 (s) CaO (s)+ CO2 (g)
Produk samping fermentasi dalam produksi etanol
C6H12O6 (aq) C2H5OH (aq) + 2CO2 (g)
Padatan karbondioksida es kering (penyublim pada – 78.5 0C)
digunakan sebagai pendingin yang sangat efektif. Karbondioksida adalah
anhidrida dari asam karbonat yang merupakan asam lemah dibasa pada
suhu kamar memiliki harga K 1≈ 4.16 x 10 -7, dan K2 ≈ 4.84 x 10 -11
Laju reaksi lambat dari CO 2 mencapai kesetimbangan dengan H 2CO3
dalam air dan dengan demikian juga laju dessosiasinya dapat dipakai
secara analitik membedakan H 2CO3 dengan CO2 yang terhidrasi. Reaksi
yang lambat dapat ditunjukkan dengan penambahan larutan jenuh CO 2
dalam air kedalam larutan NaOH yang berisi fenolftalein, sedangkan pada
pihak lain reaksi lebih cepat diperoleh dengan penambahan larutan H 2CO3
encer kedalam NaOH dengan kondisi yang sama.
Hidrasi CO2 berlangsung dua tahap. Pada ph¿8, mekanisme utama
adalah hidrasi langsung CO 2 yang diikuti dengan reaksi asam basa yang
cepat memberikan bicarbonat, sbb :
CO2 + H2O ====== H2CO3 (lambat)
H2CO3 + OH ====== HCO3- + H2O (seketika)
Pada ph¿10 ,reaksi yang dominan adalah serangan langsung OH - yang
diikuti oleh reaksi asam basa yang cepat menghasilkan karbonat, sbb:
CO2 +OH - ==== HCO3- (lambat)
HCO3- + OH - ==== CO3
2- + H2O (seketika)
Senyawa lain dari karbon
1. Sianogen
Senyawa dari karbon dan nitrogen yang penting adalah sianida,
sianat dan tiosianat serta turunan-turunannya. Sianogen (CN) 2, merupakan
gas yang cukup stabil tetapi mudah terbakar (titik didih = negatif 21 0C)
dan pembentukannya sangat endortermik (∆ Hf = 297 kj / mol ). Ia dapat
diperoleh dari oksidasi fase gas terkatalitik dari HCN dengan NO 2 :
2HCN + NO2 (CN)2 + NO + H2O
2NO + O2 NO2
Sianogen dapat juga diperoleh dari oksidasi dalam air dari CN - dengan
Cu2+. Sianida kering dapat dibuat dari :
Hg(CN)2 + HgCl2 Hg2Cl2 + (CN)2
Sianogen berdisosiasi menjadi CN radikal, dan seperti halogen dapat
ditambahkan secara oksidatif kepada logam dengan valensi lebih rendah
memberikan komplek siano, sebagai contoh:
(Ph3P)4Pd + (CN)2 (Ph3)Pd(CN)2 + 2Ph3P
Sianogen juga dapat mengalami disproporsionasi
(CN)2 + OH - CN- + OCN - + H2O
2. Hidrogen sianida (HCN)
Hidrogen sianida (HCN), dapat disebut pula dengan nama asam sianida.
Hidrogen sianida merupakan salah satu senyawa dari berbagai contoh senyawa sianida.
Contoh dari senyawa sianida lainnya adalah NaCN dan KCN. Hidrogen sianida, seperti
hidrogen halida, merupakan zat tunggal molekular dan dapat terionisasi dalam air.
Hidrogen sianida berwujud gas yang tidak berwarna dan sangat beracun, gas ini
akan dilepaskan apabila senyawa-senyawa sianida direaksikan dengan asam. Dalam
larutan, HCN (titik didih 25,5oC) memiliki konstanta dielektrum cukup tinggiseperti air
(107 pada 25,5oC) karena terjadi assosiasi antar molekul polar dengan ikatan hidrogen,
tidak berwarna, bersifat flamable atau mudah terbakar, dapat berdifusi baik dengan
udara dan bahan peledak,dan larut dalam air.
Dalam air hidrogen sianida adalah asam yang sangat lemah, pK25oC = 9,21, tetapi
cairan murni HCN adalah asam kuat.
Hidrogen sianida memiliki sifat fisik sebagai berikut:
1
.
Wujud Gas yang tidak berwarna dan sangat beracun.
2
.
Titik leleh -112oC
3
.
Titik didih 25,5oC
4
.
Kerapatan 0,687 g/cm3
Larutan asam sianida dalam air disebut dengan asam hidrosianat yang apabila
direaksikan dengan basa membentuk garam.
HCN(aq) + NaOH(aq) NaCN(s) + H2O(l)
Garam sianida diperoleh dari reduksi amida oleh karbon.
NaNH2(S) + C(s) NaCN(s) + H2(aq)
Hidrogen sianida dalam industri digunakan untuk membuat adiponitril sebagai
bahan nilon. Hidrogen sianida dalam skala industri dibuat dengan cara mereaksikan CH4
dan NH3 dengan bantuan katalis.
CH4 + NH3 HCN + 3H2 (∆H=+240 kj/mol)
atau
2CH4 + 3O2 + 2NH3 2HCN + 3H2O (∆H= - 475 kj/mol)
3. Karbon disulfida (CS2)
Karbon disulfida (CS2) merupakan cairan volatile yang sangat beracun dengan
titik didih 46oC, berwarna kuning, mudah terbakar dalam udara. Karbon disulfida
sangat bersifat toksik (sangat beracun) dikarekan apabila terjadi kontak
dengan kulit dapat menyebabkan terjadinya iritasi, kerusakan pada
alat reproduksi, kematian pada janin dan mandul. gejala kronik bisa menyebabkan
kerusakan pada hati.
Karbon disulfida memiliki sifat fisik sebagai berikut:
1200oC Pt
Pt1200oC
1
.
Wujud Cairan volatile yang berwarna kuning dan sangat beracun.
2
.
Titik leleh -112oC
3
.
Titik didih 46oC
4
.
Kerapatan 2,67 g/cm3
Sejumlah kecil karbon disulfida ditemukan pada gas letusan gunung berapi.
Dulunya, CS2 diproduksi dengan mereaksikan karbon dengan sulfur pada temperatur
tinggi. Namum saat ini karbon disulfida dapat diperoleh dalam skala besar dengancara
mereaksikan antara metana dan belerang dengan katalis silika atau aluminium pada
suhu 1000oC.
CH4 + 4S = = = = CS2 + 2H2S
Dalam industri karbon disulfida digunakan sebagai pelarut bagi sulfur, fosforus,
bromin, iodin, lemak, dan minyak. Namun pemanfaatannya sebagai pelarut berkurang
karena sifatnya yang beracun. Manfaat penting lainnya, yaitu dalam pembuatan rayon
dan selofan dan sebagai bahan baku untuk produksi karbon tetraklorida secara
komersial.
CS2 + 3Cl2 CCl4 + S2Cl2
Karbon disulfida adalah satu dari molekul terkecil yang melangsungkan reaksi
inersi, dimana gugus –SC(S)- diinersikan antara Sn-N, Co-Co atau ikatan lainnya. Jadi
titanium ditiokarbamat dapat diperoleh dari titanium dialkilamida.
Ti(NR2)4 + 4CS2 Ti(S2CNR2)4
Molekul CS2 juga dapat bertindak sebagai ligan, dengan ikatan sebagai donor
melalui belerang atau penambahan secara oksidatif memberikan sebuah cincin
beranggotakan tiga seperti struktur berikut:
Ph3 S
Pt
Ph3 C
S
Reaksi yang penting, CS2 melibatkan serangan nukleofilik pada karbon oleh,
HS-, RO- dan amina primer atau sekunder yang dalam suasana basa masing-masing
membentuk tiokarbonat, santat, dan ditiokarbamat.
SCS + : HS- S2CHS- CS32-
SCS + : OCH3- CH3OCS2
-
SCS + : NHR2 R2NCS2-
Ditiokarbamat biasanya terdapat dalam bentuk garamnya. Garam ditiokarbamat
dari seng, mangan, dan besi digunakan sebagai fungisida dalam pertanian.
Ditiokarbamat membentuk komplek dengan logam-logam. Gugus CS2 dalam
ditiokarbamat, seperti santat, tiosianat, dan tiokarbonat biasanya dikelatkan, tetapi
monodentat dan jembatan ditiokarbamat juga diketahui.
S
M C X (X = NHR atau NR2, OR atau SR, O, S atau S
S)
S
4. Fosgin (OCCl2)
Fosgin (OCCl2) merupakan salah satu karbonil halida, dimana karbonil halida
merupakan intermediet kimia yang sangat berguna dan senyawa yang paling sederhana.
Fosgin (OCCl2) berwujud gas yang sangat toksik atau beracun.
OH-
OH-
Fosgin memiliki sifat fisik sebagai berikut:
1
.
Wujud Gas yang tidak berwarna dan sangat beracun.
2
.
Titik leleh -118oC
3
.
Titik didih 8,3oC
4
.
Kerapatan 4,248 g/cm3
Pembuatan Fosgin (OCCl2) dalam skala besar dibuat dengan cara mereaksikan
klor dan karbon monoksida.
Cl
CO + Cl2 C=O
Cl
Kegunaan fosgin merentang dalam kemudahan penggantian nukleofilik dari klor
untuk menghasilkan senyawa karbonil dan isosianat. Hidrolisis fosgin lebih menyukai
menghasilkan karbon dioksida dan hidrogen klorida, dibanding dengan asam karbonat.
Karbon juga membentuk senyawa-senyawa biner dengan unsur lain (karbida
dari golongan alkali dan alkali tanah, karbida dari logam blok d dan f, dan karbida dari
metaloid).
200oC karbon
Karbit (CaC2) adalah contoh karbida yang dikenal dalam masyarakat. Karbida
dapat bereaksi dengan air menghasilkan gas asetilen dan energi yang cukup besar.
CaC2(s) + 2H2O(g) Ca(OH)2(s) + (CH)2(g)
SILIKON
A. Keberadaan
Atom Silikon (Si) mempunyai 14 buah elektron, yang terdiri dari 2 elektron
pada lintasan pertama, 8 elektron pada lintasan kedua, dan 4 elektron pada lintasan
ketiga atau terakhir. Jadi, atom Silikon memiliki 10 elektron yang terikat kuat kepada
inti atom, dan 4 elektron valensi yang ikatannya kepada inti atom tidak kuat dan mudah
lepas dengan sedikit energi tertentu. Karena atom Silikon memiliki 4 buah elektron
valensi, maka ia dikenal dengan istilah atom tetravalen.
Untuk menjadi stabil secara kimiawi, sebuah atom Silikon membutuhkan
delapan elektron di lintasan valensinya. Maka, setiap atom Silikon akan bergabung
dengan atom Silikon lainnya, sedemikian rupa sehingga menghasilkan delapan elektron
di dalam lintasan valensinya. Ketika ini terjadi, maka Silikon akan membentuk benda
padat, yang disebut kristal. Gambar berikut mengilustrasikan gambar 3 Dimensi sebuah
atom Silikon yang berikatan dengan 4 atom silikon tetangganya, sehingga jumlah total
elektron atom tersebut pada lintasan valensinya menjadi tetap 8. Hal ini terjadi pula
dengan atom-atom silikon yang lainnya. Karena pusat-pusat atom yang berdekatan
mempunyai muatan total positif, maka akan menarik elektron-elektron yang dimiliki
bersama tersebut. Gaya-gaya ini akan mengikat kuat atom satu sama lain dengan suatu
ikatan yang disebut ikatan kovalen (covalen bonds).
Gambar. Struktur Kristal Silikon (3 Dimensi, pada 00K)
Gambar. Struktur Kristal Silikon (2 Dimensi, pada 00K)
Pada kondisi ini, elektron hanya memenuhi daerah valensi. Sedangkan pada
daerah konduksi tidak terdapat sama sekali elektron. Sehingga, Silikon akan bersifat
seperti isolator, yang tidak dapat mengalirkan energi.
Namun, bila suhu dinaikkan di atas 00K, maka akan terjadi perubahan, dimana
energi panas tersebut akan mampu melepaskan beberapa ikatan kovalen. Elektron-
elektron valensi akan pindah ke jalur yang dapat bergerak dengan leluasa, yaitu jalur
konduksi. Pada jalur ini, gerakan elektron tersebut akan menghasilkan arus sesuai
dengan banyaknya elektron valensi yang terjadi, yang disebut dengan arus elektron.
Namun, arus ini masih terlalu kecil untuk dapat dimanfaatkan. Pada kondisi ini, Silikon
bukanlah isolator yang baik dan bukan pula konduktor yang baik. Karena alasan inilah,
silikon disebut sebagai bahan semikonduktor.
Silikon merupakan unsur terbanyak penyusun kerak bumi, sekitar 28% dan
tersebar sebagai bebrapa mineral silikat dan kuarsa, SiO2 tidak seperti karbon. Silikon
biasanya tidak membentuk ikatan pπ—pπ yang stabil. Walaupun keserupaan
stokiometri senyawa-senyawa bisa terjadi, seperti CO2 dengan SiO2 atau (CH3)2CO
dengan (CH3)2SiO, tidak ada keserupaan struktur dan sifat kimia antara mereka. Karbon
dioksida adalah gas yang dengan baik ditulis O=C=O, sedangkan silika (SiO2) adalah
molekul raksasa dengan setiap atom silikon berikatan tunggal kapada empat atom
oksigen memberikan tetrahedral SiO4 yang saling dihubungkan. Dengan katidakhadiran
ikatan pπ—pπ, unsur-unsur dapat menggunakan orbital d dalam ikatan rangkap.
Karakter kimia dan struktur tertentu dari senyawa-senyawa silikon dan unsur
segolongan dibawah silikon, khususnya untuk SiO dan SiN sangat baik dijelaskan
dengan karakter beberapa ikatan rangkap tipe pπ- dπ. Sebagai contoh, N(SiH3) adalah
datar, sedangkan N(CH3)3 adalah segitiga piramida, hal ini dapat dijelaskan palibatan
ikatan pπ- dπ antara orbital 2pz dengan orbital kosong 3dxz dari silikon.
Berbeda dengan karbon, silikon dan unsur-unsur segolongan yang dibawanya
dalam senyawa-senyawanya dapat memiliki bilangan koordinasi lebih dari empat yaitu
5, 6 dan 8 seperti masing-masing pada SiF5, [Si(acac)3]+, dan Pb(O2Cme)4.
Silikon mempunyai isotop alami yang diketahui yaitu isotop 28Si merupakan
isotop yang paling berlimpah di alam (92.23%), isotop 29Si (4.67%), isotop 30Si (3.1%),
dan isotop 32Si yang merupakan isotop radioaktif yang dihasilkan oleh peluruhan argon.
B. Sifat-Sifat Silikon
a. Sifat Kimia
Silikon murni berwujud padat seperti
logam dengan titik lebur 14100C. Silikon
dikulit bumi terdapat dalam berbagai
bentuk silikat, yaitu senyawa silikon
dengan oksigen. Unsur ini dapat dibuat
dari silikon dioksida (SiO2) yang terdapat
dalam pasir, melalui reaksi:
SiO2(s) + 2C(s) → Si(s) + 2CO(g)
Silikon murni berstruktur seperti Intan ( tetrahedral) sehingga sangat keras
dan tidak menghantarkan listrik, jika dicampur dengan sedikit unsur lain, seperti
alumunium (Al) atau boron (B). silikon bersifat semikonduktor (sedikit
menghantarkan listrik), yang diperlukan dalam berbagai peralatan, elektronik,
seperti kalkulator dan komputer. Itulah sebabnya silikon merupakan zat yang sangat
penting dalam dunia modern. Untuk itu dibutuhkan silikon yang kemurniannya
sangat tinggi dan dapat dihasilkan dengan reaksi:
SiCl4(g) + 2H2(g) → Si(s) + 4HCl(g)
Jari-jari silikon lebih besar dari karbon, sehingga tidak dapat membentuk
ikatan π (rangkap dua atau tiga) sesamanya, hanya ikatan tunggal (σ). Karena itu
silikon tidak reaktif pada suhu kamar dan tidak bereaksi dengan asam, tetapi dapat
bereaksi dengan basa kuat seperti NaOH.
Si(s) + 4OH-(aq) → SiO4(aq) + 2H2(g)
Pada suhu tinggi, silikon dapat bereaksi dengan hidrogen membentuk hidrida,
dan dengan halogen membentuk halide, seperti:
Si(s) + 2H2 → SiH4
Si(s) + 2Cl2 → SiCl4
Batuan dan mineral yang mengandung silikon, umumnya merupakan zat
padat yang mempunyai titik tinggi, keras, yang setiap keping darinya merupakan
suatu kisi yang kontinu terdiri dari atom-atom yang terikat erat. Sebuah contoh dari
zat padat demikian, adalah silikon dioksida, yang terdapat dialam dalam bentuk
kuarsa, aqata (akik), pasir, dan seterusnya.
Ikatan silikon dioksida
Reaksi dengan Halogen
Silikon bereaksi dengan halogen secara umum, bahkan sampai terbakar dalam
gas flour (menggunakan suatu atom halogen).
Si + 2X2 → SiX4
Asam-oksi yang umum
Bila dipanaskan dalam udara, unsur ini bereaksi dengan oksigen dalam reaksi
pembakaran yang sangat eksotermik untuk membentuk oksida SiO2, pada dasarnya
tidak reaktif dengan air pada suhu biasa. Namun, dua asam silikat sederhana adalah
asam ortosilikat, H4SiO4, dan asam metasilikat, H2SiO3. Kedua senyawa ini praktis
dan larut dalam air, tetapi mereka memang bereaksi dengan basa.
Contohnya:
H4SiO4(s) + 4 NaOH(aq) → Na4SiO4(aq) + H2O(aq) (nartium ortosilikat)
Bila kering sebagian (parsial) asam silikat disebut gel silika (suatu asam yang agak
mirip dengan garam buatan, NaCl). Dalam bentuk ini ia mempunyai kapasitas
menyerap yang besar terhadap uap air, belerang dioksida, asam sitrat, benzena dan
zat-zat lain, ia digunakan secara luas sebagai bahan untuk menghilangkan
kelembaban dalam wadah-wadah kecil yang tertutup.
Garam-garam asam oksi dari kedua asam silikat tadi meliputi;
Na2SiO3 natrium metasilikat
Na4SiO4 natrium ortosilikat
Mg2SiO4 magnesium ortosilikat
LiAl(SiO3)2 litium alumunium metasilikat
Semua silikat ini kecuali silikat dari Na+, K+, Rb+, Cs+, dan NH4+, praktis tidak larut
dalam air. Semua silikat yang larut, membentuk larutan yang berasifat basa bila
dilarutkan dalam air. Ion SiO32-, bertindak sebagai basa dengan menghilangkan
proton dari air.
SiO32-
(aq) + H2O(aq) → HSiO3-(aq) + OH-
(aq)
Suatu sifat kimia yang penting dari silikon adalah kecenderungan yang membentuk
molekul yang signifikan besar. Silikon cenderung membentuk ikatan tunggal
(masing-masing membentuk 4 dan 3 ikatan tunggal). Silikon membentuk molekul-
molekul dan ion-ion raksasa, atom oksigen membentuk kedudukan yang berselang-
seling.
b. Sifat Fisika
Silikon berbentuk padat pada suhu ruangan, dengan titik lebur dan titik didih
masing-masing 1.400oC dan 2.800oC. Yang menarik, silikon mempunyai massa
jenis yang lebih besar ketika dalam bentuk cair dibanding dalam bentuk
padatannya, tapi seperti kebanyakan substansi lainnya, silikon tidak akan
bercampur ketika dalam fase padatnya, tapi hanya meluas, sama seperti es yang
memiliki massa jenis lebih kecil daripada air. Karena mempunyai konduktivitas
thermal yang tinggi (149 W·m−1·K−1), silikon bersifat mengalirkan panas sehingga
tidak pernah dipakai untuk menginsulasi benda panas.
Dalam bentuk kristalnya, silikon murni berwarna abu-abu metalik.
Seperti germanium, silikon agak kuat tapi sangat rapuh dan mudah mengelupas.
Seperti karbon dan germanium, silikon mengkristal dalam struktur kristal kubus
berlian, dengan jarak kisi 0,5430710 nm (5.430710 Å).
Konfigurasi elektron dari Si yaitu [Ne] 3s2 3p2 dimana orbital elektron terluar
dari silikon mempunyai 4 elektron valensi. Kulit atom 1s, 2s, 2p, dan 3s terisi
penuh, sedangkan kulit atom 3p hanya terisi 2 dari jumlah maksimumnya 6. Silikon
bersifat semikonduktor. Densitas atom silikon pada suhu 298K sebesar 2,33 g·cm−3.
Dengan energi ionisasi pada tingkat 1st sebesar 786 kJ·mol−1, 2nd sebesar 1577,1
kJ·mol−1, 3rd sebesar 3231,6 kJ·mol−1, dan 4rd sebesar 4355 kJ·mol−1.
Unsur Si bersifat nonlogam, tetapi keras dan mengkilap seperti logam, karena
itu disebut metaloid. Unsur Si merupakan unsur ringan, titik leburnya tinggi, dan
daya hantar listriknya menengah. Oleh karena itu unsur Si banyak di gunakan
sebagai bahan semikonduktor, misalnya transistor.
C. Pembuatan Silikon
Silikon dibuat dengan mereduksi kuarsa (quartz) atau sering disebut juga dengan
silika ataupun silikon dioksida dengan kokas (C). Proses reduksi ini dilangsungkan di
dalam tungku listrik pada suhu 3000 °C. Reaksi yang terjadi adalah:
SiO2(l) + 2C(s) –––→ Si(l) + 2CO2
Silikon yang diperoleh kemudian didinginkan sehingga diperoleh padatan silikon.
Namun silikon yang diperoleh dengan cara ini belum dalam keadaan murni. Agar
diperoleh silikon dalam bentuk murni diawali dengan mereaksikan padatan silikon yang
diperoleh melalui cara di atas direaksikan dengan gas klorin (Cl2), sesuai reaksi berikut:
Si(s) + 2Cl2(g) –––→ SiCl4(g)
Gas SiCl4 ini mememiliki titik didih 58 °C. Uap yang terbentuk kemudian dilewatkan
melalui sebuah tabung panas berisi gas H2 sehingga terbentuk Si, berikut reaksinya:
SiCl4(g) + 2H2(g) –––→ Si(s) + 4HCl(g)
Padatan Si yang terbentuk berupa batangan yang perlu dimurnikan lebih lanjut dengan
cara pemurnian zona (zona refining), seperti pada gambar berikut.
Pada pemurnian zona batangan silikon tidak murni secara perlahan dilewatkan ke
bawah melalui kumparan listrik pemanas yang terdapat pada zona lebur. Karena
pemanasan maka batang silikon tidak murni akan mengalami peleburan.
Seperti pada sifat koligatif larutan tentang pemurnian titik lebur larutan dimana
titik lebut larutan adalah lebih rendah dibandingkan titik lebur pelarut murni. Pemurnian
silikon anolog dengan hal tersebut, silikon murni di anggap sebagai pelarut sedangkan
leburan silikon yang mengandung pengotor dianggap sebagai larutan. Berdasarkan sifat
koligatif larutan maka titik lebur silikon murni akan akan lebih tinggi dibanding titik
lebur silikon yang tidak murni (bagian yang mengandung pengotor). Hal ini
menyebabkan pengotor cenderung mengumpul disilikon yang mengandung pengotor
(bagian atas pada zona peleburan). Selama permurnian zona berlangsung maka bagian
bawah yang merupakan silikon murni akan bertambah banyak sedangkan bagian atas
Δ,OR-
semakin sedikit. Pengotor yang ada akan terkonsentrasi pada bagian yang sedikit
tersebut.
Setelah leburan mengalami pembekuan maka akan diperoleh suatu batangan
dimana salah satu ujung merupakan silikon paling murni sedangkan silikon yang lain
merupakan silikon yang dipenuhi dengan pengotor atau bagian silikon yang paling tidak
murni. Walaupun demikian terkadang bagian yang paling murni dari silikon ada pada
bagian atas sedangkan bagian yang paling tidak murni berada pada bagian bawah.
Bagian yang tidak murni dan tidak murni dapat dipisahkan dengan cara pemotongan.
D. Hidrida Silikon
Monosilan (SiH4) yang memiliki beberapa peran penting adalah gas yang mudah
terbakar secara spontan, dibuat dari penambahan LiAlH4 pada silika pada 150-1700 C
atau dengan mereduksi SiCl2 dengan LiAlH4 dalam sebuah eter. Walaupun stabil dalam
air dan larut dalam asam encer, hidrolisis basa yang cepat memberikan SiO4 terhidrat
dan H2.
Monosilan, SiH4 dibuat secara komersil dengan mereduksi SiO2 dengan Al pada
hidrogen bertekanan tinggi dalam campuran garam cair NaCl dan AlCl3. Persamaan
reaksinya adalah sebagai berikut.
6H2(g)+3SiO2(s)+4Al(s)3SiH4(g)+2Al2O3(s)
Silan jauh lebih reaktif daripada alkana dan kestabilan akan menurun dengan
meningkatnya panjang rantai. Silan sendiri (SiH4) secara spontan mudah terbakar di
udara, bereaksi hebat dengan halogen dan terhidrolisis bila kontak dengan air.
Kereaktifan silan meningkat dibandingkan dengan hidrokarbon jika dikaitkan
dengan besarnya jari-jari atom Si. Dimana orbital yang terbuka diserang oleh nukleofil
yang memiliki polaritas lebih besar dari ikatan Si—H dan ketersedian yang rendah pada
orbital d sehingga dapat membentuk hasil adisi. Silan merupakan agen pereduksi dalam
larutan berair. Sebagai contoh, ketika silan di alirkan melalui larutan berair bebas
oksigen yang mengandung Fe3, maka silan akan mereduksi Fe3 menjadi Fe2. Ikatan
antara silikon dan hidrogen tidak mudah dihidrolisis dalam air yang netral, tetapi raksi
akan berlangsung secara cepat pada asam kuat ataupun dalam hidrat basa. Demikian
pula, alkoholisis dapat dipercepat oleh sejumlah katalitik alkoksida:
SiH4+4ROH Si(OR)4 + 4H2Δ,OR-
RCH=CH2 + SiHCl3 RCH2CH2SiCl3
Studi kinetik menunjukan bahwa reaksi berlangsung melalui struktur OR- me nyerang
atom Si sementara atom H2terbentuk melaui ikatan H.......H antara ikatan hidrogen atom
hydridi dan atom H protic.
Hydrosilylation merupakan penambahan SiH melewati ikatan rangkap alkena
dan alkuna. Reaksi ini digunakan pada industri dan sintesis di laboratorium, dilakukan
dibawah kondisi (300oC atau iradiasi ultraviolet) yang menghasilkan radikal menengah.
Pada praktiknya, biasanya dilakukan pada kondisi yang jauh lebih rendah dengan
menggunakan kompleks platinum sebagai katalis. Reaksinya adalah sebagai berikut.
Reaksi ini berlangsung melalui perantara di mana kedua alkena dan silan yang
melekat pada atom Pt. Silan digunakan dalam produksi perangkat semikonduktor seperti
sel surya dan di Hydrosilylation alkena; itu dipersiapkan secara komersil dengan reaksi
tekanan tinggi dari hidrogen, silikon dioksida, dan aluminium.
Silan yang tersubstitusi dengan gugus organik adalah cukup penting. Reaksi
yang paling penting dari senyawa dengan ikatan Si-H, seperti HSiCl3 atau HSi(CH3)3,
adalah reaksi Speier atau hidrolisasi dari alkena dengan katalis asam kloroplatinat
E. Senyawa Silikon
Beberapa senyawa yang paling penting dari kelompok ini adalah senyawa
dengan halogen, oksigen, dan nitrogen. Pembahasan oksida silikon sangat perlu
mendapat tempat khusus mengingat banyak aspeknya dalam teknologi.
a. Silikon membentuk senyawa biner yang disebut dengan silisida dengan banyak
elemen logam yang nantinya menghasilkan senyawa dengan sifat yang beragam,
misalnya magnesium silisida, Mg2Si yang sangat reaktif sampai senyawa tahan
panas seperti molibdenum disilisida, MoSi2.
b. Silkon karbida atau juga dikenal dengan carborundum adalah suatu turunan
senyawa silikon dengan rumus molekul SiC, terbentuk melalui ikatan kovalen
antara unsur Si dan C. Silikon karbida merupakan salah satu material keramik
non-oksida paling penting, dihasilkan pada skala besar dalam bentuk bubuk
(powder), bentuk cetakan, dan lapisan tipis. Teknik untuk membentuk bubuk
SiC menjadi bentuk keramik dengan menggunakan agen pengikat, kemudian
memberi pengaruh yang besar terhadap nilai komersial SiC. Sekarang ini, SiC
merupakan salah satu material yang memiliki kegunaan yang besar dan memiliki
peranan penting dalam berbagai industri seperti industri penerbangan dan
angkasa, elektonik, industri tanur, dan industri-industri komponen mekanik
berkekuatan tinggi. Umumnya, industri metalurgi, abrasif dan refraktori juga
merupakan pengguna SiC dalam jumlah paling besar. Proses pembuatan Silikon
Karbida merupakan reaksi karbotermal yakni proses yang melibatkan reaksi
antara kuarsa dengan tingkat kemurnian tinggi atau pecahan-pecahan kuarsit
dengan karbon (grafit, karbon black atau batu bara pada temperatur antara
1600°C - 2500°C). Disebut reaksi Acheson karena pertama kali ditemukan
Edward Acheson dengan menggunakan tanur listrik yang pada saat itu juga baru
diperkenalkan.
Karbon didapat dari kokas migas dan pasirnya mengandung 98 sampai 99,5 %
silika. Persamaan reaksinya dapat digambarkan menurut reaksi berikut:
SiO2 + 2C → Si + 2CO ΔH = + 606 kJ
Si + C→ SiC ΔH = - 127,7 kJ
Sehingga reaksi totalnya dapat dituliskan sebgai berikut:
SiO2 + 3C → SiC + 2CO ΔH = + 478,3 kJ
c. Silana, SiH4, adalah gas firoforik dengan struktur tetrahedral mirip dengan
metana, CH4. Senyawa murninya sendiri tidak bereaksi dengan air ataupun asam
lemah, tapi jika bereaksi dengan alkali maka langsung akan terjadi hidrolisis.
Ada kelompok silikon hidrida terkatenasi yang membentuk senyawa yang
homolog, SinH2n+2 dengan n berkisar 2–8. Semua senyawa ini mudah
terhidrolisis dan tidak stabil, terutama pada senyawa suku tinggi.
d. Disilena, senyawa yang berisi ikatan rangkap dua silikon-silikon (mirip alkena)
dan secara umum sangat reaktif, memerlukan gugus subtituen yang besar untuk
menstabilkannya. Disilena, senyawa dengan silikon-silikon rangkap tiga pertama
kali didapatkan tahun 2004, meski senyawanya berbentuk non-linear, ikatannya
tidak sama dengan alkuna.
e. Tetrahalida silikon SiX4 merupakan senyawa molekuler yang mudah menguap.
Menurun dalam golongan 14, germanium menunjukan effek pasangan elektron
dalam mana ia juga membentuk dihalida yang tidak menguap. Diantara
Si(s) + 2Cl2(g) SiCl4(l)
SiO2(s) + 2Cl2(g) + 2C(g)SiCl4(l) + 2CO(g)
SiF4(g) + 2F-(aq) [SiF6]2-(aq)
MX(4) + 2H2O MX4(OH2)2MO2+4HX
tetrahalida silikon, tetra klorida silikon adalah yang paling penting, yang dibuat
dari reaksi langsung antar unsur.
Silikon halida adalah asam lewis sedang. Mereka memperlihatkan sifat ini ketika
mereka menambahkan satu atau dua ligan menghasilkan komplek dengan atom
pusat berkoordinat lima atau enam sebagai berikut:
Kemudahan pembentukan hipervalen, kompleks silikon berkontribusi terhadap
lebih cepatnya hidrolisis dari halida dari silikon dibandingkan CCl4.
Reaksi substitusi halosilan telah dipelajari secara luas. Reaksi ini lebih
mudah/tampak dibanding senyawa analog dari karbon, karena atom Si dapat
dengan mudah menambah/memperluas permukaan koordinasi untuk
mengakomodasi nukleofil yang datang dalam sebuah mekanisme asosiatif.
Steriokimia dari reaksi substitusi ini menunjukan bahwa sebuah intermediat
berkoordinasi 5 terbentuk dengan substituen yang paling elektronegatif yang
mengadopsi posisi aksial. Lebih lanjut, substitusi pergi dari posisi aksial. H -
adalah gugus pergi yang lemah, dan gugus alkil bahkan lebih lemah.
Perhatikan bahwa dalam contoh ini, substituen R4 menggantikan H dengan
mempertahankan konfigurasi.
Silikon juga dapat bereaksi langsung dengan nitrogen pada temperatur yang
tinggi membentuk Si3N4. Zat tunggal ini sangat keras dan inert, mungkin didapat
dalam material keramik temperatur tinggi. Projek-projek penelitianindustrial
sekarang memokuskan pada penggunaan senyawa-senyawa organosilikon-
nitrogen yang cocok yang mungkin menghasilkan pirolisis untuk menghasilkan
serat nitrida silikon dan bentuk-bentuk lain. Trisililamin (H3Si)3N mempunyai
kebasaan yang sangat lemah dan strukturnya planar telah dijelaskan di atas. Pada
pihak lain senyawa-senyawa analog trimetil amina dan (H3Ge)3N adalah segitiga
piramida.
F. Silikat
Affinitas silikon yang tinggi terhadap oksigen berkontribusi terhadap eksistensi
dari keteraturan yang luas dari mineral silika dan senyawa-senyawa silikon-oksigen
sintetik, yang penting dalam mineralogi, proses industri dan laboratorium. Terlepas dari
fase-fase temperatur tinggi yang jarang, struktur silikat ditentukan oleh Si koordinat
empat tetrahedral. Struktur silikat yang kompleks sering lebih mudah dipahami jika unit
SiO4 ditarik sebagai sebuah tetrahedron dengan atom Si pada pusatnya dan atom-atom
oksigen pada sudut-sudutnya. Dalam representasi, silikat sering dipotong sampai pada
tulangnya dengan menarik unit SiO4 sebagai sebuah tetrahedron sederhana dengan
atom-atom dihilangkan.
Secara umum, tetrahedron-tetrahedron ini mengunakan bersama sudut-sudut dan
(jarang) sisi-sisi atau muka bidang. Setiap atom O terminal (lepas/akhir) berkontribusi -
1 terhadap muatan (bukan biloks) dari unit SiO4, tetapi setiap atom O yang digunakan
bersama berkontribusi nol. Jadi ortosilikat adalah [SiO4]4-, disilikat [O3SiOSiO3]6-, dan
unit SiO2 dari silika tidak mempunyai muatan karena semua atom O digunakan
bersama.
Dari prinsip-prinsip di atas tentang keseimbangan muatan, semestinya jelas
bahwa sebuah kerangka yang dihubungkan/ditempelkan menjadi satu dan ujung atau
cincin dari unit-unit SiO4 yang memiliki dua atom oksigen yang digunakan bersama
untuk setiap atom Si, akan mempunyai rumus dan muatan [(SiO3)2-]n. Sebuah contoh,
senyawa yang mengandung ion metasilikat siklik adalah mineral berit, Be3Al2Si6O18,
yang mengandung ion [Si6O18]12-. Emerald adalah beryl dalam mana ion Cr3+
disubstitusikan untuk beberapa ion Al3+. Sebuah kerangka metasilikat terdapat dalam
mineral jedeit, NaAl(SiO3)2. Sebagai tambahan terhadap konfigurasi-konfigurasi yang
lain untuk kerangka tunggal, ada silikat-silikat kerangka rangkap yang mencakup family
dari mineral-mineral yang secara komersial dikenal sebagai asbestos.
Silika dan hanya silikat yang mengkristal dengan lambat. Dengan pendinginan
cairan pada laju yang sesuai, padatan yang bersifat amorf yang dikenal sebagai
gelas/kaca dapat diperoleh dan bukan kristal. Dalam beberapa penampilan, kaca-kaca
ini berperangai cairan, struktur diatur pada jarak-jarak oleh hanya sedikit spacing antar
atm (seperti dalam tetrahedron SiO4 tunggal). Tidak seperti cairan, viskositas kaca-kaca
sangat tinggi, dan untuk kebanyakan tujuan-tujuan praktis mereka beroerangai seperti
padatan.
Komposisi dari kaca silikat mempunyai pengaruh yang besar pada sifat-sifat
fisiknya. Sebagai contoh, quartz yang dibekukan (fused quartz atau SiO2 amorf)
melunak pada sekitar 1600oC, kaca borosilikat (mengandung oksida boron) melunak
pada sekitar 800oC. Variasi titik pelunakan dapat dipahami dengan menghayati bahwa
hubungan Si—O—Si dalam bentuk kaca silikat yang yang mengindikasikan ketegaran
(rigidity). Jika oksida basa seperti Na2O dan CaO diincorporasi (sodalime glases),
mereka bereaksi dengan leburan SiO2 dan mengubah hubungan Si—O—Si menjadi
gugs SiO terminal dan jadi merendahkan temperatur pelunakan (pelelehan).
G. Aluminosilikat
Lebih banyak ragam struktural yang terjadi jika atom Al menggantikan beberapa
atom Si. Aluminosilikat dominan berkontribusi terhadap kekayaan varietas dari dunia
mineral. Dalam γ-alumina, ion Al3+ terdapat dalam kedua lubang oktahedral atau
tetrahedral. Kefleksibilitas merambah ke dalam aluminosilikat, dimana Al bisa
mensubstitusi Si dalam kerangka tetrahedral, memasukkan sebuah lingkungan eksternal
oktahedral pada kerangka silikat, atau lebih jarang terjadi pada bilangan koordinasi lain.
Karena aluminium sebagai Al(III), kehadirannya di tempat Si(VI) dalam sebuah
aminosilikat menyebabkan muatan negatif keseluruhan satu satuan. Penambahan kation,
seperti H+, Na+, atau setengah Ca2+ diperlukan untuk setiap atom Al yang mengganti
atom Si. Kation tambahan ini memiliki efek yang perlu diperhatkan pada sifat dari
mineral. Struktur mineral aluminosilikat dapat berupa lapisan, kerangka tiga dimensi,
dan juga sieves molekular (goa/kapit perangkap).
Pada gambar di atas (a) adalah struktur SiO4 tetrahedra dan (b) merupakan
representasi tetrahedral nya. Gambar (c) adalah struktur polihedral dan (d) representasi
polyhedral nya. Struktur (c) dan (d) merupakan lapisan ganda dari chrysotile mineral.
Banyak mineral aminosilikat dengan struktur berlapis juga mengandung logam
seperti litium, magnesium, dan besi: mencakup clay, talk, dan beberapa mika. Contoh-
contoh aluminosilikat yang mempunyai struktur lapisan seperti Al2(OH)4Si2O6 yang
secara komersial digunakan sebagai keramik cina (Cina clay), pirofilit (Al2(OH)2Si4O10,
talk (Mg3(OH)2Si4O10, mika muskovit (KaI2(OH)2Si3AlO10).
Struktur dasar dari phyllosilicates didasarkan pada saling berikatan antara enam
cincin anggota SiO4-4 tetrahedra yang terbentang dalam lembaran yang tak terbatas. Tiga
dari 4 oksigen dari setiap tetrahedra dibagi dengan tetrahedra lain. Hal ini menyebabkan
unit struktural dasar Si2O5-2.
Kebanyakan phyllosilicates mengandung ion hidroksil OH-, dengan OH
terletak di pusat dari anggota cincin 6. Sehingga, menjadi Si2O5(OH)-3. Ketika kation
lain terikat ke lembaran SiO4, mereka berbagi oksigen apikal dan ion (OH) yang terikat
pada kation lain dalam koordinasi oktahedral. Ini membentuk lapisan kation, seperti
Fe+2, Mg+2, atau Al+3, yang terjadi dalam koordinasi oktahedral dengan O dan OH ion
dari lapisan tetrahedral. Hal ini menyebabkan struktur tetrahedral - oktahedral (TO), di
mana masing-masing ke lapisan diikat ke atas (atau bawah) dari yang lain TO lapisan
oleh ikatan Van der Waals.
Jika 2 lebih dari ion OH pada lapisan oktahedral diganti dengan O, dan O ini
menjadi oksigen apikal untuk lapisan tetrahedral lain, ini membangun talc phyllosilicate
trioctahedral atau pyrophyllite dioctahedral. Ini menjadi Lapisan TOT yang dapat
berikatan dengan lapisan TOT lain dengan ikatan lemah Van der Waals
Mineral muskovit umum ditemukan pada batuan metamorf. Muscovite
merupakan mineral yang paling umum dari mineral mika, dan juga dikenal sebagai
mika atau isinglass. Secara komersial digunakan sebagai bahan kaca refraktori (tahan
panas) dalam oven suhu tinggi (lembaran tipis dari muskovit transparan dan digunakan
sebagai pengganti kaca) dan sebagai isolator listrik dan, dalam bentuk bubuk digunakan
sebagai pelumas.
Lembaran mika muskovit ini biasanya sangat elastis, dapat dengan udah
dibedakan dari mineral lainnya dari keluarga mika karena satu-satunya mineral yang
elastis dan transparan. Dimana mika pada umumnya berwarna abu-abu gelap sampai
hitam, bahkan mika klorit biasanya berwarna hijau dan tidak elastis.
Aluminosilikat yang berstruktur tigadimensional, seperti feldspars: feldspar
ortoclase (KaISi3O8) dan albit (NaAlSi3O8). Contoh molekular sieves dari aluminosilikat
adalah beberapa zeolit.
Gambar (a) merupakan struktur 2:1 mineral tanah liat seperti muskovit mika
KAl2(OH)2Si3AlO10, di mana K+ berada antara lapisan bermuatan (tempat pertukaran
kation), Si4+ berada pada bilangan koordinasi 4, dan Al3+ pada bilangan koordinasi 6.
Gambar (b) merupakan representasi polyhedral. Dalam talk, ion Mg2+ menempati posis
oktahedral dan atom O di bagian atas dan bawah diganti dengan gugus OH dan K+
berada pada daerah yang kosong.
Silikon, seperti tetangganya karbon dan karbon juga membentuk berbagai
senyawa biner dengan logam-logam. Beberapa dari mereka membentuk berbagai
senyawa biner dengan logam-logam. Beberapa dari mereka mengandung atom-atom
silikon yang terisolasi. Struktur ferrosilikon (Fe3Si) sebaga contoh, yang memegang
peranan penting dalam pembuatan baja dapat dipandang sebagai kristal fcc dari atom-
atom besi dengan beberapa diganti dengan silikon. Senyawa K4Si4 mengandung anion
kluster tetrahedral yang terisolasi (Si4)4- yang isoelekrik dengan P4. Banyak unsur-unsur
blok –f membentuk senyawa dengan rumus Msi2 yang mempunyai struktur lapisan
AlB2. Karbida silikon adalah senyawa karbida dengan non logam yang paling umum,
karena disintesis dalam jumlah yang besar untuk abrasi. Sebuah polimor dari SiC ada
yang menyerupai intan dan struktur sfalerit diamond—like.
DAFTAR PUSTAKA
Atkins T., Shriver (2010) Inorganik Chemistry, Fifth Edition. New York: W. H.
Freeman and Company
Chambers C., Holliday A.K, (1975) Modern inorganic chemistry an intermediate text.
London: Butterworth & Co
Oxtoby D. W, Gillis H.P, Campion A. (2008) Principles of Modern Chemistry, Sixth
Edition. Belmont: The Thomson Corporation
Petrucci R.H, dkk. (2007) Kimia Dasar Prinsip-Prinsip & Aplikasi Modern Edisi
Kesembilan Jilid 3. Jakarta: Erlangga
Saito Taro (2008) Buku Teks Kimia Anorganik Online, Jakarta: Portal Pendidikan Gratis
Indonesia (http://oke.or.id)
Siregar M., Sudria I.B.N (1999) Buku Ajar Kima Anorganik I, Singaraja. Program Studi
Pendidikan Kimia Jurusan Pendidikan Kimia STKIP Singaraja.
top related