makalah karbon

BAB I

PENDAHULUAN

1. Pengantar

Karbon merupakan salah satu unsur dari unsur-unsur yang terdapat dalam golongan IV A dan merupakan salah unsur terpenting dalam kehidupan sehari-hari karena terdapat lebih banyak senyawaan yang terbentuk dari unsur karbon.

Keistimewaan karbon yang unik adalah kecenderungannya secara alamiah untuk mengikat dirinya sendiri dalam rantai-rantai atau cincin-cincin,tidak hanya dengan ikatan tunggal, C - C , tetapi juga mengandung ikatan ganda C = C, serta rangkap tiga,C≡C.Akibatnya, jenis senyawa karbon luar biasa banyaknya. kini diperkirakan terdapat sekitar dua juta jenis senyawa karbon,dan jumlah itu makin meningkat dengan laju kira-kira lima persen per tahun.Alasan bagi kestabilan termal rantai-rantai karbon adalah kekuatan hakiki yang tinggi dari ikatan tunggal C - C.

Konfigurasi elektron karbon dalam keadaan dasar adalah (1s² 2s² 2p²⁾ mudah terhibridasi menghasilkan perangkat orbital sp³, atau sp²+p, atau sp+p². Lebih dari sembilan puluh persen senyawa karbon merupakan senyawa sintetik, sedangkan sisanya diperoleh dari mahluk hidup (tumbuh-tumbuhan,hewan,jamur,dan mikroorganisme) serta fosil mereka (batubara dan minyak bumi).

2. Permasalahan

Permasalahan yang akan kami bahas dalam makalah ini adalah sebagai berikut:

a. Karbon dan Sifat-sifat  karbon

b. Sejarah karbon

c. Alotropi karbon

d. Senyawa Anorganik karbon

e. Siklus karbon

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Karbon dan sifat-sifat karbon

A.1. Karbon

Karbon merupakan unsur kimia yang mempunyai simbol C dengan  nomor atom 6 dan termasuk unsur golongan IV A  pada tabel periodik. Karbon merupakan unsur non-logam dan bervalensi 4 (tetravalen), yang berarti bahwa terdapat empat elektron yang dapat digunakan untuk membentuk ikatan  kovalen. Terdapat tiga macam isotop karbon yang ditemukan secara alami, yakni 12C  dan 13C  yang stabil, dan 14C yang bersifat radioaktif dengan waktu paruh peluruhannya sekitar 5730 tahun. Karbon merupakan salah satu dari di antara beberapa unsur yang diketahui keberadaannya sejak zaman kuno. Istilah "karbon" berasal dari bahasa Latin carbo, yang berarti batu bara.

Karbon adalah unsur paling berlimpah ke-15 di kerak Bumi dan ke-4 di alam semesta. Karbon terdapat pada semua jenis makhluk hidup, dan pada manusia, karbon merupakan unsur paling berlimpah kedua (sekitar 18,5%) setelah oksigen.[6] Keberlimpahan karbon ini, bersamaan dengan keanekaragaman senyawa organik dan kemampuannya membentuk polimer membuat karbon sebagai unsur dasar kimiawi kehidupan. Unsur ini adalah unsur yang paling stabil diantara unsur-unsur yang lain, sehingga dijadikan patokan dalam mengukur satuan massa atom.

Sumber karbon anorganik terbesar terdapat pada batu kapur, dolomit, dan karbon dioksida, sedangkan sumber organik terdapat pada batu bara, tanah gambut, minyak bumi, dan klatrat metana. Karbon dapat membentuk lebih banyak senyawa daripada unsur-unsur lainnya, dengan hampir 10 juta senyawa organik murni yang telah dideskripsikan sampai sekarang.

A.2 Sifat-Sifat karbon

1. sifat fisika

Karbon mempunyai sifat fisik yang khas yaitu mempunyai dua bentuk kristalin yaitu intan dan grafit. intan lebih rapat daripada grafit(3,51 g cm^-3, 2,22 g cm^-3),namun grafit lebih stabil, dengan 2,9 kJ mol^-1, pada 300 K dan tekanan 1 atm.

Titik leleh dan titik didih dari karbon sangat tinggi.atom karbon sangat kecil apabila dibandingkan dengan atom-atom lainnya. Jari-jari ion yang dihitung dalam kristal unsur-unsur ini bahkan lebih kecil lagi.karena atom-atomnya berada dalam keadaan oksidasi positif. Karena rapatan muatan karbon,ion-ionnya tidak terdapat sebagai partikel yang berdiri sendiri dalam senyawa, tetapi tertahan dengan ikatan kovalen.

2.      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.

B.     Alotropi karbon

Alotropi karbon ada tiga, yaitu intan, grafit dan fullurene. Semua alotrop karbon berbentuk padat dalam kondisi normal, tetapi grafit merupakan alotrop yang paling stabil secara termodinamik di antara alotrop-alotrop lainnya.

1)      Intan

Intan merupakan zat padat tidak berwarna yang bisa diasah menjadi kristal-kristal gemerlapan dan merupakan mineral yang paling keras, hal ini di sebabkan karena setiap atom karbon terikat dengan empat atom karbon lain melalui ikatan sigma yang mengakibatkan intan menjadi sangat keras. Intan memiliki konduktivitas listik yang sangat rendah. Di bawah kondisi normal, intan memiliki konduktivitas termal yang tertinggi di antara materi-materi lain yang diketahui.

Intan dapat dihasilkan dari grafit hanya dengan pemberian tekanan tinggi, dan suhu tinggi diperlukan untuk mendapatkan laju perubahan yang diinginkan. Intan dapat secara alamiah terbentuk bila kondisi-kondisi ini disediakan oleh proses-proses geologi.

Pada tahun 1955 dilaporkan adanya suatu sintesis intan dari grafit yang berhasil. meskipun grafit dapat langsung diubah menjadi intan pada kira-kira 3000⁰K dan tekanan diatas 125 kbar,untuk mendapatkan laju perubahan yang berguna, digunakan suatu katalis logam transisi seperti Cr, Fe, atau Pt. Tampak suatu lelehan logam terbentuk diatas grafit, melarutkan sebagian dan mengendap sebagai intan yang kurang larut. Intan sampai dengan 0,1 karat (20 mg) dari kualitas industri yang tinggi dapat dihasilkan secara rutin dengan harga yang bersaing. Intan akan terbakar diudara pada 600 samapi 800⁰ tetapi kereaktifan kimianya jauh lebih rendah dari grafit atau karbon amorft.

2)      Grafit

Grafit adalah zat padat hitam yang lebih lunak dari pada intan. Atom – atom karbon dalam grafit tersusun dalam jaringan raksasa terbentuk lembaran pararel. Grafit berstruktur lapisan yang terdiri atas cincin atom karbon beranggotakan 6 yang mirip cincin benzen yang terkondensasi tanpa atom hydrogen. Jarak karbon-karbon dalam lapisan adalah 142 pm dan ikatannya memiliki karakter ikatan rangkap analog dengan senyawa aromatik. Karena jarak antar lapisan adalah 335 pm dan lapis-lapis tersebut diikat oleh ikatan yang relatif lemah yakni gaya van der Waals, lapisan-lapisan ini dengan mudah akan saling menggelincir bila dikenai gaya. Hal inilah yang merupakan asal mula sifat lubrikasi grafit. Berbagai molekul, seperti logam alkali, halogen, halida logam, dan senyawa organik dapat menginterkalasi lapisan grafit dan membentuk senyawa interkalasi. Grafit memiliki sifat semi-logam, konduktivitasnya (10-3Ω cm paralel dengan lapisan dan hantarannya sekitar 100 kali lebih kecil dalam arah tegak lurus lapisan). Setiap atom C pada grafit berikatan dengan tiga atom karbon lain melalui ikatan s (sigma). Setiap atom C ini masih mempunyai satu elektron. Dan elektron-elektron itu kemudian berpasangan kedalam ikatan p (phi)

Bentuk modifikasi grafit

Modifikasi grafit dikenal dalam bentuk kristal mikrografit yang bersifat amorf ( karbon amorf ). Karbon amorf berwarna hitam, namun berbeda dengan grafit. Karbon amorf tidak dapat Menghantarkan listrik. Bentuk karbon amorf yang di kenal adalah kokas, jelaga (karbon black), arang, batu bara dan karbon aktif.

3)      Fullerene

Fullerene adalah nama generik untuk alotrop  karbon 3 dimensi, dengan molekul C₆₀ yang berbentuk bola sepak merupakan contoh khas (Gambar 4.6). R. E. Smalley, H. W. Kroto dkk mendeteksi C₆₀ dalam spektrum massa produk pemanasan grafit dengan laser pada tahun 1985, dan isolasi fuleren dari apa yang disebut jelaga “soot” dilaporkan pada 1991. Strukturnya adalah ikosahedral terpancung (di sudut-sudutnya) dan antar atom karbonnya ada karakter ikatan rangkap. Fuleren larut dalam pelarut organik, dalam benzen larutannya bewarna ungu. Biasanya, fuleren diisolasi dan dimurnikan dengan kromatografi. Berbagai riset dalam kereaktifan dan sifat fisik fuleren misalnya sifat superkonduktornya sangat populer. Selain C₆₀, C₇₀ dan karbon nanotube kini juga menarik banyak minat riset.

4)      Karbida

Interaksi langsung karbon dengan logam atau oksida logam pada suhu tinggi memberikan senyawaan yang disebut karbida.

Logam transisi memberikan interstisi dimana atom karbon mengisi lubang oktahedral dalam deretan kemasan rapat atom logam.logam yang lebih kecil Cr,Mn,Fe,Co, dan Ni memberikan karbida yang bersifat antara jenis ionik dan karbida interstisi dan ini terhidrolisis oleh air.

C.    Senyawa Anorganik Karbon

1)      Karbon monoksida(CO)

Karbon monoksida dapat dibuat secara komersil dengan hidrogen melalui pembentukan uap kembali atau pembakaran sebagian hidrokarbon dengan reaksi

CO₂ + H₂ → CO + H₂O

Gas ini tidak berwarna dan mempunyai titik didih -190. Dapat digunakan sebagai bahan bakar industri melalui reaksi

2CO(g) +O_2(g)→2CO_2(g)

Gas CO juga dapat terjadi sebagai hasil samping pembakaran senyawa organik dalam ruang kurang oksigen.

C₈H₁₈ +6O_2(g) → 8CO +4H₂O

Secara besar-besaran dapat dibuat dengan reaksi

C_(S) + H₂O → CO +H₂

Gas CO sangat berbahaya bagi manusia maupun hewan, karena CO berikatan kuat dengan hemoglobin darah. hemoglobin berfungsi mengedarkan oksigen dari paru-paru ke seluruh tubuh. Orang yang mengisap CO akan kekurangan oksigen dan dapat berakibat fatal.

2)      Karbon Dioksida(CO₂)

Karbon dioksida mempunyai struktur molekul linier dan bersifat non polar. Gas ini larut dalam air.terdapat diudara dan sangat penting bagi tumbuhan sebagai bahan fotosintesis serta merupakan komponen nafas yang dikeluarkan oleh hewan ataupun manusia, karena dihasilkan dari oksidasi makanan dalam tubuh.

CO₂ dapat dibuat dengan membakar karbon senyawa hidrokarbon, atau gas CO dengan oksigen yang cukup.

C_(s) + O_2(g) → CO_2(g)

CH_4(aq) + 2O_2(g) → CO_2(g) + H₂O_(l)

2CO_(g) + O_2(g( → 2CO_2(g)

Dilaboratorium gas CO₂ dapat dibuat dengan mereaksikan garam karbonat dengan asam seperti :

CaCO_3(s) + 2HCl_(aq) → CaCl_2(s) + H₂O_(l) + CO_2(g)

Gas CO₂ tidak beracun,tetapi konsentrasi yang terlalu tinggi dalam udara adalah tidak sehat, karena merendahkan konsentrasi O₂ dan menimbulkan efek fisikologis yang membahayakan.

Jumlah CO₂ yang sangat besar sekali. dihasilkan oleh aktifitas manusia, meningkatnya gas CO₂ dikhawatirkan atmosfer mungkin menjadi begitu panas, sehingga akan muncul perubahan suhu yang serius yang sering juga disebut efek rumah kaca.

3)      Karbonat dan Bikarbonat

Karbonat dan bikarbonat adalah senyawa yang melimpah dan sangat berguna serta terkenal. Kebanyakan karbonat hanya sedikit larut dalam air. Misalnya CaCO₃, BaCO₃, MgCO₃ dan PbCO₃. Banyak bikarbonat hanya stabil dalam larutan air. Contohnya ialah Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃. Semua logam IA kecuali Litium membentuk karbonat yang larut, dimana yang paling murah dan berguna adalah NaHCO₃ (Soda kue), Na₂CO₃(Soda abu).

4)      Karbon Disulfida(CS₂)

CS₂ adalah cairan yang mudah terbakar dan dapat dipakai sebagai bahan pembuat CCl_4,dengan reaksi:

CS₂ + 3Cl₂ → CCl₄ +S₂Cl₂

5)      Hidrogen Sianida (HCN)

HCN adalah senyawa gas bersifat racun,tetapi penting dalam industri seperti industri plastik.Senyawa HCN dapat dibuat secara komersil melalui reaksi:

NH₃ +CH₄ → HCN + 3H₂

SIKLUS KARBON