ALOTROP UNSUR KARBON

Disusun untuk memenuhi tugas terstruktur individu mata kuliah Kimia Unsur

Disusun oleh :

Khoirun Nisyak 0810920046

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS BRAWIJAYAMALANG

2011

RINGKASAN

Karbon merupakan unsur golongan IV A yang memiliki 4 alotrop, yaitu grafit, intan, fullerene, dan karbon amorf. Masing-masing alotrop tersebut memiliki sifat dan pemakaian yang berbeda tergantung dari bentuk hibridisasinya. Alotrop karbon yang banyak dikembangkan saat ini adalah fullerene (C60). Fullerene adalah alotrop  karbon 3 dimensi, dengan molekul C60 yang berbentuk bola sepak. 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. Setelah ditemukannya fullerene, muncul karbon naotube yang berguna pada bidang nano teknologi.

SUMMARY

Carbon is element can be found at group IV A hve 4 alotrops, such as diamond, graphite, fullerene, and carbon amorf. Each alotrop have different characteristic and utility depend on hybridization. At now, carbon alotrof is developing is fullerene (C60). Fullerene is carbon alotrop 3 dimension with C60 molecule formed like ball which used in foot ball. R.E. Smalley , H.W Kroto, et al detecting C60 at mass spectroscopy product of evaporation graphite at 1985, and isolation of fullerene from soot reported at 1991. After fullerene discovered, any some discovery found carbon nanotube which have benefit for nano technology.

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 (Syahrizal, 2008).

Pada tabel peridoik unsur karbon memiliki simbol C dengan nomor atom 6 dan

terletak pada golongan 4A atau 14, periode 2 dan termasuk blok p. Konfigurasi elektron

atom karbon adalah 1s2 2s2 2p2 atau [He] 2s2 2p2 dengan susunan elektron dalam kulit

atomnya adalah 2, 4. Berdasarkan konfigurasi elektronnya diketahui bahwa karbon

memiliki 4 elektron valensi. Empat elektron valensi karbon ini dapat digunakan untuk

membentuk ikatan kovalen dengan atom lain maupun dengan atom karbon yang lain

(Wanibesak, 2011).

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) (Syahrizal, 2008).

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 (Syahrizal, 2008).

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.karbon

merupakan zat padat yang tegar, yang biasa dianggap sebagai molekul-molekul raksasa

yang terdiri dari banyak sekali atom (Syahrizal, 2008).

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 (Syahrizal, 2008).

Senyawa yang terbentuk hanya dari satu jenis unsur namun dengan struktur

(bentuk) yang berbeda alotrop. Perbedaan struktur yang terjadi menyebabkan sifat yang

dimiliki setia alotrop berbeda walaupun tersusun dari unsur yang sejenis. Senyawaan yang

terbentuk dari atom unsur karbon dengan struktur yang berbeda disebut alotrop karbon.

Grafit, intan, fullerene dan karbon amorf merupakan contoh dari alotrop karbon yang

sejauh ini diketahui (Wanibesak, 2011).

Grafit

Grafit berstruktur lapisan yang terdiri atas cincin atom karbon beranggotakan 6 yang mirip

cincin benzen yang terkondensasi tanpa atom hidrogen. 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) (Saito, 2009).

Gambar 1. Struktur Grafit (Wanibesak, 2011)

Intan

Strukturnya disebut struktur intan. Sel satuan intan terdiri atas 8 atom karbon dan

setiap atom karbon berkoordinasi 4 berbentuk tetrahedral. Intan adalah zat terkeras yang

dikenal, dengan kekerasan 10 Mhos. Intan dengan hantaran panas sangat tinggi walaupun

secara listrik bersifat insulator. Walaupun dulunya sumber padatan yang berharga ini hanya

yang terbentuk secara alami, intan industrial kini secara komersial banyak dihasilkan

dengan proses pada suhu tinggi (1200o C atau lebih tinggi) dan tekanan tinggi (5 GPa atau

lebih) dari grafit dengan katalis logam. Akhir-akhir ini, lapis tipis intan telah dibuat dengan

pirolisis hidrokarbon pada suhu relatif rendah (sekitar 900oC) dan tekanan yang juga relatif

rendah (sekitar 102 Pa), dan digunakan untuk penggunaan sebagai pelapis, dan sebagai

berikutnya (Saito, 2009).

Gambar 2. Struktur Intan (Wanibesak, 2011)

Fullerene

Fullerene adalah nama generik untuk alotrop  karbon 3 dimensi, dengan molekul

C60 yang berbentuk bola sepak merupakan contoh khas. 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 dengana

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 (Saito, 2009).

Gambar 3. Struktur Fullerene (Wanibesak, 2011).

Permasalahan :

1. Mengapa grafit dan intan memiliki sifat yang saling berbanding terbalik satu sama

lain?

2. Bagaimana cara mensintesis fullerene?

3. Apa perbedaan dari karbon nanotube dengan fullerene?

Jawaban :

1. Berikut beberapa sifat dan pemakaian intan (Wanibesak, 2011) :

Intan merupakan mineral alami yang paling keras, sehingga intan banyak

digunakan sebagai alat untuk memotong, mengasah dan sebagai mata bor.

Memiliki titik leleh yang sangat tinggi yakni 4827 °C). Hal ini disebabkan

Ikatan kovalen karbon-karbon yang terbentuk pada struktur intan sangat

kuat bahkan lebih kuat dari ikatan ionik.Berupa isolator namun dapat

menyerap panas dengan sangat baik. Daya hantar listrik intan berkaitan

dengan elektron yang digunakan untuk membentuk ikatan, dimana pada

intan elektron-elektron berikatan sangat kuat sehingga tidak ada elektron

yang bebas bergerak ketika diberi beda potensial. Sifat penyerap panas yang

baik dari intan diaplikasikan pada peralatan elektonik untuk menyerap panas

yang dihasilkan ketika peralatan elektronik digunakan.

Dengan melapisi intan pada konduktor dalam peralatan elektronik maka

suhu peralatan tersebut dapat dijaga relatif konstan sehingga peralatan

tersebut dapat berfungsi secara normal.

Tidak larut dalam air dan pelarut organik. Dalam hal ini tidak

memungkinkan terjadinya daya tarik antara molekul pelarut dan atom

karbon yang dapat membongkar dayatarik antara atom-atom karbon yang

berikatan secara kovalen. Akibat pelarut tidak mampu mensolvasi molekul

intan.

Dalam struktur intan setiap atom karbon berikatan secara kovalen dengan atom 4 karbon

lain dalam bentuk tetrahedral dan panjang setiap ikatan karbon-karbon adalah 0,154 nm.

Pada struktur grafit setiap atom karbon membentuk ikatan kovalen dengan tiga atom

karbon lainnya membentuk susunan heksagonal dengan struktur berlapis seperti

tumpukan kartu. Karena atom karbon memiliki 4 elektron valensi maka pada setiap

atom karbon masih terdapat satu elektron yang belum berikatan (elektron bebas)

(Wanibesak, 2011).

Sifat daya hantar listrik yang dimiliki oleh grafit dipengaruhi oleh elektron-elektron

yang tidak digunakan untuk membentuk ikatan kovalen. Elektron-elektron ini tersebar

secara merata pada setiap atom C karena terjadi tumpang tindih orbital seperti pada

ikatan logam yang membentuk awan atau lautan elektron. Oleh sebab itu ketika diberi

beda potensial, elektron-elektron yang terdelokaslisasi sebagian besar akan mengalir

menuju anoda (kutub positif), aliran elektron inilah yang menyebabkan arus listrik dapat

mengalir. Sedangkan ketika salah satu ujung dipanaskan maka elektron-elektron ini

akan segera berpindah menuju bagian yang memiliki suhu lebih rendah. Akibatnya

panas tersebut akan menyebar ke bagian grafit yang memiliki suhu lebih rendah

(Wanibesak, 2011).

Sifat dan Kegunaan Grafit

Memiliki titik leleh tinggi, sama seperti intan. Hal ini disebabkan iktan kovalen

yang terbentuk sangat kuat sehingga diperlukan energi yang tinggi untuk

memutuskannya.

Memiliki sifat lunak, terasa licin dan digunakan pada pensil setelah dicampu tanah

liat.

Tidak larut dalam air dan pelarut organik, karena tidak mampu mensolvasi molekul

grafit yang sangat besar.

Dibanding intan, grafit memiliki massa jenis yang lebih kecil, karena pada

strukturnya terdapat ruang-ruang kosong antar lipatannya.

Berupa konduktor listrik dan panas yang baik. Karena sifat ini grafit digunakan

sebagai anoda pada baterai (sel Leclanche) dan sebagai elektroda pada sel

elektrolisis.

 2. Fullerene adalah alotrop karbon yang dibentuk oleh sejumlah atom karbon dalam

bentuk bola berlubang. Bentuknya tersusun atas heksagonal dan cincin pentagonal.

Cincin fullerene dibentuk olaeh atom karbon dengan hibridisasi sp2 dengan electron

yang menarik sangat kuat, yang mudah bereaksi dengan nukleofil. Pada faktanya,

fullerene dan hidrokarbon terkonjugasi yang kekurangan electron memiliki reaktivitas

yang sama (Oliveras, 2010).

Molekul tersebut terdiri atas 60 atom karbon dengan simbol kimia C60. Sementara itu,

nama buckyball diambil dari nama seorang arsitek, R. Buckminster Fuller, yang

merancang kubah dengan struktur mirip molekul baru tersebut ketika berlangsung

pameran di Montreal pada tahun 1967. Molekul karbon dengan struktur mirip bola

sepak ini disebut juga dengan nama buckminsterfullerene atau fullerene (Anonim,

2010).

Molekul baru tersebut juga memiliki efek seperti bola, dapat memantul dan berputar.

Buckyball dapat berputar 100 juta kali per detik. Molekul ini dapat memantul jika

diempas ke suatu permukaan keras seperti baja. Kemudian jika diremas atau ditekan,

molekul akan kembali seperti bentuk semula, seperti bola karet. Dan jika dimampatkan

hingga 70 persen dari ukuran aslinya, buckyball menjadi lebih keras dua kali lipat

dibandingkan intan (Anonim, 2010).

Untuk mensintesis fullerene diperlukan bahan baku berupa jelaga grafit murni. Dimana

jelaga grafit tersebut dievaporasikan dengan elektroda grafit pada 100 tor helium dan

kondisi suhu yang tinggi. Pada hasilnya, jelaga hitam akan terkikis dari permukaan

evaporation chamber dan terdispersi pada benzena. Cairan tersebut kemudian

dipisahkan dari jelaga dan dikeringkan dengan panas, meninggalkan residu material

kristal berwarna coklat kehitaman hingga hitam. Kristal yang didapatkan kemudian

dinalisis dengan spektroskopi massa, ditemukan spectra massanya dengan puncak kuat

pada 720 amu. Selain itu diidentifikasi struktur kristalnya menggunakan XRD

(Oliveras, 2010).

Sifat dan pemakaian fullerene (West, et al., 1997) :

Tidak larut dalam air, tetapi dapat larut dalam pelarut organik.

Sebagai superkonduktor dan penyerap panas yang baik. Sifat superkonduktor dan

menyerap panas ini berkaitan 1 elektron yang tidak digunakan untuk membentuk

ikatan kovalen, seperti pada grafit. Salah satu senyawaan C60 yang merupakan

semikonduktor adalah K3C60.

Dapat sebagai super adsorben

Sebagai agen antivirus

3. Penemuan fullerene C60 ini kemudian memicu ditemukannya material baru bernama

carbon nanotube yang kemudian dikenal dengan nama CNT. Struktur CNT mirip

dengan fullerene, namun bedanya atom-atom karbon pada fullerene membentuk struktur

bola sedangkan pada CNT berbentuk tabung silinder yang tiap-tiap ujungnya tertutup

oleh karbon-karbon yang berbentuk setengah struktur fullerene. Carbon nanotube

(CNT) diketahui sebagai salah satu bentuk karbon dengan struktur grafitnya geometris,

panjang, dan juga berbentuk tabung (Natiq, 2008).

CNT dapat diperoleh dari 3 teknik yaitu : pancaran elektroda, penggunaan laser, dan

endapan uap senyawa kimia (chemical vapour deposition, CVD). Pancaran elektroda

dilakukan dengan melewatkan uap di antara dua elektroda karbon yang umumnya

menghasilkan CNT dengan impuritas yang tinggi. Teknik pencahayaan laser dapat

menghasilkan CNT yang bersih namun mahal. CVD paling mudah dilakukan dengan

impuritas yang cukup rendah. Impuritas dapat diminimalkan dengan proses purifikasi

CNT (Adrian, dkk., 2008).

DAFTAR PUSTAKA

Adrian, N., Yudhi, E., Gregorius,. Sintesa dan Purifikasi Carbon Nanotube dari Etanol,

Jurnal, EKUILIBRIUM Vol. 7 No. 1. Januari 2008 : 37 – 47

Anonim, 2010, Nano Teknologi, http://teknikindonesia.wordpress.com/2010/09/04/nanotubes-carbon-or-buckytubes-buckyballs/, diakses tanggal 30 Maret 2011

Natiq, S., 2008, Pengaruh Komposisi Ferrocene-Benzena pada Sintesis Carbon NanoTubes (CNT) dengan Metode Spray Pyrolysis, http://eprints.undip.ac.id/2668/1/PENGARUH_KOMPOSISI_FERROCENE-BENZENA_PADA_SINTESIS_CARBON_NANOTUBES_%28CNT%29_DENGAN_METODE_SPRAY_PYROLYSIS.pdf, diakses tanggal 28 Maret 2011

Oliveras, S.O., 2010, Theoritical Studies of The Exohedral Reactivity of Fullerene

Compound, Tesis, http://www.tesisenxarxa.net/TESIS_UdG/AVAILABLE/TDX-

0421110-125909/tsoo.pdf, diakses tanggal 30 Maret 2011

Saito, T., 2009, Kimia Unsur Non Logam, http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-anorganik-universitas/kimia-unsur-non-logam/karbon-2/, diakses tanggal 30 Maret 2011

Syahrizal, E., 2008, Seputar Karbon, http://eddysyahrizalkumpulanmakalahku.blogspot.com/2008/08/seputar-karbon.html, diakses tanggal 27 Maret 2011

Wanibesak, 2011, Alotrop Karbon Intan, Grafit, dan Fullerene, http://wanibesak.wordpress.com/2011/02/28/alotrop-karbon-intan-grafit-dan-fullerene/, diakses tanggal 29 Maret 2011

West, P.S., Poon, T., Anderson, J.L., West, M.A., and Foote, C.S., 1997, Extraction, Isolation, and Characterization of Fullerene C60, Journal, Vol 74 No. 3 March 1997, Journal of Chemical Education