Karbon

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Langsung ke: navigasi, cari
boronkarbonnitrogen
-

C

Si
Penampilan
bening (intan) & hitam (grafit)


Garis spektrum karbon
Ciri-ciri umum
Nama, lambang, Nomor atom karbon, C, 6
Dibaca /ˈkɑrbən/
Jenis unsur nonlogam
Golongan, periode, blok 142, p
Massa atom standar 12.0107(8)
Konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p2 atau [He] 2s2 2p2
2,4
Sifat fisika
Fase Solid
Massa jenis (mendekati suhu kamar) amorphous:[1] 1.8–2.1 g·cm−3
Massa jenis (mendekati suhu kamar) intan: 3.515 g·cm−3
Massa jenis (mendekati suhu kamar) graphite: 2.267 g·cm−3
Titik sublimasi 3915 K, 3642 °C, 6588 °F
Titik tripel 4600 K (4327°C), 10800[2][3] kPa
Kalor peleburan 117 (graphite) kJ·mol−1
Kapasitas kalor 6.155 (intan)
8.517 (grafit) J·mol−1·K−1
Sifat atom
Bilangan oksidasi 4, 3[4], 2, 1[5], 0, -1, -2, -3, -4[6]
Elektronegativitas 2.55 (skala Pauling)
Energi ionisasi
(lebih lanjut)
pertama: 1086.5 kJ·mol−1
ke-2: 2352.6 kJ·mol−1
ke-3: 4620.5 kJ·mol−1
Jari-jari kovalen 77(sp³), 73(sp²), 69(sp) pm
Jari-jari van der Waals 170 pm
Lain-lain
Struktur kristal diamond
Catatan struktur kristal (intan, bening)
Pembenahan magnetik diamagnetic[7]
Konduktivitas termal 900-2300 (intan)
119-165 (grafit) W·m−1·K−1
Ekspansi termal (25 °C) 0.8 (intan)[8] µm·m−1·K−1
Kecepatan suara (batang ringan) (20 °C) 18350 (intan) m·s−1
Modulus Young 1050 (intan)[8] GPa
Modulus Shear 478 (intan)[8] GPa
Bulk modulus 442 (intan)[8] GPa
Rasio Poisson 0.1 (intan)[8]
Kekerasan Mohs 10 (intan)
1-2 (grafit)
Nomor CAS 7440-44-0
Isotop paling stabil
Artikel utama: Isotop dari karbon
iso NA Waktu paruh DM DE (MeV) DP

15

11C syn 20 menit β+ 0.96 11B
12C 98.9% C stabil dengan 6 neutron
13C 1.1% C stabil dengan 7 neutron
14C sisa 5730 thn β- 0.15 14N
· r

Karbon atau zat arang merupakan unsur kimia yang mempunyai simbol C dan nomor atom 6 pada tabel periodik. Sebagai unsur golongan 14 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.[9] Karbon merupakan salah satu dari di antara beberapa unsur yang diketahui keberadaannya sejak zaman kuno.[10][11] Istilah "karbon" berasal dari bahasa Latin carbo, yang berarti batu bara.

Karbon memiliki beberapa jenis alotrop, yang paling terkenal adalah grafit, intan, dan karbon amorf.[12] Sifat-sifat fisika karbon bervariasi bergantung pada jenis alotropnya. Sebagai contohnya, intan berwarna transparan, manakala grafit berwarna hitam dan kusam. Intan merupakan salah satu materi terkeras di dunia, manakala grafit cukup lunak untuk meninggalkan bekasnya pada kertas. Intan memiliki konduktivitas listik yang sangat rendah, sedangkan grafit adalah konduktor listrik yang sangat baik. Di bawah kondisi normal, intan memiliki konduktivitas termal yang tertinggi di antara materi-materi lain yang diketahui. Semua alotrop karbon berbentuk padat dalam kondisi normal, tetapi grafit merupakan alotrop yang paling stabil secara termodinamik di antara alotrop-alotrop lainnya.

Semua alotrop karbon sangat stabil dan memerlukan suhu yang sangat tinggi untuk bereaksi, bahkan dengan oksigen. Keadaan oksidasi karbon yang paling umumnya ditemukan adalah +4, manakala +2 dijumpai pada karbon monoksida dan senyawa kompleks logam transisi lainnya. 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.[13]

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.[14] 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 di antara unsur-unsur yang lain, sehingga dijadikan patokan dalam mengukur satuan massa atom.

Karakteristik[sunting | sunting sumber]

Diagaram fase karbon yang diprediksi secara teoritis

Karbon memiliki berbagai bentuk alotrop yang berbeda-beda, meliputi intan yang merupakan bahan terkeras di dunia sampai dengan grafit yang merupakan salah satu bahan terlunak. Karbon juga memiliki afinitas untuk berikatan dengan atom kecil lainnya, sehingga dapat membentuk berbagai senyawa dengan atom tersebut. Oleh karenanya, karbon dapat berikatan dengan atom lain (termasuk dengan karbon sendiri) membentuk hampir 10 juta jenis senyawa yang berbeda.[13] Karbon juga memiliki titik lebur dan titik sublimasi yang tertinggi di antara semua unsur kimia. Pada tekanan atmosfer, karbon tidak memiliki titik lebur karena titik tripelnya ada pada 10,8 ± 0,2 MPa dan 4600 ± 300 K,[2][3] sehingga ia akan menyublim sekitar 3900 K.[15][16]

Karbon dapat menyublim dalam busur karbon yang memiliki temperatur sekitar 5800 K, sehingga tak peduli dalam bentuk alotrop apapun, karbon akan tetap berbentuk padat pada suhu yang lebih tinggi daripada titik lebur logam tungsten ataupun renium. Walaupun karbon secara termodinamika mudah teroksidasi, karbon lebih sulit teroksidasi daripada senyawa lainnya (seperti besi dan tembaga).

Karbon merupakan unsur dasar segala kehidupan di Bumi. Walaupun terdapat berbagai jenis senyawa yang terbentuk dari karbon, kebanyakan karbon jarang bereaksi di bawah kondisi yang normal. Di bawah temperatur dan tekanan standar, karbon tahan terhadap segala oksidator terkecuali oksidator yang terkuat. Karbon tidak bereaksi dengan asam sulfat, asam klorida, klorin, maupun basa lainnya. Pada temperatur yang tinggi, karbon dapat bereaksi dengan oksigen, menghasilkan oksida karbon oksida dalam suatu reaksi yang mereduksi oksida logam menjadi logam. Reaksi ini bersifat eksotermik dan digunakan dalam industri besi dan baja untuk mengontrol kandungan karbon dalam baja:

Fe3O4 + 4 C(s) → 3 Fe(s) + 4 CO(g)

Pada temperatur tinggi, karbon yang dicampur dengan logam tertentu akan menghasilkan karbida logam, seperti besi karbida sementit dalam baja, dan tungsten karbida yang digunakan secara luas sebagai abrasif.

Pada tahun 2009, grafena diketahui sebagai material terkuat di dunia yang pernah diujicobakan.[17] Walaupun demikian, proses pemisahan grafena dari grafit masih belum cukup ekonomis untuk digunakan dalam proses industri.[18]

Berbagai alotrop karbon memiliki ciri-ciri yang sangat berlawanan satu sama lainnya:

Intan nanokristal sintetik merupakan material terkeras yang diketahui. Grafit adalah salah satu material terlunak yang diketahui.
Intan merupakan bahan abrasif. Grafit adalah pelumas yang sangat baik.
Intan tidak menghantarkan listrik (insulator). Grafit menghantarkan listrik (konduktor).
Intan merupakan konduktor panas yang baik. Beberapa jenis grafit digunakan sebagai insulator panas.
Intan berwarna transparan. Grafit berwarna kelam.
Intan mengkristal dalam sistem kristal kubik. Grafit mengkristal dalam sistem kristal heksagonal.
Karbon amorf bersifat isotropik. Karbon nanotabung merupakan bahan yang paling anisotropik yang pernah dibuat.

Isotop[sunting | sunting sumber]

Isotop karbon adalah inti atom yang memiliki enam proton ditambah beberapa neutron (bervariasi mulai dari 2 sampai 16). Karbon memiliki dua isotop stabil, secara alami terjadi. Isotop karbon-12 (C-12) membentuk 98,93% karbon yang ada di bumi, sementara isotop Karbon-13 (C-13) membentuk sisanya yakni 1,07%. Konsentrasi isotop C-12 lebih meningkat pada material biologi karena reaksi biokimia menyingkirkan isotop C-13. Pada tahun 1961, IUPAC mengadopsi isotop C-12 sebagai dasar dari masa atom. Identifikasi karbon pada percobaan resonansi magnetik nuklir diselesaikan dengan isotop C-13.

Karbon-14 (C-14) adalah radioisotop yang terjadi secara alami yang terjadi dalam jumlah jejak di bumi hingga 1 bagian per triliun (10-10%), kebanyakan terbatas di atmosfer dan endapan dangkal, terutama pada gambut dan material organik lainya.[19] Isotop ini, meluruhkan 0,158 MeV emisi sinar β-. Karena waktu paruh relatifnya 5730 tahun, 14C hampir tidak ada dalam batuan tua, tetapi tercipta di atmosfer (stratosfer bagian bawah dan troposfer bagian atas) oleh interaksi interaksi nitrogen dengan sinar kosmis.[20] Kelimpahan 14C di atmosfer dan organisme hidup hampir konstan, tetapi diduga berkurang pada saat organisme itu mati. Prinsip inilah yang digunakan dalam penanggalan radiokarbon, ditemukan pada tahun 1949, yang telah digunakan secara luas untuk menghitung usia material yang mengandung karbon sampai dengan 40.000 tahun usianya.[21][22]

Ada 15 isotop karbon yang terkenal dan isotop dengan hidup terpendek adalah 8C yang meluruhkan proton dan peluruhan alfa dan memiliki waktu paruh 1,98739x10-21 sekon.[23] 19C yang luarbiasa menunjukan halo nuklir, yang berarti radiusnya cukup besar daripada yang diharapkan jika inti dalam keadaan kepadatan konstan. [24]

Manfaat Unsur Karbon pada Pertanian[sunting | sunting sumber]

Penting sebagai pembangun bahan organik karena sebagian besar bahan kering tanaman terdiri dari bahan organik, diambil tanaman berupa CO2.

Referensi[sunting | sunting sumber]

  1. ^ Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ed. ke-86). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. 
  2. ^ a b Haaland, D (1976). "Graphite-liquid-vapor triple point pressure and the density of liquid carbon". Carbon 14 (6): 357. doi:10.1016/0008-6223(76)90010-5. 
  3. ^ a b Savvatimskiy, A (2005). "Measurements of the melting point of graphite and the properties of liquid carbon (a review for 1963–2003)". Carbon 43 (6): 1115. doi:10.1016/j.carbon.2004.12.027. 
  4. ^ "Fourier Transform Spectroscopy of the System of CP". Diakses 2007-12-06. 
  5. ^ "Fourier Transform Spectroscopy of the Electronic Transition of the Jet-Cooled CCI Free Radical". Diakses 2007-12-06. 
  6. ^ "Carbon: Binary compounds". Diakses 2007-12-06. 
  7. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  8. ^ a b c d e Properties of diamond, Ioffe Institute Database
  9. ^ "Carbon - Naturally occurring isotopes". WebElements Periodic Table. Diakses 2008-10-09. 
  10. ^ "Periodic Table: Date of Discovery". Chemical Elements.com. Diakses 2007-03-13. 
  11. ^ "Timeline of Element Discovery". Diakses 2007-03-13. 
  12. ^ "World of Carbon - Interactive Nano-visulisation in Science &Engineering Edukation (IN-VSEE)". Diakses 2008-10-09. 
  13. ^ a b Chemistry Operations (December 15, 2003). "Carbon". Los Alamos National Laboratory. Diakses 2008-10-09. 
  14. ^ "Biological Abundance of Elements". The Internet Encyclopedia of Science. Diakses 2008-10-09. 
  15. ^ Greenville Whittaker, A. (1978). "The controversial carbon solid−liquid−vapour triple point". Nature 276: 695. doi:10.1038/276695a0. 
  16. ^ J.M. Zazula (1997). "On Graphite Transformations at High Temperature and Pressure Induced by Absorption of the LHC Beam". CERN. Diakses 2009-06-06. 
  17. ^ C. Lee; Wei, X; Kysar, JW; Hone, J (2008). "Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene". Science 321 (5887): 385. doi:10.1126/science.1157996. PMID 18635798. Ringkasan. 
  18. ^ Sanderson, Bill (2008-08-25). "Toughest Stuff Known to Man : Discovery Opens Door to Space Elevator". nypost.com. Diakses 2008-10-09. 
  19. ^ Brown, Tom (March 1, 2006)."Carbon Goes Full Circle in The Amazon" Lawrence Livermore National Laboratory. Diakses pada 25 November 2007.
  20. ^ Bowman, S. (1990). Interpreting the past: Radiocarbon dating. British Museum Press. ISBN 0-7141-2047-2.
  21. ^ Libby, W. F. (1952). Radiocarbon dating. Chicago University Press and references therein.
  22. ^ Westgren, A. (1960). "The Nobel Prize in Chemistry 1960". Nobel Foundation. Retrieved 2007-11-25.
  23. ^ "Use query for carbon-8". barwinski.net. diakses pada 21 Desember 2007.
  24. ^ Watson, A. (1999). "Beaming Into the Dark Corners of the Nuclear Kitchen". Science 286 (5437): 28–31. doi:10.1126/science.286.5437.28.