Kimia Unsur Golongan IV A ( Golongan Karbon) Nama : Abu To’at NIM : B2C015005 PRODI PENDIDIDIKAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SEMARANG

Silikon Timah Timbal Karbon

Tabel Periodik Unsur Golongan A IA H Li Na K Rb Cs Fr VIIIA He Ne Ar Kr Xe Rn IIA Be Mg Ca Sr Ba Ra IIIA B Al Ga In Tl IVA C Si Ge Sn Pb VA N P As Sb Bi VIA O S Se Te Po VIIA Li Na K Rb Cs

Golongan IVA C Carbon Si Silikon Ge Germanium Sn Stanum/Timah Pb Plumbum/Timbal

Sifat Fisika dan Kimia 2834 Karbon (C) Silikon (Si) Germanium (Ge) Timah (Sn) Timbal (Pb) Nomor Atom 6 14 32 50 82 Massa Atom Relatif (Ar) 12,011 28,086 72,59 118,710 207,200 Titik Leleh(o C) 3550 1410 938,5 231,97 327,50 Titik Didih (o C) 4827 2355 2834 2270,00 1740,00 Rapatan pada 25o C gr/cm3 2,25 (granit); 3,51 (intan) 2,33 5,32 5,75 (abu-abu); 7,31 (putih) 11,35 Warna Hitam (granit); Tanpa Warna (intan) Abu-abu Putih keabu-abuan Perak Hitam Energi Ionisasi 1086,4 786,4 - 708,6 715,5 Afinitas Elektron 121,8 133,6 120,0 35,1 Elektronegatifitas 2,55 1,90 2,01 1,88 2,10 Jari-jari Ion (Å) 0,15 (+4); 2,60 (-4) 0,42 (+4); 2,71 (-4) 1,22 0,71 (+4); 0,93 (+2) 0,84 (+4); 1,20 (+2) Jari-jari Atom (Å) 0,77 1,17 1,37 1,40 1,75

Karbon Sejarah (Latin: carbo, arang), 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.

Adapun sifat khas dari atom karbon diantaranya adalah sebagai berikut: a.       Atom Karbon memiliki 4 elektron valensi. Atom karbon memiliki empat elektron valensi, keempat elektron valensi tersebut dapat membentuk empat ikatan kovalen melalui penggunaan bersama pasangan elektron dengan atom-atom lain. b.      Atom - atom karbon dapat mengadakan katenasi yaitu kemampuan untuk membentuk rantai karbon. Ada dua bentuk rantai karbon, yaitu terbuka (alifatik, yang terdiri atas rantai lurus dan rantai bercabang) dan tertutup (siklik). Akibat dari katenasi itu adalah timbulnya peristiwa isomeri, yaitu zat - zat kimia yang mempunyai rumus molekul yang sama tetapi rumus strukturnya berbeda. c.       Unsur karbon dapat membentuk ikatan-ikatan kimia yang kuat, baik sebagai ikatan tunggal, ikatan rangkap atau sebagai ganda tiga.

Karbon ditemukan di alam ditemukan dalam tiga bentuk alotropik, yaitu amorf, grafit, dan berlian (diamond). Adapun sifat-sifat karbon berdasarkan alotropinya antara lain: 1. Amorf Unsur karbon dalam bentuk amorf, selain terdapat dialam,juga dihasilkan dari pembakaran terbatas minyak bumi (jumlah oksigen terbatas, sekitar 50 % dari jumlah oksigen yang diperlukan untuk pembakaran sempurna). Secara alami, karbon amorf dihasilkan dari perubahan serbuk gergaji,lignit batu bara,gembut,kayu,batok kelapa,dan biji-bijian. 2.Grafit Grafit adalah zat bukan logam yang mampu mengantarkan panas dengan baik. Bentuk kristal mikro grafit banyak kita kenal sebagai arang,jelaga,atau jelaga minyak. Sifat fiska grafit ditentukan oleh sifat dan luasnya permukaan. Bentuk grafit yang halus akan mempunyai permukaan yang relatif lebih luas,sehingga dengan sedikit gaya tarik akan mudah menyerap gas dan zat terlarut. Grafit, terdapat dalam bentuk padatan yang memiliki ukuran kristal dan tingkat kemurnian yang berbeda-beda.

3.  Diamond    Diamond adalah salah satu contoh alotrop yang terbaik dari karbon dan memiliki nilai ekonomi yang tinggi, dimana sifatnya yang keras dan memiliki optikal optis sehingga banyak dipakai dalam berbagai industri dan untuk bahan baku perhiasan. Diamond menjadi mineral alami terkeras yang pernah ada, tidak ada unsur alam yang dapat memotong diamond maupun menarik (merenggangkan) diamond. Setiap karbon yang terdapat dalam diamond berikatan secara kovalen pada empat atom karbon yang lain dalam bentuk geometri tetrahedral. Dan tetrahedral ini membentuk 6 cincin karbon seperti sikloheksana dalam bentuk konformasi “kursi” sehingga hal ini mengakibatkan tidak adanya sudut ikatan yang mengalami ketegangan. Jalinan struktur kovalen yang stabil inilah membuat sifat diamond menjadi keras.

Kelimpahan di Alam Karbon adalah unsur paling berlimpah ke-15 di kerak Bumi dan ke-4 di alam semesta. Karbon terdapat pada semua jenis makhluk hidup karbon merupakan unsur paling berlimpah kedua (sekitar 18,5%) setelah oksigen. Sumber karbon anorganik terbesar terdapat pada batu kapur, dolomit, dan karbon dioksida, sedangkan sumber organik terdapat pada batu bara, tanah gembut, dan minyak bumi.

Ekstraksi Proses pembuatan Karbon dapat di buat dengan proses yang disebut dengan karbonisasi yakni pemanasan bahan yang mengandung karbon. Karbon juga dapat diperoleh  dari pembakaran hidrokarbon atau coal, atau yang lainnya dengan kondisi udara yang terbatas sehigga terjadi pembakaran yang tidak sempurna. CH4(g) + O2(g) C(s) + 2H2O(l)

Reaksi Pada Karbon Reaksi dengan Halogen Reaksi dengan Oksigen Karbon bereaksi langsung dengan fluorin, sedangkan dengan unsure halogen lainnya bereaksi secara tidak langsung. Contoh reaksi : C + 2F2 CF4 (reaksi langsung) CF4 + Cl2 CH3Cl + HCl (reaksi tidak langsung) Jika dipanaskan dalam udara, maka unsure-unsur karbon bereaksi dengan oksigen (reaksi pembakaran) yang bersifat eksotermik membentuk oksida CO2. Oksida CO2 bersifat asam dan bereaksi dengan air menghasilkan larutan asam lemah sekali. Reaksi : CO2 + H2O H2CO3 (asam karbonat)

Kegunaan Intan untuk perhiasan dan pemotong kaca, dalam industri untuk membuat bubuk penggosok yang paling keras untuk roda pengasah, ujung mata bor dan gigi gergaji. Grafit sebagai bahan hitam dalam pensil biasa, pigmen dalam cat hitam, bahan pembuatan krus (mangkok untuk bahan kimia), elektode untuk penggunaan pada suhu yang sangat tinggi, pelumas kering. Jika serbuk grafit didispersikan dengan minyak, akan dihasilkan pelumas cair.

Karbon Monoksida (CO) sebagai bahan bakar, reduktor pada pengolahan logam Karbon Dioksida (CO2) digunakan sebagai zat pembeku (misal es krim), minuman berkarbonasi yang akan menguap saat botol minuman di buka, pelindung kebakaran. Asam Sianida (HCN) di industri sebagai bahan nilon. Karbon Disulfida (CS2) digunakan sebagai pemadam kebakaran, pelarut lilin, damar, minyak, dan untuk menghilangkan noda lemak pada baju Dithiokarbamat (R2NCS2-) digunakan untuk fungisida dalam bidang pertanian

Silikon (Si) Sejarah Kemungkinan bahwa di Inggris pada tahun 1808 Humphry Davy berhasil mengisolasi silikon sebagian murni untuk pertama kalinya, namun dia tidak menyadarinya. Pada 1824 kimiawan Swedia Jöns Jakob Berzelius menghasilkan sampel dari silikon amorf, solid coklat, dengan mereaksikan kalium fluorosilikat dengan kalium, memurnikan produk dengan mencuci berulang-ulang. Itu dinamakan silicium unsur baru. Silikon diberi nama pada tahun 1831 oleh kimiawan Skotlandia Thomas Thomson. Dia tetap bagian dari nama Berzelius, dari 'silicis', yang berarti batu.  Dia mengubah akhiran elemen dengan  elemen on karena itu lebih mirip dengan nonmetals boron dan karbon daripada  untuk logam seperti kalsium dan magnesium. (Silicis, atau batu api, mungkin penggunaan pertama kali silikon dioksida)

Sumber dan Kelimpahan Silikon membentuk 28% kerak bumi dalam jumlah berat. Silikon tidak ditemukan bebas di alam. Silikon terdapat dalam bentuk senyawa oksida silika SiO2, dan mineral yang disebut silikat. Granit, hornblende, asbestos, feldspar, tanah liat, mica, dsb merupakan contoh beberapa mineral silikat.

Ekstraksi Dibuat dengan tahapan reduksi: SiO2(l) + C(s) Si(l) + CO2(g) Si(l) + 2Cl2(g) SiCl4(l) SiCl4(l) + 2H2(g) Si(s) + 4HCl(g)

Reaksi Pada Silikon Reaksi dengan Basa Reaksi dengan Hidrogen 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, reaksinya adalah sebagai berikut. Si(s) + 2H2 → SiH4

Reaksi dengan Oksigen Reaksi dengan Halogen Bila dipanaskan dalam udara, silikon bereaksi dengan oksigen dalam reaksi pembakaran yang sangat eksotermik untuk membentuk oksida SiO2. Reaksi antara silikon dengan oksigen adalah sebagai berikut. Si(s) + O2(g)                  SiO2(S) Silikon bereaksi dengan halogen secara umum, bahkan sampai terbakar dalam gas flour. Si + 2X2 → SiX4 Contoh:  Si + 2Cl2 → SiCl4         Si + 2Br2 → SiBr4

Reaksi dengan Karbon Salah satu seyawaan silikon yang terkenal adalah silikon karbida. Reaksi silikon dengan karbon adalah sebagai berikut. Si(s) + C(s)               SiC(s)

Kegunaan Pembuatan transistor, chips, komputer dan sel surya. Untuk tujuan itu diperlukan silikon ultra murni. Silikon juga digunakan dalam berbagai jenis alloy dengan besi (baja). Sedangkan senyawa silikon digunakan dalam industri. Silika dan silikat digunakan untuk membuat gelas, keramik, porselin dan semen. Larutan pekat natrium silikat (Na2SiO3), suatu zat padat amorf yang tidak berwarna, yang disebut water glass, digunakan untuk pengawetan telur dan sebagai perekat, juga sebagai bahan pengisi (fillir) dalam detergen. Silikon karbida (SiC), merupakan zat padat yang sangat keras digunakan untuk ampelas (abrasive) dan pelindung untuk pesawat ulang alik terhadap suhu yang tinggi sewaktu kembali ke bumi. Silika gel, suatu zat padat amorf yang sangat berpori, dibuat dengan melepas sebagian air dari asam silikat (H2SiO3) atau (SiO2.H2O). Silika gel bersifat higroskopis (mengikat air) sehingga digunakan sebagai pengering dalam berbagai macam produk.

Germanium (Ge) Sejarah (Latin: Germania, Jerman). Ditemukan sekitar 100 tahun yang lalu oleh ahli kimia Rusia, Mendeleev Omitri. Sementara pada tahun 1886, seorang kimiawan Jerman, Clemens Winkler, memutuskan untuk memberi nama unsur baru germanium, sebagai penghormatan kepada tanah airnya.

Sumber dan Kelimpahan Logam ini ditemukan di argyrodite, sulfida germanium dan perak germanite, yang mengandung 8% unsur ini bijih seng batubara mineral-mineral lainnya Unsur ini diambil secara komersil dari debu-debu pabrik pengolahan bijih-bijih seng, dan sebagai produk sampingan beberapa pembakaran batubara. Germanium murni ditemukan dalam bentuk yang keras, berkilauan, berwarna putih keabu-abuan, tapi merupakan metalloid yang rapuh.

Ekstraksi Dibuat dengan proses reduksi: GeO2 + C Ge + CO2 Ge + 2Cl2 GeCl4 GeCl4 + 2H2 Ge + 4HCl

Reaksi pada Germanium Reaksi dengan Oksigen Bila dipanaskan dalam udara, germanium bereaksi dengan oksigen dalam reaksi pembakaran yang sangat eksotermik untuk membentuk oksida GeO2. Reaksi antara silikon dengan oksigen adalah sebagai berikut. Ge(s) + O2(g)                  GeO2(S)

Kegunaan Sebagai bahan semikonduktor. Sebagai bahan pencampur logam, sebagai fosfor di bola lampu pijar dan sebagai katalis. Germanium dan germanium oksida tembus cahaya sinar infra merah dan digunakan dalam spekstroskopi infra merah dan barang-baran goptik lainnya, termasuk pendeteksi infra merah yang sensitif. Index refraksi yang tinggi dan sifat dispersi oksidanya telah membuat germanium sangat berguna sebagai lensa kamera wide-angle dan microscope objectives.  Bidang studi kimia organogermanium, beberapa senyawa germanium memiliki tingkat keracunan yang rendah untuk mamalia, tetapi memiliki keaktifan terhadap beberapa jenis bakteria, sehingga membuat unsur ini sangat berguna sebagai agen kemoterapi.

Timah (Sn) Sejarah Timah dalam bahasa Inggris disebut sebagai Tin dengan symbol kimia Sn. Nama latin dari timah adalah “Stannum” dimana kata ini berhubungan dengan kata “stagnum” yang dalam bahasa inggris bersinonim dengan kata “dripping” yang artinya menjadi cair / basah, penggunaan kata ini dihubungkan dengan logam timah yang mudah mencair. Tidak diketahui siapa penemu unsur ini.

Sumber dan Kelimpahan Sumber utama Timah di alam terutama terdapat sebagai mineral kasiterit/batu timah (SnO2)

Ekstraksi Dibuat dengan mereduksi oksidanya: SnO2 + C Sn + CO2 Sn + 2Cl2 SnCl4 SnCl4 + 2H2 Sn + 4HCl

Reaksi pada Timah Reaksi dengan Oksigen Bila dipanaskan dalam udara, timah bereaksi dengan oksigen dalam reaksi pembakaran yang sangat eksotermik untuk membentuk oksida SnO2. Reaksi antara silikon dengan oksigen adalah sebagai berikut. Sn(s) + O2(g)                  SnO2(S)

Kegunaan Sebagai pembungkus makanan dan kaleng minuman Paduan timah dan timbal dengan kadar yang sangat tinggi dipakai sebagai bahan pembuat alat musik (misal pipa organ) Paduan Sn, Cu, dan Pb digunakan untuk kompas SnF2 digunakan dalam pasta gigi untuk mencegah terjadinya lubang pada gigi SnO2 untuk bahan amplas atau penggosok permata SnS2 dipakai pada industri pewarnaan serta proses penyepuhan atau bahan imitasi

Timbal (Pb) Sejarah Logam timbal telah dipergunakan oleh manusia sejak ribuan tahun yang lalu (sekitar 6400 SM) hal ini disebabkan logam timbal terdapat diberbagai belahan bumi, selain itu timbal mudah di ekstraksi dan mudah dikelola. Unsur ini telah lama diketahui dan disebutkan di kitab Exodus. Para alkemi mempercayai bahwa timbal merupakan unsur tertua dan diasosiasikan dengan planet Saturnus. Timbal alami, walau ada jarang ditemukan di bumi. Timah dalam bahasa Inggris disebut sebagai “Lead” dengan simbol kimia “Pb”. Simbol ini berasal dari nama latin timbal yaitu “Plumbum” yang artinya logam lunak.

Sumber dan Kelimpahan Di alam timbal terutama terdapat sebagai galena (PbS) dengan proses pemanggangan. Anglesite (PbSO4), cerussite (PbCO3), dan minim adalah mineral-mineral timbal yang lazim ditemukan.

Ekstraksi Bijih galena dipekatkan dengan teknik flotasi-buih serta di tambahkan SiO2 dan air kapur 2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g) PbO(s) + C(s) Pb(l) + CO(g) PbO(s) + CO(g) Pb(l) + CO2(g) Penambahan SiO2 dan air kapur sebelum pemanggangan pada proses reduksi untuk PbSO4 PbSO4(s) + SiO2(s) PbSiO3(s) + SO3(g) PbSiO3(s) + CaO(s) PbO(s) + CaSiO3(s)

Tahap-tahap pemurnian: Logam Pb yang dihasilkan masih mengandung pengotor tembaga, perak, emas, zink, arsen. Antimon, dan bismuth. Tahap-tahap pemurnian: untuk menghilangkan Cu: logam Pb dilelehkan selama beberapa waktu pada suhu <1083oC, sehingga Cu mengkristal dan dapat dipisahkan Untuk menghilangkan arsen, antimon, dan bismut: meniupkan udara di atas permukaan lelehan Pb,sehingga arsen menjadi arsena, antimon menjadi antimonat, dan bismut menjadi buih di permukaan, dan dipisahkan. Untuk menghilangkan Ag: menambahkan 1-2% zink, didinginkan dari suhu 480 menjadi 420 sehingga Ag dan zink mengkristal sehingga dapat dipisahkan.* * Jika kelebihan zink, dipisahkan dengan penyulingan hampa atau pada tekanan sangat rendah

Pemurnian tahap terakhir dengan teknik elektrolisis menurut metode Betts. Anoda: Pb Katoda: Pb Elektrolit: larutan PbSiF6 dan larutan H2SiF6 Anode : Pb(l) Pb2+ + 2e Katoda : Pb2+ + 2e Pb(s)

Kegunaan Digunakan pada baterai Pelindung kawat, pipa ledeng, dan amunisi Logamnya sangat efektif sebagai peredam suara Pelindung radiasi pada sinar X dan reaktor nuklir Insektisida Digunakan dalam accu Dipakai sebagai agen pewarna dalam bidang pembuatan keramik terutama untuk warna kuning dan merah. Dipakai dalam industri plastic PVC untuk menutup kawat listrik. Dipakai sebagai proyektil untuk alat tembak dan dipakai pada peralatan pancing untuk pemberat disebakan timbale memiliki densitas yang tinggi, harganya murah dan mudah untuk digunakan.

Dampak Negatif Pembuatan Unsur Golongan IV A Carbon Dampak negative karbon ada pada senyawa karbon. A. karbon dioksida Co₂ Terjadi karena pemakaian bahan bakar dari fosil. Adanya pembakaran ini menyebabkan terjadinya efek rumah kaca. B. CFC penipisan lapisan ozon dan berkontribusi terhadap efek rumah kaca. C. CCl₄ kerusakan hati dan ginjal dan bersifat racun bila tertelan. D. CS₂ mudah terbakar dan bersifat racun. E. CO lebih bisa mengikat hemoglobin dari pada oksigen. Bisa menyebabkan darah kekurangan oksigen.

2. Silikon Silicon yang dipakai untuk kecantikan wajah dapat menyebabkan kerusakan bentuk dan kelumpuhan beberapa otot wajah. Hal ini karena silicon dapat membentuk gumpalan dan dapat memblokir aliran darah kejaringan / organ tubuh.

3. Germanium Bahaya fisik yang dapat ditimbulkan oleh germanium dilihat dari bentuk gasnya yang lebih berat dari pada udara sehingga dapat berpindah dengan cepat sepanjang permukaan bumi. Selain itu, sebagai salah satu logam berat, germanium juga memiliki dampak negative apabila terakumulasi dalam system perairan.

4. Stannum Timah juga terdapat dalam beberapa makanan. Jumlah timah yang sedikit dalam makanan tidak berbahaya. Senyawa timah triakil dan triaril digunakan sebagai racun biologi (biocides) dan perlu ditangani secara hati-hati.

5. Plumbum Dampak dari timbal sendiri sangat berbahaya bagi manusia utamanya bagi anak-anak. Diantaranya adalah mempengaruhi fungsi kognitif, kemampuan belajar, memendekkan tinggi badan, penurunan fungsi pendengaran, mempengaruhi perilaku dan intelejensia, merusak fungsi organ tubuh, seperti ginjal, system syaraf, dan reproduksi, meningkatkan tekanan darah dan mempengaruhi perkembangan otak. Pada jaringa atau organ tubuh logam Pb akan terakumulasi pada tulang. Karena dalam bentuk ion Pb 2+ logam ini mampu menggantikan keberadaan ion Ca 2+ (kalsium) yang terdapat pada jaringan tulang.

Kecenderungan sifat dari atas ke bawah : Makin ke bawah makin elektropositif : C dan Si tidak membentuk kation kecuali dalam senyawa kompleks Sn dan Pb membentuk ion stabil Sn2+ dan Pb2+ Pb(IV) bersifat oksidator kuat, sebaliknya Sn(II) bersifat reduktor Senyawa tetravalen makin tidak stabil, tetapi divalen makin stabil C,Si, Ge, Sn membentuk tetravalen yang stabil, Pb divalen lebih stabil Sn dan Pb dapat membentuk senyawa kovalen (contoh:SnH4 dan Pb(C2H5)4 maupun ionik (contoh: SnCl4 dan Pb(SO4)2

Kecenderungan sifat dari atas ke bawah : Oksida : Oksida C, Si bersifat asam Oksida Ge kurang asam Oksida Sn(IV) bersifat amfoter Oksida (IV) bersifat amfoter tetapi lebih basa Seperti Si, Sn dan Pb membentuk kovalensi sampai 6. Sn (IV) dan Pb (IV) dapat membentuk kovalensi 6 dengan mudah, misal kompleks hidroksidanya, sedang Sn (II) dan Pb (II) lebih sulit, tetapi beberapa diketahui, contoh: PbCl3- dan SnCl3-

Kecenderungan sifat dari atas ke bawah : Reaktifitas terhadap asam: C teroksidasi oleh asam nitratpanas dan as sulfat p men jadi CO2 Si tidak bereaksoi dengan asam kecuali HF Ge larut dalam asam sulfat p dan asam nitrat p Sn bereaksi dengan asam klorida p dengan membentuk Sn(II) yang larut dan dengan as nitrat p membentuk sebagian besar Sn(IV) oksida yang mengendap dan sejumlah kecil Sn(II) nitrat yang larut Pb tidak bereaksi dengan HCl, tetapi reaktif terhadap asam sulfat p panas dan asam nitrat membentuk garam Sn(II) dan Pb(II) yang larut Reaktiitas terhadap basa: C tidak reaktif Si, Ge, Sn, Pb larut dalam reaksi Reaktifitas terhadap udara panas: C membentuk CO2 dan CO Si, Ge, Sn membentuk MO2 Pb membentuk PbO dan Pb3O4

Kecenderungan sifat dari atas ke bawah : Reaktifitas terhadap halogen: C, Si tidak reaktif kecuali dengan Fluorin Ge, Sn, Pb reaktif. Sn dan Pb cepat bereaksi Reaktifitas terhadap air: C s/d Sn tidak reaktif Pb bereaksi dengan air lunak membentuk Pb(OH)2. dengan air sadah, karbonat dan sulfat bereaksi dengan hidroksida tersebut membentuk lapisan yang mencegah reaksi Pb dan air lebih lanjut.

SEKIAN TERIMA KASIH   