Karbon Pembuatan dan Kegunaan Unsur Nonlogam dan Senyawanya

158 M Mari Belajar Kimia SMA-MA Kelas XII IPA JILID 3 Š Mengalirkan uap air melalui besi panas 3Fes + 4H 2 Og o Fe 3 O 4 s + 4H 2 g Š Pada kilang minyak bumi, hidrogen merupakan hasil samping dari cracking hidrokarbon. Gas hidrokarbon dialirkan melalui katalis panas dan terurai menjadi hidrogen dan hidrokarbon lain. Hidrokarbon yang ringan seperti metana, dipanaskan dengan uap air, kemudian dialirkan melalui katalis nikel krom pada suhu 750 o C dan tekanan 10 atm. CH 4 g + H 2 Og Ni-Cr 750 °C, 10 atm o COg + 3H 2 g Š Hidrogen yang sangat murni 99,9 , diperoleh dari elektrolisis air. 2H 2 O elektrolisis o 2H 2 g + O 2 g H = +565 kJ b. Kegunaan hidrogen 1 Hidrogen sebagai bahan bakar Hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar, karena dapat terbakar dalam oksigen membentuk air dan menghasilkan energi. Bersama oksigen dapat digunakan dalam sel bahan bakar menghasilkan energi listrik. Pembakaran hidrogen dapat menghasilkan kalor sebanyak 286 kJ mol –1 hidrogen. 2 Untuk sintesis amoniak proses Haber N 2 g + 3H 2 g o 2NH 3 g 3 Untuk pembuatan margarin Minyak yang merupakan ester tidak jenuh diubah menjadi senyawa yang jenuh menggunakan katalis nikel Ramey. 4 Hidrogen adalah gas yang paling ringan, sehingga sering digunakan untuk balon meteorologi. 5 Hidrogen digunakan sebagai cairan kriogenik, yaitu untuk menghasilkan suhu rendah.

2. Karbon

Karbon merupakan salah satu unsur yang memegang peranan penting dalam kehidupan. Karbon dikenal dalam berbagai bentuk, seperti intan, grafit, dan arang. Kelimpahan karbon sebagai unsur tersebut sangat kecil kurang 10 , sedangkan sekitar 50 karbon terdapat sebagai karbonat CaCO 3 dan sisanya sebagai senyawa organik, seperti karbon dioksida dan hidrokarbon. Berikut beberapa unsur maupun senyawaan karbon dan kegunaannya. Di unduh dari : Bukupaket.com 159 BBab 4 Kimia Unsur a. Intan Intan adalah zat padat yang bening berkilauan, mudah patah menjadi berkeping-keping, dan memiliki kekerasan yang paling tinggi diantara logam lainnya. Dalam intan, tiap atom karbon dihubungkan secara tetrahedral terhadap 4 atom lain dengan panjang ikatan C – C |1,54 Å dan membentuk jaringan kovalen berkelanjutan. Bentuk jaringan yang demikian tidak memung- kinkan atom karbon bergerak secara individual dengan bebas, sehingga panas yang diterimanya akan diteruskan ke seluruh jaringan, akibatnya intan bersifat konduktor panas yang sangat baik kira-kira lima kali lebih baik dari tembaga. Untuk memutuskan ikatan kovalen dalam jaringan seperti itu dibutuhkan energi panas yang sangat tinggi, sehingga intan mempunyai titik leleh | 4100 o C. Pemanfaatan intan berdasarkan pada sifat kekerasannya adalah sebagai pelapis alat-alat pemotong gelas dan baja. Karena sifat mengkilap dan refleksinya, intan dimanfaatkan untuk batu permata yang mahal harganya. Batu permata buatan yang mirip, misalnya zirkonia kubus dan yttrium aluminium garnet. Dewasa ini sedang dikembangkan pembuatan film-intan untuk melapisi microprocessor chips, agar komputer tahan panas sebagai akibat tahanan listrik dalam sirkuit listrik komputer. Intan buatan dibuat dari grafit melalui pemanasan pada suhu sekitar 3300 o C dan tekanan sekitar 125000 atm. b. Grafit Berbeda dengan struktur intan, dalam grafit tiap atom karbon dihubungkan secara bidang trigonal terhadap tiga atom karbon lain dan membentuk lingkar enam dengan panjang ikatan C – C | 1,42 Å. Grafit berwarna hitam, lunak, dan mempunyai massa jenis lebih rendah dari intan 2,2 g cm –1 . Grafit mempunyai titik leleh sangat tinggi, permukaannya halus-licin. Karena permukaannya yang halus-licin grafit dimanfaatkan sebagai berikut. Š Sebagai pelumas. Š Campuran grafit dan lempung digunakan untuk membuat pensil dan bahan kosmetik. Š Anode dalam batu baterai dan dalam berbagai proses elektrolisis. Š Komponen dalam pembuatan komposit. Gambar 4.27 Intan sintesis yang dibuat dari bahan dasar grafit. Sumber: General Chemistry, Principles and Modern Applications, Petrucci R. H, Harwood W. S, dan Herring G. F Di unduh dari : Bukupaket.com 160 M Mari Belajar Kimia SMA-MA Kelas XII IPA JILID 3 c. Arang aktif Pemanasan kayu tanpa udara akan menghasilkan arang. Arang karbon yang diaktifkan melalui pemanasan dengan uap untuk membersihkan permukaannya disebut arang aktif. Arang aktif merupakan bahan penyerap yang sangat baik dan mempunyai luas permukaan tinggi 600-2000 m 2 g. Karena sifat adsorpsinya yang sangat baik, arang aktif digunakan sebagai berikut. Š Mengusir uap yang berbahaya dalam udara. Š Menyerap warna dan rasa yang tidak baik dari suatu cairan atau larutan tertentu. Š Mengalirkan air pada pabrik pemurnian air minum, buah- buahan juice, madu, dan vodka. Š Sebagai obat sakit perut atau keracunan makanan norit. d. Karbon hitam Pada umumnya, karbon hitam dibuat dengan cara dekomposisi termal senyawa hidrokarbon pada pembakaran terbuka, hasilnya berupa karbon serbuk halus dan sangat murni. Karbon hitam banyak digunakan sebagai berikut. Š Pigmen tinta, cat, kertas, dan plastik. Š Penguatan dan pewarnaan karet khususnya ban kendaraan bermotor. Š Membuat ebonit. e. Karbon monoksida CO Gas CO tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa namun sangat beracun. Karbon monoksida di udara berasal dari pembakaran tak sempurna dalam mesin kendaraan bermotor dan industri. Gas ini dapat berikatan dengan hemoglobin dalam darah, sehingga menghalangi fungsi utama darah sebagai pengangkut darah. Meskipun karbon monoksida lebih dikenal sebagai senyawa yang berbahaya, tetapi masih ada manfaat yang dapat diambil darinya, yaitu Š bahan baku pembuat metanol, Š reduktor pada pengolahan berbagai jenis logam, Š komponen dari berbagai jenis bahan bakar, seperti terlihat pada Tabel 4.18. Buat kelompok yang terdiri atas 4 orang. Rancang cara pemurnian air dengan arang aktif. Buktikan apa rancangan kalian sudah benar. Kegiatan Mandiri Kegiatan Mandiri Di unduh dari : Bukupaket.com 161 BBab 4 Kimia Unsur Tabel 4.18 Gas bahan bakar. f. Karbon dioksida CO 2 Karbon dioksida terbentuk dari hasil pembakaran bahan bakar seperti arang, minyak bumi, dan kayu. Karbon dioksida juga dikeluarkan oleh manusia dan hewan dari hasil oksidasi makanan dalam tubuh. Karbon dioksida terdapat di udara sekitar 0,03 ; molaritasnya bisa naik menjadi 1 jika suatu ruang penuh sesak orang. Karbon dioksida tidak beracun, tetapi jika kadarnya terlalu tinggi 10-20 dapat mengurangi kadar oksigen dalam darah, sehingga orang menjadi pingsan. Karbon dioksida merupakan komponen utama siklus karbon di alam. Jumlah CO 2 yang sangat besar dihasilkan oleh aktivitas manusia akan menggeser kesetimbangan proses alamiah. Peningkatan CO 2 akan mengakibatkan “efek rumah kaca” green house effect, sehingga akan terjadi peningkatan suhu yang mengakibatkan es di kutub akan mencair dan menaikkan permukaan samudra, dan membanjiri kota-kota pantai di seluruh dunia. Karbon dioksida dalam jumlah besar diperoleh dari pembakaran residu penyulingan minyak bumi, hasil samping produksi urea, dan proses pembuatan alkohol dengan sistem peragian. Manfaat karbon dioksida dalam kehidupan kita sebagai berikut. Š Sebagai pengisi alat semprot pemadam kebakaran karena CO 2 lebih berat dari udara sehingga dapat mengusir udara pada sekitar daerah yang disemprot. Nama Komposisi Sumber Gas air CO H 2 CO 2 N 2 40-50 45-50 3-7 4-5 Reaksi uap air dengan arang panas. Cs + H 2 Ol o COg + H 2 g Gas CO H 2 N 2 20-35 5-10 55-65 Arang dibakar dalam udara uap air, pada kondisi yang menghasilkan karbon monoksida dan hidrogen. Gas arang H 2 CH 4 CO 45-54 28-34 6-7 Produk sampingan dalam pembuatan kokas dengan penyulingan kering. Gas alam CH 4 C 2 H 6 50-92 2-14 Sumur gas dan minyak. Sumber: Kimia Unsur dan radiokimia, Hiskia Achmad Di unduh dari : Bukupaket.com 162 M Mari Belajar Kimia SMA-MA Kelas XII IPA JILID 3 Š Karbon dioksida padat disebut es kering dry ice yang digunakan sebagai pendingin. Š Digunakan pada berbagai macam minuman ringan soft drink berkarbonasi. Minuman bersoda mengandung CO 2 yang memberi rasa menyegarkan. Kerjakan di buku latihan kalian. 1. Bagaimana hidrogen murni dapat diperoleh? 2. Jelaskan manfaat dari hidrogen. 3. Jelaskan perbedaan intan dengan grafit. 4. Apa kegunaan arang aktif? 5. Apa yang kalian ketahui tentang gas karbon monoksida?

3. Nitrogen