UNSUR-UNSUR GOLONGAN IV

A.   Karbon

           Karbon adalah elemen unik diantara unsur-unsur  dalam jumlah dan variasi senyawa yang bisa dibentuk.  Semua organisme hidup dibangun dari senyawa karbon, oleh karena itu  karbon merupakan  unsur yang paling penting untuk makhluk hidup. Kemampuannya membentuk  rantai sangat mudah dengan cara membariskan atom-atom  karbon merupakan  salah satu sifat karbon yang paling penting.

·         Sifat Fisika

KARBON
Titik Leleh oC	3,500 a,b
Titik Didih oC	3,930 a
Distribusi elektron	2,4
Energi Pengionan, eV/atm atau kJ/mol	11,3 / 1,090
Jari-jari kovalen, Å	0,77
Jari-jari ion, Å	0,15 (C4+)
Keelektronegatifan	2,5

          Karbon pada posisi paling atas mempunyai struktur kovalen raksasa. Beberapa alotrop karbin antara lain :

Grafit

Grafit berstruktur  lapisan yang terdiri atas cincin  atom karbon yang beranggotakan  6 yang mirip cincin banzen yang terkondensasi  tanpa atom hydrogen.  Jarak karbon-karbon dalam lapisannya  adalah 142 pm dan ikatannya memiliki karakter ikatan rangkap analog dengan  senyawa aromatic. Karena jarak antar lapisan adalah 335 pm dan lapis-lapis ttersebut diikat oleh  ikatan yang relative lemah yakni gaya Van der Waals, lapisan-lapisan ini dengan mudah  akan saling  menggelincir   bila dikenai gaya. Hal inilah yang menjadi  asal mula sifat lubrikasi grafit. Grafit mempunyai sifat semi logam. Grafit berwarna hitam, lunak, dan mempunyai masa jenis  2,2 g/cm, mempunyai titik leleh sangat tinggi, teraba halus dan licin hingga dapat dipakai sebagai pelumas. Energy grafit sangat kuat kira-kira 477 kJ/mol, tetapi  energy ikatnya sangat lemah yaitu 17 kJ/mol, sehingga mudah terjadi pergeseran antara lapisan atau bersifat licin.

Intan

Sel satuan intan terdiri atas 8 karbon dan setiap atom karbon berkoordinasi 4 membentuk tetrahedral. Intan adalah zat terkeras  yang dikenal dengan kekerasan 10 Mhos. Intan dengan  hantaran panas  sangat tinggi  walaupun secara listrik bersifat insulator.

Intan bersifat tidak berwarna, jernih, mempunyai indeks kekerasan sangat tinggi, sangat mudah patah menjadi berkeping-keping,  hantaran panas sangat tinggi, tidak menghantarkan listrik. Pemanfaatan intan yang utama adalah berdasarkan sifat kekerasannya, misalnya sebagai pelapis alat-alat  pemotong gelas dan baja. Sebagai batu permata, intan tergolong sangat mahal. Intan memiliki struktur tiga dimensi dari atom-aton karbon yang masing-masing tergabung secara kovalen dengan 4 atom lainnya. Gambar berikut menunjukkan bagian kecil dari strukturnya.

Feluren

Feluren merupakan nama generic untuk alotrop karbon3 dimensi, dengan molekul C₆₀ yang berbentuk bola.

·         Sifat Kimia

1.      Karbon sangat reaktif pada suhu biasa. Bila mereka bereaksi, tidak ada kecenderungan dari atom mereka untuk kehilangan elektron-elektron terluar dan membentuk kation sederhana. Ion-ion kecil ini akan memiliki rapatan muatan yang begitu tinggi, sehingga eksistensi nya tidaklah mungkin. Namun biasanya atom-atom ini bereaksi dengan elektron mereka sendiri, membentuk ikatan kovalen.

2.      Selain itu Dalam senyawa-senyawa, unsur karbon membentuk empat pasang elektron-elektron persekutuan dengan   atom-atom lain sehingga lengkaplah pembentukan-pembentukan oktet tanpa adanya pasangan-pasangan elektron bebasatau adanya orbital-orbital yang kosong. kerena itulah senyawa-senyawa karbon stabil jika dipandang dari sudut kinetik

3.      Karbon bereaksi langsung dengan Fluor, dengan reaksi

   C   +   2F₂ → CF₄

4.      Bila dipanaskan dengan udara, unsur-unsur itu bereaksi dengan oksigen dalam reaksi pembakaran yang sangat eksotermik untuk membentuk oksida CO₂ yang bersifat asam, dengan reaksi

 CO₂ + H₂O → H₂CO₃ (asam karbonat)

5.      Kecenderungan membentuk moleku-molekul yang besar. Diman atom karbon cenderung membentuk ikatan  atau rantai atom yang tidak terbatas ragamnya, dan juga membentuk ikatan kovalen tunggal, rangkap dua, maupun rangkap tiga.

B.   Silikon

     Silikon (Latin: silicium) merupakan unsur kimia yang mempunyai simbol Si dan nomor atom 14. Ia merupakan unsur kedua paling berlimpah setelah oksigen di dalam kerak Bumi, mencapai hampir 25.7% . Unsur kimia ini ditemukan oleh Jons Jakob Berzelius. Terdapat dialam dalam bentuk tanah liat, granit, kuartza dan pasir,kebanyakan dalam bentuk silikon dioksida (dikenal sebagai silika) dan dalam bentuk silikat.

·         Sifat Fisika

SILIKON
Titik Leleh oC	1,412
Titik Didih oC	2,680
Distribusi elektron	2,8,4
Energi Pengionan, eV/atm atau kJ/mol	8,2 / 790
Jari-jari kovalen, Å	1,18
Jari-jari ion, Å	0,41 (Si4+)
Keelektronegatifan	1,8

     Silikon adalah polimer nonorganik yang bervariasi, dari cairan, gel, karet, hingga sejenis plastik keras. Beberapa karakteristik khusus silikon: tak berbau, tak berwarna, kedap air, serta tak rusak akibat bahan kimia dan proses oksidasi, tahan dalam suhu tinggi, serta tidak dapat menghantarkan listrik.

     Meskipun relative tidak aktif pada suhu  sedang, silicon tidak ditemukan bebas  dalam alam, melaikan hanya muncul dalam senyawaan silika dan silikat.

Silikon murni berwujud padat seperti logam dengan titik lebur 1410⁰C. silikon dikulit bumi terdapat dalam berbagai bentuk silikat, yaitu senyawa silikon dengan oksigen. Unsur ini dapat dibuat dari silikon dioksida (SiO₂) yang terdapat dalam pasir, melalui reaksi:

SiO_2(s) + 2C_(s) → Si_(s) + 2CO_(g)

     Silikon murni berstruktur seperti Intan ( tetrahedral) sehingga sangat keras dan tidak menghantarkan listrik, jika dicampur dengan sedikit unsur lain, seperti alumunium (Al) atau boron (B). silikon bersifat semikonduktor (sedikit menghantarkan listrik), yang diperlukan dalam berbagai peralatan, elektronik, seperti kalkulator dan Komputer. Itulah sebabnya silikon merupakan zat yang sangat penting dalam dunia modern. Untuk itu dibutuhkan silikon yang kemurniannya sangat tinggi dan dapat dihasilkan dengan reaksi: 

SiCl_4(g) + 2H_2(g) → Si_(s) + 4HCl_(g)

     Jari-jari silikon lebih besar dari karbon, sehingga tidak dapat membentuk ikatan π (rangkap dua atau tiga) sesamanya, hanya ikatan tunggal (σ). Karena itu silikon tidak reaktif pada suhu kamar dan tidak bereaksi dengan asam, tetapi dapat bereaksi dengan basa kuat seperti NaOH.

Si_(s) + 4OH^-_(aq) → SiO_4(aq) + 2H_2(g)

Pada suhu tinggi, silikon dapat bereaksi dengan hidrogen membentuk hidrida, dan dengan halogen membentuk halide, seperti:

Si_(s) + 2H₂ → SiH₄

Si_(s) + 2Cl₂ → SiCl₄

     Batuan dan mineral yang mengandung silikon, umumnya merupakan zat padat yang mempunyai titik tinggi, keras, yang setiap keping darinya merupakan suatu kisi yang kontinu terdiri dari atom-atom yang terikat erat. Sebuah contoh dari zat padat demikian, adalah silikon dioksida, yang terdapat dialam dalam bentuk kuarsa, aqata (akik), pasir, dan seterusnya.

a. Reaksi dengan Halogen

     Silikon bereaksi dengan halogen secara umum, bahkan sampai terbakar dalam gas flour (menggunakan suatu atom halogen).

Si + 2X₂ → SiX₄

b. Asam-oksi yang umum

     Bila dipanaskan dalam udara, unsur ini bereaksi dengan oksigen dalam reaksi pembakaran yang sangat eksotermik untuk membentuk oksida SiO₂, pada hakikatnya tidak reaktif dengan air pada suhu-suhu biasa. Namun, dua asam silikat sederhana adalah asam ortosilikat, H₄SiO₄, dan asam metasilikat, H₂SiO₃. Kedua senyawa ini praktis dan larut dalam air, tetapi mereka memang bereaksi dengan basa.

Contohnya:

H₄SiO_4(s) + 4 NaOH_(aq) → Na₄SiO_4(aq) )(nartium ortosilikat)+ H₂O_(aq

     Bila kering seBagian (parsial) asam silikat disebut gel silika (suatu asam yang agak mirip dengan garam buatan, NaCl). Dalam bentuk ini ia mempunyai kapasitas menyerap yang besar terhadap uap air, belerang dioksida, asam sitrat, benzena dan zat-zat lain, ia digunakan secara luas sebagai bahan untuk menghilangkan kelembaban dalam wadah-wadah kecil yang tertutup.

Garam-garam asam oksi dari kedua asam silikat tadi meliputi;

Na₂SiO₃ natrium metasilikat

Na₄SiO₄ natrium ortosilikat

Mg₂SiO₄ magnesium ortosilikat

LiAl(SiO₃)₂ litium alumunium metasilikat

Semua silikat ini kecuali silikat dari Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺, dan NH₄⁺, praktis tidak larut dalam air.

     Semua silikat yang larut, membentuk larutan yang berasifat basa bila dilarutkan dalam air. Ion SiO₃^2-, bertindak sebagai basa dengan menghilangkan proton dari air.

SiO₃^2-_(aq) + H₂O_(aq) → HSiO^3-_(aq) + OH^-_(aq)

     Suatu sifat kimia yang penting dari silikon adalah kecenderungan yang membentuk molekul yang signifikan besar. Silikon cenderung membentuk ikatan tunggal (masing-masing membentuk 4 dan 3 ikatan tunggal). Silikon membentuk molekul-molekul dan ion-ion raksasa, atom oksigen membentuk kedudukan yang berselang-seling.

Karakteristik silikon

     Atom silikon seperti halnya atom karbon, dapat membentuk empat ikatan secara serentak silikon dalam susunan petrahedral, unsur Si mengkristal dengan struktur kubus pusat muka (fcc) seperti intan, silikon bersifat semi konduktor. Dalam siloka SiO₂, setiap atom Si terikat pada empat atom O dan tiap atom O terikat pada dua atom Si. Susunan struktur tersebut membentuk jaringan yang sangat besar, yaitu struktur kristal kovalen raksasa (seperti intan). Kuarsa mempunyai titik leleh tinggi dan bersifat insulator. Kuarsa merupakan bentuk umum untuk silika namun, sesungguhnya bentuk-bentuk silika lain banyak, sehingga umumnya disebut mineral silika. Sebagian besar silika tidak larut dalam air. Hanya silikat dari logam alkali yang dapat diperoleh sebagai senyawa yang larut dalam air. Sifat umum dari mineral silikat adalah kekomplekan anion silikatnya, namun struktur dasarnya merupakan tetrahedral sederhana dari empat atom O disekitar atom pusat Si, tetrahedral ini dapat berupa:

·         Unit terpisah

·         Bergabung menjadi rantai atau cincin dari 2,3,4 atau 6 gugus

·         Bergabung membentuk rantai tunggal yang panjang atau rantai ganda

·         Tersusun dalam lembaran

·         Terikat menjadi kerangka tiga dimensi

SiO₄^4-_(aq) + 4H⁺_(aq) → Si(OH)_4(aq)

Reaktifitas silikon dan senyawanya

     Kereaktifan silikon sama halnya dengan boron dan karbon yaitu sangat tak reaktif pada suhu biasa. Bila mereka bereaksi, tak ada kecendrungan dari atom-atom mereka untuk kehilangan elektron-elektron terluar dan membentuk kation sederhana, seperti B³⁺, C⁴⁺ dan Si⁴⁺. Ion-ion kecil ini akan mempunyai rapatan muatan begitu tinggi, sehingga eksistensinya tidaklah mungkin. Namun atom-atom ini biasanya bereaksi dengan persekutuan antara elektron merekamembentuk ikatan kovalen. Bila dipanaskan dalam udara, unsur-unsur itu bereaksi dengan oksigen dalam reaksi pembakaran yang sangat eksotermik untuk membentuk oksida B₂O₃, CO₂ dan SiO₂,Ketiga oksida ini bersifat asam.

     SiO₂ pada hakikatnya tidak reaktif dengan air pada suhu-suhu biasa. Namun dua asam silikat sederhana adalah asam ortosilikat, H₄SiO₄ dan asam metasilikat, H₂SiO^3- Kedua senyawa ini praktis tak larut dalam air, tetapi mereka bereaksi dengan basa, contohnya

H₄SiO_4(s) + 4NaOH_(aq) → Na₄SiO_4(aq) + 4H₂O_(aq)

     Bila kering sebagian (parsial), asam silikat disebut gel silika (suatu bahan yang agak mirip dengan garam batuan, NaCl). Dalam bentuk ini, ia mempunyai kapasitas menyerap yang besar terhadap uap air, belerang dioksida, asam nitrat, benzena dan zat-zat lain. Ia digunakan secara luas sebagai bahan untuk menghilangkan kelembaban dalam wadah-wadah kecil.

 Kegunaan silikon dan senyawa silicon

Penggunaan penting dari silikon adalah dalam pembuatan transistor, chips, komputer dan sel surya. Untuk tujuan itu diperlukan silikon ultra murni. Silikon juga digunakan dalam berbagai jenis alise dengan besi (baja). Sedangkan senyawa silikon digunakan dalam industri. Silica 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 detergent.

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 kebumi. Silica gel, suatu zat padat amorf yang sangat berfori, dibuat dengan melepas sebagian air dari asam silikat (H₂SiO₃) atau (SiO₂H₂O). silica gel bersifat higroskopis (mengikat air) sehingga digunakan sebagai pengering dalam berbagai macam produk.

Bahan-bahan yang mengandung silikon yang dikenal baik

Keramik, Semen, Kaca, Silikon, Zeolit

Penyalahgunaan Silikon

     Di masyarakat, kata silikon bukan lagi hal yang tabu terutama di bidang kecantikan. Penggunaan silikon khususnya yang cair sudah di larang oleh pemerintah sejak tahun 1970. Namun hingga kini masih saja terjadi penyalahgunaan penyuntikan untuk tujuan mempercantik bagian tubuh tertentu para wanita. Hal ini di lakukan karena kurangnya pengetahuan terhadap silikon itu sendiri. Penyuntikan silikon cair tidak mengakibatkan kematian, tetapi dapat mengakibatkan kerusakan jaringan yang bersifat permanen. Kerusakan tersebut terjadi karena silikon cair yang disuntikkan langsung ke dalam tubuh seperti sifat cairan umumnya akan mencari tempat yang rendah. Sebagian silikon mungkin berkumpul di tempat- tempat tertentu sehingga membentuk benjolan.

     Silikon bentuk cair dalam dunia medis, menurut dr. Donny V. Istiantoro dari Jakarta Eye Center, digunakan dalam operasi retina. Retina dapat lepas dari posisinya karena berbagai faktor, sehingga perlu dibantu perlekatannya dengan silikon cair

C.   Germanium

     Mendeleev memprediksikan keberadaan unsur ini pada tahun 1871 dengan nama ekasilikon yang kemudian ditemukan oleh Winkler pada tahun 1886. Logam Germanium 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 dapat dipisahkan dari logam-logam lainnya dengan cara distilasi fraksi tetrakloridanya yang sangat reaktif. Tehnik ini dapat memproduksi germanium dengan kemurnian yang tinggi.

·         Sifat -sifat

     Unsur ini logam yang putih keabu-abuan. Dalam bentuknya yang murni, germanium berbentuk kristal dan rapuh. Germanium merupakan bahan semikonduktor yang penting. Tehnik pengilangan-zona (zone-refining techniques) memproduksi germanium kristal untuk semikonduktor dengan kemurnian yang sangat tinggi.

·         Kegunaan
     Ketika germanium didoping dengan arsenik, galium atau unsur-unsur lainnya, ia digunakan sebagai transistor dalam banyak barang elektronik. Kegunaan umum germanium adalah sebagai bahan semikonduktor. Kegunaan lain unsur ini adalah 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 mera dan barang-baran optik 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 berkembang menjadi bidang yang penting. Beberapa senyawa germanium memiliki tingkat keracunan yang rendah untuk mamalia, tetapi memiliki keaktifan terhadap beberap jenis bakteria, sehingga membuat unsur ini sangat berguna sebagai agen kemoterapi.

D.   Timah

·         Sifat- sifat

     Timah biasa terbentuk oleh 9 isotop yang stabil. Ada 18 isotop lainnya yang diketahui. Timah merupakan logam perak keputih-putihan, mudah dibentuk, ductile dan memilki struktur kristal yang tinggi. Jika struktur ini dipatahkan, terdengar suara yang sering disebut “tin cry” (tangisan timah) ketika sebatang unsur ini dibengkokkan.

·         Bentuk

     Unsur ini memiliki 2 bentuk alotropik pada tekanan normal. Jika dipanaskan, timah abu-abu (timah alfa) dengan struktur kubus berubah pada 13.2 derajat Celcius menjadi timah putih (timah beta) yang memiliki struktur tetragonal. Ketika timah didinginkan sampai suhu 13,2 derajat Celcius, ia pelan-pelan berubah dari putih menjadi abu-abu. Perubahan ini disebabkan oleh ketidakmurnian (impurities) seperti aluminium dan seng, dan dapat dicegah dengan menambahkan antimoni atau bismut. Perubahan dari bentuk alfa ke bentuk beta dinamakan “tin pest”. Timah abu-abu memiliki sedikit kegunaan. Timah dapat dipoles sangat licin dan digunakan untuk menyelimuti logam lain untuk mencegah korosi dan aksi kimia. Lapisan tipis timah pada baja digunakan untuk membuat makanan tahan lama.

     Campuran logam timah sangat penting. Solder lunak, perunggu, logam babbit, logam bel, logam putih, campuran logam bentukan dan perunggu fosfor adalah beberapa campuran logam yang mengandung timah.

     Timah dapat menahan air laut yang telah didistilasi dan air keran, tetapi mudah terserang oleh asam yang kuat, alkali dan garam asam. Oksigen dalam suatu solusi dapat mempercepat aksi serangan kimia-kimia tersebut. Jika dipanaskan dalam udara, timah membentuk Sn2, sedikit asam, dan membentuk stannate salts dengan oksida. Garam yang paling penting adalah klorida, yang digunakan sebagai agen reduksi. Garam timah yang disemprotkan pada gelas digunakan untuk membuat lapisan konduktor listrik. Aplikasi ini telah dipakai untuk kaca mobil yang tahan beku. Kebanyakan kaca jendela sekarang ini dibuat dengan mengapungkan gelas cair di dalam timah cair untuk membentuk permukaan datar (proses Pilkington).

     Baru-baru ini, campuran logam kristal timah-niobium menjadi superkonduktor pada suhu sangat rendah, menjadikannya sebagai bahan konstruksi magnet superkonduktif yang menjanjikan. Magnet tersebut, yang terbuat oleh kawat timah-niobium memiliki berat hanya beberapa kilogram tetapi dengan baterai yang kecil dapat memproduksi medan magnet hampir sama dengan kekuatan 100 ton elektromagnet yang dijalankan dengan sumber listrik yang besar.

·         Penanganan
Jumlah timah yang sedikit dalam makanan tidak berbahaya. Limit dalam makanan di Amerika Serikat adalah 300 mg/kg. Senyawa timah triakil dan triaril digunakan sebagai racun biologi (biocides) dan perlu ditangani secara hati-hati

E.   Timbal

         Unsur ini telah lama diketahui dan disebutkan di kitab Exodus. Para alkemi mempercayai bahwa timbal merupakan unsur tertua dan diasosiasikan dengan planet Saturn. Timbal alami, walau ada jarang ditemukan di bumi.
Timbal didapatkan dari galena (PbS) dengan proses pemanggangan. Anglesite, cerussite, dan minim adalah mineral-mineral timbal yang lazim ditemukan.

·        Sifat-sifat
     Timbal merupakan logam putih kebiru-biruan dengan pancaran yang terang. Ia sangat lunak, mudah dibentuk, ductile, dan bukan konduktor listrik yang baik. Ia memiliki resistasi tinggi terhadap korosi. Pipa-pipa timbal dari jaman Romawi masih digunakan sampai sekarang. Unsur ini juga digunakan dalam kontainer yang mengandung cairan korosif seperti asam sulfur dan dapat dibuat lebih kuat dengan cara mencampurnya dengan antimoni atau logam lainnya.

·        Bentuk
     Timbal alami adalah campuran 4 isotop: ²⁰⁴Pb (1.48%), ²⁰⁶Pb (23.6%), ²⁰⁷Pb (22.6%) dan ²⁰⁸Pb (52.3%). Isotop-isotop timbal merupakan produk akhir dari tiga seri unsur radioaktif alami: ²⁰⁶Pb untuk seri uranium, ²⁰⁷Pb untuk seri aktinium, dan ²⁰⁸Pb untuk seri torium. Dua puluh tujuh isotop timbal lainnya merupakan radioaktif.

     Campuran logam timbal termasuk solder dan berbagai logam antifriksi. Jumlah timbal yang banyak digunakan sebagai logam dan dioksida dalam baterai. Logam ini juga digunakan sebagai selimut kabel, pipa, amunisi dan pembuatan timbal tetraetil. Ekstraksi :

·         Bijih dicuci dan dipekatkan dengan cara magnetic

·         Dipanggang untuk menghilangkan arsen dan belerang

·         Reduksi dengan antrasit atau kokas

SnO_{2­ (s)} + 2 C _(s)  → Sn _(l) ­+ 2 CO _(g)

Penggunaan :

·         Membuat kaleng (tin plate)

·         Aliasi logam :

ü  Perunggu (5- 15 % Sn dengan Cu)

ü  Solder (40% dengan Pb)

ü  Pester (92% Sn, 6% Sb, 2 % Cu)

·         Kegunaan
     Logam ini sangat efektif sebagai penyerap suara. Ia digunakan sebagai tameng radiasi di sekeliling peralatan sinar-x dan reaktor nuklir. Juga digunakan sebagai penyerap getaran. Senyawa-senyawa timbal seperti timbal putih, karbonat, timbal putih yang tersublimasi, chrome yellow (krom kuning) digunakan secara ekstensif dalam cat. Tetapi beberapa tahun terakhir, penggunaan timbal dalam cat telah diperketat untuk mencegah bahaya bagi manusia.

·         Penanganan
     Timbal yang tertimbun dalam tubuh dapat menjadi racun. Program nasional di AS telah melarang penggunaan timbal dalam campuran bensin karena berbahaya bagi lingkungan.