Karbon
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.
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 konduktor panas
yang baik.
|
Beberapa jenis grafit digunakan
sebagai insulator panas.
|
Intan berwarna transparan.
|
Grafit berwarna kelam.
|
Isotop
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
Penting sebagai pembangun bahan
organik karena sebagian besar bahan kering tanaman terdiri dari bahan organik,
diambil tanaman berupa CO2
Tidak ada komentar:
Posting Komentar