GOLONGAN BORON DAN GOLONGAN KARBON

1. Golongan Boron

 Golongan Boron terdiri atas unsur-unsur Boron _-5B, Aluminium _-13Al, Galium _-31Ga, Indium _-49In, dan Talium _-81Tl. Dalam golongan ini, boron merupakan unsur yang unik dan menarik yaitu satu-satunya non-logam dalam golongan III A pada tabel periodik unsur dan menunjukkan kemiripan sifat dengan unsur-unsur tetangga, carbon (C) dan silikon (Si). Kemiripan sifat ini adalah dalam hal pembentukan senyawa kovalen dan senyawa rantai, namun berbeda dalam hal pembentukan senyawa kekurangan electrón. Boron tidak pernah dijumpai sebagai senyawa kationik serena tinginya entalpi ionisasi, tetapi membentuk senyawa kovalen dengan pembentukan orbital hidrida sp² untuk menghasilkan struktur segitiga sama sisi.

Boron merupakan unsur yang jarang terdapat dalam kerqak bumi tetapi banyak dijumpai sebagai deposit dalam senyawa garamnya, borat yaitu boraks-atau sodium tetraborat- Na₂B₄O₇. 10 H₂O, kernit- Na₂B₄O₇. 4 H₂O dan kolemanit- Ca₂B₆O₁₁. 5 H₂O. Bijih yang utama adalah borat, Borax- NA₂B₄O₇ . 10 H₂O terdapat dalam kandungan besar di gurun pasir Mojave, California dan merupakan sumber utama Boron.

1. Kegunaan Boron

• Boron merupakan componen utama dalam pembangkit tenaga nuklir karena kemampuannya berfungsi sebagai penyerap (absorber) netron ; tongkat pengaduk yang berisi boron diturunkan ke dalam ruang reaktor untuk menjaga reaksi nuklir berlangsung pada kecepatan sedang yang diinginkan.
• Sebagai bahan pengisi kayu, pemadam api, dan sebagai fluks dalam proses pemarian (solder).

2. Beberapa Senyawa-senyawa Boron

1. Asam Borat H₃BO₃

Asam orto-borat atau sering diringkas sebagai asam borat dapat diperoleh menurut persamaan reaksi : BX_{3 (s)} + 3 H₂O _(l) → H₃BO_{3 (s)} + 3 HX _(aq). Asam borat merupakan padatan putih yang sebagian larut dalam air.

2. Asam tetrafluoroborat, HBF₄

Larutan asam tetrafluoroborat diperoleh dengan melarutkan asam borat ke dalam larutan asam hidrofluorida menurut persamaan reaksi : H₃BO_{3 (aq)} + 4 HF _(aq) → H₃O⁺ _(aq) + BF₄^- _(aq) + 2 H₂O _(l). Asam tetrafluorobarat merupakan asam kuat dan oleh karenanya tidak dapat diperoleh sebagai HBF₄. Dalam perdagangan biasanya dijumpai sebagai larutan asam tetrafluoroborat dengan kadar sekitar 40%.

3. Boron trihalida

Boron mempunyai tiga elektron valensi, oleh karena itu setiap senyawa kovalen sederhana yang terjadi tersusun oleh tiga pasang elektron ikatan di seputar atom pusat boron sehingga dapat dikatakan sebagai senyawa ”kekurangan elektron” relatif terhadap kaidah oktet (empat pasang).

3. Beberapa Perbedaan Aluminium dengan Boron :

1.     Keelektronegatifan Aluminium lebih besar daripada boron, sehingga Boron tidak bisa membentuk Kation B³⁺, sedangkan Aluminium bisa dan ada Al³⁺.

2.    Boron lebih bersifat ½ logam, sedangkan aluminium lenih bersifat logam. Akibatnya boron bersifat senyawa kovalen sedangkan aluminium lebih membentuk benyak senyawa ionik.

3.    Boron memenuhi hukum oktet, maksimal kovalen 4. Sedangkan Aluminium molekuler dan ionik dengan bilangan koordonasi 6 keatas.

4.    Boron bersifat semi kondoktor, sedangkan Aluminium bersifat konduktor.

5.    Boron dapat membentuk senyawa polyhedral, contohnya Boran & Borat. Sementara Aluminiu sangat terbatas.

6.    Boron hanya bisa membentuk 1 jenis oksida yaitu B₂O₃ (bersifat asam), sementara Aluminium dapat membentuk 2 jenis yaitu α-Al₂O₃ dan γ-Al₂O₃ (hanya satu yang bersifat asam.

7.    Boron membentuk 1 jenis hidroksida yaitu B(OH)₃ yang bersifat asam, sedangkan Aluminium juga membentuk 1 jenis hidroksida yaitu Al(OH)₃ yang bisa bersifat asam maupun basa namun umumnya bersifat basa.

8.    Halida dari Boron adalah kovalen, contohnya BF₃ , BCl₃ . Tetapi mudah terhidrolisis dalam air seperti :

BCl₃ + H₂O → B(OH)₃ + Cl^- _(aq) + H⁺ _(aq)

Yang justru sangat bersifat asam. Sedangkan Halida dari aluminium terhidrolisa sebagian/parsial.

2. GOLONGAN KARBON

Golongan karbon dikenal juga dengan sebutan golongan IV. Golongan IV – karbon (C), silikon (Si), germanium (Ge), timah (Sn), dan timbal (Pb). Disini menjelaskan bagaimana kecenderungan yang ada dapat ditunjukkan dari struktur dan sifat-sifat fisik unsur, namun tidak seluruhnya dapat menjelaskan kecenderungen tersebut.

1. Struktur dan sifat-sifat fisik

1. Struktur unsur

Kecenderungan dari non-logam ke logam jika anda turun dalam satu golongan jelas terlihat pada struktur unsur-unsur itu sendiri. Karbon pada posisi paling atas mempunyai struktur kovalen raksasa dengan dua allotropi yang sangat dikenal – intan dan grafit.

Intan memiliki struktur tiga dimensi dari atom-aton karbon yang masing-masing tergabung secara kovalen dengan 4 atom lainnya. Struktur yang sama seperti intan ditemukan pada silikon, germanium, dan pada salah satu allotropi timah – “timah abu-abu” atau “alfa-timah”.

Allotropi yang umum untuk timah (“timah putih” atau “beta-timah”) merupakan logam dan atom-atomnya terikat oleh ikatan logam. Strukturnya berupa terjejal yang terdistorsi. Pada struktur terjejal, masing-masing atom dikelilingi oleh 12 atom tetangga terdekat. Selanjutnya anda dapatkan timbal, atom-atomnya tersusun dalam struktur logam berkoordinasi 12. Hal itu merupakan kecenderungan yang jelas dari ikatan kovalen yang umum ditemukan pada non-logam dan ikatan logam pada logam, dengan perubahan yang jelas, terdapat dua struktur yang sangat berbeda pada timah.

2. Sifat-sifat fisik unsur

Ø  Titik leleh dan titik didih

Jika di teliti kecenderungan titik leleh dan titik didih pada golongan 4 dari atas ke bawah, sangat sulit membuat alasan yang masuk akal tentang pengaruh perubahan dari ikatan kovalen ke ikatan logam. Kecenderungan menggambarkan ikatan kovalen atau ikatan logam makin lemah dengan makin besarnya atom dan makin panjang ikatan.

Titik leleh timah yang lebih rendah dibandingkan dengan timbal dikarenakan timah membentuk struktur koordinasi 12 yang terdistorsi, bukan murni. Nilai titik leleh dan titik didih timah pada tabel merupakan nilai untuk logam timah putih.

Ø  Kerapuhan

Terdapat perbedaan yang jelas antara non-logam dan logam jika anda melihat kerapuhan unsurnya. Karbon sebagai intan, tentu, sangat keras – menggambarkan kekuatan ikatan kovalen. Namun demikian, jika anda memukulnya dengan palu, intan akan pecah. Anda memerlukan energi yang cukup untuk memecah keberadaan ikatan karbon-karbon. Silikon, germanium, dan timah abu-abu (semuanya memiliki struktur yang sama dengan intan) juga berupa padatan yang rapuh. Timah putih dan timbal mempunyai struktur logam. Atom-atom dapat diputar satu sama lain tanpa menimbulkan kerusakan permanen pada ikatan logam – disebabkan oleh sifat-sifat logam yang umum seperti dapat ditempa dan dapat diubah bentuknya. Timbal merupakan logam yang lunak.

Ø  Konduktivitas listrik

Karbon sebagai intan tidak menghantarkan listrik. Pada intan elektron terikat erat dan tidak bebas bergerak. Tidak seperti intan (yang tidak menghantarkan listrik), silikon, germanium, dan timah abu-abu merupakan semikonduktor. Timah putih dan timbal merupakan logam yang dapat menghantarkan listrik. Hal itu merupakan kecenderungan sifat konduktivitas karbon sebagai intan yang berupa non-logam, dan timah putih dan timbal yang merupakan logam.Hal itu merupakan kecenderungan sifat konduktivitas karbon sebagai intan yang berupa non-logam, dan timah putih dan timbal yang merupakan logam.

2. Kecenderungan yang terjadi

Karakteristik utama logam adalah membentuk ion positif. Yang perlu dilakukan adalah mengamati faktor yang dapat meningkatkan kemungkinan terbentuknya ion positif pada golongan 4 dari atas ke bawah.

Ø  Elektronegativitas

Elektronegativitas merupakan ukuran kecenderungan suatu atom untuk menarik elektron. Biasanya diukur dengan skala Pauling, dimana unsur yang paling elektronegatif (fluor) elektronegativitasnya 4. Suatu atom yang elektronegativitasnya rendah, kurang kuat menarik elektron. Artinya bahwa atom ini akan cenderung kehilangan pasangan elektron bila berikatan dengan atom lain. Atom yang kita amati. cenderung membawa muatan positif parsial atau membentuk ion positif..

Ø  Energi ionisasi

Cara tepat untuk pembentukan ion positif adalah memulai bagaimana energi ionisasi berubah dari atas ke bawah pada golongan 4. Energi ionisasi didefinisikan sebagai energi yang diperlukan untuk melepas satu elektron terluar, dinyatakan dalam kJ mol^-1.

3. Unsur-unsur Golongan Karbon

1.Silikon (Si)

a. sifat-sifat umum

Dalam bentuk hablurnya, silikon berwarna kelabu gelap dengan kilauan logam. Walaupun ia secara bandingannya agak lengai, silikon masih dapat bertindak balas dengan halogen dan alkali cair, tetapi kebanyakan asid (kecuali gabungan asid nitrik dan asid hidrofluorik) tidak mempengaruhinya. Silikon keunsuran menghantar hampir 95% panjang gelombang cahaya inframerah. Silikon tulen mempunyai pekali suhu rintangan yang negatif, kerana bilangan cas bebas meningkat dengan suhu. Rintangan elektrik sebuah hablur silikon berubah dengan ketara sekali atas pengenaan tegasan mekanikal oleh sebab kesan rintangan piezo.

b.cara mendapatkannya

Silikon disediakan secara komersil melalui tindak balas antara silika ketulenan tinggi dengan kayu, arang, dan batu arang, dalam relau arka elektrik menggunakan elektrod karbon. Pada suhu menjangkau 1900 °C, karbon menurunkan silika kepada silikon melalui persamaan kimia berikut

SiO₂ + C → Si + CO₂

Cecair silikon terkumpul di dasar relau, disalur keluar dan disejukkan. Silikon yang dihasilkan melalui proses ini adalah dipanggil silikon gred pelogaman dan adalah sekurang-kurangnya 99% tulen. Menggunakan kaedah ini, silikon karbida, SiC, boleh terhasil. Akan tetapi, jikalau jumlah SiO₂ dikekalkan tinggi, silikon karbida mungkin akan disingkirkan, seperti yang dijelaskan dalam persamaan di bawah:

2 SiC + SiO₂ → 3 Si + 2 CO

c. pemanfaatannya

Silikon dan aloi

Penggunaan terpenting bagi silikon tulen (silikon gred pelogaman/metalurgi) adalah dalam aloi aluminium-silikon, sering dipanggil "aloi ringan", untuk menghasilkan alat tuangan, kebanyakannya untuk industri automotif (ini mewakili kira-kira 55% daripada penggunaan silikon tulen sedunia). Silikon tulen juga digunakan untuk menghasilkan silikon ultra tulen bagi penggunaan elektronik dan fotovolta:

o  Semikonduktor - Silikon ultra tulen boleh didopkan degan unsur lain untuk mengubahsuai gerak balas elektrik dengan mengawal bilangan dan cas (positif atau negatif) pembawa arus. Kawalan sedemikian adalah penting dalam transistor, sel suria, pengesan semikonduktor, dan peranti semikonduktor lain yang digunakan dalam elektronik dan penggunaan teknologi tinggi yang lain.

o  Fotonik - Silikon boleh digunakan sebagai laser gelombang Raman selanjar untuk menghasilkan cahaya koheren dengan panjang gelombang 1.698 nm.

o  LCD dan sel suria - silikon amorf berhidrogen mempunyai kemungkinan cerah dalam pembuatan elektronik bidang luas dan rendah kos dalam aplikasi seperti LCD dan sel suria.

Sebatian silikon

• Pembinaan: Silikon dioksida atau silika dalam bentuk pasir dan tanah liat adalah merupakan ramuan penting dalam konkrit dan batu-bata dan juga dalam penghasilan simen Portland.
• Tembikar/Enamel - Ia adalah sejenis bahan refraktori yang digunakan dalam pembuatan bahan bersuhu tinggi dan silikatnya digunakan dalam penghasilan enamel dan tembikar.
• Kaca - Silika daripada pasir adalah merupakan juzuk utama dalam kaca. Kaca boleh dihasilkan menjadi beraneka jenis bentuk yang menarik dan pelbagai jenis sifat fizikal. Silika digunakan sebagai bahan asas dalam pembuatan kaca tingkap, bekas, penebat, dan barangan-barangan berguna yang lain.
• Pelelas - Silikon karbida adalah antara bahan las yang terpenting.
• Bahan perubatan - Silikone adalah sejenis sebatian mudah lentur yang mengandungi ikatan silikon-oksigen dan silikon-karbon; ia digunakan secara meluas dalam aplikasi seperti implan payudara buatan dan kanta lekap. Silikone juga digunakan dalam aplikasi-aplikasi lain.

2. Germanium (Ge)

a.sifat-sifat umum

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.

b.cara mendapatkannya

Sumber
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 dapat dipisahkan dari logam-logam lainnya dengan cara distilasi fraksi tetrakloridanya yang sangat reaktif. Tehnik ini dapat memproduksi germanium dengan kemurnian yang tinggi.

c. pemanfaatannya

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.

3. Timah (Sn)

a. sifat-sifat umum

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.

b. cara mendapatkannya

o   Penambangan Lepas Pantai

Perusahaan mengoperasikan armada kapal keruk untuk operasi produksi di daerah lepas pantai (off shore). Armada kapal keruk mempunyai kapasitas mangkok (bucket) mulai dari ukuran 7 cuft sampai dengan 24 cuft. Kapal keruk dapat beroperasi mulai dari kedalaman 15 meter sampai 50 meter di bawah permukaan laut dan mampu menggali lebih dari 3,5 juta meter kubik material setiap bulan. Setiap kapal keruk dioperasikan oleh karyawan yang berjumlah lebih dari 100 karyawan yang waktu bekerjanya terbagi atas 3 kelompok dalam 24 jam sepanjang tahun.

Hasil produksi bijih timah dari kapal keruk diproses di instalasi pencucian untuk mendapatkan kadar minimal 30% Sn dan diangkut dengan kapal tongkang untuk dibawa ke Pusat Pengolahan Bijih Timah (PPBT) untuk dipisahkan dari mineral ikutan lainnya selain bijih timah dan ditingkatkan kadarnya hingga mencapai persyaratan peleburan yaitu minimal 70-72% Sn.

o   Penambangan Darat

Produksi penambangan darat yang berada di wilayah Kuasa Pertambangan (KP) perusahaan dilaksanakan oleh kontraktor swasta yang merupakan mitra usaha dibawah kendali perusahaan. Hampir 80% dari total produksi perusahaan berasal dari penambangan di darat mulai dari Tambang Skala Kecil berkapasitas 20 m3/jam sampai dengan Tambang Besar berkapasitas 100 m3/jam.

Proses penambangan timah alluvial menggunakan pompa semprot (gravel pump).Setiap kontraktor atau mitra usaha melakukan kegiatan penambangan berdasarkan perencanaan yang diberikan oleh perusahaan dengan memberikan peta cadangan yang telah dilakukan pemboran untuk mengetahui kekayaan dari cadangan tersebut dan mengarahkan agar sesuai dengan pedoman atau prosedur pengelolaan lingkungan hidup dan keselamatan kerja di lapangan. Hasil produksi dari mitra usaha dibeli oleh perusahaan sesuai harga yang telah disepakati dalam Surat Perjanjian Kerja Sama.

o   Pengolahan

Untuk meningkatkan kadar bijih timah atau konsentrat yang berkadar rendah, bijih timah tersebut diproses di Pusat Pencucian Bijih Timah (Washing Plant). Melalui proses tersebut bijih timah dapat ditingkatkan kadar (grade) Sn-nya dari 20 - 30% Sn menjadi 72% Sn untuk memenuhi persyaratan peleburan. Proses peningkatan kadar bijih timah yang berasal dari penambangan di laut maupun di darat diperlukan untuk mendapatkan produk akhir berupa logam timah berkualitas dengan kadar Sn yang tinggi dengan kandungan pengotor (impurities) yang rendah.

o   Peleburan

Perusahaan mengoperasikan 10 tanur, 9 tanur berada di daerah Kundur, dan 1 tanur berada di daerah Mentok, Bangka. Proses peleburan merupakan proses melebur bijih timah menjadi logam Timah. Untuk mendapatkan logam timah dengan kualitas yang lebih tinggi, maka harus dilakukan proses pemurnian terlebih dahulu dengan menggunakan suatu alat pemurnian yang disebut crystallizer.

Produk yang dihasilkan berupa logam timah dalam bentuk balok atau batangan dengan skala berat antara 16 kg sampai dengan 26 kg per batang. Produk yang dihasilkan juga dapat dibentuk sesuai permintaan pelanggan (customize) dan mempunyai merek dagang yang terdaftar di London Metal Exchange (LME).

4. pemanfaatannya

Pemanfaatan Sisa/Limbah Pemurnian Logam Timah sebagai Bahan Solder. Sisa pemurnian logam timah mengandung unsur-unsur logam Sn, Pb,Fe,Cu,As.Sisa logam ini dicoba dimurnikan dengan cara menurunkan kadar Pb, Fe, Cu, As melalui teknik vortex dan pouling. Hasilnya adalah logam paduan Sn-Pb yang memenuhi syarat bahan baku solder.

o   Pemanfaatan Logam Timah sebagai Katalis BBM

Isu penghematan BBM mejadi perhatian nasional. Penelitian pembuatan katalis BBM dari loaduan logam padat yang mampu mengefisienkan penggunaannya dalam mesin berbahan bakar bensin dan solar.

Uji coba pada kendaraan bermotor dan genset menunjukkan efisiensi pemakaian BBM yang bervariasi sekitar 3 – 30%.

o   Pembuatan Garam Timah Sulfat

Penelitian ini menggunakan bahan baku dari sisa/limbah proses elektrolitik timah yang bertujuan untuk daur ulang limbah proses elektrometalurgi dengan memanfaatkan metode teknologi hidrometalurgi.

Produk yang dihasilkan bermanfaat untuk keperluan industri kimia, elektronika, compact disc dll.

4. Timbal (Pb)

a. sifat-sifat umum

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.

b. cara mendapatkannya

Timbal didapatkan dari galena (PbS) dengan proses pemanggangan. Anglesite, cerussite, dan minim adalah mineral-mineral timbal yang lazim ditemukan.