Atom karbon

Karbon (dari bahasa Latin: carbo "arang") atau zat arang adalah sebuah unsur kimia dengan lambang C dan nomor atom 6. Ia merupakan nonlogam dan tetravalen, atomnya membuat empat elektron tersedia untuk membentuk ikatan kimia kovalen. Karbon merupakan unsur paling melimpah ke-15 di kerak bumi, dan unsur paling melimpah keempat di alam semesta berdasarkan massa setelah hidrogen, helium, dan oksigen. Kelimpahan karbon, keragaman senyawa organiknya yang unik, dan kemampuannya yang tidak biasa untuk membentuk polimer pada suhu yang biasa ditemui di Bumi, memungkinkan unsur ini berfungsi sebagai unsur yang umum dari semua kehidupan yang diketahui. Ia merupakan unsur paling melimpah kedua dalam tubuh manusia berdasarkan massa (sekitar 18,5%) setelah oksigen. Dalam kimia, karbon dikenal memiliki isotop dan alotrop. Isotop mengacu pada terjadinya dua atau lebih atom dari unsur yang sama namun memiliki jumlah neutron yang berbeda. Sedangkan alotrop didefinisikan sebagai terjadinya suatu unsur dalam dua atau lebih bentuk struktural yang berbeda.

 

Alotrop Karbon

Karbon bisa muncul dalam konfigurasi molekul bervariasi. Karbon mampu membentuk banyak alotrop karena bilangan valensi yang dimiliki oleh atom karbon. Salah satu alotrop karbon yang umum dikenal adalah berlian(intan) dan grafit. Akhir-akhir ini, semakin banyak jenis alotrop karbon baru yang diteliti dan ditemukan. Salah satunya seperti buckminsterfullerene (berbentuk bola), graphene (berbentuk lembaran), nanotube, nanobuds dan nanoribbons. Terdapat jenis alotrop karbon lainnya yang terbentuk pada suhu dan tekanan sangat tinggi. Tiga alotrop karbon diketahui ditemukan berlimpah di alam yaitu grafit, berlian, dan karbon amorf.

 

Ketiga alotrop terbentuk ketika karbon mengalami kondisi yang berbeda. Misalnya, karbon menjadi grafit akibat terpapar tekanan normal, sementara berlian terbentuk akibat karbon terkena tekanan tinggi.

 

1. Intan (Berlian)

Intan adalah zat padat yang bening dan zat yang paling keras, mempunyai indeks bias tinggi, bukan konduktor listrik tetapi tahan asam dan alkali. Intan terbentuk secara alamiah. Susunan molekul intan lebih rapat dibandingkan grafit, dengan kerapatan intan 3,51 g/cm3, sedangkan grafit 2,22 g/cm3. Untuk membuat intan dari grafit diperlukan tekanan dan suhu yang tinggi, yaitu 3.000 °C dan 125 bar dengan katalis logam transisi, seperti Cr, Fe, atau Pt, yang akan menghasilkan intan 0,1 karat.

Kegunaan intan alam sebagian besar untuk perhiasan. Intan alam yang tidak cukup baik digunakan untuk pemotong kaca, gerinda, dan mata bor serta digunakan untuk membuat ampelas untuk memoles benda yang sangat keras, seperti baja tahan karat. 

 

2. Grafit

Grafit adalah zat bukan logam berwarna hitam yang mampu menghantarkan panas dengan baik, buram, licin, tahan panas, dan dapat dihancurkan menjadi serbuk yang lebih kecil. Sifat fisika grafit ditentukan oleh sifat dan luas permukaannya. Grafit yang halus berarti mempunyai permukaan yang relatif lebih luas. Grafit dapat dibuat dengan mensintesis berbagai bahan yang mengandung karbon. Grafit mempunyai struktur yang berbentuk lapisan. Jarak antar lapisan hampir 2,5 kali lebih besar dari jarak antaratom dalam satu lapisan. Hal ini menyebabkan grafit bersifat licin karena satu lapisan dapat meluncur di atas lapisan lainnya. Hubungan antar lapisan dalam grafit dapat diibaratkan dengan tumpukan lembaran kaca yang basah. Grafit juga mempunyai titik leleh yang tinggi. Elektron yang digunakan untuk membentuk ikatan antarlapisan terikat relatif lemah, sehingga dapat mengalir dari satu atom ke atom lain, sehingga grafit dapat menghantarkan listrik. Secara komersial, grafit digunakan sebagai pelumas. Bila terkena suhu dan tekanan yang sangat tinggi, grafit dapat dikonversi menjadi berlian.

Kegunaan grafit, antara lain adalah sebagai elektrode pada baterai, proses elektrolisis, atau untuk pensil. Selain itu, jika karbon aktif dipanaskan pada suhu 1.500 °C dengan paladium, platina sebagai katalis, akan menghasilkan serat polimer, seperti poliakrilonitril atau selulosa, yang bila digabungkan dengan plastik akan membentuk foam dan foil.

 

 

3. Arang (Karbon Amorf)

Bahan lain yang mengandung karbon adalah arang. Arang dibuat dari kayu atau serbuk gergaji dengan pemanasan pada suhu tinggi tanpa udara. Arang merupakan kristal halus dengan struktur seperti grafit. Ruang antar lapisan atom dalam arang yang dibubuk halus dapat menjerap atom, sehingga zat itu mempunyai daya absorpsi yang besar. Oleh karena itu zat ini digunakan dalam topeng gas. Arang dapat digunakan untuk mengadsorpsi zat warna dan bahan polutan dalam pengolahan air serta dalam air tebu pada pengolahan gula, selain sebagai obat sakit perut. 

Berikut ini ada struktur dari alotrop karbon yaitu berlian (diamond) dan grafit.

Selain tiga jenis yang disebutkan di atas, karbon juga memiliki alotrop lain termasuk glassy carbon, fullerene, lonsdaleite, aggregated diamond nanorod, dan carbon nanofoam. Berikut strukturnya.

Dapat disimpulkan bahwa hanya dari satu atom karbon saja dapat berubah menjadi beberapa bentuk dan fungsi yang berbeda.

 

~ Aas