Artikel tentang Besi (Fe)
PENDAHULUAN
Besi mempunyai simbol Fe dan nomor atom 26. Besi merupakan logam transisi yang berada pada golongan VIII B dan periode 4. Besi adalah logam paling melimpah nomor dua setelah alumunium. Besi adalah logam yang dihasilkan dari bijih besi, dan jarang dijumpai dalam keadaan unsur bebas.
Besi
adalah logam yang berasal dari bijih besi (tambang) yang banyak
digunakan untuk kehidupan manusia sehari-hari. Besi juga mempunyai nilai
ekonomis yang tinggi. Besi adalah logam yang paling banyak dan paling
beragam penggunaannya. Hal itu karena beberapa hal, diantaranya:
1. 1. Kelimpahan besi di kulit bumi cukup besar
2. 2. Pengolahannya relatif mudah dan murah, dan
3. 3. Besi mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan dan mudah dimodifikasi.
A. KELIMPAHAN
Besi merupakan unsur yang ditemukan berlimpah di alam. Juga ditemukan dalam matahari dan bintang lainnya dalam jumlah yang seadanya. Inti bumi diyakini mayoritas unsur penyusunnya adalah besi dan nikel. Besi juga diketahui sebagai unsur yang paling banyak membentuk bumi, yaitu kira-kira 4,7 - 5 % pada kerak bumi.
Kebanyakan
besi terdapat dalam batuan dan tanah sebagai oksida besi, seperti
oksida besi magnetit (Fe3O4) mengandung besi 65 %, hematite (Fe2O3)
mengandung 60 – 75 % besi, limonet (Fe2O3 . H2O) mengandung besi 20 %
dan siderit (Fe2CO3). Dalam kehidupan, besi merupakan logam paling biasa
digunakan dari pada logam-logam yang lain. Hal ini disebabkan karena
harga yang murah dan kekuatannya yang baik serta penggunaannya yang luas. Bijih besi yang umum adalah hematit, yang sering terlihat sebagai pasir hitam sepanjang pantai dan muara aliran.
Besi merupakan campuran dari 4 isotop stabil yaitu 54Fe,
56Fe, 57Fe and 58Fe. Kelimpahan semua isotop-isotop Fe di alam adalah
54Fe (5.8%), 56Fe (91.7%), 57Fe (2.2%) dan 58Fe (0.3%). 60Fe adalah
radioaktif yang mempunyai waktu paruh yang panjang (1.5 juta tahun). Ada pula sepuluh isotop lainnya yang tidak stabil.
B. SIFAT – SIFAT
Sifat Fisika
1. 1. Pada suhu kamar berwujud padat, mengkilap dan berwarna keabuabuan.
2. 2. Merupakan logam feromagnetik karena memiliki empat electron tidak berpasangan pada orbital d.
3. 3. Penghantar panas yang baik.
4. 4. Kation logam besi Fe berwarna hijau (Fe2+) dan jingga (Fe3+).
Hal ini disebabkan oleh adanya elektron tidak berpasangan dan tingkat
energi orbital tidak berbeda jauh. Akibatnya, elektron mudah tereksitasi
ke tingkat energi lebih tinggi menimbulkan warna tertentu. Jika senyawa
transisi baik padat maupun larutannya tersinari cahaya maka senyawa
transisi akan menyerap cahaya pada frekuensi tertentu, sedangkan
frekuensi lainnya diteruskan. Cahaya yang diserap akan mengeksitasi
elektron ke tingkat energi lebih tinggi dan cahaya yang diteruskan
menunjukkan warna senyawa transisi pada keadaan tereksitasi.
5. 5. Sifat – sifat besi yang lain:
titik didih
|
3134 K
|
titik lebur
|
1811 K
|
massa atom
|
55,845(2) g/mol
|
konfigurasi electron
|
[Ar] 3d6 4s2
|
massa jenis fase padat
|
7,86 g/cm³
|
massa jenis fase cair pada titik lebur
|
6,98 g/cm³
|
kalor peleburan
|
13,81 kJ/mol
|
kalor penguapan
|
340 kJ/mol
|
Elektronegativitas
|
1,83 (skala Pauling)
|
jari-jari atom
|
140 pm
|
Besi merupakan unsur transisi yang mempunyai sifat logam sebagaimana
semua unsur transisi lainnya. Sifat logam ini dipengaruhi oleh kemudahan
unsur tersebut untuk melepas elektron valensi. Selain itu, keberadaan
electron pada blok d yang belum penuh menyebabkan unsur Fe memiliki
banyak elektron tidak berpasangan. Elektron- elektron tidak berpasangan
tersebut akan bergerak bebas pada kisi kristalnya sehingga membentuk
ikatan logam yang lebih kuat dibandingkan dengan unsur golongan utama.
Adanya ikatan logam ini menyebabkan titik leleh dan titik didih serta
densitas unsur Fe cukup besar sehingga bersifat keras dan kuat.
Pergerakan elektron- elektron yang tidak berpasangan pada kisi kristal
juga menyebabkan logam besi bersifat konduktor atau penghantar panas
yang baik. Apabila logam besi diberikan kalor atau panas, energy kinetik
elektron akan meningkat. Dengan demikian, elektron memindahkan
energinya ke elektron yang lain sehingga panas merambat ke seluruh
bagian logam besi tersebut.
Sifat Kimia
1. 1. Unsur besi bersifat elektropositif (mudah melepaskan elektron) sehingga bilangan oksidasinya bertanda positif.
2. 2. Fe dapat memiliki biloks 2, 3, 4, dan 6.
Hal ini disebabkan karena perbedaan energy elektron pada subkulit 4s
dan 3d cukup kecil, sehingga elektron pada subkulit 3d juga terlepas
ketika terjadi ionisasi selain electron pada subkulit 4s.
3. 3.
Logam murni besi sangat reaktif secara kimiawi dan mudah terkorosi,
khususnya di udara yang lembab atau ketika terdapat peningkatan suhu.
4. 4. Memiliki bentuk allotroik ferit, yakni alfa, beta, gamma dan omega dengan suhu transisi 700, 928, dan 1530oC.
Bentuk alfa bersifat magnetik, tapi ketika berubah menjadi beta, sifat
magnetnya menghilang meski pola geometris molekul tidak berubah.
5. 5. Mudah bereaksi dengan unsur-unsur non logam seperti halogen, sulfur, pospor, boron, karbon dan silikon.
6. 6. Larut dalam asam- asam mineral encer.
7. 7. Oksidanya bersifat amfoter.
C. PEMBUATAN BESI
Bijih besi adalah bahan
baku utama untuk pembuatan besi kasar, sedangkan besi kasar tersebut
adalah bahan baku untuk pembuatan besi tempa, besi tuang dan baja. Bijih besi didapat dari
hasil penambangan bijih besi. Sedangkan bahan-bahan lain yang bercampur
dengan bijih tersebut selain kotoran yang merugikan antara lain belerang ,pospor silika , tanah liat juga ada kotoran yang menguntungkan antara lain emas, platina, perak. Bijih besi yang umum dijumpai yaitu : Haematit (Fe2O3), Magnetit (Fe3O4), Pyrities (FeS2), Limonite (2Fe2O3.3H2O), Siderite (FeCO3). Beberapa cara pembuatan besi antara lain:
1. 1. Dalam industri, besi dihasilkan dari bijih, kebanyakan hematit (Fe2O3), melalui reduksi oleh karbon pada suhu 20000C.
2 C + O2 → 2 CO
3 CO + Fe2O3 → 2 Fe + 3 CO2
Besi yang dihasilkan dapat digunakan dalam sintesis senyawa-senyawa yang mengandung Fe.
2. 2. Melalui proses Pirometalurgi Besi
Sejumlah
besar proses metalurgi menggunakan suhu tinggi untuk mengubah bijih
logam menjadi logam bebas dengan cara reduksi. Penggunaan kalor untuk
proses reduksi disebut pirometalurgi. Pirometalurgi diterapkan dalam
pengolahan bijih besi. Reduksi besi oksida dilakukan dalam tanur sembur
(blast furnace), yang merupakan reaktor kimia dan beroperasi secara
terus-menerus. Campuran material (bijih besi, kokas, dan kapur)
dimasukkan ke dalam tanur melalui puncak tanur. Kokas berperan sebagai
bahan bakar dan sebagai reduktor. Batu kapur berfungsi sebagai sumber
oksida untuk mengikat pengotor yang bersifat asam. Udara panas yang
mengandung oksigen disemburkan ke dalam tanur dari bagian bawah untuk
membakar kokas. Di dalam tanur, oksigen bereaksi dengan kokas membentuk
gas CO.
2C(s) + O2(g) → 2CO(g) ΔH = –221 kJ
Reaksinya
melepaskan kalor hingga suhu tanur sekitar 2.300°C. Udara panas juga
mengandung uap air yang turut masuk ke dalam tanur dan bereaksi dengan
kokas membentuk gas CO dan gas H2.
C(s) + H2O(g) → CO(g) + H2(g) ΔH = +131 kJ
Reaksi
kokas dan oksigen bersifat eksoterm, Kalor yang dilepaskan dipakai
untuk memanaskan tanur, sedangkan reaksi dengan uap air bersifat
endoterm. Oleh karena itu, uap air berguna untuk mengendalikan suhu
tanur agar tidak terlalu tinggi (1.900°C). Pada bagian atas tanur (
1.000°C), bijih besi direduksi oleh gas CO dan H2 (hasil reaksi udara panas dan kokas) membentuk besi tuang. Persamaan reaksinya:
Fe3O4(s) + 4CO(g) → 3Fe(l) + 4CO2(g) ΔH = –15 kJ
Fe3O4(s) + 4H2(g) → 3Fe(l) + 4H2O(g) ΔH = +150 kJ
Batu
kapur yang ditambahkan ke dalam tanur, pada 1.000oC terurai menjadi
kapur tohor. Kapur ini bekerja mereduksi pengotor yang ada dalam bijih
besi, seperti pasir atau oksida fosfor.
CaCO3(s) ⎯Δ⎯→ CaO(l) + CO2(g)
CaO(l) + SiO2(l) →CaSiO3(l)
CaO(l) + P2O5(l) →Ca3(PO4)2(l)
Gas CO2
yang dihasilkan dari penguraian batu kapur pada bagian bawah tanur
(sekitar 1.900°C) direduksi oleh kokas membentuk gas CO. Persamaan
reaksinya:
CO2(g) + C(s) → CO(g) ΔH = +173 kJ
Oleh
karena bersifat endoterm, panas di sekitarnya diserap hingga mencapai
suhu ± 1.500°C. Besi tuang hasil olahan berkumpul di bagian dasar tanur,
bersama-sama terak (pengotor). Oleh karena terak lebih ringan dari besi
tuang, terak mengapung di atas besi tuang dan mudah dipisahkan, juga
dapat melindungi besi tuang dari oksidasi.
Gambar proses pengolahan bijih besi
D. SENYAWA- SENYAWA BESI
1. Tingkat oksidasi < 2
Umumnya membentuk senyawa-senyawa dengan ligan-ligan :
Berinteraksi dengan hidrogen dengan ikatan M-HContoh : H2Fe(PF3)4.
2.Tingkat Oksidasi 2
Biasanya membentuk senyawaan biner dengan sifat :
-Biasanya bersifat ionik
-Oksidanya (contoh : FeO), bersifat basa
-Mampu membentuk kompleks Aquo, dengan jalan mereaksikan logam,oksida, karbonat dalam larutan asam dan melalui reduksi katalitik. Kompleks aquo dari logam besi biasanya memberikan warnayang khas.
-Garam-garam terhidrat dengan anion biasanya mengandung [M(H2O)6]2-, contoh FeF2.8H2O.
3. Tingkat Oksidasi 3
Contoh senyawa klorida, bromida, iodida dari besi yang bersifat kovalen, sedangkan senyawa oksidanya, seperti Fe2O3 bersifat ionic.
4. 4. Tingkat Oksidasi 4
umumnya dikenal sebagai komplek fluoro, dananion okso.
5 5 .Tingkat Oksidasi ≥5
Dikenal dalamkompleks flouro, amin okso, misalnya : CrF5, dan K2FeO4yang semuanya merupakan zat pengoksidasi yang kuat.
E. MANFAAT BESI
Besi
merupakan logam paling biasa digunakan di antara semua logam, yaitu
mengandung 95% dari semua logam yang dihasilkan di seluruh dunia. Besi
amat diperlukan, terutama dalam penggunaan seperti: Rel kereta,
Perabotan, Alat-alat pertukangan, Alat transportasi, peralatan perang,
peralatan mesin,
tiang listrik, penangkal petir, pipa saluran,rumah/ gedung menggunakan
besi baja sebagai tiang-tiang penahannya, dan Badan kapal untuk kapal
besar.
Manfaat besi ternyata tidak terbatas sebagai bahan pembuatan perlengkapan yang sangat membantu kehidupan manusia, tetapi besi juga memainkan peranan yang istimewa dalam daur kehidupan organisme hidup. Besi merupakan salah satu mikronutrien penting bagi makhluk hidup. Besi
sebagian besar terikat dengan stabil dalam logam protein
(metalloprotein), karena besi dalam keadaan bebas dapat menyebabkan
terbentuknya radikal bebas yang bersifat toksik pada sel. Besi adalah penyusun utama kelangsungan makhluk hidup dan bekerja sebagai pembawa oksigen dalam hemoglobin. FeSO4 digunakan sebagai sumber mineral besi untuk terapidefisiensi/kekurangan zat besi dan digunakan untuk membuat tinta bubuk. Fe3SO4 digunakan untuk pewarnaan tekstil dan pengetesan aluminium.
F. KOROSI BESI
Salah
satu kelemahan besi adalah mudah mengalami korosi. Korosi menimbulkan
banyak kerugian karena mengurangi umur pakai berbagai barang atau
bangunan yang menggunakan besi atau baja. Sebenarnya korosi dapat
dicegah dengan mengubah besi menjadi baja tahan karat (stainless steel),
akan tetapi proses ini terlalu mahal untuk kebanyakan penggunaan besi.
Korosi
besi memerlukan oksigen dan air. Berbagai jenis logam contohnya Zink
dan Magnesium dapat melindungi besi dari korosi. Cara-cara pencegahan
korosi besi yang akan dibahas berikut ini didasarkan pada dua sifat
tersebut.
1. *Pengecatan.
Jembatan,
pagar, dan railing biasanya dicat. Cat menghindarkan kontak dengan
udara dan air. Cat yang mengandung timbel dan zink (seng) akan lebih
baik, karena keduanya melindungi besi terhadap korosi.
2. *Pelumuran dengan Oli atau Gemuk.
Cara ini diterapkan untuk berbagai perkakas dan mesin. Oli dan gemuk mencegah kontak dengan air.
3. * Pembalutan dengan Plastik.
Berbagai
macam barang, misalnya rak piring dan keranjang sepeda dibalut dengan
plastik. Plastik mencegah kontak dengan udara dan air.
4. *Tin Plating (pelapisan dengan timah).
Kaleng-kaleng
kemasan terbuat dari besi yang dilapisi dengan timah. Pelapisan
dilakukan secara elektrolisis, yang disebut tin plating. Timah tergolong
logam yang tahan karat. Akan tetapi, lapisan timah hanya melindungi
besi selama lapisan itu utuh (tanpa cacat). Apabila lapisan timah ada
yang rusak, misalnya tergores, maka timah justru mendorong/mempercepat
korosi besi. Hal itu terjadi karena potensial reduksi besi lebih negatif
daripada timah. Oleh karena itu, besi yang dilapisi dengan timah akan
membentuk suatu sel elektrokimia dengan besi sebagai anode. Dengan
demikian, timah mendorong korosi besi. Akan tetapi hal ini justru yang
diharapkan, sehingga kaleng-kaleng bekas cepat hancur.
5. * Galvanisasi (pelapisan dengan Zink).
Pipa
besi, tiang telepon dan berbagai barang lain dilapisi dengan zink.
Berbeda dengan timah, zink dapat melindungi besi dari korosi sekalipun
lapisannya tidak utuh. Hal ini terjadi karena suatu mekanisme yang
disebut perlindungan katode. Oleh karena potensial reduksi besi lebih
positif daripada zink, maka besi yang kontak dengan zink akan membentuk
sel elektrokimia dengan besi sebagai katode. Dengan demikian besi
terlindungi dan zink yang mengalami oksidasi (berkarat). Badan
mobil-mobil baru pada umumnya telah digalvanisasi, sehingga tahan karat.
6. *Cromium
Plating (pelapisan dengan kromium). Besi atau baja juga dapat dilapisi
dengan kromium untuk memberi lapisan pelindung yang mengkilap, misalnya
untuk bumper mobil. Cromium plating juga dilakukan dengan elektrolisis.
Sama seperti zink, kromium dapat memberi perlindungan sekalipun lapisan
kromium itu ada yang rusak.
7. *Sacrificial
Protection (pengorbanan anode). Magnesium adalah logam yang jauh lebih
aktif (berarti lebih mudah berkarat) daripada besi. Jika logam magnesium
dikontakkan dengan besi, maka magnesium itu akan berkarat tetapi besi
tidak. Cara ini digunakan untuk melindungi pipa baja yang ditanam dalam
tanah atau badan kapal laut. Secara periodik, batang magnesium harus
diganti.
Besi merupakan salah satu unsur paling banyak di Bumi, membentuk 5% daripada kerak Bumi. Kebanyakan besi ini hadir dalam berbagai jenis oksida besi, seperti bahan galian hematit Fe2O3, magnetit , dan takonit. Dalam perindustrian, besi dihasilkan daripada bijih, kebanyakannya hematit (sedikit Fe2O3) dan magnetit (Fe3O4), melalui penurunan oleh karbon pada suhu sekitar 2000°C.
Besi merupakan salah satu unsur paling banyak di Bumi, membentuk 5% daripada kerak Bumi. Kebanyakan besi ini hadir dalam berbagai jenis oksida besi, seperti bahan galian hematit Fe2O3, magnetit , dan takonit. Dalam perindustrian, besi dihasilkan daripada bijih, kebanyakannya hematit (sedikit Fe2O3) dan magnetit (Fe3O4), melalui penurunan oleh karbon pada suhu sekitar 2000°C.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar