Alotrop Karbon: Intan, Grafit, dan Fulleren

Alotrop Karbon

Senyawa yang terbentuk hanya dari satu jenis unsur namun dengan struktur (bentuk) yang berbeda alotrop. Perbedaan struktur yang terjadi menyebabkan sifat yang dimiliki setiap alotrop berbeda walaupun tersusun dari unsur yang sejenis.

Senyawaan yang terbentuk dari atom unsur karbon dengan struktur yang berbeda disebut alotrop karbon. Grafit, intan, fullerene dan karbon amorf merupakan contoh dari alotrop karbon yang sejauh ini diketahui. Berdasarkan konfigurasi elektronnya diketahui bahwa karbon memiliki 4 elektron valensi. Empat elektron valensi karbon ini dapat digunakan untuk membentuk ikatan kovalen dengan atom unsur lain maupun dengan sesama atom karbon.

A. INTAN

Intan atau berlian atau diamond merupakan salah satu alotrop karbon dan merupakan mineral alami yang paling keras dimana belum ada mineral lain yang berhasil menggores atau memotong intan.

Dalam struktur intan setiap atom karbon berikatan secara kovalen dengan atom 4 karbon lain dalam bentuk tetrahedral dan panjang setiap ikatan karbon-karbon adalah 0,154 nm.

Gambar Struktur Intan (Sumber gambar: www.quizcentral.co.uk/snips/Diamond.jpg)

Secara alami intan hanya terbentuk di dalam perut bumi pada suhu dan tekanan tertentu. Awalnya intan hanya diperoleh dari perut bumi dengan cara penambangan. Penambangan diawali dengan menggali tanah kemudian tanah tersebut disedot menggunakan mesin penyedot. Tanah yang telah disedot kemudian dicuci agar diperoleh sejumlah intan dalam bentuk batuan.

Kini intan telah diproduksi secara komersial dalam skala laboratorium maupun skala industri yang menggunakan grafit sebagai bahan dasar dan suatu logam sebagai katalis. Proses pembuatan intan dari grafit dilakukan pada suhu tinggi yakni sekitar 3500 K bahkan dapat lebih tinggi dan tekanan tinggi pula yakni sekitar 140.000 atm atau lebih. Selain menggunakan cara tersebut, intan dapat dihasilkan dengan pirolisis hidrokarbon pada suhu relatif rendah (± 900 °C) dan tekanan realtif lebih rendah pula.

Kualitas berlian sintetis tergantung pada kemurnian. Berlian sintetis dengan kemurnian tinggi sangat keras bahkan 30-70 kali lebih keras dari berlian alami. Dalam kehidupan sehari-hari intan yang dijumpai terdiri dari berbagai macam warna. 

Sebenarnya berlian dalam keadaan murni atau hanya sedikit pengotor merupakan suatu padatan tidak berwarna. Dengan adanya pengotor atau bahan-bahan tertentu yang ditambahkan (berlian sintetis) warna berlian sangat bermacam-macam yakni jernih, putih, biru, kuning, merah, hijau, merah jambu, perang atau warna hitam.

The Letšeng Legacy, ditemukan pada tahun 2007, saat ini digolongkan sebagai salah satu berlian putih kasar terbesar yang pernah ditemukan, batu 493 karat ini dijual di sebuah lelang di Antwerp seharga US $ 10,4 juta pada bulan November tahun 2016. (Gambar milik Gem Diamonds, dan diakses dari  www.mining.com/solid-demand-large-stones-boosts-gem-diamonds-sales/)

SIFAT DAN PEMAKAIAN INTAN

Berikut beberapa sifat dan pemakaian intan:

1) Intan merupakan mineral alami yang paling keras dan memiliki berbagai warna yang menarik, sehingga intan banyak digunakan sebagai perhiasan, alat pemotong, mengasah dan sebagai mata bor.

2) Memiliki titik leleh yang sangat tinggi yakni 4827 °C. Hal ini disebabkan Ikatan kovalen karbon-karbon yang terbentuk pada struktur intan sangat kuat bahkan lebih kuat dari ikatan ionik.

3. Berupa isolator namun dapat menyerap panas dengan sangat baik. Daya hantar listrik intan berkaitan dengan elektron yang digunakan untuk membentuk ikatan, dimana pada intan elektron-elektron berikatan sangat kuat sehingga tidak ada elektron yang bebas bergerak ketika diberi beda potensial. Sifat penyerap panas yang baik dari intan diaplikasikan pada peralatan elektronik untuk menyerap panas yang dihasilkan ketika peralatan elektronik digunakan. Dengan melapisi intan pada konduktor dalam peralatan elektronik, maka suhu peralatan tersebut dapat dijaga relatif konstan sehingga peralatan tersebut dapat berfungsi secara normal.

4) Tidak larut dalam air dan pelarut organik. Dalam hal ini tidak memungkinkan terjadinya daya tarik antara molekul pelarut. Akibat pelarut tidak mampu mensolvasi molekul intan.

B. GRAFIT

Grafit merupakan alotrop karbon yang dapat menghantarkan arus listrik dan panas dengan baik. Karena sifat inilah grafit biasanya digunakan sebagai elektroda pada sel elektrolisis.

Dalam struktur grafit setiap atom karbon membentuk ikatan kovalen dengan tiga atom karbon membentuk susunan heksagonal dengan struktur berlapis seperti tumpukan kartu.

Jarak tiap lapisan sebesar 335,4 pm. Antara lapisan yang satu dengan lapisan yang lain dikukuhkan oleh gaya London. Hal ini menyebabkan grafit bersifat licin, karena lapisan yang berada dibagian atas mudah tergelincir atau mudah tergeser. Karena sifatnya yang licin grafit digunakan pada minyak pelumas dan minyak lincir (gemuk).

Karena atom karbon memiliki 4 elektron valensi maka pada setiap atom karbon masih terdapat satu elektron yang belum berikatan (elektron bebas). Sifat daya hantar listrik yang dimiliki oleh grafit dipengaruhi oleh elektron- bebas ini. 

Elektron-elektron bebas tersebut tersebar secara merata pada setiap atom C karena terjadi tumpang tindih orbital seperti pada ikatan logam yang membentuk awan atau lautan elektron. 

Oleh sebab itu, ketika grafit diberi beda potensial, elektron-elektron yang terdelokaslisasi sebagian besar akan mengalir menuju anoda (kutub positif). Aliran elektron inilah yang menyebabkan arus listrik dapat mengalir.

Sedangkan bila salah satu ujung grafit dipanaskan maka elektron-elektron ini akan segera berpindah menuju bagian yang memiliki suhu lebih rendah. Akibatnya panas tersebut akan menyebar ke bagian grafit yang memiliki suhu lebih rendah. Struktur grafit seperti yang tertera pada Gambar.

SIFAT DAN KEGUNAAN GRAFIT

1) Memiliki titik leleh tinggi walaupun tidak setinggi intan. Hal ini disebabkan iktan kovalen yang terbentuk sangat kuat sehingga diperlukan energi yang tinggi untuk memutuskannya.

2) Memiliki sifat lunak atau rapuh, terasa licin. Digunakan pada pensil setelah dicampur tanah liat.

3) Tidak larut dalam air dan pelarut organik, karena molekul pelarut tidak mampu mensolvasi molekul grafit yang sangat besar.

4) Dibanding intan, grafit memiliki massa jenis yang lebih kecil, karena pada strukturnya terdapat ruang-ruang kosong antar lipatannya.

5) Berupa konduktor listrik dan panas yang baik. Karena sifat ini grafit digunakan sebagai anoda pada baterai (sel Leclanche) dan sebagai elektroda pada sel elektrolisis.

C. FULLEREN

Fuleren adalah alotrop karbon dimana 1 molekul karbon terdiri dari 60 atom karbon sehingga sering disebut sebagai C₆₀. Pada struktur fulleren setiap atom karbon berikatan dengan tiga atom karbon lain dengan pola membentuk susunan pentagonal membentuk struktur berongga seperti bola sepak. Struktur fulleren seperti yang tertera pada Gambar.

Gambar Struktur Fuleren (Sumber gambar: i.wpimg.pl/730x0/m.gadzetomania.pl/fuleren-0bbbdf231013554cdd59659f.jpg)

SIFAT DAN PEMAKAIAN FULEREN

1) Tidak larut dalam air, tetapi dapat larut dalam pelarut organik.

2) Sebagai superkonduktor dan penyerap panas yang baik.  Sifat superkonduktor dan menyerap panas ini berkaitan 1 elektron yang tidak digunakan untuk membentuk ikatan kovalen, seperti pada grafit. Salah satu senyawaan C₆₀ yang merupakan semikonduktor adalah K₃C₆₀.