II. BAHAN – BAHAN BANGUNAN
7. BESI
26
mangan ←besi
→ kobalt
-↑
Fe
↓
Ru Tabel periodik
Keterangan Umum Unsur
Nama, Lambang, Nomor atom besi, Fe, 26 Deret kimia logam transisi Golongan, Periode, Blok 8, 4, d
Penampilan
metalik mengkilap keabu-abuan
Massa atom 55,845(2) g/mol Konfigurasi elektron [Ar] 3d6 4s2 Jumlah elektron tiap kulit 2, 8, 14, 2 Ciri-ciri fisik
Fase padat
Massa jenis (sekitar suhu
kamar) 7,86 g/cm³
Massa jenis cair pada titik lebur 6,98 g/cm³
Titik lebur 1811 K
(1538 °C, 2800 °F)
(2861 °C, 5182 °F) Kalor peleburan 13,81 kJ/mol Kalor penguapan 340 kJ/mol
Kapasitas kalor (25 °C) 25,10 J/(mol·K)
Tekanan uap
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k pada T/K 1728 1890 2091 2346 2679 3132 Ciri-ciri atom
Struktur kristal kubus pusat badan
Bilangan oksidasi 2, 3, 4, 6
(oksida amfoter) Elektronegativitas 1,83 (skala Pauling) Energi ionisasi pertama: 762,5 kJ/mol
ke-2: 1561,9 kJ/mol ke-3: 2957 kJ/mol Jari-jari atom 140 pm
Jari-jari atom (terhitung) 156 pm Jari-jari kovalen 125 pm Lain-lain
Sifat magnetik feromagnetik Resistivitas listrik (20 °C) 96,1 nΩ·m Konduktivitas termal (300 K) 80,4 W/(m·K) Ekspansi termal (25 °C) 11,8 µm/(m·K) Kecepatan suara
(pada wujud kawat)
(suhu kamar) (elektrolitik) 5120 m/s
Modulus Young 211 GPa Modulus geser 82 GPa
Modulus ruah 170 GPa
Nisbah Poisson 0,29 Skala kekerasan Mohs 4,0 Kekerasan Vickers 608 MPa Kekerasan Brinell 490 MPa
Isotop iso NA waktu paruh DM DE (MeV) DP 54Fe 5,8% >3,1E22 tahun penangkapan 2ε ? 54Cr 55Fe syn 2,73 tahun penangkapan ε 0,231 55Mn
56Fe 91,72% Fe stabil dengan 30 neutron
57Fe 2,2% Fe stabil dengan 31 neutron
58Fe 0,28% Fe stabil dengan 32 neutron
59Fe syn 44,503 hari β 1,565 59Co 60Fe syn 1,5E6 tahun β - 3,978 60Co Referensi
Besi adalah logam yang berasal dari bijih besi (tambang) yang banyak digunakan untuk kehidupan manusia sehari-hari dari yang bermanfaat sampai dengan yang merusakkan. Dalam tabel periodik, besi mempunyai simbol Fe dan nomor atom 26. Besi juga mempunyai nilai ekonomis yang tinggi.
Besi adalah logam yang paling banyak dan paling beragam penggunaannya. Hal itu karena beberapa hal, diantaranya:
• Kelimpahan besi di kulit bumi cukup besar, • Pengolahannya relatif mudah dan murah, dan
• Besi mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan dan mudah dimodifikasi.
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.
A. Logam
Kristal gallium
Dalam kimia, sebuah logam (bahasa Yunani: Metallon) adalah sebuah unsur kimia yang siap membentuk ion (kation) dan memiliki ikatan logam, dan kadangkala dikatakan bahwa ia mirip dengan kation di awan elektron. Metal adalah salah satu dari tiga kelompok unsur yang dibedakan oleh sifat ionisasi dan ikatan, bersama dengan metaloid dan nonlogam. Dalam tabel periodik, garis diagonal digambar dari boron (B) ke polonium (Po) membedakan logam dari nonlogam. Unsur dalam garis ini adalah metaloid, kadangkala disebut semi-logam; unsur di kiri bawah adalah logam; unsur ke kanan atas adalah nonlogam.
Nonlogam lebih banyak terdapat di alam daripada logam, tetapi logam banyak terdapat dalam tabel periodik. Beberapa logam terkenal adalah aluminium, tembaga, emas, besi,
timah, perak, titanium, uranium, dan zink.
Alotrop logam cenderung mengkilap, lembek, dan konduktor yang baik, sementara nonlogam biasanya rapuh (untuk nonlogam padat), tidak mengkilap, dan insulator.
Dalam bidang astronomi, istilah logam seringkali dipakai untuk menyebut semua unsur
yang lebih berat daripada helium.
1. Paduan logam
Paduan logam merupakan pencampuran dari dua jenis logam atau lebih untuk mendapatkan sifat fisik, mekanik, listrik dan visual yang lebih baik. Contoh paduan logam
yang populer adalah baja tahan karat yang merupakan pencampuran dari baja (Fe) dengan Krom (Cr).
2. Logam mulia
Secara umum logam mulia berarti logam-logam termasuk paduannya yang biasa dijadikan perhiasan, antara lain emas, perak, perunggu dan platina. Logam-logam tersebut memiliki warna yang bagus, tahan karat, lunak dan terdapat dalam jumlah yang sedikit di alam. Emas dan perak memiliki sifat penghantar listrik yang sangat baik sehingga banyak dipakai untuk melapisi konektor-konektor pada perangkat elektronik.
3. Logam berat
Logam berat (heavy metal) adalah logam dengan massa jenis lima atau lebih, dengan nomor atom 22 sampai dengan 92. Logam berat dianggap berbahaya bagi kesehatan bila terakumulasi secara berlebihan di dalam tubuh. Beberapa di antaranya bersifat membangkitkan kanker (karsinogen). Demikian pula dengan bahan pangan dengan kandungan logam berat tinggi dianggap tidak layak konsumsi.
Kasus-kasus pencemaran lingkungan menyebabkan banyak bahan pangan mengandung logam berat berlebihan. Kasus yang populer adalah sindrom Minamata, sebagai akibat akumulasi raksa (Hg) dalam tubuh ikan konsumsi.
Di Indonesia, pernah dilaporkan bahwa ikan-ikan di Teluk Jakarta juga memiliki kandungan raksa yang tinggi. Udang dari tambak Sidoarjo pernah ditolak importir dari
Jepang karena dinilai memiliki kandungan kadmium (Cd) dan timbal (Pb) yang melebihi ambang batas. Diduga logam-logam ini merupakan dampak buangan limbah industri di sekitarnya. Kakao dari Indonesia juga pernah ditolak pada lelang internasional karena dinilai memiliki kandungan Cd di atas ambang batas yang diizinkan. Cd diduga berasal dari pupukTSP yang diberikan kepada tanaman di perkebunan.