BAB14 Grup 14 Elemen

BAB 14

Grup 14 Elemen

C

Si

14.1Tren Grup

14.2Kontras dalam Kimia Karbon dan Silikon

Ge

14.3Karbon

Sn

_Penemuan

Buckminsterfullerene

Pb

14.4Isotop Karbon

14.5Karbida

Moissanite: Pengganti Berlian 14.6 Karbon monoksida

14.7Karbon dioksida

Karbon Dioksida, Cairan Superkritis Gugus ini mengandung nonlogam (karbon), dua semilogam (silikon dan

germanium), dan dua logam elektropositif lemah (timah dan timbal). Karbon memiliki chemistry yang paling penting dari grup. Ini adalah berbagai oxyanion, banyak di antaranya ditemukan dalam mineral, yang membuat kimia silikon menarik.

Sifat logam timah dan timbal yang lemah sangat kontras dengan sifat-sifat supermetal alkali.

14.8Karbonat dan Hidrogen Karbonat

14.9Karbon Sulfida 14.10Karbon Halida 14.11metana 14.12sianida 14.13silikon 14.14Silikon dioksida 14.15silikat

14.16Aluminosilikat 14.17silikon

Polimer Anorganik

14.18Timah dan Timbal 14.19Timah dan Timbal Oksida 14.20Timah dan Timbal Halida 14.21Tetraetil timbal TEL: Sejarah Kasus 14.22Aspek Biologis

14.23Diagram Alir Reaksi Elemen

saya

t kemungkinan tidak ada senyawa anorganik yang berperan lebih besar dalam mengubah sejarah selain timbal(II) etanoat, Pb(CH3BERSAMA2)2, juga disebut timbal(II) asetat. Timbal adalah salah satu elemen terpenting selama Kekaisaran Romawi, 2000 tahun yang lalu, ketika sekitar 60.000 ton timah dilebur setiap tahun untuk menyediakan air perpipaan dan sistem perpipaan yang rumit bagi orang Romawi. Tingkat kecanggihan dalam gaya hidup ini tidak diperoleh kembali. sampai akhir abad kesembilan belas.

Kita tahu dari kadar timbal yang signifikan dalam tulang manusia dari Kekaisaran Romawi bahwa penduduknya terpapar unsur ini dalam konsentrasi tinggi. Tapi bukan pipa ledeng yang menimbulkan bahaya besar bagi orang Romawi. Karena mereka menggunakan ragi alami, anggur yang mereka buat cukup asam. Untuk mengatasinya, pembuat anggur menambahkan pemanis, sapa,diproduksi dengan merebus jus anggur dalam panci timah. Rasa manisnya adalah hasil dari pembentukan “gula timbal”, yang sekarang kita sebut timbal(II) etanoat. Pemanis ini juga digunakan dalam persiapan makanan, dan sekitar 20 persen resep dari periode tersebut

315

Diterjemahkan dari bahasa Inggris ke bahasa Indonesia - www.onlinedoctranslator.com

diperlukan penambahansapa. Ketidakstabilan mental kaisar Romawi (banyak di antaranya peminum anggur yang berlebihan) merupakan kontributor utama kemunduran dan kejatuhan Kekaisaran Romawi. Faktanya, keanehan banyak kaisar cocok dengan gejala keracunan timbal yang diketahui. Sayangnya, kelas penguasa Romawi tidak pernah mengkorelasikan penggunaansapadengan kemandulan dan gangguan mental yang melanda para penguasa. Jadi, jalannya sejarah mungkin diubah oleh senyawa yang rasanya manis tapi mematikan ini.

14.1Tren Grup

Tiga elemen pertama dari Golongan 14 memiliki titik leleh yang sangat tinggi, karakteristik jaringan ikatan kovalen untuk nonlogam dan semilogam, sedangkan dua logam dalam golongan tersebut memiliki titik leleh yang rendah dan, umum untuk semua logam, rentang cairnya panjang (Tabel 14.1). Semua unsur Golongan 14 membentuk senyawa yang

menghubung(membentuk rantai atom dengan diri mereka sendiri). Kemampuan untuk catenate menurun ke bawah kelompok.

TABEL 14.1 Titik lebur dan titik didih unsur Golongan 14 Elemen Titik leleh (°C) Titik didih (°C)

C

Si Ge Sn Pb

Sublim di 4100

1420

945 232 327

3280 2850 2623 1751

Sekarang kita telah mencapai bagian tengah kelompok utama, sifat nonlogam mulai mendominasi. Secara khusus, beberapa keadaan oksidasi menjadi umum.

Semua anggota Golongan 14 membentuk senyawa yang memiliki bilangan oksidasi1 4. Keadaan oksidasi ini melibatkan ikatan kovalen, bahkan untuk dua logam dalam satu golongan. Selain itu, keadaan oksidasi24 ada untuk tiga nonlogam/semimetal ketika mereka terikat pada elemen yang lebih elektropositif. Timah dan timbal juga memiliki bilangan oksidasi12, yang merupakan satu-satunya keadaan oksidasi di mana mereka membentuk senyawa ionik (lihat Bagian 14.18). Untuk silikon, tidak ada senyawa umum di mana silikon ada dalam a12 keadaan oksidasi; sebaliknya,12 keadaan oksidasi timbal adalah yang paling stabil dan dalam 14 negara timbal adalah pengoksidasi kuat. Salah satu dari sedikit contoh umum karbon di12 keadaan oksidasi adalah senyawa pereduksi karbon monoksida.

14.2Kontras dalam Kimia Karbon dan Silikon

Untuk Golongan 14 sampai 17, terdapat perbedaan kimia yang signifikan antara anggota Periode 2 dan periode berikutnya. Diagram Frost yang ditunjukkan pada Gambar 14.1 menunjukkan kontras dalam stabilitas termodinamika antara spesies karbon dan silikon. Terutama terlihat adalah stabilitas silikon dioksida di atas spesies silikon lainnya.

14.2 Kontras dalam Kimia Karbon dan Silikon 317

3 2 1 0 1 2 3 4

GAMBAR 14.1Diagram beku dalam larutan asam untuk karbon dan silikon.

BERSAMA

BERSAMA2

C SiH

4

Si

CH

4

SiO

₂

- 4 - 2

Keadaan oksidasi

0 2 4

Dioksida Karbon dan Silikon

Karbon dioksida dan silikon dioksida memiliki jenis formula yang sama, namun sifatnya sangat berbeda. Karbon dioksida adalah gas tidak berwarna pada suhu kamar, sedangkan silikon dioksida padat meleleh pada 1600 °C dan mendidih pada 2230 °C. Perbedaan titik didih ini disebabkan oleh faktor ikatan. Karbon dioksida terdiri dari unit molekul kecil, triatomik, nonpolar yang daya tariknya satu sama lain disebabkan oleh gaya dispersi. Sebaliknya, silikon dioksida mengandung jaringan ikatan kovalen silikon-oksigen dalam kisi molekul raksasa. Setiap atom silikon terikat pada empat atom oksigen, dan setiap atom oksigen terikat pada dua atom silikon, suatu susunan yang konsisten dengan SiO2.2stoikiometri senyawa (Gambar 14.2).

Bagaimana kita bisa menjelaskan perbedaan ini? Pertama, ikatan tunggal karbon- oksigen jauh lebih lemah daripada ikatan rangkap karbon-oksigen (Tabel 14.2). Oleh karena itu, secara energetik lebih menguntungkan untuk membentuk dua ikatan rangkap C“O daripada empat ikatan C .¬O ikatan tunggal diperlukan agar karbon dioksida dapat dianalogikan dengan silikon dioksida. Indikasi perbedaan energi, pada tekanan di atas 40 MPa dan 1500 °C, karbon dioksida dapat diubah menjadi padatan polimer dengan struktur yang mirip dengan silikon dioksida. Bentuk ini diyakini sangat keras, dengan konduktivitas termal yang tinggi. Bentuk seperti kuarsa tetap stabil pada suhu kamar dan tekanan 1 GPa.

Dalam kasus silikon, ikatan tunggal silikon-oksigen sangat kuat. Karena ikatan rangkap dalam senyawa unsur-unsur dari Periode 3 dan periode yang lebih tinggi

HAI C HAI Si HAI HAI Si

Si

HAI HAI Si Si

GAMBAR 14.2

karbon dioksida dan silikon dioksida.

Struktur dari

TABEL 14.2 Energi ikatan ikatan karbon dan silikon dengan oksigen Energi ikatan

(kJ?mol²¹) Energi ikatan

(kJ?mol²¹)

Ikatan karbon Ikatan silikon

C¬HAI

BERSAMA

358 799

Si¬HAI

Si“O

452 642

Energi bebas (V

.

tahi lalat_)

memiliki energi yang tidak jauh lebih besar daripada ikatan tunggal yang sesuai, untuk silikon, empat ikatan tunggal (dengan karakter ikatan ganda parsial) jauh lebih disukai daripada dua ikatan rangkap konvensional.

Catenasi Karbon

Karbon memiliki dua sifat yang memungkinkannya membentuk berbagai macam senyawa:katanasi(kemampuan untuk membentuk rantai atom) dan ikatan rangkap (yaitu, kemampuan untuk membentuk ikatan rangkap dua dan rangkap tiga). Penggunaan ekstensif dari ikatan ganda ditemukan dalam senyawa karbon, nitrogen, dan oksigen.

Karbon menunjukkan kecenderungan terbesar untuk catenation dari semua elemen.

Untuk catenation, tiga kondisi diperlukan:

1.Kapasitas ikatan (valensi) lebih besar dari atau sama dengan 2

2.Kemampuan elemen untuk mengikat dirinya sendiri; ikatan diri harus

sekuat ikatannya dengan elemen lain

3.Kelembaman kinetik senyawa yang dikatenakan terhadap molekul dan

ion lain

Kita dapat melihat mengapa katenasi sering ditemukan pada senyawa karbon tetapi jarang pada senyawa silikon dengan membandingkan data energi ikatan untuk kedua unsur tersebut (Tabel 14.3). Perhatikan bahwa energi ikatan karbon- karbon dan karbonoksigen sangat mirip. Namun, ikatan silikon-oksigen jauh lebih kuat daripada ikatan antara dua atom silikon. Jadi, dengan adanya oksigen, silikon akan terbentuk¬Si¬HAI¬Si¬HAI¬ rantai daripada¬Si¬Si¬ hubungan. Kita akan melihat nanti bahwa rantai silikon-oksigen mendominasi kimia silikon. Ada jauh lebih sedikit

"insentif" energi untuk memutuskan ikatan karbon-karbon demi pembentukan ikatan karbon-oksigen.

Sangat serius untuk menyadari bahwa dua "keanehan" dunia kimia memungkinkan kehidupan: ikatan hidrogen dan ikatan karbon. Tanpa kedua fenomena ini, kehidupan dalam bentuk apa pun (yang dapat kita bayangkan) tidak akan ada.

TABEL 14.3 Energi ikatan dari berbagai ikatan karbon dan silikon Energi ikatan

(kJ?mol²¹) Energi ikatan

(kJ?mol²¹)

Ikatan karbon Ikatan silikon

C¬C

C¬HAI

346 358

Si¬Si Si¬HAI

222 452

14.3Karbon

Intan dan grafit telah dikenal sepanjang banyak catatan sejarah, tetapi sekarang kita mengetahui keluarga alotrop yang sama sekali baru.

berlian

Dalam karbon bentuk intan, terdapat jaringan ikatan kovalen tunggal yang tersusun secara tetrahedral (Gambar 14.3). Berlian adalah isolator listrik tetapi konduktor termal yang sangat baik, sekitar lima kali lebih baik daripada

14.3 Karbon 319

tembaga. Kita dapat memahami konduktivitas termal dalam hal struktur berlian. Karena molekul raksasa disatukan oleh jaringan ikatan kovalen yang berkesinambungan, sedikit pergerakan atom karbon individu dapat terjadi. Oleh karena itu, energi panas tambahan apa pun akan ditransfer sebagai gerakan molekuler secara langsung melintasi seluruh berlian. Berlian berbentuk padat hingga lebih dari 4000 °C karena sejumlah besar energi diperlukan untuk memutuskan ikatan kovalen yang kuat ini.

Dalam intan "normal", susunan tetrahedra sama dengan struktur ionik ZnS-sfalerit kubik (lihat Bab 5, Bagian 5.4). Ada juga bentuk yang sangat langka, lonsdaleite (dinamai dari ahli kristalografi terkenal Kathleen Lonsdale), di mana tetrahedra disusun dalam heksa-

struktur ZnS-wurtzite gonal (juga ditunjukkan dalam Bab 5, Bagian 5.4).

Kristal lonsdaleite pertama kali ditemukan di meteorit Canyon Diablo di Arizona, dan sejak itu telah disintesis melalui rute di mana grafit dikenai tekanan dan suhu tinggi.

Berlian alami (tipe sphalerit) banyak ditemukan di Afrika. Zaire adalah produsen terbesar (29 persen), tetapi Afrika Selatan (17 persen dari produksi) masih

menghasilkan batu permata berkualitas paling banyak. Rusia berada di posisi kedua dengan 22 persen produksi dunia. Di Amerika Utara, berlian ditemukan di Crater of Diamonds State Park, Arkansas, tetapi tidak ada operasi penambangan skala besar yang terjadi di sana.

Kepadatan berlian (3,5 g?cm23) jauh lebih besar daripada grafit (2,2 g?cm23), sehingga penerapan sederhana dari prinsip Le Châtelier menunjukkan bahwa pembentukan intan dari grafit lebih disukai dalam kondisi tekanan tinggi.

Selanjutnya, untuk mengatasi hambatan energi aktivasi yang cukup besar yang menyertai penataan ulang ikatan kovalen, suhu tinggi juga diperlukan. Iming-iming keuntungan yang sangat besar mengakibatkan banyak upaya untuk melakukan transformasi ini. Produksi massal berlian pertama dilakukan oleh General Electric Company pada tahun 1940-an, menggunakan suhu tinggi (sekitar 1600 °C) dan tekanan yang sangat tinggi (sekitar 5 GPa, yaitu sekitar 50.000 kali tekanan atmosfer). Intan yang dihasilkan dengan metode ini berukuran kecil dan tidak berkualitas permata, meskipun ideal untuk mata bor dan sebagai bahan gerinda.

Energi bebas berlian adalah 2,9 kJ?mol²¹lebih tinggi dari grafit. Jadi, hanya kinetika proses yang sangat lambat yang mencegah berlian hancur menjadi grafit.

Untuk alasan ini, para ilmuwan Barat skeptis ketika ilmuwan Soviet mengklaim telah menemukan metode pembuatan lapisan berlian pada suhu dan tekanan rendah dari reaksi kimia dalam fase gas. Itu sekitar 10 tahun sebelum klaim diselidiki dan terbukti benar. Kami sekarang menyadari potensi luar biasa dari film berlian sebagai sarana untuk memberikan lapisan yang sangat keras—pada pisau bedah, misalnya.

Film berlian juga merupakan pelapis yang menjanjikan untuk chip mikroprosesor komputer. Masalah berkelanjutan yang terkait dengan chip komputer adalah paparannya terhadap suhu tinggi yang dihasilkan oleh panas berlebih yang dihasilkan dari hambatan listrik di sirkuit listrik komputer. Berlian memiliki konduktivitas termal yang sangat tinggi; karenanya, keripik dengan lapisan berlian tidak akan rusak oleh panas yang dihasilkan

GAMBAR 14.3 berlian.

Struktur dari

oleh sirkuit densitas tinggi. Teknologi film berlian diprediksi akan menjadi industri pertumbuhan utama selama dekade berikutnya.

Sampai abad kesembilan belas, dianggap bahwa grafit dan berlian adalah dua zat yang berbeda. Adalah Humphry Davy—dengan “meminjam” salah satu berlian pasangannya dan membakarnya—yang menunjukkan bahwa karbon dioksida adalah satu-satunya produk saat berlian terbakar:

C(S)1HAI2(G)SBERSAMA2(G)

Untungnya, istri Davy cukup kaya untuk tidak terlalu sedih karena kehilangan salah satu permatanya demi ilmu pengetahuan. Ini adalah salah satu metode kimia yang lebih mahal untuk menguji apakah Anda benar-benar memiliki berlian.

Grafit

Struktur grafit sangat berbeda dari berlian. Grafit terdiri dari lapisan atom karbon (Gambar 14.4). Di dalam lapisan, ikatan kovalen menahan atom karbon dalam cincin beranggota enam. Panjang ikatan karbon-karbon dalam grafit adalah 141 pm. Ikatan ini jauh lebih pendek daripada ikatan pada intan (154 pm) tetapi sangat mirip dengan ikatan 140-pm pada benzena, C6H6, senyawa yang disebutkan dalam Bab 9, Bagian 9.11. Kesamaan dalam panjang ikatan ini menunjukkan penjelasan yang mungkin untuk jarak interatomik yang pendek pada grafit—ada banyak ikatan antara atom karbon di dalam lapisan. Seperti benzena, grafit diasumsikan memiliki delokalisasiPsistem elektron di seluruh bidang cincin karbon yang dihasilkan dari tumpang tindih 2

P

zorbital tegak lurus terhadap bidang cincin. Pengaturan ini akan

menghasilkan jaring 113ikatan antara setiap pasangan atom karbon. Ikatan terukur

panjang konsisten dengan asumsi ini.

Jarak antara lapisan karbon sangat besar (335 pm) dan lebih dari dua kali nilai jari-jari van der Waals atom karbon. Oleh karena itu, daya tarik antar lapisan sangat lemah. Dalam bentuk grafit heksagonal umum (lihat Gambar 14.4), lapisan bolak-balik disejajarkan untuk memberikanabab pengaturan. Ketika Anda melihat lapisan berurutan, setengah dari atom karbon terletak sejajar dengan atom karbon di bidang di atas dan di bawah, dan setengah lainnya terletak di atas dan di bawah pusat cincin.

Struktur berlapis grafit menyumbang salah satu sifat yang paling menarik:

konduktivitas listrik yang tinggi. Lebih khusus lagi, konduktivitas di bidang lembaran adalah sekitar 5000 kali lebih besar dari itu di sudut kanan ke lembaran. Grafit juga merupakan pelumas yang sangat baik berdasarkan kemampuan lembaran atom karbon untuk meluncur satu sama lain. Namun, ini bukan keseluruhan cerita. Grafit juga menyerap molekul gas di antara lapisannya. Jadi, banyak ahli kimia

berpendapat bahwa lembaran grafit meluncur pada “bantalan bola” molekuler, yaitu molekul gas yang teradsorpsi.

Meskipun grafit secara termodinamika lebih stabil daripada berlian, secara kinetik lebih reaktif sebagai akibat dari pemisahan lembaran karbon. Berbagai macam zat dari logam alkali melalui halogen hingga senyawa logam halida diketahui dapat bereaksi dengan grafit. Dalam produk yang dihasilkan, struktur grafit pada dasarnya dipertahankan, dengan atom atau ion yang mengganggu GAMBAR 14.4

grafit.

Struktur dari

14.3 Karbon 321

pas antara lapisan dalam rasio yang cukup stoikiometri. Kami menemukan senyawa interkalasi grafit ini sebelumnya di Bab 11, Bagian 11.4.

Sebagian besar grafit yang ditambang berasal dari Timur Jauh, dengan Cina, Siberia, dan dua Korea sebagai produsen utama. Di Amerika Utara, Ontario, Kanada, memiliki simpanan yang signifikan. Grafit juga dibuat dari karbon amorf, metode yang paling dapat diandalkan adalahProses Acheson. Dalam prosedur ini, bubuk kokas (karbon amorf) dipanaskan pada 2500°C selama sekitar 30 jam. Temperatur ini dihasilkan dalam tungku listrik yang memiliki batang karbon sebagai elemen pemanas (Gambar 14.5). Metode ini agak mirip dengan sublimasi di mana bahan kristal murni diperoleh dari bubuk tidak murni. Karbon amorf ditutupi oleh lapisan pasir untuk mencegahnya teroksidasi menjadi karbon dioksida. Prosesnya tidak terlalu hemat energi, tetapi tungku ini memiliki lebih sedikit masalah operasional daripada jenis lainnya. Berkat kemajuan teknologi kimia, unit yang lebih baru menghasilkan lebih sedikit polutan dan lebih hemat energi daripada pendahulunya.

Grafit digunakan dalam pelumas, sebagai elektroda, dan sebagai campuran grafit-tanah liat dalam pensil timah. Campuran umum dalam pensil disebut "HB."

Campuran tanah liat yang lebih tinggi (lebih keras) ditandai dengan peningkatan angka "H", misalnya, "2H", dan campuran grafit tinggi (lebih lunak) ditandai dengan peningkatan angka "B". Tidak ada timbal dalam pensil timah. Istilah ini berasal dari kesamaan antara goresan yang tertinggal pada permukaan dari benda timah lunak dan dari grafit.

minuman bersoda

Pasir

Batang karbon

GAMBAR 14.5tungku Acheson.

Fullerene

Kimia penuh dengan kejutan, dan penemuan seri alotrop karbon baru harus digolongkan sebagai salah satu temuan yang paling tidak terduga. Masalah dengan semua sains adalah bahwa kita dibatasi oleh imajinasi kita sendiri. Telah ditunjukkan bahwa jika berlian tidak ada secara alami di Bumi, sangat tidak mungkin bahwa ahli kimia mana pun akan "membuang waktu" mencoba mengubah struktur grafit dengan menggunakan tekanan yang sangat tinggi. Bahkan lebih tidak mungkin bagi lembaga mana pun untuk memajukan pendanaan untuk proyek "aneh" semacam itu.

Fullerene merupakan keluarga struktur di mana atom karbon disusun dalam struktur bola atau elips. Untuk membuat struktur seperti itu, atom karbon membentuk cincin beranggota lima dan enam, mirip dengan pola garis pada bola sepak (nama awal C60adalah soccerane). C60alotrop (Gambar 14.6

Sebuah

), buckminsterfullerene, adalah yang paling mudah disiapkan⁷⁰alotrop (Gambar 14.6

B

) adalah fullerene berikutnya yang paling umum tersedia.

Struktur elips dari C⁷⁰menyerupai sepak bola Amerika atau bola rugby.

GAMBAR 14.6 dan C70.

Struktur C⁶⁰

(Sebuah) C60 (

B

) C70

Penemuan Buckminsterfullerene

D

penemuan-penemuan dalam sains hampir selalu merupakan urusan yang berbelit-belit, jarang sekali gambaran populer tentang tiba-tiba "Eureka!"WEAddison telah meramalkan pada tahun 1964 bahwa alotrop karbon lain mungkin ada, dan David Jones pada tahun 1966 benar-benar mengusulkan keberadaan "bola grafit berongga". Namun, itu bukan ahli kimia, tetapi dua ahli astrofisika, Donald Huffman dari Universitas Arizona di Tucson dan Wolfgang Krätschmer dari Institut Max Planck untuk Fisika Nuklir di Heidelberg, Jerman, yang dikreditkan dengan sintesis fullerene pertama pada tahun 1982. Mereka adalah tertarik pada bentuk karbon yang bisa eksis di ruang antarbintang.

Mereka memanaskan batang grafit dalam atmosfer bertekanan rendah dan memperoleh jelaga. Tampaknya memiliki spektrum yang tidak biasa, tetapi mereka menghubungkannya dengan kontaminasi oleh uap minyak dari peralatan. Sebagai akibat, mereka kehilangan minat dalam percobaan. Dua tahun kemudian, seorang peneliti medis Australia, Bill Burch, di Australian National University, menghasilkan bentuk karbon yang dapat

disublimasikan yang ia patenkan sebagai "Technogas." Ini juga mungkin buckminsterfullerene.

Harold Kroto dari University of Sussex, Inggris, dan Richard Smalley dari Rice University, Texas, melakukan eksperimen penting. Mereka juga tertarik dengan sifat karbon di ruang angkasa. Ketika Kroto mengunjungi Smalley, Kroto mengusulkan agar mereka menggunakan laser bertenaga tinggi Smalley untuk meledakkan pecahan dari permukaan grafit dan kemudian mengidentifikasi produknya. Antara 4 September dan 6 September 1985, mereka menemukan satu kumpulan produk yang memiliki proporsi molekul yang sangat tinggi yang mengandung 60 atom karbon. Selama akhir pekan, dua mahasiswa peneliti, Jim Heath dan Sean O'Brien, mengubah kondisi percobaan

sampai, dari waktu ke waktu, mereka dapat secara konsisten mendapatkan produk yang tidak terduga ini.

Bagaimana rumus C60dijelaskan? Kroto mengingat kubah geodesik yang menampung paviliun AS di Expo 67 di Montreal. Namun, menurutnya struktur itu terdiri dari bentuk heksagonal, seperti yang membentuk grafit. Para ahli kimia tidak menyadari pekerjaan matematikawan abad kedelapan belas Leonhard Euler, yang telah menunjukkan bahwa mustahil untuk membangun angka tertutup dari segi enam saja. Smalley dan Kroto tidak setuju tentang siapa yang pertama kali menyadari bahwa struktur bola dapat dibangun menggunakan 20 segi enam dan 12 segi lima. Namun demikian, pada 10 September, ini adalah struktur yang didalilkan kelompok untuk molekul misterius. Akibat

ketidaksepakatan tersebut, hubungan antara kedua kelompok penelitian menjadi sengit.

Metode Kroto-Smalley menghasilkan jumlah

buckminsterfullerene yang terlalu kecil untuk studi kimia.

Siklus penemuan selesai pada tahun 1988 ketika Huffman menyadari bahwa metode yang dia dan Krätschmer gunakan beberapa tahun sebelumnya pasti telah membentuk sejumlah besar molekul ini. Kedua fisikawan ini melanjutkan produksi jelaga mereka dan

mengembangkan metode untuk menghasilkan hasil alotrop yang tinggi secara konsisten. Dari penelitian selanjutnya, bukti kimia membuktikan struktur C60dan C70

secara independen dan hampir bersamaan diproduksi oleh kelompok Kroto dan Smalley. Kroto dan Smalley adalah dua dari tiga penerima Hadiah Nobel Kimia 1996 untuk sintesis dan identifikasi fullerene mereka.

Keluarga alotrop ini dinamai R. Buckminster Fuller, seorang jenius abad kedua puluh.

Namanya terutama dikaitkan dengan kubah geodesik, desain arsitektur dengan kekuatan luar biasa yang memiliki susunan struktural yang sama dengan C60molekul. Berlawanan dengan kepercayaan umum, bagaimanapun, dia tidak menemukan kubah. Ini dilakukan oleh Walter Bauersfield di Jerman, tetapi Buckminster Fuller melakukan perbaikan besar pada desain dan mempopulerkannya.

Salah satu metode pembuatan fullerene adalah dengan menggunakan sinar laser yang kuat untuk memanaskan grafit hingga suhu lebih dari 10.000 °C. Pada suhu ini, bagian bidang heksagonal atom karbon terkelupas dari permukaan dan membungkus diri menjadi bola. Sekarang setelah kita mengetahui molekul-molekul ini, mereka muncul di mana-mana. Jelaga biasa mengandung fullerene, dan mereka telah ditemukan di deposit grafit alami. Beberapa ahli astrokimia berpendapat bahwa molekul-molekul ini ada secara luas di ruang antarbintang.

14.3 Karbon 323

Intan dan grafit tidak larut dalam semua pelarut karena memiliki struktur kovalen jaringan. Fullerene memiliki ikatan kovalen di dalam unit, tetapi hanya gaya dispersi yang menahan unit bersama-sama dalam fase padat. Akibatnya, mereka sangat larut dalam pelarut nonpolar seperti heksana dan toluena. Meskipun hitam dalam fase padat, fullerene menampilkan berbagai warna dalam larutan: C⁶⁰ memberikan warna magenta-ungu yang intens, C70berwarna merah anggur, dan C76berwarna hijau kuning cerah. Semua fullerene menjadi luhur ketika dipanaskan, suatu sifat yang memberikan bukti lebih lanjut tentang gaya antarmolekul yang lemah.

C60molekul berkemas bersama-sama dengan cara yang sama seperti atom logam, membentuk susunan kubik berpusat muka. Fullerene memiliki kepadatan rendah (sekitar 1,5 g?cm23), dan mereka adalah nonkonduktor listrik. Molekul C60(dan yang dari fullerene lainnya) menyerap cahaya tampak untuk menghasilkan bentuk tereksitasi yang tidak stabil, yang diwakili oleh simbol *C60. Bentuk tereksitasi menyerap cahaya berkali-kali lebih efisien daripada C . normal60, mengubah energi elektromagnetik menjadi panas. Ini adalah sifat yang sangat penting, karena itu berarti bahwa ketika intensitas cahaya dilewatkan ke dalam larutan C60meningkat, lebih banyak *C60akan diproduksi dan karenanya lebih banyak cahaya yang akan diserap. Intensitas cahaya yang meninggalkan larutan akan berkurang. Solusinya, oleh karena itu, bertindak sebagai pembatas optik.

Melapisi kacamata dengan bahan ini dapat mencegah kerusakan mata pada orang yang bekerja dengan laser intensitas tinggi, dan di dunia yang lebih umum, pelapis seperti itu dapat digunakan untuk membuat kacamata hitam respons instan, tetapi biayanya masih mahal.

Fullerene mudah direduksi menjadi anion melalui reaksi dengan logam

Golongan 1 dan Golongan 2. Misalnya, rubidium cocok dengan celah di C60kisi untuk memberikan Rb³C⁶⁰.Senyawa ini adalah superkonduktor pada suhu di bawah 28 K karena strukturnya sebenarnya [Rb1]3[C60

dengan fullerene bebas bergerak di seluruh kristal, seperti yang ada di logam. Karena rongga dalam fullerene cukup besar, dimungkinkan untuk memasukkan ion logam ke dalam struktur. Contohnya adalah La@C82, di mana simbol @ digunakan untuk menunjukkan bahwa 31ion logam berada di dalam fullerene. Reaksi kimia dengan permukaan fullerene juga dimungkinkan; dengan demikian, reaksi dengan fluor menghasilkan pembentukan C . yang tidak berwarna60F60.

Dari seri fullerene, C60adalah yang paling mudah untuk diproduksi, diikuti oleh C70. Fullerene bernomor genap dari C70melebihi C100diketahui. Fullerene stabil terkecil yang disintesis adalah C36, padatan hitam reaktif yang memberikan larutan kuning keemasan. C36

diharapkan menjadi fullerene stabil terkecil yang layak berdasarkan ikatan regangan yang dibutuhkan untuk menutup bola sekecil itu. Fullerene terkecil yang disiapkan, C20, sebuah spheroid yang hanya didasarkan pada unit pentagonal, hanya ada sebentar saja.

32

]. Elektron ekstra terkait

Karbon nanotube

Nanotube pada dasarnya adalah potongan kecil lembaran grafit, digulung menjadi tabung dan ditutup dengan setengah fullerene di setiap ujungnya. Mereka pertama kali ditemukan pada tahun 1991 oleh ilmuwan Jepang Sumio Iijima. Mereka dapat dibuat dengan memanaskan grafit dalam atmosfer inert di bawah kondisi yang dipatenkan hingga sekitar 1200 ° C.

Karena atom karbon dalam nanotube disatukan oleh ikatan kovalen, tabung

tersebut sangat kuat—mereka memiliki kekuatan sekitar 100 kali lipat. SciAm

GAMBAR 14.7Struktur dari (Sebuah ) nanotube berdinding tunggal (SWNT) dan (B) nanotube berdinding banyak (MWNT).

(Sebuah) SWNT

(

B

) MWNT

dari untaian baja yang setara. Dengan demikian, nanotube dapat digunakan sebagai bahan super kuat. Asalkan segi enam karbon disejajarkan secara tepat dengan sumbu panjang tabung nano, bahan tersebut merupakan konduktor listrik yang sangat baik.

Perilaku ini membuka kemungkinan bundel nanotube menjadi setara listrik dari serat optik. Namun, jika ada "twist" di segi enam, memberikan susunan spiral, material berperilaku sebagai semikonduktor. Tabung nano terbuka juga memiliki potensi untuk penyimpanan gas hidrogen yang dapat dibalik, menunjukkan bahwa mereka mungkin memainkan peran dalam ekonomi berbasis hidrogen di masa depan.

Ada dua kelas nanotube: nanotube berdinding tunggal (SWNTs) dan nanotube multiwalled (MWNTs) (Gambar 14.7). SWNT terdiri dari nanotube karbon sederhana, sedangkan MWNT terdiri dari lapisan konsentris nanotube seperti kabel koaksial. SWNT-lah yang memiliki janji yang lebih besar, tetapi saat ini mereka sangat mahal untuk disintesis.

Grafena

Grafit, fullerene, dan nanotube semuanya didasarkan pada cincin heksagonal atom karbon. Satu lembar datar dari cincin heksagonal ini disebut graphene. Diyakini mustahil untuk mengupas satu lapis cincin karbon dari grafit; Kemudian pada tahun 2004, tim peneliti di University of Manchester, Inggris, melakukannya dengan prosedur sederhana menggunakan pita perekat. Materi tidak dapat disebut grafit karena, menurut definisi, grafit adalah struktur tiga dimensi dengan daya tarik dispersi antar lapisan.

Menjadi hanya satu atom tebal, graphene (kadang-kadang disebut kawat ayam atom) benar-benar transparan. Ia berperilaku sebagai semilogam dengan sifat listrik dan magnet yang tidak biasa dan, disatukan oleh aSdan terkonjugasi Psistem, sangat kuat.

Tepi lembaran dapat dioksidasi untuk membentuk oksida grafena dan kemudian molekul air dapat digunakan untuk "menjahit" pelat grafena bersama-sama untuk membentuk lembaran grafena dua dimensi yang besar. Meskipun penggunaan grafena belum sepenuhnya dieksplorasi, lembaran graphene telah digunakan sebagai sensor gas utama, mendeteksi satu molekul nitrogen dioksida.

14.4 Isotop Karbon 325

Karbon Tidak Murni

Kegunaan utama karbon adalah sebagai sumber energi dan sebagai reduktor. Untuk tujuan reduksi, digunakan bentuk karbon (kokas) yang tidak murni. Bahan ini diproduksi dengan memanaskan batubara tanpa adanya udara. Dalam proses ini, struktur batu bara yang kompleks terurai, hidrokarbon mendidih dan meninggalkan padatan berpori, berdensitas rendah, keperakan, hampir seperti logam. Pada dasarnya, kokas terdiri dari mikrokristal grafit yang memiliki proporsi kecil dari beberapa elemen lain, terutama hidrogen, yang terikat dalam strukturnya. Sebagian besar distilat yang dihasilkan oleh proses kokas dapat digunakan sebagai bahan baku dalam industri kimia, tetapi limbah berminyak dan berair merupakan campuran karsinogen. Kokas digunakan dalam produksi besi dari bijih besi dan dalam proses pirometalurgi lainnya. Produksi kokas cukup besar, dan sekitar 53108ton digunakan di seluruh dunia setiap tahun.

Karbon hitam adalah bentuk bubuk karbon yang sangat halus. Mikrografit tidak murni ini dihasilkan oleh pembakaran bahan organik yang tidak sempurna. Ini digunakan dalam jumlah yang sangat besar — sekitar 13107ton per hari. Itu dicampur dengan karet untuk memperkuat ban dan mengurangi keausan. Sekitar 3 kg digunakan untuk rata-rata ban mobil, dan kandungan karbonlah yang memberi warna hitam pada ban.

Bentuk karbon lain yang dikenal sebagai karbon aktif memiliki luas permukaan yang sangat tinggi—biasanya 103M2?G21. Bahan ini digunakan untuk penghilangan warna industri gula dan filter gas, serta untuk menghilangkan kotoran dari reaksi organik di laboratorium universitas. Kimia fisik dari proses penyerapan itu kompleks, tetapi sebagian bekerja dengan daya tarik molekul polar ke permukaan karbon.

Blok karbon secara industri penting sebagai elektroda dalam proses elektrokimia dan termokimia. Misalnya, sekitar 7,5 juta ton karbon digunakan setiap tahun hanya di pabrik peleburan aluminium. Dan, tentu saja, musim panas selalu meningkatkan konsumsi karbon di barbekyu rumahan.

14.4Isotop Karbon

Karbon alami mengandung tiga isotop: karbon-12 (98,89 persen), isotop yang paling umum; sebagian kecil karbon-13 (1,11 persen); dan jejak karbon-14. Karbon-14 adalah isotop radioaktif dengan waktu paruh 5,7310

³ bertahun-tahun. Dengan waktu paruh yang begitu singkat, kita akan mengharapkan sedikit tanda dari isotop ini di Bumi. Namun itu lazim di semua jaringan hidup, karena isotop terus-menerus diproduksi oleh reaksi antara neutron sinar kosmik dan atom nitrogen di atmosfer atas:

147

n1

^{1 0}

nS

^{14 6}

C1

^{1 1}

H

Atom karbon bereaksi dengan gas oksigen untuk membentuk molekul radioaktif karbon dioksida. Ini diserap oleh tanaman dalam fotosintesis. Makhluk yang memakan tumbuhan dan makhluk yang memakan makhluk yang memakan tumbuhan semuanya akan mengandung proporsi karbon radioaktif yang sama. Setelah kematian organisme, tidak ada asupan karbon lebih lanjut, dan karbon-14 yang sudah ada dalam tubuh meluruh.

Dengan demikian, usia suatu objek dapat ditentukan dengan mengukur jumlah karbon-14 yang ada dalam sampel. Metode ini memberikan skala absolut dari penanggalan objek yang berusia antara 1000 dan 20.000 tahun.WF Libby dianugerahi Hadiah Nobel dalam Kimia pada tahun 1960 untuk mengembangkan teknik penanggalan radiokarbon.

14.5Karbida

Senyawa biner karbon dengan unsur-unsur yang kurang elektronegatif (kecuali hidrogen) disebut karbida. Karbida adalah padatan keras dengan titik leleh tinggi. Terlepas dari kesamaan sifat ini, sebenarnya ada tiga jenis ikatan dalam karbida: ionik, kovalen, dan logam.

Karbida Ionik

Karbida ionik dibentuk oleh unsur yang paling elektropositif: logam alkali dan alkali tanah dan aluminium. Sebagian besar senyawa ionik ini mengandung dikarbida (22) ion, yang kita diskusikan dalam konteks kalsium dikarbida (lihat Bab 12, Bagian 12.11). Karbida ionik adalah satu-satunya karbida yang menunjukkan banyak reaktivitas kimia. Secara khusus, mereka bereaksi dengan air untuk menghasilkan etuna, C²H², sebelumnya disebut asetilena:

tidak2C2(

S

)12 H2HAI(

aku

)S2 NaOH(

aq

)1C2H2(

G

)

Dari rumusnya, berilium karbida merah, Be²C, dan aluminium karbida kuning, Al

4C3, tampaknya mengandung C42ion. Kation densitas muatan tinggi Be21dan Al31

adalah satu-satunya ion yang dapat membentuk kisi stabil dengan anion bermuatan tinggi tersebut. Namun, kationnya sangat kecil dan bermuatan tinggi dan anionnya sangat besar sehingga kita menganggap harus ada tingkat kovalensi yang besar dalam ikatan. Namun demikian, kedua karbida ini menghasilkan metana, CH4, ketika mereka bereaksi dengan air, seperti yang diharapkan jika C⁴²ion hadir:

Al

4

C

3

(S)112 H

2

HAI(aku)S4 Al(OH)

3

(S)13 CH

4

(G) karbida kovalen

Karena kebanyakan nonlogam lebih elektronegatif daripada karbon, ada beberapa karbida kovalen. Silikon karbida, SiC, dan boron karbida, B4C (dibahas dalam Bab 13, Bagian 13.3), adalah contoh umum; keduanya sangat keras dan memiliki titik leleh yang tinggi. Silikon karbida digunakan sebagai bahan gerinda dan pemoles dalam aplikasi metalurgi, dan merupakan satu-satunya produk keramik non-oksida yang penting bagi industri skala besar. Produksi senyawa ini di seluruh dunia adalah sekitar 7310⁵ton.

Silikon karbida, yang berwarna hijau terang saat murni, diproduksi di tungku Acheson, seperti yang digunakan untuk mengubah kokas menjadi grafit. Tungku membutuhkan waktu sekitar 18 jam untuk memanaskan secara elektrik hingga suhu reaksi sekitar 2300 °C, dan diperlukan waktu 18 jam lagi untuk menghasilkan hasil optimum. Produksi senyawa ini sangat intensif energi, dan antara 6 dan 12 kWh listrik diperlukan untuk menghasilkan 1 kg silikon karbida:

SiO

2

(S)13C(S)¡SiC(S)12 CO(G)

^¢.

14.5 Karbida 327

Ada minat yang luar biasa pada silikon karbida sebagai bahan untuk bilah turbin suhu tinggi, yang beroperasi pada suhu yang menyebabkan logam kehilangan kekuatannya. Silikon karbida juga digunakan untuk penyangga cermin presisi tinggi karena memiliki koefisien ekspansi yang sangat rendah. Properti ini meminimalkan masalah distorsi karena cermin silikon karbida hanya mengalami perubahan bentuk yang dapat diabaikan saat suhu berfluktuasi.

Kunci untuk penggunaan silikon karbida yang lebih luas adalah kemampuannya untuk membentuknya menjadi bentuk (untuk penggunaan seperti blok mesin yang tahan lama atau sambungan manusia pengganti). Dengan titik lelehnya yang sangat tinggi, hal itu tidak mungkin dilakukan sampai sekarang. Sejumlah besar penelitian saat ini berfokus pada sintesis senyawa organosilikon cair. Ini dapat dituangkan ke dalam cetakan dan senyawa dipanaskan sampai suhu yang cukup tinggi sehingga terjadi dekomposisi, meninggalkan silikon karbida dalam bentuk yang diinginkan. Silikon karbida tentu saja merupakan bahan yang menjanjikan untuk abad ini.

Moissanite: Pengganti Berlian

kamu

sampai tahun 1998, satu-satunya pengganti berlian dengan biaya lebih rendah adalah zirkonia kubik, ZrO2(lihat Bab 20, Bagian

20.2). Sekarang pengembangan sintesis komersial dari bentuk heksagonal silikon karbida telah menyebabkan pengenalan batu permata baru, moissanite. Moissanite telah ditemukan pada tahun 1890-an di Diablo Canyon, Arizona, kawah tumbukan meteorit dan dinamai ahli kimia Henri Moissan. Tetapi sampai saat ini, itu tidak dapat disintesis dalam kristal besar. Sintesis moissanite

dihasilkan dari penelitian bahan semikonduktor baru untuk LED dan penggunaan komputer. Meskipun sebagian besar keluaran silikon karbida murni masih untuk industri teknologi tinggi, proporsi yang meningkat adalah untuk pasar batu permata.

Moissanite adalah analog dari lonsdaleite (dibahas di Bagian 14.3) di mana atom karbon alternatif digantikan oleh atom silikon. Dengan kemiripan yang dekat dengan intan dalam komposisi dan struktur, tidak mengherankan jika sifat- sifatnya juga mirip dengan intan (Tabel 14.4).

TABEL 14.4 Perbandingan sifat-sifat berlian, moissanite, dan zirkonia kubik

Kekerasan

(skala moh) bias

indeks

Kepadatan

(G?cm23) C, berlian

SiC, moissanite ZrO2, zirkonia kubik

10

9.25–9.5

8.5

2.24

2.65–2.69

2.15

3.5 3.2 5.8

Moissanite hampir sekeras berlian, memiliki kerapatan yang hampir sama, dan, dengan indeks bias yang lebih tinggi daripada berlian, sebenarnya "berkilau" lebih dari berlian. Jadi, ketika membandingkan berlian dan moissanite, kebanyakan orang percaya bahwa moissanite adalah berlian asli. Teknik standar untuk mengidentifikasi berlian adalah dengan mengukur konduktivitas termalnya. Meskipun bukan logam, berlian memiliki konduktivitas termal yang sangat tinggi, mirip dengan banyak logam. Konduktivitas dihasilkan dari kuat

ikatan kovalen di seluruh struktur kisi; karenanya, setiap getaran molekul (panas) akan ditransmisikan dengan cepat melalui struktur. Karena moissanite memiliki struktur yang serupa, ia juga memiliki konduktivitas termal yang tinggi, sehingga metode tradisional identifikasi berlian tidak akan menghilangkan moissanite. Namun, pemeriksaan kristal moissanite di bawah mikroskop mengungkapkan karakteristik pembiasan ganda untuk moissanite bersama-sama dengan perbedaan dalam polesan permukaan dan inklusi dari berlian.

Karbida Logam

Karbida logam adalah senyawa yang atom karbonnya sesuai dengan struktur kristal logam itu sendiri, dan biasanya dibentuk oleh logam transisi. Untuk membentuk karbida logam, logam harus memiliki struktur rapat, dan atom biasanya memiliki radius logam lebih besar dari 130 pm. Atom karbon kemudian dapat masuk ke dalam lubang oktahedral (celah) dalam struktur;

karenanya, karbida logam juga disebut

karbida interstisial

. Jika semua lubang oktahedral terisi, stoikiometri senyawa ini adalah 1:1.

Karena karbida logam mempertahankan struktur kristal logam, mereka terlihat logam dan menghantarkan listrik. Mereka penting karena mereka memiliki titik leleh yang sangat tinggi, menunjukkan ketahanan yang cukup besar terhadap serangan kimia, dan sangat keras. Yang paling penting dari senyawa ini adalah tungsten carbide (WC), di mana sekitar 20.000 ton diproduksi setiap tahun di seluruh dunia. Sebagian besar bahan digunakan dalam alat pemotong.

Beberapa logam dengan radius di bawah 130 pm membentuk karbida logam, tetapi kisi logamnya terdistorsi. Akibatnya, senyawa tersebut lebih reaktif daripada karbida interstisial sejati. Yang paling penting dari karbida hampir-interstisial ini adalah Fe3C, biasa disebut sementit. Ini adalah mikrokristal sementit yang menyebabkan baja karbon lebih keras daripada besi murni.

14.6Karbon monoksida

Karbon monoksida adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Ini sangat beracun karena memiliki afinitas 300 kali lipat lebih besar untuk hemoglobin darah daripada oksigen;

dengan demikian, konsentrasi karbon monoksida yang cukup rendah di udara cukup untuk mencegah penyerapan oksigen di paru-paru. Tanpa suplai oksigen yang terus menerus, otak kehilangan kesadaran, dan kematian akan mengikuti kecuali suplai hemoglobin teroksigenasi dipulihkan. Anehnya, sekarang ada bukti bahwa karbon monoksida adalah molekul pembawa pesan di beberapa neuron di otak. Jadi, apa yang beracun dalam jumlah besar diperlukan dalam jumlah kecil untuk berfungsinya otak dengan benar.

Ikatan karbon-oksigen dalam karbon monoksida sangat pendek, kira-kira sepanjang yang diharapkan untuk ikatan rangkap tiga. Gambar 14.8 menunjukkan diagram tingkat energi yang disederhanakan untuk karbon monoksida untuk orbital molekul yang diturunkan dari 2Porbital atom. Model ini memberikan orde ikatan 3 dari pengisian satuS- orbital ikatan dan duaP-orbital ikatan.

Karbon monoksida dihasilkan ketika senyawa yang mengandung karbon, termasuk karbon itu sendiri, dibakar dengan jumlah oksigen yang tidak mencukupi untuk pembakaran sempurna:

Ikatan rangkap tiga antara karbon dan oksigen dalam karbon monoksida adalah ikatan terkuat yang diketahui, dengan energi ikatan 1070 kJ?mol21.

2 C(S)1HAI

2

(G)S2 CO(G)

Sebagai mesin mobil menjadi lebih efisien, produksi karbon monoksida telah berkurang secara substansial. Dengan demikian, dalam hal ini udara yang dihirup di jalan-jalan kota tidak terlalu berbahaya dibandingkan sebelumnya karena kandungan karbon monoksidanya lebih rendah.

14.6 Karbon Monoksida 329

atom

orbital

C

Molekuler

orbital

atom

orbital

HAI

GAMBAR 14.8Diagram tingkat energi orbital molekul yang disederhanakan sebagian untuk karbon monoksida.

*

* *

2P

z ^2Pkamu

2P

x

2P

x ^2Pkamu

2P

z

Gas murni disiapkan di laboratorium dengan memanaskan asam metanoat (format) dengan asam sulfat pekat. Dalam dekomposisi ini, asam sulfat bertindak sebagai agen dehidrasi:

HCOOH(aku)1H²JADI⁴(aku)SBERSAMA(G)1H²HAI(aku)1H²JADI⁴(aq)

Karbon monoksida cukup reaktif; misalnya, ia terbakar dengan api biru menjadi karbon dioksida:

2 CO(G)1HAI

²

(G)S2 CO

²

(G)

Bereaksi dengan gas klorin dengan adanya arang ringan atau panas, yang berfungsi sebagai katalis, menghasilkan karbonil klorida, COCl², senyawa yang lebih dikenal sebagai fosgen gas beracun:

BERSAMA(G)1Cl2(G)SCOCl2(G)

Meskipun karbonil klorida biasanya disebut sebagai salah satu gas pertama yang digunakan dalam peperangan, sebenarnya ini adalah bahan kimia industri yang diproduksi dalam skala jutaan ton per tahun. Karbonil klorida sangat berguna sebagai bahan awal untuk sintesis banyak senyawa penting seperti polikarbonat yang digunakan secara luas sebagai bahan transparan yang keras dan berdensitas rendah.

Ketika karbon monoksida dilewatkan di atas belerang yang dipanaskan, senyawa karbonil sulfida, COS, fungisida dengan bahaya rendah yang menjanjikan, terbentuk:

BERSAMA(G)1S(S)SCOS(G)

Seperti yang ditunjukkan oleh diagram Frost pada Gambar 14.1, karbon monoksida adalah zat pereduksi kuat. Ini digunakan secara industri dalam peran ini, misalnya, dalam peleburan besi(III) oksida menjadi logam besi (lihat Bab 20, Bagian 20.6):

Fe

²

HAI

³

(S)13 CO(G)¡2 Fe(aku)13 CO

^{¢. 2}

(G)

Ini juga merupakan bahan awal yang penting dalam kimia organik industri. Di bawah suhu dan tekanan tinggi, karbon monoksida akan bergabung dengan gas hidrogen (campuran yang dikenal sebagai gas sintesis) untuk menghasilkan metanol, CH3OH:

BERSAMA(G)12 H

²

(G)¡CH

^{¢. 3}

OH(G)

Mencampur karbon monoksida dengan etena, C2H4, dan gas hidrogen menghasilkan propanal, CH3CH2CHO, reaksi yang dikenal sebagaiProses OXO:

BERSAMA(G)1C

²

H

⁴

(G)1H

²

(G)¡C

^¢2

H

⁵

CHO(G)

Spesies katalitik aktif dalam proses ini adalah senyawa kobalt yang mengandung ikatan kovalen dengan hidrogen dan karbon monoksida, HCo(CO)4, dan itu adalah senyawa logam yang mirip dengan karbon monoksida yang akan kita bahas selanjutnya.

Karbon monoksida membentuk banyak senyawa dengan logam transisi. Dalam senyawa yang sangat beracun dan mudah menguap ini, logam dianggap memiliki bilangan oksidasi nol. Di antara karbonil sederhana adalah tetrakarbonilnikel(0), Ni(CO)4; pentakarboniliron(0), Fe(CO)5; dan heksakarbonilkromium(0), Cr(CO)6. Banyak karbonil logam dapat dibuat hanya dengan memanaskan logam dengan karbon monoksida di bawah tekanan. Misalnya, ketika dipanaskan, nikel bereaksi dengan karbon monoksida menghasilkan gas tak berwarna tetrakarbonilnikel (0):

ni(S)14 CO(G)SNi(CO)

4

(G)

Senyawa ini sering digunakan sebagai reagen untuk pembuatan senyawa logam transisi bilangan oksidasi rendah lainnya. Kimia senyawa karbonil dibahas lebih lengkap dalam Bab 22, Bagian 22.6.

14.7Karbon dioksida

Karbon dioksida adalah gas padat, tidak berwarna, tidak berbau yang tidak terbakar atau, biasanya, mendukung pembakaran. Kombinasi kepadatan tinggi dan kelembaman telah menyebabkan penggunaannya untuk memadamkan api. Karena sekitar satu setengah kali lebih padat daripada udara di bawah kondisi suhu dan tekanan yang sama, ia mengalir, hampir seperti cairan, sampai arus udara mencampurnya dengan gas-gas di atmosfer. Dengan demikian, efektif untuk memadamkan kebakaran di lantai tetapi hampir tidak berguna untuk memadamkan api di langit-langit. Namun, karbon dioksida akan bereaksi dengan logam yang terbakar, seperti kalsium:

2 Ca(S)1BERSAMA

2

(G)¡2 CaO(S)1C(S)

^¢.

Kelembaman karbon dioksida menyebabkan penggunaan penting dalam pertanian.

Jutaan ton biji-bijian disimpan sampai dijual. Dalam kondisi seperti itu, biji-bijian mudah dihinggapi serangga seperti kumbang biji-bijian berkarat. Untuk mencegah infestasi, fumigan seperti etilen dibromida (dibromoetana), C2H4br2; metil bromida (bromometana), CH3Saudara; dan fosfin, PH3, Telah digunakan. Etilen dibromida telah dilarang karena bersifat karsinogenik bagi mamalia dan dengan demikian menimbulkan risiko kesehatan.

Metil bromida sedang dihapus karena merupakan perusak ozon. Serangga

mengembangkan resistensi terhadap fosfin (yang merupakan senyawa yang sangat berbahaya). Karbon dioksida tampaknya menjadi pengganti yang sempurna. Serangga tidak dapat hidup di atmosfer karbon dioksida, namun senyawa ini tidak berbahaya setelah diencerkan di udara.

Karbon dioksida tidak biasa karena tidak memiliki fase cair pada tekanan atmosfer normal. Sebagai gantinya, padatan menyublim langsung ke fase gas.

Untuk mendapatkan fase cair pada suhu kamar, tekanan 6,7 MPa (67 kali tekanan atmosfer standar) harus diterapkan, seperti yang ditunjukkan pada diagram fase di

14.7 Karbon Dioksida 331

Gambar 14.9. Karbon dioksida biasanya dibawa dalam mobil tangki dan silinder dalam bentuk cair. Ketika tekanan dilepaskan, sebagian dari karbon dioksida cair menguap, tetapi panas yang diserap dalam proses ekspansi (mengatasi gaya dispersi antar molekul) cukup untuk mendinginkan sisa cairan di bawah titik sublimasinya,278°C pada tekanan atmosfer. Dengan membalik silinder dan membuka katup, karbon dioksida padat, “es kering”, dapat dikumpulkan dalam kantong kasa atau CO²"pembuat patty" pada suhu kamar.

Karbon dioksida adalah bahan kimia industri yang penting. Setiap tahun, lebih dari 40 juta ton digunakan di Amerika Serikat saja. Setengah dari jumlah ini dibutuhkan sebagai zat pendingin, dan 25 persen lainnya digunakan untuk minuman ringan berkarbonasi. Hal ini juga digunakan sebagai propelan di beberapa kaleng aerosol dan sebagai gas bertekanan untuk mengembang rakit dan pelampung.

Ada sejumlah sumber karbon dioksida industri, termasuk sebagai produk sampingan dalam pembuatan amonia, logam cair, semen, dan dari proses fermentasi gula. Dan, tentu saja, kita membuang karbon dioksida ke atmosfer selama pembakaran sempurna zat yang mengandung karbon:

kayu, gas alam, bensin, dan minyak.

Di laboratorium, karbon dioksida paling mudah dibuat dengan menambahkan asam klorida encer ke serpihan marmer (potongan kalsium karbonat tidak murni), meskipun asam encer apa pun dengan karbonat atau hidrogen karbonat dapat digunakan (misalnya, tablet Alka-Selzer atau baking powder ):

Padat Cairan

6700 100 Gas

Suhu (C)

78 25

GAMBAR 14.9Diagram fase untuk karbon dioksida.

2 HCl(

aq

)1CaCO3(

S

)SCaCl2(

aq

)1H2HAI(

aku

)1BERSAMA2(

G

)

Untuk mengidentifikasi karbon dioksida,tes air kapurdigunakan. Dalam tes ini, gas digelembungkan ke dalam larutan jenuh kalsium hidroksida. Jika gasnya adalah karbon dioksida, endapan putih kalsium karbonat terbentuk. Penambahan lebih banyak karbon dioksida menghasilkan hilangnya endapan sebagai bentuk kalsium hidrogen karbonat yang larut:

BERSAMA2(G)1Ca(OH)2(aq)SCaCO3(S)1H2HAI(aku)

BERSAMA²(

G

)1CaCO³(

S

)1H²HAI(

aku

)Δ.Ca²¹(

aq

)12 HCO^{2 3}

(aq)

Panjang ikatan dan kekuatan ikatan menunjukkan bahwa ada ikatan rangkap antara atom karbon dan oksigen dalam molekul karbon dioksida. Kami akan memprediksi pola ikatan ini baik dari representasi titik elektron maupun dari teori hibridisasi sederhana. Atas dasar teori hibridisasi, kami berasumsi bahwaSikatan terbentuk dari

sp

orbital hibrida. Yang tersisa

P

orbital, yang tegak lurus terhadap arah ikatan, kemudian tumpang tindih membentuk duaPorbital molekul (Gambar 14.10).

Dalam larutan berair, hampir semua karbon dioksida hadir sebagai CO2(aq); hanya 0,37 persen hadir sebagai asam karbonat, H²BERSAMA³(aq):

HAI C

(Sebuah)

HAI

HAI C HAI

BERSAMA2(aq)1H²HAI(aku)Δ.H2BERSAMA3(aq)

Asam karbonat adalah asam diprotik yang sangat lemah, seperti dapat dilihat dari pKSebuah

(B)

nilai yang sesuai dengan masing-masing langkah ionisasi: GAMBAR 14.10

antara atom-atom dari molekul karbon dioksida. (B) keduanya P ikatan antara atom yang sama.

(Sebuah)Sobligasi

H2BERSAMA3(aq)1H2HAI(aku)Δ.H3HAI1(aq)1HCO3(aq²)

PK

^a1

56.37 PK

^a2

510.33 HCO

²³(aq)1H2HAI(aku)Δ.H3HAI1(aq)1BERSAMA223

(aq)

Tekanan (kPa)

Karbon Dioksida, Cairan Superkritis

saya

na diagram fase, semua garis kontinu kecuali satu, kurva cair-gas. Garis ini berakhir tiba-tiba pada suatu titik tertentu yang dikenal sebagai titik kritis. Di atas tekanan dan suhu kritis, sifat-sifat zat tidak lagi menjadi gas atau cair, tetapi memiliki fase unik yang dikenal sebagai fluida superkritis (Gambar 14.11).

Untuk karbon dioksida, tekanan kritis adalah sekitar 7,4 MPa (hampir 73 kali tekanan atmosfer) dan 30°C.

Ketika suatu zat mencapai keadaan superkritis, sifat fisik fluida menjadi perantara antara gas dan cairan. Kekuatan solvasi fluida mirip dengan cairan, sedangkan difusivitas dan

viskositas menyerupai gas. Selanjutnya, sifat solvasi fluida, khususnya kemampuannya untuk meniru pelarut polar atau nonpolar, dapat diubah dengan mengubah suhu dan tekanan.

Dorongan untuk penelitian cairan superkritis datang pada tahun 1976. Pada saat itu, kopi tanpa kafein diproduksi menggunakan diklorometana, CH²Cl², untuk mengekstrak kafein. Namun, jejak diklorometana beracun ditemukan tetap ada di kopi. Para peneliti di Institut Max Planck di Jerman menemukan bahwa karbon dioksida superkritis adalah pelarut yang sangat baik untuk kafein.

Selain itu, difusivitas tinggi dan viskositas rendah dari cairan superkritis memungkinkan pelarut dengan cepat menembus jauh ke dalam biji kopi, mengekstrak hampir 100 persen kafein. Mayoritas kopi tanpa kafein sekarang diproduksi dengan cara ini, dengan satu pabrik di Texas saja memproses sekitar 25.000 ton biji kopi per tahun.

Penggunaan karbon dioksida superkritis sebagai pelarut kini telah meluas. Ini digunakan untuk mengekstraksi komponen spesifik dari tembakau (nikotin), hop, paprika merah, dan rempah-rempah, di antara banyak lainnya. Teknik ini juga digunakan untuk pengolahan air limbah, limbah padat, dan limbah kilang. Aplikasi lain dalam kimia produk alami: ekstraksi obat-obatan dari tumbuhan. Teknologi fluida superkritis dengan demikian telah menjadi bagian integral dari kimia industri.

SCF

Cairan

P

C

Padat

Gas

Suhu T

C

GAMBAR 14.11Diagram fase generik yang menggambarkan lokasi wilayah superkritis (SCF).

Asam karbonat baru-baru ini diisolasi pada suhu rendah dan tanpa air.

Beruntung bagi kita bahwa kesetimbangan terletak di kiri, bukan di kanan, dan asam karbonat adalah asam lemah, karena itu berarti bahwa karbonasi minuman tidak akan menyebabkan minuman menjadi asam yang tidak menyenangkan.

Kelarutan karbon dioksida yang tinggi dalam air telah dijelaskan dalam bentuk molekul karbon dioksida yang terperangkap di dalam kelompok molekul air yang terikat hidrogen, seperti klatrat (lihat Bab 10, Bagian 10.6) dalam fase padat.

Karena merupakan oksida asam, karbon dioksida bereaksi dengan basa menghasilkan karbonat. Adanya kelebihan karbon dioksida menghasilkan pembentukan hidrogen karbonat dari unsur alkali dan alkali tanah:

2 KOH(aq)1BERSAMA²(G)SK²BERSAMA3(aq)1H²HAI(aku) K2BERSAMA3(aq)1BERSAMA²(G)1H²HAI(aku)S2 KHCO³(aq)

Dikarbon Tetroksida (1,2-dioxetanedione)

Metode yang paling umum untuk menghasilkan cahaya berpendar (“glow sticks”) melibatkan pembentukan dikarbon tetroksida antara (Gambar 14.12), dimer karbon dioksida, yang dikenal juga dengan nama kimia organiknya

Tekanan

14.8 Karbonat dan Hidrogen Karbonat 333

1,2-dioxetanedion. Untuk produksi cahaya, hidrogen peroksida direaksikan dengan senyawa organik, seringkali bis(2,4,6-triklorofenil)oksalat, untuk menghasilkan

triklorofenol dan dikarbon tetroksida. Tetroksida dikarbon kemudian bereaksi dengan zat warna organik, elektron dalam molekul zat warna dinaikkan ke keadaan tereksitasi (pewarna*) sedangkan dikarbon tetroksida terurai menjadi karbon dioksida. Elektron dalam keadaan tereksitasi kemudian kembali dari waktu ke waktu ke keadaan dasar, melepaskan energi dari pewarna dalam bentuk cahaya (pendar):

C2HAI4(aq)1pewarna(aq)S2 CO²(G)1pewarna*(aq) pewarna*(aq)Spewarna(aq)1Hn

GAMBAR 14.12

dari dikarbon tetroksida, molekul C.

Struktur

karbonia ^2HAI4,

Seperti yang telah kita diskusikan di Bab 3, Bagian 3.11, silikon dioksida, yang biasa disebut silika (nama mineral, kuarsa), membentuk kisi kristal kovalen jaringan ikatan tunggal. Karbon dioksida, bagaimanapun, membentuk molekul individu dengan ikatan rangkap karbon-oksigen, dan dalam Bagian 14.14, kami memberikan penjelasan yang mungkin untuk perbedaan tersebut.

Ahli kimia berteori bahwa jika versi kovalen jaringan karbon dioksida dapat disintesis, mungkin memiliki kekuatan silika tetapi kepadatan yang jauh lebih rendah. Pada tahun 2006 alotrop baru ini pertama kali terbentuk. Kunci sintesisnya bukan hanya tekanan tinggi tetapi juga suhu yang cukup tinggi untuk menyediakan energi untuk pemutusan ikatan dan pembentukan kembali. Tekanan 80 GPa dan suhu 1800 K terbukti berhasil, dan silika berbasis karbon yang setara, dinamai carbonia dengan analogi, diproduksi. Sejak itu, karbonia kristal dan kaca (amorf) telah diproduksi. Meskipun carbonia tetap stabil hingga suhu kamar, tekanan harus dipertahankan di atas 1 GPa. Namun demikian, sintesis karbonia memungkinkan ahli kimia untuk menemukan paralel baru antara kimia karbon dan anggota lain dari Grup 14.

14.8Karbonat dan Hidrogen Karbonat karbonat

Ion karbonat sangat basa dalam larutan air sebagai hasil dari reaksi hidrolisis yang menghasilkan ion hidrogen karbonat dan hidroksida:

BERSAMA22 2

3

(aq)1H

2

HAI(aku)

Δ.

HCO

3

(aq)1OH

2

(aq)

Jadi, larutan pekat dari zat natrium karbonat rumah tangga yang “tidak berbahaya”, yang biasa disebut soda cuci, harus diperlakukan dengan hormat (meskipun tidak takut).

Ikatan karbon-oksigen dalam ion karbonat semuanya sama panjang dan secara signifikan lebih pendek dari ikatan tunggal. Kita dapat mempertimbangkan ikatan dalam hal aSkerangka kerja yang berpusat pada atom karbon dan menggunakansp2

orbital hibrida. Pasangan elektron di sisa

P

orbital atom karbon kemudian dapat membentukPikatan yang terdelokalisasi (bersama) di seluruh ion (Gambar 14.13). DenganPikatan dibagi tiga cara, setiap ikatan karbon-oksigen akan

- 2

HAI - -

- C HAI HAI

GAMBAR 14.13

dalamPikatan pada ion karbonat.

Orbital yang terlibat

HAI

2

memiliki orde ikatan 1

23. Notasi yang digunakan untuk menyatakan orde ikatan ini adalah ditunjukkan pada Gambar 14.14.

Sangat menarik untuk membandingkan model ikatan yang diusulkan untuk ion karbonat dengan boron trifluorida (lihat Gambar 13.14). Dalam yang terakhir, pasangan mandiri berada pada atom fluor dan atom boron pusat yang memiliki orbital kosong.

Kebanyakan karbonat tidak larut, kecuali amonium karbonat dan karbonat logam alkali. Karbonat logam alkali (kecuali lithium) tidak terurai saat dipanaskan. Litium karbonat dan karbonat dari logam elektropositif sedang lainnya, seperti kalsium, menghasilkan oksida logam dan karbon dioksida ketika dipanaskan:

HAI C HAI

GAMBAR 14.14Representasi dari ikatan parsial dari ion karbonat.

CaCO

³

(S)¡CaO(S)1BERSAMA

^{¢. 2}

(G)

Untuk karbonat logam elektropositif lemah, seperti perak, oksida logam itu sendiri terurai oleh panas. Jadi, produk akhir adalah logam, karbon dioksida, dan oksigen:

Ag

²

BERSAMA

³

(S)

¡ Ag

2

HAI(S)¡

¢ Ag2HAI(S)1BERSAMA2(G)

¢

2 Ag(S)1

1 2HAI2(G)

Seperti yang khas dari perilaku ion amonium dalam oxysalts, baik anion dan kation amonium karbonat terurai ketika dipanaskan; produknya adalah amonia, air, dan karbon dioksida:

(NH4)2BERSAMA3(S)¡2 NH^¢ 3(G)1H2HAI(aku)1BERSAMA2(G)

Hidrogen Karbonat

Seperti yang telah kita diskusikan di Bab 11, Bagian 11.12, hanya logam alkali (kecuali lithium) membentuk senyawa padat dengan ion hidrogen karbonat, HCO² 3

, dan

bahkan ini terurai menjadi karbonat ketika dipanaskan:

2 NaHCO3(S)¡tidak2BERSAMA^¢ 3(S)1H2HAI(aku)1BERSAMA2(G)

Larutan litium dan hidrogen karbonat logam golongan 2 dapat dibuat, tetapi bahkan dalam larutan hidrogen karbonat terurai menjadi karbonat ketika dipanaskan. Misalnya, endapan terbentuk ketika ion kalsium ditambahkan ke ion hidrogen karbonat:

2 HCO

²³(aq)Δ.BERSAMA322(aq)1BERSAMA²(aq)1H²HAI(aku)

BERSAMA3

(aq)1Ca

22 ²¹

(aq)SCaCO

³

(S)

Pasokan air rumah tangga yang berasal dari daerah kapur atau kapur mengandung ion kalsium dan ion hidrogen karbonat. Pemanasan air seperti itu dalam tangki air panas atau ketel mengendapkan kalsium karbonat sebagai padatan yang sering disebut "skala."

Kalsium hidrogen karbonat terbentuk selama pembubaran batuan karbonat; proses pelarutan menciptakan gua, dan dekomposisi hidrogen karbonat selanjutnya menghasilkan stalagmit dan stalaktit di dalam gua (lihat Bab 12, Bagian 12.7):

SciAm

CaCO³(

S

)1BERSAMA²(

aq

)1H²HAI(

aku

)Δ.Ca(HCO³)²(

aq

)

14.10 Karbon Halida 335

Ion hidrogen karbonat bereaksi dengan asam menghasilkan karbon dioksida dan air dan dengan basa menghasilkan ion karbonat:

HCO

23(aq)1H1(aq)SBERSAMA2(G)1H2HAI(aku)

HCO

2

(aq)1OH

3 2

(aq)SBERSAMA

223(

aq

)1H2HAI(

aku

)

14.9Karbon Sulfida

Karbon membentuk sulfida, CS

2

, penting industri dan oxysulfide, COS, lingkungan penting.

Karbon Disulfida

Karbon disulfida adalah analog sulfur dari karbon dioksida, dan memiliki geometri linier yang sama. Senyawa ini tidak berwarna, sangat mudah terbakar, cairan dengan titik didih rendah dengan bau yang menyenangkan ketika murni, tetapi tingkat komersial senyawa biasanya mengandung kotoran yang sangat berbau busuk. Ini sangat beracun, menyebabkan kerusakan pada otak dan sistem saraf dan, akhirnya, kematian. Karbon disulfida dibuat secara industri dengan melewatkan gas metana di atas belerang cair pada sekitar 700 °C, kemudian mendinginkan produk, dari mana karbon disulfida mengembun:

CH

4

(G)14 S(aku)¡CS

^¢.2

(G)12 H

2

S(G)

Lebih dari 1 juta ton reagen ini dikonsumsi setiap tahun, terutama dalam produksi polimer rayon plastik dan viscose. Ini juga merupakan bahan awal untuk pembuatan karbon tetraklorida. Kita cenderung lupa bahwa kimia industri jarang mengubah satu zat alami secara langsung menjadi beberapa produk yang dibutuhkan. Lebih sering, produk itu sendiri hanya merupakan reagen dalam produksi banyak senyawa lain.

Karbonil Sulfida

Kita menjadi semakin sadar akan kerumitan atmosfer bumi dan peran beberapa senyawa anorganik yang telah kita abaikan di masa lalu sebagai keingintahuan laboratorium tanpa penggunaan di dunia nyata. Salah satu senyawa ini adalah karbonil sulfida, ditulis sebagai COS, meskipun struktur ikatan rangkapnya, S“C“O, menyerupai karbon dioksida. Karbonil sulfida adalah gas yang mengandung belerang paling melimpah di atmosfer latar belakang global sebagai akibat dari reaktivitas kimianya yang rendah; jumlah total diperkirakan sekitar 53106ton. Ini adalah satu-satunya gas yang mengandung belerang yang menembus stratosfer (kecuali ketika letusan gunung berapi yang sangat kuat secara langsung menyuntikkan belerang dioksida ke atmosfer bagian atas). Gas adalah salah satu dari beberapa senyawa yang mengandung belerang yang dihasilkan oleh organisme tanah dan laut; yang penting lainnya adalah dimetil sulfida, (CH3)2S.

14.10Karbon Halida

Karbon Tetrahalida

Divisi utama kimia—anorganik, organik, fisik, dan analitik adalah penemuan para ahli kimia yang berusaha mengorganisasikan ilmu pengetahuan yang luas dan terus berkembang ini. Namun kimia tidak cocok dengan kompartemen kecil yang rapi, dan

karbon tetrahalida adalah senyawa yang termasuk dalam bidang kimia organik dan anorganik. Akibatnya, mereka memiliki dua set nama: karbon tetrahalida, menurut tata nama anorganik, dan tetrahalomethanes, menurut tata nama organik.

Semua tetrahalida mengandung atom karbon yang terkoordinasi secara tetrahedral dengan empat atom halogen. Fasa tetrahalida pada suhu kamar mencerminkan peningkatan kekuatan gaya dispersi antarmolekul. Jadi, karbon tetrafluorida adalah gas tidak berwarna; karbon tetraklorida adalah cairan padat yang hampir berminyak; karbon tetrabromida, padatan kuning pucat; dan karbon tetraiodida, padatan merah cerah.

Karbon tetraklorida adalah pelarut nonpolar yang sangat baik. Dalam beberapa tahun terakhir, penemuan kemampuannya yang menyebabkan kanker telah membuatnya menjadi pilihan terakhir. Dulunya digunakan sebagai bahan pemadam kebakaran, terutama di mana air tidak dapat digunakan, misalnya, di sekitar kabel listrik dan penggorengan dalam restoran. Cairan menguap untuk membentuk gas yang lima kali lebih padat daripada udara, secara efektif menyelimuti api dengan gas inert. Namun, selain sifat karsinogeniknya, ia mengoksidasi dalam nyala api untuk menghasilkan gas beracun karbonil klorida, COCl2. Karbon tetraklorida juga merupakan gas rumah kaca dan, di atmosfer atas, perusak ozon yang kuat. Oleh karena itu penting untuk meminimalkan emisi senyawa ini dari pabrik industri.

Rute industri utama untuk sintesis karbon tetraklorida melibatkan reaksi karbon disulfida dengan klorin. Dalam reaksi ini, besi(III) klorida adalah katalisnya. Pada langkah pertama, produknya adalah karbon tetraklorida dan disulfur diklorida.

Kemudian pada suhu yang lebih tinggi, penambahan lebih banyak karbon disulfida menghasilkan tambahan karbon tetraklorida dan belerang. Sulfur dapat digunakan kembali dalam produksi batch baru karbon disulfida:

CS

²

(G)13 Cl

²

(G)

^FeCl3/

S CS

²

( G)12 S

²

Cl

²

(G)¡

D

CCl

⁴

(G)1S

²

Cl

²

(G) CCl

⁴

(G)16 S(S)

¢.

Reaksi antara metana dan klorin juga digunakan untuk menghasilkan karbon tetraklorida:

CH

4

(G)14 Cl

2

(G)SCCl

4

(aku)14 HCl(G)

Klorofluorokarbon

Thomas Midgley, Jr., seorang ahli kimia General Motors, pada tahun 1928 pertama kali mensintesis diklorodifluorometana, CCl2F2.Penemuan ini dilakukan sebagai bagian dari pencarian untuk menemukan bahan pendingin yang baik dan aman. Refrigeran adalah senyawa yang, pada suhu kamar, berbentuk gas pada tekanan rendah tetapi cair pada tekanan tinggi. Mengurangi tekanan pada cairan menyebabkannya mendidih dan menyerap panas dari lingkungan (seperti bagian dalam lemari es). Gas kemudian dibawa ke luar wadah yang didinginkan, di mana ia dikompresi. Di bawah kondisi ini, ia

mencairkan, melepaskan entalpi penguapan ke lingkungan saat ia melakukannya.

Pada saat mereka ditemukan, keluarga chlorofluorocarbon (CFC), juga dikenal sebagai freon, tampaknya menjadi mimpi ahli kimia. Mereka hampir sepenuhnya tidak reaktif, dan mereka tidak beracun. Akibatnya, mereka segera digunakan di

14.10 Karbon Halida 337

sistem pendingin udara, sebagai zat peniup untuk busa plastik, sebagai propelan aerosol, sebagai bahan pemadam kebakaran, sebagai zat penghilang lemak pada sirkuit elektronik, dan sebagai anestesi—untuk menyebutkan beberapa kegunaannya. Produksi tahunan mencapai hampir 700.000 ton pada tahun-tahun puncak. Kurangnya reaktivitas mereka sebagian karena kurangnya jalur hidrolisis, tetapi selain itu, kekuatan tinggi dari ikatan karbon-fluorin memberikan perlindungan ekstra ter