Unsur Silikon

SILIKON

Silikonadalah suatuunsur kimiadalamtabel periodikyang memiliki lambangSidannomor atom14.Silikon merupakan unsur periode ketiga yang paling banyak terdapat di alam.28% dari massa kulit bumi mengandung silikon.Silikon adalah unsur kedua yang paling berlimpah di kerak bumi, setelahoksigen.

A.SejarahPada tahun 1789, kimiawan Perancis AntoineLaurentLavoisier mengusulkan bahwa kuarsa (kristal silikon dioksida) yang mungkin menjadi oksida dari elemen yang sangat umum,namun belum teridentifikasi atau terisolasi.Ada kemungkinan bahwa di Inggris pada tahun 1808 Humphry Davyberhasil mengisolasisilikon sebagian murni untuk pertama kalinya, namun dia tidak menyadarinya.

Di tahun 1811, kimiawan Perancis Joseph L. Gay-Lussac dan Louis Jacques Thenard jugamungkintelah membuat silikon murni dengan mereaksikankaliumdengan apa yang sekarang kita sebut silikontetrafluorida untuk menghasilkan suatu padatan coklat kemerahan yang mungkin silikon amorf. Pada 1824 kimiawan Swedia Jns Jakob Berzelius menghasilkan sampel dari silikon amorf, solid coklat, dengan mereaksikan kalium fluorosilikat dengankalium, memurnikan produk dengan mencuci berulang-ulang.Itu dinamakansiliciumunsur baru.

Pada saat itu, konsep semikonduktor berbaring abad di masa depan dan ilmuwan memperdebatkan apakah unsur baru adalah logam atau bukan logam. Berzelius percaya itu adalah logam, sementara Humphry Davy mengira itu bukan logam.Masalahnya adalah bahwa unsur baru adalah konduktor baik listrik dari nonmetals, tapi tidak sebagus konduktor sebagai logam.

Silikon diberi nama pada tahun 1831 oleh kimiawan Skotlandia Thomas Thomson. Dia tetap bagian dari nama Berzelius, dari 'silicis', yang berarti batu. Dia mengubahakhiranelemendenganelemenonkarena itu lebih mirip dengan nonmetalsborondankarbondaripada untuk logam sepertikalsiumdanmagnesium. (Silicis, atau batu api, mungkin penggunaan pertama kali silikon dioksida)

Pada tahun 1854 Henri Deville memproduksi silikon kristal untuk pertama kalinya menggunakan metode elektrolitik.Diamengelektrolisis lelehan murni sebuah natrium klorida untuk menghasilkan silisida aluminium.Ketika silikon telah dihilangkan dengan air, meninggalkan kristal silikon.B.Sumber Silikon dan Kelimpahannya

Silikon membentuk 28% kerak bumi dalam jumlah berat, dan merupakan unsur terbanyak kedua, setelah oksigen. Silikon tidak ditemukan bebas di alam. Silikon terdapat dalam bentuk senyawa oksida silika SiO2, dan mineral yang disebut silikat. Kristal SiO2murni mudah kita jumpai yang dikenal dengan nama pasir atau kuarsa, sedangkan Kristal SiO2yang tidak murni (dengan runutan bahan kotoran, di antaranya adalah agata (akik), oniks, opal, batu kecubung (ametis), dan flint. Granit,hornblende, asbestos,feldspar, tanah liat,mica, dsb merupakan contoh beberapa mineral silikat.Silikon memiliki 14 isotop yang setengah-hidup diketahui, dengan nomor massa 22-36. Dari jumlah tersebut, tiga yang stabil, yaitu 28Si (92.23%),29Si (4.67%), dan30Si (3.10%). Sebab spin intinya I = 1/2,29Si digunakan dalam studi NMR senyawa silikon organik atau silikat (NMR padatan).C.Sifat Fisik Silikon

Konfigurasi : [Ne] 3S23P2Fase (suhu kamar) : SolidMassa Jenis : 2,33 g/cm3Titik leleh : 1687 K (14100C, 59090F)Titik didih : 3538 K (23550C, 59090F)Kalor Lebur : 50,21 kJ/molKalor Penguapan : 359 kJ/molEnergi Pengionan : 8,2 eV/atmJari-jari kovalen atom : 790 (1,17A)Jari-jari ion : 0,41 A (Si4+)Keelektronegatifan : 1,8Berat atom standar : 28,085 g.mol-1D.Sifat Kimia SilikonSilikon dikulit bumi terdapat dalam berbagai bentuk silikat, yaitu senyawa silikon dengan oksigen. Unsur ini dapat dibuat dari silikon dioksida (SiO2) yang terdapat dalam pasir, melalui reaksi:SiO2(s) + 2C(s) Si(s) + 2CO(g)Silikon murni berstruktur seperti Intan ( tetrahedral) sehingga sangat keras dan tidak menghantarkan listrik jika dicampur dengan sedikit unsur lain, seperti alumunium (Al) atau boron (B). Silikon bersifat semikonduktor (sedikit menghantarkan listrik), yang diperlukan dalam berbagai peralatan elektronik, seperti kalkulator dan komputer. Itulah sebabnya silikon merupakan zat yang sangat penting dalam dunia modern. Untuk itu dibutuhkan silikon yang kemurniannya sangat tinggi dan dapat dihasilkan dengan reaksi:

SiCl4(g) + 2H2(g) Si(s) + 4HCl(g)

Jari-jari silikon lebih besar dari karbon, sehingga tidak dapat membentuk ikatan (rangkap dua atau tiga) sesamanya, hanya ikatan tunggal (). Karena itu silikon tidak reaktif pada suhu kamar dan tidak bereaksi dengan asam, tetapi dapat bereaksi dengan basa kuat seperti NaOH.

Si(s) + 4OH-(aq) SiO4(aq) + 2H2(g)

Batuan dan mineral yang mengandung silikon, umumnya merupakan zat padat yang mempunyai titik leleh tinggi, keras, yang setiap keping darinya merupakan suatu kisi yang kontinu terdiri dari atom-atom yang terikat erat. Sebuah contoh senyawa silikon yang memiliki titik leleh tinggi adalah silikon dioksida, yang terdapat dialam dalam bentuk kuarsa, agata (akik), pasir, dan seterusnya.E.Reaktifitas silikon

Kereaktifan silikon sama halnya dengan boron dan karbon yaitu sangat tak reaktif pada suhu biasa. Bila silikon bereaksi, tak ada kecendrungan dari atom-atom silikon untuk kehilangan elektron-elektron terluar dan membentuk kation sederhana seperti Si4+, karena ion-ion kecil ini akan mempunyai rapatan muatan begitu tinggi. Namun atom-atom ini biasanya bereaksi dengan persekutuan antara elektron mereka membentuk ikatan kovalen. Bila dipanaskan dalam udara, unsur-unsur itu bereaksi dengan oksigen dalam reaksi pembakaran yang sangat eksotermik untuk membentuk oksida SiO2yang bersifat asam.F.Reaksi dengan Unsur Lain1.HidridaPada suhu tinggi, silikon dapat bereaksi dengan hidrogen membentuk hidrida, reaksinya adalah sebagai berikut.Si(s) + 2H2 SiH42.Reaksi dengan HalogenSilikon bereaksi dengan halogen secara umum, bahkan sampai terbakar dalam gas flour.Si + 2X2 SiX4Contoh: Si + 2Cl2 SiCl4 Si + 2Br2 SiBr43.Reaksi dengan oksigenBila dipanaskan dalam udara, silikon bereaksi dengan oksigen dalam reaksi pembakaran yang sangat eksotermik untuk membentuk oksida SiO2, pada hakikatnya tidak reaktif dengan air pada suhu-suhu biasa. Senyawaan silikon dengan oksigen adalah yang paling melimpah dari semua senyawaan dalam kerak bumi. Reaksi antara silikon dengan oksigen adalah sebagai berikut.Si(s)+ O2(g)SiO2(S)4.Reaksi dengan karbonSalah satu seyawaan silikon yang terkenal adalah silikon karbida. Secara kimia silikon karbida tidak aktif, hampir sekeras intan dan digunakan sebagai bahan gosok untuk mengasah, memotong, dan memoles. Reaksi silikon dengan karbon adalah sebagai berikut.Si(s)+ C(s) SiC(s)G. Senyawaan Silikon1.Silikon dioksidaSilikon dioksidaatau silika adalah satu senyawaan kimia yang paling umum. Kristal SiO2murni ditemukan di alam dalam tiga bentuk polimorfis, yaitu kuarsa, kristobolit dan trimid. Pasir, agata(akik), oniks, opal, batu kecubung (ametis) dan flint adalah silikon dioksida dengan runutan bahan kotoran. Kuarsa lebur digunakan untuk membuat cawan dan bejana laboratorium lain yang akan dipanaskan sampai suhu yang luar biasa tinggi (15000C). Bentuk-bentuk silika merupakan beberapa dari struktur kristal yang benar-benar penting, bukan saja karena silika sendiri merupakan zat yang begitu melimpah dan berguna, tetapi juga karena strukturnya (SiO2) adalah unit yang mendasar dalam kebanyakan mineral. Kristal SiO2memiliki dua ciri utama, yaitu setiap atom silikon berada pada pusat suatu tetrahedron yang terdiri dari empat atom oksigen dan setiap atom oksigen berada di tengah-tengah antara dua atom silikon.2.SilikatSenyawaan silikat yang maha besar itu cenderung saling berkaitan bersama seperti rantai atau sebagai kerangka yang menyerupai kotak. Dalam hal ini silika merupakan unit pembangun yang utama.Dua asam silikat sederhana adalah asam ortosilika, H4SiO4, dan asam metasilikat, H2SiO3. Kedua senyawa ini tidak larut dalam air, tetapi mereka memang bereaksi dengan basa.Contohnya:H4SiO4(aq) + 4NaOH(aq) Na4SiO4(s) + H2O(l)

Bila kering sebagian (parsial) asam silikat disebut gel silika. Dalam bentuk ini ia mempunyai kapasitas menyerap yang besar terhadap uap air, belerang dioksida, asam sitrat, benzena dan zat-zat lain.

Garam-garam asam oksi dari kedua asam silikat tadi meliputi:Na2SiO3(Natrium Metasilikat), Na4SiO4(Natrium ortosilikat), Mg2SiO4(Magnesium ortosilikat), LiAl(SiO3)2(Litium alumunium metasilikat). Semua silikat ini kecuali silikat dari Na+, K+, Rb+, Cs+, dan NH4+, praktis tidak larut dalam air. Semua silikat yang larut, membentuk larutan yang bersifat basa bila dilarutkan dalam air. Ion SiO32-, bertindak sebagai basa dengan menghilangkan proton dari air.SiO32-(aq) + H2O(l) HSiO3-(aq) + OH-(aq)

Suatu sifat kimia yang penting dari silikon adalah kecenderungan yang membentuk molekul yang signifikan besar. Silikon cenderung membentuk ikatan tunggal (masing-masing membentuk 4 dan 3 ikatan tunggal). Silikon membentuk molekul-molekul dan ion-ion raksasa, atom oksigen membentuk kedudukan yang berselang-seling.Kebanyakan batuan dan mineral adalah silikat dengan kisi:

Kisi silikat ini dapat dianggap sebagai diturunkan dari SiO2, tetapi dengan atom atom umum lain kadang-kadang terkait dengan atom silikon dan oksigen itu dan kadang-kadang menggantikan atom-atom ini. Rumus dan nama beberapa komponen mineral yang lebih melimpah mengandung silikon, terdapat pada tabel berikut.Grup MineralPersentase Mineral dalam Kerak BumiStruktur KhasRumus Representatif dan nama umum

Feldspar49Kristal besar dalam tiga dimensi (seperti kotak)KAlSi3O8, ortoklase

NaAlSi3O8, albit

CaAl2Si2O8,anortit

Na4Al3Si3O12Cl,sodalit

Kuarsa21Sama seperti di atasSiO2, silika

Amfibol atau piroksena15Kristal besar dalam tiga dimensiCaSiO3, wolastonit

NaAlSi2, jadeit

Ca2Mg5Si8O22, termolit (suatu asbes)

Mika8Kristal besar dalam dua dimensi (sepeti lapisan)KAl2Si3AlO10(OH)12, muskovit

K2Li3Al4Si7O21(OH,F)3, lepidolit

H.Isolasi atau Pembuatan SilikonSilikon dapat dibuat dari silika dengan cara sebagai berikut:SiO2(s)+ 2Mg(s)panas 2MgO(s)+ Si(s)Dalam bentuk kristalnya, silikon adalah abu-abu atau hitam.Silikon dibuat dari silika dengan kokas sebagai reduktor. Campuran silika dan kokas dipanaskan dalam suatu tanur listrik pada suhu sekitar 30000C.SiO2(s)+ C(s) Si(l)+ 2CO(g)Pembuatan silikon ultra murni dilakukan sebagai berikut. Mula-mula silikon biasa direaksikan dengan klorin sehingga terbentuk silikon tetraklorida, suatu zat cair yang mudah menguap (titik didih = 580C)Si(s)+ 2Cl2(g) SiCl4(l)SiCl4kemudian dimurnikan dengan distilasi bertingkat. Selanjutnya, SiCl4direduksi dengan mengalirkan campuran uap SiCl4dengan gas H2melalui suatu tabung yang dipanaskan. Dengan cara ini dapat diperoleh silikon ultra murni yang pengotornya hanya sekitar 10 %. Reaksinya adalah sebagai berikut.SiCl4(g)+ 2H2(g)Si(s)+ 4HCl(g)Padatan Si yang terbentuk berupa batangan yang perlu dimurnikan dengan cara pemurnian zona (zona refining), seperti pada gambar pemurnian zona silikon.Pada pemurnian zona batangan silikon tidak murni secara perlahan dilewatkan ke bawah melalui kumparan listrik pemanas yang terdapat pada zona lebur. Karena pemanasan maka batang silikon tidak murni akan mengalami peleburan.

Seperti pada sifat koligatif larutan tentang pemurnian titik lebur larutan dimana titik lebut larutan adalah lebih rendah dibandingkan titik lebur pelarut murni. Pemurnian silikon anolog dengan hal tersebut, silikon murni di anggap sebagai pelarut sedangkan leburan silikon yang mengandung pengotor dianggap sebagai larutan. Berdasarkan sifat koligatif larutan maka titik lebur silikon murni akan akan lebih tinggi dibanding titik lebur silikon yang tidak murni (bagian yang mengandung pengotor).Hal ini menyebabkan pengotor cenderung mengumpul disilikon yang mengandung pengotor (bagian atas pada zona peleburan). Selama permurnian zona berlangsung maka bagian bawah yang merupakan silikon murni akan bertambah banyak sedangkan bagian atas semakin sedikit. Pengotor yang ada akan terkonsentrasi pada bagian yang sedikit tersebut.Setelah leburan mengalami pembekuan maka akan diperoleh suatu batangan dimana salah satu ujung merupakan silikon paling murni sedangkan silikon yang lain merupakan silikon yang dipenuhi dengan pengotor atau bagian silikon yang paling tidak murni. Walaupun demikian terkadang bagian yang paling murni dari silikon ada pada bagian atas sedangkan bagian yang paling tidak murni berada pada bagian bawah. Bagian yang tidak murni dan tidak murni dapat dipisahkan dengan cara pemotongan.I.Manfaat silikonAda banyak manfaat silikon, beberapa di antaranya adalah sebagai berikut.Penggunaan penting dari silikon adalah dalam pembuatan transistor, chips, komputer dan sel surya. Untuk tujuan itu diperlukan silikon ultra murni. Silikon juga digunakan dalam berbagai jenis alloydengan besi (baja). Sedangkan senyawa silikon digunakan dalam industri.Silika dan silikat digunakan untuk membuat gelas, keramik, porselin dan semen.Larutan pekat natrium silikat (Na2SiO3), suatu zat padat amorf yang tidak berwarna, yang disebut water glass, digunakan untuk pengawetan telur dan sebagai perekat, juga sebagai bahan pengisi (fillir) dalam detergen.Silikon karbida (SiC), merupakan zat padat yang sangat keras digunakan untuk ampelas (abrasive) dan pelindung untuk pesawat ulang alik terhadap suhu yang tinggi sewaktu kembali ke bumi.

Silika gel, suatu zat padat amorf yang sangat berfori, dibuat dengan melepas sebagian air dari asam silikat (H2SiO3) atau (SiO2.H2O).Silika gel bersifat higroskopis (mengikat air) sehingga digunakan sebagai pengering dalam berbagai macam produkPersenyawaan Silikon

sebuah senyawa silikonSilikon sangat cenderung bersenyawa dengan Oksigen membentuk ikatan yang kuat dan stabil. Kenyataannya, senyawa silikon di alam berupa oksida dalam berbagai mineral. Silikon adalah unsur elektronegatif, tetapi tidak dapat membentuk ikatan(ikatan rangkap) baik sesamanya maupun dengan atom Oksigen. Akibatnya, satu atom Silikon harus berikatan tunggal dengan empat atom Oksigen. Satu atom Oksigen harus menerima dua elektron untuk berpasangan, satu dengan Silikon dan satu lagi dengan yang lain misalnya H, atau menerima elektron bebas sehingga membantuk ion negatif.[8]Asam ortosilikat tidak dapat diisolasi, sehingga oksida silikat yang stabil dalam bentuk ion negatif (anion). Struktur ion ortosilikat (Si) adalah tetrahedral. Dua ortosilikat dapat bergabung mengeluarkan satu molekul air menjadi pirosilikat.Penggabungan itu dapat berlanjut membentuk rantai panjang dengan rumus (Si)n. penggabungan dapat pula berbentuk lingkaran enam dengan rumus Si6, berbentuk rantai rangkap dengan rumus (Si4)n, dan berupa bidang yang tiap sudutnya berumus Si2.Dari berbagai jenis ion itu ditemukan bermacam-macam jenis silikat, seperti:1.gem zircom mengandung kristal ZnSiO42.diaposit mengandung CaMg(SiO3)23.benzil, yaitu Be3Al2(Si16O8)4.asbeston, yaitu mengandung {Ca2Mg5(Si4O11)2(OH)2}n5.albit, yaituNaAlSi3O86.kaca, mika, dan semen adalah bahan-bahan campuran yang dibuat dari senyawa-senyawa silikon seperti diatas, tetapi tidak dapat dituliskan rumusnya satu per satu.[9]Secara umum persenyawaan silikon itu adalah:1.Silikon membentuk senyawa biner yang disebut dengan silisida dengan banyak elemen logam yang nantinya menghasilkan senyawa dengan sifat yang beragam, misalnya magnesium silisida, Mg2Si yang sangat reaktif sampai senyawa tahan panas seperti molibdenum disilisida, MoSi2.2.Silikon karbida, SiC (karborundum) adalah padatan keras, tahan panas.3.Silana, SiH4, adalah gas firoforik dengan struktur tetrahedral mirip dengan metana, CH4. Senyawa murninya sendiri tidak bereaksi dengan air ataupun asam lemah, tapi jika bereaksi dengan alkali maka langsung akan terjadi hidrolisis. Ada kelompok silikon hidrida terkatenasi yang membentuk senyawa yang homolog, SinH2n+2 dengan n berkisar 28. Semua senyawa ini mudah terhidrolisis dan tidak stabil, terutama pada senyawa suku tinggi.4.Disilena, senyawa yang berisi ikatan rangkap dua silikon-silikon (mirip alkena) dan secara umum sangat reaktif, memerlukan gugus subtituen yang besar untuk menstabilkannya. Disilena, senyawa dengan silikon-silikon rangkap tiga pertama kali didapatkan tahun 2004, meski senyawanya berbentuk non-linear, ikatannya tidak sama dengan alkuna.5.Tetrahalida, SiX4, adalah senyawa yang dapat dibentuk dengan semua halogen. Silikon tetraklorida, misalnya, dapat bereaksi dengan air, tak sama dengan homolognya, karbon tetraklorida Silikon dihalida dapat dibentuk dengan reaksi dengan suhu tinggi antara silikon dan tetrahalida; dengan struktur yang serupa dengan karbena sehingga senyawa ini adalah senyawa reaktif. Silikon difluorida terkondensasi untuk membentuk senyawa polimer(SiF2)n.6.Silikon doksida adalah padatan tahan panas berbentuk kristal; mineral yang paling umum adalah quartz. Pada mineral quartz, setiap atom silikon dikelilingi oleh empat atom oksigen yang menjembatani atom silikon lainnya untuk membentuk kisi tiga dimensi. Silika dapat larut dalam air pada suhu tinggi untuk membentuk senyawa asam monosilikat, Si(OH)4.Silikon dioksida tidak larut dalam air dan tidak bereaksi dengan air. Tetapi oksida ini memiliki sifat-sifat asam karena bereaksi dengan basa pekat.SiO2(s)+ 2 NaOH(aq)Na2SiO3(aq)+ H2O(l)[10]Silikon terbakar langsung menjadi silikon dioksid, SiO2atau bereaksi dengan FeO menghasilkan produk yang sama:Si + O2 SiO22FeO + Si 2Fe + SiO2[11]7.Dengan kondisi yang sesuai, asam monosilikat dapat terpolimer untuk membentuk asam silikat yang lebih kompleks, muali dari senyawa kondensasi paling sederhana, asam disilikat sampai struktur kompleks yang menjadi basis banyak mineral silikat yang disebut asam polisilikat.