BESI

BESI

Besi mempunyai simbol Fe dan nomor atom 26. Besi merupakan logam transisi yang berada pada golongan VIII B dan periode 4. Besi adalah logam paling melimpah nomor dua setelah alumunium. Besi merupakan logam yang dihasilkan dari bijih besi, dan jarang dijumpai dalam keadaan unsur bebas. Biji besi biasanya mengandung hematite (Fe2O3) yang dikotori oleh pasir (SiO2) sekitar 10 %, serta sedikit senyawa sulfur, posfor, aluminium dan mangan. Besi juga mempunyai nilai ekonomis yang tinggi.

 

  1. KELIMPAHAN

Besi merupakan unsur yang ditemukan berlimpah di alam. Juga ditemukan dalam matahari dan bintang lainnya dalam jumlah yang sedikit. Besi juga diketahui sebagai unsur yang paling banyak membentuk bumi, yaitu kira-kira 4,7 – 5 % pada kerak bumi.

Kebanyakan besi terdapat dalam batuan dan tanah sebagai oksida besi, seperti oksida besi magnetit (Fe3O4) mengandung besi 65 %, hematite (Fe2O3) mengandung 60 – 75 % besi, limonet (Fe2O3 . H2O) mengandung besi 20 % dan siderit (Fe2CO3). Dalam kehidupan sehari-hari, besi merupakan logam paling biasa digunakan daripada logam-logam yang lainnya. Hal ini disebabkan karena harga yang murah dan kekuatannya yang baik, serta penggunaannya yang luas. Bijih  besi yang umum adalah hematit, yang sering terlihat sebagai pasir hitam sepanjang pantai dan muara aliran.

Besi merupakan campuran dari 4 isotop stabil yaitu 54Fe, 56Fe, 57Fe and 58Fe. Kelimpahan semua isotop-isotop Fe di alam adalah 54Fe (5.8%), 56Fe (91.7%), 57Fe (2.2%) dan 58Fe (0.3%). 60Fe adalah radioaktif yang mempunyai waktu paruh yang panjang (1.5 juta tahun). Ada pula sepuluh isotop lainnya yang tidak stabil.

 

  1. SIFAT – SIFAT
  2. Sifat Fisika
  • Pada suhu kamar berwujud padat, mengkilap dan berwarna keabu-abuan.
  • Merupakan logam feromagnetik karena memiliki empat electron tidak berpasangan pada orbital d.
  • Penghantar panas yang baik.
  • Kation logam besi Fe berwarna hijau (Fe2+) dan jingga (Fe3+). Hal ini disebabkan oleh adanya elektron tidak berpasangan dan tingkat energi orbital tidak berbeda jauh. Akibatnya, elektron mudah tereksitasi ke tingkat energi lebih tinggi menimbulkan warna tertentu. Jika senyawa transisi baik padat maupun larutannya tersinari cahaya maka senyawa transisi akan menyerap cahaya pada frekuensi tertentu, sedangkan frekuensi lainnya diteruskan. Cahaya yang diserap akan mengeksitasi elektron ke tingkat energi lebih tinggi dan cahaya yang diteruskan menunjukkan warna senyawa transisi pada keadaan tereksitasi.
  • Sifat – sifat besi yang lain:
titik didih 3134 K
titik lebur 1811 K
massa atom 55,845(2) g/mol
konfigurasi electron [Ar] 3d6 4s2
massa jenis fase padat 7,86 g/cm³
massa jenis fase cair pada titik lebur 6,98 g/cm³
kalor peleburan 13,81 kJ/mol
kalor penguapan 340 kJ/mol
Elektronegativitas 1,83 (skala Pauling)
jari-jari atom 140 pm

 

  1. Sifat Kimia
  • Unsur besi  bersifat elektropositif (mudah melepaskan elektron) sehingga bilangan oksidasinya bertanda positif.
  • Fe dapat memiliki biloks 2, 3, 4, dan 6. Hal ini disebabkan karena perbedaan energy elektron pada subkulit 4s dan 3d cukup kecil, sehingga elektron pada subkulit 3d juga terlepas ketika terjadi ionisasi selain electron pada subkulit 4s.
  • Logam murni besi sangat reaktif secara kimiawi dan mudah terkorosi, khususnya di udara yang lembab atau ketika terdapat peningkatan suhu.
  • Memiliki bentuk allotroik ferit, yakni alfa, beta, gamma dan omega dengan suhu transisi 700, 928, dan 1530o Bentuk alfa bersifat magnetik, tapi ketika berubah menjadi beta, sifat magnetnya menghilang meski pola geometris molekul tidak berubah.
  • Mudah bereaksi dengan unsur-unsur non logam seperti halogen, sulfur, pospor, boron, karbon dan silikon.
  • Larut dalam asam- asam mineral encer.

 

  1. PENGOLAHAN BESI
  2. Tempat pengolahan besi

Proses pengolahan bijih besi untuk menghasilkan logam besi dilakukan dalam tanur sembur (blast furnace). Tanur sembur berbentuk menara silinder dari besi atau baja dengan tinggi sekitar 30 meter dan diameter bagian perut sekitar delapan meter. Karena tingginya alat tersebut, alat ini sering juga disebut sebagai tanur tinggi. Bagian – bagian dari tanur tinggi adalah sebagai berikut:

  1. Bagian puncak yang disebut dengan Hopper, dirancang sedemikian rupa sehingga bahan-bahan yang akan diolah dapat dimasukkan dan ditambahkan setiap saat.
  2. Bagian bawah puncak, mempunyai lubang untuk mengeluarkan hasil-hasil yang berupa gas.
  3. Bagian atas dari dasar (kurang lebih 3 meter dari dasar), terdapat pipa–pipa yang dihubungkan dengan empat buah tungku dimana udara dipanaskan (sampai suhunya kurang lebih 1.100o C). udara panas ini disemburkan ke dalam tanur melalui pipa-pipa tersebut.
  4. Bagian dasar tanur, mempunyai dua lubang yang masing-masing digunakan untuk mengeluarkan besi cair sebagai hasil utama dan terak (slag) sebagai hasil samping.
  5. Proses pengolahan

Secara umum proses pengolahan besi dari bijihnya dapat berlangsung dengan urutan sebagai berikut :

  1. Bahan-bahan dimasukkan ke dalam tanur melalui puncak tanur. Bahan-bahan ini berupa :
  2. Bahan utama yaitu bijih besi yang berupa hematit (Fe2O3 ) yang bercampur dengan pasir (SiO2) dan oksida – oksida asam yang lain (P2O5 dan Al2O3). Batuan – batuan ini yang akan direduksi.
  3. Bahan-bahan yang berupa kokas (karbon)
  4. Bahan tambahan yang berupa batu kapur (CaCO3) yang berfungsi untuk mengikat zat-zat pengotor
  5. Udara panas dimasukkan di bagian bawah tanur sehingga menyebabkan kokas terbakar.

C(s) + O2(g)  CO2(g)  H = – 394 kJD

Reaksi ini sangat eksoterm (menghasilkan panas), akibatnya panas yang dibebaskan akan menaikkan suhu bagian bawah tanur sampai mencapai 1.900o C.

  1. Gas CO2 yang terbentuk kemudian naik melalui lapisan kokas yang panas dan bereaksi dengannya lagi membentuk gas CO.

CO2(g) + C(s)   2CO(g)   H = +173 kJD

Reaksi kali ini berjalan endoterm (memerlukan panas) sehingga suhu tanur pada bagian itu menjadi sekitar 1.300o C.

  1. Gas CO yang terbentuk dan kokas yang ada siap mereduksi bijih besi (Fe2O3). Reduksi ini dapat berlangsung dalam beberapa tahap, yaitu
  2. Pada bagian atas tanur, Fe2O3 direduksi menjadi Fe3O4 pada suhu 500o

3Fe2O3(s) + CO(g)   2Fe3O4(s) + CO2(g)

  1. Pada bagian yang lebih rendah, Fe3O4 yang terbentuk akan direduksi menjadi FeO pada

suhu 850o C.

Fe3O4(s) + CO(g)  3FeO(s) + CO2(g)

  1. Pada bagian yang lebih bawah lagi, FeO yang terbentuk akan direduksi menjadi logam

besi pada suhu 1.000o C.

FeO(s) + CO(g)   Fe(l) + CO2(g)

 

  1. Besi cair yang terbentuk akan mengalir ke bawah dan mengalir di dasar tanur.
  2. Sementara itu, di bagian tengah tanur yang bersuhu tinggi menyebabkan batu kapur terurai

menurut reaksi:

CaCO3(s)   CaO(s) + CO2(g)

  1. Kemudian di dasar tanur CaO akan bereaksi dengan pengotor dan membentuk terak (slag)

yang berupa cairan kental. Reaksinya sebagai berikut:

CaO(s) + SiO2(s)     CaSiO3(l)

3CaO(s) + P2O5(g)   Ca3(PO4)2(l)

CaO(s) + Al2O3(g)   Ca(AlO2)2(l)

  1. Selanjutnya, besi cair turun ke dasar tanur sedangkan terak (slag) yang memiliki massa jenis lebih rendah daripada besi cair akan mengapung di permukaan dan keluar pada saluran tersendiri.
  2. Hasil pengolahan
  3. Besi Kasar (pig iron) atau Besi Gubal

Besi cair yang keluar dari dasar tanur disebut dengan besi kasar (pig iron). Besi kasar mengandung 95% besi, 34% karbon, sisanya berupa fosfor, silikon dan mangan.

  1. Besi Tuang (cast iron) atau Besi Cor

Jika pig iron dibuat menjadi bentuk cetakan maka disebut besi tuang atau besi cor.

  1. Besi Tempa (wrought iron)

Besi tempam mengandung kadar karbon yang cukup rendah (0,05 – 0,2%). Besi tempa ini cukup lunak untuk dijadikan berbagai perlatan seperti sepatu kuda, roda besi, baut, mur, golok, cangkul dan lain sebagainya.

 

  1. SENYAWA-SENYAWA

Biasanya besi dijumpai dalam bentuk senyawa dengan tingkat oksidasi +2 dan +3. Selain itu terdapat pula senyawa besi dengan tingkat oksidasi +6, contohnya [FeO4]2-. Ada tiga macam oksida besi yang umum dikenal yaitu besi(II) oksida (FeO), Besi(III) oksida (Fe2O3) dan Besi (II) Besi (III) oksida (Fe3O4). Beberapa contoh senyawa besi (II) antara lain FeO (hitam), FeSO4.7H2O (hijau), FeCl2 (kuning),dan FeS (hitam). Sementara itu senyawa yang mengandung ion Besi (III) adalah Fe2O3 (coklat merah) dan FeCl3 (coklat).

  • Tingkat oksidasi +2
  1. FeSO4.7H2O

Senyawa ini berwarna hijau.Cepat berubah menjadi ferisulfat basa yang berwarna coklat jika terkena udara basah serta sukar larut dalam air.

Reaksi :

Jika larutan pekat Fe-sulfat ditambah dengan larutan pekat amonium-sulfat kemudian didinginkan maka akan membentuk FeSO4.(NH4)2SO4.6H2O (garam mohr) yang tidak diubah oleh udara dan larutannya bersifat sebagai larutan Fe-sulfat biasa.

  1. FeS

Senyawa ini berwarna hitam dan akan terbentuk jika campuran serbuk besi dan bunga belerang dipanaskan hingga pijar atau larutan garam fero/feri ditambahkan (NH4)2S.

Reaksi :

  1. FeO

Besi (II) Oksida yang berwarna hitam sesungguhnya merupakan senyawa nonstoikiometrik, selalu sedikit kekurangan ion besi (II). Besi (II) oksida bersifat basa larut dalam air menghasilkan ion Fe2+

  1. FeCl2

Besi (II) klorida anhidrat FeCl2 dapat dibuat dengan mengalirkan gas HCl kering pada logam besi panas. Karena gas H2 yang dihasilkan bersifat reduktor, maka oksidasi lanjut besi (II) menjadi besi (III) dapat dicegah :

Fe(s) + 2HCl(g)  FeCl2(s) + H2(g)

 

  • Tingkat oksidasi +3
  1. Fe2O3

Besi (III) oksida atau hematite terdapat dalam deposit yang besar di bawah tanah. Besi (III) oksida daapat dibuat di laboratorium yaitu dengan memanaskan (-200 ) besi (III) oksida hidroksida yang diperoleh dengan penambahan ioh hidroksida pada ion Fe3+. Hasil yang diperoleh dengan cara ini adalah -Fe2O3 yang mempunyai struktur korundum seperti V2O3 dan Cr2O3, dengan tataan keemasan rapat heksagonal ion-ion O2- dengan ion-ion Fe3+ menempati duapertiga rongga octahedron. Bentuk struktural yang lain adalah  -Fe2O3, yang dapat diperoleh dari oksida Fe3O4. Oksida ini mengadopsi tataan keemasan rapat kubus ion-ion O2- dengan ion-ion Fe3+ terdistribusi secara random dalam rongga-rongga tetrahedron dan oktahedron.

 

  1. FeCl3

Besi (III) klorida dapat dibuat dari pemanasan langsung besi dengan klorin menurut persamaan reaksi :

2Fe(s) + 3Cl2(g)  3FeCl3(s)

Besi (III) klorida anhidrat bereaksi dengan air menghasilkan gas HCl karena reaksinya bersifat eksotermik, dengan persamaan reaksi :

FeCl3(s) + 3H2O(l)  Fe(OH)3(S) + 3HCl(g)

 

  • Tingkat oksidasi +6
  1. Ion ferat [FeO4]2-

[FeO4]2- merupakan salah satu senyawa besi dengan tingkat oksidasi +6 yang dapat dibuat dari oksidasi suspensi Fe2O3 dalam alkali pekat dengan gas klorin. Ion ini berwarna ungu, mempunyai bangun geometri tetrahedron, dan dapat distabilkan dengan pembentukan suatu senyawa ionik tidak larut. Dalam larutan asam atau netral dengan cepat akan mengoksidasi air dengan membebaskan oksigen menurut persamaan reaksi :

4[FeO4]2- + 10 H2O(l)  4Fe3+(aq) + 20 OH(aq) + 3O2(g)

 

  • Besi (II) Besi (III) Oksida (Fe3O4)

Senyawa ini terdapat di alam sebagai mineral magnetit. Senyawa ini mengandung baik ion Fe2+ maupun Fe3+ dan terkadang dirumuskan sebagai FeO.Fe2O3. Besi oksida ini ditemui di laboratorium sebagai bubuk hitam. Kegunaannya yang paling luas adalah sebagai pigmen hitam yang disentesis bukannya yang diekstrak dari mineral alami.

  1. Pembuatan

     Pigmen berkualitas Fe3O4 disebut juga magnetit sintetik dapat dibuat menggunakan proses yang memanfaatkan limbah industri, besi skrap atau larutan yang mengandung garam besi misalnya yang dihasilkan sebagai hasil sampingan dalam proses industri seperti pengolahan asam tong (pengawetan) baja. Oksida logam Fe dalam proses Laux di mana nitrobenzene direaksikan dengan logam besi menggunakan FeCl2 sebagai katalis yang menghasilkan aniline, reaksinya adalah :

4C6H5NO2(l) + 9Fe(s) + H2O(l)  4C6H5NH2(l) + Fe3O4(s)

 

Reduksi Fe2O3 dengan hidrogen :

3Fe2O3 + H2   2Fe3O4 + H2O

Reduksi Fe2O3 dengan CO :

3Fe2O3 + CO   2Fe3O4 + CO2

 

  1. Struktur

Fe3O4 memiliki struktur kubus spin terbalik yang terdiri dari deret ion-ion oksida yang dikemas dekat kubus dimana semua ion Fe2+ menempati setengah dari bagian oktahedral dan Fe3+ dibagi secara merata dibagian oktahedral yang tersisa dan bagian tetrahedral.

 

  1. REAKSI-REAKSI
  2. Reaksi dengan Udara

Besi bereaksi dengan udara dengan cara oksidasi membentuk besi oksida hidrat. Pada pemanasan dengan oksigen menghasilkan besi oksida Fe2O3 and Fe3O4 dengan reaksi :

4Fe(s) + 3O2(g) 2Fe2O3(s)

3Fe(s) + 2O2(g) 2Fe3O4(s)

 

  1. Reaksi dengan halogen

Besi bereaksi dengan fluorine berlebih, khlor dan brom untuk membentuk Fe(III) halida.

2Fe(s) + 3F2(g) 2FeF3(s)

2Fe(s) + 3Cl2(g) 2FeCl3(s)

2Fe(s) + 3Br2(g) 2FeBr3(s)

Reaksi tersebut tidak terlalu baik untuk iodine, sebab ion iodida mereduksi besi (III)  menjadi besi (II) :

2Fe3+(aq) + 2I(aq) 2Fe2+(aq) + I2(aq)

 

  1. Reaksi dengan Asam

Logam besi bereaksi dengan larutan asam klorida menghasilkan gas hidrogen. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

Fe(s) + 2H+(aq)  Fe2+(aq) + H2(g)

Larutan asam sulfat pekat dapat mengoksidasi logam besi menjadi ion Fe3+. Sementara larutan asam nitrat pekat akan membentuk lapisan oksida Fe3O4 yang dapat menghambat reaksi lebih lanjut

 

  1. Reaksi ion besi dalam larutan

Ion-ion yang paling sederhana dalam larutan adalah :

  • Ion heksaaquobesi(II)  [Fe(H2O)6]2+.
  • Ion heksaaquobesi(III)  [Fe(H2O)6]3+.

Kedua-duanya bersifat asam tetapi ion besi (III) lebih kuat sifat asamnya.

 

  1. Reaksi ion besi dengan ion hidroksida

Ion hidroksida (larutan natrium hidroksida) dapat menghilangkan ion hidrogen dari ligan air dan kemudian melekat pada ion besi. Setelah ion hidrogen dihilangkan, diperoleh kompleks tidak bermuatan (kompleks netral). Kompleks netral ini tidak larut dalam air dan terbentuk endapan.

  • Pada kasus besi II

[Fe(H2O)6]2+ + 2OH  [Fe(H2O)4(OH)2] + 2H2O

  • Pada kasus besi III

[Fe(H2O)6]3+ + 3OH  [Fe(H2O)3(OH)3] + 3H2O

Besi sangat mudah dioksidasi pada kondisi yang bersifat basa. Oksigen di udara akan mengoksidasi endapan besi (II) hidroksida menjadi besi (III) hidroksida.

  1. Reaksi ion besi dengan larutan ammonia

Amonia dapat berperan sebagai basa atau ligan. Pada kasus ini, amonia berperan sebagai basa, menghilangkan ion hidrogen dari kompleks aqua.

  • Pada kasus besi (II)

[Fe(H2O)6]2+ + 2NH3  [Fe(H2O)4(OH)2] + 2NH4+

  • Pada kasus besi (III)

[Fe(H2O)6]3+ + 3NH3  [Fe(H2O)3(OH)3] + 3NH4+

 

  1. Reaksi-reaksi ion besi dengan ion karbonat

Berikut ini merupakan perbedaan penting antara sifat ion besi (II) dan ion  besi (III)

  • Ion Besi (II) dan ion karbonat

Kita dapat memperoleh dengan mudah endapan Besi (II) karbonat dengan persamaan rekasi :

Fe2+(aq) + CO32-(aq)  FeCO3

  • Ion Besi (III) dan ion bikarbonat

Ion heksaaquobesi (III) cukup asam untuk bereaksi dengan ion karbonat yang bersifat basa lemah. Jika ditambahkan larutan natrium karbonat ke larutan yang mengandung ion heksaaquobesi (III), dengan pasti diperoleh endapan seperti ketika ditambahakan larutan natrium hidroksida atau larutan ammonia.

 

  1. KEGUNAAN BESI
  • Logam besi: digunakan untuk membuat konstruksi jembatan, badan kendaraan, rel kereta api, dan konstruksi bangunan lainnya.
  • Stainless steel : digunakan untuk membuat peralatan industri, peralatan rumah tangga , dan komponen kendaraan bermotor.
  • Baja nikel, baja mangan, baja kromium: untuk membuat senjata dan kawat.
  • Besi (III) klorida atau feri klorida digunakan dalam pengolahan limbah dan pengecatan.
  • Besi (II) sulfat : digunakan dalam perawatan tekstil dan pengerasaan alumunium, pembuatan tinta.
  • Besi (II) oksida (FeO) : sebagai pewarna tegel atau ubin.
  • Senyawa besi juga terdapat pada sayur-sayuran, dan dalam tubuh kita. Contohnya: Hemoglobin, terdapat dalam darah. Myoglobin, terdapat di dalam sel-sel otot, mengandung Fe bentuk Ferro.
  • Fe(OH)3 : digunakan untuk bahan cat
  • Senyawa besi Fe4[Fe(CN)6]3, sebagai pigmen warna biru pada cat.
  • Senyawa Fe3[Fe(CN)6]2 sebagai tinta cetak biru (blueprint), untuk gambar rancang bangun.
  • Senyawa FeCl3 terkandung pada tablet kurang darah.

 

DAFTAR PUSTAKA

Hidayah, Nur. 2007. Kimia . Solo : Sindunata.

http://alchemist0308.blogspot.com/2012/03/besi-dan-senyawa-kompleks.html

http://bkv315a.blogspot.com/2012/08/makalah-besi.html

https://van88.wordpress.com/senyawa-kompleks-besi/

https://www.scribd.com/doc/136210563/Makalah-Tentang-Besi-Tasikita-blogspot-compblog-page-html

http://www.slideshare.net/NurLatifah1/unsur-fe-besi

Keenan, Charles. W. 1992. Kimia untuk Universitas Jilid 2. Erlangga : Jakarta.

Parning. 2006. Kimia 3A. Jakarta : Yudhistira

Purba, Michael. 2003. Kimia 2000 Untuk SMU Kelas 3. Jakarta : Erlangga.

Rahayu, Imam. 2003. Praktis Belajar Kimia. Bandung. Angkasa.

Sugiyarto, dkk. 2010. Kimia Anorganik Logam Edisi Pertama. Yogyakarta ; Graha Linu.

Syukri, S. 1999. Kimia Dasar 3. ITB: Bandung.

Iklan

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s