Makalah Boron

BAB I PENDAHULUAN 1.1

Latar Be Belakang Dala Dalam m duni duniaa kerj kerja, a, manu manusi siaa diaj diajar arii oleh oleh tekn teknol olog ogii untu untuk  k  memecahk memecahkan an masalah-m masalah-masal asalah ah kerja secara secara efisien efisien dan efektif. efektif. Tidak  Tidak  heran kalau hal ini berpengaruh secara kuat terhadap pengelolaan serta organisasi perusahaan-perusahaan dan industri , agar tak tertinggal dalam  persaingan global. global. Kemampuan menguasai teknologi tinggi adalah merupakan syarat mutlak bagi suatu negara untuk memasuki negara industri baru. Salah satu  bidang teknologi tinggi yang sangat mempengaruhi peradaban manusia di  bumi ini adalah teknologi teknologi semikonduktor semikonduktor dan mikroelektronika. mikroelektronika. Dewasa ini bahan semikonduktor organik mendapat perhatian baik  dari kalangan peneliti maupun industri. Hal ini dikarenakan sifatnya yang ramah ramah lingku lingkunga ngan, n, dalam dalam arti arti mudah mudah hancu hancurr dalam dalam alam. alam. Sehing Sehingga ga sampahnya tidak merusak lingkungan. Unsur golongan III A yaitu Boron, Aluminium, Galium, Indium dan Talium. Yang mana unsur yang segolongan mempunyai sifat yaitu makin ke bawah letak suatu unsure dalam sistem periodik maka, nomor atom dan  jari-jari atomnya makin besar sedangkan keelektronegatifan dan energy ionisasinya makin kecil dan begitu pula sebaliknya. Unsur boron tidak ditemukan di alam, tetapi timbul sebagai asam othorboric dan biasanya ditemukan dalam sumber mata air gunung berapi

1

dan sebagai borates di dalam boron dan colemantie. Ulexite, mineral boron yang lain dianggap sebagai serat optik alami. Sumber-sumber penting boron adalah rasorite (kernite) dan tincal  (bijih borax). Kedua bijih ini dapat ditemukan di gurun Mojave. Tincal  merupakan sumber penting boron dari Mojave. Deposit borax yang banyak   juga ditemukan di Turkey. Boron muncul secara alami sebagai campuran isotop

10

B sebanyak 

19.78% dan isotop 11B 80.22%. Kristal boron murni dapat dipersiapkan denga dengann cara cara reduks reduksii fase fase uap boron boron triklo triklorid ridaa atau atau tribomi tribomida da dengan dengan hidrogen pada filamen yang dipanaskan dengan listrik. Boron yang tidak  murni (amorphous boron ) menyerupai bubuk hitam kecokletan dan dapat dipersiap dipersiapkan kan dengna dengna cara memanask memanaskan an boron trioksida dengan dengan bubuk  bubuk  magnesium.. magnesium Boron dengan kemurnian 99.9999% telah diproduksi dan tersedia secara komersil. Boron bukan konduktor listrik yang bagus pada suhu ruangan, tetapi pada suhu yang lebih tinggi.

1.2

Maksud dan Tujuan Adapun maksud dan tujuan di buatnya makalah ini adalah: a. Meng Mengetah etahui,m ui,menge engerti rti dan memah memahami ami tentang tentang fungsi fungsi dan dan kegunaa kegunaann dari material Boron.  b. Mengetahui, mengerti mengerti dan memahami memahami tentang struktur material material Boron c. Meng Mengetah etahui, ui, menger mengerti ti dan memah memahami ami tentang tentang sifat sifat-sifat -sifat Boron Boron.. d. Meng Mengetah etahui, ui, mengerti mengerti dan dan memahami memahami tentang tentang stand standarisa arisasi si Boron e. Meng Mengetah etahui, ui, menger mengerti ti dan memaha memahami mi tentang tentang karakte karakteristik ristik Boron Boron

2

1.3

Batasan Penulisan Makalah ini hanya dibatasi pada Bahan Boron, sifat-sifatnya, serta  peranannya.  peranannya.

1.4

Metoda Penulisan Makalah ini ditulis dengan metoda deskriptif, yaitu menggambarkan dan menguraikan hal-hal yang berhubungan dengan Bahan Boron.

1.5

Sistematika Penulisan Makalah ini ditulis dalam beberapa bab antara lain : •

BAB I PENDAHULUAN Dala Dalam m bab bab ini ini diur diurai aika kann hal-h hal-hal al umum umum yang yang berk berkai aita tann deng dengan an  penulisan makalah makalah ini, yaitu :

•

•

Latar Belakang

•

Maksud dan Tujuan

•

Batasan Penulisan

•

Metoda Penulisan

•

Sistematika Penulisan

BAB II TEORI DASAR  Dalam bab ini di bahas mengenai bahan semikonduktor secara umum, yaitu: •

Semikonduktor 

3

•

•

Prinsip Dasar Semikonduktor  Semikonduktor 

•

Susunan Atom Semi Konduktor 

BAB III PEMBAHASAN Dalam bab ini diuraikan hal-hal yang berkaitan dengan Bahan Boron, yaitu :

•

•

Definisi Boron

•

Fungsi dan Kegunaan Boron

•

Stuktur Material Boron

•

Sifat-sifat Boron

•

Standarisasi Boron

•

Cara Produsi Boron

•

Senyawa-senyawa Senyawa-senyawa Campuran Boron

•

Karakteristik Boron

BAB III PENUTUP Kesimpulan

•

DAFTAR PUSTAKA

4

BAB II TEORI DASAR  2.1

Semikonduktor Semikonduktor adalah suatu material yang memiliki karakteristik  diantara konduktor dan insulator. Hal ini dapat dipahami dari karakter  energi gap semikonduktor yang berada diantara konduktor dan isolator. Tentunya untuk masing-masing atom atau senyawa memiliki besar energi yang berbeda. Semikonduktor sangat bergantung dari temperatur. Pada temperatur terntentu semikonduktor dapat menghantarkan listrik atau  bertindak sebagai konduktor, namun daya hantar atau konduktivitasnya lebih rendah dibandingkan dengan konduktor. Pada temperatur yang sangat rendah, material semikonduktor akan memiliki karakter seperti insulator. Penambahan jumlah impuritas pada material semikonduktor juga dapat menambah sifat konduktivitas listriknya.

2.2

Prinsip Dasar Semikonduktor Semikonduktor

merupakan

elemen

dasar

dari

komponen

elektronika seperti dioda, transistor dan sebuah IC ( integrated circuit ). Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan- bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas.

5

Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu memiliki inti 29 ion (+) dikelilingi oleh 29 elektron (-). Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bagian dalam membentuk inti yang disebut nucleus. Dibutuhkan energi yang sangat besar untuk dapat melepaskan ikatan elektron-elektron ini. Satu buah elektron lagi yaitu elektron yang ke-29, berada pada orbit paling luar. Orbit terluar ini disebut pita valensi dan elektron yang berada pada  pita ini dinamakan elektron valensi. Karena hanya ada satu elektron dan  jaraknya 'jauh' dari nucleus, ikatannya tidaklah terlalu kuat. Hanya dengan energi yang sedikit saja elektron terluar ini mudah terlepas dari ikatannya.

Gambar 2-1 : ikatan atom tembaga

Pada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak atau  berpindah-pindah dari satu nucleus ke nucleus lainnya. Jika diberi tegangan potensial listrik, elektron-elektron tersebut dengan mudah  berpindah ke arah potensial yang sama. Phenomena ini yang dinamakan sebagai arus listrik. Isolator adalah atom yang memiliki elektron valensi sebanyak 8  buah, dan dibutuhkan energi yang besar untuk dapat melepaskan elektronelektron ini. Dapat ditebak, semikonduktor adalah unsur yang susunan atomnya memiliki elektron valensi lebih dari 1 dan kurang dari 8. Tentu saja yang paling "semikonduktor" adalah unsur yang atomnya memiliki 4 elektron valensi.

6

2.3

Susunan Atom Semikonduktor Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan  bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen (O 2). Pasir, kaca dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang banyak mengandung unsur  silikon. Dapatkah anda menghitung jumlah pasir dipantai. Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masingmasing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah  jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah elektron atom kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya. Pada suhu yang sangat

rendah (0 oK),

struktur atom silikon

divisualisasikan seperti pada gambar berikut.

Gambar 2-2 : Struktur dua dimensi kristal Silikon

Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke inti atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan semikonduktor bersifat isolator karena tidak ada elektron yang dapat  berpindah untuk menghantarkan listrik. Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang lepas karena energi panas, sehingga memungkinkan 7

elektron terlepas dari ikatannya. Namun hanya beberapa jumlah kecil yang dapat terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk menjadi konduktor  yang baik. Ahli-ahli fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu mencoba memberikan doping pada bahan semikonduktor ini. Pemberian doping dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi  bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, yang diharapkan akan dapat mengahantarkan listrik. Kenyataanya demikian, mereka memang iseng sekali dan jenius. Tipe-N

Misalnya pada bahan silikon diberi doping  phosphorus atau arsenic yang  pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity  semiconductor ) akan memiliki kelebihan elektron. Kelebihan elektron

membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan elektron.

Gambar 2-3 : doping atom pentavalen Tipe-P

Kalau silikon diberi doping  Boron, Gallium atau  Indium, maka akan didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan 8

dopingnya adalah bahan trivalen yaitu unsur dengan ion yang memiliki 3 elektron pada pita valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang bolong ( hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima elektron. Dengan demikian, kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini menjadi tipe-p.

Gambar 2-4 : doping atom trivalen Resistansi

Semikonduktor tipe-p atau tipe-n jika berdiri sendiri tidak lain adalah sebuah resistor. Sama seperti resistor karbon, semikonduktor memiliki resistansi. Cara ini dipakai untuk membuat resistor di dalam sebuah komponen semikonduktor. Namun besar resistansi yang bisa didapat kecil karena terbatas pada volume semikonduktor itu sendiri. Dioda PN

Jika dua tipe bahan semikonduktor ini dilekatkan--pakai lem barangkali ya :), maka akan didapat sambungan P-N ( p-n junction ) yang dikenal sebagai dioda. Pada pembuatannya memang material tipe P dan tipe N bukan disambung secara harpiah, melainkan dari satu bahan ( monolitic) dengan memberi doping (impurity material ) yang berbeda.

9

Gambar 2-5 : sambungan p-n

Jika diberi tegangan maju ( forward bias), dimana tegangan sisi P lebih  besar dari sisi N, elektron dengan mudah dapat mengalir dari sisi N mengisi kekosongan elektron ( hole) di sisi P.

Gambar2- 6 :forward bias

Sebaliknya jika diberi tegangan balik ( reverse bias), dapat dipahami tidak  ada elektron yang dapat mengalir dari sisi N mengisi hole di sisi P, karena tegangan potensial di sisi N lebih tinggi. Dioda akan hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja, sehingga dipakai untuk aplikasi rangkaian penyearah ( rectifier ) . Dioda, Zener, LED, Varactor dan Varistor adalah beberapa komponen semikonduktor  sambungan PN yang dibahas pada kolom khusus. Transistor Bipolar

Transistor merupakan dioda dengan dua sambungan ( junction). Sambungan itu membentuk transistor PNP maupun NPN. Ujung-ujung terminalnya berturut-turut disebut emitor, base dan kolektor. Base selalu  berada di tengah, di antara emitor dan kolektor. Transistor ini disebut transistor bipolar, karena struktur dan prinsip kerjanya tergantung dari

10

 perpindahan elektron di kutup negatif mengisi kekurangan elektron (hole) di kutup positif. bi = 2 dan polar = kutup. Adalah William Schockley pada tahun 1951 yang pertama kali menemukan transistor bipolar.

Gambar 2-7 : Transistor npn dan pnp

Akan dijelaskan kemudian, transistor adalah komponen yang  bekerja sebagai sakelar ( switch on/off ) dan juga sebagai penguat (amplifier ). Transistor bipolar adalah inovasi yang mengantikan transistor  tabung (vacum tube). Selain dimensi transistor bipolar yang relatif lebih kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil sehingga dapat bekerja pada suhu yang lebih dingin. Dalam beberapa aplikasi, transistor tabung masih digunakan terutama pada aplikasi audio, untuk mendapatkan kualitas suara yang baik, namun konsumsi dayanya sangat besar. Sebab untuk dapat melepaskan elektron, teknik yang digunakan adalah pemanasan filamen seperti pada lampu pijar. Bias DC

Transistor bipolar memiliki 2 junction yang dapat disamakan dengan penggabungan 2 buah dioda. Emiter-Base adalah satu junction dan Base-Kolektor junction lainnya. Seperti pada dioda, arus hanya akan mengalir hanya jika diberi bias positif, yaitu hanya jika tegangan pada material P lebih positif daripada material N ( forward bias). Pada gambar  ilustrasi transistor NPN berikut ini, junction base-emiter diberi bias positif  sedangkan base-colector mendapat bias negatif ( reverse bias).

11

Gambar 2-8 : arus elektron transistor npn

Karena base-emiter mendapat bias positif maka seperti pada dioda, elektron mengalir dari emiter menuju base. Kolektor pada rangkaian ini lebih positif sebab mendapat tegangan positif. Karena kolektor ini lebih  positif, aliran elektron bergerak menuju kutup ini. Misalnya tidak ada kolektor, aliran elektron seluruhnya akan menuju base seperti pada dioda. Tetapi karena lebar base yang sangat tipis, hanya sebagian elektron yang dapat bergabung dengan hole yang ada pada base. Sebagian besar akan menembus lapisan base menuju kolektor. Inilah alasannya mengapa jika dua dioda digabungkan tidak dapat menjadi sebuah transistor, karena  persyaratannya adalah lebar base harus sangat tipis sehingga dapat diterjang oleh elektron. Jika misalnya tegangan base-emitor dibalik ( reverse bias), maka tidak akan terjadi aliran elektron dari emitor menuju kolektor. Jika pelan pelan 'keran' base diberi bias maju ( forward bias), elektron mengalir  menuju kolektor dan besarnya sebanding dengan besar arus bias base yang diberikan. Dengan kata lain, arus base mengatur banyaknya elektron yang mengalir dari emiter menuju kolektor. Ini yang dinamakan efek   penguatan transistor, karena arus base yang kecil menghasilkan arus emiter-colector yang lebih besar. Istilah amplifier  (penguatan) menjadi salah kaprah, karena dengan penjelasan di atas sebenarnya yang terjadi

12

 bukan penguatan, melainkan arus yang lebih kecil mengontrol aliran arus yang lebih besar. Juga dapat dijelaskan bahwa base mengatur membuka dan menutup aliran arus emiter-kolektor ( switch on/off ). Pada transistor PNP, fenomena yang sama dapat dijelaskan dengan memberikan bias seperti pada gambar berikut. Dalam hal ini yang disebut  perpindahan arus adalah arus hole.

Gambar2- 9 : arus hole transistor pnp

Untuk memudahkan pembahasan prinsip bias transistor lebih lanjut, berikut adalah terminologi parameter transistor. Dalam hal ini arah arus adalah dari potensial yang lebih besar ke potensial yang lebih kecil.

13

Gambar 2-10 : arus potensial 

IC : arus kolektor  IB : arus base IE : arus emitor  VC : tegangan kolektor  VB : tegangan base VE : tegangan emitor  VCC : tegangan pada kolektor  VCE : tegangan jepit kolektor-emitor  VEE : tegangan pada emitor  VBE : tegangan jepit base-emitor  ICBO : arus base-kolektor  VCB : tegangan jepit kolektor-base

14

Perlu diingat, walaupun tidak perbedaan pada doping bahan pembuat emitor dan kolektor, namun pada prakteknya emitor dan kolektor tidak  dapat dibalik.

Gambar 2-11 : penampang transistor bipolar 

Dari satu bahan silikon ( monolitic), emitor dibuat terlebih dahulu, kemudian base dengan doping yang berbeda dan terakhir adalah kolektor. Terkadang dibuat juga efek dioda pada terminal-terminalnya sehingga arus hanya akan terjadi pada arah yang dikehendaki. Berikut sejarah dari tahun-ketahun penemua penting di dalam bidang semi konduktor. 1. 1821, Thomas Seebeck menemukan sifat-sifat semikonduktor PbS 2. 1833, Michael F araday menemukan kebergantungan konduktivitas

terhadap temperatur untuk sebuah kelas material baru semikonduktor  3. 1873, W. Smith menemukan sensitivitas Se terhadap cahaya 4. 1875, Werner von Siemens menemukan fotometer Selenium 5. 1878, Alexander G raham Bell menggunakan devais ini untuk wireless

telecomunication system 6. 1947, Bardeen, Brattain, Schockley (Nobel Prize in Physcis)

menemukan Bipolar Junction Transistor  7. 1954, Ch apin, Fueller, Pearson mengembangkan solar sel 8. 1958, John Kilby menemukan i ntegrated circuit (IC)

15

9. 1958, Leo Esaki (Nobel Prize in Physics) menemukan dioda

terowongan ( tunnel diode) 10. 1960,K ahn dan At tal a mendemontrasikan MOS- FET pertama

BAB III PEMBAHASAN 3.1

Definisi Boron

Boron merupakan salah satu unsur yang termasuk golongan IIIA dengan nomor atom lima. Warna dari unsur boron adalah hitam. Boron

16

memiliki sifat diantara logam dan nonlogam (semimetalik). Boron lebih  bersifat semikonduktor daripada sebuah konduktor logam lainnya.

Secara kimia boron berbeda dengan unsur- unsur satu golongannya. Boron juga merupakan unsur metaloid dan banyak ditemukan dalam bijih  borax. Ada dua alotrop boron; boron amorfus adalah serbuk coklat, tetapi  boron metalik berwarna hitam. Bentuk metaliknya keras (9,3 dalam skala Moh) dan konduktor yang buruk dalam suhu kamar. Tidak pernah ditemukan bebas dalam alam. Ciri-ciri optik unsur ini termasuklah penghantaran cahaya inframerah. Pada suhu piawai boron adalah pengalir elektrik yang kurang baik, tetapi merupakan pengalir yang baik pada suhu yang tinggi. Boron merupakan unsur yang kurang elektron dan mempunyai p-orbital yang kosong. Ia  bersifat elektrofilik. Sebagian boron sering berkelakuan seperti asam Lewis yaitu siap untuk terikat dengan bahan kaya elektron untuk  memenuhi kecenderungan boron untuk mendapatkan elektron. Dalam tabel periodik boron berlambang B dan nomor atom 5. Bentuk  metaliknya keras (9,3 dalam skala Moh) dan konduktor yang buruk dalam suhu ruang. Tidak pernah ditemukan bebas dalam alam.

17

Boron adalah satu-satunya unsur dalam golongan 13 yang tidak  digolongkan sebagai logam. Boron merupakan unsur yang jarang ditemukan dilapisan kulit bumi tapi dapat ditemukan dalm jumlah yang  besar dalam bentuk endapan garamnya. Endapannya ini ditemukan disalah satu lokasinya memiliki aktifitas vulkanik yang kuat, yang terdiri dari garam-garam; borak dan kernik, secara berturut-turut dituliskan sebagai  Na2B4O7.10H2O dan Na2B4O7.4H2O. total produksi senyawa Boron setiap tahunnya diseluruh dunia berjumlah lebih dari 1 juta ton.

3.2

Fungsi dan Kegunaan Boron a. Boron yang tidak murni digunakan pada pertunjukan kembang api untuk memberikan warna hijau dan dalam roket sebagai pemicu.  b. Boron merupakan componen utama dalam pembangkit tenaga nuklir  karena kemampuannya berfungsi sebagai penyerap (absorber) netron ; tongkat pengaduk yang berisi boron diturunkan ke dalam ruang reaktor  untuk menjaga reaksi nuklir berlangsung pada kecepatan sedang yang diinginkan. c. Sebagai bahan pengisi kayu, pemadam api, dan sebagai fluks dalam  proses pemarian (solder).

18

d. Senyawa boron yang paling komersial adalah Na 2B4O75H2O. Pentrahidra ini digunakan dalam jumlah yang banyak dalam  pembuatan serat gelas yang dijadikan insulasi ( insulation fiberglass) dan pemutih sodium perborat ( sodium perborate bleach). e. Asam borik juga merupakan senyawa boron yang penting dan digunakan dalam produk tekstil. f. Senyawa-senyawa boron lainnya digunakan dalam pembuatan kaca  borosilica dan dalam penyembuhan arthritis. g. Isotop boron-10 digunakan sebagai kontrol pada reaktor nuklir, sebagai tameng pada radiasi nuklir dan dalam instrumen-instrumen yang digunakan untuk mendeteksi netron. h. Boron nitrida memiliki sifat-sifat yang cemerlang karena ia sekeras  berlian, dapat digunakan sebagai insulator listrik walau dapat menghantar panas seperti logam. i. Senyawa ini juga memiliki sifat lubrikasi seperti grafit.  j. Boron hidrida dapat dengan mudah dioksidasi dan melepaskan banyak  energi dan pernah digunakan sebagai bahan bakar roket. k. Penawaran terhadap filamen boron juga meningkat karena bahan ini kuat dan ringan dan digunakan sebagai struktur pesawat antariksa. l. Boron mirip dengan karbon dalam memiliki kapasitas membentuk   jaringan molekul dengan ikatan kovalen. Karbonat, metalloboran, fosfakaboran dan semacamnya terdiri dari ribuan senyawa.

3.3

Struktur Material Boron Boron yang telah dimurnikan adalah padatan hitam dengan kilap logam. Sel satuan kristal boron mengandung 12, 50, atau 105 atom boron, dan satuan struktural ikosahedral B 12 terikat satu sama lain dengan ikatan 2 19

 pusat 2 elektron (2c-2e) dan 3 pusat 2 elektron (3c-2e) (ikatan tuna elektron) antar atom boron (Gambar 4.1). Boron bersifat sangat keras dan menunjukkan sifat semikonduktor.

Gambar 3.1 Struktur kristal boron dengan sel satuan ikosahedral.

Kimia boran (boron hidrida) dimulai dengan riset oleh A. Stock yang dilaporkan pada periode 1912-1936. Walaupun boron terletak sebelum karbon dalam sistem periodik, hidrida boron sangat berbeda dari hidrokarbon. Struktur boron hidrida khususnya sangat tidak sesuai dengan harapan dan hanya dapat dijelaskan dengan konsep baru dalam ikatan kimia. Untuk kontribusinya dalam kimia anorganik boron hidrida, W. N. Lipscomb mendapatkan hadiah Nobel Kimia tahun 1976. Hadiah Nobel lain (1979) dianugerahkan ke H. C. Brown untuk penemuan dan  pengembangan reaksi dalam sintesis yang disebut hidroborasi. Karena berbagai kesukaran sehubungan dengan titik didih boran yang rendah, dan juga karena aktivitas, toksisitas, dan kesensitifannya pada

20

udara, Stock mengembangkan metoda eksperimen baru untuk menangani senyawa ini dalam vakum. Dengan menggunakan teknik ini, ia mempreparasi enam boran B 2H6, B4H10, B5H9, B5H11, B6H10, dan B10H14 dengan reaksi magnesium borida, MgB 2, dengan asam anorganik, dan menentukan komposisinya. Namun, riset lanjutan ternyata diperlukan untuk menentukan strukturnya. Kini, metoda sintesis yang awalnya digunakan Stock menggunakan MgB 2 sebagai pereaksi hanya digunakan untuk mempreparasi B6H10. Karena reagen seperti litium tetrahidroborat, LiBH4, dan natrium tetrahidroborat, NaBH4, kini mudah didapat, dan diboran, B2H6, yang dipreparasi dengan reaksi 3 LiBH 4 + 4 BF3.OEt2 → 2

B2H6 + 3 LiBF4 + 4 Et2O, juga mudah didapat, boran yang lebih tinggi disintesis dengan pirolisis diboran. Teori baru diusulkan untuk menjelaskan ikatan dalam diboran, B 2H6. Walaupun struktur yang hampir benar, yakni yang mengandung jembatan hidrogen, telah diusulkan tahun 1912, banyak kimiawan lebih suka struktur mirip etana, H3B-BH3, dengan mengambil analoginya dengan hidrokarbon. Namun, H. C. Longuet-Higgins mengusulkan konsep ikatan tuna elektron 3-pusat 2-elektron 3-center 2-bond  (ikatan 3c-2e bond) dan  bahwa strukturnya memang benar seperti dibuktikan dengan difraksi elektron tahun 1951 (Gambar 4.2).

Gambar 3.2 Struktur diboran

21

Struktur ini juga telah dielusidasi dengan difraksi elektron, analisis struktur kristal tunggal sinar-X, spektroskopi inframerah, dsb, dan memang boran terbukti mengandung ikatan 3c-2e B-H-B dan B-B-B  berikut:

Selain ikatan kovalen biasa 2c-2e B-H dan B-B. Struktur semacam ini dapat ditangani dengan sangat memuaskan dengan teori orbital molekul. Boran diklasifikasikan menjadi closo, nido, arachno , dsb. sesuai dengan struktur kerangka atom boron. selain ikatan kovalen biasa 2c-2e B-H dan B-B. Struktur semacam ini dapat ditangani dengan sangat memuaskan dengan teori orbital molekul. Boran diklasifikasikan menjadi closo, nido, arachno , dsb. sesuai dengan struktur kerangka atom boron.

22

Tidak hanya diboran, boran yang lebih tinggi juga merupakan senyawa yang tuna elektron yang sukar dijelaskan dengan struktur Lewis yang berbasiskan ikatan kovalen 2c -2e. K. Wade merangkumkan hubungan jumlah elektron yang digunakan untuk ikatan kerangka dan struktur boran dan mengusulkan aturan empiris 23

yang disebut aturan Wade. Menurut aturan ini, bila jumlah atom boron n,  jumlah elektron valensi kerangkanya 2(n+1) didapatkan jenis closo, 2(n+2) untuk jenis nido, dan 2(n+3) untuk jenis arachno. Hubungan antara struktur kerangka dan jumlah elektron valensi adalah masalah penting dalam senyawa kluster logam transisi, dan aturan Wade telah memainkan  peranan yang signifikan dalam memajukan pengetahuan di bidang struktur  senyawa kluster ini.

3.1

Sifat-sifat Boron Boron yang telah dimurnikan adalah padatan hitam dengan kilap logam. Sel satuan kristal boron mengandung 12, 50, atau 105 atom boron, dan satuan struktural ikosahedral B12 terikat satu sama lain dengan ikatan 2 pusat 2 elektron (2c-2e) dan 3 pusat 2 elektron (3c-2e) (ikatan tuna elektron) antar atom boron (Gambar 4.1). Boron bersifat sangat keras dan menunjukkan sifat semikonduktor. Bahan semikonduktor memiliki sifat hantaran listrik yang khusus, sangat berlainan dengan bahan konduktor. Apabila logam-logam konduktor dipanaskan, maka hambatan jenisnya bertambah secara linier  dengan koefisien suhunya sangat kecil.Untuk menaikkan hambatan jenis  bahan konduktor menjadi dua kali lipat dari semula diperlukan kenaikan suhu lebih dari 200°C. Sebaliknya, jika bahan semikonduktor dipanaskan, hambatan jenisnya akan berkurang. Hal ini disebabkan elektron-elektron  pada pita valensi mendapatkan energi termik yang cukup untuk meloncat ke pita konduksi. Semakin tinggi temperatur akan semakin banyak  elektron yang mendapatkan energi termik sehingga semakin banyak pula elektron-elektron yang loncat ke pita konduksi. Dalam pita konduksi ini elektron bergerak lincah sehingga dapat bertindak sebagai penghantar  listrik yang baik. Oleh sebab itu, hambatan jenis bahan semikonduktor  turun dengan cepat apabila terjadi kenaikan suhu. Pada daerah suhu

24

tertentu, hanya diperlukan suhu beberapa derajad saja untuk menurunkan hambatan jenisnya menjadi setengah dari semula. Dalam pita valensi, elektron sebetulnya berpasangan dengan lubang ( hole). Karena electron bermuatan negatif dan lubang bermuatan positif, maka secara keseluruhan pasangan elektron-lubang adalah netral. Jika elektron loncat dari pita valensi menuju pita konduksi, maka akan terbentuk lubang  pada pita valensi yang ditinggalkan oleh elektron. Lubang itu bermuatan  positif dan dapat bergerak lincah di dalam pita valensi. Hasil percobaan menunjukkan bahwa penghantar arus listrik pada bahan semikonduktor   bukan hanya dilakukan oleh elektron pada pita konduksi saja, tetapi juga oleh lubang yang bergerak di dalam pita valensi. Bahan semikonduktor  yang masih murni atau belum disisipi atom-atom lain seperti ini disebut semikonduktor intrinsik. Boron wujudnya berupa serbuk berwarna coklat abu-abu hingga cokelat kuning, dengan NA=5 BA= 10.88 mempunyai tl 2030oC, td 2550oC. menyala diudara pada 7000C dan dengan HNO3 bereaksi cepat. Boron merupakan unsur metalloid yang amat reaktif, keras tapi agak  rapuh, keberadaannya di alam rendah (0,0003%) dan mineral-mineralnya yang

terdapat

di

alam

sebagai

uleksit

(NaCaB509.8H2O),

 boraks( Na2B4O7.10H2O), dan lainnya. Boron lebih banyak menampakkan sifat sebagai nonlogam dan digolongkan sebagai semilogam, sedangkan unsur lainnya dalam golongan 13 adalah logam. Titik didihnya menunjukkan kecenderungan  berkurang dengan bertambahnya massa unsur penyebabnya adalah tiap unsur dalam golongan ini memiliki susunan yang berbeda pada fase  padatnya sebagai contoh salah satu dari 4 allotropi boron, berbentuk  kelompok dari 12 atom. Tiap kelompok memiliki bentuk geometri yang disebut ikosahedron. Aluminium mengikuti struktur sebuah pusat  permukaan kubik, tetapi gallium memiliki struktur yang unik yang bersisi  pasangan atom-atom indium dan talium, masing-masing memiliki

25

struktur yang berbeda. Hanya saja, ketika unsurnya melebur dan bentuk  kristalnya hancur, dapat kita lihat dari penurunan titik didih dalam satu golongan, bahwa ikatan logamnya semakin lemah. Sebagai pengecualian boron dikelompokkan sebagai semilogam, dengan ikatan kovalen. Akibat dari tingginya kerapatan ion-ion golongan 13, semakin memudahkan untuk terjadinya polarisasi pada kebanykan anion yang cukup berdekatan untuk membentuk suatu ikatan kovalen (tabel 12.2)

Tabel 3.1 Titik Lebur dan Titik Didih Unsur-unsur Golongan 13

Titik Lebur

Titik Didih

(oC)

(oC)

B

2180

3650

Al

660

2467

Ga

30

2403

In

157

2080

Ti

303

1457

Unsur

Tabel 3.2 Rapatan Muatan Ion-ion Logam Periode 3 (tiga) Rapatan muatan Golongan

ion (Cmm-3)

26

1

 Na+

24

2

Mg2+

120

13

Al3+

364

Pada golongan 13 kita menentukan unsutr-unsur yang memiliki  bilangan oksidasi lebih dari satu. Aluminium memiliki bilangan oksidasi +3, dengan iktan kovelen atau ionik. Gallium, Hidium, dan Talium memiliki bilangan oksidasi keduanya +1. untuk gallium dan idium  bilangan oksidasinya +3 yang mendominasi, sedangkan bilangan +1 lebih mendominasi pada Talium. Boron bukan konduktor listrik yang bagus pada suhu ruangan, tetapi pada suhu yang lebih tinggi. Beberapa Perbedaan Aluminium dengan Boron :

1. Keelektronegatifan Aluminium lebih besar daripada boron, sehingga Boron tidak bisa membentuk Kation B 3+, sedangkan Aluminium bisa dan ada Al3+. 2. Boron lebih bersifat ½ logam, sedangkan aluminium lenih bersifat logam. Akibatnya boron bersifat senyawa kovalen sedangkan aluminium lebih membentuk benyak senyawa ionik. 3. Boron memenuhi hukum oktet, maksimal kovalen 4. Sedangkan Aluminium molekuler dan ionik dengan bilangan koordonasi 6 keatas. 4. Boron bersifat semi kondoktor, sedangkan Aluminium bersifat konduktor. 5. Boron dapat membentuk senyawa polyhedral, contohnya Boran & Borat. Sementara Aluminiu sangat terbatas.

27

6. Boron hanya bisa membentuk 1 jenis oksida yaitu B 2O3 (bersifat asam), sementara Aluminium dapat membentuk 2 jenis yaitu α-Al 2O3 dan γ-Al2O3 (hanya satu yang bersifat asam. 7. Boron membentuk 1 jenis hidroksida yaitu B(OH) 3 yang bersifat asam, sedangkan Aluminium juga membentuk 1 jenis hidroksida yaitu Al(OH)3 yang bisa bersifat asam maupun basa namun umumnya bersifat basa. 8. Halida dari Boron adalah kovalen, contohnya BF3 , BCl3 . Tetapi mudah terhidrolisis dalam air seperti : BCl3 + H2O → B(OH)3 + Cl- (aq) + H+ (aq) Yang justru sangat bersifat asam. Sedangkan Halida dari aluminium terhidrolisa sebagian/parsial.

3.5

Standarisasi Boron a. Standar Boron

Intensitas standar boron padaλ 2497,73Å

No. Standar

Transmitasi (%)

Intensitas (I)

Konsentrasi (ppm)

1

28.2

0.54975

5.7

2

48.9

0.31069

2.8

3

66.9

0.17457

1.1

4

82.2

0.08513

0.7

5

86.5

0.06298

0.46

6

87.2

0.05948

0.21

7

88.9

0.05109

0.15

28

Larutan Seri Standar

Absorbansi

Boron (ppm) 0

0

2

0.137

4

0.243

6

0.408

8

0.532

b. Kadar Boron dalam Tanah

3.6

Konsentrasi Boron

No. Lab

Absorbansi

01/0109

0.228

7.244

02/0109

0.222

7.255

03/0109

0.223

7.144

dalam Sampel

Cara Produksi Boron Golongan Boron terdiri atas unsur-unsur Boron -5B, Aluminium Al, Galium

-13

Ga, Indium

-31

In, dan Talium

-49

Tl. Dalam golongan ini,

-81

 boron merupakan unsur yang unik dan menarik yaitu satu-satunya nonlogam dalam golongan III A pada tabel periodik unsur dan menunjukkan kemiripan sifat dengan unsur-unsur tetangga, carbon (C) dan silikon (Si).

29

Kemiripan sifat ini adalah dalam hal pembentukan senyawa kovalen dan senyawa rantai, namun berbeda dalam hal pembentukan senyawa kekurangan electrón. Boron tidak pernah dijumpai sebagai senyawa kationik serena tinginya entalpi ionisasi, tetapi membentuk senyawa kovalen dengan pembentukan orbital hidrida  sp2 untuk menghasilkan struktur segitiga sama sisi. Boron merupakan nsur yang jarang terdapat dalam kerqak bumi tetapi banyak dijumpai sebagai deposit dalam senyawa garamnya, borat yaitu boraks-atau  sodium tetraborat - Na2B4O7. 10 H2O, kernit - Na2B4O7. 4 H2O dan kolemanit - Ca2B6O11. 5 H2O. Bijih yang utama adalah borat,  Borax- NA2B4O7 . 10 H2O terdapat dalam kandungan besar di gurun pasir   Mojave, California dan merupakan sumber utama Boron.

Boron dibuat dengan mereduksi boron oksida B2O3, dengan magnesium atau aluminium. Perhatikan reaksi berikut.

30

3.7

Senyawa-senyawa Campuran Boron 1. Asam Borat H3BO3

Asam orto-borat atau sering diringkas sebagai asam borat dapat diperoleh menurut persamaan reaksi : BX3 (s) + 3 H2O (l) → H3BO3 (s) + 3 HX (aq) Asam borat merupakan padatan putih yang sebagian larut dalam air. 2. Asam tetrafluoroborat, HBF4

Larutan asam tetrafluoroborat diperoleh dengan melarutkan asam borat ke dalam larutan asam hidrofluorida menurut persamaan reaksi : H3BO3 (aq) + 4 HF (aq) → H3O+ (aq) + BF4- (aq) + 2 H2O (l) Asam tetrafluorobarat merupakan asam kuat dan oleh karenanya tidak  dapat diperoleh sebagai HBF 4. Dalam perdagangan biasanya dijumpai sebagai larutan asam tetrafluoroborat dengan kadar sekitar 40%. 31

3. Boron trihalida

Boron mempunyai tiga elektron valensi, oleh karena itu setiap senyawa kovalen sederhana yang terjadi tersusun oleh tiga pasang elektron ikatan di seputar atom pusat boron sehingga dapat dikatakan sebagai senyawa ”kekurangan elektron” relatif terhadap kaidah oktet (empat  pasang). 4.

Boranes (senyawa campuran boron dan hydrogen)

Boranes yang paling sederhana adalah diboran, B 2H6. seperti kebanyakan borane lainnya diborane memiliki reaktifitas yang tinggi,  beracun, berupa gas yang tidak berwarna, reaksi eksotermik yang kuat menghasilkan diboron trioksida dan uap air; B2H6 (g) + 3O2 (g) B2O3 (s) + 3H2O (g) Hidrida juga bereaksi dengan sisa air untuk menghasilkan asam borie dan gas hydrogen; B2H6 (g) + 6H2O (l) 2H3BO3 (aq) + 3H2 (g) Diboron adalah reagen yang penting dalam kimia organic. Reaksi gas dengan hidrokarbon tak jenuh membentuk alkylboranes. Sebagai contoh, reaksi diborone dengan propene ; B2H6(g) + 6CH2 = CHCH3(g) 2B(CH2CH2CH3)3(l) Produk dari reaksi hidroborasi ini dapat bereaksi dengan suatu asam karboksilat untuk menghasilkan suatu hidrokasrbon jenuh ; dengan hydrogen peroksida menghasilkan suatui alcohol ; atau dengan asam kromia untuk menghasilkan suatu keton atau ssuatu asam karboksilat .

32

Ada dua jenis utama dari korames, yang satu dengan rumus umum BnHn +4, nido-boranes seperti, B 10H14 , yang lainnya dengan rumus umum BnHn+6, archno-boranes, seperti B 4H10. Untuk penamaan borane, nomor atom boron ditunjukan denhgan awalam normal (n) sedangkan nomor dari atom hydrogen ditunjukan dengan angka arab dalam tanda kurung B 4H10 disebut tetraborane (10) dan B10H14 adalah dekaborane(14). Boranes dapat dipertimbangkan untuk kemungkinan sebagai bahan  baker roket, karena pembakarannya sangan bersifat eksotermik. Ada kenyataannya dengan masa yang sama , hanya dihidrogen yang menghasilkan panas diatas pembakaran . tetapi sintesis dalam sekala  besar dilarang dari boron oksida edapat menyebabkan penyumbatan dalam mesin roket. Senyawa borane dengan nomor yang sangat besar berisi unsur-unsur  lain yang telah disintesis. Termasuk karboranew, boranes tersebut memasukan atom-atom karbon pada rangka/ struktur borane, dan logam

karboranes,

senyawa

boron-karbon-hidrogen

tersebut

mengandung suatu logam sebagai contoh ion [Fe(C 2B9H11)2]-2. 5. Sodium Tetrahidridoborat

Satu-satunyan jenis boron digunakan dalam skala besar adalah ion tetrahidridoborat, BH4-. Kebanyakan hidrida, kecuali karbon sangat mudah terbakar dan merupakan senyawa yang tidak stabil. Anion ini dapat mengalami rekristalisasi dari air dingin sebagai garam sodium. Struktur dari kristal senyawa ini sangat menarik karena garam, dari  bentuk anion ini mengikuti struktur sodium klorida. Sodium tetrahidridoborat sangat penting digunakan sebgai pereduksi, terutama pada kimia organic dimana ia digunakan untuk mereduksi

33

aldehid menjai alcohol primer dan keton menjadi alcohol sekunder. Reaksi antara diborone dengan sodium hidrida digunakan untuk  menghasilkan sodium tetrahidridoborat ; 2NaH(s) + B2H6(g) 2NaBH4(s) 6. Boron Triflourida

Boron hanya memiliki dua electron valensi , sehingga ada senyawa  boron yang memiliki ikatan kovalen sederhana, dimana kekurangan elektronnya akan mengikuti atauran octet . seperti kita lihat, dimerisasi  boron hidrida triflourida , tidak mengalami dimerisasi . energi ikatan  boron-flourin sangat tinggi ( 613 kJ/mol). Energi ikatan ini jauh lebih tinggi dibandingkan dengan ikatan tunggal konvensional, sebagai contoh, energi ikatan karbon-flourin adalah 485 kJ/mol. Untuk  menjeaskan stabilitas electron-berkurangnya molekul da kekuatan ikatan kovalen, itu menjelaskan bahwa terdapat ikatan π sebaik ikatan σ pada senyawa tersebut. Atom boron memiliki sebuah orbital 2p yang kosong pada sudut kanan terhadap ikatan σ dengan atom flourin. Masing-masing atom flourin memiliki sebuah orbital 2p yang penuh yang parallel dengan orbital 2p z pada boron. Suatu delokalisasi system π menyumbangkan orbital p yantg kosong pada boron dan suatu orbital  p yang penuh pada masing-masing atom flourin yang dapat mendukung penjelasan ini . Dengan menggunakan orbital kosong 2p z , boron triflourida dapat  bersifat sebagai asam Lewis yang kuat. Gambaran sederhana dari sifat ini adalah reaksi antara boron triflourida dan ammonia, dimana pada  pasangan electron dari nitrogen bersifata senbagai donor pasangan electron; BF3(g) + :NH3(g) F3B: NH3(s).

34

Sekitar 4000 ton boron triflourida digunakan dalam industri diAmerika Serikat setiap tahaunnya sebagai asam Lewis dan sebagai katalis pada reaksi organic. 7. Boron Triklorida Ion klorida berbentuk padat larutr dalam air membentuk nidrasi kation dan anion. Bagaimanapun jenis molekul kovalen klorida adalamn gas atau cair pada suhu kamar dan bereaksi sangat hebat dengan air. Sebagai contoh gelembung-gelembung udara boron triklorida didalam air menghasilkan asam boron dan asam.

3.8

Karakteristik Boron Berilium ← Boron → Karbon

5

↑ B

↓

Tabel periodik 

Al Keterangan Umum Unsur Nama, Lambang, Nomor

Boron, B, 5

atom Deret kimia Golongan, Periode, Blok 

Metaloid 13, 2, p hitam/coklat

Penampilan

Massa atom Konfigurasi elektron Jumlah elektron tiap

10.811(7) g/mol 1s2 2s2 2p1

kulit Ciri-ciri fisik 

35

2, 3

 padat

Fase Massa jenis (sekitar suhu

2.34 g/cm³

kamar) Massa jenis cair pada

2.08 g/cm³

titik lebur

2349 K 

Titik lebur

(2076 °C, 3769 °F) 4200 K 

Titik didih

(3927 °C, 7101 °F) 50.2 kJ/mol 480 kJ/mol

Kalor peleburan Kalor penguapan

(25 °C) 11.087 J/

Kapasitas kalor

(mol·K)

Tekanan uap  P /Pa

1

10

100

1k

10 k 100 k  

 pada T /K 2348 2562 2822 3141 3545 4072

Ciri-ciri atom Struktur kristal Rhombohedral

3 (asam beroksida

Bilangan oksidasi

ringan) 2.04 (skala Pauling) ke-1: 800.6 kJ/mol ke-2: 2427.1 kJ/mol ke-3: 3659.7 kJ/mol 85 pm 87 pm 82 pm

Elektronegativitas Energi ionisasi (detil)

Jari-jari atom Jari-jari atom (terhitung) Jari-jari kovalen Lain-lain Sifat magnetik   Nonmagnetic Resistivitas listrik  (20 °C) 1.5×104 Ω·m Konduktivitas termal Ekspansi termal

(300 K) 27.4 W/ (m·K) (25 °C) 5–7 µm/ (m·K)

Kecepatan suara (kawat tipis)

36

(20 °C) 16200 m/s

Modulus ruah Skala kekerasan Mohs Kekerasan Vickers Nomor CAS Isotop iso

NA

(β form) 185 GPa 9.3 49000 MPa 7440-42-8

waktu paruh DM DE (MeV) DP

10

B stabil dengan 5 neutron

11

B stabil dengan 6 neutron

B 19.9%* B 80.1%*

*Dari cuplikan di alam, daya tampung Boron-10 mungkin paling rendah 19.1%  paling tinggi sekitar 20.3%. Boron-11 in such cases.merupkan salah satu sisanya. Referensi

BAB IV PENUTUP Kesinpulan Unsur Boron memiliki banyak kegunaan dalam membantu kegiatan manusia sehari-hari. Pengembangannya sangat berguna dalam dunia 37

industry dan teknologi. Boron yang tidak murni digunakan pada  pertunjukan kembang api untuk memberikan warna hijau dan dalam roket sebagai pemicu. Senyawa boron yang paling komersial adalah Pentrahidra ini digunakan dalam jumlah yang banyak dalam pembuatan serat gelas yang dijadikan insulasi ( insulation fiberglass) dan pemutih sodium perborat ( sodium perborate bleach). Asam borik juga merupakan senyawa boron yang penting dan digunakan dalam produk tekstil. Senyawa-senyawa boron lainnya digunakan dalam pembuatan kaca borosilica dan dalam penyembuhan arthritis. Isotop boron-10 digunakan sebagai kontrol pada reaktor nuklir, sebagai tameng pada radiasi nuklir dan dalam instrumen-instrumen yang digunakan untuk mendeteksi netron. Boron nitrida memiliki sifat-sifat yang cemerlang karena ia sekeras berlian, dapat digunakan sebagai insulator listrik walau dapat menghantar panas seperti logam. Senyawa ini  juga memiliki sifat lubrikasi seperti grafit. Boron hidrida dapat dengan mudah dioksidasi dan melepaskan banyak energi dan pernah digunakan sebagai bahan bakar roket. Penawaran terhadap filamen boron juga meningkat karena bahan ini kuat dan ringan dan digunakan sebagai struktur pesawat antariksa. Boron mirip dengan karbon dalam memiliki kapasitas membentuk jaringan molekul dengan ikatan kovalen. Karbonat, metalloboran, fosfakaboran dan semacamnya terdiri dari ribuan senyawa. Unsur boron dan borat tidak dianggap berbahaya, dan perlu  penanganan spesial. Walau begitu, beberapa senyawa boron hidrogen sangat beracun dan memerlukan penanganan ekstra hati-hati.

38

DAFTAR PUSTAKA Budiman, Masgunarto Ir. M.Sc. Hand Out Bahan-Bahan Listrik, STT-PLN, Jakarta. http://google.co.id/kategori tabel periodik.htm http://books.google.co.id/books/boron.htm http://yahoo.com/boron.htm http://id.wikipedia.org/wiki/Boron

39