Beauty and The Beast : Intan dan Grafit

Anda pasti tahu film Beauty and The Beast (Si Cantik dan Si Buruk Rupa) bukan? Film animasi dari Walt Disney ini memang sangat melegenda. Film ini berkisah mengenai cinta si cantik bernama Belle dengan Beast, si buruk rupa. [caption id="attachment_293545" align="aligncenter" width="480" caption="Kisah Beauty and The Beast (icon-blogger.blogspot.com)"][/caption] Selain di film, cerita tentang si cantik dan si buruk rupa juga ada dalam ilmu Kimia. Lho kok ada? Iya beneran ada. Mungkin sudah banyak yang tahu bahwa ada dua benda yang sebenarnya tersusun dari atom-atom yang sama. Siapakah mereka? Mereka adalah intan sebagai beauty dan grafit sebagai the beast. Dua benda ini sama-sama tersusun dari atom karbon (atom C). Namun mereka adalah alotropi. Apa itu alotropi? [caption id="attachment_293547" align="aligncenter" width="498" caption="Grafit dan Intan, Kembar tapi Beda (http://yusufzed.files.wordpress.com/)"]

13913944921333453195

[/caption] Alotropi adalah bentuk modifikasi struktur yang berbeda dari unsur yang sama. Mudahnya, kalau di manusia alotropi adalah kembar tidak identik. Meskipun intan dan grafit sama-sama tersusun dari atom karbon, namun mereka membentuk susunan kristal yang berbeda. Di manakah bedanya? Perhatikan gambar di bawah ini. Pada intan, atom karbon tersusun dengan bentuk tetrahedral. Bentuk tetrahedral ini merupakan bentuk yang juga terdapat pada gas CH4. Setiap atom karbon pada intan terikat secara kovalen dengan 4 atom lainnya. Bentuk berbeda terjadi pada grafit. Setiap atom karbon terikat dengan 3 atom karbon lainnya. Struktur yang terbentuk dari grafit adalah heksagonal belapis-lapis. Dengan perbedaan struktur ini, apa pengaruhnya terhadap sifat kedua jenis alotropi ini? [caption id="attachment_293548" align="aligncenter" width="400" caption="Struktur intan (kiri) dan grafit (kanan) (sabtu-malam.blogspot.com)"]

1391394574224976038

[/caption] Perbedaan struktur intan dan grafit menyebabkan sifat fisika dan kimia mereka berbeda. Yang paling menonjol dari perbedaan itu adalah mengenai daya hantar listrik dan daya hantar logam. Intan merupakan isolator listrik yang baik sedangkan grafit merupakan konduktor listrik yang baik. Sebaliknya, intan merupakan konduktor panas yang baik sedangkan grafit merupakan isolator panas yang baik. Lho kok bisa kebalikan gitu, bagaimana ceritanya? Kita tinjau dari daya hantar listrik dulu. Tadi telah disebutkan bahwa setiap atom karbon pada grafit terikat dengan tiga atom karbon lainnya membentuk susunan heksagonal belapis seperti pada kartu. Kita tahu bahwa atom karbon memiliki empat elektron valensi. Kalau digunakan tiga, berarti masih tinggal satu kan? Sisa satu elektron valensi ini yang dapat digunakan untuk menghantarkan arus listrik. Masih ingat dengan artikel superkonduktor kemarin kan? Aliran awan elektron yang seperti sungai menyebabkan arus listrik bisa mengalir. Nah alasan ini yang menyebabkan grafit mampu menghantarkan listrik. Grafit sering digunakan sebagai elektrode pada saat elektrolisis. Selain itu, anda pasti tahu pensil 2B yang digunakan untuk LJK juga berasal dari karbon karena mampu dibaca oleh komputer. Sebaliknya, atom karbon  intan yang menggunakan semua elektron valensinya untuk berikatan menyebabkan tidak ada lagi elektron valensi yang tersisa. Akibatnya, intan tidak dapat menghantarkan arus listrik. [caption id="attachment_293549" align="aligncenter" width="362" caption="Atom C pada Grafit (warna hijau) masih memiliki satu elektron valensi yang dapat digunakan untuk menghantarkan arus listrik (http://en.wikipedia.org/wiki/File:Graphite.gif)"]

13913947531572443048

[/caption] [caption id="attachment_293551" align="aligncenter" width="252" caption="Atom Karbon pada intan (warna hitam) tidak memiliki elektron valensi sehingga tidak dapat menghantarkan arus listrik (http://commons.wikimedia.org/)"]

13913950011510297146

[/caption] Bagaimana dengan daya hantar panas? Alasannya hampir sama. Kita tahu tadi bahwa pada intan setiap atom karbon berikatan dengan empat atom karbon lainnya. Sebaliknya pada grafit hanya berikatan dengan 3 atom lainnya. Ikatan C-C (karbon-karbon) pada intan lebih kuat daripada grafit. Susunan intan lebih rapat daripada grafit. Kita tahu perpindahan panas (secara konduksi) membutuhkan media. Semakin rapat media yang terdapat maka panas akan semakin mudah berpindah. Ibaratnya kalau kita naik mobil. Semakin rapat jalannya (semakin mulus) maka perjalanan kita akan semakin lancar dibanding jika jalan yang dilewati bolong-bolong (berlubang). Inilah yang menyebabkan intan merupakan konduktor panas yang baik sedangkan grafit tidak. Nah kalau ada pertanyaan, mengapa meski keduanya tersusun dari atom karbon tapi warnanya kok sangat beda. Intan bisa berkilau dan memencarkan berbagai warna sedangkan grafit sangat hitam pekat dan menyedihkan. Oh mengapa ini bisa terjadi? Alasannya juga berasal dari susunan kristal keduanya. Sebelumnya, warna yang tampak oleh mata kita adalah warna komplemen. Warna komplemen ini merupakan warna yang berlawanan dengan warna yang diserap oleh suatu benda. Jadi, saat benda menyerap suatu warna, maka benda tersebut akan memantulkan warna yang berlawanan dengan warna yang diserapnya tadi. Kembali ke topik. Intan dapat mendispersikan (menguraikan) cahaya akibat strukturnya yang rapat. Anda masih ingat tentang peristiwa pelangi? Ya, pelangi yang kita lihat merupakan hasil penguraian cahaya monokromatik. Jika kita amati, intan ini dapat berperan seperti titik-titik air hujan. Jadinya, intan terlihat tidak berwarna namun berkilau.  Berbeda dengan intan, grafit menyerap semua warna yang diterimanya. Akibatnya, warna komplemen yang kita tangkap adalah hitam. Kalau ada pertanyaan lagi. Kenapa intan sulit sekali didapat sedangkan grafit mudah didapat? Kan kalau intan mudah didapat gak ada lagi orang miskin? Haha maunya. Alasannya, ada yang dinamakan kestabilan termodinamik. Ukuran ini dapat dijadikan patokan apakah suatu zat lebih stabil daripada zat yang lainnya. Kestabilan termodinamik dinyatakan dengan besaran energi bebas pembentukan standar (ΔGf). Semakin kecil harga energi ini maka zat tersebut semakin stabil. Nilai (ΔGfo) untuk grafit adalah 0 sedangkan untuk intan adalah 2.900. Nah dari sini kita tahu bahwa grafit memiliki energi yang lebih rendah dibanding intan sehingga keberadannya lebih banyak. Pertanyaan terakhir (tanya melulu). Apa bisa kita mengubah grafit menjadi intan? Kan enak juga kita bisa kaya? Jawabannya adalah bisa, tapi sangat sulit terjadi. Secara teori, sebenarnya reaksi pengubahan grafit menjadi intan adalah reaksi spontan atau reaksi yang kemungkinan bisa terjadi. Namun, meski bisa terjadi reaksi ini akan sangat lama sekali berlangsung. Jika ingin cepat maka temperatur dan tekanan reaksi harus dinaikkan berkali-kali lipat. Ibaratnya, kalau kita ingin punya uang 1 Triliun terus pekerjaan kita gajinya Cuma 2 juta, pasti lama dapat uang sebanyak itu. Bisa sih kalau tiba-tiba dapet hadiah atau………(silahkan isi sendiri). Intinya, tidak mustahil membuat the beast menjadi beauty tapi sangat sulit. [caption id="attachment_293552" align="aligncenter" width="543" caption="Pembuatan Intan dari Grafit menggunakan Proses HPHT (High Pressure High Temperature) yang cukup rumit dan mahal (http://www.diamondlab.org/80-hpht_synthesis.htm)"]

13913953971382530237

[/caption] Baiklah, cerita mengenai Beauty and the beast saya akhiri sampai di sini. Semoga bermanfaat dan mohon maaf jika ada kesalahan. Sekian. Salam. Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_standard_Gibbs_free_energies_of_formation http://en.wikipedia.org/wiki/Diamond http://en.wikipedia.org/wiki/Graphite