SILIKON

Silikon adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Si dan nomor atom 14. Senyawa yang dibentuk bersifat paramagnetik. Unsur kimia ini ditemukan oleh Jöns Jakob Berzelius.

Silikon adalah sejenis metaloid tetravalen yang kurang reaktif dibandingkan dengan analog kimianya, karbon. Ia merupakan unsur kedua paling berlimpah di dalam kerak Bumi mencapai hampir 25.7% mengikut beratnya.

INFORMASI UMUM
Nama, lambang, nomor atom	Siliikon, Si, 14
Deret kimia	Metaloid
Golongan, periode, blok	4A, 3, p
Penampilan	Sebagai lempengan; Kristal dengan permukaan sedikit biru gelap dan mengkilap
Berat atom standar	28,0855(3) g/mol
Konfigurasi electron	[Ne] 3s2 3p2
Electron per kelopak	2, 8, 4
SIFAT FISIKA
Fase	Solid
Densitas (mendekati suhu kamar)	2,33 g·cm−3
Densitas cairan pada titik didih	2,57 g·cm−3
Titik leleh	1687 K (1420 °C, 2577 °F)
Titik didih	3538 K (2355 °C, 5909 °F
SIFAT ATOM
Struktur kristal	Kubus intan
Bilangan oksidasi	4, 3 [1], 2 [2], 1 [3] (oksida amfoter)
Elektronegativitas	1.90 (Skala Pauling)
Energy ionisasi	1st: 786,5 kJ·mol−1 2nd: 1577,1 kJ·mol− 3rd: 3231,6 kJ·mol−1

1. Sejarah
   

Silikon ( Latin
silex , silicis , bermaksud batu api ) pertama kali dikenal pasti oleh Antoine Lavoisier pada tahun 1787 , dan kemudiannya disalah anggap oleh Humphry Davy sebagai sejenis sebatian pada tahun 1800 .

Davy menganggap silikon sebagai senyawa ketimbang suatu unsur. Sebelas tahun kemudian pada tahun 1811, Gay Lussac dan Thenard mungkin mempersiapkan amorphous sillikon tidak murni dengan cara memanaskan kalium dengan silikon tetrafluorida.

Pada tahun 1824 Berzelius, yang dianggap sebagai penemu pertama silikon, mempersiapkan amorphous silikon dengan metode yang sama dan kemudian memurnikannya dengan membuang fluosilika dengan membersihkannya berulang kali. Deville pada tahun 1854 pertama kali mempersiapkan silikon kristal, bentuk alotropik kedua unsur ini.

Oleh sebab silikon adalah merupakan unsur yang penting dalam semikonduktor dan peranti berteknologi tinggi, kawasan berteknologi tinggi Lembah Silikon, California, adalah dinamakan seperti unsur ini.

1. Sumber
   

Silikon terdapat di matahari dan bintang-bintang dan merupakan komponen utama satu kelas bahan meteor yang dikenal sebagai aerolites. Ia juga merupakan komponen tektites, gelas alami yang tidak diketahui asalnya.

Silikon membentuk 25.7% kerak bumi dalam jumlah berat, dan merupakan unsur terbanyak kedua, setelah oksigen. Silikon tidak ditemukan bebas di alam, tetapi muncul sebagian besar sebagai oksida dan sebagai silikat. Pasir, quartz, batu kristal, amethyst, agate, flint, jasper dan opal adalah beberapa macam bentuk silikon oksida. Granit, hornblende, asbestos, feldspar, tanah liat, mica, dsb merupakan contoh beberapa mineral silikat. Silikon dalam bentuk mineral dikenal sebagai zat kersik.

Silikon dipersiapkan secara komersil dengan memanaskan silika dan karbon di dalam tungku pemanas listrik, dengan menggunakan elektroda karbon. Beberapa metoda lainnya dapat digunakan untuk mempersiapkan unsur ini. Amorphous silikon dapat dipersiapkan sebagai bubuk cokelat yang dapat dicairkan atau diuapkan. Proses Czochralski biasanya digunakan untuk memproduksi kristal-kristal silikon yang digunakan untuk peralatan semikonduktor. Silikon super murni dapat dipersiapkan dengan cara dekomposisi termal triklorosilan ultra murni dalam atmosfir hidrogen dan dengan proses vacuum float zone.

Silikon dengan kemurnian tinggi dihasilkan dengan reduksi SiHCl₃ dengan menggunakan hidrogen. SiHCl₃ dihasilkan dengan melakukan hidrokhlorasi silikon berkemurnian rendah diikuti dengan pemurnian. Silikon yang digunakan untuk semikonduktor dimurnikan lebih lanjut dengan metoda pelelehan berzona kristal Czochralski. Kristal silikon (mp 1410^o C) memiliki kilap logam dan mengkristal dengan struktur intan.

1. Sifat-sifat
   

Silikon kristalin memiliki tampak kelogaman dan bewarna abu-abu. Silikon merupakan unsur yang tidak reaktif secara kimia (inert), tetapi dapat terserang oleh halogen dan alkali. Kebanyakan asam, kecuali hidrofluorik tidak memiliki pengaruh pada silikon. Unsur silikon mentransmisi lebih dari 95% gelombang cahaya infra merah, dari 1,3 sampai 6 mikrometer.

Ada tiga isotop silikon, ²⁸Si (92.23%), ²⁹Si (4.67%), dan ³⁰Si (3.10%). Sebab spin intinya I = 1/2, ²⁹Si digunakan dalam studi NMR senyawa silikon organik atau silikat (NMR padatan).

Walaupun silikon adalah unsur tetangga karbon, sifat kimianya sangat berbeda. Contoh yang sangat terkenal kontras adalah antara silikon dioksida SiO₂ dengan struktur 3-dimensi, dan gas karbon dioksida, CO₂. Senyawa pertama dengan ikatan ganda silikon-silikon adalah (Mes)2Si=Si(Mes)2 (Mes adalah mesitil C₆H₂(CH₃)₃) dilaporkan tahun 1981, kontras dengan ikatan rangkap karbon-karbon yang sangat banyak dijumpai. Senyawa seperti ini digunakan untuk menstabilkan ikatan yang tidak stabil dengan substituen yang meruah (kestabilan kinetik).

Silikat dan senyawa organosilikon menunjukkan variasi struktur. Kimia organosilikon merupakan area riset dalam kima anorganik yang sangat aktif. Kimia silikon berkembang dengan pesat sejak perkembangan proses industri untuk menghasilkan senyawa organosilikon dengan reaksi langsung metil khlorida CH₃Cl dengan kehadiran katalis tembaga. Proses historis ini ditemukan oleh E. G. Rochow tahun 1945. Resin silikon, karet silikon, dan minyak silikon digunakan di banyak aplikasi. Akhir-akhir ini, senyawa silikon telah digunakan dengan meluas dalam sintesis organik selektif.

Beberapa senyawa Si sebenarnya bisa larut dalam air. Si dapat membentuk senyawa-senyawa baru dengan aktivitas kimia dan biokimia relatif tinggi. Dalam Tabel Susunan Berkala Unsur, lokasi Si diapit oleh empat unsur lain. Di sebelah atas dan bawah masing-masing diapit unsur Karbon (C) dan Germanium (Ge), sedangkan di sebelah kiri dan kanannya masing-masing diapit Alumunium (Al) dan Phosor (P).

Karakteristik Si agak mirip dengan keempat unsur yang mengapitnya. Si merupakan satu-satunya unsur yang bisa membentuk polimer stabil seperti C. Si berperilaku seperti Al dalam membentuk mineral. Si dapat menggantikan posisi P dalam DNA dan Si memiliki sifat-sifat metalik serupa Germanium (Ge).

Banyak yang bekerja di tempat-tempat dimana debu-debu silikon terhirup sering mengalami gangguan penyakit paru-paru dengan nama silikosis.

Silikon dioksida (silikon (IV) oksida)

Struktur

Elektronegatifitas / keelektronegatifan dari unsur-unsur meningkat sepanjang periode dari kiri ke kanan, dan pada silikon, beda elektronegatifitas antara silikon dan oksigen tidak cukup besar untuk membentuk ikatan ionik. Silikon dioksida memiliki
struktur kovalen raksasa..

Terdapat tiga bentuk silikon dioksida yang berbeda. Yang paling mudah diingat dan digambarkan adalah struktur yang mirip intan.

Kristal silikon memiliki struktur yang sama dengan intan. Untuk mengubahnya menjadi silikon dioksida, perlu dilakukan perubahan struktur silikon dengan menyisipkan beberapa atom oksigen.

Perhatikan bahwa masing-masing atom silikon dengan atom silikon tetangganya Dijembatani oleh atom oksigen. Jangan lupakan bahwa ini hanya bagian kecil dari struktur raksasa dalam tiga dimensi.

Titik leleh dan titik didih

Silikon dioksida memiliki titik leleh yang tinggi, bermacam-macam tergantung pada strukturnya (ingat bahwa hanya satu dari tiga struktur yang mungkin), tapi angkanya sekitar 1700 °C. Ikatan kovalen silikon-oksigen yang sangat kuat harus diputuskan terlebih dahulu sebelum meleleh. Silikon dioksida mendidih pada suhu 2230°C.

Karena kita membicarakan tentang perbedaan bentuk ikatan, tidak berarti bila membandingkan nilai ini dengan oksida logam yang lain. Lebih baik menyatakan bahwa karena oksida logam dan silikon dioksida memiliki struktur raksasa, maka titik leleh dan titik didihnya tinggi.

Daya hantar arus listrik

Silikon dioksida tidak memiliki elektron-elektron atau ion-ion yang dapat bergerak sehingga tidak dapat menghantarkan arus listrik, baik dalam bentuk padatan maupun cairannya.

Oksida molekuler

Fosfor, sulfur dan klor semuanya membentuk oksida yang terdiri dari molekul-molekulnya. Beberapa dari molekul-molekul ini sederhana dan lainnya merupakan polimer. Titik leleh dan titik didih dari oksida-oksida ini akan lebih rendah dari oksida logam dan silikon dioksida. Gaya intermolekuler mengikat satu molekul dengan molekul yang lain melalui dispersi gaya van der Waals atau interaksi dipol-dipol. Kekuatannya bermacam-macam tergantung pada ukuran molekulnya.

Tak satupun dari oksida-oksida ini yang menghantarkan arus listrik baik sebagai padatan maupun cairannya. Tak satupun yang mengandung ion-ion atau elektron-elektron bebas.

1. Kegunaan
   

Silikon adalah salah satu unsur yang berguna bagi manusia. Dalam bentuknya sebagai pasir dan tanah liat, dapat digunakan untuk membuat bahan bangunan seperti batu bata. Ia juga berguna sebagai bahan tungku pemanas dan dalam bentuk silikat ia digunakan untuk membuat enamels (tambalan gigi), pot-pot tanah liat, dsb. Silika sebagai pasir merupakan bahan utama gelas Gelas yang dapat dibuat dalam berbagai macam bentuk dan digunakan sebagai wadah, jendela, insulator, dan aplikasi-aplikasi lainnya. Silikon tetraklorida dapat digunakan sebagai gelas iridize.

Silikon super murni dapat didoping dengan boron, gallium, fosfor dan arsenik untuk memproduksi silikon yang digunakan untuk transistor, sel-sel solar, penyulingan, dan alat-alat solid-state lainnya, yang digunakan secara ekstensif dalam barang-barang elektronik dan industri antariksa.

Hydrogenated amorphous silicone memiliki potensial untuk memproduksi sel-sel murah untuk mengkonversi energi solar ke energi listrik.

Silikon sangat penting untuk tanaman dan kehidupan binatang. Diatoms dalam air tawar dan air laut mengekstrasi silika dari air untuk membentuk dinding-dinding sel. Silika ada dalam abu hasil pembakaran tanaman dan tulang belulang manusia. Silikon bahan penting pembuatan baja dan silikon karbida digunakan dalam alat laser untuk memproduksi cahaya koheren dengan panjang gelombang 4560 Å.

Silikon juga sering digunakan untuk membuat serat optik dan dalam operasi plastik digunakan untuk mengisi bagian tubuh pasien dalam bentuk silikone.

Silikon Untuk Kesehatan dan Kecantikan

3 jenis silikon yang digunakan untuk kesehatan dan kecantikan:

a. Silikon padat

Bentuknya menyerupai karet penghapus. Digunakan untuk katup jantung buatan, pengganti testis, kateter, serta persendian buatan. Dalam dunia bedah plastik, silikon padat biasanya digunakan untuk implan hidung, dagu, dan pipi. Beberapa tahun belakangan ini, silikon padat juga digunakan untuk membantu penderita gangguan ereksi, dengan menggunakan materi silikon padat yang dapat ditiup.

b. Silikon berbentuk gel dalam wadah silikon padat

Menyerupai dodol, dengan tingkat perlekatan molekul sangat baik. Digunakan untuk implan payudara/betis. Jika dibelah, tidak akan meleleh atau menyebar, tapi tetap mengikuti bentuk wadah penyimpannya.

c. Silikon cair

Silikon bentuk cair dalam dunia medis, menurut dr. Donny V. Istiantoro dari Jakarta Eye Center, digunakan dalam operasi retina. Retina dapat lepas dari posisinya karena berbagai faktor, sehingga perlu dibantu perlekatannya dengan silikon cair.

Di dunia kedokteran modern, silikon dikategorikan sebagai bahan terbaik untuk melakukan perbaikan bagian tubuh, karena penolakan jaringan tubuh terhadap silikon tergolong rendah.

Peranan Silikon Pada Tanaman Tebu

Tebu merupakan salah satu monokotil akumulator Si yaitu tanaman yang serapan Si-nya melebihi serapannya terhadap air. Selama pertumbuhan (1 tahun), tebu menyerap Si sekitar 500-700 kg per ha lebih tinggi dibanding unsur-unsur lainnya.

Si dapat memberikan efek positif bagi tanaman tebu melalui dua hal yaitu pengaruh tak langsung pada tanah dengan meningkatkan ketersediaan P dan pengaruh langsung pada tanaman, seperti meningkatkan efisiensi fotosintesa, menginduksi ketahanan terhadap cekaman biotik dan abiotik seperti hama dan penyakit, keracunan Fe, Al, dan Mn, mengurangi kerobohan dan memperbaiki erectness (ketegakan) daun dan batang, serta memperbaiki efisiensi penggunaan air.

Si berada dalam jumlah yang banyak pada setiap tanah. Porsi terbesar Si tanah dijumpai dalam bentuk kuarsa atau kristal silikon. Pada umumnya tanah mengandung 5-40 % Si. Dalam setiap kilogram tanah liat terkandung sekitar 200-320 g Si, sementara dalam tanah berpasir terdapat antara 450-480 g Si.

Si merupakan unsur yang inert (sangat tidak larut) sehingga selama ini Si dianggap tidak memiliki arti penting bagi proses-proses biokimia dan kimia. Juga, karena jumlahnya yang melimpah dalam tanah peran Si seringkali tidak terlalu diperhatikan atau bahkan tidak teramati.

Substansi Si yang aktif dalam tanah berbentuk asam monosilikat, asam polisilikat dan organosilikat. Asam monosilikat merupakan pusat dari berbagai interaksi dan transformasi Si dan merupakan produk dari pelarutan mineral-mineral kaya Si. Asam-asam Si yang diadsorpsi lemah serta larut dalam air dapat diserap langsung oleh tanaman dan mikroba. Mereka juga dapat mengendalikan sifat fisik dan kimia tanah (seperti mobilitas P, Al, Fe, Mn dan logam berat, aktivitas mikroba, stabilitas bahan organik), pembentukan asam polisilikat dan mineral-mineral sekunder dalam tanah. Asam polisilikat memiliki efek nyata terhadap tekstur tanah, kapasitas menahan air, dan erosi

Asam polisilikat merupakan mineral yang dapat menstabilkan agregat tanah dan memperbaiki porositas tanah bila berada dalam jumlah yang tinggi sehingga dapat memperbaiki sifat fisik tanah.

Pemberian Si dalam tanah dapat meningkatkan ketersediaan P dan mengurangi aktifitas logam-logam beracun seperti Al, Fe dan Mn. Selain itu Si juga dapat meningkatkan ketahanan tanaman terhadap serangan hama dan penyakit.

Silikon (Polysiloxan)

Silikon (polysiloxan) adalah polimer inorganik yang terdiri dari komponen penyusun silikon-oksigen (…-Si-O-Si-O-Si-O-…). Beberapa "side group" organik dapat digunakan untuk menghubungkan dua atau lebih tulang belakang -Si-O- ini. Dengan memvariasikan panjang rantai -Si-O-, "side group", dan penghubung silang, silikone dapat disintesis menjadi beberapa jenis material, seperti, cairan, gel, dan karet.

Jenis paling umum adalah polydimethylsiloxane linear atau PDMS. Grup terbesar kedua dari material silikone berdasar pada resin silikone yang terbentuk oleh oligosiloxanes yang bercabang dan berbentuk-kandang.

Silikone tak berbau, tak berwarna, tahan air, tahan kimia, tahan oksidasi, stabil pada suhu tinggi, dan bukan konduktor listrik. Dia memiliki banyak kegunaan, seperti pelumas, lem, penyegel, gasket sampai implantasi buah dada (kontroversi besar muncul pada 1990-an yang mengkhawatirkan silikon dalam implantasi buah dada dapat menyebabkan beberapa penyakit).

Elastomer silikon merupakan polimer sintesis yang masih relatif baru penggunaannya sebagai material isolasi polimer pada isolator listrik tegangan tinggi/ekstra tinggi pasangan luar (outdoor). Terdapat beberapa keuntungan yang dimiliki material isolasi polimer diantaranya ringan, memiliki sifat dielektrik, resistivitas volume, sifat termal, kekuatan mekanik yang lebih baik dan tahan gempa serta mudah penanganannya dibandingkan material konvensional (porselen/keramik dan gelas). Salah satu sifat yang menjadikan elastomer silikon sangat populer dan lebih unggul sebagai material isolasi dibanding porselen dan gelas maupun jenis polimer lainnya adalah sifat menolak air atau hidrofobik (hydrophobic). Selain itu material ini juga mampu mempengaruhi lapisan polusi yang menempel di permukaannya ikut bersifat hidrofobik. Fenomena ini disebut transfer hidrofobik. Sifat hidrofobik dan kemampuannya mentransfer sifat tersebut ke lapisan polusi sangat bermanfaat bagi isolator listrik pasangan luar karena dalam kondisi lembab, basah/hujan tidak akan memberi peluang terbentuknya lapisan air yang kontinu sehingga konduktivitas permukaan isolator tetap rendah. Dengan demikian arus bocor (leakage current) yang terjadi sangat kecil.

Struktur kimia elastomer silikon terdiri dari tulang punggung ikatan dari bahan anorganik (silikon dan.oksigen) yang tahan terhadap penuaan, namun ikatan samping yang terdiri darn bahan organik (karbon dan hidrogen) dapat mengalami degradasi oleh terpaan dari berbagai faktor iklim seperti temperatur tinggi, kelembaban/hujan serta radiasi ultraviolet dengan intensitas tinggi sebagaimana yang dijumpai di daerah beriklim tropis seperti di Indonesia. Terpaan iklim tropis secara simultan pada isolasi elastomer silikon kemungkinan akan mengakibatkan degradasi sifatsifatnya, yang ditandai _dengan perubahan warna, perubahan sifat dielektrik dan menghilangnya sifat hidrofobik, serta munculnya arus bocor yang terus meningkat sehingga pada akhirnya terjadi keretakan (tracking) dan erosi yang akan memperpendek umur isolator. Kajian ke arah perbaikan yang bertujuan untuk meningkatkan kinerja isolator terhadap kondisi tertentu terus dilakukan oleh berbagai peneliti dengan mencari metode vulkanisasi, jenis dan level ambang dosis bahan pengisi (filler). Adanya komposisi bahan pengisi berdosis tinggi pada elastomer silikon dapat meningkatkan kekuatan mekanis dan kestabilan sifat termalnya, akan tetapi dapat pula mengurangi sifat dielektriknya, melemahkan proses pemulihan dan kekuatan transfer sifat hidrofobik serta lebih sulit proses pencetakannya. Oleh karena itu yang menjadi sasaran khusus dan target utama rangkaian penelitian ini adalah mempelajari metode vulkanisasi dan mendapatkan komposisi dosis bahan pengisi yang memberikan kinerja optimal bagi elastomer silikon sebagai bahan isolator tegangan tinggi pasangan luar di daerah beriklim tropis.

Telah diketahui bahwa pada botol terdapat kandungan berupa silikon dioksida (SiO2), Al₂O₃, Fe₂O₃, Cr₂O₃, CaO, MgO, BaO, Na₂O, PbO, dan B₂O₃. Silikon dioksida (SiO2) merupakan komponen utama botol yang berkisar 70%. Dengan menggunakan proses daur ulang yang efisien, limbah botol ini akan diekstraksi menghasilkan SiO2.

Proses daur ulang limbah gelas ini menggunakan metode alkalifusion. Metode alkalifusion dipilih karena temperatur pembakaran yang dibutuhkan relatif rendah yaitu minimal 550°C daripada metode carbonitefusion yang memerlukan temperatur 900°C. Proses daur ulang ini menggunakan golongan alkali yaitu NaOH. NaOH berfungsi untuk membongkar ikatan kimia yang ada di gelas dengan cara memanaskan pecahan gelas dan NaOH secara bersama-sama pada suhu 550-600°C selama 2 jam, sehingga senyawa SiO2 dapat dipisahkan dengan senyawa lain seperti Fe, Al, Mg, dan lain-lain melalui mekanisme reaksi kimia.Dari hasil percobaan dan analisis menggunakan metode gravimetry maka didapatkan kandungan SiO2 terbesar 96.2 % dari ekstraksi limbah gelas berwarna hijau.

Peningkatan temperatur pembakaran menyebabkan kemurnian SiO₂ akan semakin baik. Sedangkan warna gelas tidak berpengaruh secara signifikan terhadap kemurnian silika. Ekstraksi silika dari limbah gelas dilakukan mengingat silika merupakan senyawa yang sangat penting dan banyak digunakan dalam industri gelas dan keramik, serta dalam industri elektronika yang digunakan sebagai bahan pembuatan circuit boards, semi konduktor, dan piezoelektrik.