Saudara Kembar yang Berbeda; Intan dan Grafit

What a shocking fact! 

sumber: https://www6.slac.stanford.edu/news/2014-03-27-science-bling-turning-graphite-diamond.aspx

Istilah kembar berarti sama dalam kebanyakan hal tapi bukan seluruhnya. Berbeda nama misalnya :p hehe. Tapi kalau bedanya terlampau jauh apa masih bisa disebut kembar? Bisa kok. Salah satu contohnya adalah Intan dan Grafit.

Mereka disebut kembar karena ternyata bahan penyusun kedua benda itu sama persis, yaitu atom karbon, lalu kenapa bisa berbeda rupa begitu?

Karena topik ini sudah terkenal, tentunya sudah banyak yang membahas tapi saya mencoba mengulas kembali dengan informasi yang lebih detail. Semoga bermanfaat.

Pertama saya sampaikan dulu sedikit hal tentang benda padat karena konsep ini merupakan dasar yang harus kita tau dulu sebelum memahami tentang topik ini.

Benda padat atau dalam bahasa inggris disebut solid adalah benda yang memiliki susunan atom, ion atau molekul rapat sehingga memiliki bentuk yang tetap. Susunan atom, ion atau molekul dalam benda-benda padat dapat berbentuk kristalin maupun amorf. Padatan yang berupa kristal tersusun dengan sangat teratur secara tiga dimensi. Benda-benda kristalin biasanya memiliki permukaan yang rata dan sudutnya juga teratur. Sementara padatan amorf memiliki struktur yang tidak teratur sehingga permukaan dan bentuknya menjadi tidak rata. Banyak padatan amorf yang merupakan campuran dari partikel-partikel yang tidak menempel dengan baik. kebanyakan tersusun dari molekul-molekul besar yang kompleks. Suatu senyawa dapat memiliki sturktur yang berbeda dan peristiwa tersebut disebut polimorfisme. Inilah yang menyebabkan intan dan grafit dapat sangat berbeda.

         Intan, benda berkilauan dan indah ini ternyata saudara kembar dari grafit, si hitam yang biasanya kita sebut isi pensil (bagian hitam di pensil yang digunakan untuk menulis). Perbedaan bentuk, warna serta sifat disamping atom penyusunnya yang sama adalah dikarenakan intan memiliki struktur yang lebih teratur daripada grafit. Intan termasuk benda kristalin, dimana atom-atom C nya tersusun secara tetrahedral. Setiap atom C terikat pada empat atom C lain dengan sudut ikatan sebesar 109,55 derajat. Struktur ini sangat rapat dan kuat sehingga membentuk jaringan tak terhingga dari atom-atomnya. Karena sturuktur yang dimilikinya ini pula, intan menjadi sangat keras dengan daya tahan yang luar biasa besar serta lebih berat masa jenisnya daripada grafit. Struktur tetrahedral intan juga membuatnya memiliki ketahanan sangat besar terhadap penempaan. Kekerasan kristal diukur dengan sebuah skala yang disebut Mohs. Skala ini meranking senyawa berdasarkan kemampuannya untuk memecahkan senyawa lain dan intan memiliki nilai paling besar. Intan juga merupakan konduktor panas terbaik. jika dibandingkan dengan tembaga, intan mampu menghantarkan panas lima kali lebih baik. Selain itu, intan juga menghantarkan bunyi tetapi tidak menghantarkan listrik

So, why are diamonds so sparkling? Mengapa intan berkilauan. Kilauan ternyata tersebut berasal dari sifat intan yang dapat mendispersi cahaya. Artinya intan memilki indeks bias untuk cahaya merah dan violet yang berbeda (2,409 dan 2,465). Alhasil intan dapat berlaku seperti prisma yang dapat membagi (membaurkan) cahaya putih menjadi warna-warna pelangi dengan nilai dispersi 0,056. Semakin besar nilai dispersi atau penyebarannya, semakin bagus spektrum warna yang dihasilkan. Kilauan intan ini dhasilkan dari kombinasi pembiasan, refleksi internal dan dispersi cahaya yang melewati intan.

       

sumber: http://www.jadeitejade.com/2010/05/diamond-and-graphite/

Grafit juga tersusun dari sebuah tatanan tak terhingga atom-atom C tapi terdiri dari lapisan-lapisan. Atom-atom C dalam grafit memiliki dua tipe interaksi yaitu masing-masing atom karbon terikat pada tiga atom karbon lain membentuk struktruk planar (segitiga) dan tersusun di pojok-pojok heksagonal dengan sudut ikatan C-C- 120 derajat. Susunan planar grafit memanjang dalam dua dimensi secara horizontal dan terikat satu sama lain oleh gaya yang lebih lemah disebut interaksi stacking. Jarak antar lapisan dalam grafit lebih besar dibanding jarak antar karbon diantara masing-masing lapisan. Lapisan-lapisan ini bertumpuk kemudian membentuk sebuah struktur tiga dimensi. Sturktur tiga dimensi inilah yang berakibat pada sifat-sifat fisik grafit. Tidak seperti intan, grafit dapat digunakan sebagai pelumas atau pensil karena lapisan-lapisannya mudah untuk terpisah-pisah. Grafit juga halus dan licin dan kekerasannya lebih kecil dari satu skala Mohs. Grafit memiliki densitas yang lebih rendah (2,266gr/mL) dari intan. Struktur planar yang dimiliki grafit membuat elektron dapat berpindah dengan mudah sehingga grafit dapat menghantarkan listrik dan panas serta menyerap cahaya, maka dari itu warna grafit adalah hitam. 

sumber artikel: http://www.scientificamerican.com/article/how-can-graphite-and-diam/

Ikatan Ionik (Prof. Effendy, Ph.D)

Mengapa Es Mengapung di Air?

Es mengapung. Mungkin bagi kita adalah hal yang lumrah, biasa saja dan memang begitu adanya. Tidak ada yang aneh. Tapi jika diperhatikan dengan lebih sedikit dalam, bukankah es juga adalah air namun yang bentuknya padat dan kenapa malah mengapung di air bukannya tenggelam?

Mari secara singkat kita ulas

Jika anda menjawab mengapa es mengapung dalam air adalah karena densitas es lebih rendah daripada air, maka jawaban anda benar.  Lalu kenapa kok bisa berbeda padahal molekulnya sama? Dan kenapa malah bisa lebih ringan?

Perbedaan densitas air dan es adalah akibat dari ikatan hidrogen yang ada dalam senyawa air. Ikatan hidrogen adalah salah satu bentuk interaksi antar molekul yang terjadi antara atom H dalam suatu molekul dan atom lain yang berdekatan dari molekul lain yang memiliki keelektronegatifan tinggi seperti O, N dan F. Ikatan hidrogen yang terjadi dalam air adalah antara atom H dengan atom O antara molekul-molekul H₂O.Dalam kebanyakan senyawa, bentuk padatan memiliki molekul-molekul yang lebih rapat daripada cair. Akan tetapi, air memiliki keunikan ketika dibekukan atau dalam keadaan padat (pada suhu 0 °C), karena massa jenis atau densitasnya lebih rendah (0,917 g/mL) dari pada air dalam bentuk cair (1,00 g/mL), inilah penyebab mengapa es mengapung dalam air. Dalam es, molekul H₂O dapat membentuk susunan yang teratur berbentuk heksagonal dan terbuka seperti gambar di bawah ini (gambar a) 

source: http://schoolbag.info/biology/living/17.html

Ikatan-ikatan hidrogen tersebut kemudian membentuk rongga-rongga dalam strukturnya. Sementara ketika es meleleh, gerakan molekul-molekul air menyebabkan struktur tersebut menjadi rusak sehingga ikatan hidrogen antar molekul air menjadi acak. Justru karena tersusun acak (perhatikan gambar b), ikatan tersebut masih cukup kuat untuk mengikat molekul untuk berdekatan. Akibatnya, air dalam bentuk cairan memiliki struktur yang lebih rapat daripada es, yang berarti massa air dapat mengisi volume yang lebih kecil daripada massa es.

Adanya perbedaan massa jenis es yang lebih kecil daripada air ini ternyata sangat mempengaruhi kehidupan di bumi lho. Salah satunya, karena es mengapung maka es dapat menutupi permukaan air ketika danau membeku di musim dingin sehingga dapat mengisolasi air di bawahnya. Seandainya es lebih berat massa jenisnya daripada air, maka es tentunya akan tenggelam dan seluruh bagian danau dapat membeku. Kondisi seperti ini dapat mematikan kehidupan dalam air pada musim dingin.

Kedua, adanya es yang di permukaan laut seperti di kutub utara memungkinkan untuk hewan-hewan kutub dapat tinggal di atasnya, bayangkan bila es tidak bisa mengapung? Hewan-hewan tersebut juga tidak akan pernah hidup kan?

sumber: 

E-book "Chemistry - The Central Science, 11th ed." (Prentice Hall, 2008)