Tentang Unsur Kimia : Besi (Fe)

A. Asal Usul Besi

Salah satu kandungan unsur di Bumi kita ini adalah besi. Menurut para astronom, besi yang terkandung di Bumi ini berasal dari luar angkasa. Besi bisa berada di Bumi karena meteorit-meteorit yang mengandung besi jatuh ke Bumi berjuta-juta tahun yang lalu. Karena itulah hanya daerah-daerah tertentu yang memiliki persediaan besi di daerahnya. Kemungkinan daerah-daerah yang memiliki persedian besi itu adalah daerah yang dijatuhi oleh meteorit-meteorit tersebut.

Kalau memang begitu, ada pula kemungkinan habisnya bijih besi di daerah-daerah penghasil bijih besi tersebut. Hal itu tergantung seberapa besar atau seberapa kecil meteorit mengandung bijih besi yang terjatuh ke daerah-daerah tersebut dan penggunaannya. Lalu kapan pertama kali orang-orang menggunakan besi?

Tanda-tanda pertama kegunaan besi adalah di Sumeria dan Mesir, di mana sekitar 4000 SM. Benda kecil, seperti mata lembing dan perhiasaan, dihasilkan dari besi yang didapati dari meteor. Sekitar 3000 SM hingga 2000 SM, semakin banyak objek besi yang dihasilkan di Mesopotamia, Anatolia, dan Mesir. Kegunaannya mungkin juga untuk upacara tertentu, dan besi merupakan logam yang mahal saat itu, bahkan lebih mahal dibandingkan emas. Di Indonesia sendiri terdapat pulau yang dikenal sebagai daerah penghasil besi, yaitu Sulawesi. Disana dapat kita temukan perdagangan bijih besi hasil produksi tambang-tambang yang terdapat di sekitar Danau Matano, dekat Sorowako, Luwu Timur.

B. Tentang Besi

 

Besi adalah logam yang berasal dari bijih besi dan jarang ditemukan dalam keadaan unsur bebas. Besi banyak digunakan untuk kehidupan manusia sehari-hari dan juga mempunyai nilai ekonomis yang tinggi. Besi adalah logam paling melimpah nomor dua setelah setelah alumunium. Bumi kita ini juga mengandung unsur Besi. Selain itu, besi juga memiliki sifat fisika dan sifat kimia.

Sifat Fisika

1. Pada suhu kamar berwujud padat, mengkilap dan berwarna keabu-abuan.

2. Merupakan logam feromagnetik karena memiliki empat elektron tidak berpasangan pada orbitan d.

3. Merupakan penghantar panas yang baik.

4. Kation logam besi 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.

5. Besi bersifat keras dan kuat.

6. Sifa-sifat besi yang lain

a)    Nomor Atom                           : 26

b)    Nomor Massa                          : 57

c)    Massa Atom                                        : 55,85 g/mol

d)   Kepadatan                                           : 7,8 g/cm 3 pada 20 °C

e)    Titik Lebur                                          : 1536 °C

f)     Titik Didih                                           : 2861 °C

g)    Isotop                                                 : 8

h)    Energi Ionisasi Pertama                     : 761 kJ/mol

i)      Energi Ionisasi Kedua                       : 1556,5 kJ/mol

j)      Energi Ionisasi Ketiga                       : 2951 kJ/mol

 

Sifat Kimia

1. Unsur besi bersifat elektropositif yaitu mudah melepaskan elektron. Karena sifat inilah bilangan oksidasi besi bertanda positif.

2. Besi dapat memiliki biloks 2, 3, 4 dan 6. Hal ini disebabkan karena perbedaan energi elekktron pada subkulit 4s dan 3d cukup kecil, sehingga elektron pada subkulit 3d juga terlepas ketika terjadi ionisasi selain elektron pada subkulit 4s.

3. Logam murni besi sangat reaktif secara kimiawi dan mudah terkorosi, khususnya di udara yang lembab atau ketika terdapat peningkatan suhu.

4. Besi memiliki bentuk allotroik ferit yaitu alfa, beta, gamma dan omega dengan suhu transisi 700^oC, 928^oC, dan 1530^oC. Bentuk alfa bersifat magnetik, tapi ketika berubah menjadi beta, sifat magnetnya menghilang meski pola geometris molekul tidak berubah.

5. Mudah bereaksi dengan unsur-unsur non logam seperti sulfur, fosfor, boron, karbon dan silikon.

6. Larut dalam asam-asam mineral encer.

7. Oksidanya bersifat amfoter yaitu oksida yang menunjukkan sifat-sifat asam sekaligus basa.

 

Besi juga bermacam-macam berikut macam-macam besi :

1. Besi Tuang (cast iron)

– Diperoleh dengan cara mendinginkan besi kasar yang diperoleh dari tanur, dengan memasukkannya ke dalam cetakan yang tersedia. Tanur adalah tempat pengolahan bijih besi menjadi logam besi.

– Besi tuang mengandung 2 – 4% karbon.

– Besi tuang bersifat keras mudah rapuh sehingga banyak digunakan sebagai pipa leding dan radiator.

2. Besi Tempa (wrought iron)

– Diperoleh dengan cara mengurangi karbon dari besi kasar sampai kadar karbonnya 0,02%. Caranya besi dipanaskan sehingga karbonnya teroksidasi menjadi CO₂

– Sifat besi tempa lebih lunak dibandingkan besi tuang, tetapi lebih kuat.

– Karena cukup lunak, maka ditempa menjadi peralatan, seperti golok dan cangkul.

3. Baja

– Mengandung karbon sebanyak 0,02%

– Baja lebih keras dibandingkan besi tempa.

– Dibuat dengan menambahkan logam lain seperti nikel, krom, mangan, vanadium, molibden dan wolfram sesuai dengan baja yang diinginkan.

 

Besi memiliki sifat kimia mudah terkorosi. Berikut ini penjelasan mengenai korosi pada besi :

Salah satu kelemahan besi adalah mudah mengalami korosi. Korosi ini menimbulkan banyak kerugian karena mengurangi umur pakai berbagai barang atau bangunan yang menggunakan besi atau baja. Sebenarnya korosi dapat dicegah dengan mengubah besi menjadi baja anti karat (stainless stell), akan tetapi proses ini terlalu mahal untuk kebanyakan penggunaan besi.

Korosi besi memerlukan oksigen dan air. Berbagai jenis logam contohnya zinc dan magnesium dapat melindungi besi dari korosi. Berikut ini cara-cara pencegahan korosi pada besi berdasarkan pada dua sifat tersebut :

1. Pengecatan

Jembatan atau pagar biasanya dicat. Cat dapat menghindarkan kontak dengan udara dan air. Cat yang mengandung timbal dan zinc akan lebih baik karena keduanya melindungi besi terhadap korosi.

2. Pelumuran dengan oli atau gemuk

Cara ini digunakan untuk berbagai perkakas dan mesin. Oli dan gemuk dapat mencegah kontak dengan air.

3. Pembalutan dengan plastik

Berbagai macam barang misalnya saja rak piring dan keranjang sepeda dibalut dengan plastik. Plastik dapat mencegah kontak dengan udara dan air.

4. Pelapisan dengan timah (tin plating)

Kaleng-kaleng kemasan terbuat dari besi yang dilapisi degan timah. Pelapisan tersebut dilakukan secara elektrolisis, yang disibut tin plating. Timah tergolong logam yang taan karat. Akan tetapi, lapisan timah hanya melindungi besi selama lapisan itu utuh. Bila lapisan timah ada yang rusak, misalnya tergores, maka timah malah mempercepat korosi besi. Hal itu terjadi karena potensial reduksi besi lebih negatif daripada timah.           Oleh karena itu, besi yang dilapisi dengan timah akan membentuk suatu sel elektokimia dengan besi sebagai anode. Dengan demikian, timah mendorong korosi besi. Untuk kaleng-kaleng yang sudah tidak terpakai, hal ini malah diharapkan terjadi agar kaleng-kaleng bekas bisa cepat hancur.

5. Pelapisan dengan zinc (galvanisasi)

Pipa besi, tiang telepon dan berbagai barang lain dilapisi dengan zinc. Berbeda dengan timah, zinc dapat melindungi besi dari korosi sekalipun lapisannya tidak utuh. Hal ini terjadi karena suatu mekanisme yang disebut perlindungan katode.

Oleh karena potensial reduksi besi lebih positif daripada zinc, maka besi yang kontak dengan zinc akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katode. Dengan demikian besi terlindungi dan zinc yang mengalami oksidasi (berkarat).

6. Pelapisan dengan kromium (cromium plating)

Besi atau baja juga dapat dilapisi dengan kromium untuk memberi lapisan pelindung yang mengkilap, misalnya untuk bumper mobil. Pelapisan ini juga dilakukan dengan elektrolisis. Sama seprti zinc, kromium dapat memberi perlindungan sekalipun lapisan kromium itu ada yang rusak.

7. Pengorbanan anode (sacrificial protection)

Magnesium adalah logam yang jauh lebih aktif yang artinya lebih mudah berkarat daripada besi. Jika logam magnesium dikontakkan dengan besi, maka magnesium itu akan berkarat tetapi besi tidak. Cara ini digunakan untuk melindungi pipa baja yang ditanam di dalam tanah atau badan kapal laut. Secara periodik, batang magnesium harus diganti.

C. Aplikasi Besi dalam Kehidupan Sehari-hari

Besi merupakan logam yang paling banyak digunakan yaitu sekitar 95% dari semua logam yang diproduksi di seluruh dunia. Besi yang terkandung di dalam perut Bumi ini sudah sejak lama menjadi material pokok yang digunakan manusia dalam berbagai bidang kehidupan seperti pada masa peperangan dimana besi digunakan untuk membuat peralatan tempur yaitu pedang, perisai, baju besi dan masih banyak lagi.

Pada masa sekarang ini saja, penggunaan besi saat erat hubungannya dengan kehidupan manusia. Pemanfaatan besi ini dapat kita jumpai setiap hari contohnya saja besi yang digunakan untuk membuat baja. Baja dapat digunakan untuk membuat mainan anak-anak, perkakas dapur, industri kendaraan, konstruksi bangunan, jembatan, rel kereta api dan lain-lain. Ada pula baja anti karat yang banyak digunakan untuk pembuatan perkakas seperti gunting, obeng dan kunci. Baja anti karat juga digunakan untuk pembuatan perkakas dapur seperti sendok dan panci. Baja yang terkenal adalah stainless stell yang merupakan paduan besi dengan kromium (14-18%) dan nikel (7-9%) yang mempunyai sifat keras.

Bahkan ada salah satu surah di dalam Al-Quran yaitu surah al-Hadid yang berarti besi. Dalam surah itu diterangkan bahwa besi memiliki manfaat yang besar bagi umat manusia.

Di dalam tubuh manusia juga terkandung zat besi. Zat besi yang ada dalam tubuh manusia merupakan bagian penting dari hemglobin, yaitu bagian darah yang mengangkut oksigen. Kekurangan zat besi dapat menyebabkan penyakit kekurangan darah yang disebut juga anemia. Zat besi juga dapat ditemukan di daging, kentang, sayuran dan hampir semua produk makanan. Tubuh manusia menyerap zat besi yang berasal dari produk hewani lebih cepat daripada yang berasal dari produk nabati.

Oleh karena besi sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia, besi harus digunakan dan dimanfaatkan sebaik mungkin.