A. Pengertian dan Ciri-ciri Besi
Zat besi merupakan unsur logam besi dalam badan yang diperlukan oleh kebanyakan organisma kecuali sebahagian kecil bakteria. Bagi manusia, zat besi diperlukan dalam pembentukan sel darah merah, yaitu hemoglobin. Besi adalah unsur dalam jadual berkala yang mempunyai simbol Fe dan nombor atom 26. Besi adalah kumpulan 8 dan kala (periode) 4 logam. Besi adalah logam yang berasal dari bijih besi (tambang) yang banyak digunakan untuk kehidupan manusia sehari-hari dari yang bermanfaat sampai dengan yang merusakkan.
Atom besi biasa mempunyai 56 ganda jisim atom hidrogen biasa. Besi adalah logam paling banyak, dan dipercayai unsur kimia kesepuluh paling banyak di alam sejagat. Besi juga merupakan unsur paling banyak (menurut jisim, 34.6%) membentuk Bumi; penumpuan besi pada lapisan berlainan di Bumi berbeza antara tinggi peratusannya pada lapisan dalam sehingga 5% pada kerak bumi; terdapat kemungkinan bahawa teras dalam Bumi mengandungi hablur besi tunggal walaupun ianya berkemungkinan sebatian besi dan nikel; jumlah besar besi dalam Bumi dijangka menyumbang kepada medan magnet Bumi. Simbolnya adalah Fe ringkasan kepada ferrum, perkataan Latin bagi besi.
Besi adalah logam yang dihasilkan dari bijih besi, dan jarang dijumpai dalam keadaan unsur bebas. Untuk mendapatkan unsur besi, campuran lain mesti disingkir melalui pengurangan kimia. Besi digunakan dalam penghasilan besi waja, yang bukannya unsur tetapi aloi, sebatian logam berlainan (dan sebahagian bukan-logam, terutamanya karbon).
Nukleus besi adalah antara nukleus-nukleus yang mempunyai tenaga pengikat tertinggi per nukleon, dan hanya diatasi oleh isotop nikel 62Ni. Nukleid stabil yang paling banyak di dalam alam semesta adalah 56Fe. Ini merupakan hasil daripada pelakuran nuklear pada bintang. Walaupun perolehan tenaga yang lebih tinggi boleh didapati dengan mensintesis 62Ni, namun proses ini tidak digemari kerana keadaan yang kurang sesuai pada bintang-bintang.
Apabila bintang gergasi mengecut pada penghujung hayatnya, tekanan dalaman dan suhu akan meningkat, membolehkan bintang seterusnya menghasilkan unsur yang lebih berat, walaupun keadaan ini adalah kurang stabil berbanding dengan unsur-unsur pada sekitar nombor jisim 60 ("kumpulan besi"). Ini menjurus kepada berlakunya supernova. Model kosmologi dengan alam sejagat terbuka meramalkan bahawa terdapatnya fasa di mana semua benda akan bertukar menjadi besi, hasil daripada tindak balas pembelahan dan pelakuran yang perlahan.
B. Ragam Kewujudan
Warna merah pada air disebabkan oleh kehadiran bijih besi dalam batu
Besi merupakan salah satu unsur paling biasa di Bumi, membentuk 5% daripada kerak Bumi. Kebanyakan besi ini hadir dalam pelbagai jenis oksida besi, seperti bahan galian hematit, magnetit, dan takonit. Sebahagian besar teras bumi dipercayai mengandungi aloi logam besi-nikel. Sekitar 5% daripada meteorit turut mengandungi aloi besi-nikel. Walaupun jarang, ini merupakan bentuk utama logam besi semulajadi dipermukaan bumi.
Dalam perindustrian, besi dihasilkan daripada bijih, kebanyakannya hematit (sedikit Fe2O3) dan magnetit (Fe3O4), melalui penurunan oleh karbon dalam relau hembus (blast furnace) pada suhu sekitar 2000°C. Dalam relau hembus, bijih besi, karbon dalam bentuk kok, dan fluks seperti batu kapur diisikan di bahagian atas relau, sementara semburan udara panas dipaksa untuk masuk ke dalam relau di bahagian bawah.
Dalam relau, kok bertindak balas dengan oksigen dalam hembusan udara untuk menghasilkan karbon monoksida:
Karbon monoksida mengurangkan bijih besi (dalam persamaan kimia di bawah, hematit) kepada besi lebur, menjadi karbon dioksida di dalam proses tersebut:
Fluks ditambah untuk meleburkan bendasing dalam bijih, terutamanya silikon dioksida pasir dan lain-lain silikat. Fluks biasa termasuklah batu kapur (terutamanya kalsium karbonat) dan dolomit (magnesium karbonat). Fluks yang lain boleh digunakan bergantung kepada jenis bendasing yang perlu diasingkan daripada bijih. Di bawah kepanasan relau, batu kapur mengurai menjadi kalsium oksida (kapur tohor):
Kalsium oksida bergabung dengan silikon dioksida untuk menghasilkan sanga.
Sanga melebur oleh karena haba di dalam relau, berbanding dengan silikon dioksida yang tidak akan melebur di bawah haba yang sama. Pada dasar relau, sanga yang melebur terapung atas leburan besi yang lebih tumpat, dan hanyut ke tepi relau yang mungkin akan dibuka untuk mengalirkan sanga keluar daripada leburan besi. Besi ini, apabila disejukkan, akan dipanggil besi mentah, sementara sanga boleh digunakan sebagai bahan untuk pembinaan jalan raya atau untuk menyuburkan tanah yang kurang mineral untuk pertanian.
Anggaran sebanyak 1,100 Jt (juta tan) bijih besi dihasilkan di seluruh dunia dalam tahun 2000, dengan nilai pasaran kasar mencecah lebih kurang 25 bilion dolar Amerika. Pengeluaran bijih berlangsung di 48 negara, dengan lima pengeluar terbesar merupakan China, Brazil, Australia, Rusia dan India, menghasilkan 70% daripada pengeluaran bijih besi dunia. 1100 Jt bijih besi digunakan untuk menghasilkan lebih kurang 572 Jt besi mentah.
§ Besi sebagai katalis pada Proses Haber
Proses Haber menggabungkan nitrogen dan hidrogen ke dalam amonia. Nitrogen berasal dari udara dan hidrogen sebagian besar diperoleh dari gas alam (metan). Besi digunakan sebagai katalis.
§ Ion besi sebagai katalis pada reaksi antara ion persulfat dan ion iodide
Reaksi antara ion persulfat (ion peroxodisulfat), S2O82-, dan ion iodida dalam larutan dapat dikatalisis dengan ion besi(II) maupun ion besi(III).
Persamaan keseluruhan untuk reaksinya adalah:
Untuk penjelasannya, kita akan menggunakan katalis besi(II). Reaksi terjadi dalam dua tahap, yaitu :
Jika kita menggunakan ion besi (III), reaksi kedua yang terjadi diatas akan menjadi reaksi yang pertama. Besi merupakan sebuah contoh yang baik dalam hal penggunaan senyawa logam transisi sebagai katalis karena kemampuan senyawa logam transisi tersebut untuk mengubah tingkat oksidasi
§ Reaksi ion besi dalam larutan
Ion-ion yang paling sederhana dalam larutan adalah:
¨ Ion heksa aquo besi (II) - [Fe(H2O)6]2+.
¨ Ion heksa aquo besi (III) - [Fe(H2O)6]3+.
Kedua-duanya bersifat asam, tetapi ion besi(III) lebih kuat sifat asamnya.
§ Reaksi ion besi dengan ion hidroksida
Ion hidroksida (dari, katakanlah, larutan natrium hidroksda) dapat menghilangkan ion hidrogen dari ligan air dan kemudian melekat pada ion besi. Setelah ion hidrogen dihilangkan, kita memperoleh kompleks tidak muatan - kompleks netral. Kompleks netral ini tidak larut dalam air dan terbentuk endapan.
¨ Pada kasus besi (II):
¨ Pada kasus besi (III):
Pada tabung reaksi, perubahan warna yang terjadi adalah:
¨ Pada kasus besi (II):
Besi sangat mudah di oksidasi pada kondisi yang bersifat basa. Oksigen di udara mengoksidasi endapan besi (II) hidroksida menjadi besi (III) hidroksida terutama pada bagian atas tabung reaksi. Warna endapan yang menjadi gelap berasal dari efek yang sama.
¨ Pada kasus besi(III):
§ Reaksi ion besi dengan larutan amonia
Amonia dapat berperan sebagai basa atau ligan. Pada kasus ini, amonia berperan sebagai basa - menghilangkan ion hidrogen dari kompleks aquo.
¨ Pada kasus besi (II):
Kejadian yang sama terjadi ketika kamu menambahkan larutan natrium hidroksida. Endapan kembali berubah warna yang menunjukkan kompleks besi (II) hidroksida teroksidasi oleh udara menjadi besi (III) hidroksida.
¨ Pada kasus besi (III):
Reaksi yang sama ketika kamu menambahkan larutan natrium hidroksida.
§ Reaksi-reaksi ion besi dengan ion karbonat
Berikut ini merupakan perbedaan yang penting antara sifat ion besi (II) dan ion besi (III), yaitu
v Ion besi(II) dan ion karbonat
Kita dapat memperoleh dengan mudah endapan besi (II) karbonat sesuai dengan yang kita pikirkan.
v Ion besi(III) dan ion karbonat
Ion heksa aquo besi (III) cukup asam untuk bereaksi dengan ion karbonat yang bersifat basa lemah. Jika kita menambahkan larutan natrium karbonat ke larutan yang mengandung ion heksaaquobesi(III), dengan pasti kita akan memperoleh endapan seperti jika kita menambahkan larutan natrium hidroksida atau larutan amonia. Saat ini, ion karbonat yang menghilangkan ion hidrogen dari ion heksaaquo dan menghasilkan kompleks netral.
Berdasarkan pada perbandingan ion karbonat dengan ion heksaaquo, kita akan memperoleh ion hidrogen karbonat maupun gas karbon dioksida dari reaksi antara ion hidrogen dengan ion karbonat. Persamaan reaksi menunjukkan pembentukan karbon dioksida.
Selain karbon dioksida, tidak terdapat sesuatu yang baru pada reaksi ini:
D. Kegunaan Besi
Besi merupakan logam paling biasa digunakan di antara semua logam, iaitu merangkumi sebanyak 95 peratus daripada semua tan logam yang dihasilkan di seluruh dunia. Gabungan harganya yang murah dengan kekuatannya menjadikan ianya amat diperlukan, terutamanya dalam penggunaan seperti kereta, badan kapal bagi kapal besar, dan komponen struktur bagi bangunan. Besi waja merupakan aloi besi paling dikenali, dan sebahagian dari bentuk yang dibentuk oleh besi termasuk:
- Besi mentah atau Pig iron yang mengandungi 4% – 5% karbon dengan sejumlah bendasing seperti belerang, silikon dan fosforus. Kepentingannya adalah ia merupakan perantaraan daripada bijih besi kepada besi tuang dan besi waja.
- Besi tuang (Cast iron) mengandungi 2% – 3.5% karbon dan sejumlah kecil mangan. Benda asing yang terdapat di dalam besi mentah yang dapat memberikan kesan buruk kepada sifat bahan, seperti belerang dan fosforus, telah dikurangkan kepada tahap boleh diterima. Ia mempunyai takat lebur pada julat 1420–1470 K, yang lebih rendah berbanding dua komponen utamanya, dan menjadikannya hasil pertama yang melebur apabila karbon dan besi dipanaskan serentak. Sifat mekanikalnya berubah-ubah, bergantung kepada bentuk karbon yang diterap ke dalam aloi. Besi tuang 'putih' mengandungi karbon dalam bentuk cementite, atau besi karbida. Sebatian keras dan rapuh ini mendominasi sifat-sifat utama besi tuang 'putih', menyebabkannya keras, tetapi tidak tahan kejutan. Dalam besi tuang 'kelabu', karbon hadir dalam bentuk serpihan halus grafit, dan ini juga menyebabkan bahan menjadi rapuh kerana ciri-ciri grafit yang mempunyai pinggir-pinggir tajam yang merupakan kawasan tegasan tinggi. Jenis besi kelabu yang baru, yang dinamakan 'besi mulur', adalah dicampur dengan kandungan surih magnesium untuk mengubah bentuk grafit menjadi sferoid, atau nodul, lantas meningkatkan ketegaran dan kekuatan besi.
- Besi karbon mengandungi antara 0.5% dan 1.5% karbon, dengan sejumlah kecil mangan, belerang, fosforus, dan silikon.
- Besi tempa (Wrought iron) mengandungi kurang daripada 0.5% karbon. Ianya keras, mudah lentur, dan tidak mudah dilakurkan berbanding dengan besi mentah. Ia mempunyai sejumlah kecil karbon, beberapa persepuluh peratus. Jika ditajamkan menjadi tirus, ia cepat kehilangan ketajamannya.
- Besi aloi (Alloy steel) mengandungi kandungan karbon yang berubah-ubah dan juga logam-logam lain, seperti kromium, vanadium, molibdenum, nikel, tungsten dsb.
- Besi oksida (III) digunakan dalam penghasilan storan magnetik dalam komputer. Ia sering dicampurkan dengan bahan lain, dan mengekalkan ciri-ciri mereka dalam larutan.
E. Cara Menanggulangi Bahaya Besi
Pemakanan zat besi berlebihan adalah toksik, kerana besi ferus berlebihan bertindak balas dengan peroksida dalam badan, menghasilkan radikal bebas. Besi dalam jumlah normal, mekanisma antioksida dalam badan mampu mengawal proses ini. Sekiranya berlebihan, sejumlah radikal bebas yang luar kawal akan terhasil.
Sukatan zat besi yang boleh membawa maut bagi budak berumur dua tahun adalah lebih kurang tiga gram besi. Satu gram boleh mengakibatkan keracunan berat. Terdapat kes-kes yang dilaporkan mengenai kanak-kanak yang mengalami keracunan setelah memakan 10-50 tablet ferus sulfat dalam tempoh beberapa jam. Lebihan dos zat besi merupakan punca kematian kanak-kanak tertinggi antara lain-lain keracunan akibat pemakanan farmaseutikal secara tidak sengaja. DRI menyenaraikan paras tinggi pengambilan yang boleh diterima untuk orang dewasa adalah 45 mg/hari. Untuk kanak-kanak di bawah 14 tahun, paras tinggi ialah 40 mg/hari.
Jika besi diambil secara berlebihan, berbagai-bagai jenis gangguan akibat lebihan zat besi boleh berlaku, seperti hemokromatosis. Oleh sebab itu, makanan tambahan besi tidak patut diambil kecuali jika seseorang itu mengalami gangguan kekurangan besi dan telah mendapat nasihat doktor. Penderma darah adalah antara yang berisiko tinggi menghidap gangguan kekurangan besi dan selalunya akan disyorkan untuk mengambil makanan tambahan besi.
Kata Pengantar
Puji syukur kehadirat Allah Swt. yang telah melimpahkan rahmat, taufik dan hidayahnya sehingga kami dapat menyelesaikan tugas membuat makalah tentang Besi (Ferrum). Makalah ini kami buat bertujuan untuk memenuhi kurikulum pada semester 2.
Tak lupa kami mengucapkan banyak terima kasih atas dukungan dari semua pihak baik secara materiil maupun non-materiil, karena tanpa ada dukungan dari Bapak/Ibu guru dan teman – teman kami tidak dapat menyelesaikan tugas ini.
Dan kami pun menyadari bahwa makalah ini mungkin masih banyak kekurangannya, oleh karena itu kami sangat mengharapkan kritik dan saran yang mendukung dari Bapak/Ibu guru dan teman – teman agar makalah ini dapat menjadi makalah yang lebih sempurna pada saat pembuatan selanjutnya.
Akhirnya, semoga makalah ini dapat berguna untuk siswa siswi SMAN I Gedangan dalam menimba ilmu dan pengetahuannya.
(01).jpg)