DISCOVERING THE FULLERENES - Penemuan Fulleren

DISCOVERING THE FULLERENES
*Disadur sebagian dari Publikasi Richard E. Smalley Discovering the Fullerenes

1.         Sejarah Penemuan

Seorang pengamat kimia organik dari Jepang, E. G. Osawa, telah menemukan Carbon dalam satu lapis mendekati struktur sangkar aromatik dan bersifat stabil. Pada tahun 1970, Gal’pern (Ilmuan Rusia) telah menyempurnakan pertama kali perhitungan Huckel yang menunjukkan bahwa penemuan Osawa mendekati kulit molekul dengan menggunakan lebar gap HOMO-LUMO. Fullerenes pertama kali ditemukan oleh tim ilmuan dari Rice University, Houston, Texas, pada bulan September 1985.

2.         Karbon

Karbon merupakan salah satu unsur dari unsur-unsur yang terdapat dalam golongan IV A dan merupakan salah unsur terpenting dalam kehidupan sehari-hari karena terdapat lebih banyak senyawaan yang terbentuk dari unsur karbon. Keistimewaan karbon yang unik adalah kecenderungannya secara alamiah untuk mengikat dirinya sendiri dalam rantai-rantai atau cincin-cincin,tidak hanya dengan ikatantunggal, C - C, tetapi juga mengandung ikatan ganda C = C, serta rangkap tiga, C ≡ C. Akibatnya, jenis senyawa karbon luar biasa banyaknya. kini diperkirakanterdapat sekitar dua juta jenis senyawa karbon,dan jumlah itu makin meningkat dengan laju kira-kira lima persen per tahun. Alasan bagi kestabilan termal rantai-rantai karbon adalah kekuatan hakiki yang tinggi dari ikatan tunggal C ± C . Pada tabel peridoik unsur karbon memiliki simbol C dengan nomor atom 6 dan terletak pada golongan 4A atau 14, periode 2 dan termasuk blok p. Berdasarkan konfigurasi elektronnya diketahui bahwa karbon memiliki 4 elektron valensi. Empat elektron valensi karbon ini dapat digunakan untuk membentuk ikatan kovalen dengan atom lain maupun dengan atom karbon yang lain. Konfigurasi elektron karbon dalam keadaan dasar adalah (1s22s22p2) mudah terhibridasi menghasilkan perangkat orbital sp3, atau sp2+p, atau sp+p2. Lebih dari sembilan puluh persen senyawa karbon merupakan senyawa sintetik, sedangkan sisanya diperoleh dari mahluk hidup (tumbuh-tumbuhan, hewan, jamur dan mikroorganisme) serta fosil (batubara dan minyak bumi). Karbon mempunyai sifat fisik yang khas yaitu mempunyai dua bentuk kristal yaitu intan dan grafit. intan lebih rapat daripada grafit (3,51 g cm-3, 2,22 g cm-3), namun grafit lebih stabil, dengan 2,9 kJ mol-1, pada 300 K dan tekanan 1 atm. Titik leleh dan titik didih dari karbon sangat tinggi. atom karbon sangat kecil apabila dibandingkan dengan atom-atom lainnya. Jari-jari ion yang dihitung dalam kristal unsur-unsur ini bahkan lebih kecil lagi, karena atom-atomnya berada dalam keadaan oksidasi positif. Karena rapatan muatan karbon, ion-ionnya tidak terdapat sebagai partikel yang berdiri sendiri dalam senyawa, tetapi tertahan dengan ikatan kovalen. Karbon merupakan zat padat yang tegar, yang biasa dianggap sebagai molekul-molekul raksasa yang terdiri dari banyak sekali atom. Karbon sangat tak reaktif pada suhu biasa. apabila karbon bereaksi, tidak ada kecenderungan dari atom-atom karbon untuk kehilangan elektron-elektron terluar dan membentuk kation sederhana seperti C4+. Ion ini akan mempunyai rapatan-rapatan muatan begitu tinggi sehingga eksistensinya tidaklah mungkin. Senyawa yang terbentuk hanya dari satu jenis unsur namun dengan struktur (bentuk) yang berbeda alotrop.

Perbedaan struktur yang terjadi menyebabkan sifat yang dimiliki setiap alotrop berbeda walaupun tersusun dari unsur yang sejenis. Senyawaan yang terbentuk dari atom unsur karbon dengan struktur yang berbeda disebut alotrop karbon. Grafit, intan, fullerene, nanotube dan karbon amorf merupakan contoh dari alotrop karbon yang sejauh ini diketahui.

Karbon memiliki kemampuan khusus untuk menjadi gugusan (cluster) dalam fase gas pada temperatur tinggi. Uap karbon pada kesetimbangan (equilibrium) dengan bentuk padatan (solid) pada range temperature 3000-4000 K didominasi oleh gugusan Cn, dengan kelimpahan subtansial spesies setinggi C15. Bukti ini dikenalkan pada riset pertama produk fisi nuklir oleh Han dan Strassman, gugusan ion Karbon hingga C+15 yang diproduksi pada frekuensi tinggi dengan elektrode grafit. Pada Proyek Manhanttan tahun 1950 mengemukakan bahwa terdapat jumlah yang cukup dari gugusan karbon kecil pada penguapan untuk mendapatkan sebuah efek mayoritas pada pengukuran dari formasi panas C (gas). Pitzer & Clementi (1958) berhasil mengungkap kalkulasi kuantum dari struktur C pada penguapan dengan menggunakan kira-kira 20 atom, dan menyimpulkan bahwa terdapat bentuk rantai linear pada C2 hingga kira-kira C10, dan diatas itu, berbentuk cincin monoklinik kecil (monoclynic rings-little). Gugusan Karbon sangat stabil pada fase gas bahkan pada temperatur 3000-4000 K. Semua elemen refraktori lain seperti Platinum, tungsten atau tantalum memiliki susunan close packing dalam kristal bulk dan likuid; pada fase gas mengadopsi struktur padatan, Penguapan logam tersebut hampir menjadi monoatomik. Diatas 1000 K penguapan pada kesetimbangan dengan fase kondensasi murni pada setiap elemen di tabel periodik (kecuali karbon) secara dominan merupakan monoatomik ataupun diatomik. Tetapi, Karbon membuat banyak gugusan, dan menunjukan terdapat ikatan kimia yang kuat. Semua data mengenai gugusan fase gas dari karbon murni (mid-1984) dapat dengan baik dijelaskan oleh model rantai linear dan cincin monoklinik.

                

3.         Fullerenes

Fullerene adalah nama generik untuk alotrop karbon 3 dimensi, dengan molekul C60 yang berbentuk bola yang merupakan hasil riset dari R. E. Smalley, H. W. Kroto dkk ketika mereka mendeteksi C60 ini pada spektrum massa dari pemanasan grafit dengan laser pada tahun 1985. Strukturnya adalah ikosahedral terpancung (di sudut-sudutnya) dan antar atom karbonnya terdapat karakter ikatan rangkap. Fuleren larut dalam pelarut organik, dalam benzen larutannya bewarna ungu. Biasanya, fuleren diisolasi dan dimurnikan dengan kromatografi. Fulleren memiliki sifat superkonduktor. Fullerenes mendekati sarang berlubang yang terdiri dari atom carbon yang saling berhubungan pada ring pentagonal dan heksagonal. Masing-masing atom carbon pada permukaan sarang yang berikatan pada tiga carbon tetangga dengan hibridisasi sp2. Bentuk paling terkenal dari fullerene adalah C60 yang dikenal dengan nama “buckyball”. Selain fullerenes, ada juga bentuk lain dari alotrof Karbon yakni carbon intan, nanotube, dan grafen yang merupakan lembaran dari grafit.