BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam dunia kerja, manusia diajari oleh teknologi untuk

memecahkan masalah-masalah kerja secara efisien dan efektif. Tidak

heran kalau hal ini berpengaruh secara kuat terhadap pengelolaan serta

organisasi perusahaan-perusahaan dan industri , agar tak tertinggal dalam

persaingan global.

Kemampuan menguasai teknologi tinggi adalah merupakan syarat

mutlak bagi suatu negara untuk memasuki negara industri baru. Salah satu

bidang teknologi tinggi yang sangat mempengaruhi peradaban manusia di

bumi ini adalah teknologi semikonduktor dan mikroelektronika.

Dewasa ini bahan semikonduktor organik mendapat perhatian baik

dari kalangan peneliti maupun industri. Hal ini dikarenakan sifatnya yang

ramah lingkungan, dalam arti mudah hancur dalam alam. Sehingga

sampahnya tidak merusak lingkungan.

Unsur golongan III A yaitu Boron, Aluminium, Galium, Indium dan

Talium. Yang mana unsur yang segolongan mempunyai sifat yaitu makin

ke bawah letak suatu unsure dalam sistem periodik maka, nomor atom dan

jari-jari atomnya makin besar sedangkan keelektronegatifan dan energy

ionisasinya makin kecil dan begitu pula sebaliknya.

Unsur boron tidak ditemukan di alam, tetapi timbul sebagai asam

othorboric dan biasanya ditemukan dalam sumber mata air gunung berapi

1

dan sebagai borates di dalam boron dan colemantie. Ulexite, mineral boron

yang lain dianggap sebagai serat optik alami.

Sumber-sumber penting boron adalah rasorite (kernite) dan tincal

(bijih borax). Kedua bijih ini dapat ditemukan di gurun Mojave. Tincal

merupakan sumber penting boron dari Mojave. Deposit borax yang banyak

juga ditemukan di Turkey.

Boron muncul secara alami sebagai campuran isotop 10B sebanyak

19.78% dan isotop 11B 80.22%. Kristal boron murni dapat dipersiapkan

dengan cara reduksi fase uap boron triklorida atau tribomida dengan

hidrogen pada filamen yang dipanaskan dengan listrik. Boron yang tidak

murni (amorphous boron) menyerupai bubuk hitam kecokletan dan dapat

dipersiapkan dengna cara memanaskan boron trioksida dengan bubuk

magnesium.

Boron dengan kemurnian 99.9999% telah diproduksi dan tersedia

secara komersil. Boron bukan konduktor listrik yang bagus pada suhu

ruangan, tetapi pada suhu yang lebih tinggi.

1.2 Maksud dan Tujuan

Adapun maksud dan tujuan di buatnya makalah ini adalah:

a. Mengetahui,mengerti dan memahami tentang fungsi dan kegunaan

dari material Boron.

b. Mengetahui, mengerti dan memahami tentang struktur material Boron

c. Mengetahui, mengerti dan memahami tentang sifat-sifat Boron.

d. Mengetahui, mengerti dan memahami tentang standarisasi Boron

e. Mengetahui, mengerti dan memahami tentang karakteristik Boron

2

1.3 Batasan Penulisan

Makalah ini hanya dibatasi pada Bahan Boron, sifat-sifatnya, serta

peranannya.

1.4 Metoda Penulisan

Makalah ini ditulis dengan metoda deskriptif, yaitu menggambarkan dan

menguraikan hal-hal yang berhubungan dengan Bahan Boron.

1.5 Sistematika Penulisan

Makalah ini ditulis dalam beberapa bab antara lain :

BAB I PENDAHULUAN

Dalam bab ini diuraikan hal-hal umum yang berkaitan dengan

penulisan makalah ini, yaitu :

Latar Belakang

Maksud dan Tujuan

Batasan Penulisan

Metoda Penulisan

Sistematika Penulisan

BAB II TEORI DASAR

Dalam bab ini di bahas mengenai bahan semikonduktor secara umum,

yaitu:

Semikonduktor

Prinsip Dasar Semikonduktor

3

Susunan Atom Semi Konduktor

BAB III PEMBAHASAN

Dalam bab ini diuraikan hal-hal yang berkaitan dengan Bahan Boron,

yaitu :

Definisi Boron

Fungsi dan Kegunaan Boron

Stuktur Material Boron

Sifat-sifat Boron

Standarisasi Boron

Cara Produsi Boron

Senyawa-senyawa Campuran Boron

Karakteristik Boron

BAB III PENUTUP

Kesimpulan

DAFTAR PUSTAKA

4

BAB II

TEORI DASAR

2.1 Semikonduktor

Semikonduktor adalah suatu material yang memiliki karakteristik

diantara konduktor dan insulator. Hal ini dapat dipahami dari karakter

energi gap semikonduktor yang berada diantara konduktor dan isolator.

Tentunya untuk masing-masing atom atau senyawa memiliki besar energi

yang berbeda. Semikonduktor sangat bergantung dari temperatur. Pada

temperatur terntentu semikonduktor dapat menghantarkan listrik atau

bertindak sebagai konduktor, namun daya hantar atau konduktivitasnya

lebih rendah dibandingkan dengan konduktor. Pada temperatur yang

sangat rendah, material semikonduktor akan memiliki karakter seperti

insulator. Penambahan jumlah impuritas pada material semikonduktor juga

dapat menambah sifat konduktivitas listriknya.

2.2 Prinsip Dasar Semikonduktor

Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen

elektronika seperti dioda, transistor dan sebuah IC (integrated circuit).

Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan

konduktor murni. Bahan- bahan  logam seperti tembaga, besi, timah

disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki susunan atom

yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas. 

Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu memiliki inti

29 ion (+) dikelilingi oleh 29 elektron (-).  Sebanyak 28 elektron

menempati orbit-orbit bagian dalam membentuk inti yang  disebut

nucleus. Dibutuhkan energi yang sangat besar untuk dapat melepaskan

5

ikatan elektron-elektron ini. Satu buah elektron lagi yaitu elektron yang

ke-29, berada pada orbit paling luar. 

Orbit terluar ini disebut pita valensi dan elektron yang berada pada

pita ini dinamakan elektron valensi. Karena hanya ada satu elektron dan

jaraknya 'jauh' dari nucleus, ikatannya tidaklah terlalu kuat. Hanya dengan

energi yang sedikit saja elektron terluar ini mudah terlepas dari ikatannya. 

Gambar 2-1 : ikatan atom tembaga

Pada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak atau

berpindah-pindah dari satu nucleus ke nucleus lainnya.  Jika diberi

tegangan potensial listrik, elektron-elektron  tersebut dengan mudah

berpindah ke arah potensial yang sama. Phenomena ini yang dinamakan

sebagai arus listrik. 

Isolator adalah atom yang memiliki elektron valensi sebanyak 8

buah, dan dibutuhkan energi yang besar untuk dapat melepaskan elektron-

elektron ini. Dapat ditebak, semikonduktor adalah unsur yang susunan

atomnya memiliki elektron valensi lebih dari 1 dan kurang dari 8. Tentu

saja yang paling "semikonduktor" adalah unsur yang atomnya memiliki 4

elektron valensi.  

2.3 Susunan Atom Semikonduktor

Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah

Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium

6

dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen

semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi popular  setelah

ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan

bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen (O2). Pasir, kaca

dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang banyak mengandung unsur

silikon. Dapatkah anda menghitung jumlah pasir dipantai.

Struktur atom kristal silikon, satu  inti atom (nucleus) masing-

masing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah

jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah elektron atom kristal

tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya.

Pada suhu yang sangat rendah (0oK),  struktur atom silikon

divisualisasikan seperti pada gambar berikut.

Gambar 2-2 : Struktur dua dimensi kristal Silikon

Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari

satu inti atom ke inti atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan

semikonduktor bersifat isolator karena tidak ada elektron yang dapat

berpindah untuk menghantarkan listrik. Pada suhu kamar, ada beberapa

ikatan kovalen yang lepas karena energi panas, sehingga memungkinkan

elektron terlepas dari ikatannya. Namun hanya beberapa jumlah kecil yang

dapat terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk menjadi konduktor

yang baik. 

7

Ahli-ahli fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada

masa itu  mencoba memberikan doping pada bahan semikonduktor ini.

Pemberian doping dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi

bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, yang  diharapkan akan

dapat mengahantarkan listrik. Kenyataanya demikian, mereka memang

iseng sekali dan jenius.

Tipe-N

Misalnya pada bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang

pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron

valensi. Dengan doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity

semiconductor) akan memiliki kelebihan elektron. Kelebihan elektron 

membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga

donor yang siap melepaskan elektron.

Gambar 2-3 : doping atom pentavalen

Tipe-P

Kalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan

didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan

dopingnya adalah  bahan trivalen yaitu unsur dengan ion yang  memiliki 3

elektron pada pita valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan

demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini digambarkan

8

sebagai akseptor yang siap menerima elektron. Dengan demikian,

kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini menjadi tipe-p. 

Gambar 2-4 : doping atom trivalen

Resistansi

Semikonduktor tipe-p atau tipe-n jika berdiri sendiri tidak lain adalah

sebuah resistor. Sama seperti resistor karbon, semikonduktor memiliki

resistansi. Cara ini dipakai untuk membuat resistor di dalam sebuah

komponen semikonduktor. Namun besar resistansi yang bisa didapat kecil

karena terbatas pada volume semikonduktor itu sendiri. 

Dioda PN 

Jika dua tipe bahan semikonduktor ini dilekatkan--pakai lem barangkali ya

:), maka akan didapat sambungan P-N (p-n junction) yang dikenal sebagai

dioda.  Pada pembuatannya memang material tipe P dan tipe N bukan

disambung secara harpiah, melainkan dari satu bahan (monolitic) dengan

memberi doping (impurity material) yang berbeda. 

9

Gambar 2-5 : sambungan p-n

Jika diberi tegangan maju (forward bias), dimana tegangan sisi P lebih

besar dari sisi N, elektron dengan mudah dapat mengalir dari sisi N

mengisi kekosongan elektron (hole) di sisi P.

Gambar2- 6 :forward bias

Sebaliknya jika diberi tegangan balik (reverse bias), dapat dipahami tidak

ada elektron yang dapat mengalir dari sisi N mengisi hole di sisi P,  karena

tegangan potensial di sisi N lebih tinggi. 

Dioda akan hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja, sehingga dipakai

untuk aplikasi rangkaian penyearah (rectifier). Dioda, Zener, LED,

Varactor dan Varistor adalah beberapa komponen semikonduktor

sambungan PN yang dibahas pada kolom khusus.  

Transistor Bipolar

Transistor merupakan dioda dengan dua sambungan (junction).

Sambungan itu  membentuk transistor PNP maupun NPN. Ujung-ujung

terminalnya berturut-turut disebut emitor, base dan kolektor. Base  selalu

berada di tengah, di antara emitor dan kolektor. Transistor ini disebut

transistor bipolar,  karena struktur dan prinsip kerjanya tergantung dari

perpindahan elektron di kutup negatif mengisi kekurangan elektron (hole)

di kutup positif. bi = 2 dan polar = kutup. Adalah William Schockley pada

tahun 1951 yang pertama kali menemukan transistor bipolar. 

10

Gambar 2-7 : Transistor npn dan pnp

Akan dijelaskan kemudian, transistor adalah komponen yang

bekerja sebagai sakelar (switch on/off) dan juga sebagai penguat 

(amplifier). Transistor bipolar adalah inovasi yang mengantikan transistor

tabung (vacum tube). Selain dimensi transistor bipolar yang relatif lebih

kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil sehingga dapat bekerja pada suhu

yang lebih dingin. Dalam beberapa aplikasi, transistor tabung masih

digunakan terutama pada aplikasi audio, untuk mendapatkan kualitas suara

yang baik, namun konsumsi dayanya sangat besar. Sebab untuk dapat

melepaskan elektron, teknik yang digunakan adalah pemanasan filamen

seperti pada lampu pijar.

Bias DC

Transistor bipolar memiliki 2 junction yang dapat disamakan

dengan penggabungan 2 buah dioda. Emiter-Base adalah satu junction dan

Base-Kolektor junction lainnya. Seperti pada dioda, arus hanya akan

mengalir hanya jika diberi bias positif, yaitu hanya jika tegangan pada

material P lebih positif daripada material N (forward bias). Pada gambar

ilustrasi transistor NPN berikut ini, junction base-emiter diberi bias positif

sedangkan base-colector mendapat bias negatif (reverse bias). 

11

Gambar 2-8 : arus elektron transistor npn

Karena base-emiter mendapat bias positif maka seperti pada dioda,

elektron mengalir dari emiter menuju base. Kolektor pada rangkaian ini

lebih positif sebab mendapat tegangan positif. Karena kolektor ini lebih

positif, aliran elektron bergerak menuju kutup ini. Misalnya tidak ada

kolektor, aliran elektron seluruhnya akan menuju base seperti pada dioda.

Tetapi karena lebar base yang sangat tipis, hanya sebagian elektron yang

dapat bergabung dengan hole yang ada pada base. Sebagian besar akan

menembus lapisan base menuju kolektor. Inilah alasannya mengapa jika

dua dioda digabungkan tidak dapat menjadi  sebuah transistor, karena

persyaratannya adalah lebar base harus sangat tipis sehingga dapat

diterjang oleh elektron. 

Jika misalnya tegangan base-emitor dibalik (reverse bias), maka

tidak akan terjadi aliran elektron dari emitor menuju kolektor. Jika pelan-

pelan 'keran' base diberi bias maju (forward bias), elektron mengalir

menuju kolektor dan besarnya sebanding dengan besar arus bias base yang

diberikan. Dengan kata lain, arus base mengatur banyaknya elektron yang

mengalir dari emiter menuju kolektor.  Ini  yang dinamakan efek

penguatan transistor, karena arus base yang kecil menghasilkan arus

emiter-colector yang lebih besar. Istilah amplifier (penguatan) menjadi

salah kaprah, karena dengan penjelasan di atas sebenarnya yang terjadi

12

bukan penguatan, melainkan arus yang lebih kecil mengontrol aliran arus

yang lebih besar. Juga dapat dijelaskan bahwa base mengatur  membuka

dan menutup aliran arus emiter-kolektor (switch on/off).

Pada transistor PNP, fenomena yang sama dapat dijelaskan dengan

memberikan bias seperti pada gambar berikut. Dalam hal ini yang disebut

perpindahan arus adalah arus hole. 

Gambar2- 9 : arus hole transistor pnp

Untuk memudahkan pembahasan prinsip bias transistor lebih

lanjut, berikut adalah terminologi parameter transistor. Dalam hal ini arah

arus adalah dari potensial yang lebih besar ke potensial yang lebih kecil.

 

13

Gambar 2-10 : arus potensial

IC : arus kolektor

IB : arus base

IE : arus emitor

VC : tegangan kolektor

VB : tegangan base

VE : tegangan emitor

VCC : tegangan pada kolektor

VCE : tegangan jepit kolektor-emitor

VEE : tegangan pada emitor

VBE : tegangan jepit base-emitor

ICBO : arus base-kolektor 

VCB : tegangan jepit kolektor-base

14

Perlu diingat, walaupun tidak perbedaan pada doping bahan pembuat

emitor dan kolektor, namun pada prakteknya emitor dan kolektor tidak

dapat dibalik. 

Gambar 2-11 : penampang transistor bipolar

Dari satu bahan silikon (monolitic), emitor dibuat terlebih dahulu,

kemudian base dengan doping yang berbeda dan terakhir adalah kolektor.

Terkadang dibuat juga efek dioda pada terminal-terminalnya sehingga arus

hanya akan terjadi pada arah yang dikehendaki. 

Berikut sejarah dari tahun-ketahun penemua penting di dalam bidang semi

konduktor.

1. 1821, Thomas Seebeck menemukan sifat-sifat semikonduktor PbS

2. 1833, Michael F araday menemukan kebergantungan konduktivitas

terhadap temperatur untuk sebuah kelas material baru semikonduktor

3. 1873, W. Smith menemukan sensitivitas Se terhadap cahaya

4. 1875, Werner von Siemens menemukan fotometer Selenium

5. 1878, Alexander G raham Bell menggunakan devais ini untuk wireless

telecomunication system

6. 1947, Bardeen, Brattain, Schockley (Nobel Prize in Physcis)

menemukan Bipolar Junction Transistor

7. 1954, Ch apin, Fueller, Pearson mengembangkan solar sel

8. 1958, John Kilby menemukan i ntegrated circuit (IC)

15

9. 1958, Leo Esaki (Nobel Prize in Physics) menemukan dioda

terowongan ( tunnel diode)

10. 1960,K ahn dan At tal a mendemontrasikan MOS- FET pertama

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Definisi Boron

Boron merupakan salah satu unsur yang termasuk golongan IIIA

dengan nomor atom lima. Warna dari unsur boron adalah hitam. Boron

16

memiliki sifat diantara logam dan nonlogam (semimetalik). Boron lebih

bersifat semikonduktor daripada sebuah konduktor logam lainnya.

Secara kimia boron berbeda dengan unsur- unsur satu golongannya.

Boron juga merupakan unsur metaloid dan banyak ditemukan dalam bijih

borax. Ada dua alotrop boron; boron amorfus adalah serbuk coklat, tetapi

boron metalik berwarna hitam. Bentuk metaliknya keras (9,3 dalam skala

Moh) dan konduktor yang buruk dalam suhu kamar. Tidak pernah

ditemukan bebas dalam alam.

Ciri-ciri optik unsur ini termasuklah penghantaran cahaya inframerah.

Pada suhu piawai boron adalah pengalir elektrik yang kurang baik, tetapi

merupakan pengalir yang baik pada suhu yang tinggi. Boron merupakan

unsur yang kurang elektron dan mempunyai p-orbital yang kosong. Ia

bersifat elektrofilik. Sebagian boron sering berkelakuan seperti asam

Lewis yaitu siap untuk terikat dengan bahan kaya elektron untuk

memenuhi kecenderungan boron untuk mendapatkan elektron.

Dalam tabel periodik boron berlambang B dan nomor atom 5. Bentuk

metaliknya keras (9,3 dalam skala Moh) dan konduktor yang buruk dalam

suhu ruang. Tidak pernah ditemukan bebas dalam alam.

17

Boron adalah satu-satunya unsur dalam golongan 13 yang tidak

digolongkan sebagai logam. Boron merupakan unsur yang jarang

ditemukan dilapisan kulit bumi tapi dapat ditemukan dalm jumlah yang

besar dalam bentuk endapan garamnya. Endapannya ini ditemukan disalah

satu lokasinya memiliki aktifitas vulkanik yang kuat, yang terdiri dari

garam-garam; borak dan kernik, secara berturut-turut dituliskan sebagai

Na2B4O7.10H2O dan Na2B4O7.4H2O. total produksi senyawa Boron setiap

tahunnya diseluruh dunia berjumlah lebih dari 1 juta ton.

3.2 Fungsi dan Kegunaan Boron

a. Boron yang tidak murni digunakan pada pertunjukan kembang api

untuk memberikan warna hijau dan dalam roket sebagai pemicu.

b. Boron merupakan componen utama dalam pembangkit tenaga nuklir

karena kemampuannya berfungsi sebagai penyerap (absorber) netron ;

tongkat pengaduk yang berisi boron diturunkan ke dalam ruang reaktor

untuk menjaga reaksi nuklir berlangsung pada kecepatan sedang yang

diinginkan.

c. Sebagai bahan pengisi kayu, pemadam api, dan sebagai fluks dalam

proses pemarian (solder).

18

d. Senyawa boron yang paling komersial adalah Na2B4O75H2O.

Pentrahidra ini digunakan dalam jumlah yang banyak dalam

pembuatan serat gelas yang dijadikan insulasi (insulation fiberglass)

dan pemutih sodium perborat (sodium perborate bleach).

e. Asam borik juga merupakan senyawa boron yang penting dan

digunakan dalam produk tekstil.

f. Senyawa-senyawa boron lainnya digunakan dalam pembuatan kaca

borosilica dan dalam penyembuhan arthritis.

g. Isotop boron-10 digunakan sebagai kontrol pada reaktor nuklir,

sebagai tameng pada radiasi nuklir dan dalam instrumen-instrumen

yang digunakan untuk mendeteksi netron.

h. Boron nitrida memiliki sifat-sifat yang cemerlang karena ia sekeras

berlian, dapat digunakan sebagai insulator listrik walau dapat

menghantar panas seperti logam.

i. Senyawa ini juga memiliki sifat lubrikasi seperti grafit.

j. Boron hidrida dapat dengan mudah dioksidasi dan melepaskan banyak

energi dan pernah digunakan sebagai bahan bakar roket.

k. Penawaran terhadap filamen boron juga meningkat karena bahan ini

kuat dan ringan dan digunakan sebagai struktur pesawat antariksa.

l. Boron mirip dengan karbon dalam memiliki kapasitas membentuk

jaringan molekul dengan ikatan kovalen. Karbonat, metalloboran,

fosfakaboran dan semacamnya terdiri dari ribuan senyawa.

3.3 Struktur Material Boron

Boron yang telah dimurnikan adalah padatan hitam dengan kilap

logam. Sel satuan kristal boron mengandung 12, 50, atau 105 atom boron,

dan satuan struktural ikosahedral B12 terikat satu sama lain dengan ikatan 2

19

pusat 2 elektron (2c-2e) dan 3 pusat 2 elektron (3c-2e) (ikatan tuna

elektron) antar atom boron (Gambar 4.1). Boron bersifat sangat keras dan

menunjukkan sifat semikonduktor.

Gambar 3.1 Struktur kristal boron dengan sel satuan ikosahedral.

Kimia boran (boron hidrida) dimulai dengan riset oleh A. Stock yang

dilaporkan pada periode 1912-1936. Walaupun boron terletak sebelum

karbon dalam sistem periodik, hidrida boron sangat berbeda dari

hidrokarbon. Struktur boron hidrida khususnya sangat tidak sesuai dengan

harapan dan hanya dapat dijelaskan dengan konsep baru dalam ikatan

kimia.  Untuk kontribusinya dalam kimia anorganik boron hidrida, W. N.

Lipscomb mendapatkan hadiah Nobel Kimia tahun 1976.  Hadiah Nobel

lain (1979) dianugerahkan ke H. C. Brown untuk penemuan dan

pengembangan reaksi dalam sintesis yang disebut hidroborasi.

Karena berbagai kesukaran sehubungan dengan titik didih boran  yang

rendah, dan juga karena aktivitas, toksisitas, dan kesensitifannya pada

20

udara, Stock mengembangkan metoda eksperimen baru untuk menangani

senyawa ini dalam vakum.  Dengan menggunakan teknik ini, ia

mempreparasi enam boran B2H6, B4H10, B5H9, B5H11, B6H10, dan B10H14

dengan reaksi magnesium borida, MgB2, dengan asam anorganik, dan

menentukan komposisinya. Namun, riset lanjutan ternyata diperlukan

untuk menentukan strukturnya. Kini, metoda sintesis yang awalnya

digunakan Stock menggunakan MgB2 sebagai pereaksi hanya digunakan

untuk mempreparasi B6H10. Karena reagen seperti litium tetrahidroborat,

LiBH4, dan natrium tetrahidroborat, NaBH4, kini mudah didapat, dan

diboran, B2H6, yang dipreparasi dengan reaksi 3 LiBH4 + 4 BF3.OEt2 → 2

B2H6 + 3 LiBF4 + 4 Et2O, juga mudah didapat, boran yang lebih tinggi

disintesis dengan pirolisis diboran.

Teori baru diusulkan untuk menjelaskan ikatan dalam diboran, B2H6. 

Walaupun struktur yang hampir benar, yakni yang mengandung jembatan

hidrogen, telah diusulkan tahun 1912, banyak kimiawan lebih suka

struktur mirip etana, H3B-BH3, dengan mengambil analoginya dengan

hidrokarbon.  Namun, H. C. Longuet-Higgins mengusulkan konsep ikatan

tuna elektron 3-pusat 2-elektron 3-center 2-bond (ikatan 3c-2e bond) dan

bahwa strukturnya memang benar seperti dibuktikan dengan difraksi

elektron tahun 1951 (Gambar 4.2).

Gambar 3.2 Struktur diboran

21

Struktur ini juga telah dielusidasi dengan difraksi elektron, analisis

struktur kristal tunggal sinar-X, spektroskopi inframerah, dsb, dan

memang boran terbukti mengandung ikatan 3c-2e B-H-B dan B-B-B 

berikut:

Selain ikatan kovalen biasa 2c-2e B-H dan B-B.   Struktur semacam

ini dapat ditangani dengan sangat memuaskan dengan teori orbital

molekul.  Boran diklasifikasikan menjadi closo, nido, arachno, dsb. sesuai

dengan struktur kerangka atom boron.

selain ikatan kovalen biasa 2c-2e B-H dan B-B. Struktur semacam ini

dapat ditangani dengan sangat memuaskan dengan teori orbital molekul.

Boran diklasifikasikan menjadi closo, nido, arachno, dsb. sesuai dengan

struktur kerangka atom boron.

22

Tidak hanya diboran, boran yang lebih tinggi juga merupakan

senyawa yang tuna elektron yang sukar dijelaskan dengan struktur Lewis

yang berbasiskan ikatan kovalen 2c -2e.

K. Wade merangkumkan hubungan jumlah elektron yang digunakan

untuk ikatan kerangka dan struktur boran dan mengusulkan aturan empiris

23

yang disebut aturan Wade.  Menurut aturan ini, bila jumlah atom boron n,

jumlah elektron valensi kerangkanya 2(n+1) didapatkan jenis closo,

2(n+2) untuk jenis nido, dan 2(n+3) untuk jenis arachno.  Hubungan antara

struktur kerangka dan jumlah elektron valensi adalah masalah penting

dalam senyawa kluster logam transisi, dan aturan Wade telah memainkan

peranan yang signifikan dalam memajukan pengetahuan di bidang struktur

senyawa kluster ini.

3.1 Sifat-sifat Boron

Boron yang telah dimurnikan adalah padatan hitam dengan kilap

logam. Sel satuan kristal boron mengandung 12, 50, atau 105 atom boron,

dan satuan struktural ikosahedral B12 terikat satu sama lain dengan ikatan

2 pusat 2 elektron (2c-2e) dan 3 pusat 2 elektron (3c-2e) (ikatan tuna

elektron) antar atom boron (Gambar 4.1). Boron bersifat sangat keras dan

menunjukkan sifat semikonduktor.

Bahan semikonduktor memiliki sifat hantaran listrik yang khusus,

sangat berlainan dengan bahan konduktor. Apabila logam-logam

konduktor dipanaskan, maka hambatan jenisnya bertambah secara linier

dengan koefisien suhunya sangat kecil.Untuk menaikkan hambatan jenis

bahan konduktor menjadi dua kali lipat dari semula diperlukan kenaikan

suhu lebih dari 200°C. Sebaliknya, jika bahan semikonduktor dipanaskan,

hambatan jenisnya akan berkurang. Hal ini disebabkan elektron-elektron

pada pita valensi mendapatkan energi termik yang cukup untuk meloncat

ke pita konduksi. Semakin tinggi temperatur akan semakin banyak

elektron yang mendapatkan energi termik sehingga semakin banyak pula

elektron-elektron yang loncat ke pita konduksi. Dalam pita konduksi ini

elektron bergerak lincah sehingga dapat bertindak sebagai penghantar

listrik yang baik. Oleh sebab itu, hambatan jenis bahan semikonduktor

turun dengan cepat apabila terjadi kenaikan suhu. Pada daerah suhu

24

tertentu, hanya diperlukan suhu beberapa derajad saja untuk menurunkan

hambatan jenisnya menjadi setengah dari semula.

Dalam pita valensi, elektron sebetulnya berpasangan dengan lubang (hole).

Karena electron bermuatan negatif dan lubang bermuatan positif, maka

secara keseluruhan pasangan elektron-lubang adalah netral. Jika elektron

loncat dari pita valensi menuju pita konduksi, maka akan terbentuk lubang

pada pita valensi yang ditinggalkan oleh elektron. Lubang itu bermuatan

positif dan dapat bergerak lincah di dalam pita valensi. Hasil percobaan

menunjukkan bahwa penghantar arus listrik pada bahan semikonduktor

bukan hanya dilakukan oleh elektron pada pita konduksi saja, tetapi juga

oleh lubang yang bergerak di dalam pita valensi. Bahan semikonduktor

yang masih murni atau belum disisipi atom-atom lain seperti ini disebut

semikonduktor intrinsik.

Boron wujudnya berupa serbuk berwarna coklat abu-abu hingga

cokelat kuning, dengan NA=5 BA= 10.88 mempunyai tl 2030oC, td

2550oC. menyala diudara pada 7000C dan dengan HNO3 bereaksi cepat.

Boron merupakan unsur metalloid yang amat reaktif, keras tapi agak

rapuh, keberadaannya di alam rendah (0,0003%) dan mineral-mineralnya

yang terdapat di alam sebagai uleksit (NaCaB509.8H2O),

boraks( Na2B4O7.10H2O), dan lainnya.

Boron lebih banyak menampakkan sifat sebagai nonlogam dan

digolongkan sebagai semilogam, sedangkan unsur lainnya dalam

golongan 13 adalah logam. Titik didihnya menunjukkan kecenderungan

berkurang dengan bertambahnya massa unsur penyebabnya adalah tiap

unsur dalam golongan ini memiliki susunan yang berbeda pada fase

padatnya sebagai contoh salah satu dari 4 allotropi boron, berbentuk

kelompok dari 12 atom. Tiap kelompok memiliki bentuk geometri yang

disebut ikosahedron. Aluminium mengikuti struktur sebuah pusat

permukaan kubik, tetapi gallium memiliki struktur yang unik yang bersisi

pasangan atom-atom indium dan talium, masing-masing memiliki

25

struktur yang berbeda. Hanya saja, ketika unsurnya melebur dan bentuk

kristalnya hancur, dapat kita lihat dari penurunan titik didih dalam satu

golongan, bahwa ikatan logamnya semakin lemah.

Sebagai pengecualian boron dikelompokkan sebagai semilogam,

dengan ikatan kovalen. Akibat dari tingginya kerapatan ion-ion golongan

13, semakin memudahkan untuk terjadinya polarisasi pada kebanykan

anion yang cukup berdekatan untuk membentuk suatu ikatan kovalen

(tabel 12.2)

Tabel 3.1 Titik Lebur dan Titik Didih Unsur-unsur Golongan 13

UnsurTitik Lebur

(oC)

Titik Didih

(oC)

B

Al

Ga

In

Ti

2180

660

30

157

303

3650

2467

2403

2080

1457

Tabel 3.2 Rapatan Muatan Ion-ion Logam Periode 3 (tiga)

Golongan ion Rapatan muatan

26

(Cmm-3)

1

2

13

Na+

Mg2+

Al3+

24

120

364

Pada golongan 13 kita menentukan unsutr-unsur yang memiliki

bilangan oksidasi lebih dari satu. Aluminium memiliki bilangan oksidasi

+3, dengan iktan kovelen atau ionik. Gallium, Hidium, dan Talium

memiliki bilangan oksidasi keduanya +1. untuk gallium dan idium

bilangan oksidasinya +3 yang mendominasi, sedangkan bilangan +1 lebih

mendominasi pada Talium.

Boron bukan konduktor listrik yang bagus pada suhu ruangan,

tetapi pada suhu yang lebih tinggi.

Beberapa Perbedaan Aluminium dengan Boron :

1. Keelektronegatifan Aluminium lebih besar daripada boron, sehingga

Boron tidak bisa membentuk Kation B3+, sedangkan Aluminium bisa

dan ada Al3+.

2. Boron lebih bersifat ½ logam, sedangkan aluminium lenih bersifat

logam. Akibatnya boron bersifat senyawa kovalen sedangkan

aluminium lebih membentuk benyak senyawa ionik.

3. Boron memenuhi hukum oktet, maksimal kovalen 4. Sedangkan

Aluminium molekuler dan ionik dengan bilangan koordonasi 6

keatas.

4. Boron bersifat semi kondoktor, sedangkan Aluminium bersifat

konduktor.

5. Boron dapat membentuk senyawa polyhedral, contohnya Boran &

Borat. Sementara Aluminiu sangat terbatas.

27

6. Boron hanya bisa membentuk 1 jenis oksida yaitu B2O3 (bersifat

asam), sementara Aluminium dapat membentuk 2 jenis yaitu α-Al2O3

dan γ-Al2O3 (hanya satu yang bersifat asam.

7. Boron membentuk 1 jenis hidroksida yaitu B(OH)3 yang bersifat

asam, sedangkan Aluminium juga membentuk 1 jenis hidroksida

yaitu Al(OH)3 yang bisa bersifat asam maupun basa namun

umumnya bersifat basa.

8. Halida dari Boron adalah kovalen, contohnya BF3 , BCl3 . Tetapi

mudah terhidrolisis dalam air seperti :

BCl3 + H2O → B(OH)3 + Cl- (aq) + H+

(aq)

Yang justru sangat bersifat asam. Sedangkan Halida dari aluminium

terhidrolisa sebagian/parsial.

3.5 Standarisasi Boron

a. Standar Boron

Intensitas standar boron padaλ 2497,73Å

No. Standar Transmitasi (%) Intensitas (I) Konsentrasi (ppm)

1 28.2 0.54975 5.7

2 48.9 0.31069 2.8

3 66.9 0.17457 1.1

4 82.2 0.08513 0.7

5 86.5 0.06298 0.46

6 87.2 0.05948 0.21

7 88.9 0.05109 0.15

28

Larutan Seri Standar

Boron (ppm)Absorbansi

0 0

2 0.137

4 0.243

6 0.408

8 0.532

b. Kadar Boron dalam Tanah

No. Lab AbsorbansiKonsentrasi Boron

dalam Sampel

01/0109 0.228 7.244

02/0109 0.222 7.255

03/0109 0.223 7.144

3.6 Cara Produksi Boron

Golongan Boron terdiri atas unsur-unsur Boron -5B, Aluminium -

13Al, Galium -31Ga, Indium -49In, dan Talium -81Tl. Dalam golongan ini,

boron merupakan unsur yang unik dan menarik yaitu satu-satunya non-

logam dalam golongan III A pada tabel periodik unsur dan menunjukkan

kemiripan sifat dengan unsur-unsur tetangga, carbon (C) dan silikon (Si).

29

Kemiripan sifat ini adalah dalam hal pembentukan senyawa kovalen dan

senyawa rantai, namun berbeda dalam hal pembentukan senyawa

kekurangan electrón. Boron tidak pernah dijumpai sebagai senyawa

kationik serena tinginya entalpi ionisasi, tetapi membentuk senyawa

kovalen dengan pembentukan orbital hidrida sp2 untuk menghasilkan

struktur segitiga sama sisi.

Boron merupakan nsur yang jarang terdapat dalam kerqak bumi

tetapi banyak dijumpai sebagai deposit dalam senyawa garamnya, borat

yaitu boraks-atau sodium tetraborat- Na2B4O7. 10 H2O, kernit- Na2B4O7.

4 H2O dan kolemanit- Ca2B6O11. 5 H2O. Bijih yang utama adalah borat,

Borax- NA2B4O7 . 10 H2O terdapat dalam kandungan besar di gurun pasir

Mojave, California dan merupakan sumber utama Boron.

Boron dibuat dengan mereduksi boron oksida B2O3, dengan

magnesium atau aluminium. Perhatikan reaksi berikut.

30

3.7 Senyawa-senyawa Campuran Boron

1. Asam Borat H3BO3

Asam orto-borat atau sering diringkas sebagai asam borat dapat

diperoleh menurut persamaan reaksi :

BX3 (s) + 3 H2O (l) → H3BO3 (s) + 3 HX (aq)

Asam borat merupakan padatan putih yang sebagian larut dalam air.

2. Asam tetrafluoroborat, HBF4

Larutan asam tetrafluoroborat diperoleh dengan melarutkan asam borat

ke dalam larutan asam hidrofluorida menurut persamaan reaksi :

H3BO3 (aq) + 4 HF (aq) → H3O+ (aq) + BF4

- (aq) + 2 H2O (l)

Asam tetrafluorobarat merupakan asam kuat dan oleh karenanya tidak

dapat diperoleh sebagai HBF4. Dalam perdagangan biasanya dijumpai

sebagai larutan asam tetrafluoroborat dengan kadar sekitar 40%.

31

3. Boron trihalida

Boron mempunyai tiga elektron valensi, oleh karena itu setiap senyawa

kovalen sederhana yang terjadi tersusun oleh tiga pasang elektron

ikatan di seputar atom pusat boron sehingga dapat dikatakan sebagai

senyawa ”kekurangan elektron” relatif terhadap kaidah oktet (empat

pasang).

4. Boranes (senyawa campuran boron dan hydrogen)

Boranes yang paling sederhana adalah diboran, B2H6. seperti

kebanyakan borane lainnya diborane memiliki reaktifitas yang tinggi,

beracun, berupa gas yang tidak berwarna, reaksi eksotermik yang kuat

menghasilkan diboron trioksida dan uap air;

B2H6 (g) + 3O2 (g) B2O3 (s) + 3H2O (g)

Hidrida juga bereaksi dengan sisa air untuk menghasilkan asam borie

dan gas hydrogen;

B2H6 (g) + 6H2O (l) 2H3BO3 (aq) + 3H2 (g)

Diboron adalah reagen yang penting dalam kimia organic. Reaksi gas

dengan hidrokarbon tak jenuh membentuk alkylboranes. Sebagai

contoh, reaksi diborone dengan propene ;

B2H6(g) + 6CH2 = CHCH3(g) 2B(CH2CH2CH3)3(l)

Produk dari reaksi hidroborasi ini dapat bereaksi dengan suatu asam

karboksilat untuk menghasilkan suatu hidrokasrbon jenuh ; dengan

hydrogen peroksida menghasilkan suatui alcohol ; atau dengan asam

kromia untuk menghasilkan suatu keton atau ssuatu asam karboksilat .

32

Ada dua jenis utama dari korames, yang satu dengan rumus umum

BnHn +4, nido-boranes seperti, B10H14 , yang lainnya dengan rumus

umum BnHn+6, archno-boranes, seperti B4H10.

Untuk penamaan borane, nomor atom boron ditunjukan denhgan

awalam normal (n) sedangkan nomor dari atom hydrogen ditunjukan

dengan angka arab dalam tanda kurung B4H10 disebut tetraborane (10)

dan B10H14 adalah dekaborane(14).

Boranes dapat dipertimbangkan untuk kemungkinan sebagai bahan

baker roket, karena pembakarannya sangan bersifat eksotermik. Ada

kenyataannya dengan masa yang sama , hanya dihidrogen yang

menghasilkan panas diatas pembakaran . tetapi sintesis dalam sekala

besar dilarang dari boron oksida edapat menyebabkan penyumbatan

dalam mesin roket.

Senyawa borane dengan nomor yang sangat besar berisi unsur-unsur

lain yang telah disintesis. Termasuk karboranew, boranes tersebut

memasukan atom-atom karbon pada rangka/ struktur borane, dan

logam karboranes, senyawa boron-karbon-hidrogen tersebut

mengandung suatu logam sebagai contoh ion [Fe(C2B9H11)2]-2.

5. Sodium Tetrahidridoborat

Satu-satunyan jenis boron digunakan dalam skala besar adalah ion

tetrahidridoborat, BH4-. Kebanyakan hidrida, kecuali karbon sangat

mudah terbakar dan merupakan senyawa yang tidak stabil. Anion ini

dapat mengalami rekristalisasi dari air dingin sebagai garam sodium.

Struktur dari kristal senyawa ini sangat menarik karena garam, dari

bentuk anion ini mengikuti struktur sodium klorida.

Sodium tetrahidridoborat sangat penting digunakan sebgai pereduksi,

terutama pada kimia organic dimana ia digunakan untuk mereduksi

33

aldehid menjai alcohol primer dan keton menjadi alcohol sekunder.

Reaksi antara diborone dengan sodium hidrida digunakan untuk

menghasilkan sodium tetrahidridoborat ;

2NaH(s) + B2H6(g) 2NaBH4(s)

6. Boron Triflourida

Boron hanya memiliki dua electron valensi , sehingga ada senyawa

boron yang memiliki ikatan kovalen sederhana, dimana kekurangan

elektronnya akan mengikuti atauran octet . seperti kita lihat, dimerisasi

boron hidrida triflourida , tidak mengalami dimerisasi . energi ikatan

boron-flourin sangat tinggi ( 613 kJ/mol). Energi ikatan ini jauh lebih

tinggi dibandingkan dengan ikatan tunggal konvensional, sebagai

contoh, energi ikatan karbon-flourin adalah 485 kJ/mol. Untuk

menjeaskan stabilitas electron-berkurangnya molekul da kekuatan

ikatan kovalen, itu menjelaskan bahwa terdapat ikatan π sebaik ikatan

σ pada senyawa tersebut. Atom boron memiliki sebuah orbital 2p yang

kosong pada sudut kanan terhadap ikatan σ dengan atom flourin.

Masing-masing atom flourin memiliki sebuah orbital 2p yang penuh

yang parallel dengan orbital 2pz pada boron. Suatu delokalisasi system

π menyumbangkan orbital p yantg kosong pada boron dan suatu orbital

p yang penuh pada masing-masing atom flourin yang dapat

mendukung penjelasan ini .

Dengan menggunakan orbital kosong 2pz , boron triflourida dapat

bersifat sebagai asam Lewis yang kuat. Gambaran sederhana dari sifat

ini adalah reaksi antara boron triflourida dan ammonia, dimana pada

pasangan electron dari nitrogen bersifata senbagai donor pasangan

electron;

BF3(g) + :NH3(g) F3B: NH3(s).

34

Sekitar 4000 ton boron triflourida digunakan dalam industri diAmerika

Serikat setiap tahaunnya sebagai asam Lewis dan sebagai katalis pada

reaksi organic.

7. Boron Triklorida

Ion klorida berbentuk padat larutr dalam air membentuk nidrasi kation

dan anion. Bagaimanapun jenis molekul kovalen klorida adalamn gas

atau cair pada suhu kamar dan bereaksi sangat hebat dengan air.

Sebagai contoh gelembung-gelembung udara boron triklorida didalam

air menghasilkan asam boron dan asam.

3.8 Karakteristik Boron

5

Be

rili

u

m

←

Bo

ro

n

→

Ka

rb

on

35

-

↑

B

↓

AlTabel periodik

Keterangan Umum Unsur

Nama, Lambang, Nomor

atomBoron, B, 5

Deret kimia Metaloid

Golongan, Periode, Blok 13, 2, p

Penampilan

hitam/coklat

Massa atom 10.811(7) g/mol

Konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p1

Jumlah elektron tiap

kulit2, 3

Ciri-ciri fisik

Fase padat

Massa jenis (sekitar suhu

kamar)2.34 g/cm³

Massa jenis cair pada

titik lebur2.08 g/cm³

Titik lebur2349 K

(2076 °C, 3769 °F)

Titik didih4200 K

(3927 °C, 7101 °F)

Kalor peleburan 50.2 kJ/mol

Kalor penguapan 480 kJ/mol

Kapasitas kalor (25 °C) 11.087 J/(mol·K)

36

Tekanan uap

P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k

pada T/K 2348 2562 2822 3141 3545 4072

Ciri-ciri atom

Struktur kristal Rhombohedral

Bilangan oksidasi

3

(asam beroksida

ringan)

Elektronegativitas 2.04 (skala Pauling)

Energi ionisasi

(detil)

ke-1: 800.6 kJ/mol

ke-2: 2427.1 kJ/mol

ke-3: 3659.7 kJ/mol

Jari-jari atom 85 pm

Jari-jari atom (terhitung) 87 pm

Jari-jari kovalen 82 pm

Lain-lain

Sifat magnetik Nonmagnetic

Resistivitas listrik (20 °C) 1.5×104 Ω·m

Konduktivitas termal(300 K) 27.4

W/(m·K)

Ekspansi termal(25 °C) 5–7

µm/(m·K)

Kecepatan suara (kawat

tipis)(20 °C) 16200 m/s

Modulus ruah (β form) 185 GPa

Skala kekerasan Mohs 9.3

Kekerasan Vickers 49000 MPa

Nomor CAS 7440-42-8

Isotop

37

iso NA waktu paruh DM DE (MeV) DP

10B 19.9%* B stabil dengan 5 neutron

11B 80.1%* B stabil dengan 6 neutron

*Dari cuplikan di alam,

daya tampung Boron-10 mungkin paling rendah

19.1%

paling tinggi sekitar 20.3%.

Boron-11 in such cases.merupkan salah satu

sisanya.

Referensi

BAB IV

PENUTUP

Kesinpulan

Unsur Boron memiliki banyak kegunaan dalam membantu kegiatan

manusia sehari-hari. Pengembangannya sangat berguna dalam dunia

industry dan teknologi. Boron yang tidak murni digunakan pada

38

pertunjukan kembang api untuk memberikan warna hijau dan dalam roket

sebagai pemicu.

Senyawa boron yang paling komersial adalah Pentrahidra ini

digunakan dalam jumlah yang banyak dalam pembuatan serat gelas yang

dijadikan insulasi (insulation fiberglass) dan pemutih sodium perborat

(sodium perborate bleach).

Asam borik juga merupakan senyawa boron yang penting dan

digunakan dalam produk tekstil. Senyawa-senyawa boron lainnya

digunakan dalam pembuatan kaca borosilica dan dalam penyembuhan

arthritis.

Isotop boron-10 digunakan sebagai kontrol pada reaktor nuklir,

sebagai tameng pada radiasi nuklir dan dalam instrumen-instrumen yang

digunakan untuk mendeteksi netron. Boron nitrida memiliki sifat-sifat

yang cemerlang karena ia sekeras berlian, dapat digunakan sebagai

insulator listrik walau dapat menghantar panas seperti logam. Senyawa ini

juga memiliki sifat lubrikasi seperti grafit. Boron hidrida dapat dengan

mudah dioksidasi dan melepaskan banyak energi dan pernah digunakan

sebagai bahan bakar roket. Penawaran terhadap filamen boron juga

meningkat karena bahan ini kuat dan ringan dan digunakan sebagai

struktur pesawat antariksa. Boron mirip dengan karbon dalam memiliki

kapasitas membentuk jaringan molekul dengan ikatan kovalen. Karbonat,

metalloboran, fosfakaboran dan semacamnya terdiri dari ribuan senyawa.

Unsur boron dan borat tidak dianggap berbahaya, dan perlu

penanganan spesial. Walau begitu, beberapa senyawa boron hidrogen

sangat beracun dan memerlukan penanganan ekstra hati-hati.

39

DAFTAR PUSTAKA

Budiman, Masgunarto Ir. M.Sc. Hand Out Bahan-Bahan Listrik, STT-PLN,

Jakarta.

http://google.co.id/kategori tabel periodik.htm

http://books.google.co.id/books/boron.htm

http://yahoo.com/boron.htm

http://id.wikipedia.org/wiki/Boron

40

http://repository.usu.ac.id

http://old.inorg-phys.chem.itb.ac.id

41