Contoh Soal Pembuatan Besi, Kegunaan Unsur dan Senyawanya
Contoh Soal Pembuatan Besi, Kegunaan Unsur dan Senyawanya - Besi merupakan unsur keempat terbanyak di muka bumi. Di alam, besi terdapat dalam bentuk senyawa, antara lain sebagai hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4), pirit (FeS2), dan siderit (FeCO3). Selain sangat reaktif yaitu cepat teroksidasi membentuk karat dalam udara lembap, besi murni bersifat lunak dan liat.
Besi merupakan logam yang paling murah di antara logam-logam yang dikenal manusia. Senyawa besi terdapat dalam sebagian besar batuan dan tanah. Besi diolah dari bijihnya dalam suatu tungku yang disebut tanur tiup (blast furnace).
🌠 Pembuatan Besi
Pada proses pengolahan besi, bahan yang diperlukan tidak hanya bijih besi atau hematite (F2O3), melainkan juga diperlukan kokas dan batu kapur. Kokas (C) berfungsi sebagai reduktor, sedangkan batu kapur (CaCO3) berfungsi sebagai fluks, yaitu bahan yang akan bereaksi dengan pengotor dalam bijih besi dan memisahkan kotoran itu dalam bentuk cairan kental yang disebut terak (slag). Secara garis besar, proses yang terjadi pada tanur tiup dijelaskan sebagai berikut.
Bijih besi, kokas, dan batu kapur dimasukkan dari atas tanur. Sementara itu, udara panas ditiupkan dari bawah. Kokas akan terbakar di bagian bawah tanur dengan membebaskan kalor, sehingga suhu disekitarnya mencapai 2000o C. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut.
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
{{\rm{C}}_{{\rm{(s)}}}}{\rm{ + }}{{\rm{O}}_{{\rm{2(g)}}}}{\rm{ }} \to {\rm{ C}}{{\rm{O}}_{{\rm{2(g)}}}}{\rm{ + kalor}}\
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
Saat bergerak naik, gas CO2 yang baru terbentuk akan bereaksi kembali dengan kokas yang bergerak turun untuk membentuk CO.
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
{{\rm{C}}_{{\rm{(s)}}}}{\rm{ + C}}{{\rm{O}}_{{\rm{2(g)}}}}{\rm{ }} \to {\rm{ 2C}}{{\rm{O}}_{{\rm{(g)}}}}\
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
Gas CO yang dihasilkan akan mereduksi bijih besi secara bertahap.
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
Tahap 1: {{\rm{C}}_{{\rm{(s)}}}}{\rm{ + C}}{{\rm{O}}_{{\rm{2(g)}}}}{\rm{ }} \to {\rm{ 2C}}{{\rm{O}}_{{\rm{(g)}}}}\
Bijih besi, kokas, dan batu kapur dimasukkan dari atas tanur. Sementara itu, udara panas ditiupkan dari bawah. Kokas akan terbakar di bagian bawah tanur dengan membebaskan kalor, sehingga suhu disekitarnya mencapai 2000o C. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut.
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
{{\rm{C}}_{{\rm{(s)}}}}{\rm{ + }}{{\rm{O}}_{{\rm{2(g)}}}}{\rm{ }} \to {\rm{ C}}{{\rm{O}}_{{\rm{2(g)}}}}{\rm{ + kalor}}\
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
Saat bergerak naik, gas CO2 yang baru terbentuk akan bereaksi kembali dengan kokas yang bergerak turun untuk membentuk CO.
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
{{\rm{C}}_{{\rm{(s)}}}}{\rm{ + C}}{{\rm{O}}_{{\rm{2(g)}}}}{\rm{ }} \to {\rm{ 2C}}{{\rm{O}}_{{\rm{(g)}}}}\
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
Gas CO yang dihasilkan akan mereduksi bijih besi secara bertahap.
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
Tahap 1: {{\rm{C}}_{{\rm{(s)}}}}{\rm{ + C}}{{\rm{O}}_{{\rm{2(g)}}}}{\rm{ }} \to {\rm{ 2C}}{{\rm{O}}_{{\rm{(g)}}}}\
Tahap 2: {\rm{F}}{{\rm{e}}_{\rm{3}}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}{\rm{ + CO }} \to {\rm{ 3FeO + C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}\
Tahap 3: {\rm{FeO + CO }} \to {\rm{ Fe + C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}\
Reaksi keseluruhan: {\rm{F}}{{\rm{e}}_{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{{\rm{3(s)}}}}{\rm{ + 3C}}{{\rm{O}}_{({\rm{g}})}}{\rm{ }} \to {\rm{ 2F}}{{\rm{e}}_{({\rm{l}})}}{\rm{ + 3C}}{{\rm{O}}_{{\rm{2(g)}}}}\
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
Oleh karena suhu tanur sangat tinggi, maka besi yang terbentuk akan berwujud lelehan. Setelah mengalami pemanasan, batu kapur akan berubah menjadi CaO.
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
{\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}_{{\rm{(s)}}}{\rm{ }} \to {\rm{ Ca}}{{\rm{O}}_{{\rm{(s)}}}}{\rm{ + C}}{{\rm{O}}_{{\rm{2(s)}}}}\
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
Kalsium oksida ini akan bereaksi mengikat senyawa-senyawa pengotor membentuk terak (slag). Reaksi pembentukan terak yang menghilangkan pengotor dituliskan sebagai berikut.
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
{\rm{Ca}}{{\rm{O}}_{{\rm{(s)}}}}{\rm{ + A}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}_{{\rm{(s)}}}{\rm{ }} \to {\rm{ Ca(Al}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}}_{{\rm{(l)}}}\
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
Oleh karena suhu tanur sangat tinggi, maka besi yang terbentuk akan berwujud lelehan. Setelah mengalami pemanasan, batu kapur akan berubah menjadi CaO.
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
{\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}_{{\rm{(s)}}}{\rm{ }} \to {\rm{ Ca}}{{\rm{O}}_{{\rm{(s)}}}}{\rm{ + C}}{{\rm{O}}_{{\rm{2(s)}}}}\
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
Kalsium oksida ini akan bereaksi mengikat senyawa-senyawa pengotor membentuk terak (slag). Reaksi pembentukan terak yang menghilangkan pengotor dituliskan sebagai berikut.
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
{\rm{Ca}}{{\rm{O}}_{{\rm{(s)}}}}{\rm{ + A}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}_{{\rm{(s)}}}{\rm{ }} \to {\rm{ Ca(Al}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}}_{{\rm{(l)}}}\
{\rm{Ca}}{{\rm{O}}_{{\rm{(s)}}}}{\rm{ + Si}}{{\rm{O}}_{{\rm{2(s)}}}}{\rm{ }} \to {\rm{ CaSi}}{{\rm{O}}_{{\rm{3(l)}}}}\
{\rm{6Ca}}{{\rm{O}}_{{\rm{(s)}}}}{\rm{ + }}{{\rm{P}}_{\rm{4}}}{{\rm{O}}_{{\rm{10}}}}_{(s)} \to {\rm{ 2C}}{{\rm{a}}_3}{{\rm{(P}}{{\rm{O}}_4}{\rm{)}}_{{\rm{2(l)}}}}\
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
Besi cair turun ke dasar tanur dan dikeluarkan secara bertahap, sedangkan terak---yang massa jenisnya lebih kecil---akan mengapung di atas besi cair. Lapisan terak sekaligus berfungsi sebagai pelindung besi cair dari oksidasi. Terak dikeluarkan dari saluran tersendiri dan dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan jalan raya atau bahan pupuk.
Besi yang dihasilkan dari proses ini disebut besi gubal atau besi kasar (pig iron). Besi gubal ini mengandung kira-kira 95 % besi, 3-4 % karbon, dan sisanya pengotor lain seperti Mn, Si, P, dan S. Besi gubal bersifat keras tapi rapuh. Sebagian besar besi gubal langsung diolah menjadi baja dan sebagian lainnya dialirkan ke dalam cetakan, sehingga diperoleh besi tuang (cast iron). Besi yang mengandung karbon sangat rendah (0,005– 0,2%) disebut besi tempa (wrought iron).
▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
Besi cair turun ke dasar tanur dan dikeluarkan secara bertahap, sedangkan terak---yang massa jenisnya lebih kecil---akan mengapung di atas besi cair. Lapisan terak sekaligus berfungsi sebagai pelindung besi cair dari oksidasi. Terak dikeluarkan dari saluran tersendiri dan dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan jalan raya atau bahan pupuk.
Besi yang dihasilkan dari proses ini disebut besi gubal atau besi kasar (pig iron). Besi gubal ini mengandung kira-kira 95 % besi, 3-4 % karbon, dan sisanya pengotor lain seperti Mn, Si, P, dan S. Besi gubal bersifat keras tapi rapuh. Sebagian besar besi gubal langsung diolah menjadi baja dan sebagian lainnya dialirkan ke dalam cetakan, sehingga diperoleh besi tuang (cast iron). Besi yang mengandung karbon sangat rendah (0,005– 0,2%) disebut besi tempa (wrought iron).
🌠 Penggunaan Besi
📌 Besi
Besi banyak dimanfaatkan dalam kehidupan karena mudah dibetuk dan didapatkan. Contoh penggunaan besi adalah untuk konstruksi bangunan dan jembatan serta badan kendaraan (mobil dan kereta api). Besi juga dapat digunakan untuk membuat berbagai macam peralatan, namun harus dicampur atau dilapisi dengan logam lain karena besi mudah teroksidasi.
📌 Baja
Baja merupakan istilah yang digunakan untuk semua logam aliasi (campuran) dari besi. Saat ini, baja dibuat dari besi gubal (besi kasar) menggunakan tungku oksigen, yaitu suatu silinder raksasa dengan pelapis yang bersifat basa didalamnya (disebut converter). Agar diperoleh besi dengan kualitas baik, besi kasar diolah menjadi baja, yaitu dengan memanaskannya agar kadar karbon, silikon, fosfor, dan belerang berkurang. Kemudian ditambahkan logam lain seperti Ni, Cr, Mn, dan V. Perhatikan tabel jenis baja berikut.
📌 Senyawa besi
a. Besi(II) sulfat (FeSO4) digunakan untuk terapi defisiensi zat besi.
b. Besi (III) sulfat (Fe2SO4) digunakan untuk pewarna tekstil dan pengetasan aluminium.
c. Besi (II) oksida (FeO), dikenal sebagai meni besi atau oker, digunakan untuk pewarna ubin.
Contoh soal
Kokas pada proses pembuatan besi berperan sebagai ....
A. oksidator
B. reduktor
C. fluks
D. bahan bakar
E. terak
Penyelesaian:
Pada pengolahan besi, bahan yang diperlukan adalah bijih besi atau hematite (F2O3), kokas (C) sebagai reduktor, dan batu kapur (CaCO3) berfungsi sebagai fluks.
S1
Bijih besi yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan besi adalah hematite. Hermatite mempunyai rumus kimia ....
S2
Pengolahan besi dilakukan dalam ....
S3
Kokas merupakan reduktor yang digunakan dalam proses pembuatan besi. Berikut ini yang bukan reaksi reduksi dalam proses pembuatan besi adalah ....
S4
Pernyataan yang benar mengenai proses pembuatan besi adalah ...
S5
Jenis besi yang dihasilkan melalui tanur tiup adalah ....
S6
Besi merupakan logam yang paling banyak digunakan dalam kehidupan. Akan tetapi, besi mudah mengalami kerusakan akibat korosi. Berikut ini yang merupakan bentuk pencegahan korosi yang digunakan dalam konstruksi jembatan adalah ....
S7
Berikut ini yang bukan unsur tambahan dalam pembuatan baja adalah ....
S8
Baja stainless merupakan baja yang banyak digunakan dalam rumah tangga dan industri. Baja stainless merupakan paduan antara ....
S9
Senyawa besi yang digunakan dalam terapi defisiensi zat besi adalah ....
S10
Baja ini memiliki sifat yang sangat keras, sehingga biasa digunakan sebagai ujung alat pemotong. Baja yang dimaksud adalah ....