Karbon

Karbon adalah unsur kimia non-logam dengan lambang C dan nomor atom 6. Menurut KBBI, karbon adalah unsur bukan logam yang pada alam terdapat sebagai intan, grafit, dan arang, dengan bobot atom sekitar 12,0111. Atom karbon bersifat tetravalen, artinya setiap atom memiliki empat elektron valensi dan dapat membentuk hingga empat ikatan kovalen. Karbon merupakan salah satu unsur yang telah dikenal sejak zaman kuno. Ia termasuk unsur ke-15 yang paling melimpah di kerak Bumi dan ke-4 di alam semesta berdasarkan massa.

Kelimpahan karbon, keragaman senyawa organiknya, dan kemampuannya membentuk polimer pada suhu normal memungkinkan ia menjadi penyusun utama semua kehidupan yang diketahui. Karbon bahkan menyusun sekitar 18–20% massa tubuh manusia. Karena karbon membentuk hampir sepuluh juta senyawa yang telah dijelaskan hingga kini, ia sering disebut “raja semua unsur” dalam kimia.

Struktur Atom dan Sifat Karbon

Karbon berada di golongan 14 tabel periodik dan memiliki konfigurasi elektron dasar 1s² 2s² 2p². Empat elektron valensi inilah yang menjadikan karbon sangat reaktif secara kimia, ia mampu membentuk ikatan kovalen yang kuat dengan berbagai unsur lain. Nilai keelektronegatifan karbon adalah sekitar 2,5 (skala Pauling), relatif tinggi di antara unsur golongan 14. Isotop karbon yang umum adalah ^12C (sebesar ~98,9%), ^13C (~1,1%) yang stabil, dan ^14C yang radioaktif (waktu paruh ~5.730 tahun).

Karbon tidak banyak terdapat dalam bentuk atom bebas di kerak Bumi (~0,025% massa), melainkan sebagian besar terikat dalam mineral karbonat (misalnya batu kapur) atau hidrokarbon (seperti minyak bumi dan batu bara). Dalam senyawa anorganik karbon, bilangan oksidasi umumnya +4 (misalnya pada karbon dioksida) atau +2 (pada karbon monoksida). Struktur atom karbon yang unik membuat unsur ini dapat membentuk jaring tiga dimensi maupun rantai panjang, yang menjadi landasan bagi ribuan senyawa organik.

Alotrop Karbon

Karbon memiliki berbagai alotrop (bentuk alotropis) dengan sifat fisik yang sangat berbeda. Alotrop paling dikenal adalah intan (diamond) dan grafit (graphite). Intan bersifat transparan dan merupakan zat alami paling keras yang diketahui, sedangkan grafit berwarna hitam, buram, lunak, dan merupakan penghantar listrik yang baik. Selain itu ada grafena (lembaran karbon setebal satu atom), karbon amorf (bubuk tak teratur seperti jelaga atau arang aktif), dan fulerena (molekul karbon tertutup seperti “buckyball”).

Grafena dan nanotube karbon memiliki konduktivitas termal luar biasa tinggi. Semua alotrop karbon pada suhu dan tekanan normal berupa padatan yang sangat inert secara kimiawi. Tabel di bawah menggambarkan beberapa sifat allotrop penting:

Alotrop	Sifat Fisik	Kegunaan
Intan (Diamond)	Transaparan, sangat keras	Peralatan potong industri, pengebor batu, perhiasan
Grafit (Graphite)	Hitam, lunak, penghantar listrik	Inti pensil, sikat motor listrik, bahan tahan panas
Grafena (Graphene)	Lembaran tipis, sangat kuat	Aplikasi elektronik, bahan komposit nanoteknologi
Karbon Amorf	Hitam, bubleksamarnya tinggi	Arang aktif untuk penyaring dan adsorpsi (respirator, filtrasi)
Fulerena (Buckyball)	Molekul berongga sferis	Kimia nanomaterial, pembuatan fotovoltaik

Senyawa Karbon

Karbon membentuk sangat banyak senyawa, jauh lebih banyak daripada unsur lain. Hampir semua senyawa organik (molekul yang mengandung karbon-hidrogen) terbentuk dari karbon, dari bahan bakar (metana dan bensin) hingga biomolekul kompleks (protein, lemak, pati). Ikatan kovalen karbon yang kuat memungkinkan pembentukan rantai, cincin, dan struktur bercabang tak terhingga, ilmu yang mempelajari senyawa-senyawa ini disebut kimia organik. Sebagai contoh, karbon dioksida (CO₂) adalah senyawa anorganik sederhana di mana karbon beroksidasi ke +4, ia adalah gas rumah kaca penting.

KBBI mencatat bahwa CO₂ adalah gas tidak berwarna, tidak mudah terbakar, dan banyak digunakan dalam tabung pemadam kebakaran. Sementara itu, karbon monoksida (CO) adalah gas tak berbau yang sangat beracun. Sumber karbon anorganik utama di alam meliputi batu kapur (CaCO₃), dolomit, dan cadangan bahan bakar fosil (batu bara, minyak bumi). Karbon juga membentuk senyawa dengan unsur lain seperti nitrogen, oksigen, dan logam transisi membentuk segudang senyawa kompleks dan polimer. Kelebihan gugus organik ini membuat karbon menjadi unsur pokok bagi molekul hidup, protein, karbohidrat, lipid, dan asam nukleat, semuanya tersusun atas kerangka karbon.

Daur Karbon (Siklus Karbon)

Karbon di Bumi bergerak melalui siklus biogeokimia yang dikenal sebagai siklus karbon. Siklus ini melibatkan pertukaran karbon antar atmosfer, biosfer (kehidupan), hidrosfer (laut dan perairan) dan geosfer (tanah, batuan, dan bahan bakar fosil). Karbon di atmosfer terutama berupa gas karbon dioksida (CO₂) ~0,04% udara. Tumbuhan dan fitoplankton menangkap CO₂ melalui fotosintesis, menghasilkan karbohidrat dan oksigen, sedangkan respirasi dan pembusukan mengembalikan CO₂ ke udara.

Proses pembakaran bahan organik (seperti kebakaran hutan atau pembakaran fosil) melepaskan karbon tersimpan kembali ke atmosfer. Misalnya, pembakaran batu bara, minyak, dan gas alam melepaskan karbon yang telah tersimpan jutaan tahun, sehingga peningkatan ini merupakan penyebab utama naiknya konsentrasi CO₂ atmosfer.

Daur karbon di laut juga signifikan, lautan menyerap CO₂ lewat pelarutan dan fotosintesis organisme laut, lalu melepaskannya kembali ke udara saat suhu naik atau melalui sirkulasi air. Neraca karbon global kini menjadi fokus perhatian iklim karena aktivitas manusia meningkatkan pelepasan CO₂. NASA mencatat bahwa sejak era pra-industri hingga kini, konsentrasi CO₂ di atmosfer naik sekitar 50% akibat aktivitas seperti pembakaran bahan bakar fosil. Kenaikan gas rumah kaca inilah yang menguatkan efek rumah kaca alami dan mendorong pemanasan global.

Peran Karbon dalam Kehidupan dan Pemanfaatan

Karbon adalah unsur penting bagi kehidupan. Hampir semua molekul hidup berbasis karbon yaitu protein, karbohidrat, lipid, dan asam nukleat tersusun atas rangka karbon. Proses fotosintesis (6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂) menunjukkan bagaimana CO₂ di udara diubah menjadi makanan dan energi oleh tumbuhan. Menurut RSC, organisme fotosintetik (tumbuhan, alga) menangkap karbon dioksida untuk membangun senyawa organik, yang kemudian dikonsumsi organisme lain melalui rantai makanan.

Di sisi teknologi, karbon digunakan luas dalam industri. Hidrokarbon dari batu bara, minyak, dan gas alam sebagian besar digunakan sebagai bahan bakar. Sebagian kecil karbon digunakan sebagai bahan baku industri petrokimia untuk membuat polimer, serat, dan plastik. Arang (karbon amorf) dan kokas (dari batu bara) penting dalam industri logam untuk peleburan besi dan baja. Grafit banyak dipakai sebagai inti pensil, sikat motor listrik, dan pelapis tungku. Arang aktif (activated charcoal) banyak digunakan dalam alat penyaring dan respirator. Serat karbon (carbon fiber) yang sangat ringan namun kuat kini digunakan di berbagai peralatan olahraga, kendaraan, dan pesawat terbang. Intan buatan industri digunakan untuk mata potong dan bor karena kekerasannya. Temuan terbaru seperti nanotube dan lembaran graphene (atom-tipis) merevolusi teknologi nano dan elektronik.

Daftar Referensi :

1. Royal Society of Chemistry (2025). Carbon – Element information, properties and uses. RSC Periodic Table. Diakses 1 Juli 2025.
2. Encyclopædia Britannica, Inc. (2025). Carbon: Facts, Uses, & Properties. Encyclopædia Britannica. Diakses 1 Juli 2025.
3. National Aeronautics and Space Administration (2011). The Carbon Cycle. NASA Earth Observatory. Diakses 1 Juli 2025.
4. National Aeronautics and Space Administration (2025). Carbon Dioxide. Vital Signs of the Planet – NASA Climate. Diakses 1 Juli 2025.
5. International Energy Agency (2025). CO₂ Emissions – Global Energy Review 2025. International Energy Agency. Diakses 1 Juli 2025.
6. Irifune, T. Kurio, A. Sakamoto, S. Inoue, T. Sumiya, H. (2003). Ultrahard polycrystalline diamond from graphite. Nature, 421(6923), 599–600. Diakses 1 Juli 2025.
7. World Meteorological Organization (2024). Record carbon emissions highlight urgency of Global Greenhouse Gas Watch. WMO News. Diakses 1 Juli 2025.