PERANAN TUNGSTEN DALAM BIOLOGIS

Tungsten, juga dikenal sebagal wolfram, ialah unsur kimia dengan simbol W dan nomor atom 74. Kata tungsten berasal dari bahasa Swedia tung sten dapat diterjemahkan secara langsung dengan heavy stone (batu berat), meskipun nama ini volfram di Swedia untuk membedakannya dari Scheelite, yang di Swedia tungsten nama alternatifnya.

Suatu logam langka, keras pada kondisi standar bila tidak bergabung, tungsten dijumpai secara alami di Bumi hanya dalam bentuk senyawa kimia. Unsur ini diidentifikasi sebagai unsur baru pada tahun 1781, dan pertama kali diisolasi sebagai logam pada 1783. Bijihnya yang penting meliputi wolframite dan sheelite. Unsur bebasnya luar biasa untuk kekuatannya, terutama kenyataan bahwa ia memiliki titik leleh tertinggi dari semua elemen. Juga luarbiasa tinggi densitasnya, 19,3 kali densitas air, dibandingkan dengan uranium dan emas, dan jauh lebih tinggi (sekitar 1,7 kali) dibandingkan dengan timbal. Tungsten dengan jumlah pengotor sedikit sering rapuh dan keras, yang membuatnya sulit untuk diolah. Namun, tungsten sangat murni, meskipun masih keras, lebih ulet, dan dapat dipotong dengan gergaji besi baja yang keras.

Banyak paduan tungsten dengan segudang aplikasi, terutama sebagai filament bola lampu pijar, tabung sinar-X (baik sebagai filamen maupun target), elektroda pada TIG pengelasan, superalloy (paduan-super), dan perisai radiasi. Tungsten kekerasan dan kepadatan tinggi memberikan aplikasi militer dalam menembus proyektil. Senyawa Tungsten juga sering digunakan sebagai katalis industri.

Kekerasan dan densitas tinggi tungsten memberinya aplikasi militer sebagai proyektil penembus. Senyawa Tungsten juga sering digunakan sebagai katalis industri.

Tungsten hanyalah logam dari seri transisi ketiga yang diketahui terjadi dalam biomolekul, di mana Tungsten digunakan dalam beberapa spesies bakteri dan archaea. Tungsten adalah unsur terberat yang diketahui digunakan oleh setiap organisme hidup. Tungsten mengganggu metabolism molibdenum dan  tembaga, dan agak beracun bagi kehidupan hewan.

KARAKTERISTIK

Sifat Fisika

Dalam bentuk mentah, tungsten adalah logam baja keras-abu-abu yang sering rapuh dan sulit untuk diolah. Bila dibuat sangat murni, tungsten mempertahankan kekerasannya (yang melebihi baja lain), dan menjadi cukup lunak sehingga dapat dikerjakan dengan mudah. Hal ini dikerjakan dengan penempaan, penarikan, atau ekstrusi. Benda Tungsten juga sering dibentuk dengan proses pelengketan (sintering).

Dari semua logam dalam bentuk murni, tungsten memiliki titik lebur tertinggi (3.422 °C, 6.192 °F), tekanan uap terendah (pada suhu di atas 1.650 °C, 3.000 °F) dan gaya tarik tertinggi.Meskipun karbon tetap padat pada suhu lebih tinggi dibandingkan tungsten, karbon menyublim, dibandingkan dengan melebur, sehingga tungsten dianggap memiliki titik leleh lebih tinggi. Tungsten memiliki koefisien ekspansi termal terendah dari logam murni apa pun. Ekspansi termal rendah dan titik leleh  dan gaya tariktinggi dari tungsten berasal dari ikatan kovalen yang kuat terbentuk antara atom tungsten dengan elektron 5d. Pemaduan sejumlah kecil tungsten dengan baja sangat meningkatkan ketangguhannya.

Tungsten terdapat dalam dua bentuk kristal utama: α dan β. Pembentuknya memiliki struktur kubus berpusat-badan dan merupakan bentuk paling stabil. Struktur fase-β disebut kubus A15;  ini adalah metastabil, tetapi hidup berdampingan dengan fase-α pada kondisi biasa karena sintesis non-ekuilibrium atau stabilisasi oleh kotoran.Berbeda dengan fase-α yang mengkristal  sebagai butiran isometrik, bentuk-β menunjukkan kebiasaan kolumnar. Fase-α memiliki tiga kali lebih rendah tahanan listriknya dan jauh lebih rendah suhu transisi super-konduksi, T_C dibandingkan fase-β: kira-kira 0,015 K vs. 1–4 K; mencampur dua fase yang memungkinkan memperoleh nilai T_C perantara. Nilai  T_C dapat juga dicapai dengan memadukan tungsten dengan logam lain (misalnya, 7,9 K untuk W-Tc). Tungsten paduan tersebut kadang-kala digunakan dalam rangkaian super-konduksi suhu-rendah.

Isotop

Tungsten alami terdiri dari lima isotop yang waktu-paruhnya begitu panjang sehingga mereka dapat dianggap stabil. Secara teoritis, kelima isotop itu dapat meluruh menjadi isotop dari unsur 72 72 (hafnium) dengan memancarkan sinar  alfa, tetapi hanya ¹⁸⁰W yang telah diamati untuk melakukannya dengan waktu-paruh (1,8 ± 0,2) × 10¹⁸ tahun; rata-rata, ini menghasilkan sekitar dua peluruhan alfa dari ¹⁸⁰W dalam satu gram tungsten alami per tahun. Isotop alami lainnya belum diamati meluruh, yang menghambatwaktu-paruh mereka  menjadi:

• ¹⁸²W, T_1/2 > 1,7×10²⁰ tahun
• ¹⁸³W, T_1/2 > 8×10¹⁹ tahun
• ¹⁸⁴W, T_1/2 > 1,8×10²⁰ tahun
• ¹⁸⁶W, T_1/2 > 4,1×10¹⁸ tahun

30 radioisotop sintetik lain dari tungsten telah dikarakterisasi, yang paling stabil adalah ¹⁸¹W dengan waktu paruh 121,2 hari, ¹⁸⁵W dengan waktu-paruh 75,1 hari, ¹⁸⁸W dengan waktu-paruh 69,4 hari, ¹⁷⁸W dengan waktu-paruh  21,6 hari, dan ¹⁸⁷W dengan waktu-paruh 23,72 jam. Semuaisotop radioaktif yang tersisa memiliki waktu-paruh kurang dari 3 jam, dan sebagian besar memiliki waktu-paruhdi bawah 8 menit. Tungsten juga memiliki 4 keadaan-meta, yang paling stabil adalah ^179mW (T_½ 6,4 menit).

Sifat Kimia

Unsur tungsten tahan terhadap serangan oksigen, asam, dan basa. Keadaan oksidasi resmi paling umum dari tungsten adalah  +6, tetapi tungsten menunjukkan semua keadaan oksidasi mulai dari −2 sampai +6. Tungsten secara khas bergabung dengan oksigen membentuk oksida tungstat berwarna kuning, WO₃, yang larut dalam larutan alkali encer untuk membentuk ion tungstat,  WO₄²⁻.

Tungsten karbida (W₂C dan WC) diproduksi melalui pemanasan tungsten serbuk dengan karbon. W₂C tahan terhadap serangan zat kimia, meskipun ia bereaksi dengan klor membentuk tungsten heksaklorida (WCl₆).

Dalam larutan encer, tungstat memberikan anion asam heteropoli dan anion polioksimetalat pada kondisi netral dan asam. Karena tungstat secara progresif diolah dengan asam, pertama kali menghasilkan metastabil yang larut, yaitu   anion “paratungstat- A” , W₇O₂₄^6–, yang dari waktu ke waktu berubah menjadi anion “Paratungstat-B”, H₂W₁₂O₄₂^10– kurang larut.

Asidifikasi lebih lanjut menghasilkan anion metatungstat, H₂W₁₂O₄₀^6– yang sangat larut, setelah mana kesetimbangan dicapai. Ion metatungstat terdapat sebagai suatu kluster simetrik dari 12 oktahedra tungsten-oksigen yang dikenal sebagai anion Keggin. Banyak anion polioksometalat lain terdapat sebagai spesies metastabil. Termasuk satu atom berbeda seperti fosfor di tempat dua pusat hidrogen dalam metatungstat menghasilkan berbagai macam asam heteropoli, seperti asam fosfotungstat, H₃PW₁₂O₄₀.

Tungsten trioksida dapat membentuk senyawa interkalasi dengan logam alkali. Ini disebut dengan  perunggu, suatu contoh dari perunggu natrium tungsten.

TERJADINYA DI ALAM

Tungsten dijumpai sebagai mineral wolframite (besi-mangan tungstat, (Fe,Mn)WO₄), scheelite (kcalsium tungstat, (CaWO₄), ferberite (FeWO₄) dan hübnerite (MnWO₄). China memproduksi  51.000 ton konsentrat tungsten di tahun 2009, yang merupakan  83% dari keluaran dunia. Sebagai pendahuluan untuk produksi WWII tungsten China berperan sebagai China bisa menggunakan leverage ini untuk menuntut bantuan materi dari pemerintah AS.

Sebagian besar dari produksi yang tersisa berasal dari Rusia (2.500 t), Kanada (1.964 t), Bolivia (1.023 t), Austria (900 t), Portugal (900 t), Thailand (600 t), Brasil (500 t), Peru (500 t) dan Rwanda (500 t). Tungsten juga dianggap sebagai mineral konflik akibat praktik pertambangan yang tidak etis diamati di Republik Demokratik Kongo.

 SEJARAH PENEMUAN

Pada 1781, Carl Wilhelm Scheele menemukan bahwa suatu asam baru, asam tungstat, dapat dibuat dari mineral cheelite (pada saat tungsten dinamakan). Scheele dan Torbern Bergman menunjukkan bahwa itu kemungkinan dapat memperoleh logam baru dengan mereduksi asam ini. Pada 1783, José dan Fausto Elhuyar menemukan suatu asam dibuat dari wolframite yang identik dengan asam tungstat. Tahun belakang, di Spanyol, Saudara-saudaranya berhasil mengisolasi tungsten dengan mereduksi asam ini dengan arang, dan mereka berjasa atas penemuanunsure ini.

Pada Perang dunia II, tungsten memainkan peranan yang signifikan dengan berlatar-belakang politik.  Portugal, sebagai sumber utama unsur ini di Eropa, yang ditempatkan di bawah tekanan dari kedua sisi, disebabkan cadangan bijih wolframnya di Panasquera. Tahanan tungsten terhadap suhu tinggi dan kekuatan paduannya membuatnya sebagai bahan mentah penting untuk industri senjata.

PERANAN BIOLOGIS

Tungsten, pada nomor atom 74, merupakan unsur terberat yang diketahui berfungsi secara biologis, dengan yang terberat selanjutnya adalah iod (Z = 53). Tungsten digunakan oleh beberapa bakteri, tetapi tidak pada eukariota. Misalnya, enzim yang disebut oksidoreduktase menggunakan tungsten serupa dengan molibdenum  yang menggunakannya dalam kompleks tungsten-pterin dengan molibdopterin (molibdopterin, terlepas dari namanya, tidak mengandung molibdenum, tetapi dapat mengompleks dengan molibdenum atau tungsten yang digunakan oleh organisme hidup).

Enzim yang menggunakan-Tungsten biasanya mereduksi asam karboksilat menjadi aldehida. Tungsten oksidoreduktase mungkin juga mengkatalisis oksidasi. Enzim yang membutuhkan tungsten pertama ditemukan juga memerlukan selenium, dan dalam hal ini pasangan tungsten-selenium mungkin berfungsi secara analog dengan pasangan molibdenum-sulfur dari beberapa enzim yang memerlukan kofaktor molibdenum.

Salah satu dari enzim ini dalam keluarga oksidoreduktase yang kadang-kadang menggunakan tungsten (bakteri format dehidrogenase H) diketahui menggunakan satu versi selenium-molibdenum dari molibdopterin. Meskipun xanthine dehidrogenase mengandung-tungsten dari bakteri telah dijumpai mengandung tungsten-molidopterin dan juga non-protein yang mengikat selenium, suatu kompleks tungsten-selenium molibdo-pterin telah digambarkan secara definitif.

Dalam tanah, logam tungsten dioksidasi menjadi anion tungstat. Ini dapat dapat diimpor secara selektif atau non-selektif oleh beberapa organisme prokartiota dan dapat menggantikan molibdat pada enzim tertentu. Efek ini terhadap aksi enzim tersebut dalam beberapa hal adalah sebagai inhibitor dan hal positif lain. Kimia tanah menentukan bagaimana tungsten berpolimerisasi; tanah basa menyebabkan monomerik tungstat; tanah asam menyebabkan polimerik tungstat.

Natrium tungstat dan timbal telah dipelajari atas efek mereka terhadap cacing tanah. Timbal ditemukan membunuh pada tingkat tindah dan natrium tungstat jauh kurang beracun, tetapi tungstat menghambat kemampuan reproduksi mereka dengan sempurna.

Tungsten telah diteliti sebagai antagonis metabolisme tembaga biologis, dengan satu peran yang mirip dengan aksi molibdenum. Telah ditemukan bahwa tetrathiotungstat dapat digunakan sebagai zat kimia kelasi tembaga biologis, serupa dengan tetrathiomolibdat.***