BAB I ANALISIS GRAVIMETRI METODE PENGUAPAN Indikator : 1. Mendeskripsikan prinsip analisis gravimetri 2. Mendeskripsikan metode analisis gravimetri 3. Mendeskripsikan kelebihan dan kekurangan analisis gravimetri 4. Mendeskripsikan pengaturan proses analisis gravimetri 5. Mendeskripsikan macam-macam kandungan air 6. Mendeskripsikan analisis kadar air dan mineral A. PRINSIP ANALISIS GRAVIMETRI Analisis gravimetri merupakan salah satu metode analisis kuantitatif dengan penimbangan. Metode analisis gravimetri adalah suatu metode analisis yang didasarkan pada pengukuran berat, yang melibatkanpembentukan, isolasi dan pengukuran berat dari suatu endapan. Tahapawal analisis gravimetri adalah pemisahan komponen yang ingin diketahuidari komponen-komponen lain yang terdapat dalam suatu sampelkemudian dilakukan pengendapan. Analisis gravimetri atau analisa kuantitatif berdasarkan bobot adalah proses isolasi serta pertimbangan suatu unsur atau senyawa tertentu dari unsur tersebut dalam bentuk yang semurni mungkin. Bagian besar penetapanpenetapan pada gravimetri menyangkut pengubahan unsur atau radikal yang akan ditetapkan menjadi sebuah senyawa yang murni dan stabilyang dapat dengan mudah diubah menjadi satu bentuk yang sesuai dan ditimbang. Metode pengendapan adalah metode yang paling penting dalam analisis gravimetri
Gambar 1.1 analisis gravimetri Analisis gravimetri adalah proses isolasi dan pengukuran berat suatu unsur atau senyawa tertentu. Berat molekul dihitung berdasarkan rumus senyawa dan berat atom unsur yang menyusunnya. Pemisahan unsur-unsur atau senyawa 1
dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu seperti metode penguapan, pengendapan, elektrolisis atau berbagai metode lainnya ( Khopkar, 2002 ). Analisis gravimetri merupakan cara analisis tertua dan paling murah.Gravimetri memerlukan waktu yang relatif lama dan hanya dapatdigunakan untuk kadar komponen yang cukup besar. Suatu kesalahan kecil,secara relatif akan berakibat besar. Gravimetri masih dipergunakan untukkeperluan analisis, karena waktu waktu pengerjaannya pengerjaannya yang yang tidak perlu terusmenerus, dan setiap tahapan pengerjaan memakan waktu yang cukup lama.Selain itu, ketepatan ketepatan analisis gravimetri untuk bahan tunggal dengan kadarlebih dari 1% jarang menggunakan metode lain.
Beberapa hal yang harus diperhatikandalam penilaian analisis secara gravimetri: 1. Waktu analisis Analisis secara gravimetri lebih menguntungkan, karena tidak memerlukan alat-alat yang terkalibrasi (kecuali neraca) dan standarisasi. Waktu yang diperlukan untuk analisis dibedakan menjadi dua macam, yaitu waktu total dan waktu kerja. Waktu total (elapsed time) ialah waktu mulai awal pekerjaan sampai selesai sepenuhnya, sedangkan waktu kerja adalah jumlah waktu yang benar-benar digunakan untuk melakukan pekerjaan. Dalam gravimetri waktu total jauh lebih besar daripada waktu kerja, karena pengerjaannya tidak perlu terus-menerus terus-menerus ditunggui. Contohnya, memijarkan memijarkan dan mengeringkan endapan, digestion endapan. Jika dilihat dari segi waktu kerja maka gravimetri menguntungkan bila jumlah analisis tidak banyak.
2. Kepekaan analisis gravimetri Kepekaan analisis sering dibatasi oleh alat-alat yang digunakan. Hal ini jarang mempengaruhi dalam analisis gravimetri. Dengan neraca yang sesuai dan terkalibrasi, maka berat endapan dapat ditentukan dengan tingkat kesalahan yang sangat kecil. Kepekaan analisis gravimetri lebih ditentukan oleh kesulitan untuk memisahkan endapan yang hanya sedikit dari larutan yang cukup besar volumenya. Dapat juga terjadi kesalahan karena kelarutan, maka sebaiknya tidak menggunakan cara gravimetri bila komponen yang dicari tidak lebih dari 1% dari bahan yang harus dianalisis. 3. Ketepatan analisis gravimetri Secara umum sulit untuk membicarakan ketepatan (akurasi) dalam analisis gravimetri. Banyak kesalahan dapat timbul karena kelarutan, kopresipitasi, 2
ketidakpastian susunan akhir endapan yang ditimbang, dan sebagainya. Pengaruh sumber-sumber kesalahan tidak sama pada semua zat, bahkan untuk zat yang sama sekalipun, karena matriks atau pengganggu ikut menentukan. Misalnya dalam penentuan kadar besi, kesalahan hanya beberapa ppm, jika tidak terdapat logam-logam berat lain dalam analat. Sebaliknya, kesalahan akan meningkat menjadi % jika disamping besi, bahan yang mengandung kation divalen seperti Zn, Ni, atau Cu karena terjadi kopresipitasi. Untuk bahan tunggal dengan kadar lebih dari 1% ketepatan analisis gravimetri jarang dapat ditandingi oleh cara-cara lain. 4. Kekhususan cara gravimetri Pereaksi gravimetri jarang khas (spesifik), bahkan hampir semuanya selektif, dalam arti mengendapkan sekelompok ion. Maka ion dalam kelompok itu secara potensial merupakan penggangu analisis ion lain dalam kelompok tersebut, kecuali kalau dilakukan pemisahan terlebih dahulu. Pada umumnya, cara gravimetri kurang spesifik dibandingkan dengan banyak cara lainnya.
Sumber-sumber kesalahan analisis gravimetri dapat terjadi karena: 1. Metode tidak sesuai karena kadar terlalu rendah. Jika kadar zat yang akan dianalisa kurang dari 1 % maka hasil analisa jadi tifak akurat. 2. Penyiapan sampel tidak tepat. Sampel tercemar, tidak mencerminkankeseluruhan bahan, sampel berubah selama penyimpanan. 3. Proses penimbangan. Pengeringan bahan/wadah belum konstan, cara menimbang salah. 4. Kurang sempurna melarutkan komponen yang dicari. Sampel harus dilarutkan secara sempurna supaya bisa bereaksi dengan senyawa pengendap secara baik. 5. Bahan pengganggu tidak tersingkir atau hilang seluruhnya, ataupenyingkiran pengganggu menyebabkan komponen yang dicari ikuthilang. 6. Pengendapan, penyaringan dan pencucian.Pengendapan belumsempurna, kontaminasi karena endapan lain, kehilangan endapansewaktu menyaring dan karena air pencuci. 7. Pemijaran dan pengeringan endapan.Belum tercapai penimbangan yang tepat, kertas saring belum habis terbakar,penguraian endapan karena pemijaran/pemanasan berlebihan,kerusakan wadah pengeringan/pemijaran, reduksi endapan olehkertas saring, penyerapan H2O dari udara atau dari bahan pengeringyang sudah jenuh. 8. Perhitungan tidak tepat. 3
B. METODE ANALISIS GRAVIMETRI Macam-macam Metode Gravimetri adalah sebagai berikut : 1. Metode Penguapan Metode penguapan dalam analisis gravimetri digunakan untuk menetapkan komponen-komponen dari suatu senyawa yang relatif mudah menguap. Cara yang dilakukan dalam metode ini dapat dilakukan dengan cara pemanasan dalam gas tertentu atau penambahan suatu pereaksi tertentu sehingga komponen yang tidak diinginkan mudah menguap atau penambahan suatu pereaksi tertentu sehingga komponen yang diinginkan tidak mudah menguap. Dalam cara evolusi bahan direaksikan, sehingga timbul suatu gas. Caranya dapat dengan memanaskan bahan tersebut atau mereaksikan dengan suatu pereaksi. Pada umumnya yang dicari adalah banyaknya gas yang terjadi. 2. Metode Pengendapan Suatu sampel yang akan ditentukan secara gravimetri mula-mula ditimbang secara kuantitatif, dilarutkan dalam pelarut tertentu kemudian diendapkan kembali dengan reagen tertentu. Senyawa yang dihasilkan harus memenuhi syarat yaitu memiliki kelarutan sangat kecil sehingga bisa mengendap kembali dan dapat dianalisis dengan cara menimbang. Endapan yang terbentuk harus berukuran lebih besar dari pada pori-pori alat penyaring (kertas saring), kemudian endapan tersebut dicuci dengan larutan elektrolit yang mengandung ion sejenis dengan ion endapan. Hal ini dilakukan untuk melarutkan pengotor yang terdapat dipermukaan endapan dan memaksimalkan endapan. Endapan yang terbentuk dikeringkan pada suhu 100 – 130 ⁰C atau dipijarkan sampai suhu 800 ⁰C tergantung suhu dekomposisi dari analit. Pengendapan kation misalnya, pengendapan nikel dengan DMG, pengendapan perak dengan klorida atau logam hidroksida dengan mengatur pH larutan. Penambahan reagen dilakukan secara berlebihan untuk memperkecil kelarutan produk yang diinginkan.Gravimetri cara pengendapan, analat direaksikan sehingga terjadi suatu endapan dan endapan itu yang ditimbang. 3. Metode Elektrolisis Metode elektrolisis dilakukan dengan cara mereduksi ion-ion logam terlarut menjadi endapan logam. Ion-ion logam berada dalam bentuk kation apabila 4
dialiri dengan arus listrik tertentu dalam waktu tertentu maka akan terjadi reaksi reduksi menjadi logam dengan bilangan oksidasi nol. Endapan yang terbentuk selanjutnya dapat ditentukan berdasarkan beratnya, misalnya mengendapkan tembaga terlarut dalam suatu sampel cair dengan cara mereduksi. Cara elektrolisis ini dapat diberlakukan pada sampel yang diduga mengandung kadar logam terlarut cukup besar seperti air limbah.
Berdasarkan pembentukan suatu gas, gravimetri dibedakan menjadi 2 cara : 1. Gravimetri Penguapan Tidak langsung Gravimetri dapat digunakan dalam analisis kadar air. Kadar air bahan bisa ditentukan dengan cara gravimetri evolusi langsung ataupun tidak langsung. Bila yang diukur ialah fase padatan dan kemudian fase gas dihitung berdasarkan padatan tersebut, maka disebut gravimetri evolusi tidak langsung. Metode penguapan tidak langsung dapat digunakan untuk menentukan kadar air (hidrat) dalam suatu senyawa atau kadar air dalam suatu sampel basah. Berat sampel sebelum dipanaskan merupakan berat senyawa dan berat air kristal yang menguap. Pemanasan untuk menguapkan air kristal adalah 105-130 ⁰C garam-garam anorganik banyak yang bersifat higroskopis sehingga dapat ditentukan kadar hidrat/air yang terikat sebagai air kristal. Contoh lain adalah penentuan karbonat. Karena pemanasan, karbonat terurai dan mengeluarkan gas CO 2. Berat gas juga ditentukan dengan menimbang bahan sebelum dan sesudah pemanasan. 2.
Gravimetri Penguapan Langsung Gas yang terjadi ditimbang setelah diserap oleh suatu bahan yang khusus untuk gas yang besangkutan. Sebenarnya yang ditimbang ialah bahan penyerap itu, yaitu sebelum dan sesudah penyerapan sedangkan berat gas diperoleh sebagai selisih kedua penimbangan. Pada penentuan kadar air, maka uap air yang terjadi dilewatkan tabung berisi bahan higroskopis yang tidak menyerap gas-gas lain. Berat tabung dengan isi sebelum dan sesudah uap diserap menunjukkan jumlah air. Untuk penentuan karbonat yang tidak dapat terurai karena dipanaskan, maka karbonat yang bersangkutan direaksikan, misalnya dengan menambah HCl. CO 2 yang terjadi dilewatkan pada tabung berisi bahan yang hanya menyerap CO 2. Berat tabung dengan isi sebelum dan sesudah menyerap gas memberikan berat CO 2. Penguapan cara langsung lebih sulit, karena harus diusahakan jangan sampai ada gas yang tidak melewati tabung, misalnya karena kebocoran 5
dalam alat. Misalnya pada penentuan kadar air, mungkin bukan hanya air yang menguap, tetapi juga zat-zat yang titik didihnya rendah ikut menguap.
Berdasarkan proses pembentukan endapan, maka gravimetri dibedakan menjadi dua macam : 1. Endapan dibentuk dengan reaksi antara analat dengan suatu pereaksi, endapan biasanya berupa senyawa. Baik kation maupun anion dari analat mungkin diendapkan, bahan pengendapnya mungkin anorganik atau organik. Cara inilah yang biasanya disebut gravimetri. 2. Endapan dibentuk secara elektrokimia, dengan perkataan lain analat dielektrolisa, sehingga terjadi logam sebagai endapan. Cara ini biasanya disebut elektrogravimetri. Dengan sendirinya umumnya kation yang dapat diendapkan. C. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN ANALISIS GRAVIMETRI Kelebihan analisis gravimetri adalah sebagai berikut : 1. Pengotor dalam sampel dapat diketahui. Pengotor pada sampel dihilangkan dengan proses pencucian endapan. 2. Mudah dilakukan. Tahap analisis meliputi penimbangan sampel, pelarutan sampel, pembentukan endapan, pencucian endapan dan pengeringan endapan. 3. Hasil analisisnya spesifik dan akurat. Data hasil analisis benar dan tepat 4. Presisi.Kesesuaian beberapa data pengukuran sama yang dilakukan secara berulang. 5. Sensitif.Analisis gravimetri merupakan analisis yang peka. Kekurangan analisis gravimetri adalah sebagai berikut : 1. membutuhkan waktu yang cukup lama. Waktu yang dibutuhkan untuk pengendapan dan pengeringan endapan lama. 2. hanya dapat digunakan untuk kadar komponen yang cukup besar. Analisis gravimetri tidak valid untuk jumlah sampel yang sangat kecil. Jika analitnya merupakan penyusun utama (> 1% dari sampel), dapatlah diharapkan ketepatan beberapa bagian tiap ribu, jika sampel itu terlalu rumit. Jika analitnya berada dalam jumlah kecil atau runutan (< 1%), biasanya tidak menggunakan metode gravimetri. Pada umumnya metode-metode gravimetri tidaklah sangat khas (spesifik). Seperti telah disebutkan ahli-ahli kimia tertentu pernah memikirkan bahwa kita akhirnya harus mempunyai suatu pengendap 6
spesifik untuk tiap kation. Sementara hal ini tidak lagi diharapkan, regensia gravimetri bersifat selektif dalam arti mereka membentuk endapan dalam hal kelompok-kelompok tertentu ion. Kereaktifan zat pengendap itupun sering masih dapat ditingkatkan dengan mengendalikan faktor-faktorsemacam pH dan konsentrasi zat-zat penopang tertentu.
D. PENGATURAN PROSES ANALISIS GRAVIMETRI Secara umum pengaturan proses analisis gravimetri adalah sebagai berikut : 1. Persiapan Contoh/sampel Cuplikan padatan yang diambil dari lapangan atau diterima di laboratorium dapat berbentuk serbuk, gumpalan atau lempengan. Jika sampel akan ditimbang maka harus dijadikan serbuk dulu sehingga cukup merata dan mempermudah penimbangan. Bila cuplikan yang diterima banyak, agar ditimbang cukup mewakili (representatif), maka jumlahnya harus diperkecil. Salah satu cara yang paling populer ialah dengan mengkuarter (memperempat), caranya: Hamparkan cuplikan di atas kertas atau lempeng plastik secara merata sehingga ketebalannya 2-3 cm Buat diagonal dari sudut-sudutnya sehingga terdapat 4 buah segitiga Ambil dua segitiga yang berhadapan, sedangkan dua segitiga yang lain disimpan. Cuplikan yang berasal dari dua segitiga pertama diaduk lagi sampai serba sama kemudian ulangi pekerjaan mulai dari awal sehingga didapatkan cuplikan yang jumlahnya 50-100 gram.
Gambar 1.2 teknik kuarterner 2.
Penimbangan Cuplikan Cuplikan yang sudah diquarter dapat langsung ditimbang. Penimbangan dapat memakai botol timbang atau kaca arloji bila contohnya cukup stabil. Jangan sekali-kali menimbang pakai kertas tanpa diberi alas kaca arloji
7
untuk menghindari korosif akibat cuplikan yang tercecer atau menempel pada piringan timbangan. Cara penimbangan adalah sebagai berikut : Timbang botol timbang, berapa bobotnya (a gram) Bubuhi cuplikan yang akan ditimbang sejumlah yang diperlukan dengan dilebihkan sedikit, timbang dengan teliti (b gram) Masukkan cuplikan pada b ke dalam gelas piala, dan jangan dibilas. Kemudian botol timbang ditimbang kembali (c gram) Bobot contoh atau cuplikan = (b - c) gram. Untuk menimbang contoh dipakai neraca analitik dengan ketelitian 4 desimal dalam gram (0,0001 g). 3.
Pelarutan Cuplikan Cuplikan dilarutkan dalam gelas piala yang volumenya disesuaikan dengan kebutuhan. Supaya jangan keliru hendaknya gelas piala diberi tanda dengan spidol besar, atau pada bagian yang di asah dapat ditulis dengan pensil. Cuplikan yang telah ditimbang dengan hati-hati dimasukkan ke dalam gelas piala dengan bantuan pengaduk. Cuplikan yang tersisa disemprot dengan air suling melalui labu semprot. Bila cuplikan mudah larut dalam air, penambahan air pembilas cukup 100-150 ml atau seperti yang tertulis dalam cara kerja. Tidak semua cuplikan larut dalam air. Misalnya karbonat, fosfat atau logam. Cuplikan harus dibilas dulu dalam gelas piala 100 atau 150 ml, kemudian dibubuhi larutan asam sesuai dengan kebutuhan. Larutan asam yang digunakan untuk melarutkan adalah sebagai berikut : Karbonat, fosfat dipakai larutan HCl 1:1 Besi seng dan logam-logam yang kurang mulia dipakai larutan HNO 3 1:1 Logam setengah mulia atau mulia dipakai larutan campuran HNO 3pekat + HCl pekat 1 : 3 Untuk silikat harus dilebur dulu dengan soda. Pada waktu melarutkan dengan asam setengah pekat, gelas piala ditutup dengan kaca arloji, setelah selesai kaca arloji di bilas dengan air. Proses pelarutan dengan asam harus dalam ruang asam, karena uapnya berbahaya.
4.
Pengendapan Masalah utama dalam analisis gravimetri adalah pembentukan endapan yang murni dan mudah disaring. Tahap-tahap pembentukan endapan : a. Pengelompokan ion 8
b. Pembentukan partikel yang sangat kecil (inti endapan) menuju terjadinya nukleasi c. Pembentukan endapan yang makroskopik. Terbentuknya endapan dimulai dari terbentuknya larutan lewat jenuh (super saturated solution). Nukleasi, sejumlah partikel (ion, atom atau molekul) membentuk inti mikroskopik dari fasa padat, semakin tinggi derajat lewat jenuh, semakin besar laju nukleasi. Pembentukan nukleasi dapat secara langsung atau dengan induksi.
Gambar 1.3 Pembentukan nukleasi Proses pengendapan selanjutnya merupakan kompetisi antara nukleasi dan particle growth. Begitu suatu situs nukleasi terbentuk, ion-ion lain tertarik sehingga membentuk partikel besar yang dapat disaring.
Gambar 1.4 Proses pengendapan ( kompetisi antara nukleasi dan particle growth) Apabila nukleasi yang lebih dominan, maka partikel kecil yang banyak, bila particle growth yang lebih dominan maka partikel besar yang dihasilkan. Jika pengendapan terbentuk pada RSS relatif besar maka nukleasi merupakan mekanisme utama sehingga endapan yang dihasilkan berupa partikel kecil (Widiarto 2009).
9
5.
Penyaringan dan Pencucian Endapan Tujuan dari penyaringan adalah untuk mendapatkan endapan bebas (terpisah) dari larutan (cairan induk). Untuk memisahkan endapan dari larutan induk dan cairan pencuci, endapan dapat di sentrifuge atau disaring. Endapan yang disaring perlu dicuci untuk menghilangkan larutan induk yang menguap dan zat-zat pengotor yang mudah larut. Dasar pemilihan zat pencuci adalah: a. Dapat melarutkan zat pengotor dengan baik tetapi hampir tidak melarutkan endapan b. Dapat mencegah terjadinya peptisasi/pengendapan halus pada waktu pencucian c. Tidak mengandung garam yang tidak dapat menguap jika endapan dipijarkan. Pencucian dapat dilakukan dengan dua cara yaitu : a. Penyaringan sampai larutan habis lalu memasukan semua endapan ke dalam saringan. Cairan pencuci dituang ke dalam endapan dan dibiarkan mengalir habis berulang-ulang hingga endapan bersih. b. Penyaringan dengan dekantasi. Caranya dilakukan sama seperti cara penyaringan, hanya saja endapan tidak langsung dipindahkan ke dalam saringan melainkan ditinggalkan di wadah dan cairan pencuci ditambahkan, diaduk dan didiamkan sampai endapan mengendap. Cairan pencuci ditambahkan secara berulang-ulang hingga endapan bersih. Setelah selesai endapan dimasukan ke dalam saringan. Air cucian dapat melarutkan endapan sehingga penambahan air cucian diusahakan tidak terlalu banyak. Larutan elektrolit dapat ditambahkan pada endapan berbentuk koloid untuk mencegah peptisasi (penguraian kembali gumpalan-gumpalan koloid menjai butir-butir koloid), karena butir-butir koloid terlalu halus untuk disaring, sehingga kemungkinan untuk hilang menjadi lebih besar. Contoh larutan elektrolit adalah HNO3 encer yang digunakan dalam pencucian AgCl. Endapan yang terjadi dapat disaring dengan kertas saring bebas abu, cawan penyaring dengan asbes atau penyaring gelas. Saringan yang digunakan tergantung dari sifat endapan. Alat yang digunakan untuk menyaring adalah kertas saring. Kertas saring untuk analisis gravimetri jika dibakar hampir tidak meninggalakan abu. Kertas saring memiliki kelemahan dan keuntungan sebagai berikut : 10
Kelemahan-kelemahan kertas saring adalah : Tidak Inert, yaitu dapat rusak oleh basa dan asam pekat, macammacam oksidator yang dapat mengakibatkan bocor. Kekuatan mekanisnya kurang, mudah sobek sehingga dapat bocor dan mengotori endapan karena serat-seratnya terbawa, terutama penyaringan yang menggunakan vakum. Dapat mengadsorpsi bahan-bahan dari larutan yang disaring. Harus dibakar sampai habis, karena tidak dapat dikeringkan sampai mencapai berat konstan. Keuntungan menggunakan kertas saring ialah : Murah Mudah diperoleh efisiensi penyaringan tinggi disebabkan karena permukaannya yang luas dan perbandingan luas pori-pori terhadap luas permukaan seluruhnya besar. Kertas saring tersedia dengan pori-pori halus, medium dan kasar.
Gambar 1.5 teknik pemasangan kertas saring pada corong Teknik penyaringan dengan kertas saring :
Gambar 1.6 teknik pencucian / membilas endapan
11
6.
Pengabuan dan Penimbangan Sisa Pijar Endapan yang telah disaring dan dicuci kemudian dikeringkan, diabukan dan dipijarkan sampai beratnya konstan. Pengeringan endapan bertujuan untuk menghilangkan air dan zat yang mudah menguap, sedangkan tujuan pemijaran untuk merubah endapan ke dalam suatu senyawa kimia yang rumusnya diketahui dengan pasti. Kemudian setelah pemijaran, sisa pijar ditimbang. Dalam analisis gravimetri, endapan yang terbentuk dipijarkan. Pada waktu pemijaran beberapa endapan mungkin masih melangsungkan reaksi, maka yang diperhatikan bukan hanya senyawa yang diendapkan tetapi dilihat juga senyawa yang akan ditimbangnya.
7.
Perhitungan Hasil Komponen yang ditentukan dapat dihitung dari berat endapan dengan menggunakan faktor gravimetri atau faktor kimia : berat P x faktor gravimetri %A= 100 % berat sampel
Faktor gravimetri =
%A=
Ar atau Mr yang dicari Mr endapan yang ditimbang
berat P x faktor gravimetri berat sampel
100 %
Dimana, A = Analit P = Endapan Mr = massa molekul relatif Banyaknya atom atau molekul pada pembilang dan penyebut dalam faktor gravimetri harus ekivalen.
12
Beberapa contoh faktor gravimetri Senyawa ditimbang AgCl CuO Mg2P2O7
Fe2O3
BaSO4
yang
Senyawa unsur dicari Cl
/ yang
Faktor gravimetri
Cu
P
2P
MgO
Mg P O 2 MgO
Fe
Mg P O 2 Fe
FeO
Fe O 2 FeO
Ba
Fe O
E. MACAM-MACAM KANDUNGAN AIR Air adalah senyawa yang paling berlimpah pada sistem kehidupan. Air menyusun hingga 70% atau lebih berat dari kebanyakan organisme. Air adalah pelarut polar yang dapat melarutkan sebagian besar biomolekul, yang umumnya merupakan senyawa bermuatan atau polar. Air murni Pada tekanan 1 atm akan membeku atau meleleh pada suhu 0°C, dan mendidih atau mengembun pada suhu 100°C. Diantara pelarut-pelarut lainnya, air memiliki titik leleh, titik didih dan panas penguapan yang tertinggi. Hal ini disebabkan oleh adanya ikatan hidrogen yang menyebabkan kohesi internal yang kuat pada air cair. Ikatan hidrogen ini mudah terurai dan terbentuk kembali, sehingga panas yang diserap air tidak langsung digunakan untuk melepas molekul air menjadi gas, melainkan digunakan untuk memecahkan ikatan hidrogen antar molekul air, dan begitu pecah, ikatan ini dapat segera terbentuk kembali, Ikatan ini tidak akan terbentuk kembali saat suhu air telah mencapai titik didih, dan molekul air bergerak terlalu cepat.
13
Menurut derajat keterikatan air, air terikat dibagi menjadi empat tipe. 1. Tipe I : Adalah molekul air yang terikat pada molekul-molekul lain melalui suatu ikatan hydrogen berenergi besar. Molekul air membentuk hidrat dengan molekul-molekul lain yang mengandung atom O dan N seperti karbohidrat, protein dan garam. Air tipe ini tidak dapat membeku pada proses pembekuan, tetapi sebagian air ini bisa dihilangkan dengan pengeringan biasa. 2. Tipe II : Adalah molekul-molekul air yang membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air lain, terdapat dalam mikrokapiler. Air jenis ini lebih sukar dihilangkan dan penghilangan air tipe II akan mengakibatkan penurunan aw (water activity). Bila sebagian air tipe II dihilangkan, pertumbuhan mikroba dan reaksi-reaksi kimia yang bersifat merusak bahan makanan seperti reaksi browning, hidrolisis atau oksidasi lemak akan berkurang. Jika air tipe II ini dihilangkan seluruhnya, kandungan air bahan akan berkisar 3 – 7%, dan kestabilan optimum bahan makanan akan tercapai. 3. Tipe III : Adalah air yang secara fisik terikat dalam jaringan matriks bahan seperti membran, kapiler, serat dan lain-lain. Air tipe III sering disebut sebagai air bebas. Air tipe ini mudah diuapkan dan dapat dimanfaatkan untuk pertumbuhan mikroba dan media bagi reaksi-reaksi kimia. Apabila air tipe III ini diuapkan seluruhnya, kandungan air bahan akan berkisar antara 12 – 25%. 4. Tipe IV : Adalah air yang tidak terikat dalam jaringan suatu bahan atau air murni, dengan sifat-sifat air biasa dan keaktifan penuh. Contohnya adalah air yang menempel pada bahan makanan setelah proses pencucian bahan. F. ANALISIS KADAR AIR DAN MINERAL Contoh analisis gravimetri dalam penentuan Kadar Air. Bahan yang dianalisa biasanya mengandung air yang jumlahnya tidak menentu. Contoh : tanah, bahan-bahan yang berasal darihewan dan tumbuh-tumbuhan, bahan higriskopis, dan sebagainya. Jumlah air yang terkandung sering tergantung dari perlakuan yangtelah dialami bahan, kelembaban udara tempat disimpannya danlain sebagainya. Suatu kemungkinan kesalahan penentuan kadar air yaitu adanyabahan lain yang mudah menguap dan ikut menguap bersama-samadengan air sewaktu dipanaskan. Selain itu bahan akan terurai,seperti bahan yang mengandung karbonat atau macam-macambahan organik, sehingga akan menyebabkan 14
selisih berat yangdicari menjadi terlalu besar, yaitu lebih besar daripada berat airyang hilang. Untuk mengatasi hal tersebut, maka selain dapatdigunakan penguapan cara langsung, dapat juga denganmengadakan pembakuan cara penentuan kadar air (standarisasi).Pembakuan tersebut misalnya menentukan berapa suhunya,berapa lama pemanasannya, berapa gram bahan yang dipanaskan,dan bahan harus dihaluskan. Penentuan kadar air tergantung dari sifat bahan. Pada umumnyamengeringkan pada suhu 105 – 110 C selama 3 jam atau sampaididapat berat konstan dalam oven. Selisih berat sebelum dan sesudah pengeringan adalah banyaknya air yang diuapkan. Untukbahan tidak tahan panas seperti yang berkadar gula tinggi, minyak,daging, kecap, dilakukan pada kondisi vakum dengan suhu lebihrendah. Kadang-kadang pengeringan dilakukan tanpa pemanasan,bahan dimasukan ke dalam eksikator dengan H 2SO4 pekat sebagai pengering hingga didapat berat konstan. Bahan dengan kadar air tinggi dan mengandung senyawa yangmudah menguap (seperti susu, sayuran) penentuan kadar airnyadengan cara destilasi yaitu dengan pelarut tertentu, misalnyatoluen, xilol dan heptana yang berat jenisnya rendah. Contoh/sampel dimasukan ke dalam labu destilasi dan ditambahkan pelarut toluen/xilol kemudian dipanaskan. Air danpelarut menguap, diembunkan dan jatuh pada tabung Aufhauseryang berskala. Air yang mempunyai berat jenis tinggi berada dibawah, sehingga dapat dibaca pada skala tabung Aufhauser. Bahandengan kadar gula tinggi, kadar airnya dapat diukur denganmenggunakan refraktometer, disamping dapat menentukanpadatan terlarutnya. Dalam hal ini air dan gula dianggap sebagaikomponen-komponen yang mempengaruhi indeks refraksi. Penentuan kadar air cara pengeringan, prinsipnya menguapkan airyang ada dalam bahan dengan cara pemanasan. Bahan ditimbanghingga berat konstan yang dapat diartikan semua air sudahteruapkan. Cara ini relatif mudah dan murah. Penguapan dapatdipercepat dan reaksi yang menyebabkan terbentuknya air ataureaksi lain dapat dicegah dengan melakukan pemanasan pada suhurendah dan tekanan vakum. Bahan-bahan yang mempunyai kadargula tinggi akan mengalami pengerakan (gosong) yang terjadi pada permukaan bahan bila dipanaskan pada suhu ± 100 ⁰C. Beberapa hal penting dari metode penguapan cara langsung adalah lamanya pemasanan. Jika bahan harus dipanaskan pada suhu 105 ⁰Cselama 3 jam, maka harus diperhatikan agar oven benar-benar sudah mencapai suhu 105⁰C sebelum bahan dimasukkan kedalamnya, disamping itu oven jangan dibuka tutup sebelumberlangsung 3 jam, atau dapat juga harus mengeringkan 15
bahanmasing-masing di dalam oven, dan setiap memasukkan bahansendirisendiri apabila sudah siap. Hal-hal yang dapat menyebabkan kesalahan besar dalampenentuan kadar kadar air, yaitu setiap kali oven dibuka suhudidalamnya turun, makin lama terbuka makin banyak turunnyasuhu. Berarti bahwa bahan yang dimasukkan sebelumnya, tidak benar-benar dipanaskan pada suhu 105 ⁰C selama 3 jam. Jadi harusdiusahakan agar hanya sekali membuka oven, sekali memasukkanbahan yang harus dikeringkan, itupun harus secepat mungin, supaya suhunya yang semula sudah mencapai 105 ⁰C tidak turunterlalu banyak. Hal ini dapat diatur misalnya dengan mengeluarkanrak-rak oven sebelumnya, lalu mengatur semua botol timbangdiatasnya, baru oven dibuka lagi dan seluruhnya sekaligus bahandalam botol timbang dimasukkan ke dalam oven. Suatu bahan yang telah mengalami pengeringan akan bersifat lebihhigroskopis daripada bahan asalnya. Selama pendinginan sebelumpenimbangan, bahan harus selalu ditempatkan dalam ruangtertutup dan kering, misalnya dalam eksikator atau desikator yangtelah diberi zat penyerap air. Penyerap air/uap air yang dapatdigunakan antara lain kapur aktif, silika gel, asam sulfat, aluminiumoksida, kalium klorida, kalium hidroksida, kalium sulfat ataubarium sulfat. Silika gel lebih sering digunakan karena memberikanperubahan warna saat jenuh dengan air/uap air. Dalam penentuan kadar air ada beberapa hal yang perludiperhatikan, yaitu: 1. Padatan yang dikeringkan harus dihaluskan 2. Padatan disebar merata dalam botol timbang sehingga tingginya sama 3. Bila botol timbang ditutup, selama pemanasan botol terbuka, tetapi setelah pemanasan selalu tertutup sampai selesaiditimbang Penyiapan sampel pada analisis mineral baik dengan metode klasik maupun metode yang terbaru memerlukan penyiapan sampel, sebelum dapat dilakukan analisis dalam metode-metide tersebut. Ada dua macam cara penyiapan sampel yaitu dengan pengabuan basah dan pengabuan kering. Penentuan kandungan mineral dalam bahan makanan dapat dilakukan dengan metode pengabuan (destruksi) yaitu pengabuan kering dan pengabuan basah. Pemilihan cara tersebut tergantung pada sifat zat organik dan anorganik yang ada dalam bahan mineral yang akan dianalisis. Metode pengabuan basah untuk penentuan unsur-unsur mineral di dalam bahan makanan merupakan metode yang paling baik. Prinsip pengabuan basah adalah penggunaan HNO3 pekat untuk mendestruksi zat organik pada suhu rendah agar kehilangan mineral akibat penguapan dapat dihindari. Pada tahap selanjutnya proses berlangsung sangat cepat akibat pengaruh H2SO4 atau H2O2. Pada umumnya 16
metode ini digunakan untuk menganalisis As, Cu, Pb, Sn dan Zn. Keuntungan pengabuan basah adalah: suhu yang digunakan tidak dapat melebihi titik didih larutan dan pada umumnya karbon lebih cepat hancur. Sehingga perlu dilakukan pratikum tentang bagaimana preparasi sampel untuk penetapan mineral. Abu merupakan zat anorganik sisa hasil pembakaran suatu bahan organik. Kandungan abu dan komposisinya bergantung pada macam bahan dan cara pengabuan yang digunakan. Kandungan abu dari suatu bahan menunjukkan kadar mineral dalam bahan tersebut. Ada dua macam garam mineral yang terdapat dalam bahan, yaitu: 1. Garam organik : garam asam malat, oksalat, asetat, pektat 2. Garam anorganik : garam fosfat, karbonat, klorida, sulfat, nitrat Pengabuan dilakukan untuk menentukan jumlah mineral yang terkandung dalam bahan. Penentuan kadar mineral bahan secara asli sangatlah sulit sehingga perlu dilakukan dengan menentukan sisa hasil pembakaran atas garam mineral bahan tersebut. Pengabuan dapat menyebabkan hilangnya bahan-bahan organik dan anorganik sehingga terjadi perubahan radikal organik dan terbentuk elemen logam dalam bentuk oksida atau bersenyawa dengan ionion negatif. Penentuan abu total dilakukan dengan tujuan untuk menentukan baik tidaknya suatu proses pengolahan, mengetahui jenis bahan yang digunakan, serta dijadikan parameter nilai gizi bahan makanan. Dalam proses pengabuan suatu bahan, ada dua macam metode yang dapat dilakukan, yaitu cara kering (langsung) dan cara tidak langsung (cara basah). Cara kering dilakukan dengan mengoksidasikan zat-zat organik pada suhu 500600⁰C kemudian melakukan penimbangan zat-zat tertinggal. Pengabuan cara kering digunakan untuk penentuan total abu, abu larut, tidak larut air dan tidak larut asam. Waktu pengabuan lama, suhu yang diperlukan tinggi, serta untuk analisis sampel dalam jumlah banyak. Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam melakukan pengabuan cara kering, yaitu mengusahakan suhu pengabuan sedemikian rupa sehingga tidak terjadi kehilangan elemen secara mekanis karena penggunaan suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan terjadinya penguapan beberapa unsur, seperti K, Na, S, Ca, Cl, dan P. Sedangkan cara basah dilakukan dengan menambahkan senyawa tertentu pada bahan yang diabukan sepeti gliserol, alkohol asam sulfat atau asam nitrat. Pengabuan cara basah dilakukan untuk penentuan elemen mineral. Waktu pengabuan relatif cepat, suhu yang dibutuhkan tidak terlalu tinggi, untuk 17
analisis sampel dalam jumlah sedikit, memakai reagen kimia yang sering berbahaya sehingga perlu koreksi terhadap reagen yang digunakan. Jumlah sampel yang akan diabukan bergantung pada keadaan bahannya. Dalam hal ini, kandungan abunya dan kadar air bahan. Bahan-bahan yang kering biasanya 2-5 gram, seperti biji-bijian dan pakan ternak. Untuk bahan yang kandungan airnya tinggi, jumlah bahan yang diabukan adalah cukup tinggi sekitar 10-50 gram karena saat dipanaskan maka air dalam bahan akan menguap dan bahan menjadi mengalami susut berat sehingga apabila sampel yang dianalisis terlalu sedikit, kemungkinan sisa zat tertinggal yang akan ditimbang tidak ada sehingga analisis bisa terganggu. Bahan yang mengandung kadar air tinggi perlu dioven terlebih dahulu sebelum diabukan agar proses pengabuan tidak berlangsung terlalu lama. Bahan yang berlemak banyak dan mudah menguap harus diabukan menggunakan suhu mula-mula selama beberapa saat lalu baru dinaikkan ke suhu pengabuan agar komponen volatil bahan tidak cepat menguap dan lemak tidak rusak karena teroksidasi. Sedangkan untuk bahan yang dapat membuih perlu dikeringkan dalam oven terlebih dahulu dan ditambahkan zat antibuih, seperti olive atau parafin lalu bisa mulai diabukan. Hal ini dilakukan karena timbulnya banyak buih dapat menimbulkan potensi ledakan yang cukup membahayakan (Apriantono, 1989). Bahan yang akan diabukan dimasukkan ke dalam wadah yaitu harus baik dari porselen, quartz, silika ataupun nikel. Penggunaan wadah bergantung pada jenis bahan dan cara pengabuan yang digunakan. Ukuran wadah mulai dari 15mL sampai 100mL. Dengan demikian, bahan-bahan yang banyak mengandung senyawa-senyawa yang bersifat asam sangat dianjurkan menggunakan wadah yang terbuat dari porselen yang dilapisi silika bagian pernukaan dalam wadah, seperti saat menganalisis kadar abu buah-buahan. Untuk mengetahui kandungan abu yang dapat larut dan tidak dapat larut, perlu dilakukan tindakan berupa melarutkan sisa pengabuan dalam aquades, kemudian disaring. Endapan yang terdapat di kertas saring merupakan abu yang tidak dapat larut. Sedangkan yang ada dalam air merupakan abu yang mudah larut. Untuk mengetahui jenis mineral yang terkandung di dalamnya, dapat dilakukan dengan menggunakan metode titrasi atau serapan panjang gelombang dengan spektrofotometer ( Fauzi 1994).
MINERAL Mineral adalah nutrisi penting untuk pemeliharaan kesehatan dan pencegahan penyakit. Mineral dan vitamin bertindak secara interaksi. Mineral dapat 18
diklasifikasikan menurut jumlah yang dibutuhkan tubuh manusia. Mineral utama (mayor) adalah mineral yang kita perlukan lebih dari 100 mg sehari, sedangkan mineral minor (trace elements) adalah yang kita perlukan kurang dari 100 mg sehari. Kalsium, tembaga, fosfor, kalium, natrium dan klorida adalah contoh mineral utama, sedangkan kromium, magnesium, yodium, besi, flor, mangan, selenium dan zinc adalah contoh mineral minor
G. SOAL DAN PEMBAHASAN 1.
Sebanyak 20 gram minyak goreng dimasukkan dalam cawan porselin ( berat cawan 20,8630 gram ), kemudian dioven sehingga diperoleh data penimbangan berturut-turut 40,6712 gram, 40,6632 gram, 40,6630 gram. Tentukan kadar air dalam minyak goreng tersebut ! W :beratsampel : 20 gram beratcawankosong : 20,8630 gram W1 :beratcawan + sampelsebelumdioven : 20,8630 gram + 20 gram : 40,8630 gram Beratpenimbanganberturut-turut40,6712 gram; 40,6632 gram; 40,6630 gram. Berat yang dimasukkandalamperhitungan :40,6630 gram W2 :beratcawan + sampelsetelahdioven : 40,6630 gram Tentukankadar air dalamminyakgorengtersebut − kadar air = x 100 % W 40,8630 − 40,6630 kadar air = x 100 % 20 0,2 kadar air = x 100 % 20 20 kadar air = % 20 kadar air = 1 %
2. 18,2 gram kristal MgSO4.x H2O dipanaskan seluruh air kristalnya menguap dan massa yang tersisa 10,4 gram. Jumlah air kristal pada senyawa Massa MgSO4.x H2O = 18,2 g 19
Massa sisa
= 10,4 g
Massa air Kristal
= ( 18,2 – 10,4 ) g = 7,8 g
Mr MgSO4.x H2O = 1.Mg + 1.S + 4.O + x.H 2O = 1.24 + 1.32 + 4.16 + x .18 = 120 + 18x
massa A =
Mr A Mr total
massa H O =
7.8 = 7.8
x Masa total
x . Mr H O Mr MgSO . xH O
x . 18 120 + 18x
x Masa MgSO . xH O
. 18,2
(120 + 18x ) = 18x . 18,2
936 + 140,4 x = 327,6 x 936 = 327,6 x − 140,4 x 936 = 187,2 x
=
936 187,2
=5 3. Sebanyak 4 gram minyak goreng dimasukkan dalam cawan porselin ( berat cawan 20,9630 gram ), kemudian dioven sehingga diperoleh data penimbangan berturut-turut 24,7712 gram, 24,7632 gram, 24,7630 gram. Tentukan kadar air dalam minyak goreng tersebut ! W :beratsampel : 4 gram beratcawankosong : 20,9630 gram W1 :beratcawan + sampelsebelumdioven : 20,9630 gram + 4 gram : 24,9630 gram 20
Beratpenimbanganberturut-turut 24,7712 gram; 24,7632 gram; 24,7630 gram. Berat yang dimasukkandalamperhitungan : 24,7630 gram W2 :beratcawan + sampelsetelahdioven : 24,7630 gram Tentukankadar air dalamminyakgorengtersebut
kadar air =
kadar air =
kadar air =
kadar air =
W − W W
x 100 %
24,9630 − 24,7630 4 0,2 4 20 4
x 100 %
x 100 %
kadar air = 5 %
4.
A
5.
A
6.
A
7.
A
21
x 100 %
8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.
A A A A A A
a
22
