TUGAS PRAKTIKUM SINTESIS SENYAWA ANORGANIK
“Sintesis Zeolit-A”
Oleh : ZJAHRA VIANITA NUGRAHENI
1408 100 006
DWI AJENG AYU A.
1408 100 022
HAMIDATUL KHUSNIYAH
1408 100 038
ALI BUDIARJO
1408 100 052
MUTIA DEVI HIDAYATI
1408 100 066
ROSITA LOVA V.N.L.R.
1408 100 080
JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Latar Belakan Belakang g
Penemuan zeolit di dunia dimulai dengan ditemukannya Stilbit pada tahun 1756 oleh seorang seorang ilmuwan ilmuwan bernama A. F. Constedt. Constedt. Selama Selama leebih dari 250 tahu Zeolit telah telah dipelajari oleh para ahli mineral. Karena sifat unik dan kehasan dari zeolit, maka zeolit banyak digunakan untuk berbagai aplikasi di industri diantaranya zeolit digunakan di industri minyak bumi sebagai ‘cracking’, di industri deterjen sebagai penukar ion, pelunak air sadah dan di industri pemurnian air, serta berbagai aplikasi lain seperi pada pertanian, peternakan, perikanan, dean energi Di Indonesia zeolit ( Zeinlithos ) atau berarti juga batuan mendidih, jumlahnya sangat melimpah dan tersebar di berbagai daerah baik di pulau Jawa, Sumatera, dan Sulawesi. Pemanfaatan zeolit Indonesia untuk penggunaan secara langsung belum dapat dilakukan, karena zeolit Indonesia banyak mengandung campuran (impurities) sehingga perlu dilakukan pengolahan terlebih dahulu untuk menghilangkan atau memisahkannya dari kotoran-kotoran. Selain itu, saat ini zeolit juga dikembangkan untuk berbagai keperluan. Salah satu jenis zeolit yang tengah dikembangkan adalah jenis zeolit A. 1.2 Permasal Permasalahan ahan
Permasalahan dalam makalah ini adalah bagaimana cara untuk membuat atau mensintesis zeolit tipe A dan untuk menentukan struktur zeolit A dengan XRD serta menggunakan menggunakan zeolit A sebagai penukar ion untuk menghilangkan kesadahan air. 1.3 Tuj Tujuan uan
. Tujuan Tujuan yang yang ingin ingin dicapa dicapaii dalam dalam makala makalahh ini adalah adalah untuk untuk menge mengetah tahui ui cara cara membuat atau mensintesis zeolit tipe A dan untuk menentukan struktur zeolit A dengan XRD serta menggunakan zeolit A sebagai penukar ion untuk menghilangkan kesadahan air.
BAB II TNJAUAN PUSTAKA
2
2.1 Sejarah Zeolit
Semenjak awal tahun 1940-an, ilmuwan Union Carbide telah memulai penelitiannya untuk mensintesis zeolit dan mereka berhasil mensintesis zeolit A dan X murni pada tahun 1950. Penemuan zeolit di dunia dimulai dengan ditemukannya Stilbit pada tahun 1756 oleh seorang ilmuwan bernama A. F. Constedt. Constedt menggambarkan kekhasan mineral ini ketika berada dalam pemanasan terlihat seperti mendidih karena molekulnya kehilangan air dengan sangat cepat. Sesuai dengan sifatnya tersebut maka mineral ini diberi nama zeolit yang berasal dari dua kata Yunani, zeo artinya mendidih dan lithos artinya batuan (Kirk-Othmer, 1981). Diberi nama zeolit karena sifatnya yaitu mendidih dan mengeluarkan uap jika dipanaskan (Dyer ,1994). Pada tahun 1784, Barthelemy Faujas de Saint seorang profesor geologi Perancis menemukan sebuah formulasi yang cantik hasil penelitiannya tentang zeolit yang dipublikasikan dalam bukunya “Mineralogie des Volcans”. Akhirnya berkat jasanya, pada tahun 1842 zeolit baru tersebut dinamai Faujasit. Para ahli mineralogi memperkirakan bahwa zeolit berasal dari muntahan gunung berapi yang membeku menjadi batuan vulkanik, sedimen, batuan metamorfosa, dan selanjutnya melalui pelapukan karena pengaruh panas dan dingin yang terjadi dalam lubang-lubang dari batuan lava basal ( traps rock ) dan butiran halus dari batuan sediment piroklastik ( tuff ). Pada umumnya komposisi zeolit alam mengandung klinoptilolit, mordenit, chabazit, dan erionit. Kristal-kristalnya terbentuk dari proses hidrotermal yang melibatkan reaksi antara larutan garam atau dengan aliran lava (Barrer, 1982). 2.2 Definisi Zeolit
Zeolit merupakan senyawa alumino-silikat hidrat terhidrasi dengan unsur utama yang terdiri dari kation alkali dan alkali tanah terutama Ca, K dan Na, dengan rumus umum (LaAlbSic O2.nH2O) dimana L adalah logam. Sifat umum dari zeolit adalah kristal yang agak lunak dengan warna putih coklat atau kebiru-biruan. Senyawaan kristalnya berwujud dalam sruktur tiga dimensi yang tak terbatas dan memiliki rongga-rongga yang saling berhubungan membentuk saluran ke segala arah dengan ukuran saluran tergantung dari garis tengah logam alkali ataupun alkali tanah yang terdapat pada srukturnya. Dimana rongga-rongga tersebut akan terisi oleh air yang disebut air kristal. Jadi, zeolit merupakan senyawa alumino silikat terhidrasi yang terdiri dari tetrahedral (Si, Al) dan dikelilingi oleh atom‐atom O dalam ikatan tiga dimensi. Mineral zeolit yang paling umum dijumpai 3
adalah (Na,K)2O, Al2O3. 10 SiO2. 8H2O. Perbandingan antara atom Si dan Al yang bervariasi akan menghasilkan banyak jenis atau spesies zeolit yang terdapat di alam. Penggunaan zeolit pada umumnya didasarkan pada sifat-sifat kimia dan fisika zeolit, seperti penjerap, penukar kation dan katalis (Sugiyanto, 2000).
Gambar 2.1 Struktur Zeolit (Sugiyanto, 2000) 2.3 Proses Pembentukan Zeolit
Secara geologi, zeolit ditemukan dalam batuan tufa dari reaksi antara batuan tufa asam berbutir halus dan bersifat riolitik dengan air pori atau air meteoric (air hujan). Zeolit terbentuk dari hasil sedimentasi debu vulkanik yang telah mengalami proses alterasi. Ada empat proses sebagai gambaran awal terbentuknya zeolit, yaitu proses sedimentasi debu vulkanik pada lingkungan danau yang bersifat alkali, proses alterasi, proses diagenesis dan proses hidrotermal. a. Proses sedimentasi Pada tahap ini, terbentuk karena proses sedimentasi, yakni meliputi pelapukan, dapat berupa pelapukan fisik maupun pelapukan kimia. Erosi dan transportasi terutama dilakukan oleh media air. Proses pengendapan terjadi jika energi transport sudah tidak mampu mengangkut detritus tersebut. Kerangka tektonik pada suatu proses sedimentasi adalah sebagai kombinasi antara adanya penurunan(subsiding), keadaan stabil dan pengangkatan(rising) dari elemen-elemen tektonik di daerah batuan asal dan daerah pengendapan. b. Alterasi Alterasi merupakan perubahan komposisi mineralogi batuan (dalam keadaan padat) karena pengaruh suhu dan tekanan yang tinggi, dan tidak dalam kondisi isokimia menghasilkan 4
mineral lempung, kuarsa, oksida atau sulfida logam. Proses alterasi merupakan peristiwa sekunder pembentukan batuan. Alterasi terjadi pada intrusi batuan beku yang mengalami pemanasan dan pada struktur tertentu yang memungkinkan masuknya air meteoric untuk dapat mengubah komposisi mineralogy batuan (Kaharmen, 2008).
Gambar 2.2 Proses pembentukkan zeolit (Kaharmen, 2008). c. Proses Diagenesis Diagenesis merupakan proses fisika, kimia dan biologi yang secara umum mengubah sedimen menjadi batuan sedimen. Diagenesis kemungkinan berlanjut bekerja setelah sedimen menjadi batuan, mengubah tekstur dan mineraloginya. Proses diagenesis material organik yang diakibatkan oleh proses biologis lebih dominan terjadi dalam sedimen yang baru terendapkan (recently deposited) dan biasa terjadi pada kedalaman hingga 2 km serta temperatur maksimal 75oC. Proses diagenesis meliputi : – Kompaksi Kompaksi adalah proses yang menyebabkan volume sedimen berkurang. Ini dihasilkan oleh tekanan penutup (overburden), yang diakibatkan oleh berat dari sedimen dan batuan di atasnya. Tekanan ini mengakibatkan penyusunan kembali butiran dan pengeluaran fluida, hal ini menghasilkan pengurangan porositas batuan sedimen. Kemungkinan tingkat kompaksi merupakan fungsi dari ukuran butir, bentuk butir, pemilahan, porositas awal dan jumlah fluida yang terdapat dalam sedimen. – Rekristalisasi dan pelarutan Rekristalisasi adalah proses dimana kondisi fisika dan kima menyebabkan pengorientasian kembali kristallatticepada butir mineral. Rekristalisasi bekerja melalui pelarutan dan presipitasi dari fase mineral yang terdapat pada batuan. Ketika fluida melewati batuan atau sedimen, komponen pada sedimen yang tidak stabil karena 5
tekanan, pH, dan temperatur akan mengalami pelarutan. Kemudian material yang terlarut itu akan mengalami transportasi dan akan terpresipitasi pada pori-pori sedimen yang memiliki kondisi yang berbeda. – Sementasi Sementasi adalah proses di mana terjadi presipitasi kimia pada pembentukan kristal baru, terbentuk didalam pori-pori sedimen atau batuan yang mengikat satu butir dengan butir lainnya. Semen yang umum yaitu kuarsa, kalsit dan hematit. – Autigenisasi Autigenesis (neocrystalitation) adalah proses saat fase mineral baru mengalami kristalisasi di dalam sedimen atau batuan selama proses diagenesis maupun setelahnya. Mineral baru terbentuk melalui reaksi di dalam fase yang terdapat dalam sedimen atau batuan, dan juga muncul karena presipitasi dari material yang masuk melalui fase fluida, atau dihasilkan dari kombinasi sedimen primer dan material yang masuk. Beberapa yang tergolong dalam fase autogenesis, silikat seperti kuarsa, carbonat seperti kalsit dan dolomite, evaporate mineral seperti gypsum dan oksida seperti hematite. – Replacement Replacementyaitu proses ketika mieral baru menggantikan (secara kimia dan fisika) kondisi dalam pada endapan mineral. Replacement mungkin bersifat : Neomorphic, yang mana butiran yang baru memiliki fase yang sama dengan asalnya atau polimorpisme dari fase asalnya. Pseudomorficyang mana fase baru merupakan tiruan dari bentuk eksternal dari fase yang digantikan tetapi fasenya berbeda. Allomorphicyaitu replacement dalam bentuk fase baru yang biasanya berbeda bentuk kristalnya dan menggantikan sepenuhnya fase sediment asal. Fase replacement sama beragamnya dengan fase autigenesis, tetapi fase replacement yang penting yaitu dolomite, opal, kuarsa dan ilite. – Bioturbasi Bioturbasi adalah aktifitas biologis yang terjadi dekat permukaan, termasuk burrowing, boringdan pencampuran sedimen oleh organisme. Pada beberapa kasus proses ini dapat meningkatkan kompaksi, menghancurkan laminasi dan perlapisan. Selama proses bioturbasi beberapa organisme mempresipitasikan material yang berfungsi sebagai semen. (Geofact, 2010). d. Proses hidrotermal •
•
•
6
Produk akhir dari proses diferensiasi magmatik adalah suatu larutan yang disebut larutan magmatik yang mungkin dapat mengandung konsentrasi logam yang dahulunya berada dalam magma. Larutan magmatik ini yang juga disebut larutan hidrotermal banyak mengandung logam-logam yang berasal dari magma, yang sedang membeku dan diendapkan di tempat-tempat sekitar magma yang sedang membeku tadi. Larutan yang makin jauh dari magma, akan makin kehilangan panasnya. Dalam perjalanan menerobos batuan, larutan hidrotermal akan mendepositkan mineral-mineral yang dikandungnya di rongga-rongga batuan dan membentuk deposit celah (cavity filling deposit) atau melalui proses metasomatik membentuk deposit pergantian (replacement deposit). Berikut adalah penjelasan umum tentang macam – macam deposit; – Deposit hipotermal. Secara umum deposit hipotermal atau deposit replasemen terjadi pada kondisi suhu dan tekanan tinggi, pada daerah lebih dekat dengan batuan intrusifnya. – Depositepitermal Deposit epitermal atau deposit celah adalah deposit yang lebih banyak terjadi di daerah dengan suhu dan tekanan rendah yang terletak agak jauh dari batuan intrusifnya. 2.4 Penggolongan Zeolit
Zeolit tidak dapat diidentifikasi hanya berdasarkan analisa komposisi kimianya saja, melainkan harus dianalisa strukturnya. Zeolit hanya dapat diidentifikasi berdasarkan Unit Bangun Sekunder (UBS) Tetrahedra alumina dan silika (TO4) pada struktur kristal zeolit. Mineral zeolit yang paling umum dijumpai adalah klinoptirotit, yang mempunyai rumus kimia (Na3K3)(Al6Si30O72).24H2O. Ion Na+dan K+merupakan kation yang dapat dipertukarkan, sedangkan atom Al dan Si merupakan struktur kation dan oksigen yang akan membentuk struktur tetrahedron pada zeolit. Penggolongan zeolit antara lain : a. Berdasarkan cara dan lingkungan terbentuknya zeolit – Zeolit yang terbentuk pada temperatur yang tinggi, dimana pada masing- masing temperatur tertentu akan terbentuk jenis zeolit tertentu pula. Yang termasuk dalam gerup ini adalah akibat dari proses magmatik primer, proses metamorfosa kontak, hidrotermal, dan regional. – Zeolit yang terbentuk didekat permukaan lingkungan sedimentasinya dengan perubahan proses kimia merupakan faktor utama. Yang termasuk grup ini adalah 7
sebagai akibat pengaruh pergerakan air tanah, pelapukan ataupun karena sifat alkalin. – Zeolit yang terbentuk pada suhu rendah pada lingkungan pengendapan laut. – Zeolit yang terbentuk sebagai akibat dari terbentuknya craters di lingkungan dasar laut yang menghasilkan fase hidrotermal. (Sukandarrumidi, 2004). a. Berdasarkan rasio Si/Al – Zeolit silika rendah dengan perbandingan Si/Al adalah 1:5, memiliki konsentrasi kation paling tinggi, dan mempunyai sifat adsorpsi yang optimum, contoh zeolit silika rendah adalah zeolit A dan X. – Zeolit silika sedang, yang mempunyai perbandingan Si/Al adalah 2:5, contoh zeolit jenis ini adalah Mordernit, Erionit, Klinoptilolit, zeolit Y. – Zeolit silika tinggi, dengan perbandingan kadar Si/Al antara 10:100, bahkan lebih, contohnya adalah ZSM-5. a. Berdasarkan bahan baku pemanfaatannya – Zeolit alam merupakan jenis jenis zeolit yang tersedia di alam. Pada saat ini dikenal sekitar 40 jenis zeolit alam, meskipun yang mempunyai nilai komersial ada sekitar 12 jenis, diantaranya klinoptilolit, mordernit, filipsit, kabasit dan erionit. – Zeolit sintetik adalah suatu senyawa kimia yang mempunyai sifat fisik dan kimia yang sama dengan zeolit yang ada di alam, dibuat dari bahan lain dengan proses sintetis, dimodifikasi sedemikian rupa sehingga menyerupai zeolit yang ada di alam. (Kusumaningtyas, 2003). 2.5 Sifat Kimia Dan Fisika Mineral Zeolit
Sifat-sifat unik zolit meliputi dehidrasi, adsorben dan penyaring molekul, katalisator dan penukar ion dan katalis. Penjabarannya adalah sebagai berikut : a. Sifat Fisik – Morfologi Sifat zeolit sebagai adsorben dan penyaring molekul dimungkinkan karena struktur zeolit yang berongga, sehingga zeolit mampu menyerap sejumlah besar molekul yang berukuran lebih kecil atau sesuai dengan ukuran rongganya. Selain itu kristal zeolit yang telah terdehidrasi merupakan adsorben yang selektif dan mempunyai efektivitas adsorpsi yang tinggi. 8
– Densitas / Kerapatan Kerapatan zeolit cukup rendah, berkisar antara 1,9 – 2,3 g/ml. Dipengaruhi oleh keterbukaan kerangka dan jenis kation. Meningkat bila dilakukan pertukaran kation dengan ion logam yang berat Ba→Zeolit 2,8 g/ml. – Warna Pada keadaan murni (pure state), mineral zeolit tidak berwarna→Colourless. Berwarna (bila ada pengotor logam-logam transisi). Pertukaran kation : Golongan IA atau IIA ditukar dengan logam transisi dapat memberikan warna pada zeolit yang bergantung dari tingkat hidrasi dari kation tersebut. Ni-zeolite: lilac (terhidrasi) berwarna light green (dehidrasi). Co-zeolite: pink (terhidrasi) dan biru (dehidrasi). Perubahan warna pada zeolite dapat digunakan sebagai indikator adanya uap air. – Daya hantar listrik Dipengaruhi oleh kehadiran kation dan molekul air dalam rongga (cavities). Hantaran listrik pada zeolit bersifat ionik, disebabkan oleh perpindahan kation-kation. a. Sifat Kimia – Air dalam zeolit Zeolit mempunyai beberapa sifat antara lain mudah melepas air akibat pemanasan, tetapi juga mudah mengikat kembali molekul air dalam udara lembab. Pada umumnya struktur kerangka zeolit akan menyusut. Tetapi kerangka dasarnya tidak mengalami perubahan secara nyata. Disini molekul H2O seolah-olah mempunyai posisi yang spesifik dan dapat dikeluarkan secara reversibel. Bila merupakan bagian dari pembentuk kerangka berikatan hidrogen dengan O atau Si-OH. Bila dipanaskan secara mendadak dapat meyebabkan kerangka rusak. Proses hidrasi/dehidrasi kadang irreversible Bila bukan merupakan bagian dari pembentuk kerangka Ikatan dengan kerangka lemah membentuk ikatan Van der Waals. Bila dipanaskan dapat terusir seluruhnya. Proses reversible : Σ air keluar = Σ air masuk – Pengaruh pertukaran kation Keberadaan atom aluminium ini secara keseluruhan akan menyebababkan zeolit memiliki muatan negatif. Muatan negatif inilah yang menyebabkan zeolit mampu mengikat kation. Sifat zeolit sebagai penukar ion karena adanya kation logam •
•
•
•
•
9
alkali dan alkali tanah. Kation tersebut dapat bergerak bebas di dalam rongga dan dapat dipertukarkan dengan kation logam lain dengan jumlah yang sama. Akibat struktur zeolit berongga, anion atau molekul berukuran lebih kecil atau sama dengan rongga dapat masuk dan terjebak. Pertukaran kation biasanya diikuti dengan perubahan yang dramatis pada kestabilan termal, sifat adsorpsi, selektivitas dan aktivitas katalisis. Contoh pertukaran kation : Pertukaran kation untuk memperoleh H-zeolit : Na, K – Zeolite + NH4 +→ NH4 – Zeolite + Na+, K + NH4 – Zeolite → H – Zeolite (dilakukan pada T tinggi, terjadi termolisis/ penguraian NH 3). NH4 – Zeolite → H – Zeolite + NH3(g) Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat pertukaran kation pada zeolit Kation: jenis, ukuran (terhidrat / anhidrat). Suhu mempengaruhi kinetika reaksi. Konsentrasi kation dalam larutan. Anion yang berpasangan dengan kation tersebut dalam larutan. Pelarut (sebagian besar pertukaran ion dilakukan dalam pelarut air, aqueous) – Kemampuan sebagai katalis Kemampuan zeolit sebagai katalis berkaitan dengan tersedianya pusat- pusat aktif dalam saluran antar zeolit. Pusat-pusat aktif tersebut terbentuk karena adanya gugus fungsi asam tipe Bronsted maupun Lewis. Perbandingan kedua jenis asam ini tergantung pada proses aktivasi zeolit dan kondisi reaksi. Pusat-pusat aktif yang bersifat asam ini selanjutnya dapat mengikat molekul- molekul basa secara kimiawi. Sifat katalitis zeolit disebabkan kation pada atom Al zeolit yang dapat dipertukarkan dengan ion H dan aktif sebagai katalisis reaksi. •
•
•
•
•
•
•
•
2.6 Kelimpahan Zeolit Alam
Sampai saat ini lebih dari 50 mineral pembentuk zeolit alam sudah diketahui, tetapi hanya sembilan diantaranya yang sering ditemukan, yaitu klinoptilolit, mordenit, analsim, khabasit, erionit, ferierit, heulandit, laumonit dan filipsit. Dari hasil penyelidikan yang pernah dilakukan, jenis mineral zeolit yang terdapat di Indonesia adalah modernit dan klipnoptilolit. Daerah-daerah yang telah diketahui banyak mempunyai sumber daya 10
endapan zeolit adalah Jawa Barat, Jawa Timur, dan Lampung. Berbagai mineral zeolit tersebut telah dikenal dengan sifat adsorben dan kemampuan pertukaran ion yang dimilikinya. Di provinsi Jawa Barat dan Banten, sebaran zeolit terdapat dibeberapa kabupaten, antara lain : Kabupaten Lebak, Sukabumi, Bogor dan Tasikmalaya Daerah Bayah, Kabupaten Lebak, Banten. Endapan zeolit di daerah ini dijumpai di Desa Pasirgombong terdapat pada Satuan Tufa Citorek yang telah mengalami ubahan dan metamorfosa lemah. 2.7 Struktur Zeolit
Struktur zeolit dapat digambarkan seperti sarang lebah dengan saluran-saluran dan rongga-rongga yang dihasilkan oleh sambungan-sambungan kaku tetrahedral (Dyer, 1994). Struktur kristal dari mineral zeolit termasuk anggota kelas aluminosilikat. Zeolit merupakan kristal aluminosilikat terhidrasi yang mengandung kation alkali dan alkali tanah dalam kerangka tiga dimensinya, secara empiris mempunyai rumus sebagai berikut (Kirk-Othmer, 1978) : Mx/n[{AlO2}x{SiO2}y]. zH2O
Dimana, Mx/n: kation golongan IA dan IIA dalam sistem periodik, n: valensi logam alkali, x: bilangan tertentu alumina dari 2-10, y: bilangan tertentu silika dari 2-7, z: jumlah molekul air. Umumnya zeolit tersusun oleh satuan unit pembangun primer yang merupakan satuan unit terkecil tetrahedral SiO 4 dan AlO4. Dalam struktur zeolit, atom Si dan O tidak memiliki muatan,sedangkan atom Al bermuatan negatif sehingga struktur rantai aluminosilika tersebut akan dinetralkan oleh kation (contoh Na +, Ca +, dan K +). Klasifikasi zeolit yang merupakan senyawa aluminosilikat adalah sebagai berikut : 1. [AlO4]- dan [SiO4]- saling berhubungan pada sudut-sudut tetrahedralnya membentuk Al, Si framework 3D yang berpori. 2. Muatan pada framework dinetralkan dengan mengikat kation-kation monovalen atau divalen di dalam porinya. 3. Memiliki kemampuan sebagai penukar kation. 4. Mengikat molekul air di dalam pori-porinya. Berikut adalah beberapa contoh jenis mineral zeolit beserta rumus kimianya : Nama Mineral Rumus Kimia Unit Sel
11
Analsim Kabasit Klipnoptolotit Erionit Ferrierit Heulandit Laumonit Mordenit Filipsit Natrolit Wairakit
Na16(Al16Si32O96). 16H2O (Na2,Ca)6 (Al12Si24O72). 40H2O (Na4K 4)(Al8Si40O96). 24H2O (Na,Ca5K) (Al9Si27O72). 27H2O (Na2Mg2)(Al6Si30O72). 18H2O Ca4(Al8Si28O72). 24H2O Ca(Al8Si16O48). 16H2O Na8(Al8Si40O96). 24H2O (Na,K)10(Al10Si22O64). 20H2O Na4(Al4Si6O20). 4H2O Ca(Al2Si4O12). 12H2O
Pada tahun 1967, Meier mengklasifikasikan dan mengilusterasikan struktur zeolit berdasarkan susunan unit pembangunnya, yaitu: unit pembangun primer, sekunder, dan tersier. Unit pembangun primer berupa tetrahedral SiO 4 dan AlO4 yang merupakan satuan unit terkecil. Unit pembangun sekunder terbentuk dari rangkaian unit pembangun primer dengan cara setiap satu atom oksigen secara bersama sebagai sudut dua tetrahedral, membentuk cicin tunggal maupun ganda dengan 4, 5, 6, dan 8 tetrahedral. Unit pembangun tersier atau struktur ruang terbentuk dari ikatan unit pembangun sekunder satu sama lain dengan berbagai kombinasi. Kristal zeolit merupakan rangkaian tiga dimensi unit tersier tersebut. (Subagjo, 1993). •
•
•
Gambar 2.3 Bentuk unit pembangun primer zeolit (Smart, 1993).
12
Gambar 2.4 Bentuk- bentuk unit pembangun sekunder zeolit (Smart, 1993).
Gambar 2.5 Kerangka Zeolit (Subagjo, 1993). Adapun bentuk-bentuk dasar yang terkombinasi akan membentuk kristal berpori dengan pola dan dimensi saluran-saluran sejajar yang saling terhubungkan oleh saluran lain yang tegak lurus dengan variasi ukuran tertentu. Molekul tamu, yaitu molekul yang teradsorpsi atau bereaksi dengan bantuan permukaan zeolit, berdifusi menyusuri saluran pori untuk mencapai permukaan dalam zeolit. Pengelompokan sistem pori zeolit berdasarkan dimensi arah difusi molekul tamu di dalam kristal zeolit dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu sistem pori satu dimensi, sistem pori dua dimensi, dan sistem pori tiga dimensi (Subagjo, 1993). Berdasarkan ukuran pori zeolit terbagi tiga kelompok besar, yaitu sistem pori cincin 8 oksigen, sistem pori 10 oksigen, dan sistem pori cincin 12 oksigen (Subagjo, 1993). Zeolit alam mempunyai struktur kristal berdimensi tiga dengan pori-pori yang banyak. Struktur zeolit yang berpori dengan cairan di dalamnya mudah lepas karena pemanasan sehingga sifatnya spesifik, yaitu dapat menyerap bahan lain yang ukuran 13
molekulnya lebih kecil dari ukuran porinya (Dorfner, 1991). Zeolit sebagai padatan anorganik yang berwarna kebiru-biruan memiliki sifat-sifat yang sangat unik, diantaranya adalah sangat berpori, mempunyai kemampuan menukar ion, keasaman, dan mudah dimodifikasi. Penukar zeolit yang luas (sangat berpori) dikarenakan adanya rangkaian-rangkaian dari unit pembangun primer tetrahedral silika dan alumina. Pori-porinya berukuran molekul yang terbentuk dari tumpukan cincin beranggotakan 6, 8, 10, atau 12 tetrahedral (Barrer,1982). Saluran pori pada zeolit berisi molekul air terbentuk akibat proses hidrasi udara disekeliling kation penukar. Melalui pemanasan air akan terurai dan saluran-saluran pori akan mengadsorpsi pada permukaan dalam dari ruang (Prayitno, 1989). Zeolit mempunyai selektivitas tinggi dan sering digunakan untuk mengisolasi kation-kation yang diikat. Menurut Mumpton dan Fishman (1978), pertukaran zeolit bersifat membuka ikatan kerangka tetrahedralnya sehingga dapat terurai atau bertukar dengan mudah oleh pencucian suatu larutan yang kuat. Artinya, zeolit dapat memberikan ion-ion logam dengan adanya penambahan larutan garam (Prayitno, 1989). 2.8 Aplikasi Zeolit
Secara umum zeolit alam maupun zeolit sintetis memiliki nilai ekonomi yang bisa dikatakan tinggi, hal ini mengingat dari mineral zeolit yang jika diolah lebih lanjut akan dapat dimanfaatkan secara optimum. Zeolit mempunyai banyak kegunaan, dimana setiap kegunaan yang dimiliki tentunya tidak terlepas dari sifat – sifat unik yang dimilikinya, sifat-sifat unik tersebut meliputi dehidrasi, adsorben, penyaring molekul, katalisator dan penukar ion. Adapun kegunaan dari zeolit adalah, untuk peningkatan unsur hara tanah, penjernih air, pembersih limbah pabrik, pakan ternak, dll. Berikut ini disajikan ulasan tentang pemanfaatan zeolit di berbagai bidang. a. Bidang pertanian dan perkebunan Berdasarkan kepada Kapasitas Pertukaran Kation dan retensivitas terhadap air yang tinggi, zeolit sekarang ini telah banyak digunakan untuk memperbaiki sifat tanah atau untuk efisiensi unsur hara pada pupuk ataupun pada tanah itu sendiri, misalnya saja pada tanah latosol. Berdasarkan kriteria penilaian sifat kimia tanah, tanah latosol mempunyai pH sangat masam (4.44), KTK tanah termasuk rendah, kejenuhan basa sangat rendah, C organik sedang, N total sangat rendah dan kejenuhan alumunium tinggi. Secara keseluruhan tanah ini mempunyai tingkat kesuburan rendah.
14
Padahal kita ketahui bahwa tanaman darat dapat tumbuh baik pada tanah yang gembur dan subur, maka agar tanaman dapat tumbuh baik pada tanah latosol, perlu dilakukan usaha untuk meningkatkan kesuburan tanah. Salah satu usaha yang dilakukan antara lain dengan penambahan bahan amelioran seperti zeolit. Penambahan zeolit dapat meningkatkan jumlah unsur K, Ca, Mg dan Na serta meningkatkan KTK tanah. Hal ini bisa terjadi karena zeolit memiliki kemampuan mempertukarkan kation – kation. Prinsipnya adalah, kation – kation yang dimiliki berupa alkali dan alkali tanah pada struktur zeolit dapat bergerak bebas, sehingga dengan adanya dorongan keluar oleh ion H+, kation seperti K, Ca, Mg dan Na dapat berpindah dari zeolit ke medium tanah yang dapat menyebabkan suplai basa – basa. Selain itu zeolit mengandung unsur-unsur hara makro dan mikro yang dapat disumbangkan ke dalam tanah. Penambahan zeolit dapat memperbaiki agregasi tanah sehingga meningkatkan pori-pori udara tanah yang berakibat merangsang pertumbuhan akar tanaman. Luas permukaan akar tanaman menjadi bertambah yang berakibat meningkatnya jumlah unsur hara yang dapat diserap oleh tanaman. Untuk memperoleh manfaat tersebut zeolit dapat digunakan dengan bebagai cara, di antaranya adalah dengan cara ditebarkan langsung ke tanah sebagai bahan pembenah tanah, dicampur dengan pupuk untuk meningkatkan efisiensinya, atau dapat juga dicampurkan langsung pada media tumbuh tanaman. b. Bidang Peternakan Dalam bidang ini, zeolit telah digunakan secara komersial , terutama di negara-negara Eropa dan Jepang. Di Indonesia zeolit telah digunakan sebagai tambahan dalam makanan ternak domba dan sapi hingga sekarang ini masih dalam tahap penelitian. Penggunaan zeolit dalam bidang peternakan didasarkan kepada dua sifat zeolit yang penting, yaitu kapasitas pengikat ion NH 4+ yang berasal dari ammonia sangat besar dan afinitas zeolit terhadap ion-ion yang bersifat racun. Sifat zeolit sebagai penukar ion masih berperan dalam kegunaannya di bidang ini. Selain itu mineral zeolit yang banyak mengandung Ca, K, Mg dan Na juga baik bagi tubuh hewan dengan kadar tertentu. Tambahan zeolit pada pakan ternak hewan – hewan ruminensia juga diketahui dapat mereduksi penyakitlembuhg yang dideritanya. c. Bidang Perikanan Zeolit disini berfungsi sebagai pengontrol kandungan ion NH4+ di dalam air. Kandungan amonia yang tinggi dalam kolam bisa jadi berasal dari kotoran ikan, bakas pakan ikan yang membusuk, atau karena sirkulasi air kolam yang kurang baik. 15
Tingginya kadar amonia dalam kolam akan sangat tidak baik bagi ikan ataupun hewan tambak lainnya. Oleh karena kemampuannya sebagai penukar kation, zeolit dapat dimanfaatkan untuk mengikat kation NH 4+,cara yang digunakan biasanya hanya dengan menebarkan serbuk zeolit ke dalam kolam. Reaksi antara zeolit dengan ion amonium sebagai berikut : NH4+ + Na, K – Zeolit → NH4 – Zeolit Sehingga ion amonium yang telah terikat dengan zeolit akan terperangkap di dalam rongga yang dimiliki zeolit, dan air kolam kondisinya akan semakin baik karena kadar amoniumnya berkurang. d. Bidang pengolahan air Pada bidang pengolahan air, zeolit bisa dimanfaatkan untuk penghilangan kesadahan air. Dalam hal ini zeolit dimanfaatkan sebagai media filter dan media adsorpsi. Air sadah adalah air yang banyak mengandung mineral kalsium atau magnesium di dalamnya. Air sadah sukar digunakan untuk mencuci karena senyawa kalsium dan magnesium bereaksi dengan sabun membentuk endapan dan mencegah terjadinya busa dalam air. Oleh karena senyawa-senyawa kalsium dan magnesium relatif sukar larut dalam air, maka senyawa-senyawa itu cenderung untuk memisah dari larutan dalam bentuk endapan atau presipitat yang akhirnya menjadi kerak. Untuk memperoleh air bersih yang layak dikonsumsi diperlukan suatu cara untuk mengatasi kasadahan air tersebut. Salah satu cara yang bisa adigunakan adalah filtrasi, dan dengan sifat yang dimiliki zeolit dapat berperan baik sebagai penyaring air sadah untuk memperoleh air bersih. Tidak semua zeolit bisa digunakan, dipilih zeolit yang kationnya bukan merupakan penyebab kesadahan air, untuk hal ini zeolit jenis klinoptilolit yang kationnya adalah Na dapat digunakan. Zeolit yang diletakkan sebagai filter dan akaa dileati oleh air sadah akan bereaksi kontinu sesuai persamaan reaksi berikut : Na – Zeolit + CaCl 2 → Ca – Zeolit + 2NaCl Dari reaksi di atas terliihat bahwa antara kation Ca dan Na dipertukarkan. e. Bidang pengolahan limbah Zeolit yang telah diaktifkan baik secara fisika dengan pemanasan maupun secara kimia dengan penambahan asam atau basa mampu meredam / menurunkan kandungan logam Fe, Mn, Zn, dan Pb yang terdapat dalam air tanah. Selain itu juga mampu menurunkan kandungan amoniak dalam air buangan. Zeolit yang telah diaktifkan atau didehidrasi
16
sehingga kehilangan molekul airnya menyebabkan rongga yang ada akan lebih efektif untuk menjerap logam – logam berat yang ada pada limbah. 2.9 Fungsi Zeolit •
•
•
Zeolit sebagai agen pendehidrasi Kristal zeolit normal mengandung molekul air yang berkoordinasi dengan kation penyeimbang. Zeolit dapat didehidrasi dengan memanaskannya. Pada keadaan ini kation akan berpindah posisi, sering kali menuju tempat dengan bilangan koordinasi lebih rendah. Zeolit terdehidrasi merupakan bahan pengering ( drying agents ) yang sangat baik. Penyerapan air akan membuat kation kembali menuju keadaan koordinasi tinggi. Zeolit sebagai penukar ion Kation Mn+ pada zeolit dapat ditukarkan oleh ion lain yang terdapat pada larutan yang mengelilinginya. Dengan sifat ini zeolit-A dengan ion Na + dapat digunakan sebagai pelunak air ( water softener ) dimana ion Na+ akan digantikan oleh ion Ca 2+ dari air sadah. Zeolit yang telah jenuh Ca 2+ dapat diperbarui dengan melarutkannya ke dalam larutan garam Na + atau K + murni. Zeolit-A sekarang ditambahkan ke dalam deterjen sebagai pelunak air menggantikan polipospat yang dapat menimbulkan kerusakan ekologi. Produksi air minum dari air laut menggunakan campuran Ag dan Ba zeolit merupakan proses desalinasi yang baik walaupun proses ini tergolong mahal. Beberapa zeolit mempunyai affinitas besar terhadap kation tertentu. Clipnoptilolite (HFU) merupakan zeolit alam yang digunakan untuk recovery 137Cs dari sampah radioaktif. Zeolit-A juga dapat digunakan untuk mengisolasi strontium. Zeolit telah digunakan secara besar-besaran untuk membersihkan zat radioaktif pada kecelakaan Chernobyl dan Three-Mile Island. Zeolit juga digunakan untuk mengurangi tingkat pencemaran logam berat seperti Pb, Cd, Zn, Cu 2+, Mn2+, Ni2+ pada lingkungan. Modifikasi zeolit sebagai adsorben anion seperti NO3-, Cl-, dan SO4- telah dikembangkan melalui proses kalsinasi zeolit-H pada suhu 550 0C. Zeolit sebagai adsorben Zeolit yang terdehidrasi akan mempunyai struktur pori terbuka dengan internal surface area besar sehingga kemampuan mengadsorb molekul selain air semakin tinggi. Ukuran cincin dari jendela yang menuju rongga menentukan ukuran molekul yang dapat teradsorb. Sifat ini yang menjadikan zeolit mempunyai 17
•
kemampuan penyaringan yang sangat spesifik yang dapat digunakan untuk pemurnian dan pemisahan. Chabazite (CHA) merupakan zeolit pertama yang diketahui dapat mengadsorb dan menahan molekul kecil seperti asam formiat dan metanol tetapi tidak dapat menyerap benzena dan molekul yang lebih besar. Chabazite telah digunakan secara komersial untuk mengadsorb gas polutan SO 2 yang merupakan emisi dari cerobong asap. Hal yang sama terdapat pada zeolit-A dimana diameter jendela berukuran 410 pm yang sangat kecil dibandingkan diameter rongga dalam yang mencapai 1140 pm sehingga molekul metana dapat masuk rongga dan molekul benzena yang lebih besar tertahan diluar. Selain itu zeolit juga dapat digunakan sebagai adsorben zat warna brom dan untuk pemucatan minyak sawit mentah. Zeolit yang digunakan sebagai penyaring molekular tidak menunjukkan perubahan cukup besar pada struktur kerangka dasar pada dehidrasi walaupun kation berpindah menuju posisi dengan koordinasi lebih rendah. Setelah dehidrasi, zeolit-A dan zeolit lainnya sangat stabil terhadap pemanasan dan tidak terdekomposisi dibawah 700 0C. Volume rongga pada zeolit-A terdehidrasi adalah sekitar 50% dari volume zeolit. Zeolit sebagai katalis Aktivitas katalitik dari zeolit terdeionisasi dihubungkan dengan keberadaan situs asam yang muncul dari unit tetrahedral [AlO 4] pada kerangka. Situs asam ini bisa berkarakter asam Bronsted maupun asam Lewis. Zeolit sintetik biasanya mempunyai ion Na+ yang dapat dipertukarkan dengan proton secara langsung dengan asam, memberikan permukaan gugus hidroksil (situs Bronsted). Jika zeolit tidak stabil pada larutan asam, situs Bronsted dapat dibuat dengan mengubah zeolit menjadi garam NH4+ kemudian memanaskannya sehingga terjadi penguapan NH 3 dengan meninggalkan proton. Pemanasan lebih lanjut akan menguapkan air dari situs Bronsted menghasilkan ion Al terkoordinasi 3 yang mempunyai sifat akseptor pasangan elektron (situs lewis). Permukaan zeolit dapat menunjukkan situs Bronsted, situs Lewis ataupun keduanya tergantung bagaimana zeolit tersebut dipreparasi. Tidak semua katalis zeolit menggunakan prinsip deionisasi atau bentuk asam. Sifat katalisis juga dapat diperoleh dengan mengganti ion Na + dengan ion lantanida seperti La3+ atau Ce3+. Ion-ion ini kemudian memposisikan dirinya sehingga dapat mencapai kondisi paling baik yang dapat menetralkan muatan negatif yang terpisah dari tetrahedral Al pada kerangka. Pemisahan muatan menghasilkan gradien medan 18
elektrostatik yang tinggi di dalam rongga yang cukup besar untuk mempolarisasi ikatan C-H atau mengionisasi ikatan tersebut sehingga reaksi selanjutnya dapat terjadi. Efek ini dapat diperkuat dengan mereduksi Al pada zeolit sehingga unit [AlO4] terpisah lebih jauh. Tanah jarang sebagai bentuk tersubtitusi dari zeolit-X menjadi katalis zeolit komersial pertama untuk proses cracking petroleum pada tahun 1960an. Akan tetapi katalis ini telah digantikan oleh Zeolit-Y yang lebih stabil pada suhu tinggi. Katalis ini menghasilkan 20% lebih banyak petrol (gasolin) daripada zeolit-X. Cara ketiga penggunaan zeolit sebagai katalis adalah dengan menggantikan ion Na+ dengan ion logam lain seperti Ni 2+, Pd2+ atau Pt2+ dan kemudian mereduksinya secara in situ sehingga atom logam terdeposit di dalam kerangka zeolit. Material yang dihasilkan menunjukkan sifat gabungan antara sifat katalisis logam dengan pendukung katalis logam (zeolit) dan penyebaran logam ke dalam pori dapat dicapai dengan baik. Teknik lain untuk preparasi katalis dengan pengemban zeolit melibatkan adsorsi fisika dari senyawa anorganik volatil diikuti dengan dekomposisi termal. Ni(CO) 4 dapat teradsorb pada zeolit-X dan dengan pemanasan hati-hati akan terdekomposisi meninggalkan atom nikel pada rongga. Katalis ini merupakan katalis yang baik untuk konversi karbon monoksida menjadi metana. Zeolit mempunyai tiga tipe katalis selektif bentuk, yaitu : 1. Katalis selektif reaktan Dimana hanya molekul (reaktan) dengan ukuran tertentu yang dapat masuk ke dalam pori dan akan bereksi di dalam pori. 2. Katalis selektif produk Hanya produk yang berukuran tertentu yang dapat meninggalkan situs aktif dan berdifusi melewati saluran ( channel ) dan keluar sebagai produk. 3. Katalis selektif keadaan transisi Reaksi yang terjadi melibatkan keadaan transisi dengan dimensi yang terbatasi oleh ukuran pori. 2.10 Rekayasa zeolit
Penelitian mengenai zeolit telah berkembang menuju preparasi material baru dengan memasukkan berbagai molekul atau ion ke dalam sangkar zeolit. Misalnya pigmen ultramarine pada struktur sodalite dan mengandung ion S 3- yang terjerat pada sangkar yang memberikan warna biru yang menarik. 19
Salah satu bidang penelitian ini telah terfokus pada pembentukan deposit material semikonduktor pada sangkar zeolit. Hasilnya berupa partikel yang sangat kecil yang disebut titik quantum (quantum dots). Partikel ini mempunyai sifat elektronik, magnetik dan optikal yang sangat menarik yang merupakan konsekuensi dari ukurannya daripada dari komposisi kimia. Selama proses pengisian pori, titik quantum menjadi bersambung dan material yang dihasilkan mempunyai sifat intermediet diantara partikel diskrit dan bulk semikonduktor. Salah satu contohnya adalah band gap semikonduktor CdS yang membentuk kubik diskrit klaster (CdS)4 pada sangkar sodalite dari zeolit-A, -X dan –Y yang berbeda dengan bulk CdS. Berbagai molekul atau ion lain dapat dimasukkan ke dalam β-cages dari zeolit termasuk logam alkali, perak dan garam perak, selenium serta berbagai polimer konduktif. Berbagai material baru ini sedang diteliti dengan pusat perhatian pada sifat fisika yang penting (semikonduktor, fotokonduktif dan konduktivitas ion, luminescence, warna dan efek ukuran quantum) yang kemudian mempunyai kemungkinan eksploitasi secara komersial. 2.11 Zeolit A
Zeolit tipe A dibentuk dari oktahedral terpotong yang tergabung dengan 4 cincin. Sistem jalur tiga dimensinya terdiri dari rongga besar yang memiliki diameter bebas sekitar 11 Å, dipisahkan oleh celah dari cincin oksigen. Celah kecilnya mempunyai diameter bebas 4,2 Å sehingga tidak memungkinkan semua jenis hidrokarbon kecuali normal parafin dan linier olefin. Zeolit A dapat dibuat dengan menambahkan Na2SiO2·5H2O ke dalam larutan campuran basa kuat dan aluminium. Setelah melalui proses pemanasan, kemudian dilakukan proses penyaringan, pencucian dan pengeringan (Breck, 1974). Zeolit A merupakan zeolit sintesis yang tergolong zeolit berkadar silika rendah ( Low Silica ) dengan stuktur kristal berbentuk kubik atau Linde Type A (LTA). Zeolit ini memiliki kandungan alumina yang tinggi serta permukaan muatan negatif yang kuat akibat struktur tertahedral dari [AlO4]-5, sehingga dapat digunakan sebagai penukar ion yang baik. Kerangka aluminosilikat dari zeolit A terdiri dari struktur kubik sederhana dengan delapan tetrahedra (empat cincin rangkap) dan sebuah oktahedron dengan 24 tetrahedra sebagai sangkar-β. Hasil ini tersusun dari unit pusat berupa potongan oktahedral pada bagian sudut kubus. Pembukaan dari saluran β kurang lebih 6,6 Å. Zeolit A mempunyai struktur pori tiga dimensi dengan pori yang saling tegak lurus pada masing20
masing arah dimensi x, y, and z. Zeolit A tersusun atas unit-unit pembentuk sekunder 4, 6, 8, and 4-4 sehingga mempunyai rongga yang lebih besar dengan diameter minimum 11.4 Å. Luas rongga pada unit sel bagian tengah, disebut sebagai sangkar α. Rongga dikelilingi oleh delapan sangkar yang terhubung oleh muka persegi struktur kubiknya. Unit sel berbentuk kubik dengan ukuran (a = 24.61Å) dengan rasio Si/Al = 1. Zeolite A mempunyai struktur supercage yang sangat berguna dalam reaksi katalisis spesifik. Ruang kosong yang cukup besar sebagai tempat untuk reaksi perubahan struktur, dan karena ukuran pori yang kecil maka reaksi hanya spesifik untuk molekul dengan struktur tertentu untuk bereaksi, seperti molekul n-paraffin dan olefin. Zeolite A juga digunakan luas sebagai penukar ion. Zeolit A juga sering dinamakan dengan zeolit 4A atau Na-A.
Gambar 2.6 Struktur ideal kerangka zeolit dari tetrahedral (Smart, 1993).
Gambar 2.7 Struktur kristal Zeolit A (Smart, 1993).
21
Gambar 2.8 Struktur permukaan zeolit A menggunakan SEM (Chunfeng, 2008). 2.12 Metode Difraksi Sinar – X (X – Ray Difraction) untuk Analisa Zeolit-A
Difraksi sinar–X merupakan suatu metode analisis yang didasarkan padainteraksi antara materi dengan radiasi elektromagnetik sinar–X (mempunyai λ = 0,5-2,5 Ǻ dan energi ±107 eV), yakni pengukuran radiasi sinar-X yang terdifraksioleh bidang kristal (Endang Tri Wahyuni, 2003). Penghamburan sinar–X olehunit-unit padatan kristalin, akan menghasilkan pola-pola difraksi yang digunakanuntuk menentukan susunan partikel pada kisi padatan (Chang, 1998). Kegunaan metode ini adalah : 1. Penentuan struktur kristal yakni bentuk dan ukuran sel satuan kristal,pengindeksan bidang kristal, dan jumlah atom per sel satuan. 2. Analisis kimia yakni identifikasi kristal, penentuan kemurnian hasil sintesis dandeteksi senyawa baru. Dasar dari analisis kimia adalah bahwa setiap jarak antar bidang kristal (d) karakteristik untuk senyawa tertentu. Pola difraksi pada setiap materi akan berbeda satu sama lain sehinggadapat digunakan untuk identifikasi dan memberikan informasi mengenaikesimetrian serta ukuran unit-unit molekuler (Endang Tri Wahyuni, 2003). Proses difraksi sinar–X dipelajari oleh Bragg, yakni jika dua berkas sinar yang parallel mengenai bidang-bidang kristal yang sama dengan jarak antar bidang (d), maka perbedaan jarak yang ditempuh oleh kedua sinar tersebutberbanding langsung dengan panjang gelombangnya. Persamaan Braggdinyatakan sebagai berikut : n λ = 2 d sin θ
Dimana : λ = Panjang gelombang sinar-X d = Jarak antar bidang (interplanar distances) θ = Sudut difraksi 22
Metode difraksi pada sampel berbentuk serbuk halus digunakan secaraluas, karena semua bidang kristal yang ada dapat terorientasi sedemikian rupa sehingga dapat mendifraksi sinar-X. Pada metode ini, susunan alat difraksi sinar-X sebagai berikut : 1. Tabung sinar-X , merupakan tempat produksi sinar-X, berisi katodafilamen tungsen (W) sebagai sumber elektron dan anoda yang berupalogam target. 2. Goniometer, bergerak memutar selama alat dioperasikan. Alat ini satuunit dengan tempat sampel dan detektor. 3. Tempat sampel, berupa lempeng logam atau plat kaca yang cekungatau berlubang ditengahnya, dimana sampel serbuk diisikan. Sampelakan berputar bersama goniometer dan membentuk sudut terhadapsinar–X yang datang. 4. Detektor gas, berisi gas yang sensitif terhadap sinar–X, katoda dananoda. Atom-atom gas terionisasi saat terkena sinar–X membentuk elektron yang menuju katoda dan kation menuju anoda sehinggamenghasilkan arus listrik yang diubah menjadi pulsa yang dihitungoleh Scaler and counter. 5. Difraktometer (Scaler and counter), berfungsi mendeteksi posisi sudutdifraksi dan intensitasnya. 6. Rekorder, berfungsi menampilkan keluaran berupa pola difraksi ataudifraktogram yang menyatakan hubungan antara intensitas dengansudut difraksi 2θ. (Endang Tri Wahyuni, 2003).
Sedangkan dalam penelitian ini, difraksi sinar–X digunakan untuk memberikan informasi tentang jenis mineral dan tingkat kristalinitas struktur komponen penyusun sampel. Jenis mineral penyusun sampel ditunjukkan olehdaerah munculnya puncak 2θ, sedangkan tingkat kristalinitas struktur komponenditunjukkan oleh tinggi-rendahnya intensitas puncak. Spektra mineral dari hasilanalisis difraksi sinar–X dicocokan nilai 2θnya dengan data JCPDS (Joint Commite on Powder Diffraction Standards) sehingga akan diketahui jenis mineral di dalam sampel. 2.13 Titrasi Kompleksometri
Kompleksometri adalah suatu analisa volumetri yang didasarkan ataspembentukan senyawa kompleks yang stabil. Analisa ini digunakan untuk menentukan bermacammacam kation yaitu : Ca2+, Mg2+, Ni2+, Cu2+ dan lain-lain.Dengan menggunakan larutan standart kompleks organik dimana logam-logamtersebut membentuk senyawa-senyawa 23
yang stabil.Banyak kompleks organik logam yang tidak larut dalam air dan dipakaiuntuk pemisahan ion-ion logam. Schwarsen Back telah menemukan asam amino polikarboksilat dan garam-garamnya, yang ternyata adalah kompleks yangsangat stabil dan baik. Tetapi karena asam tersebut sukar larut dalam air, makadipakai garamnya yaitu Na-Etilen Diamin Tetra Asetat (Na2H2EDTA) dengan rumus bangunnya adalah sebagai berikut :
EDTA sering ditulis dalam bentuk H 4Y. Reaksi yang terjadi dalam kompleksometri yaitu :
+ 2Hagar pH tetap Dari titrasi diatas makin lama ion H+ makin banyak, maka untuk menjaga harus ditambah larutan buffer yaitu campuran dari NH 4OH danNH4Cl. Sedangkan indikator yang digunakan adalah Eriochrome Black T (EBT),apabila indikator ditambahkan dalam air yang dianalisa akan membentuk senyawa kompleks dengan Ca 2+ dan Mg2+ dalam bentuk yang lebih stabil dengan EDTA. Pada titik ekivalen warna merah anggur dari larutan menjadi biru karena terbentuk anion indikator. Metode ini digunakan untuk menentukan kesadahan air (Jumaeri, 2000). +
24
