bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
I.1
Latar Belakang
Nanoteknologi menjadi hal menarik untuk dipelajari karena peran dan
fungsinya dalam meningkatkan kesejahteraan hidup manusia. Secara umum
nanoteknologi dapat didefinisikan sebagai teknologi perancangan (desain),
pembuatan dan aplikasi struktur atau material yang berdimensi nanometer.
Nanoteknologi adalah ilmu dan rekayasa dalam penciptaan material, struktur
fungsional, maupun piranti dalam skala nanometer (Abdullah dan Khairurijjal,
2009). Jadi nanoteknologi tidak hanya sebatas bagaimana cara menghasilkan
material atau partikel yang berukuran nanometer, melainkan memiliki pengertian
yang lebih luas termasuk bagaimana cara memproduksi serta mengetahui
kegunaan dan sifat yang muncul dari material nano yang telah dihasilkan.
Penelitian di bidang nanoteknologi telah menciptakan produk-produk baru
dengan kinerja yang lebih baik. Hal ini mengarahkan penelitian kimia untuk
melakukan sintesis material berukuran nano atau sering disebut nanopartikel. Di
antara nanopartikel yang telah dipelajari, nanopartikel perak telah banyak menjadi
fokus dari penelitian karena memiliki potensi aplikasi yang besar dalam berbagai
sektor kehidupan dan industri. Nanopartikel perak menjadi topik yang cepat
berkembang dan berkontribusi dalam meningkatkan jumlah publikasi ilmiah yang
membahas terkait pengembangan teknik preparasi koloid nanopartikel perak dan
karakter nanopartikel yang dihasilkan (El-Kheshen dan El-Rab, 2012).
Nanopartikel perak memiliki sifat yang unik dan berbeda dengan
logamnya (bulk metal) ditinjau dari ukuran dan luas permukaannya sehingga
dapat diaplikasikan dalam bidang optik, katalisis, dan bidang lainnya (Hsu dan
Wu, 2011). Selain itu, nanopartikel perak juga dapat digunakan sebagai biosensor,
deteksi biomolekular, diagnostik, dan antimikroba karena nanopartikel perak
bersifat ramah lingkungan (Hussain dkk., 2011). Berbagai manfaat dari
nanopartikel perak menyebabkan para peneliti menyelidiki metode sintesis dan
spesi kimia yang tepat untuk menghasilkan karakter nanopartikel yang aplikatif.
1
2
Sintesis nanopartikel perak dapat dilakukan dengan beberapa metode
seperti metode elektrokimia (Liu dkk., 2001), radiolisis (Soroushian dkk., 2005),
fotokimia (Li dkk., 2005), proses dengan miscell (Xie dkk., 2006), sintesis
solvotermal (Alagumuthu dan Kirubha, 2006), dan reduksi kimia (Guzman dkk.,
2009). Masing-masing metode menghasilkan karakter fisik nanopartikel perak
yang berbeda. Sintesis nanopartikel perak yang paling sering digunakan yaitu
metode reduksi kimia garam perak dengan larutan perak nitrat sebagai prekursor.
Metode ini dipilih karena relatif mudah dilakukan, dapat dilakukan dalam skala
besar, hemat energi, dan memungkinkan banyak improvisasi pada reduktor yang
digunakan untuk menghasilkan nanopartikel dengan ukuran dan distribusi ukuran
yang kecil serta stabilitas yang tinggi. Metode reduksi kimia dilakukan dengan
mereaksikan suatu spesi kimia yang dapat mereduksi ion perak yang bermuatan
positif menjadi atom perak. Terbentuknya nanopartikel perak ditandai dengan
munculnya Surface Plasmon Resonance (SPR) pada daerah 350-600 nm (AlThabaiti dkk., 2008), tergantung dari karakter fisik nanopartikel perak yang
berupa morfologi, ukuran, dan distribusi ukuran.
Vanýsek (2010) menyatakan bahwa harga potensial reduksi dari ion perak
(EºAg+/Ag0) adalah +0,7996 V. Hal ini membuat ion perak(I) mudah untuk
direduksi oleh berbagai senyawa organik maupun senyawa anorganik. Berbagai
jenis reduktor dengan gugus aktif yang berbeda telah berhasil mereduksi ion
perak(I) dan dilibatkan untuk menyelidiki morfologi, ukuran, dan stabilitas
nanopartikel perak, di antaranya natrium
borohidrat (Solomon dkk., 2007),
hidrazin hidrat (Guzman dkk., 2009), natrium sitrat (Šileikaitė dkk., 2009), anilin
(Hussain dkk., 2011), asam aspartat (Rafey dkk., 2011), ekstrak tanaman Ipomoea
carnea (Ganaie dkk., 2014) dan masih banyak reduktor yang lain. Dalam sintesis
nanopartikel perak dengan metode reduksi kimia, spesi kimia yang memiliki
rantai tiol, amina, hidroksi, dan karboksil dapat digunakan sebagai reduktor ion
perak(I) (Hsu dkk., 2011).
Reduktor yang telah dilaporkan oleh peneliti dalam jurnal ilmiah, sebagian
besar mengandung gugus fungsi karboksilat, seperti natrium sitrat (Šileikaitė dkk.,
2009, Udapudi dkk., 2012, Ristian, 2013, Ariyanta dkk., 2014), sistein (Khan dan
3
Thalib, 2010), asam aspartat (Raffey dkk., 2011), asam tiosalisilat (Hsu dkk.,
2011). Gugus fungsi karboksilat banyak digunakan karena stabilitas-resonansi
anion karboksilatnya, sehingga menyediakan pasangan elektron yang dapat
digunakan untuk menstabilkan nanopartikel perak. Stabilitas anion karboksilat
bertambah pada bentuk aromatiknya yang berupa asam benzoat. Kemampuan
gugus fungsi karboksilat pada asam benzoat dalam menstabilkan nanopartikel
perak dipengaruhi oleh gugus-gugus fungsi lain yang juga terdapat pada molekul
asam benzoat (Khan dan Thalib, 2010).
Adanya gugus fungsi lain dan perbedaan posisinya pada senyawa
karboksilat juga mempengaruhi potensial reduksi dari molekul reduktor. Hussain
dkk. (2011) menyatakan bahwa dalam metode reduksi kimia, potensial reduksi
dari reduktor merupakan faktor penting dalam mengontrol karakter fisik
nanopartikel perak. Kemampuan reduksi dari senyawa reduktor ditentukan oleh
reaktivitas gugus aktif reduktor dalam mendonorkan elektron untuk ion perak(I).
Secara umum, senyawa reduktor kuat akan memiliki reaktivitas yang lebih besar
dalam mereduksi ion perak(I) menjadi atom perak. Reaktivitas reduktor juga
berkaitan dengan konsentrasi minimum reaktan yang harus ditambahkan untuk
menghasilkan respon analitik pada suatu pengukuran dengan instrumen.
Konsentrasi minimum reaktan ini yang disebut dengan batas deteksi (Limit of
Detection, LOD). Semakin kecil harga LOD maka sensitivitas reduktor tersebut
semakin besar.
Selain ditinjau dari faktor kinetika, faktor termodinamika juga perlu
diperhitungkan dalam menghasilkan nanopartikel perak yang stabil. Stabilitas
nanopartikel dapat dihasilkan dengan upaya meminimalkan terjadinya agregasi
nanopartikel. Secara alamiah, nanopartikel perak yang terbentuk akan cenderung
bergabung dengan nanopartikel yang lain karena adanya gaya van der Waals.
Gejala ini akan menjadikan nanopartikel perak memiliki ukuran dan distribusi
ukuran yang besar. Hal ini tidak diharapkan oleh para pengguna nanopartikel
perak dalam bidang industri.
Selain jenis reduktor, ukuran dan stabilitas nanopartikel perak juga
dipengaruhi oleh pH sistem. Nanopartikel perak tidak stabil pada sistem dengan
4
[H+] lebih dari 1,0×10-3 mol L-1 sehingga kontrol pH menjadi hal yang penting
dalam sintesis nanopartikel perak (Hussain dkk., 2011). Ahmad dkk. (2010)
menambahkan NaOH ke dalam sistem untuk meningkatkan reaktivitas reduktor
dalam mereduksi ion perak(I). Meskipun demikian, kenaikan pH tidak selalu
berbanding lurus dengan reaktivitas reduktor, ukuran dan stabilitas nanopartikel
perak. pH sistem yang terlalu basa akan memicu terjadinya agregasi nanopartikel
perak (Susilowati dkk., 2015).
Meskipun telah banyak jenis reduktor yang dilaporkan berhasil dalam
mereduksi ion perak(I), tetapi masih sedikit informasi terkait hubungan antara
posisi gugus fungsional sebagai gugus aktif pereduksi ion perak(I) pada reduktor
terhadap karakter fisik yang berupa morfologi, ukuran, distribusi ukuran dan
stabilitas nanopartikel perak yang dihasilkan. Perbedaan jenis, posisi dan jumlah
gugus fungsional dari reduktor mempengaruhi pH optimum dalam kontrol ukuran
dan stabilitas nanopartikel perak. Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan
sintesis nanopartikel perak dengan menggunakan reduktor beberapa senyawa
turunan asam benzoat yang berupa asam orto hidroksibenzoat, asam para
hidroksibenzoat dan asam galat. Ketiga reduktor tersebut memiliki gugus
karboksilat dan gugus hidroksi dengan posisi berbeda dalam suatu cincin
aromatis. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh posisi gugus fungsi
hidroksi pada asam benzoat, pH sistem dan konsentrasi prekursor terhadap
morfologi, ukuran, distribusi ukuran, dan stabilitas nanopartikel perak.
I.2
Permasalahan Penelitian
Berdasarkan uraian pada latar belakang, maka rumusan masalah dalam
penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.
Bagaimana potensi asam orto hidroksibenzoat, asam para hidroksibenzoat
dan asam galat sebagai reduktor dalam sintesis nanopartikel perak?
2.
Bagaimana
pengaruh
pH
sistem
terhadap
kemampuan
asam
orto
hidroksibenzoat, asam para hidroksibenzoat dan asam galat untuk mereduksi
ion perak(I)?
5
3.
Bagaimana pengaruh posisi gugus hidroksi pada senyawa turunan asam
benzoat sebagai reduktor terhadap sensitivitas, batas deteksi (LOD) dan batas
kuantifikasi (Limit of Quantification, LOQ) masing-masing reduktor dalam
sintesis nanopartikel perak?
4.
Bagaimana pengaruh posisi gugus hidroksi pada senyawa turunan asam
benzoat sebagai reduktor terhadap morfologi, ukuran dan distribusi ukuran
nanopartikel perak?
5.
Bagaimana pengaruh posisi gugus hidroksi pada senyawa turunan asam
benzoat sebagai reduktor terhadap stabilitas nanopartikel perak?
I.3
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.
Mengetahui potensi asam orto hidroksibenzoat, asam para hidroksibenzoat
dan asam galat sebagai reduktor dalam sintesis nanopartikel perak.
2.
Mengetahui
pengaruh
pH sistem terhadap
kemampuan
asam
orto
hidroksibenzoat, asam para hidroksibenzoat dan asam galat untuk mereduksi
ion perak(I).
3.
Mengetahui pengaruh posisi gugus hidroksi pada senyawa turunan asam
benzoat sebagai reduktor terhadap sensitivitas, LOD dan LOQ masingmasing reduktor dalam sintesis nanopartikel perak.
4.
Mengetahui pengaruh posisi gugus hidroksi pada senyawa turunan asam
benzoat sebagai reduktor terhadap morfologi, ukuran dan distribusi ukuran
nanopartikel perak.
5.
Mengetahui pengaruh posisi gugus hidroksi pada senyawa turunan asam
benzoat sebagai reduktor terhadap stabilitas nanopartikel perak.
I.4
Manfaat Penelitian
Manfaat dalam penelitian ini meliputi:
1.
Memberikan informasi tentang pengaruh posisi gugus fungsi hidroksi
terhadap kemampuan senyawa asam benzoat dalam mereduksi ion perak(I)
menjadi nanopartikel perak.
6
2.
Memberikan informasi tentang pengaruh jenis reduktor terhadap karakter
fisik nanopartikel perak yang terbentuk.
3.
Memberikan prediksi reaktivitas reduktor dalam sintesis nanopartikel perak
dengan metode reduksi kimia berdasarkan posisi dan sifat gugus fungsional
yang terlibat.