BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Tembaga Tembaga adalah logam

BAB II
KAJIAN PUSTAKA
A. Tembaga
Tembaga adalah logam merah muda yang lunak, dapat ditempa, dan liat. Ia
melebur pada 1038oC. Karena potensial elektrode standarnya positif, (+0,34V
untuk pasangan Cu/Cu2+), tembaga tak larut dalam asam klorida dan asam sulfat
encer, meskipun dengan adanya oksigen tembaga bisa larut sedikit. Asam nitrat
yang sedang pekatnya (8M) dengan mudah melarutkan tembaga:
3Cu (s) + 8HNO3 (aq) → 3Cu2+ (aq) + 6NO3- (aq) + 2NO (g) + 4H2O (aq)
Asam sulfat pekat panas juga melarutkan tembaga :
Cu (s) + 2H2SO4 (aq) → Cu2+ (aq) + SO42- (aq) + SO2 (g) + 2H2O (aq)
Tembaga mudah pula larut dalam air raja :
3Cu (s) + 6HCl (aq) + 2HNO3 (aq) → 3Cu2+ (aq) + 6Cl- (aq) + 2NO (g) +
4H2O (aq)
Tembaga tidak larut dalam air atau uap air dan asam-asam encer seperti
HCl encer dan H2SO4 encer, tetapi asam klorida pekat dan mendidih melarutkan
logam tembaga dan membebaskan gas hidrogen. Hal ini disebabkan oleh
terbentuknya ion kompleks CuCl2¯(aq) yang mendorong reaksi kesetimbangan
bergeser ke arah produk.
2Cu (s) + 2H+ (aq) → 2Cu+ (aq) + H2 (g)
2Cu+ (aq) + 4Cl- (aq) → 2CuCl2- (aq) (Emel Seran, 2010:3)
Ada dua deret senyawa tembaga. Senyawa-senyawa tembaga(I) diturunkan
dari senyawa tembaga(I) oksida (Cu2O) yang berwarna merah, dan mengandung
ion tembaga(I), Cu+. Senyawa-senyawa ini tak berwarna, kebanyakan garam
tembaga(I) tak larut dalam air, perilakunya mirip perilaku senyawa perak(I).
Senyawa tembaga(I) mudah dioksidasikan menjadi senyawa tembaga(II), yang
dapat diturunkan dari tembaga(II) oksida, CuO, hitam. Garam-garam tembaga(II)
umumnya berwarna biru, baik dalam bentuk hidrat, padat, maupun dalam larutan
air. Warna ini benar-benar khas hanya untuk ion tetraakuokuprat(II) [Cu(H2O)4]2+
saja. Garam-garam tembaga(II) anhidrat, seperti tembaga(II) sulfat anhidrat
CuSO4, berwarna putih (atau sedikit kuning). Dalam larutan air selalu terdapat ion
kompleks tetraakuo (Vogel, 1990:229).
B. Seng
Seng adalah logam yang putih kebiruan, logam ini cukup mudah ditempa
dan liat pada 110 – 150oC. Seng melebur pada 410oC dan mendidih pada 906oC.
Logamnya yang murni, melarut lambat sekali dalam asam dan dalam alkali,
adanya zat-zat pencemar atau kontak dengan platinum atau tembaga, yang
dihasilkan oleh penambahan beberapa tetes larutan garam dari logam-logam ini,
mempercepat reaksi. Ini menjelaskan larutnya seng-seng komersial. Seng tersebut
dengan mudah larut dalam asam klorida encer dan asam sulfat encer dengan
mengeluarkan hidrogen :
Zn (s) + 2H+ (aq) → Zn2+ (aq) + H2 (g)
Pelarutan akan terjadi dalam asam nitrat yang encer sekali dan tak ada gas
yang dilepaskan :
4Zn (s) + 10H+ (aq) + NO3- (aq)→ 4Zn2+ (aq) + NH4+ (aq) + 3H2O (aq)
Dengan bertambah pekatnya konsentrasi asam nitrat, akan terbentuk
dinitrogen oksida (N2O), nitrogen oksida (NO) :
4Zn (s) + 10H+ (aq) + 2NO3- (aq) → 4Zn2+ (aq) + N2O (g) + 5H2O (aq)
3Zn (s) + 8HNO3 (aq) → 3Zn2+ (aq) + 2NO (g) + 6NO3- (aq) + 4H2O (aq)
Dengan asam sulfat pekat, panas, dilepaskan belerang dioksida :
Zn (s) + 2H2SO4 (aq) → Zn2+ (aq) + SO2 (g) + SO42- (aq) + 2H2O (aq)
Seng membentuk hanya satu seri garam, garam-garam ini mengandung
kation seng(II), yang diturunkan dari seng oksida, ZnO (Vogel, 1990:289).
C. Lumpur Limbah Industri Pelapisan Logam
Pelapisan logam merupakan pengendapan satu lapisan logam tipis pada
suatu permukaan logam yang biasanya dilakukan secara elektrolitik (Clifton
Potter dkk, 1994:41). Pengerjaan pelapisan logam pada dasarnya terbagi atas tiga
proses yaitu perlakuan awal, proses pelapisan dan proses pengolahan akhir hasil
pelapisan logam.
Proses pelapisan logam terdiri atas pencucian, pembersihan, pelapisan,
pembilasan dan pengeringan. Air yang berasal dari proses pencucian logam,
pembersihan dan pembilasan menjadi air limbah karena mengandung logamlogam terlarut dan senyawa-senyawa berbahaya lainnya, (Mario Hendro dan Ratih
Sulastiningrum, 2009:2).
Pengolahan limbah cair industri pelapisan logam yang mengandung
berbagai jenis ion-ion logam berat dapat dilakukan dengan proses kimia-fisik
(reduksi & presipitasi), proses ini dilakukan dalam 3 tahapan proses yaitu proses
reduksi, proses presipitasi (pembentukan partikel hidroksida) dan proses
pengendapan (pemisahan partikel hidroksida) (Ketut Sumada, 2006:27).
Lumpur yang dihasilkan oleh pengolahan limbah cair merupakan sumber
utama limbah padat dalam pabrik pelapisan logam. Lumpur limbah industri
pelapisan logam masih mengandung air yang cukup tinggi dan mengandung
logam berat seperti Cu dan Zn (Abdul Rahman dan Subari, 1998:39). Lumpur
harus dihilangkan airnya, kemudian disimpan pada tempat tertutup sampai dapat
ditemukan tempat penimbunan tanah yang aman dan dapat mencegah penyebaran
logam karena kebocoran, (Clifton Potter dkk, 1994:45).
D. Destruksi
Dalam analisis kimia terutama untuk mineral, tanah, atau makanan,
diperlukan destruksi contoh agar komponen-komponen yang akan dianalisis
terlepas dari matriks (senyawa-senyawa lain). Biasanya reaksi destruksi dilakukan
dengan asam seperti asam sulfat pekat, asam nitrat, asam klorida tanpa atau
ditambah peroksida seperti persulfat, perklorat, hidrogen peroksida, dan
sebagainya.
Selain itu, biasanya
reaksi
juga
harus
dipanaskan
untuk
mempermudah proses destruksi (Adam Wiryawan, 2011:3). Destruksi ada dua
macam, yaitu destruksi basah dan destruksi kering. Destruksi basah adalah
perombakan sampel dengan asam-asam kuat baik tunggal maupun campuran,
kemudian dioksidasi menggunakan zat oksidator. Pelarut-pelarut yang dapat
digunakan untuk destruksi basah antara lain asam nitrat, asam klorida dan asam
sulfat, (Susila K, 2012:4). Dalam destruksi basah ini suhu relatif rendah untuk
menghindari penguapan dari unsur yang akan dianalisis dan biasanya untuk
penentuan unsur runut (trace element) dan logam-logam yang beracun. Namun,
destruksi basah memerlukan waktu yang relatif lebih lama dibandingkan dengan
destruksi kering. Asam-asam yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1. Asam nitrat
Asam nitrat murni merupakan asam yang korosif yang tidak berwarna dan
dapat menyebabkan luka bakar dengan berat jenis 1.522 kg/m³. Asam nitrat
merupakan oksidator kuat, namun apabila konsentrasinya dibawah 2M bukan
merupakan oksidator yang kuat. Titik didih asam nitrat pada 830C, pada saat
mendidih dalam suhu kamar maka asam nitrat akan terurai sebagian dengan
pembentukan nitrogen dioksida sesudah reaksi:
4HNO3 (aq) → 2H2O (aq) + 4NO2 (aq) + O2 (g) (72 °C)
Konsentrasi asam nitrat meningkat karena dipengaruhi oleh dekomposisi
termal maupun cahaya. Sebagai sebuah oksidator yang kuat, asam nitrat bereaksi
dengan hebat dengan sebagian besar bahan-bahan organik dan reaksinya dapat
bersifat eksplosif. Produk akhirnya bisa bervariasi tergantung pada konsentrasi
asam, suhu, serta reduktor. Reaksi dapat terjadi dengan semua logam kecuali deret
logam mulia dan aloi tertentu. Karakteristik ini membuat asam nitrat menjadi agen
yang umumnya digunakan dalam uji asam. Sebagai kaidah yang umum, reaksi
oksidasi utamanya terjadi dengan asam pekat, dan terbentuk nitrogen dioksida
(NO2).
Cu (s) + 4H+ (aq) + 2NO3- (aq) → Cu+2 (aq) + 2NO2 (aq) + 2H2O (aq)
Sifat-sifat asam cenderung mendominasi pada asam nitrat encer, diikuti
dengan pembentukan nitrogen oksida (NO) yang lebih diutamakan.
3Cu (s) + 8HNO3 (aq) → 3Cu(NO3)2 (aq) + 2NO (g) + 4H2O (aq)
3Zn (s) + 8HNO3 (aq) → 3Zn(NO3)2 (aq) + 2NO (g) + 4H2O (aq)
2. Asam klorida
Asam klorida adalah asam kuat dan merupakan larutan akuatik dari
gas hidrogen klorida (HCl). Asam klorida memiliki titik didih -850C, dengan bau
yang tajam pada suhu 250C dan sangat larut dengan air dan sangat korosif
sehingga harus ada penanganan yang tepat. Hidrogen klorida (HCl) dapat
berdisosiasi melepaskan satu H+ hanya sekali sehingga disebut asam monoprotik.
H+ akan bergabung dengan molekul air membentuk ion hidronium, H3O+ :
HCl (aq) + H2O (aq) → H3O+ (aq) + Cl− (aq)
Asam monoprotik memiliki satu tetapan disosiasi asam, Ka, yang
mengindikasikan tingkat disosiasi zat tersebut dalam air. Untuk asam kuat seperti
HCl, nilai Ka cukup besar. Asam klorida juga sulit mengalami reaksi redoks dan
merupakan reagen pengasam yang sangat baik karena pada konsentrasi menengah
cukup stabil untuk disimpan dan konsentrasinya tetap stabil. Pada konsentrasi
pekat asam klorida dapat melarutkan banyak jenis logam dan menghasilkan logam
klorida dan gas hidrogen.
3. Asam sulfat
Asam sulfat merupakan asam mineral (anorganik) yang kuat. Zat ini larut
dalam air pada semua perbandingan. Asam sulfat 98% lebih stabil untuk
disimpan. Asam sulfat 98% umumnya disebut sebagai asam sulfat pekat. Reaksi
hidrasi asam
sulfat
sangat eksotermik.
Selalu
tambahkan
asam
ke
dalam air daripada air ke dalam asam. Air memiliki massa jenis yang lebih rendah
daripada asam sulfat dan cenderung mengapung di atasnya, sehingga apabila air
ditambahkan ke dalam asam sulfat pekat, ia akan dapat mendidih dan bereaksi
dengan keras.
Asam sulfat pekat sering ditambahkan ke dalam sampel untuk
mempercepat terjadinya oksidasi. Asam sulfat pekat merupakan bahan
pengoksidasi yang kuat. Meskipun demikian waktu yang diperlukan untuk
mendestruksi masih cukup lama.
Reaksi asam sulfat pekat panas dengan tembaga :
Cu (s) + 2H2SO4 (aq) → CuSO4 (aq) + SO2 (g) + 2H2O (aq) (vogel,
1990:229)
Reaksi asam sulfat pekat, panas, dengan seng melepaskan belerang dioksida :
Zn (s) + 2H2SO4 (aq) → Zn2+ (aq) + SO2 (g) + SO42- (aq) + 2H2O (aq)
(Vogel, 1990:290)
E. Spektrofotometri Serapan Atom
Spektrofotometri serapan atom merupakan metode analisis untuk
menentukan unsur-unsur dalam suatu bahan dengan kepekaan, ketelitian, dan
selektifitas tinggi. Spektrofotometri serapan atom berprinsip pada absorpsi cahaya
oleh atom-atom. Atom-atom menyerap cahaya dengan panjang gelombang
tertentu tergantung pada sifat unsur-unsurnya. Absorpsi cahaya oleh tembaga
terjadi pada panjang gelombang 324,8 nm dan seng pada panjang gelombang
213,9 nm. Pada panjang gelombang tersebut cahaya memiliki cukup energi untuk
mengubah tingkat elektronik suatu atom yang menyerap cahaya tersebut
(Khopkar, 1990:275).
Alat yang digunakan pada metode ini adalah spektrofotometer serapan
atom. Komponen-komponen spektrofotometer serapan atom (SSA) terdiri dari
sumber cahaya, nyala, monokromator, detektor, dan alat pencatat. Pada penelitian
ini alat yang digunakan adalah Spektrofotometer Serapan Atom merk Hitachi
Z2000 dengan kondisi analisis yang dapat dilihat pada Tabel 1 berikut ini :
Tabel 1. Kondisi SSA Hitachi Z2000 untuk analisis Cu dan Zn.
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Kondisi Analisis
Wavelength (nm)
Slit Width (nm)
Time Constant (s)
Lamp Current (mA)
PMT Voltage (V)
Flame Type
Fuel Flow (L/min)
Oxd. Pressure (kPa)
Oxd. Flow (L/min)
Burner Height (mm)
Delay Time (s)
Measurement Time (s)
Order
Range (ppm)
Cu
324.8
1.3
1.0
7.5
243
Air-C2H2
2.0
160
15.0
7.5
5
5.0
Linear
0 – 2.5
Zn
213.9
1.3
1.0
5.0
333
Air-C2H2
1.8
160
15.0
7.5
5
5.0
Linear
0 - 2.0
Larutan sampel yang mengandung ion logam dilewatkan melalui nyala
udara-asetilen sehingga terjadi penguapan dan sebagian tereduksi menjadi atom.
Lampu katoda yang sangat kuat mengeluarkan energi pada panjang gelombang
tertentu dan akan diserap oleh atom-atom logam yang sedang di analisis. Jumlah
energi cahaya yang diserap atom logam pada panjang gelombang tertentu ini
sebanding dengan jumlah zat yang diuapkan pada saat dilewatkan melalui nyala
api udara-asetilen. Setiap unsur logam membutuhkan lampu katoda yang berbeda.
Keseluruhan prosedur ini sangat sensitif dan selektif karena setiap unsur
membutuhkan panjang gelombang yang sangat pasti.(Tinsley, 1979).
F. Penelitian yang Relevan
Penelitian yang relevan yang mendukung penelitian ini adalah :
1. Penelitian yang dilakukan oleh Felys Ratna Dewi (2005), yaitu pengaruh jenis
asam pendestruksi terhadap kadar logam berat timbal (Pb) dan tembaga (Cu)
dalam ikan. Berdasarkan penelitian tersebut diketahui bahwa penentuan kadar Pb
dan Cu dalam sampel dilakukan dengan alat Spektrofotometer Serapan Atom pada
panjang gelombang 283,3 untuk Pb dan 324,7 nm untuk Cu. Hasil yang diperoleh
untuk analisis kadar logam Pb dan Cu dengan HCI 37%, HNO3 65% dan H2SO4
98% berturut-turut sebagai berikut : 4,5.10-4%, 1,03.10-3%, 1.10-4% dan 8,52.103
%, 3,33.10-4%, 6,7.10-5%. Berdasar hasil penelitian diperoleh bahwa asam yang
optimum untuk analisis Pb adalah HNO3 65%, sedangkan untuk Cu adalah HC1
37%.
2. Penelitian yang dilakukan oleh Agung Abadi Kiswandono dan Nasrulloh
(2008), yaitu analisis kadar logam seng dan tembaga dalam daging dan hati ayam
petelur berbulu coklat secara spektrofotometri serapan atom. Sampel daging dan
hati ayam didestruksi dengan asam klorida pekat. Berdasarkan penelitian tersebut
diketahui bahwa kandungan logam Cu terkecil terdapat pada daging yaitu 0,477
ppm dan kandungan terbesar terdapat pada hati yaitu 0,720 ppm, sedangkan
kandungan logam Zn terkecil terdapat pada daging yaitu 9,701 ppm dan
kandungan terbesar terdapat pada hati yaitu 14,272 ppm dan masih berada di
bawah batas ambang maksimum yang diperbolehkan.
G. Kerangka Berpikir
Industri yang mengolah limbah cairnya sendiri dapat menghasilkan limbah
padat yang umumnya berbentuk endapan. Endapan ini biasanya bersifat racun,
sehingga pengumpulan dan pembuangannya perlu mendapat perhatian yang
khusus. Salah satu sumber utama limbah padat suatu industri adalah limbah padat
hasil pengolahan limbah cair. Limbah padat hasil pengolahan limbah cair (lumpur
atau sludge) masih banyak mengandung logam-logam antara lain nikel, krom,
tembaga, seng. Logam-logam tersebut sangat berbahaya bagi lingkungan hidup.
Sampai saat ini sludge belum dimanfaatkan dan masih menjadi masalah bagi
industri pelapisan logam, tidak hanya karena kandungan logam-logam yang tinggi
tetapi juga kuantitas sludge cukup besar.
Kandungan logam tembaga dan seng dalam lumpur limbah industri
pelapisan logam dapat ditentukan dengan metode spektrofotometri serapan atom.
Untuk mengetahui keberadaan dan kadar Cu total dan Zn total dalam lumpur
limbah industri pelapisan logam terlebih dahulu dilakukan destruksi dengan cara
menambahkan pereaksi asam. Asam-asam yang digunakan adalah HNO3 65%,
HCl 37%, dan H2SO4 95%-97%. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan
jenis asam yang berbeda untuk menganalisis kadar Cu total dan Zn total dalam
lumpur limbah industri pelapisan logam. Untuk mengetahui ada atau tidaknya
perbedaan/pengaruh jenis asam pendestruksi terhadap kadar logam Cu total dan
Zn total dalam lumpur limbah industri pelapisan logam maka dilakukan uji anova
satu arah.