6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Lempung Bentonit Tanah

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Lempung Bentonit
Tanah lempung merupakan jenis tanah yang mengandung paling banyak
bahan – bahan anorganik, dengan ukuran partikel yang lebih kecil dari 2
mikrometer. Bahan – bahan anorganik tersebut terdiri atas fragmen – fragmen
batuan, kumpulan mineral – mineral dalam berbagai ukuran dan komposisi serta
bahan koloid. Tanah lempung mempunyai tekstur agak kasar, sedang dan halus
dengan kemampuan menyerap air yang baik. Lempung terutama tersusun atas
aluminium, silikon, dan oksigen sedangkan penyusun lainnya adalah magnesium,
besi, alkali dan alkali tanah yang jumlahnya jauh lebih kecil. Lempung tanah
dapat dijumpai dalam bentuk kristalin, dan struktur tidak teratur (amorf). Keadaan
amorf umumnya tidak mempunyai bentuk yang dapat dikenal ataupun susunan
internal atom secara geometris (Tan, 1991).
Montmorilonit mempunyai sifat mengadsorpsi karena ukuran partikel
koloidnya sangat kecil dan memiliki kapasitas pertukaran kation yang tinggi.
Kemampuan mengembang monmorilonit disebabkan oleh adanya penggantian
isomorfik pada lapisan oktahedral (Mg oleh Al) dalam menghadapi kelebihan
muatan di ujung – ujung kisinya, dimana Mg digantikan oleh Al (Suhala, dan
Arifin, 1997).
Menurut Dinas Pertambangan dan Energi Propinsi Sumatera Utara,
montmorillonit merupakan mineral lempung yang terdapat dalam lempung
bentonit yang merupakan suatu istilah yang digunakan didalam dunia
perdagangan. Bentonit mempunya rumus Al2O3.4SiO2 xH2O terdiri dari 85%
6
7
mineral lempung montmorillonit dengan kation – kation Na+, K+, dan Ca+ yang
mudah dipertukarkan (Dinas Pertambangan dan Energi Sumatera Utara, 2000).
Secara geologis bentonit dapat terbentuk melalui salah satu proses berikut:
1. Proses pelapukan, pembentukan lempung bentonit oleh pelapukan disebabkan
oleh reaksi ion - ion hidrogen yang terdapat dalam air tanah dengan mineral –
mineral silikat. Faktor penting yang menyebabkan terbentuknya bentonit
dalam proses pelapukan adalah komposisi mineral batuan, komposisi kimia
dari air dan daya alir pada batuan. Faktor lain yang juga menentukan adalah
iklim, macam batuan, relief serta tumbuh – tumbuhan yang berada diatas
batuan.
2. Proses hidrotermal, pada proses hidrotermal atau alterasi hidrotermal tanah
dan adanya unsur – unsur logam alkali dan alkali tanah selain kalsium, mineral
– mineral mika , fero magnesian dan feldspar plagioklas dapat menyebabkan
terbentuknya lempung bentonit.
3. Proses transformasi, transformasi abu gunung api yang mengendap dalam
cekungan sedimen seperti danau atau laut dapat pula mengakibatkan
terbentuknya lempung bentonit.
4. Pengendapan kimia, bahan galian bentonit dapat terjadi dari endapan sedimen
dalam suasana basa.(Widihati, 2002)
Berdasarkan jumlah lembar tetrahedral dan octahedral dalam suatu lapisan,
montmorillonit merupakan mineral dengan tipe 2 : 1 karena strukturnya dibangun
oleh 2 lembar tetrahedral dan satu lembar oktahedral. Bila dibandingkan dengan
mineral lempung yang lain, montmorillonit mempunyai banyak kelebihan
diantaranya yaitu memiliki kemampuan mengembang (swelling), memiliki kation
8
– kation yang dapat dipertukarkan (exchangeable cations), dapat diinterkalasi, dan
dapat dimodifikasi sehingga memiliki sifat – sifat kimia fisik yang lebih baik dari
sebelumnya.
Kerangka struktur montmorillonit terdiri dari dua lapisan tetrahedral dan satu
lapis oktahedral dengan rumus molekul sel satuan Al4Si8O20(OH)4. Struktur tiga
dimensi dari montmorillonit ditunjukkan pada gambar 2.1( Tan, 1991).
Gambar 2.1. Struktur Tiga Dimensi dari Montmorillonit
Hofmann dan Endell berhipotesis bahwa struktur sel unit yang dianggap
simetris. Satu lembar oktahedral aluminium diapit oleh dua lembar tetrahedral
silika. Lapisan – lapisan kristal dilaporkan bertumpukan dalam pola acak, sedang
beberapa mineral tersebut bahkan berbentuk serat, seperti pada gambar 2.2 (Tan,
1991).
9
Gambar 2.2 Model Struktur Montmorillonit Menurut Hofmann dan Endell
(Tan, 1991).
Sel – sel satuan dalam montmorillonit saling melekat satu dengan yang lain
yang dihubungkan oleh ikatan van der Waals. Ikatan tersebut tidak terlalu kuat
sehingga ruang antarlapis masih dapat mengembang jika ada molekul air atau
molekul polar yang masuk. Akibat perilakunya tersebut, montmorillonit disebut
sebagai lempung mengembang (swelling clay) (Tan, 1991).
Mineral – mineral montmorillonit pada umumnya berupa butiran yang
sangat halus, sedangkan lapisan penyusunnya tidak terikat dengan kuat. Dalam
kontaknya
dengan
air,
mineral
montmorillonit
tersebut
menunjukkan
pengembangan antarlapis yang menyebabkan volemnya meningkat menjadi dua
kali lipat. Jarak dasar montmorillonit meningkat secara seragam dengan
penyerapan air. Potensi mengembang – mengerut yang tinggi menyebabkan
mineral ini dapat menerima dan menyemat ion – ion logam dan senyawa –
senyawa organik. Interaksi dengan senyawa organik menghasilkan pembentukan
10
kompleks organik – mineral dimana ion – ion organik menggantikan kation –
kation anorganik pada posisi antarlapis (Tan, 1991).
2.2
Rhodamine B
Rhodamine B merupakan zat pewarna sintetis berbentuk serbuk kristal
bewarna kehijauan, dalam bentuk larutan pada konsentrasi berwarna merah
keunguan dan konsentrasi rendah berwarna merah terang, termasuk golongan
pewarna xanthenes basa, dan terbuat dari metadietilaminofenol dan ftalik anhidrid
suatu bahan yang tidak bisa dimakan serta sangat berfluoresensi (Ariani, 2004).
Rumus molekul dari rhodamine B adalah C28H31N2O3Cl dengan berat
molekul sebesar 479 g/mol. Sangat larut dalam air yang akan menghasilkan warna
merah kebiru- biruan dan berfluorensi kuat (Ariani, 2004).
Gambar 2.3 Struktur Molekul Rhodamine B : C28H31N2O3Cl13
Di dalam Rhodamine B sendiri terdapat ikatan dengan klorin (Cl) yang
dimana senyawa klorin ini merupakan senyawa anorganik yang reaktif dan juga
berbahaya. Reaksi untuk mengikat ion klorin disebut sebagai sintesis zat warna,
disini dapat digunakan Reaksi Frield-Crafts untuk mensintesis zat warna seperti
triarilmetana dan xentana. Reaksi antara ftalat anhidrida dengan resorsinol,
sedangkan dengan keberadaan seng klorida menghasilkan fluorescein. Apabila
11
resorsinol diganti dengan N-N-dietilaminofenol, reaksi ini akan menghasilkan
Rhodamine B (Ariani, 2004).
Selain terdapat ikatan Rhodamine B dengan klorin terdapat juga ikatan
konjugasi. Ikatan konjugasi dari Rhodamine B inilah yang menyebabkan
Rhodamine B berwarna merah. Ditemukannya bahaya yang sama antara
Rhodamine B dan klorin membuat adanya kesimpulan bahwa atom Klorin yang
ada pada Rhodamine B menyebabkan terjadinya efek toksik bila masuk kedalam
tubuh manusia. Atom Cl yang ada sendiri adalah termasuk dalam halogen, dan
sifat halogen yang berada dalam senyawa organik akan menyebabkan toksik dan
karsinogenik (Ariani, 2004).
2.3
Aktivasi Asam pada Lempung
Kapasitas adsorpsi lempung dapat ditingkatkan dengan melakukan aktivasi
terhadap lempung. Aktivasi lempung bentonit dapat dilakukan dengan pemanasan
pada temperatur 300 – 3500C. Selain dengan pemanasan aktivasi lempung
bentonit juga dapat dilakukan dengan aktivasi asam, hal ini bertujuan untuk
menukakan kation seperti Na+, K+, dan Ca2+ yang ada dalam lempung
monmorillonit dengan ion H+ dan melepaskan ion Al3+, Fe3+, Mg2+ dan pengotor
lainnya dari kisi – kisi struktur, sehingga secara fisik monmorillonit menjadi lebih
aktif (Sandra, 2004). Menurut Kumar, dkk,. dalam Armentina (2004), aktivasi
asam menyebabkan terjadinya pertukaran ion – ion pada struktur antarlapis yang
dipengaruhi oleh valensi ion yang dipertukarkan. Kation yang terdapat dalam
ruang antarlapis memiliki kekuatan ikatan yang lebih lemah dibandingkan dengan
kation yang terikat pada lapisan sel satuan montmorillonit, sehingga kation
12
tersebut dapat dipertukarkan dengan kation yang lain. Semakin tinggi valensi
kation semakin tinggi pula kapasitas tukar kationnya. Ion H+ memiliki afinitas
yang tinggi sehingga dapat melakukan banyak pertukaran ion, tetapi
bila
konsentrasi H+ yang direaksikan terlalu tinggi menyebabkan pecahnya situs
lempung pada lapisan oktahedral sehingga terjadi pelepasan aluminium dari
montmorillonit. Proses pelepasan lempung montmorillonit dari material aluminasilikat dapat dituliskan dengan reaksi sebagai berikut :
(Al4)(Si8)O20(OH)4 + 3H+
(Al3)(Si8)O20(OH)2 + Al3+ +2H2O
(Al4)(Si8)O20(OH)4 + 4H+
(Al2)(Si8)O20 + 2Al3+ +4H2O
Aktivasi lempung montmorillonit dapat dipengaruhi oleh konsentrasi asam
dan komposisi mineralnya. Asam yang biasanya digunakan untuk aktivasi adalah
asam sulfat dan asam klorida. Penelitian yang dilakukan oleh kumar, dkk (1995)
menyatakan bahwa lempung yang diberi perlakuan asam sulfat 4 N memiliki
keasaman permukaan maksimal, hal ini terjadi karena struktur montmorillonit
mengalami perubahan pada lapisa oktahedral sehingga memperbesar luas
permukaan dan porositasnya meningkat. Kemampuan asam untuk melarutkan
senyawa dalam tanah dapat dilihat dari prosentase kehilangan berat dari tanah
selama perlakuan.
2.4
Adsorpsi
Salah satu metode yang digunakan untuk menghilangkan zat pencemar
dari air limbah adalah adsorpsi (Rios et al., 1999 dan Saiful et al., 2005). Adsorpsi
merupakan proses penjernihan suatu zat pada permukaan zat lain yang disebabkan
oleh gaya tarik molekul – molekul pada permukaan adsorben. Mekanisme
13
penyerapan tersebut dapat dibedakan menjadi dua yaitu, serapan secara fisika
(fisisorpsi) dan serapan secara kimia (kemisorpsi) (Castellan 1982).
Bila molekul – molekul teradsorpsi secara fisik, tidak ada ikatan secara
langsung antara adsorbat dengan permukaan, adsorbat ditahan oleh gaya – gaya
fisik seperti gaya van der waals. Energi adsorpsi yang terlibat pada fisisorpsi
sekitar 2 – 10 kkal/mol, berlangsung pada temperatur rendah, dan jumlah zat yang
teradsorpsi akan semakin kecil dengan naiknya temperature. Proses fisisorpsi
bersifat dapat balik, sehingga memungkinkan desorpsi molekul – molekul yang
teradsorpsi pada temperature yang sama, dengan menurunkan tekanan gas atau
konsentrasi zat terlarut. Pada kemisorpsi, ada ikatan kimia secara langsung akibat
pemakaian bersama electron antara adsorbat dab permukaan. Energi adsorpsi yang
terlibat pada komisorpsi sekitar 15 – 100 kkal/mol, dan biasanya berlangsung
pada temperatur tinggi, jumlah zat yang teradsorpsi akan semakin besar dengan
naiknya temperatur, serta untuk melepaskan kembali adsorbat dari permukaan
adsorben diperlukan banyak energi (Suarya, 2005).
Tabel 2.1 Perbedaan Adsoprsi Fisik dengan Adsorpsi Kimia
Adsorpsi Fisik
Melibatkan gaya antarmolekul,
seperti gaya van der Waals dan
ikatan hidrogen.
Adsorpsi Kimia
Melibatkan ikatan kovalen sebagai
hasil dari penggunaan bersama
pasangan elektron oleh adsorben
dengn adsorbat
Energi adsorpsi yang terlibat <20 Energi adsorpsi yang terlibat >20
kJ/mol
kJ/mol
Bersifat reversible ; sangat mudah Bersifat regenerasi ; lebih sulit
dihilangkan (dilepas)
dilepas
Tebal lapis yang diadsorpsi : Tebal lapis yang teradsorpsi :
beberapa lapis molekul adsorbat
hanya terbentuk lapis tunggal
14
2.4.2
Isoterm adsorpsi
Perubahan konsentrasi adsorbat oleh proses adsorpsi sesuai dengan
mekanisme adsorpsinya dapat dipelajari melalui penentuan isoterm adsorpsi yang
sesuai. Isoterm Langmuir dan Isoterm Freudlich adalah dua diantara isotermisoterm adsorpsi yang dipelajari:
a. Isotherm Langmuir
Meskipun terminologi adsorpsi pertama kali diperkenalkan oleh Kayser
(1853-1940), penemu teori adsorpsi adalah Irving Langmuir (1881-1957), Nobel
laureate in Chemistry (1932). Isoterm adsorpsi Langmuir didasarkan atas
beberapa asumsi,yaitu :
1) Adsorpsi hanya terjadi pada lapisan tunggal (monolayer),
2) Panas adsorpsi tidak tergantung pada penutupan permukaan, dan
3) Semua situs dan permukaannya.
Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis
dengan menganggap terjadinya kesetimbangan antara molekul-molekul zat yang
diadsorpsi pada permukaan adsorben dengan molekul-molekul zat yang tidak
teradsorpsi. Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat dituliskan sebagai
berikut :
𝐶
1
𝐶
=
+ … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (1)
𝑥/𝑚 𝑏𝐾 𝑏
C merupakan konsentrasi adsorbat dalam larutan, x/m adalah konsentrasi adsorbat
yang terjerap per gram adsorben, k adalah konstanta yang berhubungan dengan
afinitas adsorpsi dan (x/m)mak adalah kapasitas adsorpsi maksimum dari
adsorben. Kurva isoterm adsorpsi Langmuir dapat disajikan seperti berikut.
15
Gambar 2.4 Kurva Isoterm Adsorpsi Langmuir
b.
Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich
Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich didasarkan atas terbentuknya
lapisan monolayer dari molekul-molekul adsorbat pada permukaan adsorben.
Namun pada adsorpsi Freundlich situs-situs aktif pada permukaan adsorben
bersifat heterogen. Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dituliskan
sebagai berikut.
𝑥
1
𝐿𝑜𝑔 ( ) = log 𝑘 + log 𝐶 … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . . (2)
𝑚
𝑛
sedangkan kurva isoterm adsorpsinya disajikan pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Kurva Isoterm Adsorpsi Freundlich
16
2.5
Interkalasi
Interkalasi merupakan suatu proses penyisipan spesies kimia secara
reversibel ke dalam antarlapis suatu struktur yang mudah mengembang (antarlapis
silikat montmorillonit) tanpa merusak strukturnya. Spesies kimia yang disisipkan
disebut dengan interkalat, sedangkan material tempat interkalat disisipkan disebut
interkalan. Spesies kimia umumnya digunakan adalah ion alkilamonium, kation
amina bisklis dan beberapa logam komples (Simpen, 2001).
Pada penelitian ini yang dipilih sebagai interkalat yaitu surfaktan kationik
benzalkonium klorida (BKC) dengan rumus molekul C9H13C1NR. Dimana R
merupakan alkil C8H17 sampai C18H37. Surfaktan benzalkonium klorida (BKC)
termasuk ke dalam golongan ammonium klorida. Surfaktan jenis ammonium
klorida sering digunakan untuk interkalasi karena dapat menghasilkan nanoruang
dua dimensi pada antarlapis lempung. Nanoruang dua dimensi ini terjadi melalui
interaksi antar ion organoamonium dengan ruang antarlapis lempung dalam
lapisan silikat sehingga menyebabkan terbukanya ruang antarlapis yang
menghasilkan perubahan pada kisi lempung (Susianah, 2005). Struktur molekul
dari benzalkonium klorida (BKC) dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 2.6 Struktur Molekul Benzalkonium Klorida (BKC)
17
2.6
Metode Metilen Biru
Metilen biru atau 3,7-bis (dimetilamino) phenothiacin-5-ion klorid
mempunyai rumus molekul C16H18CIN3S dengan berat molekul 320,5 g/mol.
Metilen biru terdiri dari C=0,08%, H=5,67%, Cl=11,08%, dan N=10,00%.
Metilen biru dapat membentuk kristal dengan 3, 4, dan 5 mol H2O. Kristal
terhidratnya berwarna hijau gelap, berkilauan, dan tidak berbau. Serapan
maksimumnya pada panjang gelombang 668 nm.
Metilen biru larut dalam air dan alkohol dan digunakan sebagai pewarna
dalam bakteriologi, sebagai indikator redoks, antidote sianida, dan antiseptik
dalam kedokteran hewan (Astari, 2008).
Gambar 2.7 Struktur Molekul Metilen Biru
2.7
Titrasi Asam Basa
Analisis titrimetri mengacu pada analisis kimia kuantitatif yang dilakukan
dengan menetapkan volume suatu larutan yang konsentrasinya diketahui dengan
tepat. Larutan dengan kekuatan (konsentrasi) yang diketahui dengan tepat itu
disebut larutan standar. Larutan standar biasanya ditambahkan dari dalam sebuah
buret. Proses penambahan larutan standar sampai reaksi tepat lengkap disebut
titrasi (Vogel, 1994). Analisis volumetri (titrimetri) adalah suatu teknik analisis
18
didasarkan atas pengukuran zat baku dengan jumlah tertentu dan konsentrasi
tertentu yang bereaksi dengan sejumlah analit. Reaksi yang terjadi antara zat baku
dengan analit harus stoikimetris (reaksi terumuskan dengan baik dan jelas), cepat,
spesifik, tidak ada reaksi samping, serta reaksi harus kuantitatif, yaitu
kesetimbangan reaksi bergeser ke kanan. Untuk mengetahui reaksi tersebut telah
berjalan dengan sempurna, maka harus terjadi perubahan nyata, yaitu dapat
berupa perubahan warna larutan, ataupun sifat fisik lainnya. Titik akhir titrasi
harus berimpitan dengan titik ekivalen (Christian,1980).
Asam didefinisikan sebagai senyawa yang mengandung hidrogen yang
bereaksi dengan basa. Basa adalah senyawa yang mengandung ion OH– atau
menghasilkan OH– ketika bereaksi dengan air. Basa bereaksi dengan asam untuk
menghasilkan garam dan air (Golberg, 2002).
Dalam analisis kuantitatif, indikator digunakan untuk menentukan titik
ekuivalen dari titrasi asam-basa. Karena indikator mempunyai interval pH yang
berbeda-beda dan karena titik ekuivalen dari titrasi asam-basa berubah-ubah
sesuai dengan kekuatan relatif asam basanya, maka pemilihan indikator
merupakan hal terpenting (Sukardjo, 1984).
Titik ekuivalen, ialah titik pada saat sejumlah mol ion OH– yang
ditambahkan ke larutan sama dengan jumlah mol ion H+ yang semula ada. Jadi
untuk menentukan titik ekuivalen dalam suatu titrasi, kita harus mengetahui
dengan tepat berapa volume basa yang ditambahkan dari buret ke asam dalam
labu. Salah satu cara untuk mencapai tujuan ini adalah dengan menambahkan
beberapa tetes indikator asam-basa ke larutan asam saat awal titrasi (Chang, 2004).
19
Indikator biasanya ialah suatu asam atau basa organik lemah yang
menunjukkan warna yang sangat berbeda antara bentuk tidak terionisasi dan
bentuk terionisasinya. Kedua bentuk ini berikatan dengan pH larutan yang
melarutkan indikator tersebut (Chang, 2004).
Titik akhir titrasi terjadi bila indikator berubah warna. Namun, tidak
semua indikator berubah warna pada pH yang sama, jadi pilihan indikator untuk
titrasi tertentu bergantung pada sifat asam dan basa yang digunakan dalam titrasi
(dengan kata lain apakah mereka kuat atau lemah). Dengan demikian memilih
indikator yang tepat untuk titrasi, dapat menggunakan titik akhir untuk
menentukan titik ekuivalen (Chang, 2004).
Indikator asam – basa adalah zat yang berubah warnanya atau membentuk
fluoresen atau kekeruhan pada suatu rentang pH tertentu. Indikator yang dipilih
dalam titrasi asam basa harus berubah warna tepat saat titik ekivalen tercapai.
Salah satu indikator yang sering dipakai adalah phenolphthalein dengan range pH
8,0-9,6, dimana bentuk asamnya tidak berwarna dan bentuk basanya berwarna
merah (Christian, 1980).
Penentuan keasaman permukaan dengan studi ikatan spesies dalam larutan
dapat dilakukan dengan titrasi asam basa, dimana situs asam dari montmorillonit
akan bereaksi dengan basa (NaOH). Sisa OH- (yang tidak beraksi dengan situs
asam) akan dititrasi dengan asam (HCl). Titik akhir titrasi dideteksi menggunakan
indikator phenolphtalein. Keasaman permukaan montmorillonit dapat diketahui
dari selisih basa awal dengan basa sisa (Simpen, 2001).
20
2.8
Analisis Difraksi Sinar – X
Analisis difraksi sinar – X merupakan metode yang paling luas digunakan
dalam indentifikasi lempung. Analisis difraksi sinar – X merupakan metode yang
bersifat tak merusak, yang berarti bahwa sampel tidak dipengaruhi oleh analisis
dan masih dapat digunakan untuk analisis lain. Tetapi metode ini tidak dapat
diterapkan untuk analisis bahan yang bersifat amorf dan non kristalin (Tan,1991).
Teknik X-Ray Diffraction (XRD) berperan penting dalam proses analisis
padatan kristalin. XRD adalah metode karakterisasi yang digunakan untuk
mengetahui ciri utama kristal, seperti parameter kisi dan tipe struktur. Selain itu,
juga dimanfaatkan untuk mengetahui rincian lain seperti susunan berbagai jenis
atom dalam kristal, kehadiran cacat, orientasi, dan cacat kristal.
Dasar penggunaan sinar – X dalam penelitian lempung tanah adalah
susunan sistematik atom – atom atau ion – ion dalam bidang kristal. Sinar – X
adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang pendek. Pada
kebanyakan kristal, jarak antar atom atau bidang kristal mempunyai ukuran yang
hampir sama dengan panjang gelombang sinar – X. Sinar – X dapat dipantulkan
oleh atom – atom dalam bidang kristal, yang menghasilkan pola – pola khas
sewaktu direkam. Pola difraksi ini digunakan sebagai sidik jari dalam identifikasi
spesies mineral (Tan,1991).
Sinar – X dihasilkan dalam suatu tabung sinar – X oleh pukulan elektron –
elektron yang bergerak cepat ke suatu target logam. Atom-atom yang mengalami
eksitasi dalam target tersebut mencarikan radiasi dengan panjang gelombang
antara 0,01 dan 100Ǻ, yang merupakan panjang gelombang radiasi Kα dan Kβ.
Penguatan sinar-X yang terpancarkan menjadi kuantitatif hanya jika hukum Bragg
21
dipatuhi. Menurut hukum Bragg, semua bidang- bidang dalam suatu kristal
memantulkan sinar-X, apabila kristal dimiringkan dengan sudut tertentu terhadap
berkas sinar datang. Sudut tergantung pada panjang gelombang (λ) dan jarak antar
bidang atom dalam kristal (d) (Tan, 1991).
Gambar 2.8 : Gambar Skematik dari Berkas Sinar–X datang yang Memantul dari
Bidang Kristal, dengan Mengikuti Hukum Bragg : nλ = 2 d sin θ
nλ = 2 d sin θ
dimana d = jarak antar bidang atom dalam kristal
λ = panjang gelombang
θ = sudut sinar
n = tingkat difraksi
2.9
Spektroskopi Inframerah (IR)
Akhir – akhir ini spektroskopi inframerah telah banyak digunakan dalam
kajian mineralogi lempung. Lempung amorf maupun kristalin menyerap radiasi
inframerah, dan metode ini lebih berguna bagi sampel yang tidak dapat dianalisis
22
dengan difraksi sinar – X. Spektrum serapan inframerah suatu mineral mempunyai
pola yang khas, yang tidak hanya membuka kemungkinan untuk identifikasi
mineral tersebut, tetapi juga menyingkap keberadaan gugus – gugus fungsional
utama di dalam struktur senyawa yang sedang diidentifikasi (Tan, 1991).
Serapan inframerah berkaitan dengan getaran molekul atau atom, dan
hanya radiasi dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi getaran tersebut yang
akan diserap. Atom atau molekul dalam suatu senyawa berosilasi atau bergetar
dengan frekuensi sekitar 1013-1014 hitungan perdetik (hdp). Untuk tingkat
molekul, perbedaan dalam keadaan vibrasi dan rotasi digunakan untuk
mengadsorpsi sinar inframerah. Jadi untuk dapat mengadsorpsi, molekul harus
memiliki perubahan momen dipol sebagai akibat dari vibrasi. Vibrasi (getaran)
yang cepat dari atom – atom menghasilkan perubahan yang cepat dalam momen
dipol, dan serapan radiasi inframerah berjalan intensif. Sebaiknya, getaran yang
lemah dari atom – atom menghasilkan perubahan yang lambat dalam momen
dipol dan akibatnya serapan radiasi inframerah relatife lemah. Molekul – molekul
simetris sering tidak dapat menyerap radiasi inframerah (Tan, 1991).
Dua kelompok daerah frekuensi yang biasanya mencirikan kurva
inframerah dari kebanyakan mineral lempung yaitu :
1. Daerah antara 4000 dan 3000 cm-1 yang diakibatkan oleh getaran regang dari
air terjerap dan atau gugus OH oktahedral disebut daerah gugus fungsional.
2. Daerah antara 1400 – 800 cm-1 yang disebabkan oleh getaran Al – OH dan
atau Si – O disebut daerah sidik jari. (Tan, 1991)
Fraksi lempung (<2μm) yang dipisahkan dengan analisis mekanik dapat
digunakan secara langsung atau dapat dipisahkan dahulu dengan sentrifuge ke
23
dalam fraksi lempung kasar (2,0 – 0,2 μm). Jika diperlukan penghalusan, proses
ini harus dilakukan dengan hati – hati, karena penggunaan tenaga yang berlebihan
akan cenderung menghancurkan struktur mineral (menjadi amorf), dan cenderung
meningkatkan sifat higroskopik dari sampel yang bersangkutan (Tan, 1991).
2.10 Spektrofotometer UV-vis
Spektrofotometri sesuai dengan namanya adalah alat yang terdiri dari
spektrometer dan fotometer. Spektrofotometer menghasilkan sinar dari spektrum
dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas
cahaya yang ditransmisikan atau yang diabsorpsi. Jadi spektrofotometer
digunakan untuk
mengukur
energi
secara
relatif
jika energi
tersebut
ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikan sebagai fungsi sebagai panjang
gelombang. Kelebihan spektrofotometer dengan fotometer adalah panjang
gelombang dari sinar putih dapat lebih dideteksi dan ini diperoleh dengan alat
pengurai seperti prisma, grating atau celah optis. Pada fotometer filter dari
berbagai warna yang mempunyai spesifikasi melewatkan trayek panjang
gelombang tertentu (Gandjar, 2007 :215).
Adapun mekanisme kerja dari spektrofotometer adalah mula-mula sumber
radiasi dari berbagai macam sinar tanda (λ) yang berbeda-beda, masuk ke dalam
monokromator. Di monokromator ini cahaya diubah dari cahaya polikromatik
menjadi monokromatik, jadi sinar yang ada pada monokromator sudah ada λ
tertentu. Kemudian dari monokromator sinar menembus kuvet atau sampel
dimana sampel telah dilarutkan dengan pelarut yang sesuai, yaitu pada percobaan
24
kali ini memakai pelarut etanol. Di kuvet ini, ada cahaya yang diserap oleh sampel
(absorban) dan ada yang diteruskan disebut transmitan (Marzuki, 2012).
Pada spektrofotometri, konsentrasi suatu larutan ditetapkan dengan
pengukuran banyaknya cahaya yang diserap (adsorpsi) oleh larutan bersangkutan.
Apabila suatu larutan dikenai sinar polikromatik maka ada suatu berkas sinar
dengan panjang gelombang tertentu yang diserap, sedangkan berkas sinar lainnya
diteruskan melalui larutan tersebut. Berkas sinar yang diteruskan berwarna. Warna
yang diteruskan merupakan warna dari larutan, disebut warna komplementer dari
warna sinar yang diserap (Muhammad dan Achmad, 1990). Pada tabel 2.2 dapat
dilihat warna komplementer dari spektrum sinar tampak.
Tabel 2.2 Warna Komplementer Spektrum Sinar Tampak
(Muhammad dan Achmad, 1990).
Panjang gelombang
Warna yang
Warna yang
(nm)
diserap
teramati
380 – 450
Violet
Hijau kekuningan
450 – 495
Biru
Kuning
495 – 570
Hijau
Violet
570 – 590
Kuning
Biru
590 – 620
Orange
Hijau – biru
620 – 750
Merah
Biru – hijau
Hubungan antara banyaknya cahaya yang diserap dengan konsentrasi
kompenen yang menyerap dinyatakan dengan hukum Lambert - Beer yaitu :
(Muhammad dan Achmad, 1990).
25
𝐿𝑜𝑔
𝐼𝑡
𝐼0
= −𝜀. 𝑏. 𝑐 ................................................................................... (3)
Jika It/I0 = T, maka :
log T = -ε.b.c .................................................................................. (4)
Dengan I0 adalah intensitas cahaya dating, It adalah intensitas cahaya yang
ditransmisikan, T adalah transmitansi, ε adalah adsorptivitas molar atau koefisien
ekstingsi molar (L mol-1 cm-1), b adalah tebal cuplikan (cm), dan c adalah
konsentrasi larutan yang dinyatakan dalam mol/L. Jika –log T = A (absorbans),
maka
A = ε.b.c .......................................................................................... (5)
Jika konsentrasi dinyatakan dalam gram/L, maka persamaan menjadi :
A= a.b.c . .......................................................................................... (6)
a = absorptivitas (L gram-1 cm-1)
Pada penelitian ini, analisis spektrofotometri Uv-vis menggunakan metode
kurva kalibrasi. Metode ini dilakukan dengan pengukuran suatu seri larutan
standar dengan berbagai konsentrasi. Selanjutnya yaitu membuat grafik antara
konsentrasi (c) terhadap adsorbans (A) seperti pada Gambar 2.9, yang merupakan
garis lurus melewati titik nol dengan persamaaan regresi linier y = ax + b. Dimana
y merupakan absorbans pengukuran, x = konsentrasi larutan, a = slope, b =
intersep. Konsentrasi larutan sampel dapat dicari dengan mengintrapolasi
absorbans sampel ke dalam grafik atau memasukkan harga absorbans sampel ke
persamaan regresi linier sehingga konsentrasi dari sampel dapat dihitung
(Muhammad dan Achmad, 1990).
26
A
b
s
o
r
b
a
n
s
y = ax + b
A3
A2
A1
C1
C2
C3
Konsentrasi
Gambar 2.9 Kurva Kalibrasi
Penentuan luas permukaan adsorben lempung pada penelitian ini
menggunakan Metode Metilen Biru dengan spektrofotoetri UV-vis sebagai teknik
pengukurannya. Sejumlah tertentu adsorben dicampurkan dengan metilen biru
pada suatu konsentrasi, adsorben akan mengadsorpsi sejumlah tertentu metilen
biru. Sisa metilen biru yang tidak terserap akan diukur adsorbansnya dengan
spektrofotometer Uv-vis, selanjutnya adsorbans tersebut diintrapolasi ke dalam
kurva kalibrasi adsorbans vs konsentrasi standar metilen biru atau memasukan
harga adsorbans ke persamaan regresi linier, sehingga konsentrasi metilen biru
yang tidak terserap adsorben dapat dihitung (Haristyanti, 2006).
Jumlah metilen biru yang terserap oleh setiap gram adsorben (Xm) dapat
dihitung dengan rumus yaitu (Haristyanti, 2006) :
Xm = (C1-C2).V ............................................................................ (7)
1000B
Selanjutnya luas permukaan adsorben yang ditentukan dengan metode metilen,
dapat dihitung dari persamaan :
27
S = Xm.N.a ..................................................................................... (8)
Mr
atau
S = 3,7015.103 Xm (m2/g) ............................................................. (9)
Dimana :
C1
= konsentrasi metilen biru awal (ppm)
C2
= konsentrasi metilen biru sisa dalam filtrate (ppm)
V
= volume larutan metilen biru yang digunakan (mL)
B
= massa adsorben yang digunakan (g)
S
= luas permukaan adsorben (m2/g)
N
= bilangan Avogadro (6,022.1023mol-1)
Xm
= massa adsorbat teradsorpsi (g/g)
a
= luas penutup oleh 1 molekul metilen biru (197.10-20 m2)
Mr
= massa molekul relatif metilen biru (320,5 g/mol)