ANLISA LOGAM TRANSISI

8/12/2019 ANLISA LOGAM TRANSISI

1/14

Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora 1(2), 107-120

ANALISIS LOGAM-LOGAM TRANSISI DAN IDENTIFIKASISENYAWA-SENYAWA KIMIA PADA BATU MERAH DI DESA

TAJUN DAN SEKITARNYA

I Wayan Karyasa dan I Made KirnaJurusan Pendidikan Kimia FMIPA Undiksha

Abstrak

Telah dilakukan penelitian tentang potensi batu merah yang adadi Desa Tajun, Kabupaten Buleleng, Bali. Penelitian ini

bertujuan (1) menganalisis kadar logam-logam transisi Fe, Co, Ni, Ci, Mn, Cr dan Ti pada batu merah dengan berbagai variasiwarna; (2) mendeskripsikan perbedaan kadar logam-logamtransisi Fe, Co, Ni, Ci, Mn, Cr dan Ti dan keterkaitannyadengan variasi warna yang ada; (3) mengidentifikasi warnasenyawa-senyawa kimia yang terdapat pada batu merah

bervariasi warna tersebut; (4) mendeskripsikan keterkaitanantara keberadaan senyawa-senyawa kimia dalam batu merah

dengan variasi warna yang dimilikinya. Batu merah denganvariasi warna merah tanah, merah darah, merah kehitaman danhitam diambil sebagai sample. Hasil detruksi bubuk batu merahdengan HNO 3 dan HCL dengan penambahan beberapa ml HF48% dianalisis kadar logam-logam transisinya dengan atomicabsorption spectroscopy (AAS). Identifikasi senyawa-senyawakimia yang terdapat dalam batu merah menggunakan metodedifraksi sinar X bubuk (XRD) dengan radiasi Cu K 1 ( =154,06 pm) pada 2 = 5 85 o (suhu kamar). Hasil penelitianmenunjukkan (1) adanya variasi kadar Fe, Co, Ni, Ci, Mn, Crdan Ti pada sampel batu merah bervariasi warna; (2) kadar Fe,Co, Mn dan Ti untuk semua sampel lebih tinggi daripada kadarrata-rata pada batuan kerak bumi dalam literatur, namun kadar

Ni, Cu dan Cr ada dalam kisaran rata-rata; (3) ada keterkaitanantara variasi kadar logam-logam transisi dan variasi warna

batu merah (Fe, Mn dan Cr cendrung memberikan karakterwarna tanah, sedangkan Cn, Ni, Cu, dan Ti cenderungmemberikan karakter warna hitam; (4) senyawa-senyawa kimiayang terdapat pada batu merah dapat diformulasi sebagaisenyawa aluminosilikat, silikat, dan oksida, yang mengandunglogam-logam transisi dominant Fe, Mn dan Ti. Variasi warna

JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007 107


2/14


3/14


4/14


kehitaman, dan hitam) batu merah yang ada di Desa Tajun (KabupatenBuleleng, Bali). Hasil penelitian ini diharapkan berkontribusi dalammendiskripsikan sifat kimia dan fisika batu merah dan menambah

pembendaharaan sumber bahan pigmen anorganik alami sebagai usaha untukmemberi nilai tambah batu merah tersebut.

MetodeSampel penelitian adalah batu merah yang diambil secara acak dan

dibedakan atas warnanya, yaitu merah tanah, merah darah, merah kehitaman,dan hitam. Lima lokasi ditentukan secara acak dan dari tiap-tiap lokasidipilih empat sampel yang dibedakan atas warnanya. Semua sampel yangmasih berupa bongkahan tersebut dicuci dengan aquades beberapa kali, laludukeringkan sampai beratnya konstan. Tiap-tiap sampel pada tiap lokasidengan warna yang sama dipilih secara acak dan ditimbang dengan beratyang sama. Selanjutnya sampel-sampel dari lima lokasi dengan warna yangsama dijadikan satu dan dibubuk untuk menjadi sampel serbuk (S i) yanghomogen (i = 1, 2, 3, 4; dan 1 = merah tanah, 2 = merah darah, 3 = merahkehitaman, 4 = hitam).

Tiap-tiap bubuk sampel didestruksi dengan larutan campuran asam

nitrat dan asam klorida dan ditambahkan asam flourida 48% secukupnyasampai destruksi sempurna. Larutan hasil destruksi diencerkan dan dianalisiskadar logam-logam transisinya (Fe, Co, Ni, Cu, Cr, dan Ti) dengan metodeAAS ( atomic absorption spectroscopy ). Identifikasi senyawa-senyawa kimiayang terdapat dalam batu merah menggunakan metode difraksi sinar X

bubuk (XRD) dengan radiasi Cu K 1 ( = 154,06 pm) dan pengurkuran padarentang 2 = 5 85 o (suhu kamar).

Data yang diperoleh dianalisis secara deskriptif untuk mengomparasikandungan logam-logam transisi dari sample batu merah bervariasi empatwarna tersebut dan diemukan keterkaitan antara kadar berbagai logam

trenasisi tersebut dan variasi warna yang ada.

Hasil dan Pembahasan

Analisis Kadar Logam Transisi dengan AASBerikut adalah hasil analisis kadar logam-logam transisi (Fe, Co, Ni,

Cu, Mn, Cr, dan Ti) menggunakan AAS



5/14


(1) Analisis kadar besi (Fe)Berdasarkan grafik pada Gambar 1, terlihat bahwa kandungan besi

pada batu merah variasi warna merah tanah paling besar dan menurunkadarnya dengan warna batu merah semakin gelap (hitam). Dibandingkandengan keberadaan Fe rata-rata pada kerak bumi yaitu sebesar 5,2% berat(Markham dan Smith, 1952), batu merah berbagai variasi warna tersebutmengandung Fe dengan kadar yang lebih tinggi. Warna merah pada batumerah mungkin berkaitan erat dengan kandungan logam Fe.

7,4198

7,2876

7,03316,9637

6,7

6,8

6,9

7

7,1

7,2

7,3

7,4

7,5

S1 S2 S3 S4

Sample variasi warna

K a d a r F e

( % b e r a

t )

Gambar 1

Kadar Fe (% berat) sample batu merah bervariasi warna

(2) Analisis kadar kobal (Co) dan nikel (Ni)Berdasarkan grafik pada Gambar 2 (a) tersebut, terlihat bahwa

kandungan kobal (Co) pada batu merah variasi warna hitam paling besar danmeningkat kadarnya dari warna merah tanah ke warna hitam. Dibandingkandengan keberadaan Co rata-rata pada kerak bumi, yaitu sebesar 0,001% berat(Markham dan Smith, 1952), batu merah berbagai variasi warna tersebutmengandung kobal lebih daripada tujuh sampai sebelas kali lipatnya.Gambar 2 (b) menunjukkan bahwa kandungan nikel (Ni) pada batu merah

variasi warna hitam paling besar, namun sampel warna merah darahkadarnya paling kecil dan selisihnya dengan warna terdekat (merah tanahdan merah kehitaman) tidak besar jika dibandingkan dengan sampel warnahitam. Walaupun demikian, kalau dibandingkan dengan kadar rata-rata Ni

pada batuan kerak bumi, yaitu sebesar 0,020% berat (Markham dan Smith,1952), batu merah berbagai variasi warna tersebut mengandung nikel yang

jauh lebih kecil.



6/14


0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

0,014

S1 S2 S3 S4

Sampel variasi warna

K a

d a r

C o

( % b

e r a

t )

0

0,0010,002

0,003

0,0040,005

0,006

0,007

0,0080,

0,

009

01

S1 S2 S3 S4

Sample variasi warna

K a d a r N i ( %

b e r a t )

(a) (b)

Gambar 2(a) Kadar Co (% berat) dan (b) Ni (% berat) sample

batu merah bervariasi warna

(3) Analisis kadar tembaga (Cu), kromium (Cr), mangan (Mn)dan titanium (Ti)

Kandungan tembaga (Cu) pada batu merah menunjukkan variasi bahwa pada batu merah variasi warna hitam paling besar seperti terlihat pada

Tabel 1, namun sampel warna merah darah kadarnya paling kecil danselisihnya dengan warna terdekat (merah tanah dan merah kehitaman) tidak besar jika dibandingkan dengan sampel warna hitam. Hal ini mirip dengankandungan nikel (Ni) seperti terlihat pada Gambar 2 (b). Dibandingkandengan kadar rata-rata Cu pada batuan kerak bumi, yaitu sebesar 0,0001%

berat (Markham dan Smith, 1952), batu merah dengan variasi warna merahdarah dan merah tanah tidak jauh berbeda, namun berbeda cukup besar untuk

batu merah warna kehitaman sampai hitam.Kandungan kromium (Cr) pada batu merah menunjukkan variasi

kadar bahwa pada batu merah variasi warna merah tanah mengandung

kromium paling besar (0,04352% berat), melebihi kandungan Cr batuankerak bumi rata-rata (0,037% berat) menurut literatur (Markham dan Smith,1952), namun sampel batu merah warna merah darah, merah kehitaman, danhitam mengandung kromium yang jauh lebih kecil (Tabel 1). Warnakekuningan pada batu merah tanah kemungkinan ada kaitannya dengankandungan kromium.

Kandungan mangan (Mn) pada batu merah menunjukkan variasi bahwa pada batu merah variasi merah darah mengandung mangan paling besar dan tidak berbeda jauh dengan sampel warna merah tanah, namun



7/14


berbeda nyata dengan sampel warna merah kehitaman dan hitam, sepertiditunjukkan pada Tabel 1. Dibandingkan dengan kadar rata-rata Mn pada

batuan kerak bumi yaitu, sebesar 0,10% berat (Markham dan Smith, 1952), batu merah dengan variasi hitam berada pada kisaran rata-rata, namun batumerah warna merah kehitaman sampai merah tanah mengandung Mn yang

jauh di atas rata-rata pada batuan kerak bumi. Warna merah mungkin sangatterkait dengan kandungan logam Mn.

Berdasarkan grafik pada Tabel 1, terlihat bahwa kandungan titanium(Ti) pada batu merah variasi warna hitam paling besar (hampir dua kali lipatkandungan rata-rata batuan kerak bumi, yaitu 6,3% berat (Underwood danEarnshaw, 2003). Walaupun kandungan titanium pada batu merah variasimerah tanah, merah darah, dan merah kehitaman relatif tidak berbeda nyata,masih ada pada kisaran di atas rata-rata kandungan titanium batuan kerak

bumi. Persenyawaan titanium yang ada pada batu merah kemungkinan berkontribusi terhadap warna keabuan sampai hitam.

Tabel 1Kandungan Logam-Logam (% Berat) pada

Batu Merah Bervariasi Warna.

Kadar logam-logam (% berat)Kodesampel/warna

Fe Co Ni Cu Mn Cr TI

S1(MerahTanah) 7.4198 0.0073 0.0048 0.00015 0.1242 0.04352 0.6575

S2(MerahDarah) 7.2876 0.0076 0.0046 0.00011 0.1250 0.00031 0.6913

S3 (MerahKehitaman) 7.0331 0.0089 0.0053 0.00019 0.1198 0.00033 0.6763

S4

(Hitam) 6.9637 0.0118 0.0086 0.00048 0.1053 0.00145 1.0938

Sebagai pembanding adalah rata-rata kandungan logam pada batuan kerak bumi (dalam %) berturut-turut: Fe (5,12%), Co (0,001%), Ni (0,020%), Cu(0,0001%), Mn (0,10%), Cr (0,037%), Al (8,13%), (Markham dan Smith,1955) dan Ti (0,63%) (Greenwood dan Earnshaw, 2003).

Keterkaitan antara kandungan logam-logam transisi yang dianalisis(Fe, Co, Ni, Cu, Mn, Cr) dengan adanya variasi warna batu merah (merahtanah, merah darah, merah kehitaman, dan hitam) dapat digambarkan sepertiGambar 3.



8/14


9/14


(a)

(b)

Gambar 4(a) Pola difraksi sinar X dari bubuk sampel batu merah bervariasiwarna; (b) Identifikasi fasa cara finger print dari bubuk sampel

warna hitam dan warna merah tanah.



10/14


Hasil identifikasi fasa dengan cara finger print terhadap pola difraksiXRD bubuk batu merah warna merah tanah dengan menggunakan bank datadari ICSD (kristal tunggal) dan PDF (bubuk) menunjukkan bahwa fasa-fasateridentifikasi adalah aluminosilikat-aluminosilikat Fe (PDF nomor 84-0983dan 74-2020), Mn (PDF nomor 87-1717 dan 85-1278), Co (PDF nomor 86-0657), Ni (PDF nomor 74-0731), Cu (PDF nomor 84-0391), Ti (PDF nomor22-0502), dan oksida-oksida besi ( -Fe 2O3, ICSD nomor 82904 dan Fe 3O4,ICSD nomor 20596) dengan sedikit pergeseran dua theta dari puncak-puncakutamanya (terutama tiga puncak utama dari tiap-tiap aluminosilikat maupunoksida yang berkecocokan).

Pergeseran dua theta kemungkinan disebabkan oleh perpaduan beberapa aluminosilikat tersebut atau oleh adanya pergantian (substitusi)kation-kation logam transisi dengan komposisi tertentu.

Hasil identifikasi fasa dengan cara finger print terhadap pola difraksiXRD bubuk batu merah warna hitam sebagai perbandingan dengan poladifraksi XRD bubuk batu merah merah tanah dengan menggunakan bankdata ICSD (kristal tunggal) dan PDF (bubuk) menunjukkan bahwa fasa-fasateridentifikasi adalah sama, yaitu beberapa aluminosilikat dari Fe (PDFnomor 84-0983 dan 74-2020), Mn (PDF nomor 87-1717 dan 85-1278), Co

(PDF nomor 86-0657), Ni (PDF nomor 74-0731), Cu (PDF nomor 84-0391),Ti (PDF nomor 22-0502) dan oksida-oksida besi ( -Fe 2O3, ICSD nomor82904 dan Fe 3O4, ICSD nomor 20596) seperti terlihat pada Gambar 4.

Namun, terdapat sedikit pergeseran dua theta dan perubahan intensitas dari puncak-puncak utamanya. Ada sekumpulan puncak yang intensitasnya bertambah dan ada juga yang menurun. Perubahan intensitas dan pergeserandua theta diperkirakan disebabkan oleh adanya perpaduan beberapaaluminosilikat atau substitusi kation-kation logam transisi oleh kation logamtransisi lainnya dengan komposisi tertentu pada aluminosilikat utama

penyusun batuan tersebut.

Berdasarkan hasil analisis terhadap pola difraksi XRD bubuk batumerah bervariasi warna didapatkan bahwa kemungkinan fasa utama

penyusun batu merah adalah senyawa aluminosilikat dari besi (Fe), yaituSillimanit (PDF 84-0983) dengan rumus kimia Fe 0,02 Al1,98SiO 5 atauAlmandin (PDF 74-2020) dengan rumus kimia Fe 3Al2(SiO 4)3 atau perpaduankeduanya dengan berbagai penukaran ion-ion Fe 3+ dan Al 3+ oleh ion-ionlogam lainnya, termasuk ion-ion logam transisi lainnya. Keberadaan ion-ionlogam lainnya kemungkinan juga karena interkalasi, bahwa ion-ion logamlainnya tersebut menempati ruang interstisi kristal aluminosilikat terebut.



11/14


Dengan demikian, dapat dirumuskan fasa utama penyusunan batu merahadalah sebagai berikut:

(M 1)a(M 2) bFe cMn dTi eCo f {Ni gCu hCr i(M 3) j}Al xSiyO z(M 1 = logam alkali, M 2 = logam alkali tanah, M 3 = logam lainnya yangkeberadaannya sangat kecil ( trace )).

Teridentifikasinya beberapa aluminosilikat lain, seperti manganaluminosilikat sampai titanium aluminosilikat, menunjukkan bahwakemungkinan senyawa-senyawa tersebut sebagai fasa pendamping disamping oksida-oksida besi termodifikasi (ditandai oleh pergeseran dua thetadan intensitas tanpa mengubah pola difraksi). Modifikasi oksida-oksida besiFe2O3 (ICSD 82904) dan Fe 3O4 (ICSD 64829) adalah sebagai akibat adanya

penggantian (substitusi) beberapa ion besi oleh ion-ion logam transisilainnya di samping ion-ion logam utama, seperti ion alkali dan alkali tanah.Selain melalui mekanisme substitusi terhadap kation silikat oleh ion-ionlainnya, modifikasi oksida yang ada juga kemungkinan disebabkan olehinterkalasi ( doping ) oleh ion-ion lainnya tersebut dengan menempatkan diri

pada ruang-ruang interstisi yang memungkinkan.(M 1)a(M 2) bFe c{Mn dTi eCo f Ni gCu hCr i(M 3) j}O z

Dengan mempertimbangkan hasil analisis logam-logam transisi dan

aluminium seperti tertera pada Tabel di atas, selain aluminosilikat danoksida, masih dimungkinkan terdapat fasa pendamping yang berupa besisilikat termodifikasi:

(M 1)a(M 2) bFe cMn dTi eCo f {Ni gCu hCr i(M 3) j}SiyO zHal ini dimungkinkan karena adanya selisih kadar aluminium yang berbedanyata antara sampel batu merah bervariasi warna, di samping untukmenyeimbangkan kadar aluminium dengan kadar Si berdasarkan fakta

bahwa kira-kira lebih daripada 80% komponen penyusun batu merah(kecuali batu merah warna hitam kurang daripada 80%) belumteridentifikasi, yang kemungkinan sebagian besar adalah Si dan O (penyusun

utama silikat).Keterkaitan variasi fasa yang teridentifikasi dengan variasi warna dari

batu merah disajikan seperti pada Gambar 5.Besi aluminisilikat termodifikasi kemungkinan memberi kontribusi warnamerah tanah (merah coklat kekuningan) jika fraksi mol Mn, Cr, Si semakin

besar, sedangkan kontribusi warna hitam diberikan oleh fraksi mol Fe, Ti, Codan Al. Warna merah tanah dikontribusi juga oleh fasa besi silikattermodifikasi. Tetapi warna hitam dikontribusi oleh oksida-oksida besitermodifikasi.



12/14


Gambar 5

Keterkaitan variasi fasa teridentifikasi denganvariasi warna batu merah

SimpulanSimpulan-simpulan yang dapat ditarik dalam penelitian ini, adalah

(1) adanya variasi kadar Fe, Co, Ni, Cu, Mn, Cr dan Ti pada sampel batumerah bervariasi warna; (2) kadar Fe, Co, Mn dan Ti untuk semua sampellebih tinggi daripada kadar rata-rata pada batuan kerak bumi dalam literatur,namun kadar Ni, Cu dan Cr ada dalam kisaran rata-rata; (3) ada keterkaitanantara variasi kadar logam-logam transisi dan variasi warna batu merah,yaitu bahwa Fe, Mn dan Cr cenderung memberikan karakter warna tanah,sedangkan Co, Ni, Cu, dan Ti cenderung memberikan karakter warna hitam;(4) senyawa-senyawa kimia yang terdapat pada batu merah dapat diformulasisebagai senyawa aluminosilikat, silikat, dan oksida yang mengandunglogam-logam transisi dominant Fe, Mn, dan Ti.

(M 1)a(M 2) bFe cMn dTi eCo f {Ni gCu hCr i(M 3) j}Al xSiyO z(M 1)a(M 2) bFe c{Mn dTi eCo f Ni gCu hCr i(M 3) j}O z(M 1)a(M 2) bFe cMn dTi eCo f {Ni gCu hCr i(M 3) j}SiyO z



13/14


Variasi warna kemungkinan berkaitan erat dengan variasi kadar logam-logam transisi yang terkandung dalam senyawa aluminosilikat, silikat, danoksida tersebut; jika kandungan Mn, Cr dan Si semakin besar, semakinmerah tanah; dan sebaliknya, semakin banyak Fe, Ti, Co dan Al semakinhitam.

Berdasarkan simpulan-simpulan di atas, dapat disarankan sebagai berikut. (1) Perlu dilakukan analisis terhadap logam-logam alkali, alkalitanah, silikon dan beberapa logam lainnya serta analisis kadar oksigen danunsur-unsur nonlogam, seperti karbon, fosfor, dan belerang. (2) PengukuranXRD dengan intensitas dan resolusi yang lebih tinggi serta pemurnian awalsangat diperlukan untuk keperluan analisis keberadaan senyawa-senyawakimia batu merah variasi warna tersebut. (3) Walaupun hasil penelitian

pendahuluan menunjukkan bahwa warna batu merah stabil sampai suhu800 oC, pengukuran TG dan DTA sangat disarankan untuk memverifikasi adaatau tidaknya perubahan fase akibat pemanasan tersebut. (4) Penelitianlanjutan untuk menentukan zat pendispersi yang tepat sesuai dengan

peruntukan pigmen anorganik merupakan hal yang sangat diperlukan untukmenuju realisasi penggunaan pigmen tersebut. (5) Studi lanjutan mengenaisenyawa kimia yang terdapat pada batu merah yang paling berperan pada

sifat antilumut dan kestabilan fisik batuan berongga tersebut merupakankajian lanjutan yang juga dapat disarankan.

Daftar Rujukan

Greenwood, N. N. & Earnshaw, A. 2003. Chemistry of the elements , SecondEdition. Amsterdam: Elsevier, Ltd.

Holleman, A. F. & Wiberg, N. 1985. Lehrbuch der anorganische chemie.Berlin: Walter de Gruyter.

Karyasa, I W. & Sudria, I. B. N. 2005. Explorasi bahan pigmen anorganikalamai dari narbatu merah di desa Tajun (Kecamatan Kubutambahan,Kabupaten Buleleng) dan sekitarnya. Laporan Penelitian . LembagaPenelitian IKIP Negeri Singaraja.

Mataram, I G. N. 1995. Kandungan besi (Fe) pada batu merah (Studi kasusdi desa Tajun Kabupaten Buleleng). Skripsi (tidak diterbitkan).Program Studi Pendidikan Kimia STKIP Negeri Singaraja.



14/14


MacEvoy, B. 2002. natural inorganic Pigments. http://www.handprint.com/HP/WCL/pigmt1a.html

Potter, M. J. 2001. Iron oxide pigments . U. S. Geological Survey Minerals

Yearbook.

Purnomo, E. 1997. Kandungan besi (Fe) dan nikel (Ni) pada pasir besi (Biasmelela) di desa Bukti, Kabupaten Buleleng. Skripsi (tidakditerbitkan). Program Studi Pendidikan Kimia STKIP NegeriSingaraja.

Riedel, E. 2002. Anorganische chemie . Berlin: Auflage, Walter de Gruyter.

Smith, D. 2002. Earth pigments: The artists oldest paintbox . http://www/danielsmith.com/learn/inksmith/200208/

Walter, D. 2005. The mechanism of the thermal transformation from goethite

to mematite, guest lecture in solid state chemistry. Makalah .Disajikan dalam seminar akademik kimia anorganik dan workshop

pengelolaan laboratorium kimia di Jurusan Pendidikan KimiaFPMIPA IKIP Negeri Singaraja tanggal 11-12 Februari 2005.

http://www.handprint.com/%20HP/WCL/pigmt1a.htmlhttp://www.handprint.com/%20HP/WCL/pigmt1a.htmlhttp://www/%20danielsmith.com/learn/inksmith/200208/http://www/%20danielsmith.com/learn/inksmith/200208/http://www/%20danielsmith.com/learn/inksmith/200208/http://www/%20danielsmith.com/learn/inksmith/200208/http://www.handprint.com/%20HP/WCL/pigmt1a.htmlhttp://www.handprint.com/%20HP/WCL/pigmt1a.html

ANLISA LOGAM TRANSISI

Documents

Transcript of ANLISA LOGAM TRANSISI