SOLID STATE REACTION

Reaksi Kimia Padat-Padat

Solid state reaksi atau reaksi padatan disebut juga reaksi media kering merupakan

reaksi kimia yang tidak menggunakan pelarut. Dalam reaksi normal reaktan ditempatkan

dalam pelarut sebelum reaksi berlangsung , dan bereaksi membentuk suatu zat baru, setelah

reaksi selesai maka produk akan dipisahkan dari pelarut. Pada reaksi solid-state tanpa

menggunakan pelarut labih ramah lingkungan karena tidak ada limbah pelarut dalam

pembentukan produk.

Sumber : http://www.wisegeek.com/what-is-a-solid-state-reaction.htm

Metode Reaksi kimia padat adalah cara yang dilakukan dengan mereaksikan padatan

dengan padatan tertentu pada suhu tinggi. Metode ini merupakan metode yang paling banyak

digunakan untuk sintesis bahan anorganik dengan mengikuti rute yang hampir universal,

yakni melibatkan pemanasan berbagai komponen pada temperatur tinggi selama periode yang

relatif  lama. Reaksi ini melibatkan pemanasan campuran dua atau lebih padatan untuk

membentuk produk yang juga berupa padatan. Tidak seperti pada fasa cairan atau gas, faktor

pembatas dalam reaksi kimia padat biasanya adalah difusi (Ismunandar, 2006).

Laju reaksi pada metode ini  ditentukan oleh tiga faktor yang dapat dijelaskan sebagai

berikut:

1.   Intensitas kontak padatan pereaksi

Untuk memaksimalkan reaksi harus digunakan pereaksi yang memiliki luas permukaan besar.

Selain itu, memaksimalkan intensitas kontak dapat dilakukan dengan membuat pelet dari

campuran berbagai reaksi.

2.   Laju difusi

Untuk meningkatkan laju difusi dapat dilakukan dengan menaikkan temperatur reaksi dan

memasukkan defek. Defek dapat dimasukkan dengan memulai reaksi dengan reagen yang

terdekomposisi dulu sebelum atau selama bereaksi, misalnya nitrat atau karbonat.

 3.  Laju nukleasi fasa produk

Untuk meningkatkan laju nukleasi produk dapat digunakan reaktan yang memiliki struktur

kristal mirip dengan struktur kristal produk.

Bahan anorganik yang penting dan sedang menjadi topik penelitian saat ini adalah

jenis oksida yang rumit, yakni bahan yang mengandung lebih dari satu logam selain oksigen.

Senyawa ini mencakup fasa terner, seperti CuRh2O4, dan oksida kuartener,

Ratih Dyah

Puspitasari

misalnya YBa2Cu3O7-x. Dalam kasus seperti ini, sintesis langsung pada temperatur tinggi dari

komponen-komponen oksidanya sering menghasilkan oksida rumit yang diinginkan.

Dalam sintesis CaTiO3, CaCO3, dan TiO2 dicampur dengan perbandingan stoikiometrik

yang cocok (perbandingan molar 1 : 1) dan digerus dengan mortar dan pastel. Penimbangan

yang akurat merupakan langkah yang sangat kritis, sebab sekali produk terbentuk, pemurnian

sering merupakan hal yang hampir tidak mungkin. Oleh karena itu, perbandingan

stoikiometri yang tepat sangat penting. Selanjutnya, pengepresan campuran menjadi pelet,

memasukkan pelet tersebut ke dalam krus, dan menempatkannya dalam tungku pada suhu

yang tinggi, misalnya 900 oC.

 Langkah-langkah detail dalam sintesis kimia  padatan sebagi berikut (Ismunandar,

2006):

1.  Memilih pereaksi yang tepat dengan ciri-ciri:

a)  Serbuk yang berbutir kecil untuk memaksimalkan luas permukaan.

b)  Reaktif untuk mempercepat reaksi.

c)  Komposisi terdefenisi baik.

2.  Menimbang pereaksi dengan cara analitik.

3.  Mencampurkan berbagai pereaksi dengan menggunakan

a)  Agate mortar dan pastel

b)  Dengan Ball Mill

4.  Mengubah campuran reaksi menjadi pelet dengan maksud:

a)  Meningkatkan kontak antarpartikel

b)  Meminimalkan kontak dengan krusibelnya

5.  Memilih wadah reaksi, dalam memilih wadah reaksi, perlu dipertimbangkan faktor

kereaktifan, kekuatan, harga dan kerapuhan wadah, misalnya Al2O3 dengan temperatur

maksimal 1950 oC, ZrO2/Y2O3 dengan temperatur maksimal 2000 oC, Pt dengan temperatur

maksimal 1770 oC, Au dengan temperatur maksimal 1063 oC, Ag dengan temperatur

maksimal 960 oC dan Ir dengan temperatur maksimal 2450 oC

6. Memanaskan campuran yang telah terbentuk, untuk mencegah terjadinya penguapan dan

kemungkinan penghamburan pereaksi dari wadah reaksi, dapat dilakukan dengan

memanaskan campuran pada temperatur yang lebih rendah pada saat reaksi dimulai. Untuk

mensintesis suatu oksida diperlukan pengoksidasi dengan menggunakan udara (O2) atau pada

temperatur rendah. Sementara itu, untuk mereduksi suatu zat diperlukan pereduksi dengan

menggunakan gas hidrogen(H2) dan Argon (Ar) atau pada temperatur tinggi. Untuk

menghasilkan nitrida dapat digunakan NH3atau gas-gas inert, seperti N2 dan Ar, dan untuk

menghasilkan sulfida dapat digunakan H2S dalam tabung tertutup.

7.  Menggerus dan menganalisis dengan difraksi sinar-X serbuk. Tahap ini merupakan tahap

untuk mengecek apakah produk telah terbentuk dan    reaksi telah selesai atau belum.

8.   Bila reaksi belum lengkap, kembali ke langkah 4 dan diulangi lagi.

METODA REAKSI PADAT-PADAT

a. Metoda keramik (Shake and Bake)

Suatu metoda reaksi antar padatan yang secara langsung menghasilkan produk akhir. Pada

dasarnya reaksi ini tidak melibatkan dekomposisi bahan.

Laju reaksi padatan dipengaruhi oleh:

Area kontak antara permukaan pereaksi

Laju nukleasi produk

Laju difusi ion-ion pada pembentukan produ

Pembentukan produk melalui nukleasi pada antarmuka pereaksi.

Pembentukan produk menimbulkan antarmuka

Difusi menjadi faktor penentu laju reaksi selanjutnya

Jarak difusi yang lebih panjang menyebabkan laju reaksi makin lambat

Luas permukaan suatu padatan dapat ditingkatkan dengan memperkecil ukuran partikel

melalui proses penggerusan dalam ball mill

Luas permukaan ditingkatkan melalui crushing atau milling

1 cm3luas permukaan 6 cm2

1 mm3luas permukaan 60 cm2

10 m3luas permukaan 6000 cm2

10 nm3luas permukaan 60jt cm2 (600m2)

Contoh reaksi padatan

Dekomposisi

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

Kombinasi

YBa2Cu3O5(s) + O2(g) YBa2Cu3O7(s)

Metatesis

MnO2(s) + CO(g) MnO(s) + CO2(g)

AdisiBaO(s) + TiO2(s) BaTiO3(g)

Metode Formation of Perovskite

Kestabilan perovskite dipengaruhi oleh 2 faktor yaitu termodinamika dan kinetika. Secara

termodinamika ada 2 hal yang mempengaruhi kestabilan perovskite yaitu elektronegativitas

dan Goldsmith. Struktur perovskite adalah susunan kristal ion secara alami dan akan stabil

bila ada ikatan kuat diantara ion-ion danbila jari-jari ion pembentuk tersebut pada daerah

yang sesuai (TR. Shrout and A.Halliyal)

Contoh metode Perovskite :

Sintesis barium titanite

Reaksi pembentukan BaTiO3

BaCO3(s) + TiO2(s) BaTiO3(s) + CO2(g)

(M.Valdivieso and M.Soustell: Chem. Eng. Sci., 1996, 51, 2535.)

Fig.1 SEM micrographs showing intermediate stages of the reaction between as received BaCO3 and

TiO2:

(a) starting TiO2 and BaCO3 equi-molar mixture just after milling, (b) powder calcined at 800±C.

Consumption

of rod like BaCO3 and increase in smaller TiO2 particle size is clearly visible, (c) powder calcined at

9000C and difficult to distinguish between BaCO3, TiO2 and BaTiO3 particles, (d) single phase

BaTiO3 particles calcined at 1300 0C.

(J. Mater. Sci. Technol., Vol.23 No.5, 2007)

Metode spinel

intesis Pewarna Keramik melalui Metode Spinel  dari Campuran Oksida MgO-Fe2O3 dengan

cara dicampurkan oksida MgO oksida Fe2O3. Campuran oksida dengan perbandingan tertentu

digeruslalu dikalsinasi dalam tungku pembakaran pada suhu 12000C selama 24 jam.

Selanjutnya 1 gramcampuran oksida hasil pembakaran dicampur dengan glasir transparan

sebesar 7 dan 10 gram. Hasilcampurannya kemudian diaplikasikan pada body dan dikalsinasi

pada suhu 1200 ºC selama 24 jam. Oksida Fe2O3 merupakan oksida transisi yang dapat

menimbulkan warna didalam pembentukanoksida spinel  Mg Fe2O4 . Spinel  Mg Fe2O4 dapat

diperoleh pada saat perbandingan berat oksida yangd ipergunakan adalah MgO: Fe2O3

(1:4gram), yakni pada saat perbandinganmol MgO dan Fe2O3 sama. Proses

pembentukan oksida spinel ditunjukkan pada persamaan reaksi : KxOy+ LmOn  K xLmOy+n,

(Ismunandar, 2006).

Dengan cara yang sama, reaksi pembentukan spinel Mg Fe2O4 adalah:

MgO + Fe2O3 Mg Fe2O4

(Ismunandar. 2006. Padatan Oksida Logam, Struktur, Sintesis dan Sifat-sifatnya. Bandung:

InstitutTeknologi Bandung)