BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) LIBS adalah singkatan dari Laser Induced Breakdown Spectroscopy yang merupakan peralatan spektroskopi emisi atomik yang menggunakan laser sebagai energi ablasi dan dapat digunakan untuk menganalisis secara kualitatif dan kuantitatif (Cremers et all, 2006). Laser difokuskan ke permukaan sampel melalui lensa yang mana sebagian sampel akan terablasikan dan terbentuk plasma seperti pada Gambar 2.1. Gambar 2.1 Skema sederhana komponen utama LIBS. (Utomo, Aji Priyo, 2014) Plasma berisikan elektron-elektron, ion-ion, atom-atom netral dan atom-atom tereksitasi akibat adanya gelombang kejut (shock wave) yang terjadi sesaat setelah kompresi adiabatis. Dalam waktu yang sangat singkat atom-atom yang tereksitasi kembali ke keadaan awal (ground state) sambil memancarkan emisi foton dengan panjang gelombang yang sesuai dengan jenis atomnya. Selanjutnya emisi foton ditangkap detektor yang kemudian oleh spektrometer dihasilkan spektrum intensitas emisi fungsi panjang gelombang seperti pada Gambar 2.2. Intensitas menyatakan konsentrasi unsur dalam bahan dan panjang gelombang menyatakan jenis unsurnya. 4

2 5 300 Cr II 427,4387 nm Intensitas (a.u) Cr II 428,1049 nm Panjang gelombang (nm) Gambar 2.2 Grafik intensitas fungsi panjang gelombang. Gambar 2.2 merupakan spektrum dari sampel yang mengandung unsur Cr. Kualitas hasil spektrum tergantung pada keadaan proses pembentukan plasma dan proses pendeteksiannya yang mana dipengaruhi oleh faktor jenis laser, tekanan dan jenis gas penyangga, dan keadaan fisik dari sampel, yang mana akan diuraikan pada sub bab berikut ini (Suyanto, Hery, 2013) LASER Light Amplification by Stimulation Emission of Radiation (laser) yang artinya penguatan intensitas cahaya oleh emisi terangsang. Laser memiliki karakteristik, yaitu : sumber cahaya yang koherensinya sangat tinggi, monokromatik, kecerahan tinggi, durasi yang singkat (short time duration) dan menuju satu arah yang sama sehingga cahayanya menjadi sangat kuat dan terkonsentrasi (Svelto, Orazio, 1989). Laser terdiri atas tiga komponen dasar yaitu medium lasing (seperti kristal, gas, semikonduktor), sumber pemompa (seperti flash lamp, electrical current) yang memberikan energi tambahan pada material lasing, dan optical cavity terdiri dari dua cermin (cermin pemantul sempurna dan cermin pemantul sebagian) yang bertindak sebagai ruang untuk penguat sinar. Setelah sumber pemompa memberikan energi pada medium lasing, kemudian elektron-elektron tereksitasi pada tingkat energi tertentu seperti terlihat pada Gambar 2.3.

3 6 Cermin Cermin Gambar 2.3 Diagram (a) kerja laser zat padat (Nd:YAG) (b) tiga tingkat energi laser. (Sinaga, D.N, 2013) Gambar 2.3 (a) dan (b) adalah diagram kerja laser dengan menggunakan medium lasing zat padat Nd-YAG dengan proses sebagai berikut: elektron-elektron dalam atom di material lasing secara normal berada dalam keadaan dasar di tingkat energi ground state Q0. Ketika energi cahaya dari flash lamp ditambahkan (dipompakan) ke atomatom tersebut maka elektron-elektronnya tereksitasi ke level energi yang lebih tinggi Qe (excited energi level). Elektron-elektron ini akan meluruh melalui dua cara, pertama peluruhan elektron secara spontan dimana elektron secara langsung meluruh ke level energi lebih rendah (di tingkat energi metastabil Qm) sambil melepaskan atau mengemisikan energi dalam bentuk foton yang memancar ke segala arah. Kedua peluruhan secara terangsang (stimulated), dimana sebagian foton dari hasil peluruhan spontan ini dipantulkan bolak balik diantara dua cermin dan melalui material lasing serta menumbuk elektron-elektron di tingkat energi metastabil dan menyebabkan elektron-elektron tersebut kembali ke ground state. Transisi elektron-elektron ke ground state ini akan melepaskan energi dalam bentuk foton yang mempunyai fase, panjang gelombang, dan arah yang sama dengan foton penumbuk. Jika arah foton ini sejajar dengan sumbu optical cavity, maka foton akan dipantulkan bolak balik oleh cermin pemantul sempurna dan cermin pemantul sebagian yang berada di dalam optical cavity dan melalui material lasing. Dengan cara demikian energi foton diperkuat terus menerus sampai cukup untuk melewati cermin pemantul sebagian dan terbentuklah sinar laser.

4 Interaksi laser dengan bahan Bila laser difokuskan ke permukaan sampel padat, maka sebagian energi laser diserap oleh bahan untuk menaikkan suhunya sehingga ikatan-ikatan atomnya lepas. Sebagian energi lainnya digunakan untuk memantulkan atau menggerakan atom-atom tersebut dengan kecepatan yang sangat tinggi. Gerakan atom-atom ini akan melakukan kompresi adiabatis dengan gas disekeliling sampel hingga sampai pada tekanan tertentu dan terjadi gelombang kejut (shock wave) yang energinya digunakan untuk mengeksitasikan elektron-elektron dalam atom ke tingkat energi yang lebih tinggi. Dalam waktu yang sangat singkat, elektron-elektron ini akan kembali ke ground state sambil memancarkan emisi dan terbentuklah plasma seperti Gambar 2.4. S A M P E L Plasma primer Gelombang kejut (shock wave) Kompresi adiabatis Plasma sekunder Gambar 2.4 Proses pembentukan plasma. Pada Gambar 2.4 menunjukkan proses pembentukan plasma. Terlihat pada gambar bahwa terdapat dua daerah yaitu: daerah b tepat di permukaan sampel yang disebut plasma primer. Plasma ini mempunyai kerapatan partikel dan suhu yang sangat tinggi dan menghasilkan spektrum emisi kontinu. Daerah c merupakan pengembangan daerah pertama yang disebut plasma sekunder. Pada daerah ini menghasilkan spektrum emisi yang tajam. Spektrum ini sesuai dengan emisi foton yang dipancarkan oleh elektron-elektron yang bertransisi ke ground state dalam atom tertentu. Emisi ini akan menghasilkan panjang gelombang tertentu sesuai dengan jenis unsurnya, sehingga dapat digunakan untuk identifikasi unsur.

5 8 Jumlah massa partikel-partikel yang terablasi dari sampel dan membentuk plasma tergantung panjang gelombang laser dan koefisien absorpsi bahan (Fabbro et all, 1982) dengan hubungan : =110 (2.1) Dimana : m = massa partikel (kg) Φ = fluks yang diabsorpsi (W m -2 ) = panjang gelombang laser (m) = konstanta (kg -2 m -4 s -1 ) Spektrometer Spektrometer merupakan peralatan yang terdiri dari monokromator dan software. Monokromator sangat penting dalam spektroskopi karena karakteristik optik unsur ditentukan oleh panjang gelombang dan kadar unsur ditentukan dari intensitasnya. Monokromator yang dipakai pada penelitian ini tipe HR dengan spesifikasi : wavelength range nm, resolusi 0,1 nm (FWHM), 7 detector CCDs with a combined Mega pixels. Monokromator merupakan suatu instrumen optik yang berfungsi sebagai penyeleksi panjang gelombang tertentu (monokromatik) dari cahaya polikromatik seperti pada Gambar 2.5. Gambar 2.5 Diagram monokromator. (Agustiningrum, Ulfa, 2012) Gambar 2.5 bagian-bagian utama monokromator antara lain slit atau celah sempit (B, F), cermin (C, E), grating atau pemisah cahaya (D) dan detektor (G). Sumber

6 9 cahaya polikromatik (A) masuk ke slit (B) dan besarnya energi cahaya yang dideteksi oleh monokromator tergantung besarnya intensitas cahaya yang masuk pada luasan slit dan juga sudut datangnya. Slit berada pada titik fokus cermin (C) agar menghasilkan pantulan cahaya sejajar ke prisma atau grating (D). Cahaya ini akan didispersikan oleh prisma atau didifraksikan oleh grating menjadi beberapa warna dan diarahkan ke cermin (E). Cahaya terdispersi (seperti pelangi) selanjutnya oleh cermin (E) difokuskan ke slit keluaran (F), sehingga pada permukaan slit terdapat titik-titik bayangan yang terpisah dari berbagai warna. Dengan memutar grating atau prisma, maka titik-titik bayangan warna bergerak relatif terhadap slit keluaran. Sehingga dapat memilih panjang gelombang tertentu yang keluar dari slit keluaran menuju detektor untuk diproses lebih lanjut. Persamaan resolusi grating yang digunakan pada monokromator untuk memisahkan antara dua panjang gelombang yang berdekatan (Jenkis, Francis A, et all, 1965) yaitu : = (2.2) Dimana : R = daya pisah = panjang gelombang (nm) = selisih atau jarak terdekat panjang gelombang yang dipisahkan (nm) Sedangkan software befungsi untuk menganalisis atau mengidentifikasi unsur. Software yang dipakai adalah OOILIBS dan add LIBS. Software OOILIBS digunakan untuk mensinkronisasi antara waktu terbentuknya plasma dengan waktu pendeteksian. Waktu ini disebut delay time detection (waktu tunggu deteksi). Sedangkan software add LIBS digunakan untuk menganalisis spektrum dari plasma yang terdeteksi. Dalam software ini akan menampilkan intensitas sebagai fungsi panjang gelombang. Panjang gelombang menyatakan jenis unsurnya sedangkan intensitas merupakan jumlah unsurnya. Dengan spesifikasi monokromator dan software tersebut, spektrometer yang ada di laboratorium MIPA dapat memisahkan unsur-unsur dengan jelas Waktu tunggu deteksi Sebelum melakukan analisis kualitatif maupun kuantitatif suatu bahan, maka perlu dicari keadaan optimum suatu eksperimen. Pada teknik LIBS ini yang perlu

7 10 diperhatikan keadaan optimumnya adalah parameter energi laser dan waktu tunggu deteksi. Untuk menentukan keadaan optimum dari waktu tunggu deteksi dengan cara melihat nilai sinyal background, perbandingan sinyal puncak emisi terhadap sinyal background (S/B) dan FWHM fungsi waktu tunggu deteksi seperti terlihat pada Gambar ns 10 ns 90 ns 1 µs 10 µs 90 µs Gambar 2.6 Waktu deteksi. Gambar 2.6 menunjukkan skema perjalanan waktu umur plasma yang dihasilkan oleh laser pulsa tunggal. Di awal pada waktu deteksi 0,5 µs laser ditembakkan ke sampel, plasma yang dihasilkan mempunyai kerapatan yang sangat tinggi baik elektronelektron, ion-ion, atom-atom netral maupun atom-atom tereksitasi, sehingga intensitas background dari spektra yang ditangkap detektor cukup tinggi seperti ditunjukkan Gambar 2.7. Intensitas Emisi Unsur Zn (a.u) Panjang Gelombang (nm) Background tinggi Gambar 2.7 Intensitas background tinggi.

8 11 Background ini muncul karena ion-ion menangkap elektron dan elektron melepaskan kelebihan energi kinetiknya dalam bentuk foton dengan panjang gelombang lebar (continu). Sedangkan bila dideteksi setelah 1 µs dari setelah laser diradiasikan, maka intensitas background dari spektra akan turun bahkan hilang seperti yang ditunjukkan pada Gambar Intensitas Emisi Unsur Zn (a.u) Background rendah Panjang Gelombang (nm) Gambar 2.8 Intensitas background rendah. Sebaiknya pendeteksian karakteristik emisi atom dilakukan sekitar 1 µs atau lebih dari ablasi laser dan waktu ini disebut waktu tunggu deteksi. Nilai waktu tunggu ini bervariasi tergantung jenis unsurnya, tetapi hampir semua unsur memiliki waktu emisi sekitar 1µs atau lebih untuk LIBS. 2.2 Adsorpsi Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida (cairan maupun gas) terikat pada suatu padatan dan akhirnya membentuk suatu film (lapisan tipis) pada permukaan padatan tersebut. Materi atau partikel-partikel yang diadsorpsi disebut adsorbat dan bahan yang mengadsorpsi disebut adsorben. Perbedaan mendasar antara adsorpsi dan absorpsi yaitu tergantung letak adsorbat di adsorben. Apabila adsorbat mengumpul di permukaan adsorben maka disebut adsorpsi. Sebaliknya bila adsorbatnya diserap masuk ke dalam adsorben disebut absorpsi. Adsorpsi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia yang terjadi reaksi antara

9 12 zat yang diserap (adsorbat) dengan adsorben, jumlah zat yang teradsorbsi tergantung pada sifat khas zat padatnya yang merupakan fungsi tekanan dan suhu. Apabila daya tarik menarik antara zat terlarut dengan adsorben lebih besar dari daya tarik menarik antara zat terlarut dengan pelarutnya, maka zat yang terlarut akan diadsorpsi pada permukaan adsorben. Adsorpsi fisika mirip dengan proses kondensasi dan biasanya terjadi pada temperatur rendah. Pada proses ini gaya yang menahan molekul fluida pada permukaan solid relatif lemah, dan besarnya sama dengan gaya kohesi molekul pada fase cair mempunyai derajat yang sama dengan panas kondensasi dari gas menjadi cair, yaitu sekitar 2,19-21,9 kg/mol. Keseimbangan antara permukaan zat padat dengan molekul fluida biasanya cepat tercapai dan bersifat reversibel. Adsorpsi kimia yaitu reaksi yang terjadi antara zat padat dengan zat terlarut yang teradsorpsi. Adsorpsi ini bersifat spesifik dan melibatkan gaya yang jauh lebih besar daripada Adsorpsi fisika. Panas yang dilibatkan adalah sama dengan panas reaksi kimia. Menurut Langmuir, molekul teradsorpsi ditahan pada permukaan oleh gaya valensi yang tipenya sama dengan yang terjadi antara atom-atom dalam molekul. Karena adanya ikatan kimia maka pada permukaan adsorben akan terbentuk suatu lapisan dan akan menghambat proses penyerapan selanjutnya oleh karbon grafit adsorben yang menyebabkan efektifitasnya menurun (Agustiningrum, Ulfa, 2012). Pada proses adsorpsi akan tejadi kinetika adsorpsi yaitu laju penyerapan suatu fluida oleh adsorben dalam jangka waktu tertentu. Kinetika adsorpsi suatu zat dapat diketahui dengan mengukur perubahan konsentrasi zat yang teradsorpsi tersebut, dan menganalisis nilai k (berupa slope/kemiringan) serta memplot pada grafik. Kinetika adsorpsi dipengaruhi oleh kecepatan adsorpsi. Kecepatan adsorpsi dapat didefinisikan sebagai banyaknya zat yang teradsorpsi per satuan waktu (Utomo, Aji Priyo, 2014). Kecepatan atau besar kecilnya adsorpsi dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya: a. Macam adsorben b. Macam zat yang diadsorpsi (adsorbate) c. Luas permukaan adsorben d. Konsentrasi zat yang diadsorpsi (adsorbate) e. Temperatur

10 Elektrolisis Elektrolisis berasal dari kata elektro (listrik) dan lisis (penguraian), yang berarti terjadinya penguraian zat/senyawa atau reaksi kimia (dalam hal ini adalah reaksi reduksi dan oksidasi atau redoks) oleh arus listrik (Laird, B. Brian, 2009). Proses penggunaan arus listrik untuk menghasilkan reaksi kimia disebut sel elektrolisis. Arus listrik yang digunakan adalah arus searah (DC). Larutan atau yang ingin dielektrolisis, ditempatkan dalam suatu wadah, selanjutnya elektroda dicelupkan ke dalam larutan elektrolit yang ingin dielektrolisis. Elektroda berfungsi sebagai tempat berlangsungnya reaksi redoks, dimana reaksi reduksi berlangsung di katoda, sedangkan reaksi oksidasi berlangsung pada anoda. Proses elektrolisis dapat ditunjukkan pada Gambar 2.9. Gambar 2.9 Sel elektrolisis. (Yudiandika, Putu, 2010) Reaksi reduksi terjadi apabila suatu zat memiliki potensial standar reduksi ( ) yang besar sedangkan reaksi oksidasi terjadi apabila zat mempunyai kemampuan oksidasi besar. Reaksi reduksi dan oksidasi pada sel elektrolisis berlangsung pada anoda sebagai elektroda positif dan katoda sebagai elektroda negatif. Pada sel elektrolisis tersebut anoda dihubungkan dengan kutub positif sumber listrik dan katoda dihubungkan dengan kutub negatif. Akibatnya, katoda bermuatan negatif dan menarik kation-kation yang akan tereduksi menjadi endapan logam. Sebaliknya, anoda bermuatan positif dan menarik anion-anion yang akan teroksidasi menjadi gas. Maka dari itu di anoda akan terjadi reaksi oksidasi dan di katoda akan terjadi reaksi reduksi. Sehingga tujuan elektrolisis adalah untuk mendapatkan endapan logam di katoda dan gas di anoda.

11 14 Reaksi oksidasi adalah reaksi dimana suatu senyawa kimia melepaskan atau kehilangan elektron selama perubahan dari reaktan menjadi produk. Atau juga dapat didefinisikan sebagai suatu reaksi dimana suatu senyawa kimia mengikat oksigen atau kehilangan hidrogen selama perubahan dari reaktan menjadi produk. Sedangkan reaksi reduksi adalah reaksi dimana suatu senyawa menerima elektron atau melepaskan oksigen, atau memperoleh hidrogen selama perubahan dari reaktan menjadi produk. Kedua reaksi tersebut adalah merupakan pasangan, sebab elektron yang dilepaskan pada reaksi oksidasi sama dengan elektron yang diterima pada reaksi reduksi. Masing-masing reaksi (reduksi dan oksidasi) disebut setengah reaksi sebab diperlukan dua setengah reaksi untuk membentuk suatu reaksi redoks (Laird, B. Brian, 2009). Elektroda yang digunakan dalam proses elektolisis dapat digolongkan menjadi dua, yaitu: elektroda inert, seperti karbon grafit (C), Platina (Pt), dan emas (Au) dan elektroda aktif, seperti seng (Zn), tembaga (Cu), dan perak (Ag). Elektrolitnya dapat berupa larutan asam, basa, atau garam, dan dapat pula leburan garam halida atau leburan oksida. 2.4 Potensial Standar Reduksi (Setengah Sel) Potensial sel merupakan perbedaan antara dua potensial elektroda (katoda dan anoda) dimana masing-masing elektroda dipilih sesuai dengan nilai reduksi yang akan terjadi. Beda potensial yang terjadi diantara elektroda disebut dengan potensial standar reduksi yang dinotasikan dengan. Potensial sel ( ) merupakan selisih potensial standar reduksi dari reaksi katoda ( ) dengan potensial standar reduksi pada reaksi anoda ( ), seperti diungkapkan dalam persamaan berikut : = (2.3) Untuk seluruh reaksi spontan dalam keadaan standar nilai >0. Seperti terlihat pada Gambar 2.10 berikut:

12 15 Gambar 2.10 Potensial sel standar pada sel volta. (Brown, Theodore L, et all, 2009) Persamaan 2.3 mengindikasikan bahwa potensial sel standar merupakan selisih antara potensial standar reduksi pada katoda dan potensial standar reduksi anoda. Untuk masing-masing setengah sel pada sel volta, potensial standar reduksi dapat membantu terjadinya proses reduksi. yang lebih positif mampu memberikan lebih banyak gaya untuk mereduksi dalam keadaan standar. Potensial reduksi untuk unsur Cr dan Pb dengan perubahan jumlah ion yang berbeda-beda seperti terlihat pada Tabel 2.1 Tabel 2.1 Tabel potensial standar reduksi (Brown, Thcodorc L, et all, 2009) No Half-Reaction E # (V) 1 PbO * (S)+HSO (aq)+3h 2 (aq)+2e PbSO (s)+2h * O(l) +1, (9:)+2; 8 * (<) 0,000 3 => *2 (9:)+2; =>(?) -0,126 4 PbSO (S)+H 2 (aq)+2; =>(?)+ HSO (aq) -0,356 2 *2 (9:) -0, ,74 7 2H * O(l)+2e H * (g)+2oh (aq) -0,83 Karena setiap sel volta melibatkan dua setengah sel, maka tidaklah mungkin menghitung potensial standar reduksi setengah sel secara langsung. Apabila menentukan potensial standar reduksi dengan acuan setengah reaksi tertentu pun kita

13 16 dapat menentukan pula potensial standar reduksi setengah reaksi lainnya yang berhubungan dengan acuan. Acuan setengah rekasi tersebut adalah reduksi 8 2 (9:) menjadi 8 * (<) dalam keadaan standar, dimana potensial standar reduksinya bernilai 0 C (9:,1E)+2; 8 * (<,19F) =0C (2.4) Sebuah elektroda dibuat untuk menghasilkan setengah reaksi yang disebut dengan standard hydrogen electrode (SHE) atau normal hydrogen electrode (NHE). 2.5 Karbon (C) Karbon merupakan salah satu unsur dari unsur-unsur yang terdapat dalam golongan IV A dimana karbon mempunyai nomor atom (Z) 6 dengan massa atom (A) 12,011. Keistimewaan karbon dibandingkan dengan unsur golangan IV A lainnya adalah unsur ini secara alamiah dapat mengikat dirinya sendiri, baik dalam ikatan tungal C C, ikatan rangkap dua C = C, maupun ikatan rangkap tiga C C. Pada 1916, G. N. Lewis dan W. Kossel mengemukakan bahwa : 1. Ikatan ion dihasilkan dari perpindahan elektron dari satu atom ke atom lain. 2. Ikatan kovalen dihasilkan dari penggunaan bersama-sama sepasang elektron oleh dua atom. 3. Atom memindahkan atau membuat pasangan elektron untuk mencapai konfigurasi elektron gas mulia. Konfigurasi ini biasanya adalah delapan elektron dalam kulit terluar, sesuai dengan konfigurasi elektron dari neon dan argon. Ikatan ion terbentuk oleh pemindahan elektron. Satu atom memberikan satu atau lebih dari elektron terluarnya, ke atom atau atom-atom lain. Atom yang kehilangan elektron menjadi ion positif atau kation. Atom yang mendapat elektron menjadi ion negatif atau anion. Ikatan ion terjadi dari tarikan elektrostatik antara ion-ion yang berlawanan muatan. Pemindahan elektron dapat digambarkan dengan menggunakan titik-titik untuk menyatakan elektron valensi, seperti terlihat pada Gambar 2.11.

14 17 Satu elektron dipindahkan dari Na ke Cl Sekarang tiap atom mempunyai oktet lengkap dalam kulit terluarnya. Gambar 2.11 Ikatan ion NaCl. Ikatan kovalen terbentuk oleh penggunaan bersama sepasang elektron antara dua atom. Banyaknya ikatan kovalen yang dibentuk oleh sebuah atom tergantung pada banyaknya elektron tambahan yang diperlukan agar atom itu mencapai suatu konfigurasi gas mulia. Atom karbon yang netral mempunyai empat elektron di kulit terluarnya. Karbon memerlukan empat elektron untuk digunakan bersama agar dicapai konfigurasi elektron dari neon, oleh karena itu karbon membentuk empat ikatan kovalen (tetravalen) seperti terlihat Gambar Membentuk 1 ikatan kovalen Membentuk 4 ikatan kovalen Gambar 2.12 Ikatan kovalen CH. Karbon memiliki nilai keelektronegatipan menengah antara keelektronegatifan yang sangat tinggi dan yang sangat rendah, maka karbon hampir tidak membentuk ikatan ion dengan unsur lain. Sebaliknya, karbon membentuk ikatan kovalen dengan atom karbon lain dan dengan atom dari unsur lain (Fessenden Ralp J. dan Fessenden Joan S, 1986). Konfigurasi elektron pada keadaan dasar untuk C netral yang disimbolkan C I adalah 1? * 2? * 2H * P. Bila atom C tersebut mendapatkan tambahan energi dari luar,

15 18 maka elektron-elektron pada level energi 21648,02 cm akan pindah ke level energi yang lebih tinggi yaitu 61981,82 cm. Keadaan seperti ini disebut atom dalam tereksitasi. Elektron-elektron yang pindah ini hanya beberapa saat saja (nano second) kemudian kembali lagi ke keadaan semula sambil memancarkan emisi atau foton dengan panjang gelombang 2478,561 A atau 247,8561 nm (NIST, 2005). Panjang gelombang tersebut diperoleh berdasarkan perumusan dari : * hn λ (2.5) Dengan: E1 = Energi level awal (cm -1 ) E2 = Energi level akhir (cm -1 ) c = Kecepatan cahaya (2,998 x 10 8 m/s) h = Konstanta Planck (6,626 x J.s) λ = Panjang gelombang (nm) Karbon memiliki beberapa jenis alotrop, yang paling terkenal adalah grafit, intan, dan karbon amorf. Sifat-sifat fisika karbon bervariasi bergantung pada jenis alotropnya yang akan diuraikan dalam subbab berikut Karbon grafit Grafit memiliki sifat lunak, tidak larut dalam air dan pelarut organik, memiliki massa jenis yang lebih kecil dari intan karena pada strukturnya terdapat ruang-ruang kosong antar lipatannya. Grafit merupakan alotrop karbon yang dapat menghantar arus listrik dan panas dengan baik, karena sifat ini grafit digunakan sebagai anoda pada baterai dan sebagai elektroda pada elektrolisis. Sifat daya hantar listrik yang dimiliki oleh grafit dipengaruhi oleh elektronelektron yang tidak digunakan untuk membentuk ikatan kovalen. Dalam struktur grafit setiap atom karbon membentuk ikatan kovalen dengan tiga atom karbon lainnya membentuk susunan heksagonal dengan struktur berlapis. Atom karbon memiliki 4 elektron valensi maka pada setiap atom karbon masih terdapat satu elektron yang belum berikatan. Elektron-elektron ini tersebar secara merata pada setiap atom karbon karena terjadi tumpang tindih orbital. Oleh sebab itu ketika diberi beda potensial, elektronelektron yang tersebar tersebut sebagian besar akan mengalir menuju anoda, aliran elektron inilah yang menyebabkan arus listrik dapat mengalir. Sedangkan ketika salah

16 19 satu ujung dipanaskan maka elektron-elektron ini akan segera berpindah menuju bagian yang memiliki suhu lebih rendah. Akibatnya panas tersebut akan menyebar ke bagian grafit yang memiliki suhu lebih rendah. Struktur grafit seperti terlihat pada Gambar Gambar 2.13 Struktur grafit. (Schwartz, S.A, 1982) Karbon intan Intan dikenal sebagai mineral alam yang paling keras dimana belum ada mineral lain yang berhasil menggores atau memotong intan, tidak larut dalam air dan pelarut organik. Intan memiliki ikatan kovalen dengan 4 atom karbon lain dalam bentuk tetrahendral yang terbentuk pada struktur intan sangat kuat bahkan lebih kuat dari ikatan ionik. Berupa isolator namun dapat menyerap panas dengan sangat baik. Daya hantar listrik intan berkaitan dengan elektron yang digunakan untuk membentuk ikatan, dimana pada intan elektron-elektron berikatan sangat kuat sehingga tidak ada elektron yang bebas bergerak ketika diberi beda potensial. Struktur intan ditampilkan pada Gambar Gambar 2.14 Struktur intan. (Schwartz, S.A, 1982) Karbon amorf Seperti namanya karbon amorf merupakan alotrop berwujud non-kristal dan ditemukan dalam bentuk bubuk serta menjadi komponen utama dari arang dan jelaga.

17 20 Struktur molekul karbon amorf ditemukan kristal kecil yang mirip dengan grafit dan berlian. Oleh karena itu, karbon amorf sering dianggap sebagai bentuk varian dari grafit. Karbon amorf dapat disintesis. Struktur karbon amorf ditampilkan pada Gambar Gambar 2.15 Struktur karbon amorf. (Schwartz, S.A, 1982) Semua alotrop karbon berbentuk padat dalam keadaan normal, tetapi grafit merupakan alotrop yang paling stabil secara termodinamik di antara alotrop-alotrop lainnya. Alotrop karbon sangat stabil dan memerlukan suhu yang sangat tinggi untuk bereaksi, bahkan dengan oksigen. Keadaan oksidasi karbon yang paling umum ditemukan adalah +4, dimana +2 dijumpai pada karbon monoksida dan senyawa kompleks logam transisi lainnya. Sumber karbon anorganik terbesar terdapat pada batu kapur, dolomit, dan karbon dioksida, sedangkan sumber organik terdapat pada batu bara, tanah gambut, minyak bumi, dan klatrat metana. Karbon dapat membentuk lebih banyak senyawa daripada unsur-unsur lainnya, hampir 10 juta senyawa organik murni yang telah dideskripsikan sampai sekarang. Karbon adalah unsur paling berlimpah ke-15 di kerak Bumi dan ke-4 di alam semesta.terdapat tiga macam isotop karbon yang ditemukan secara alami, yang stabil, dan yang bersifat radioaktifitas dengan waktu paruh peluruhannya sekitar 5730 tahun. Karbon terdapat pada semua jenis makhluk hidup, dan pada manusia, karbon merupakan unsur paling berlimpah kedua (sekitar 18,5%) setelah oksigen. Keberlimpahan karbon ini, bersamaan dengan keanekaragaman senyawa organik dan kemampuannya membentuk polimer membuat karbon sebagai unsur dasar kimiawi kehidupan. Unsur ini adalah unsur yang paling stabil di antara unsur-unsur yang lain, sehingga dijadikan patokan dalam mengukur satuan massa atom.

18 Reaksi Elektrolisis Larutan Elektrolisis larutan Cr Pada elektrolisis larutan Cr terjadi reaksi redoks: 2 QRST9 (@) SV?WT9?W:68 * Z () 3Z *([) +128 (\) ]9FST9 (@) A;T^V?W:4@A 2 (\) +12; 4@A () +12; Dalam hal ini yang dioksidasi di anoda adalah 68 * Z () 3Z *([) (\)+ 12;, sedangkan di katoda terjadi reduksi ion Cr 3+ dari larutan yang bergerak menuju katoda sambil menerima tiga elektron, dan mengendap menjadi atom Cr di permukaan/melapisi katoda. Dalam hal ini ion Cr 3+ mengendap dan 4 ion H + masuk ke dalam larutan, sehingga tetap terjaga muatan dalam larutan. Proses ini berlangsung terus menerus, yang dapat diamati berupa terjadinya gelembung gas dan perubahan warna larutan Elektrolisis larutan Pb Pada elektrolisis larutan Pb terjadi reaksi redoks: QRST9 (@) SV?WT9?W:8 * Z () 1 2 Z 2 *([)+28 (\) +2; ]9FST9 (@) A;T^V?W:=> *2 (\) +2; => () Reaksi oksidasi terjadi pada elektron karbon (C), dimana hal ini yang dioksidasi di anoda adalah 8 * Z * Z * ;, sedangkan di katoda terjadi reduksi ion Pb *2 dari larutan yang bergerak menuju katoda sambil menerima dua elektron, dan mengendap menjadi atom Pb di permukaan/melapisi katoda. Kemudian ion Pb *2 mengendap dan 2 ion H + masuk ke dalam larutan, sehingga muatan tetap terjaga dalam larutan. Proses ini berlangsung terus menerus, yang dapat diamati berupa terjadinya gelembung gas dan perubahan warna larutan. 2.7 Karakteristik Unsur Karakteristik unsur chromium (Cr) Crhomium atau khrom merupakan unsur kimia dengan lambang Cr. Logam transisi ini termasuk ke dalam golongan VI B dimana khrom mempunyai nomor atom (Z) 24 dengan massa atom (A) 51,9961. Logam ini merupakan baja mengkilat berwarna kelabu. Logam ini keras dan bersifat cenderung anti korosi. Khrom banyak digunakan sebagai katalis dengan menambahkan logam ini ke batu agar menghasilkan batu

19 22 berwarna hijau. Khrom penting sebagai zat warna dan sebagai zat pengantar oksidasi. Apabila dilarutkan, logam jenis ini bersifat reaktif dengan kulit sehingga apabila kulit manusia berinteraksi dengan larutan Cr, dapat menimbulkan iritasi. Sehingga, ketika kulit manusia terkena larutan Cr, sebaiknya langsung dibilas dengan menggunakan akuades atau air mineral agar iritasi tidak terlalu parah. Konfigurasi elektron pada keadaan dasar untuk Cr netral yang disimbolkan Cr I adalah 1? * 2? * 2H`3? * 3H`3T a 4? 7 S3, dengan panjang gelombang 4274,806 A atau 427,4806 nm (NIST, 2005). Uraian mengenai unsur Cr ditunjukkan pada Tabel 2.2. Tabel 2.2 Karakteristik unsur Cr. chromium.htm. [Diakses pada tanggal 8 mei 2015] Klasifikasi unsur Klasifikasi Nomor atom 24 Massa atom 51,996 Kerapatan Titik lebur Titik didih Penampilan Jari-jari atom Volume atom Jari-jari kovalen Jari-jari ion Panas spesifik Panas fusi Panas penguapan Temperatur Debye Energi ionisasi pertama Struktur kisi Konstanta kisi Logam transisi 7,18 g/cc 2130 K 2945 K uraian Chromium (Cr) Sangat keras, kristal, logam keabu-abuan 130 pm 7,23 NN Sb 118 (Cd) : 52 Å (ddd) : 63 Å 0,488 J/g o C 21 Ve Sb 342 Ve Sb 460 K 652,4 Ve Sb Body Centred Cubic 2,88 Å

20 Karakteristik unsur timbal /plumbum (Pb) Timbal atau plumbum merupakan unsur kimia dengan lambang Pb. Logam ini termasuk ke dalam kelompok logam golongan IVA. Pb mempunyai nomor atom (Z) 82 dengan massa atom (A) 207,2. Timbal memiliki bentuk menyerupai kristal kubik, yang banyak ditemui dengan warna putih kebiruan. Timbal juga merupakan logam lunak, tetapi unsur timbal ini beracun dan salah satu efek dari racun tersebut dapat menurunkan daya ingat otak. Timbal dapat berada di perairan secara alamiah dan sebagai dampak dari aktivitas manusia. Timbal dapat masuk ke perairan melalui pengkristalan di udara dengan bantuan air hujan. Aktivitas manusia yang menyebabkan pencemaran timbal diantaranya air limbah industri, penambangan bijih timah hitam, dan lain-lain. Konfigurasi elektron pada keadaan dasar untuk atom Pb I adalah 1? * 2? * 2H`3? * 3H`4? * 3T 4H`5? * 4T 5H`6? * 4f 5T 6H * 1/2. Dengan panjang gelombang 4057,81 A atau 405,781 nm (NIST, 2005). Uraian mengenai unsur timbal seperti ditunjukan pada Tabel 2.3. Tabel 2.3 Karakteristik unsur Pb. lead.htm. [Diakses pada tanggal 8 mei 2015] Klasifikasi unsur Klasifikasi Nomor atom 82 Massa atom 207,2 Kerapatan Titik lebur Titik didih Penampilan Volume atom Jari-jari atom Jari-jari kovalen Jari-jari ion Panas spesifik Panas fusi Panas penguapan Energi ionisasi pertama Logam transisi 11,35 g/cc 600,65 K 2013 K uraian Lead/Plumbum (Pb) Lunak, mudah dibentuk, logam putih kebiruan 18,3 cc/mol 175 pm 147 pm =>(dc) : 84 Å ; Pb(dd) : 120 Å 0,159 J/g o C 4,77 kj/mol 177,8 kj/mol 715,2 kj/mol

21 24 Temperatur Debye Struktur kisi Konstanta kisi 88 K Face-Centred Cubic 4,950 Å