Bab II Tinjauan Pustaka

Transkripsi

1 Bab II Tinjauan Pustaka II.1 Garam rangkap Garam rangkap adalah garam yang terdiri dari dua kation yang berbeda dengan sebuah anion yang sama dalam satu kisi kristalnya. Garam rangkap biasanya lebih mudah membentuk kristal besar dibandingkan dengan garam tunggal penyusunnya. Kation garam rangkap umumnya terdiri kation logam transisi yang bergabung dengan kation logam alkali atau ion amonium. Contoh-contoh garam rangkap adalah garam mohr, amonium besi(ii) sulfat heksahidrat, (NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2.6H 2 O; Tawas, kalium aluminium sulfat KAl(SO 4 ) 2.12H 2 O dan dolomit, kalsium magnesium sulfat CaMg(CO 3 ) 2. Garam rangkap (NH 4 ) 2 (Fe)(SO 4 ) 2.6H 2 O berwarna hijau sedikit kebiruan seperti tampak pada Gambar II.1. Garam rangkap ini dapat disintesis dari larutan jenuh besi (II) sulfat dengan larutan jenuh ammonium sulfat. Kristal yang terbentuk dapat digunakan sebagai larutan standar pada analisis titrimetri. Gambar II.1 Garam rangkap (NH 4 ) 2 Fe(SO4) 2.6H 2 O Garam rangkap kalium aluminium sulfat KAl(SO 4 ) 2.12H 2 O disebut tawas. Garam rangkap ini disintesis dari larutan Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O dan larutan K 2 SO 4. Sintesis menggunakan perbandingan mol yang sama 8 menghasilkan kristal yang bersifat sangat stabil. Tawas sudah lama digunakan sebagai koagulan pada penjernihan air, dan bahan baku pembuatan zeolit sintetis 9. Dalam kehidupan sehari-hari, tawas dapat pula dimanfaatkan untuk penawar bau badan (deodoran) secara tradisional. 10 Hal ini disebabkan aluminium bersifat amfoter. Sifat amfoter menjadi kelebihan dari tawas, KAl(SO 4 ) 2.12H 2 O sebagai 2

2 penawar bau badan atau obat-obat tardisional seperti obat kumur dan sariawan. Garam rangkap tawas dapat dilihat pada Gambar II.2 berikut : Gambar II.2 Garam rangkap KAl(SO 4 ) 2.12H 2 O Garam rangkap yang lainnya adalah dolomit. Garam ini merupakan mineral kalsium-magnesium yang bersenyawa dengan dua unsur nonlogam: karbon dan oksigen dengan rumus kimia CaMg(CO 3 ) 2. Garam rangkap ini bersifat stabil dan digunakan sebagai bahan baku pembuatan garam inggris (Epsom asalt ) yang memiliki rumus kimia MgSO 4. Garam rangkap CaMa(CO 3 ) 2 dapat dilihat pada Gambar II.3. Gambar II.3 Garam rangkap CaMg(CO 3 ) 2 3

3 II. 2 Garam rangkap CaCu(CH 3 COO) 4.6H 2 O Garam rangkap CaCu(CH 3 COO) 4.6H 2 O merupakan mineral yang ditemukan di New South Wales, Broken Hill Australia. Mineral ini diberi nama paceite. Garam rangkap ini dinamai sesuai nama penemunya, Frank L. Pace (1948). 11 Mineral Paceite kemudian berhasil disintesis di laboratorium guna dikaji sifatsifatnya. Mineral ini di sintesis dari tembaga(ii) asetat yang berbentuk molekul dimer pada tahun Penelitian terhadap garam rangkap ini terus dikembangkan. Langs dan Hare meneliti garam rangkap CaCu(CH 3 COO) 4.6H 2 O dan menyatakan bahwa ligan asetat yang biasanya merupakan ligan monodentat ternyata bisa menjadi ligan jembatan sehingga berfungsi sebagai ligan bidentat. Ini dibuktikan dari struktur kristal yang ditemukan dengan metode difraksi sinar X kristal tunggal. Mereka juga melaporkan ion kalsium pada garam rangkap tersebut tidak dapat digantikan oleh kation alkali tanah lainnya seperti Ba dan Sr. Lebih jauh dilaporkan ion Cu 2+ dapat diganti oleh Cd 2+. Garam rangkap yang dihasilkannya mempunyai rumus kimia CaCd(CH 3 COO) 4.6H 2 O sebagai isomorf dari CaCu(CH 3 COO) 4.6H 2 O. Kedua zat itu memiliki struktur seperti ditampilkan pada Gambar II.4. Pada Gambar II.4 tersebut dituliskan huruf M sebagai lambang atom logam untuk Cu atau Cd. Pada gambar tampak ion-ion asetat adalah ligan bidentat yang berperan sebagai ligan jembatan antara 2 ion logam sedemikian rupa sehingga menghasilkan rantai polimer. Molekul-molekul air hanya terkoordinasi pada ion logam kalsium. Struktur ikatan di sekeliling atom pusat logam kalsium tampak terkoordinasi 6, sedangkan atom pusat logam M membentuk koordinasi 8 dengan O dari ligan-ligan asetat. Gambar II.4 dapat dilihat pada halaman berikut: 4

4 Gambar II.4 Stuktur CaM(CH 3 COO) 4.6H 2 O dengan M = Cu atau Cd Berdasarkan data literatur 5 panjang ikatan pada lampiran A, atom logam M pada koordinasi dengan 4 atom O dari 2 ion asetat yang ditunjukkan oleh M-O(2) sebesar 1,973(2) Ǻ. Panjang ikatan antara atom M dan O tersebut lebih pendek dibandingkan dengan M-O(1) yaitu sebesar 2,790(3) Ǻ. Pada struktur tersebut ikatan M dan O yang jauh lebih panjang dapat pula dianggap tidak ada. Akibatnya dalam struktur molekul itu bidang yang dibentuk oleh atom M mendekati segiempat datar dengan 4 atom O terdekat. Pada tahun 1983, peneliti-peneliti dari Belanda 12 meninjau ulang struktur CaCu(CH 3 COO) 4.6H 2 O. Mereka menyimpulkan 4 atom O yang terkoordinasi di sekeliling ion Cu 2+ membentuk struktur segi empat datar. Struktur ini memiliki panjang ikatan 1,969(1) Ǻ. Adapun 4 atom O yang lainnya terkoordinasi secara tetrahedral dengan panjang ikatan lebih besar dari pada ikatan Cu-O yaitu sebesar 2,788(2) Ǻ. Struktur ini ditampilkan pada Gambar II.5. Gambar II.5 Struktur molekul CaCu(CH 3 COO) 4.6H 2 O 5

5 Pada laporan tersebut struktur CaCu(CH 3 COO) 4.6H 2 O digambarkan molekul polimer anorganik yang memanjang. Diantara rantai polimer itu, setiap dua unit kalsium tembaga(ii) asetat mengikat dua belas molekul air. Data kristalografi garam ini menunjukkan rasio aksial a:c = 1 : 1,45549 dengan parameter sel satuan a = 11,155, c = 16,236 dengan sistem kristal tetragonal-dipiramidal dengan group ruang I 4/m. Selain itu mereka juga mengemukakan bahwa dua belas molekul air yang terperangkap diantara dua unit molekul kalsium tembaga(ii) asetat membentuk struktur kurungan. Molekul-molekul air berikatan dengan ion kalsium dan sesamanya melalui ikatan hidrogen. Pada struktur garam rangkap ini, di sepanjang rantai polimer, setiap dua molekul garam rangkap mengikat 12 molekul air yang saling berikatan dalam struktur kurungan (water cage). Struktur ini ditampilkan pada Gambar II.6 Gambar II.6 Struktur kurungan dari 12 molekul air Georgiev dan Stoilova 13 lebih jauh meneliti interaksi molekul air dan logamlogam dalam garam rangkap yang mengandung anion asetat. Garam rangkap asetat yang semula Cu tidak dapat digantikan oleh Zn dan Ca tidak berhasil disubstitusi oleh Ba atau Sr, pada penelitian mereka ini berhasil disintesis variasi garam rangkap asetat berupa BaZn(CH 3 COO) 4.2H 2 O. Garam rangkap ini berbeda dari garam CaCu(CH 3 COO) 4.6H 2 O dalam jumlah air kristal dan kemagnetan. 6

6 II.3 Kalsium asetat monohidrat, Ca(CH 3 COO) 2.H 2 O Kalsium asetat erat hubungannya dengan garam rangkap CaCu(CH 3 COO) 4.6H 2 O dan pereaksi yang digunakan berupa CaO (kapur). Kalsium oksida, CaO dengan air murni menghasilkan Ca(OH) 2 yang disebut air kapur. Air kapur dapat berubah menjadi batu kapur dengan melepas uap air. Batu kapur mempunyai rumus kimia CaCO 3. Kristal kalsium asetat monohidrat, Ca(CH 3 COO) 2 H 2 O dapat disintesis dari batu kapur dengan larutan cuka. Sintesis Ca(CH 3 COO) 2 H 2 O secara rinci dapat dilakukan dengan mereaksikan 20 ml larutan CaCO 3 1 M dengan 80 ml larutan CH 3 COOH 1 M. Kedua larutan dibuat menggunakan air yang sangat murni yang memiliki hantaran 18,2 MΩcm -1. Kristalisasi dapat dilakukan melalui 2 proses. Pertama dengan pemanasan pada suhu 50 o C. Larutan kemudian didinginkan dan terbentuk kristal. Kedua dengan cara mengikatkan benih kristal pada benang. Benih kristal itu dimasukkan ke dalam larutan. Kristal pertama dan kristal kedua dari hasil sintesis dikarakterisasi secara TGA. Kurva TGA dari kristal yang dibuat secara penempatan benih berbeda dengan kristal yang dibuat dari proses pemanasan. 14 Gambar II.7 menunjukkan sifat dekomposisi garam ini. Gambar II.7 Kurva TGA Ca(CH 3 COO) 2.H 2 O 7

7 Kurva TGA pada Gambar II.7 menunjukkan bahwa pada suhu 75 o C hingga 120 o C satu mol air dalam garam tersebut telah selesai didekomposisikan. Pada suhu 75 o C terdapat puncak serapan yang menunjukkan banyaknya jumlah mol air yang diuapkan yaitu sebesar 8,1 % yang setara dengan 0,75 mol air. Sisa zat didekomposisikan lebih lanjut pada suhu 120 o C. Tahap berikutnya adalh pada suhu 392 o C. Data dekomposisi menunjukkan bahwa pada temperatur ini kalsium asetat anhidrat terurai menjadi CO 2 dan H 2 O serta padatan kalsium karboant. Tahap akhir dekomposisi adalah pada suhu 595 o C dimana CaCO 3 terurai menjadi CaO dan CO.2. Alat yang digunakan untuk mendapatkan informasi ini diperlihatkan pada Gambar II.8 Aluminium Gas keluar Tabung alumina tungku sampel Referensi Termokopel neraca Gambar II.8 Instrumen termogravimetri (TGA) 8

8 Garam kalsium asetat yang disintesis dengan menggunakan pemanasan pada suhu 50 o C, hasil sintesis menunjukkan perbedaan temperatur dekomposisi untuk zat yang sama. Kurva TGA Ca(CH 3 COO) 2 hasil kristalisasi dengan pemanasan, menunjukkan pada suhu 75 o C hingga suhu 120 o C belum menampakkan pengurangan massa secara berarti. Pada suhu lebih tinggi yaitu 137 o C hingga 175 o C, tahap kesatu yang merupakan tahap penguapan air baru terjadi. Hal ini menunjukkan pemanasan pada proses sintesis menyebabkan molekul air lebih stabil dalam struktur kristal tersebut. 11 Gambar II.9 menunjukkan perbedaan kedua kurva tersebut. Gambar II.9 Kurva TGA Ca(CH 3 COO) 2.H 2 O hasil pemanasan Dari Gambar II.9 tampak perbedaan hanya pada tahap pertama dekomposisi, tahap-tahap selanjutnya yang ditandai oleh pengurangan massa yang terjadi pada suhu 390 o C dan 415 o C. Demikian juga pada temperatur dekomposisi tahap ketiga, yaitu suhu 580 o C menunjukkan proses yang sama seperti pada garam itu yang disintesis tanpa melalui proses pemanasan. 9

9 II.4 Tembaga(II) Asetat Monohidrat Cu(CH 3 COO) 2.H 2 O Tembaga(II) asetat atau kupri asetat adalah senyawa kimia dengan rumus Cu 2 (CH 3 COO) 4 berupa dimer atau disingkat Cu 2 (Oac) 4. AcO - adalah ion asetat (CH 3 COO - ). Secara komersial senyawa ini tersedia dalam bentuk hidratnya, yang mengandung 2 molekul air. Dimer Cu 2 (Oac) 4 berwujud padatan berwarna hijau gelap sedangkan dimer hidratnya Cu 2 (Oac) 4.2H2O berwarna hijau-kebiruan. Sejak dahulu kala senyawa tembaga asetat digunakan sebagai fungisida dan zat warna hijau. Sekarang Cu 2 (Oac) 4 digunakan dalam sintesis anorganik dan sebagai katalis maupun agen oksidator pada sintesis organik. Senyawa ini memiliki warna nyala biru-hijau. Analisis TGA digambarkan kurva TGA pada Gambar II.10. Gambar II.10 TGA Cu(CH 3 COO) 2.H 2 O Dari kurva tersebut tembaga asetat terdekomposisi dalam 2 tahap. Tahap pertama pada suhu sampai o C semua H 2 O diuapkan dengan puncak maksimum pada suhu 145 o C. Pada tahap ini massa yang hilang sekitar 11,9 %. Data ini untuk Cu(CH 3 COO) 2.H 2 O dalam bentuk serbuk dan pengkondisian dengan udara sehingga ada sebagian tembaga yang turut tersublimasi. 10 Pada tahap kedua, Cu(CH 3 COO) 2 terdekomposisi diantara suhu o C menghasilkan gas-gas. Dekomposisi berlanjut sehingga pada 375 o C tampak massa yang hilang mencapai 68,1 % yang bersesuaian dengan massa Cu. Atomatom logam Cu dapat bereaksi dengan oksigen dari udara di dalam sistem 10

10 menghasilkan CuO. Pada susu o C dekomposisi telah konstan menghasilkan CuO 15. Tembaga(II) asetat dengan kemurnian tinggi dapat disintesis di laboratorium melalui 3 tahap reaksi. Persamaan totalnya adalah sebagai berikut : CuSO NH CH 3 COOH Cu 2 (Oac) 4 (H 2 O) 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 Reaksi ini menghasilkan tembaga(ii) asetat dalam bentuk hidrat. Untuk mendehidrasinya, hasil reaksi dipanaskan dalam suhu 100 o C divakum Cu 2 (OAc) 4.2H 2 O Cu 2 (OAc) H 2 O Tembaga(II) asetat lebih banyak digunakan sebagai katalis atau agen pengoksidasi dalam sintesisi-sintesis organik. Molekul Cu 2 (CH 3 COO) 4.2H 2 O memiliki struktur Lampion Tiongkok diperlihatkan pada Gambar II.11. Gambar II.11 Struktur Kristal Cu 2 CH 3 COO) 4.2H 2 O II.5 Asam asetat, CH 3 COOH Asam asetat glasial atau asam asetat murni adalah cairan higroskopis tidak berwarna memiliki titik beku 16,7 o C dengan rumus empiris C 2 H 4 O 2. asam asetat merupakan salah satu asam karboksilat paling sederhana setelah asam format. Asam asetat merupakan pereaksi kimia dan bahan baku industri yang penting. Asam asetat digunakan dalam industri polimer seperti polietilena tereftalat, selulosa asetat, polivinil asetat dan serat serta kain termasuk untuk 11

11 pereaksi membentuk polimer pada garam rangkap CaCu(CH 3 COO) 4.6H 2 O. Asam asetat merupakan nama trivial dan nama yang dianjurkan oleh IUPAC. Nama ini berasal dari kata latin acetum, yang berarti cuka. Cuka pertama kali disintesis dari zat anorganik oleh Hermann Kolbe (1847) melalui klorinasi karbon disulfida menjadi karbon tetraklorida. Selanjutnya pirolisis (pemanasan tanpa oksigen) menjadi tetrakloroetilena dan klorinasi dalam air menjadi asam trikloroasetat, akhirnya reduksi melalui elektrolisis menjadi asam asetat. Gambar II.12 menunjukkan struktur asam asetat. Gambar II.12 Struktur molekul asam asetat CH 3 COOH Gugus asetat, CH 3 COO - sebagai gugus karboksilat pada spektrum inframerah menunjukkan serapan pada bilangan gelombang 1711 cm -1 untuk ulur C=O, pada 2930 cm -1 untuk CH 3 dan serapan lebar pada 3200 cm -1 menunjukkan ikatan hidrogen. Spektrum tersebut ditampilkan pada Gambar II.13. Gambar II.13 Spektrum inframerah gugus karboksilat 12