BAB I

PENDAHULUAN

Montmorillonit

Diantara berbagai jenis mineral lempung, kelompok smektit khususnya montmorillonit

merupakan jenis mineral yang kelimpahannya di alam cukup banyak. Mineral montmorillonit

dapat ditemukan dalam tanah bentonit. Montmorillonit kualitas komersial sering juga dinamakan

bentonit. Tanah bentonit mengandung kurang lebih 85% montmorillonit. Bentonit satu dengan

bentonit lainnya juga dapat mengandung komposisi montmorillonit yang berbeda. Hal ini

dipengaruhi oleh proses terbentuknya di alam. Pengamatan secara visual, lempung

montmorilonit mempunyai ciri-ciri berwarna pucat dengan penampakan putih kadang-kadang

kekuningan, hijau muda, merah muda bahkan seperti kecoklatan dan bila dirasa terasa licin dan

lunak seperti sabun kalau dimasukkan ke dalam air akan menghisap air (Riyanto, 1994).

Montmorillonit memiliki rumus empiris: Nax(Al(2-x)Mgx)(Si4O10)(OH)2.zH2O Unsur-unsur kimia

yang terkandung dalam montmorillonit umumnya didominasi oleh Na, Ca, Al, Si, H dan O. Selain itu

komposisi oksida montmorillonit tersusun atas 1,13% Na2O, 1,02% CaO, 18,57%Al2O3, 43,77% SiO2 dan

36,9%H2O. Struktur montmorillonit terdiri atas dua lembar tetrahedral silika dengan satu lembar

oktahedral alumina yang berada dipusatnya. Lembaran tetrahedral dan oktahedral saling berikatan,

membentuk suatu lapisan. Lapisan tersebut bertumpuk satu terhadap yang lainnya. Struktur tiga

dimensi dari montmorillonit ditunjukkan pada gambar II.3.

Gambar II.3 Struktur tiga dimensi dari montmorillonit

(Ogawa, 1992; Wijaya, 1993)

Dua tipe struktur telah diusulkan untuk montmorillonit yaitu struktur menurut (1) Hoffman dan

Endell dan (2) Edelman dan Favejee (Goenadi, 1982). Kedua teori ini menunjukkan kemiripan dalam hal

struktur unit sel yang dianggap simetris. Satu lembar Al-Oktahedral terselip diantara dua lembar Si-

tetrahedral, disebut juga liat lapis 2:1. Lapisan-lapisan kristal dilaporkan bertumpuk dalam pola acak,

sedang beberapa dari mineral tersebut bahkan berbentuk serat, seperti hektorit. Ikatan antara lapisan

relatif lemah mempunyai ruang antar lapisan yang dapat mengembang jika kandungan air meningkat.

Perbedaan antara struktur nenurut Hoffman dan Endell dengan struktur Edelman dan Favajee adalah

dalam hal penyusunan jaringan silika tetrahedral seperti yang dilukiskan pada gambar II.4

Kation-kation yang dapat ditukarkan,

nH2O

Gambar II.4 (a) Model struktur montmorillonit menurut Edelman dan Favajee, dan

(b) Model struktur montmorillonit menurut Hoffman dan Endell

(Goenadi, 1982)

Edelman dan Favajee (dalam Goenadi,1982) berpendapat bahwa susunan alternatif dari silika

tetrahedral terwujud dengan ikatan Si-O-Si bersudut 180o, dengan bidang dasar terdiri dari gugusan OH

yang diikat oleh silika di dalam tetrahedral .

Dalam lembar tetrahedral, sebagian dari Si valensi empat dapat tergantikan oleh Al valensi tiga.

Sedangkan dalam lembar oktahedral, Al valensi tiga dapat digantikan oleh Mg valensi dua. Atom-atom Al

juga dapat digantikan oleh Fe,Cr,Zn, dan atom-atom lain. Ukuran yang hampir sama dari atom-atom

pengganti memungkinkan untuk terjadinya substitusi isomorfik. Dalam banyak mineral sebuah atom

dengan muatan positif lebih rendah menggantikan atom dengan muatan positif lebih tinggi

menyebabkan kekurangan muatan positif, atau dengan kata lain kelebihan muatan negatif. Kelebihan

b a

muatan negatif pada lapisan diimbangi oleh adsorpsi kation-kation pada permukaan lapisan yang

terlalu besar bila diterima di dalam kristal (Goenadi, 1982)

Gambar II.5 Susunan lapisan montmorillonit dengan kation terhidrat di

dalam lapisannya (Cool dan Vansant, 1998)

Komponen-komponen didalam lapisan tidak terikat kuat, sehingga jika kontak dengan air, maka

ruang diantara lapisan mineral mengembang menyebabkan volume liat dapat berlipat dua, dengan

demikian jarak dasar (basal spacing) montmorillonit akan meningkat (Gambar II.5). Beberapa peneliti

mencatat bahwa meningkatnya jarak dasar dapat berlangsung perlaahan-lahan, suatu tanda

pembentukan kulit hidrasi disekeliling kation-kation yang terdapat diantara lapisan.

Identifikasi montmorillonit yang telah dikeringkan pada temperatur 105 oC dengan analisis

difraksi sinar-X biasanya dicirikan oleh puncak difraksi jarak dasar d001 sebesar 10 Å (Goenadi,1982).

Dalam kondisi kering udara, mineral ini mempunyai sejumlah air dalam ruang antar lapis, dengan jarak

dasar d001 sekitar 12,4-14 Å, setelah penyisipan (interkalasi) dengan etilen glikol atau gliserol, jarak dasar

Bisa berubah besarnya

karena adanya air

d001 mengembang menjadi 17,0 Å. Terdapat laporan-laporan dalam literatur yang mengisyaratkan

bahwa jarak tersebut dapat diperbesar tanpa batas tergantung tingkat hidrasi.

BAB II

MEMBANDINGKAN SERAPAN BENZENA OLEH MONTMORILONIT DAN OLEH

KOMPOSIT KROM OKSIDA MONTMORILONIT

Dalam mempelajari kemampuan serapan benzena oleh komposit krom oksida montmorillonit

dibandingkan terhadap kemampuan sorpsi benzen oleh montmorillonit diawali dengan penentuan

waktu kesetimbangan optimum serapan benzena. Untuk mengetahui kondisi optimum penyerapan

senyawa benzena yang merupakan senyawa organik hidrofobik non ionik oleh montmorillonit terpilar

oksida krom, dilakukan pengujian serapan optimum Cr2O3.-montmorillonit terhadap benzena. Pengujian

ini dilakukan dalam rentang waktu 1 hingga 4 hari.

Berdasarkan hasil pengamatan, diperoleh hasil bahwa jumlah benzena yang terserap oleh Cr2O3-

montmorillonit semakin meningkat dengan semakin lamanya waktu sorpsi atau lama pengocokan

(shaking) senyawa benzena dalam suspensi Cr2O3-montorillonit, dan kesetimbangan tercapai pada hari

ke-3 (gambar IV.6)

Pengukuran serapan benzena oleh Cr2O3-montmorillonit diperoleh melalui metode kromatografi

cair kinerja tinggi (High Pressure Liquid Chromatography / HPLC). Pengukuran didasarkan pada metode

komparatif, yakni dengan membandingkan luas area dari serapan benzena oleh Cr2O3-montmorillonit

relatif terhadap luas area serapan benzena oleh blangko pada berbagai variasi waktu mulai dari 1 hingga

4 hari.

Gambar IV.6 Waktu kesetimbangan optimum sorpsi benzena

oleh komposit krom oksida-montmorillonit

Studi kinetik serapan fenantrena (senyawa organik hidrofobik nonionik) oleh lempung smektit

yang telah dilakukan beberapa peneliti sebelumnya, juga mendapati kondisi kesetimbangan maksimum

serapan fenantrena terjadi pada hari ketiga (72 jam) (Hundal, dkk. 2001).

Untuk mempelajari kemampuan adsorpsi montmorillonit terpilar oksida krom dilakukan

pengujian serapan senyawa benzena dalam suspensi Cr2O3-montmorillonit dengan berbagai variasi

konsentrasi benzena. Sebagai pembanding dilakukan pula pengujian serapan benzena oleh

montmorillonit dengan kondisi reaksi yang sama dengan pengujian serapan benzena pada Cr2O3-

montmorillonit. Pada gambar IV.7 disajikan grafik hasil pengukuran serapan benzena oleh

montmorillonit dan montmorillonit terpilar oksida krom dengan metode HPLC berdasarkan data pada

lampiran

0

20

40

60

80

0 1 2 3 4 5

Ju

mla

h b

en

zen

a y

an

g t

ers

era

p (

mg

/g)

Waktu (hari)

.

Gambar IV.7 Jumlah benzena terserap per gram lempung pada montmorillonit dan komposit krom

oksida-montmorillonit dalam berbagai variasi konsentrasi benzena.

Pada gambar IV.7 diatas terlihat bahwa jumlah benzena yang terserap per gram montmorillonit

semakin meningkat dengan semakin tingginya konsentrasi benzena. Nampak pula bahwa jumlah

benzena terserap dalam komposit krom oksida-montmorillonit menunjukkan kecenderungan yang

relatif lebih sedikit dibandingkan terhadap jumlah benzena yang terserap oleh montmorillonit, pada

kondisi reaksi yang sama dan konsentrasi benzena yang tertentu.

Proses sorpsi larutan oleh suatu adsorben melibatkan kesetimbangan antara pelarut yang

teradsorpsi dan zat terlarut dengan pelarut dan zat terlarut teradsorpsi, hal ini dapat dinyatakan sebagai

berikut :

(N1S) + (N2) (N1) + (N2

S)

Dimana, : (N1S) = solven teradsorpsi, (N2) = solut dalam larutan, (N1) = solven dalam larutan, (N2

S) = solut

teradsorpsi. Banyaknya zat terlarut yang teradsorpsi selain ditentukan oleh konsentrasi zat terlarut, juga

ditentukan oleh kecenderungan zat terlarut untuk teradsorpsi dibandingkan dengan pelarut, dengan

demikian terdapat kompetisi adsorpsi antara pelarut dan zat terlarut. Komposit krom oksida-

montmorillonit memiliki kemampuan yang lebih sedikit untuk menyerap benzena yang terlarut di dalam

0

20

40

60

0 500 1000 1500 2000Be

rat

(mg

) b

en

ze

n y

an

g t

ers

orp

si

pe

r g

ram

le

mp

un

g (

x/m

)

Konsentrasi benzena awal (Co) g/L

Lempung montmorillonit Komposit krom oksida mont

air, hal ini dapat disebabkan oleh kecenderungan pelarut (air) lebih besar daripada benzena untuk

teradsorpsi pada komposit krom oksida-montmorillonit, dibandingkan jika teradsorpsi pada lempung

monmorillonit. Jadi meskipun luas permukaan spesifik pada komposit krom oksida-montmorillonit lebih

besar daripada luas permukaan spesifik pada lempung montmorillonit, tetapi peluang kontak atau

interaksi yang meningkat dari molekul benzena diimbangi oleh kecenderungan yang lebih besar dari

molekul air untuk teradsorpsi lebih kuat pada permukaan Cr2O3-montmorillonit. Hal ini dapat dikaitkan

dengan hadirnya pilar Cr2O3.

Dalam adsorpsi interfase padat-gas pada tekanan rendah, mekanismenya tergantung pada sifat

gaya yang bekerja antara molekul-molekul adsorben dan adsorbat. sedangkan mekanisme molekuler

adsorpsi zat tertentu dari larutan pada suatau adsorben jauh lebih rumit. Gambar IV.8 memperlihatkan

skema interaksi molekuler yang terjadi dalam adsorpsi.

permukaan adsorben permukaan adsorben

Gambar IV.8 Skema interaksi molekuler dalam adsorpsi :

(a) fase gas (b) larutan biner

Dalam kasus yang paling sederhana, yaitu adsorpsi larutan biner, mekanismenya tergantung pada

faktor-faktor sebagai berikut :

(a)

(b)

1. gaya yang bekerja diantara molekul-molekul adsorbat (Z) dan permukaan adsorben

2 gaya yang bekerja diantara molekul-molekul pelarut (S) dan permukaan adsorben

3. gaya yang bekerja diantara molekul-molekul komponen larutan (Z dan S) baik

dalam lapisan permukaan maupan dalam fase ruahnya.

Penyelidikan mekanisme molekuler adsorpsi pada interfase padat-larutan menghadapi baanyak

kesulitan karena kompleksitas sistem yang ada. Komponen pelarut pada adsorpsi larutan seringkali

mempunyai pengaruh yang menentukan terhadap sifat maupun besarnya adsorpsi. Interaksi antara

molekul adsorben dan adsorbat pada fase gas juga berlaku pada molekul-molekul pelarut. Interaksi yang

kuat antara molekul-molekul pelarut dengan permukaan adsorben dapat memblokir situs-situs aktif

adsorben dan akibatnya akan menurunkan adsorpsi zat terlarut. Demikian juga interaksi molekul yang

kuat diantara komponen larutan dalam fase ruahnya umumya mempunyai pengaruh negatif yang

berarti terhadap interaksinya dengan permukaan adsorben. Kelarutan suatu zat dalam pelarut juga

mempunyai pengaruh terhadap besar kecilnya adsorpsi. Pada umumya zat-zat dengan kelarutan yang

tinggi akan teradsorpsi lebih sukar pada suatu adsorben dibandingkan dengan zat yang kelarutannya

rendah.

Berdasarkan uraian-uraian diatas, jelas bahwa adsorpsi pada interfase padat- cair, dalam hal ini

adsorpsi larutan, sifat maupun besarnya adsorpsi sangat tergantung pada berbagai faktor. Selain kondisi

eksperimental, seperti temperatur dan pH, faktor kelarutan, struktur adsorben dan adsorbat serta

pelarut sangat menentukan besarnya adsorpsi. Oleh karena itu, mekanisme molekuler adsorpsi masih

jauh dari .pemahaman sepenuhnya (Oscik, 1982).

Meskipun mekanisme molekuler adsorpsi larutan sangat rumit dan kompleks, tetapi disini akan

coba dipaparkan secara garis besar beberapa hal berkenaan dengan fenomena adsorpsi benzena oleh

komposit krom oksida-montmorillonit dan oleh lempung montmorillonit. Keasaman permukaan

berpengaruh terhadap kemampuan adsorpsi larutan benzena didalam air. Komposit krom oksida-

montmorillonit memiliki keasaman permukaan yang lebih besar daripada lempung montmorillonit, hal

ini disebabkan karena pada saat pembentukan Cr2O3 dari oligomer polioksikromium juga dilepaskan ion

H+. Ion-ion hidrogen yang terlepas ini akan dijerap lebih kuat daripada ion-ion monovalen lainnya atau

ion-ion divalen (Goenadi, 1982). Kuatnya serapan ion-ion hidrogen oleh permukaan montmorillomit

yang bermuatan negatif kemungkinan disebabkan oleh kerapatan muatan ion hidrogen yang tinggi, dan

juga oleh pembentukan ikatan kovalen dengan atom O pada permukaan lempung, ikatan kovalen yang

terbentuk ini merupakan ikatan kovalen polar, sehingga molekul-molekul H2O yang juga bersifat polar

akan lebih mudah terserap pada montmorillonit yang dimodifikasi, daripada benzena. Sedangkan pada

montmorillonit yang belum dimodifikasi, atom O pada permukaan lempung juga cenderung untuk

mengikat atom H pada benzena karena gugus-gugus C-H pada benzena diaktifkan, yang kemudian

membentuk ikatan hidrogen dengan oksigen dari permukaan siloksan mineral lempung (Goenadi, 1982).

Meningkatnya keasaman pada komposit krom oksida-montmorillonit juga disebabkan oleh

logam Cr mempunyai orbital d yang dapat berperan sebagai situs asam yang dapat mengikat atom O

dengan menerima pasangan elektron bebas dari atom O pada molekul H2O, ini juga bisa menjadi alasan

bahwa montmorillonit yang dimodifikasi memiliki kemampuan adsorpsi benzena, yang lebih rendah

daripada lempung montmorillonit.

Benzena yang teradsorpsi pada lempung montmorillonit, lebih banyak daripada yang

teradsorpsi pada komposit krom oksida-montmorillonit, hal ini mungkin juga disebabkan karena

perbedaan orientasi molekul-molekul benzena yang terserap pada permukaan adsorben. Benzena yang

terserap dapat memiliki orientasi horisontal dan orientasi vertikal. Orientasi horisontal benzena untuk

satu molekul benzena memiliki luas permukaan yang akan menempati adsorben adalah sekitar 40 Ǻ2

dan orientasi vertikal untuk satu molekul benzena adalah sekitar 25 Ǻ2 (Gregg dan Sing,1982). Jadi

apabila benzena yang teradsorpsi memiliki orientasi horisontal maka akan menempati luas permukaan

adsorben yang lebih besar daripada jika orientasinya vertikal, dengan tinggi lapisan benzena yang

teradsorpsi secara horisontal adalah sekitar 5,64 Ǻ, dan tinggi lapisan benzena yang teradsorpsi secara

vertikal adalah sekitar 7,14 Ǻ.

Pada proses adsorpsi benzena oleh lempung montmorillonit, molekul benzena akan masuk

kedalam antar lapis montmorillonit, dan teradsorpsi dengan orientasi yang lebih bebas karena lempung

montmorillonit dapat mengembang cukup lebar tergantung tingkat hidrasi, dan juga dapat melebihi

jarak 7,14 Ǻ, hal ini memungkinkan orientasi molekul benzena teradsorpsi secara vertikal disamping juga

teradsorpsi secara horisontal. Adsorpsi secara vertikal akan membutuhkan luas permukaan adsorben

yang lebih sedikit, sehingga jumlah molekul yang teradsorpsi menjadi lebih banyak. Sedangkan pada

mikropori antarlapis komposit krom oksida-montmorillonit, orientasi molekul yang mungkin hanya

orientasi horisontal karena pilar Cr2O3 bersifat permanen dan kaku yang menyebabkan jarak antar lapis

tidak bisa mengembang. Dengan demikian adsorpsi benzena dengan orientasi vertikal pada

montmorillonit yang dimodifikasi hanya mungkin terjadi pada mikropori yang lebih besar dari mikropori

antar lapis (d001), pada mesopori, makropori dan permukaan eksternal. Mekanisme molekuler yang

sesungguhnya dari adsorpsi ini tidak dapat ditentukan karena pengukuran yang dilakukan disini bersifat

makroskopis.

Hubungan antara banyaknya zat yang teradsorpsi dan konsentrasi zat dalam larutan pada

temperatur konstan, dipelajari dengan persamaan isoterm Freundlich, dan diperoleh kurva adsorpsi

yang diperlihatkan pada gambar IV.9. Dari gambar IV.9 dapat dilihat bahwa nilai k atau kapasitas

adsorpsi dari komposit krom oksida- montmorillonit lebih besar dari kapasitas adsorpsi lempung

montmrillonit, hal ini bersesuaian dengan luas permukaan adsorben. Sedangkan nilai n atau derajat

kelinieran untuk komposit krom oksida montmorillonit lebih kecil dari lempung montmorillonit hal ini

berkaitan dengan ikatan yang lebih lemah antara benzena teradsorb dengan adsorben Cr2O3-

montmorillonit daripada dengan lempung montmorillonit.

Gambar : IV.9 Bentuk kurva adsorpsi dari sampel (a) montmorillonit

(b) komposit krom oksida montmorillonit.

Secara empiris, adsorpsi isotermal montmorilonit dan komposit krom oksida-montmorilonit

lebih mengikuti persamaan non linier seperti yang ditampilkan pada gambar IV.10, namun tidak ada

makna fisik yang dapat dijelaskan dari setiap konstanta yang muncul pada kedua persamaan tersebut.

R² = 0.837

0

20

40

60

80

100

0 500 1000 1500

x/m

Ceq

y = 0,2232x0,5407

0

5

10

15

20

25

0 500 1000 1500 2000

x/m

Ceq

(a)

(b)

Gambar : IV.10 bentuk kurva adsorpsi dari sampel (a) montmorillonit (b) komposit krom

oksida montmorillonit.

BAB V

y = 20.65ln(x) - 90.28R² = 0.979

0

10

20

30

40

50

60

0 200 400 600 800 1000 1200

x/m

Ceq

y = 9E-06x2 + 0.000x + 2.515R² = 0.980

0

5

10

15

20

25

0 500 1000 1500 2000

x/m

Ceq

KESIMPULAN

Kemampuan komposit krom oksida-montmorillonit untuk menyerap benzena terlarut dalam air, lebih

sedikit daripada montmorillonit sebelum dimodifikasi.

DAFTAR PUSTAKA

Cool, P., Vansant, E.F., 1998, Pillared Clays : Preparation, Characterization and Applications, Catal. Rev.,

Sci.Eng., 3, 265-285.

Goenadi, D.H., 1982, Dasar-Dasar Kimia Tanah, Terjemahan dari Tan, K.H., Edisi Pertama, 93-193,

Gadjah Mada University Press, Yogyakarta

Hundal, L.S., Thompson, M.L., Laird, D.A., Carmo, A.M., 2001, Sorption of Phenanthrene by Reference

Smectites, Environ. Sci. Technol., 35, 3456-3461

Ogawa, M., 1992, Preparation of Clay-Organic Intercalation Compounds by Solid-solid Reaction and Their

Application to Photo–Functional Material, Dissertation, Waseda University, Tokyo.

Oscik, J., 1982, Adsorption, Translation Editor Cooper, I.L., First Edition, 123-127, 198, Ellis Horwood

Limited, Chichester.

Riyanto, A., 1994, Bahan Galian Industri Bentonit, 1-15, Direktorat Jendral Pertambangan Umum, Pusat

Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral, Bandung.

Wijaya, K., 1993, The Preparation of Pillared Saponite-Salicylideneaniline Intercalation Compounds and

Their Photo-Functional Properties, Master Thesis, Waseda University, Tokyo.