6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Lempung Bentonit

Tanah lempung merupakan jenis tanah yang mengandung paling banyak

bahan – bahan anorganik, dengan ukuran partikel yang lebih kecil dari 2

mikrometer. Bahan – bahan anorganik tersebut terdiri atas fragmen – fragmen

batuan, kumpulan mineral – mineral dalam berbagai ukuran dan komposisi serta

bahan koloid. Tanah lempung mempunyai tekstur agak kasar, sedang dan halus

dengan kemampuan menyerap air yang baik. Lempung terutama tersusun atas

aluminium, silikon, dan oksigen sedangkan penyusun lainnya adalah magnesium,

besi, alkali dan alkali tanah yang jumlahnya jauh lebih kecil. Lempung tanah

dapat dijumpai dalam bentuk kristalin, dan struktur tidak teratur (amorf). Keadaan

amorf umumnya tidak mempunyai bentuk yang dapat dikenal ataupun susunan

internal atom secara geometris (Tan, 1991).

Montmorilonit mempunyai sifat mengadsorpsi karena ukuran partikel

koloidnya sangat kecil dan memiliki kapasitas pertukaran kation yang tinggi.

Kemampuan mengembang monmorilonit disebabkan oleh adanya penggantian

isomorfik pada lapisan oktahedral (Mg oleh Al) dalam menghadapi kelebihan

muatan di ujung – ujung kisinya, dimana Mg digantikan oleh Al (Suhala, dan

Arifin, 1997).

Menurut Dinas Pertambangan dan Energi Propinsi Sumatera Utara,

montmorillonit merupakan mineral lempung yang terdapat dalam lempung

bentonit yang merupakan suatu istilah yang digunakan didalam dunia

perdagangan. Bentonit mempunya rumus Al2O3.4SiO2 xH2O terdiri dari 85%

7

mineral lempung montmorillonit dengan kation – kation Na+, K+, dan Ca+ yang

mudah dipertukarkan (Dinas Pertambangan dan Energi Sumatera Utara, 2000).

Secara geologis bentonit dapat terbentuk melalui salah satu proses berikut:

1. Proses pelapukan, pembentukan lempung bentonit oleh pelapukan disebabkan

oleh reaksi ion - ion hidrogen yang terdapat dalam air tanah dengan mineral –

mineral silikat. Faktor penting yang menyebabkan terbentuknya bentonit

dalam proses pelapukan adalah komposisi mineral batuan, komposisi kimia

dari air dan daya alir pada batuan. Faktor lain yang juga menentukan adalah

iklim, macam batuan, relief serta tumbuh – tumbuhan yang berada diatas

batuan.

2. Proses hidrotermal, pada proses hidrotermal atau alterasi hidrotermal tanah

dan adanya unsur – unsur logam alkali dan alkali tanah selain kalsium, mineral

– mineral mika , fero magnesian dan feldspar plagioklas dapat menyebabkan

terbentuknya lempung bentonit.

3. Proses transformasi, transformasi abu gunung api yang mengendap dalam

cekungan sedimen seperti danau atau laut dapat pula mengakibatkan

terbentuknya lempung bentonit.

4. Pengendapan kimia, bahan galian bentonit dapat terjadi dari endapan sedimen

dalam suasana basa.(Widihati, 2002)

Berdasarkan jumlah lembar tetrahedral dan octahedral dalam suatu lapisan,

montmorillonit merupakan mineral dengan tipe 2 : 1 karena strukturnya dibangun

oleh 2 lembar tetrahedral dan satu lembar oktahedral. Bila dibandingkan dengan

mineral lempung yang lain, montmorillonit mempunyai banyak kelebihan

diantaranya yaitu memiliki kemampuan mengembang (swelling), memiliki kation

8

– kation yang dapat dipertukarkan (exchangeable cations), dapat diinterkalasi, dan

dapat dimodifikasi sehingga memiliki sifat – sifat kimia fisik yang lebih baik dari

sebelumnya.

Kerangka struktur montmorillonit terdiri dari dua lapisan tetrahedral dan satu

lapis oktahedral dengan rumus molekul sel satuan Al4Si8O20(OH)4. Struktur tiga

dimensi dari montmorillonit ditunjukkan pada gambar 2.1( Tan, 1991).

Gambar 2.1. Struktur Tiga Dimensi dari Montmorillonit

Hofmann dan Endell berhipotesis bahwa struktur sel unit yang dianggap

simetris. Satu lembar oktahedral aluminium diapit oleh dua lembar tetrahedral

silika. Lapisan – lapisan kristal dilaporkan bertumpukan dalam pola acak, sedang

beberapa mineral tersebut bahkan berbentuk serat, seperti pada gambar 2.2 (Tan,

1991).

9

Gambar 2.2 Model Struktur Montmorillonit Menurut Hofmann dan Endell

(Tan, 1991).

Sel – sel satuan dalam montmorillonit saling melekat satu dengan yang lain

yang dihubungkan oleh ikatan van der Waals. Ikatan tersebut tidak terlalu kuat

sehingga ruang antarlapis masih dapat mengembang jika ada molekul air atau

molekul polar yang masuk. Akibat perilakunya tersebut, montmorillonit disebut

sebagai lempung mengembang (swelling clay) (Tan, 1991).

Mineral – mineral montmorillonit pada umumnya berupa butiran yang

sangat halus, sedangkan lapisan penyusunnya tidak terikat dengan kuat. Dalam

kontaknya dengan air, mineral montmorillonit tersebut menunjukkan

pengembangan antarlapis yang menyebabkan volemnya meningkat menjadi dua

kali lipat. Jarak dasar montmorillonit meningkat secara seragam dengan

penyerapan air. Potensi mengembang – mengerut yang tinggi menyebabkan

mineral ini dapat menerima dan menyemat ion – ion logam dan senyawa –

senyawa organik. Interaksi dengan senyawa organik menghasilkan pembentukan

10

kompleks organik – mineral dimana ion – ion organik menggantikan kation –

kation anorganik pada posisi antarlapis (Tan, 1991).

2.2 Rhodamine B

Rhodamine B merupakan zat pewarna sintetis berbentuk serbuk kristal

bewarna kehijauan, dalam bentuk larutan pada konsentrasi berwarna merah

keunguan dan konsentrasi rendah berwarna merah terang, termasuk golongan

pewarna xanthenes basa, dan terbuat dari metadietilaminofenol dan ftalik anhidrid

suatu bahan yang tidak bisa dimakan serta sangat berfluoresensi (Ariani, 2004).

Rumus molekul dari rhodamine B adalah C28H31N2O3Cl dengan berat

molekul sebesar 479 g/mol. Sangat larut dalam air yang akan menghasilkan warna

merah kebiru- biruan dan berfluorensi kuat (Ariani, 2004).

Gambar 2.3 Struktur Molekul Rhodamine B : C28H31N2O3Cl13

Di dalam Rhodamine B sendiri terdapat ikatan dengan klorin (Cl) yang

dimana senyawa klorin ini merupakan senyawa anorganik yang reaktif dan juga

berbahaya. Reaksi untuk mengikat ion klorin disebut sebagai sintesis zat warna,

disini dapat digunakan Reaksi Frield-Crafts untuk mensintesis zat warna seperti

triarilmetana dan xentana. Reaksi antara ftalat anhidrida dengan resorsinol,

sedangkan dengan keberadaan seng klorida menghasilkan fluorescein. Apabila

11

resorsinol diganti dengan N-N-dietilaminofenol, reaksi ini akan menghasilkan

Rhodamine B (Ariani, 2004).

Selain terdapat ikatan Rhodamine B dengan klorin terdapat juga ikatan

konjugasi. Ikatan konjugasi dari Rhodamine B inilah yang menyebabkan

Rhodamine B berwarna merah. Ditemukannya bahaya yang sama antara

Rhodamine B dan klorin membuat adanya kesimpulan bahwa atom Klorin yang

ada pada Rhodamine B menyebabkan terjadinya efek toksik bila masuk kedalam

tubuh manusia. Atom Cl yang ada sendiri adalah termasuk dalam halogen, dan

sifat halogen yang berada dalam senyawa organik akan menyebabkan toksik dan

karsinogenik (Ariani, 2004).

2.3 Aktivasi Asam pada Lempung

Kapasitas adsorpsi lempung dapat ditingkatkan dengan melakukan aktivasi

terhadap lempung. Aktivasi lempung bentonit dapat dilakukan dengan pemanasan

pada temperatur 300 – 3500C. Selain dengan pemanasan aktivasi lempung

bentonit juga dapat dilakukan dengan aktivasi asam, hal ini bertujuan untuk

menukakan kation seperti Na+, K+, dan Ca2+ yang ada dalam lempung

monmorillonit dengan ion H+ dan melepaskan ion Al3+, Fe3+, Mg2+ dan pengotor

lainnya dari kisi – kisi struktur, sehingga secara fisik monmorillonit menjadi lebih

aktif (Sandra, 2004). Menurut Kumar, dkk,. dalam Armentina (2004), aktivasi

asam menyebabkan terjadinya pertukaran ion – ion pada struktur antarlapis yang

dipengaruhi oleh valensi ion yang dipertukarkan. Kation yang terdapat dalam

ruang antarlapis memiliki kekuatan ikatan yang lebih lemah dibandingkan dengan

kation yang terikat pada lapisan sel satuan montmorillonit, sehingga kation

12

tersebut dapat dipertukarkan dengan kation yang lain. Semakin tinggi valensi

kation semakin tinggi pula kapasitas tukar kationnya. Ion H+ memiliki afinitas

yang tinggi sehingga dapat melakukan banyak pertukaran ion, tetapi bila

konsentrasi H+ yang direaksikan terlalu tinggi menyebabkan pecahnya situs

lempung pada lapisan oktahedral sehingga terjadi pelepasan aluminium dari

montmorillonit. Proses pelepasan lempung montmorillonit dari material alumina-

silikat dapat dituliskan dengan reaksi sebagai berikut :

(Al4)(Si8)O20(OH)4 + 3H+ (Al3)(Si8)O20(OH)2 + Al3+ +2H2O

(Al4)(Si8)O20(OH)4 + 4H+ (Al2)(Si8)O20 + 2Al3+ +4H2O

Aktivasi lempung montmorillonit dapat dipengaruhi oleh konsentrasi asam

dan komposisi mineralnya. Asam yang biasanya digunakan untuk aktivasi adalah

asam sulfat dan asam klorida. Penelitian yang dilakukan oleh kumar, dkk (1995)

menyatakan bahwa lempung yang diberi perlakuan asam sulfat 4 N memiliki

keasaman permukaan maksimal, hal ini terjadi karena struktur montmorillonit

mengalami perubahan pada lapisa oktahedral sehingga memperbesar luas

permukaan dan porositasnya meningkat. Kemampuan asam untuk melarutkan

senyawa dalam tanah dapat dilihat dari prosentase kehilangan berat dari tanah

selama perlakuan.

2.4 Adsorpsi

Salah satu metode yang digunakan untuk menghilangkan zat pencemar

dari air limbah adalah adsorpsi (Rios et al., 1999 dan Saiful et al., 2005). Adsorpsi

merupakan proses penjernihan suatu zat pada permukaan zat lain yang disebabkan

oleh gaya tarik molekul – molekul pada permukaan adsorben. Mekanisme

13

penyerapan tersebut dapat dibedakan menjadi dua yaitu, serapan secara fisika

(fisisorpsi) dan serapan secara kimia (kemisorpsi) (Castellan 1982).

Bila molekul – molekul teradsorpsi secara fisik, tidak ada ikatan secara

langsung antara adsorbat dengan permukaan, adsorbat ditahan oleh gaya – gaya

fisik seperti gaya van der waals. Energi adsorpsi yang terlibat pada fisisorpsi

sekitar 2 – 10 kkal/mol, berlangsung pada temperatur rendah, dan jumlah zat yang

teradsorpsi akan semakin kecil dengan naiknya temperature. Proses fisisorpsi

bersifat dapat balik, sehingga memungkinkan desorpsi molekul – molekul yang

teradsorpsi pada temperature yang sama, dengan menurunkan tekanan gas atau

konsentrasi zat terlarut. Pada kemisorpsi, ada ikatan kimia secara langsung akibat

pemakaian bersama electron antara adsorbat dab permukaan. Energi adsorpsi yang

terlibat pada komisorpsi sekitar 15 – 100 kkal/mol, dan biasanya berlangsung

pada temperatur tinggi, jumlah zat yang teradsorpsi akan semakin besar dengan

naiknya temperatur, serta untuk melepaskan kembali adsorbat dari permukaan

adsorben diperlukan banyak energi (Suarya, 2005).

Tabel 2.1 Perbedaan Adsoprsi Fisik dengan Adsorpsi Kimia

Adsorpsi Fisik Adsorpsi Kimia

Melibatkan gaya antarmolekul,

seperti gaya van der Waals dan

ikatan hidrogen.

Melibatkan ikatan kovalen sebagai

hasil dari penggunaan bersama

pasangan elektron oleh adsorben

dengn adsorbat

Energi adsorpsi yang terlibat <20

kJ/mol

Energi adsorpsi yang terlibat >20

kJ/mol

Bersifat reversible ; sangat mudah

dihilangkan (dilepas)

Bersifat regenerasi ; lebih sulit

dilepas

Tebal lapis yang diadsorpsi :

beberapa lapis molekul adsorbat

Tebal lapis yang teradsorpsi :

hanya terbentuk lapis tunggal

14

2.4.2 Isoterm adsorpsi

Perubahan konsentrasi adsorbat oleh proses adsorpsi sesuai dengan

mekanisme adsorpsinya dapat dipelajari melalui penentuan isoterm adsorpsi yang

sesuai. Isoterm Langmuir dan Isoterm Freudlich adalah dua diantara isoterm-

isoterm adsorpsi yang dipelajari:

a. Isotherm Langmuir

Meskipun terminologi adsorpsi pertama kali diperkenalkan oleh Kayser

(1853-1940), penemu teori adsorpsi adalah Irving Langmuir (1881-1957), Nobel

laureate in Chemistry (1932). Isoterm adsorpsi Langmuir didasarkan atas

beberapa asumsi,yaitu :

1) Adsorpsi hanya terjadi pada lapisan tunggal (monolayer),

2) Panas adsorpsi tidak tergantung pada penutupan permukaan, dan

3) Semua situs dan permukaannya.

Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis

dengan menganggap terjadinya kesetimbangan antara molekul-molekul zat yang

diadsorpsi pada permukaan adsorben dengan molekul-molekul zat yang tidak

teradsorpsi. Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat dituliskan sebagai

berikut :

𝐶

𝑥/𝑚=

1

𝑏𝐾+

𝐶

𝑏… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (1)

C merupakan konsentrasi adsorbat dalam larutan, x/m adalah konsentrasi adsorbat

yang terjerap per gram adsorben, k adalah konstanta yang berhubungan dengan

afinitas adsorpsi dan (x/m)mak adalah kapasitas adsorpsi maksimum dari

adsorben. Kurva isoterm adsorpsi Langmuir dapat disajikan seperti berikut.

15

Gambar 2.4 Kurva Isoterm Adsorpsi Langmuir

b. Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich

Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich didasarkan atas terbentuknya

lapisan monolayer dari molekul-molekul adsorbat pada permukaan adsorben.

Namun pada adsorpsi Freundlich situs-situs aktif pada permukaan adsorben

bersifat heterogen. Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dituliskan

sebagai berikut.

𝐿𝑜𝑔 (𝑥

𝑚) = log 𝑘 +

1

𝑛log 𝐶 … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . . (2)

sedangkan kurva isoterm adsorpsinya disajikan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Kurva Isoterm Adsorpsi Freundlich

16

2.5 Interkalasi

Interkalasi merupakan suatu proses penyisipan spesies kimia secara

reversibel ke dalam antarlapis suatu struktur yang mudah mengembang (antarlapis

silikat montmorillonit) tanpa merusak strukturnya. Spesies kimia yang disisipkan

disebut dengan interkalat, sedangkan material tempat interkalat disisipkan disebut

interkalan. Spesies kimia umumnya digunakan adalah ion alkilamonium, kation

amina bisklis dan beberapa logam komples (Simpen, 2001).

Pada penelitian ini yang dipilih sebagai interkalat yaitu surfaktan kationik

benzalkonium klorida (BKC) dengan rumus molekul C9H13C1NR. Dimana R

merupakan alkil C8H17 sampai C18H37. Surfaktan benzalkonium klorida (BKC)

termasuk ke dalam golongan ammonium klorida. Surfaktan jenis ammonium

klorida sering digunakan untuk interkalasi karena dapat menghasilkan nanoruang

dua dimensi pada antarlapis lempung. Nanoruang dua dimensi ini terjadi melalui

interaksi antar ion organoamonium dengan ruang antarlapis lempung dalam

lapisan silikat sehingga menyebabkan terbukanya ruang antarlapis yang

menghasilkan perubahan pada kisi lempung (Susianah, 2005). Struktur molekul

dari benzalkonium klorida (BKC) dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 2.6 Struktur Molekul Benzalkonium Klorida (BKC)

17

2.6 Metode Metilen Biru

Metilen biru atau 3,7-bis (dimetilamino) phenothiacin-5-ion klorid

mempunyai rumus molekul C16H18CIN3S dengan berat molekul 320,5 g/mol.

Metilen biru terdiri dari C=0,08%, H=5,67%, Cl=11,08%, dan N=10,00%.

Metilen biru dapat membentuk kristal dengan 3, 4, dan 5 mol H2O. Kristal

terhidratnya berwarna hijau gelap, berkilauan, dan tidak berbau. Serapan

maksimumnya pada panjang gelombang 668 nm.

Metilen biru larut dalam air dan alkohol dan digunakan sebagai pewarna

dalam bakteriologi, sebagai indikator redoks, antidote sianida, dan antiseptik

dalam kedokteran hewan (Astari, 2008).

Gambar 2.7 Struktur Molekul Metilen Biru

2.7 Titrasi Asam Basa

Analisis titrimetri mengacu pada analisis kimia kuantitatif yang dilakukan

dengan menetapkan volume suatu larutan yang konsentrasinya diketahui dengan

tepat. Larutan dengan kekuatan (konsentrasi) yang diketahui dengan tepat itu

disebut larutan standar. Larutan standar biasanya ditambahkan dari dalam sebuah

buret. Proses penambahan larutan standar sampai reaksi tepat lengkap disebut

titrasi (Vogel, 1994). Analisis volumetri (titrimetri) adalah suatu teknik analisis

18

didasarkan atas pengukuran zat baku dengan jumlah tertentu dan konsentrasi

tertentu yang bereaksi dengan sejumlah analit. Reaksi yang terjadi antara zat baku

dengan analit harus stoikimetris (reaksi terumuskan dengan baik dan jelas), cepat,

spesifik, tidak ada reaksi samping, serta reaksi harus kuantitatif, yaitu

kesetimbangan reaksi bergeser ke kanan. Untuk mengetahui reaksi tersebut telah

berjalan dengan sempurna, maka harus terjadi perubahan nyata, yaitu dapat

berupa perubahan warna larutan, ataupun sifat fisik lainnya. Titik akhir titrasi

harus berimpitan dengan titik ekivalen (Christian,1980).

Asam didefinisikan sebagai senyawa yang mengandung hidrogen yang

bereaksi dengan basa. Basa adalah senyawa yang mengandung ion OH– atau

menghasilkan OH– ketika bereaksi dengan air. Basa bereaksi dengan asam untuk

menghasilkan garam dan air (Golberg, 2002).

Dalam analisis kuantitatif, indikator digunakan untuk menentukan titik

ekuivalen dari titrasi asam-basa. Karena indikator mempunyai interval pH yang

berbeda-beda dan karena titik ekuivalen dari titrasi asam-basa berubah-ubah

sesuai dengan kekuatan relatif asam basanya, maka pemilihan indikator

merupakan hal terpenting (Sukardjo, 1984).

Titik ekuivalen, ialah titik pada saat sejumlah mol ion OH– yang

ditambahkan ke larutan sama dengan jumlah mol ion H+ yang semula ada. Jadi

untuk menentukan titik ekuivalen dalam suatu titrasi, kita harus mengetahui

dengan tepat berapa volume basa yang ditambahkan dari buret ke asam dalam

labu. Salah satu cara untuk mencapai tujuan ini adalah dengan menambahkan

beberapa tetes indikator asam-basa ke larutan asam saat awal titrasi (Chang, 2004).

19

Indikator biasanya ialah suatu asam atau basa organik lemah yang

menunjukkan warna yang sangat berbeda antara bentuk tidak terionisasi dan

bentuk terionisasinya. Kedua bentuk ini berikatan dengan pH larutan yang

melarutkan indikator tersebut (Chang, 2004).

Titik akhir titrasi terjadi bila indikator berubah warna. Namun, tidak

semua indikator berubah warna pada pH yang sama, jadi pilihan indikator untuk

titrasi tertentu bergantung pada sifat asam dan basa yang digunakan dalam titrasi

(dengan kata lain apakah mereka kuat atau lemah). Dengan demikian memilih

indikator yang tepat untuk titrasi, dapat menggunakan titik akhir untuk

menentukan titik ekuivalen (Chang, 2004).

Indikator asam – basa adalah zat yang berubah warnanya atau membentuk

fluoresen atau kekeruhan pada suatu rentang pH tertentu. Indikator yang dipilih

dalam titrasi asam basa harus berubah warna tepat saat titik ekivalen tercapai.

Salah satu indikator yang sering dipakai adalah phenolphthalein dengan range pH

8,0-9,6, dimana bentuk asamnya tidak berwarna dan bentuk basanya berwarna

merah (Christian, 1980).

Penentuan keasaman permukaan dengan studi ikatan spesies dalam larutan

dapat dilakukan dengan titrasi asam basa, dimana situs asam dari montmorillonit

akan bereaksi dengan basa (NaOH). Sisa OH- (yang tidak beraksi dengan situs

asam) akan dititrasi dengan asam (HCl). Titik akhir titrasi dideteksi menggunakan

indikator phenolphtalein. Keasaman permukaan montmorillonit dapat diketahui

dari selisih basa awal dengan basa sisa (Simpen, 2001).

20

2.8 Analisis Difraksi Sinar – X

Analisis difraksi sinar – X merupakan metode yang paling luas digunakan

dalam indentifikasi lempung. Analisis difraksi sinar – X merupakan metode yang

bersifat tak merusak, yang berarti bahwa sampel tidak dipengaruhi oleh analisis

dan masih dapat digunakan untuk analisis lain. Tetapi metode ini tidak dapat

diterapkan untuk analisis bahan yang bersifat amorf dan non kristalin (Tan,1991).

Teknik X-Ray Diffraction (XRD) berperan penting dalam proses analisis

padatan kristalin. XRD adalah metode karakterisasi yang digunakan untuk

mengetahui ciri utama kristal, seperti parameter kisi dan tipe struktur. Selain itu,

juga dimanfaatkan untuk mengetahui rincian lain seperti susunan berbagai jenis

atom dalam kristal, kehadiran cacat, orientasi, dan cacat kristal.

Dasar penggunaan sinar – X dalam penelitian lempung tanah adalah

susunan sistematik atom – atom atau ion – ion dalam bidang kristal. Sinar – X

adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang pendek. Pada

kebanyakan kristal, jarak antar atom atau bidang kristal mempunyai ukuran yang

hampir sama dengan panjang gelombang sinar – X. Sinar – X dapat dipantulkan

oleh atom – atom dalam bidang kristal, yang menghasilkan pola – pola khas

sewaktu direkam. Pola difraksi ini digunakan sebagai sidik jari dalam identifikasi

spesies mineral (Tan,1991).

Sinar – X dihasilkan dalam suatu tabung sinar – X oleh pukulan elektron –

elektron yang bergerak cepat ke suatu target logam. Atom-atom yang mengalami

eksitasi dalam target tersebut mencarikan radiasi dengan panjang gelombang

antara 0,01 dan 100Ǻ, yang merupakan panjang gelombang radiasi Kα dan Kβ.

Penguatan sinar-X yang terpancarkan menjadi kuantitatif hanya jika hukum Bragg

21

dipatuhi. Menurut hukum Bragg, semua bidang- bidang dalam suatu kristal

memantulkan sinar-X, apabila kristal dimiringkan dengan sudut tertentu terhadap

berkas sinar datang. Sudut tergantung pada panjang gelombang (λ) dan jarak antar

bidang atom dalam kristal (d) (Tan, 1991).

Gambar 2.8 : Gambar Skematik dari Berkas Sinar–X datang yang Memantul dari

Bidang Kristal, dengan Mengikuti Hukum Bragg : nλ = 2 d sin θ

dimana d = jarak antar bidang atom dalam kristal

λ = panjang gelombang

θ = sudut sinar

n = tingkat difraksi

2.9 Spektroskopi Inframerah (IR)

Akhir – akhir ini spektroskopi inframerah telah banyak digunakan dalam

kajian mineralogi lempung. Lempung amorf maupun kristalin menyerap radiasi

inframerah, dan metode ini lebih berguna bagi sampel yang tidak dapat dianalisis

nλ = 2 d sin θ

22

dengan difraksi sinar – X. Spektrum serapan inframerah suatu mineral mempunyai

pola yang khas, yang tidak hanya membuka kemungkinan untuk identifikasi

mineral tersebut, tetapi juga menyingkap keberadaan gugus – gugus fungsional

utama di dalam struktur senyawa yang sedang diidentifikasi (Tan, 1991).

Serapan inframerah berkaitan dengan getaran molekul atau atom, dan

hanya radiasi dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi getaran tersebut yang

akan diserap. Atom atau molekul dalam suatu senyawa berosilasi atau bergetar

dengan frekuensi sekitar 1013-1014 hitungan perdetik (hdp). Untuk tingkat

molekul, perbedaan dalam keadaan vibrasi dan rotasi digunakan untuk

mengadsorpsi sinar inframerah. Jadi untuk dapat mengadsorpsi, molekul harus

memiliki perubahan momen dipol sebagai akibat dari vibrasi. Vibrasi (getaran)

yang cepat dari atom – atom menghasilkan perubahan yang cepat dalam momen

dipol, dan serapan radiasi inframerah berjalan intensif. Sebaiknya, getaran yang

lemah dari atom – atom menghasilkan perubahan yang lambat dalam momen

dipol dan akibatnya serapan radiasi inframerah relatife lemah. Molekul – molekul

simetris sering tidak dapat menyerap radiasi inframerah (Tan, 1991).

Dua kelompok daerah frekuensi yang biasanya mencirikan kurva

inframerah dari kebanyakan mineral lempung yaitu :

1. Daerah antara 4000 dan 3000 cm-1 yang diakibatkan oleh getaran regang dari

air terjerap dan atau gugus OH oktahedral disebut daerah gugus fungsional.

2. Daerah antara 1400 – 800 cm-1 yang disebabkan oleh getaran Al – OH dan

atau Si – O disebut daerah sidik jari. (Tan, 1991)

Fraksi lempung (<2μm) yang dipisahkan dengan analisis mekanik dapat

digunakan secara langsung atau dapat dipisahkan dahulu dengan sentrifuge ke

23

dalam fraksi lempung kasar (2,0 – 0,2 μm). Jika diperlukan penghalusan, proses

ini harus dilakukan dengan hati – hati, karena penggunaan tenaga yang berlebihan

akan cenderung menghancurkan struktur mineral (menjadi amorf), dan cenderung

meningkatkan sifat higroskopik dari sampel yang bersangkutan (Tan, 1991).

2.10 Spektrofotometer UV-vis

Spektrofotometri sesuai dengan namanya adalah alat yang terdiri dari

spektrometer dan fotometer. Spektrofotometer menghasilkan sinar dari spektrum

dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas

cahaya yang ditransmisikan atau yang diabsorpsi. Jadi spektrofotometer

digunakan untuk mengukur energi secara relatif jika energi tersebut

ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikan sebagai fungsi sebagai panjang

gelombang. Kelebihan spektrofotometer dengan fotometer adalah panjang

gelombang dari sinar putih dapat lebih dideteksi dan ini diperoleh dengan alat

pengurai seperti prisma, grating atau celah optis. Pada fotometer filter dari

berbagai warna yang mempunyai spesifikasi melewatkan trayek panjang

gelombang tertentu (Gandjar, 2007 :215).

Adapun mekanisme kerja dari spektrofotometer adalah mula-mula sumber

radiasi dari berbagai macam sinar tanda (λ) yang berbeda-beda, masuk ke dalam

monokromator. Di monokromator ini cahaya diubah dari cahaya polikromatik

menjadi monokromatik, jadi sinar yang ada pada monokromator sudah ada λ

tertentu. Kemudian dari monokromator sinar menembus kuvet atau sampel

dimana sampel telah dilarutkan dengan pelarut yang sesuai, yaitu pada percobaan

24

kali ini memakai pelarut etanol. Di kuvet ini, ada cahaya yang diserap oleh sampel

(absorban) dan ada yang diteruskan disebut transmitan (Marzuki, 2012).

Pada spektrofotometri, konsentrasi suatu larutan ditetapkan dengan

pengukuran banyaknya cahaya yang diserap (adsorpsi) oleh larutan bersangkutan.

Apabila suatu larutan dikenai sinar polikromatik maka ada suatu berkas sinar

dengan panjang gelombang tertentu yang diserap, sedangkan berkas sinar lainnya

diteruskan melalui larutan tersebut. Berkas sinar yang diteruskan berwarna. Warna

yang diteruskan merupakan warna dari larutan, disebut warna komplementer dari

warna sinar yang diserap (Muhammad dan Achmad, 1990). Pada tabel 2.2 dapat

dilihat warna komplementer dari spektrum sinar tampak.

Tabel 2.2 Warna Komplementer Spektrum Sinar Tampak

(Muhammad dan Achmad, 1990).

Panjang gelombang

(nm)

Warna yang

diserap

Warna yang

teramati

380 – 450 Violet Hijau kekuningan

450 – 495 Biru Kuning

495 – 570 Hijau Violet

570 – 590 Kuning Biru

590 – 620 Orange Hijau – biru

620 – 750 Merah Biru – hijau

Hubungan antara banyaknya cahaya yang diserap dengan konsentrasi

kompenen yang menyerap dinyatakan dengan hukum Lambert - Beer yaitu :

(Muhammad dan Achmad, 1990).

25

𝐿𝑜𝑔 𝐼𝑡

𝐼0= −𝜀. 𝑏. 𝑐 ................................................................................... (3)

Jika It/I0 = T, maka :

log T = -ε.b.c .................................................................................. (4)

Dengan I0 adalah intensitas cahaya dating, It adalah intensitas cahaya yang

ditransmisikan, T adalah transmitansi, ε adalah adsorptivitas molar atau koefisien

ekstingsi molar (L mol-1 cm-1), b adalah tebal cuplikan (cm), dan c adalah

konsentrasi larutan yang dinyatakan dalam mol/L. Jika –log T = A (absorbans),

maka

A = ε.b.c .......................................................................................... (5)

Jika konsentrasi dinyatakan dalam gram/L, maka persamaan menjadi :

A= a.b.c . .......................................................................................... (6)

a = absorptivitas (L gram-1 cm-1)

Pada penelitian ini, analisis spektrofotometri Uv-vis menggunakan metode

kurva kalibrasi. Metode ini dilakukan dengan pengukuran suatu seri larutan

standar dengan berbagai konsentrasi. Selanjutnya yaitu membuat grafik antara

konsentrasi (c) terhadap adsorbans (A) seperti pada Gambar 2.9, yang merupakan

garis lurus melewati titik nol dengan persamaaan regresi linier y = ax + b. Dimana

y merupakan absorbans pengukuran, x = konsentrasi larutan, a = slope, b =

intersep. Konsentrasi larutan sampel dapat dicari dengan mengintrapolasi

absorbans sampel ke dalam grafik atau memasukkan harga absorbans sampel ke

persamaan regresi linier sehingga konsentrasi dari sampel dapat dihitung

(Muhammad dan Achmad, 1990).

26

Gambar 2.9 Kurva Kalibrasi

Penentuan luas permukaan adsorben lempung pada penelitian ini

menggunakan Metode Metilen Biru dengan spektrofotoetri UV-vis sebagai teknik

pengukurannya. Sejumlah tertentu adsorben dicampurkan dengan metilen biru

pada suatu konsentrasi, adsorben akan mengadsorpsi sejumlah tertentu metilen

biru. Sisa metilen biru yang tidak terserap akan diukur adsorbansnya dengan

spektrofotometer Uv-vis, selanjutnya adsorbans tersebut diintrapolasi ke dalam

kurva kalibrasi adsorbans vs konsentrasi standar metilen biru atau memasukan

harga adsorbans ke persamaan regresi linier, sehingga konsentrasi metilen biru

yang tidak terserap adsorben dapat dihitung (Haristyanti, 2006).

Jumlah metilen biru yang terserap oleh setiap gram adsorben (Xm) dapat

dihitung dengan rumus yaitu (Haristyanti, 2006) :

Xm = (C1-C2).V ............................................................................ (7)

1000B

Selanjutnya luas permukaan adsorben yang ditentukan dengan metode metilen,

dapat dihitung dari persamaan :

Konsentrasi

A

b

s

o

r

b

a

n

s

y = ax + b

C1 C3

A1

A2

A3

C2

27

S = Xm.N.a ..................................................................................... (8)

Mr

atau S = 3,7015.103 Xm (m2/g) ............................................................. (9)

Dimana :

C1 = konsentrasi metilen biru awal (ppm)

C2 = konsentrasi metilen biru sisa dalam filtrate (ppm)

V = volume larutan metilen biru yang digunakan (mL)

B = massa adsorben yang digunakan (g)

S = luas permukaan adsorben (m2/g)

N = bilangan Avogadro (6,022.1023mol-1)

Xm = massa adsorbat teradsorpsi (g/g)

a = luas penutup oleh 1 molekul metilen biru (197.10-20 m2)

Mr = massa molekul relatif metilen biru (320,5 g/mol)