Kimia mineral

Kimia mineral adalah ilmu yang mempelajari komposisi kimiawi dari mineral-mineral.

Ilmu tentang kimia mineral dimulai pada permulaan abad 19 yang didasarkan atas : hukum komposisi tetap “Proust”, teori atom Dalton dan kemajuan2 dalam analisa kuntitatif yang lebih teliti.Analisa kuantitatif digunakan untuk identifikasi unsur2 yang ada dalam suatu mineral dan diterminasi jumlah relatifnya. Analisa tersebut dinyatakan dalam % berat. by Fadhilah,S.Pd.,M.Si

• 1. Interprestasi analisa kimia• Komposisi kimia mineral dapat dinyatakan oleh

rumus yang memperlihatkan unsur-unsur yang ada dalam suatu mineral serta dalam proporsi berapa unsur-unsur tersebut dikombinasikan.

• Ex: NaCl (halit) dikombinasikan oleh ion Na+ dan Cl- dalam jumlah yang sama banyak.

Brusit (Mg(OH)2) dikombinasikan oleh 1 ion Mg+2 dan 2 ion (OH)-( hidroksil).

Analisa kimia hanya memperlihatkan unsur-unsur yang ada dan persentasinya, tetapi tidak memperlihatkan bagaimana unsur-unsur ini dikombinasikan dalam struktur mineral. Misalnya;dalam suatu mineral air mungkin terdapat sebagai:•Air, yang diabsorbsi oleh serbuk-serbuk mineral bila terbentuk tidak murni. Ex, gypsum (CaSO4.2H2O)•Air kristal (water of crystallization), yang berbentuk gugusan hidroksil atau ion-ion hidrogen dalam struktur. Ex, Brusit.Persentase unsur dalam mineral (kadar unsur):Kadar unsur=Jumlah unsur xBerat atom unsur (BA) x 100% Berat molekul mineral (senyawa)(BM)

Proporsi atom = % unsur (kadar unsur) Berat Atom (BA)Ex: analisa markasit dari Missouri country USA

Perbandingan proporsi antara Fe : S adalah 0,834 :1,667 sehingga jumlah atom Fe dan S mempunyai perbandingan 1:2 sehingga rumus markasit adalah FeS2

Unsur % berat Berat atom (BA) Proporsi atom

Fe 46,55 55,85 0,834

S 53,45 32,07 1,667

Jml 100,00

Dengan membalik prosedur di atas :Jika diketahui rumus markasit adalah FeS2 dan BA Fe = 55,85, S = 32,07 maka; FeS2 → Fe + 2SKadar Fe : BA Fe x 100% = 55,85 x 100% = 55,85 x 100% = 46,54%

BM FeS2 (55,85)+(2x32,07) 119,94 Kadar S : 2xBA S x 100% = 2x 32,07 x 100% = 64,14 x 100% = 53,46%

BM FeS2 (55,85)+(2x32,07) 119,94

Banyak mineral yang tidak mempunyai komposisi te tap, tetapi mereka mempunyai suatu komposisi menurut sifatnya (characteristic composition) misalnya analisa Sfalerit dari berbagai daerah.

Unsur Sonora Gadoni Bodenmais Isere BA

Fe 0,15 7,90 11,05 18,25 55,85Mn - - - 2,66 54,94Cd 1,23 0,30 0,28 112,41Zn 66,98 57,38 55,89 44,67 65,38S 32,78 32,99 32,63 33,57 32,07

99,91 99,59 99,87 99,43

Kita lihat dari proporsi masing2 atom

* 0,15 = 0,003• 55,85

Unsur Sonora Gadoni Bodenmais Isere Decimal Faktor

Fe 0,003* 0,143 0,198 0,327 0,327:1,062 = 0,31

Mn - - - 0,048 0,048:1,065 = 0,05

Cd - 0,011 0,003 0,003 Diabaikan

Zn 1,026 0,879 0,856 0,684 0,684:1,062 = 0,64

1,029 1,033 1,057 1,062 1,00

S 1,024 1,032 1,020 1,049

by Fadhilah,S.Pd.,M.Si

Dari semua analisa terlihat bahwa perbandingan antara proporsi atom logam (Fe, Mn, Cd, Zn) terhadap belerang adalah 1:1, sesuai dengan rumus ZnS.Tetapi sebagian Zn digantikan oleh Fe, Mn dan Cd. Karena banyak Zn yang digantikan oleh Fe maka sfalerit ditulis dengan rumus (Zn, Fe)S. Untuk menyatakan rumus yang sesuai dengan analisa yang diteliti, maka proporsi atom dari tiap elemen dapat ditampilkan sebagai fraksi desimal. Misalnya untuk sfalerit dari Isere mempunyai rumus : (Zn0,64,Mn0,05,Fe0,31)S.

Untuk olivin komponen2 nya adalah : Mg2SiO4 disingkat Fo(fosterit) dan Fe2SiO4 fayalit (Fa) sehingga analisa di atas dapat ditulis : Fo91Fa9,

Fo63Fa37

2. Unit cell content• Berat total atom dalam unit sel (M) = V x G V = volume unit sel ( m3) G = Berat jenis Volume unit sel tergantung pada struktur

(sistem) kristalnya, misalnya isometrik mempunyai volume a3.

Menghitung komposisi berat unsur berdasarkan berat jenis mineral.

Volume suatu mineral = komposisi (%berat) Berat jenis (BJ atau G)

Misalkan suatu conto urat (BJ=3,8) yang terdiri dari kuarsa (BJ=2,65) dan pirit (BJ = 5,01), akan mempunyai proporsi kuarsa dan pirit dari perhitungan sebagai berikut :

Komposisi (% berat) Berat Jenis Volume

pirit 100-x 5,01 (100-x):5,01

kuarsa x 2,65 X: 2,65

Conto urat 100 3,80 100 : 3,80

Jumlah volume pirit dan kuarsa harus sama dengan volume campuran keduanya (conto urat), maka :

(100-x) + x = 100 5,01 2,65 3,80((100-x) . 2,65) + (5,01 . X) = 26,3 (5,01 . 2,65) 265 – 2,65x + 5,01x = (13,3 . 26,3)2,36x = 349,8 – 265 x = 84,8/2,36 = 35,9% jadi komposisi kuarsa dalam conto

batuan 35,9% dan komposisi pirit ( 100-35,9) = 64,1%.

Jika pirit mempunyai rumus kimia FeS2, maka kadar besi yang terdapat dalam urat bijih tersebut adalah :

Kadar Fe dalam urat : BA Fe x % pirit dalam urat BMFeS2 = 55,85 x 64,1% (55,85 +(2 x(32,07)) = 55,85 x 64,1% 119,99 = 29,8%

by Fadhilah,S.Pd.,M.Si

1 . Tentukan persentase dan proporsi atom Fe dan O dalam Fe2O3(hematit) dan Fe3O4(magnetit) ! Ar Fe= 56, O= 16

2.Dalam 4 kg urat sulfida dengan volume 750 cm3 terdapat mineral Galena (PbS) dan mineral penyerta berupa kalsit (CaCO3). Densitas galena 7,6 gr/cm3 dan densitas kalsit 2,7 gr/cm3. Berapa gram kah berat Pb yang terdapat dalam conto urat sulfida tersebut? Ar Pb = 207, S = 32, Ca= 40, C= 12, O=16.

3. Prinsip Kimia Mineral Mineral adalah kristalin, maka secara kimiawi dapat dipelajari susunan yang sistematik dan teratur dari atom-atomnya karena satuan dasar dalam struktur

kristal adalah atom. Atom dibangun oleh inti bermuatan positif dikelilingi oleh elektron

membentuk suatu bola dengan jari-jari efektif dalam kelipatan 1 Angstrom.

4. Ikatan dalam AtomUntuk mendapatkan konfigurasi elektron gas mulia(konfigurasi yang stabil bila kulit terluar berisi 2 atau 8 elektron), atom-atom mengadakan ikatan kimia. Atom-atom dapat memperoleh susunan elektron gas mulia dengan cara :1.kehilangan atau memperoleh elektron dengan membentuk ikatan ion2.Dengan menggunakan elektron secara bersamaan (sharing electron).

a. Ikatan Metal/LogamLogam adalah unsur yang atomnya mudah melepaskan e terluarnya, dan struktur atom suatu logam ditentukan oleh packing atom2 bermuatan (+), elektron2 yang terlepas tersebar diantara atom-atom dan bergerak bebas. Elektron2 bebas inilah yang menyebabkan logam dapat menghantarkan listrik dan panas yang baik. Mineral yang memp ikatan logam : native metal, sulfida dan arsenida.

b. Ikatan Kovalen(homopolar)adalah ikatan yang memakai bersama pasangan elektron (sharing electron). Jenis ikatan ini umumnya terdapat dalam senyawa organik, jarang dalam mineral. Pada mineral misalnya intan, yaitu tiap atom karbon dikelilingi oleh 4 atom karbon, msg2 sharing satu elektron dengan atom pusat.

C C-C-C C

C

C

C

CCx

c. Ikatan Ion (Polar)Ikatan yang terjadi karena serah terima elektron. Ex : Ikatan ion umumnya terjadi dalam senyawa anorganik, seperti dalam struktur mineral yang hampir semuanya mempunyai ikatan ion, kecuali unsur native dan sulfida.Struktur senyawa dengan ikatan ion terbagi 2:1.Isodesmik: ikatan sama kuat karena jumlah elektron yang diserahterimakan sama2. Anisodesmik : terdapat perbedaan dalam kekuatan ikatan karena adanya ion komplek seperti :

NaClClNa

POSOCO 3

4

2

4

2

3,,

d.Ikatan Van der WaalsIkatan ini khas pada gas mulia. Kejenuhan elektron kulit terluar atom tidak mampu membentuk ikatan logam, kovalen, ataupun ion. Akibatnya gaya tarik menarik antar atom sangat lemah.

e.Ikatan Intermedier(campuran)Ikatan ini berupa campuran antara ikatan yang ada. Dalam suatu senyawa dapat terjadi lebih dari satu jenis ikatan, umpamanya molekul sulfur terbentuk dari delapan atom yang terikat secara kovalen dan molekul ini terikat bersama dalam kristal dengan ikatan van der waals. Ikatan Silikon (Si) dan oksigen (O2) dalam silikat bukanlah murni bersifat ikatan ion atau kovalen tetapi gabungan keduanya.

5. Ukuran IonIon dapat dianggap kira2 berbentuk bola dengan jari2 dan muatan ion sesuai dengan karakteristik unsurnya.Faktor yang mengontrol struktur ion adalah :a.Stabilitas Geometri : ukuran relatif ion dan pola packing harus sedemikian rupa agar ion dalam keadaan terikat erat. b.Stabilitas Muatan : Jumlah muatan (+) dan (-) harus seimbang.

Dalam suatu struktur dengan ikatan ion, tiap anion cendrung mengelilingi kation dengan jumlah yang tergantung pada ukuran relatif anion dan kation tersebut. Jumlah anion yang dapat mengelilingi kation dikenal sebagai coordination number dari kation. Susunan kation dan anion yang stabil mempunyai perbandingan jari-jari tertentu sesuai dengan sifat geometrinya.

ISOMORPH→Zat-zat dengan rumus analog dengan ukuran relatif anion dan kation kurang lebih sama seringkali mempunyai hubungan struktur kristal yang erat sehingga struktur kristalnya sama dan memperlihatkan belahan yang serupa.Gejala ini disebut isomorfisme. Istilah isomorf disebut juga dengan isostructural atau isotypic karena struktur dalamnya sama.

Penyebab dari gejala ini ialah samanya ukuran relatif anion dan kation dan dalam jumlah yang sama cendrung mengkristal dalam tipe struktur yang sama.

POLIMORF→ Suatu unsur atau senyawa dengan susunan

kimia yang sama atau hampir sama memberikan struktur kristal yang berbeda sehingga sifat

fisisnya juga berbeda. Gejalanya disebut Polimorfisme.

Polimorf disebabkan karena kondisi yang berbeda pada temperatur, tekanan dan

lingkungan pada saat terbentuk.

Sesuai dengan perubahan dari satu polimorf ke polimorf lainnya pada T,P tertentu dikenal 2 tipe polimorfisme :1. Enantiotrophy : perubahannya bolak -balik (reversible) ex: Kuarsa(SiO2) ↔ Tridimit (SiO2) pada suhu 867C,1atm. Kuarsa berbentuk trigonal dan tridimit berbentuk heksagonal.2. Monotrophy : Tidak dpt bolak balik, hanya pada satu arah saja. Ex ; Markasit (FeS2) → Pirit (FeS2) markasit yang berbentuk orthorombik dapat berubah menjadi pirit yang berbentuk isometrik, tetapi pirit tdk dapat berubah menjadi markasit. Sehingga pirit lebih stabil dari markasit. Bentuk yang stabil dapat berubah menjadi bentuk lain dengan jalan melebur, menguap dan melarut.

BENTUK-BENTUK POLIMORF1. Dimorfi C (intan dan grafit)

Di dalam intan, tiap atom karbon berhubungan dengan empat atom karbon lainnya dengan ikatan kovalen, semua hubungan sama kuatnya sehingga kristalnya merupakan sebuah molekul raksasa. Pada grafit tiap atom karbon berhubungan dengan tiga atom karbon lainnya dengan ikatan kovalen juga dan menghasilkan bentuk planar sheets atom karbon. Antar sheets ini dihubungkan oleh gaya van der waals, sehingga jika membelah sejajar dengan lembaran tersebut karena ikatan van der waals sangat lemah.Intan : Kekerasan (H = 10), BJ = 3,527, membiaskan cahaya, dan kristal berbentuk regulair (isometrik)Grafit : H= 0,5 – 1, BJ= 2,12, bentuk kristal heksagonal, hitam.

2. Trimorfi Aluminium (AlSiO5)silimanit : Rhombis dipyramidal, H= 6,5andalusit: Rhombis dipyramidal,H= 7,5kyanit: Triklin pinakoidal, H = 4,53. Polimorfi SiO2

crystobalit tinggi ; T=270C, regulaircrystobalit rendah;T=198C, pseudohexagonalkuarsa tinggi; T=870C : hexagonalkuarsa rendah; T=575C ; trigonaltridimit tinggi; T = 1470C; hexsagonaltridimit rendah; T= 870C; pseudohexagonal

Larutan padat (solid solution)Larutan padat→ suatu zat padat kristal yang homogen dengan komposisi yang bervariasi.Misalnya :Olivin dapat dilukiskan sebagai suatu larutan padat Mg2SiO4 dan Fe2SiO4

larutan padat dapat terjadi pada zat-zat yg tidak isomorf seperti sfalerit (Fe,Zn)S meskipun FeS dan ZnS sangat berbeda struktur kristalnya.

Substitusi Atomsuatu ion dalam struktur dapat digantikan oleh ion lainnya yang beradius sama tanpa menyebabkan distorsi yang serius. Substitusi atom dipengaruhi oleh :1.Perbedaan muatan : substitusi sulit atau tidak terjadi jika perbedaan muatan ion >1. ex : Zr+4 tdk mensubstitusi Mn+2. hal ini disebabkan kesukaran dalam menyeimbangkan kebutuhan muatan.2. Sifat struktur(jari-jari ion) : ion yang memp jari-jari ion yang hampir sama dapat saling menggantikan.3. Suhu ; makin tinggi suhu makin besar toleransi substitusinya. Solid solution yang terjadi pada suhu tinggi tidak stabil pada suhu rendah.

Interstitial solid solution → pengisian ion atau atom asing pada celah-celah kisi.Terjadi jika suatu zat mempunyai struktur terbuka. Tipe ini sangat umum pada logam yang mengandung hidrogen, karbon, boron dan nitrogen.Defect Lattice solid solution → Hilangnya beberapa atom meninggalkan kisi. Misalnya pada FeS dimana atom besi kurang satu dari S.Hal ini merupakan deviasi kimia yang menyalahi hukum Susunan Tetap.

Interstitial

defect Lattice

by Fadhilah,S.Pd.,M.Si

Pseudomorfosa/Pseudomorph Pergantian suatu mineral oleh mineral lain tanpa perubahan pada bentuk luarnya.Keadaan ini dapat terjadi karena melapuknya suatu mineral atau tidak stabil pada perubahan kondisi fisika dan kimia kemudian digantikan oleh mineral lain yang lebih cocok dengan kondisi tersebut.Educt disebut sebagai mineral asal dan product adalah mineral pengganti. Educt dan product terkadang mempunyai susunan yang sama disebut dengan Paramorfosa.

Pseudomorf yang terbentuk dari mineral asal oleh proses kimia ditimbulkan oleh :

1. Penggantian Sebagian, masih dapat dibedakan : a. Dengan penambahan bahan, ex: perak (Ag) dalam bentuk

argentit(Ag2S), galenit (PbS) dalam bentuk anglesit(PbSO4)

b. Dengan kehilangan bahan, ex: anglesit (PbSO4)dalam bentuk galenit(PbS),gips(CaSO4.2H2O) jadi anhidrit(CaSO4)

2. Penggantian Sempurna, misalnya: hematit Fe2O3 dalam bentuk kalsit(CaCO3), pirit (FeS2)dalam bentuk barit (BaSO4)

Bentuk/Habitus/perawakan mineral1. Bila mineral terdiri dari kristal yang terlihat sendiri dan utuh (berbentuk tunggal) : a. Aciculair : bentuk kristal seperti jarum, ex; gips, satin spar, stibnit. b. Capillair : bentuk kristal menyerupai rambut, ex; asbes c. Filiform: bentuk kristal seperti benang , ex :millerit d. Lamellair : berbentuk memapan,namun terlihat perlapisan, ex; muscovit e. Bladed : bentuk kristal panjang dan tipis seperti kayu, ex; f. Tabular : bentuk kristal pipih menyerupai buku, ex; g. Foliated : bentuk kristal seperti daun yang dapat dipisahkan, ex; biotit, selenit, mika h. Micaceous: seperti foliated tapi dapat dipisahkan menjadi helaian yang tipis,ex: muscovit i. Plumose : bentuk kristal menyerupai tumpukan bulu (seperti bulu ayam), ex: Cu j. Stout, stubby : bentuk kristal pendek dan gemuk, k. Blocky : perawakan kristal menyerupai bata l. Columnar : berbentuk tiang/batang. Ex; kuarsa, amphibol m. Dendritis : seperti pohon-pohon dengan cabang yang halus, ex; pyrolusit, Au n. Reticulair : berbentuk kisi, ex; kalsit

2. Bila mineral terdiri atas kelompok-kelompok kristal:a. Columnar : terdiri dari kristal-kristal serupa tiangb. Bladed : terdiri dari kristal serupa bilah-bilah kayuc. Fibrous : menyerupai kumpulan serat-serat, terdiri dari kristal-

kristal berbentuk merambut atau membenang.d. Rectangulated : terdiri dari kristal-kristal menjarum, tersusun

menyerupai jaring-jaring.e. Divergent : terdiri dari kristal-kristal tersusun menyerupai kipasf. Radiair : terdiri dari kristal –kristal tersusun menyerupai jari-jarig. Stellair : Berbentuk bintang, ex ; wavelith. Dendritic : bentuk kristal menyerupai pohon atau lumut, ex, Cui. Colloform : terdiri dari kristal-kristal berhimpitan, tersusun

sedemikian rupa sehingga memperlihatkan permukaan yang membulat-bulat.

Untuk mendeskripsikan besarnya bentuk bulat-bulat permukaan dipakai istilah :1. Botroydal : Seperti buah menteng ( agak membulat), ex ;

chalcedony, prehnit2. Reniform : seperti buah ginjal , ex ; mahnetit, hematit3. Mammilair : seperti buah dada (breast like), ex; malachit4. Globular : seperti bola. Ex ; pyrolusit5. Granular : kelompok terdiri dari kristal-kristal berbentuk butir, ex;

hematit6. Pisolitic : terdiri dari mineral-mineral berbutir seperti kacang tanah.