Prosiding Seminar Nasional Sains 2010 ISBN 978-979-028-272-8 OPTIMALISASI SAINS UNTUK MEMBERDAYAKAN MANUSIA

SINTESIS DAN KARAKTERISASI SENYAWA KOMPLEKS BESI(III)-EDTA

1.Harsasi Setyawati,S.Si

2. Dr. rer. nat. Irmina Kris Murwani

JURUSAN KIMIA ITS SURABAYA

ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis dan mengkarakterisasi senyawa kompleks besi(III)-EDTA.

Senyawa kompleks ini disintesis dengan mereaksikan besi(III) dari senyawa FeCl3.6H2O dan ligan EDTA

dari Na-EDTA. Dari penentuan stoikiometri diperoleh hasil bahwa perbandingan stoikiometri senyawa

kompleks = 1: 1. Proses pembentukan senyawa kompleks dilakukan pada pH 6. Dari hasil sintesis ini

diperoleh padatan berwarna kuning. Senyawa hasil sintesis ini akan dianalisis karakterisasinya dengan

spektroskopi UV-VIS, Infrared (IR) dan Magnetic Susceptibility Balance. Dari hasil analisis spektroskopi

UV-VIS diperoleh bahwa nilai panjang gelombang maksimumnya sebesar 398 nm. Spektrum IR senyawa

ini menunjukkan serapan khas vibrasi logam-ligan muncul pada serapan di bawah 500 cm-1

. Analisis

dengan Magnetic Susceptibility Balance dilakukan untuk menganalisa sifat kemagnetan senyawa

kompleks hasil sintesis.

Kata kunci : Besi(III)-EDTA, Sintesis, Karakterisasi

PENDAHULUAN

Senyawa koordinasi adalah salah satu senyawa yang memegang peranan penting dalam

kehidupan manusia. Senyawa ini terbentuk karena adanya ikatan antara ligan yang berperan sebagai

donor pasangan elektron (basa lewis) dengan ion pusat (logam) yang berperan sebagai akseptor

pasangan elektron (asam lewis). Dewasa ini perkembangan ilmu senyawa koordinasi semakin pesat.

Kajian dan penelitian tentang sintesis senyawa koordinasi juga semakin beragam. Salah satunya

adalah penelitian tentang senyawa kompleks sebagai katalis. Dari beberapa penelitian telah dilaporkan

bahwa senyawa kompleks besi memiliki peranan penting pada proses katalitik, yaitu sebagai active site

katalis (Bauer, dkk 2008). Besi(III)-trifluoroasetat merupakan katalis dan baik digunakan pada reaksi

diasetilasi aldehid dan tioasetilasi senyawa karbonil (Adibi, dkk 2008). Senyawa kompleks besi-

monoethanolamine dengan support silika baik digunakan sebagai katalis pada reaksi adisi 1-

oktena, dimana semakin banyak kandungan besi pada senyawa kompleks akan meningkatkan aktivitas

katalitiknya (Smirnov, dkk 2007). Silika yang diimpregnasi dengan senyawa kompleks [(5-

C5H5)Fe(CO)2(THF)]+[BF4]

+ memiliki daya katalitik yang lebih baik pada reaksi pembentukan siklopropana,

atau aziridine dari senyawa diazo, olefin dan imina dibandingkan silika yang tidak diimpregnasi dengan

senyawa kompleks (Redlich, dkk 2000). Senyawa kompleks yang bisa dijadikan sebagai katalis harus

memiliki sifat yang stabil. Salah satu senyawa kompleks yang sangat stabil adalah senyawa kompleks

yang membentuk khelat. Salah satu senyawa kompleks yang memiliki tingkat kestabilan tinggi adalah

senyawa kompleks besi(III)-EDTA yang memiliki Kstab = 25,1 (Svenson, dkk 1989)

Oleh karena itu pada penelitian ini disintesis dan dikarakterisasi senyawa kompleks besi(III)-

EDTA sehingga nantinya bisa dimanfaatkan sebagai katalis. Selain murah dan mudah didapat, ion besi

KIM-03

(III) memungkinkan untuk membentuk senyawa oktahedral jika berikatan dengan ligan EDTA. Sistem

oktahedral senyawa koordinasi dari logam besi(III) ini mudah untuk dipelajari dan dikaji karakteristiknya.

METODE PENELITIAN

Bahan-bahan yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah bahan-bahan kimia yang

memiliki kemurnian pro analisis (p.a) meliputi besi(III) triklorida heksahidrat FeCl3.6H2O,

Na2H2EDTA.2H2O, dan akuades. Selanjutnya akan dilakukan analisis UV-VIS, FTIR, serta MSB.

Sebelum melakukan sintesis senyawa kompleks maka dilakukan penentuan panjang gelombang

maksimum, perbandingan stoikiometri, serta pengaruh pH pada pembentukan senyawa kompleks. Dari

hasil tersebut akan disintesis senyawa kompleks dengan melarutkan NaH2EDTAH2O ke dalam 10 mL air.

Kemudian larutan dipanaskan sampai terbentuk larutan bening.Untuk menghilangkan kation Na+ maka

larutan tersebut dilewatkan pada resin penukar kation Na+ sehingga didapatkan senyawa HEDTA.

Larutkan besi(III) klorida heksa hidrat ke dalam 10 mL air kemudian tambahkan ke dalam larutan EDTA

dan diaduk. Kemudian larutan dipanaskan sampai terbentuk endapan. Selanjutnya larutan didinginkan

dan endapan disaring dengan corong buchner. Endapan yang terbentuk dicuci dengan air dingin untuk

menghilangkan ion Fe(III) yang tersisa. Kemudian produk dicuci dengan etanol dan dikeringkan pada

kertas saring Whetman.

HASIL dan PEMBAHASAN

Penentuan Panjang Gelombang Senyawa Kompleks [Fe(EDTA)]-

Pada penelitian ini telah dilakukan penentuan panjang gelombang maksimum senyawa kompleks

dengan mencampurkan larutan Fe3+

ke dalam larutan EDTA kemudian diukur panjang gelombangnya

menggunakan spektrofotometer UV-VIS pada panjang gelombang 200-780 nm. Dari hasil analisis

diperoleh bahwa panjang gelombang maksimum senyawa kompleks [Fe(EDTA)]- adalah 398 nm seperti

terlihat pada Gambar 1. Pada gambar 1 terlihat bahwa absorbansi maksimum terletak pada panjang

gelombang 398 nm. Hal ini sesuai dengan teori warna yang menyebutkan bahwa suatu senyawa yang

berwarna akan menyerap panjang gelombang pada warna komplementer warna senyawanya. Senyawa

kompleks [Fe(EDTA)]- memiliki warna kuning, sehingga senyawa kompleks tersebut menyerap panjang

gelombang di warna komplementer kuning yaitu ungu (380-450 nm).

Gambar 1. Panjang Gelombang Maksimum Senyawa Kompleks [Fe(EDTA)]-

Pengaruh pH Pada Pembentukan Senyawa Kompleks [Fe(EDTA)]-

Pembentukan senyawa kompleks sangat dipengaruhi oleh pH. Pada penelitian ini telah dilakukan

pembentukan senyawa kompleks pada pH yang bervariasi, yaitu dari pH 2 sampai pH 11 dengan

menambahkan NH4OH dan HOAc untuk mengontrol pHnya.. Hasil pembentukan senyawa kompleks

berdasarkan pengaruh pH tertera pada Gambar 2. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa absorbansi

maksimum pembentukan senyawa kompleks terdapat pada pH 6. Hal ini berarti pada pH 6 konsentrasi

senyawa kompleks [Fe(EDTA)]- yang terbentuk paling banyak dibandingkan pH lainnya. Dengan

perubahan pH larutan, konsentrasi senyawa kompleks yang terbentuk juga mengalami perubahan. Dari

gambar di atas terlihat bahwa pada pH 5-7 pembentukan senyawa kompleks [Fe(EDTA)]- terjadi secara

maksimal (Nowack dan Sigg, 1996). Senyawa kompleks terbentuk optimum pada pH 6 ditandai dengan

nilai absorbansi yang paling tinggi pada maks 398 nm. Pada pH yang lebih tinggi dari pH optimum,

absorbansi senyawa kompleks semakin turun karena senyawa kompleks yang terbentuk semakin sedikit.

Gambar 2. Pengaruh pH Pada Pembentukan Senyawa Kompleks [Fe(EDTA)]-

Penentuan Rumus Senyawa Kompleks dengan Metode Perbandingan Mol

Untuk dapat mensintesis senyawa koordinasi besi(III)-EDTA, terlebih dulu dilakukan penentuan

stoikiometri antara besi(III) dengan ligan EDTA. Dari penentuan stoikiometri ini kita akan mendapatkan

perbandingan mol antara besi(III) dan ligan EDTA yang digunakan untuk mensintesis senyawa koordinasi

besi(III)-EDTA. Selain itu kita juga akan mengetahui jumlah ligan EDTA yang terikat pada ion pusat

besi(III) sehingga akan memudahkan proses pengkajian secara teoritis.

Hasil penentuan stoikiometri tertera pada Gambar 3. Pada gambar tersebut garis melewati titik

potong garis singgung kurva dengan sumbu X pada fraksi mol EDTA 0,5, sehingga diperoleh

perbandingan fraksi mol antara Fe3+

dan EDTA sebesar 1:1. Hasil perbandingan ini terlihat bahwa satu

mol ligan EDTA dapat berikatan dengan satu mol besi(III) sesuai dengan perbandingan mol besi(III) :

EDTA = 1 : 1 dan membentuk senyawa koordinasi [Fe(EDTA)]- (Svenson, dkk. 1989).

Gambar 3. Penentuan Stoikiometri Senyawa Kompleks [Fe(EDTA)]-

Identifikasi Senyawa Kompleks dengan Spektrofotometer Inframerah

Analisis FTIR senyawa kompleks ini dilakukan pada bilangan gelombang 300-4000 cm-1

untuk

mengetahui gugus fungsi senyawa kompleks dan interaksi yang terjadi antara logam dan ligan. Pada

identifikasi ini dibandingkan spektra antara senyawa kompleks yang terbentuk [Fe(EDTA)]-, senyawa

kompleks dalam bentuk garamnya Na[Fe(EDTA)], dan ligan EDTA.

EDTA

Pada spektra EDTA (Gambar 4) dapat dilihat bahwa terdapat serapan N-H terlihat pada 3387 dan

3525 cm-1

. Sedangkan bilangan gelombang 3032cm-1

menunjukkan adanya vibrasi OH. Gugus fungsi C=O

terlihat pada 1620 cm-1

sedangkan vibrasi COO- yang berasal dari ester pada 1396 cm

-1. Frekuensi vibrasi

C-C untuk alkana muncul pada serapan 1200-800 cm-1

.

Gambar 4. Spektra inframerah EDTA

Na[Fe(EDTA)]

Pada spektra Na[Fe(EDTA)] (Gambar 5) dapat dilihat bahwa terdapat serapan N-H pada 3479 cm-1

.

Serapan C=O muncul pada 1627 cm-1

sedangkan vibrasi C-O yang berasal dari ester muncul pada 1381

cm-1

. Vibrasi C-O yang berasal dari ester ini bergeser ke arah bilangan gelombang yang lebih rendah

karena vibrasi dari C-O pada senyawa ini terikat pada logam Fe sehingga vibrasinya berkurang. Frekuensi

vibrasi C-C untuk alkana muncul pada serapan 1200-800 cm-1

. Serapan vibrasi ikatan antara logam Fe

dengan ligan atau Fe-N (dari EDTA) terdapat pada daerah 347 cm-1

. Hal ini sesuai dengan literatur yang

menyebutkan bahwa vibrasi ikatan logam dengan gugus N dari ligan akan muncul pada bilangan

gelombang 300-390 cm-1

(Nakamoto, 1978)

Gambar 5. Spektra inframerah Na[Fe(EDTA)]

[Fe(EDTA)]-

Pada spektra [Fe(EDTA)]- (Gambar 6) dapat dilihat bahwa terdapat serapan N-H pada 3487 cm

-1.

Serapan C=O muncul pada 1635 cm-1

sedangkan vibrasi C-O yang berasal dari ester pada 1381 cm-1

.

Sama seperti vibrasi C-O yang berasal dari ester pada senyawa Na[Fe(EDTA)], vibrasi C-O ini bergeser ke

arah bilangan gelombang yang lebih rendah karena vibrasi dari C-O pada senyawa ini terikat pada logam

Fe sehingga vibrasinya berkurang. Frekuensi vibrasi C-C untuk alkana muncul pada serapan 1200-800

cm-1

. Serapan vibrasi ikatan antara logam Fe dengan ligan terlihat pada bilangan gelombang 300-600 cm-

1, vibrasi ikatan Fe-N terlihat pada bilangan gelombang 347 nm. Hal ini sesuai dengan literatur yang

menyebutkan bahwa vibrasi ikatan logam dengan gugus N dari ligan akan muncul pada bilangan

gelombang 300-390 cm-1

. Sedangkan vibrasi Fe-O dari ligan EDTA muncul pada bilangan gelombang 470

cm-1

. Hal ini sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa vibrasi logam dengan gugus O dari ligan

akan muncul pada bilangan gelombang 600-400 cm-1

(Nakamoto, 1978).

Gambar 6. Spektra inframerah [Fe(EDTA)]-

Penentuan Sifat Kemagnetan Senyawa Kompleks Besi(III)-EDTA

Dari hasil pengukuran dengan MSB (Magnetic Susceptibility Balance) diperoleh bahwa senyawa

kompleks besi(III)-EDTA memiliki sifat kemagnetan 5,1 BM. EDTA merupakan ligan kuat, seharusnya bisa

mendesak elektron pada orbital d besi untuk berpasangan. Namun kenyataannya tidak demikian. Hal ini

bisa dijelaskan bahwa meskipun EDTA termasuk ligan kuat tetapi bentuk molekul EDTA besar dan bulky

sehingga pasangan elektron bebas dari ligan lebih memilih masuk pada outer orbital atom pusat.

KESIMPULAN

Senyawa kompleks besi(III)-EDTA telah brhasil disintesis dengan perbandingan mol ligan dan

atom pusat = 1:1. pH maksimum pembentukan senyawa kompleks ini adalah pH 6. Hasil analisis FTIR

mampu dibuktikan adanya vibrasi logam besi ke ligan EDTA. Sifat magnet senyawa kompleks besi(III)-

EDTA adalah 5 BM.

DAFTAR PUSTAKA

Adibi, H., Samimi, H.A., Iranpoor, N. (2008), Iron(III)trifluoroacetate: Chemoselective and Recyclabe

Lewis Acid Catalyst for Diacetylation of Aldehydes, Thioacetalization and Transthioacetalization

of Carbonyl Compounds and Aerobic Coupling of Thiols, Chinese Journal of Chemistry, Vol. 26,

hal. 2086-2092.

Bauer, I., Knlker, H.J. (2008), Iron Complexes in Organic Chemistry, WILEY-VCH Verlag GmbH &

Co.KGaA, Weinheim.

Nakamoto K., 1978, Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compound, Third

Edition., John Wiley and Sons Inc, New York.

Redlich, M., Mahmood, J.S., Mayer, M.F., Hossain, M.M (2000), Silica Supported Catalysis: A Practical use

of an Iron Lewis Acid, Synthetic Communications, Vol. 30, hal. 1401-1411.

Smirnov, V.V., Tarkhanova, I.G., Tsvetkov, D.S. (2007), Heterogeneous iron-containing catalysts for the

reaction of CCl4 addition to a multiple bond, Kinetics and Catalysis, Vol. 48, No. 2, hal. 271-275.

Svenson, A., Kaj, L., Bjrndal, H. (1989), Aqueous Photolysis of Iron(III) complexes of NTA, EDTA and

DTPA, Chemosphere, Vol. 18, No. 9, hal. 1805-1808.