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
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
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,
(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O; Tawas, kalium aluminium sulfat KAl(SO4)2.12H2O dan
dolomit, kalsium magnesium sulfat CaMg(CO3)2.
Garam rangkap (NH4)2(Fe)(SO4)2.6H2O 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 (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O
Garam rangkap kalium aluminium sulfat KAl(SO4)2.12H2O disebut tawas. Garam
rangkap ini disintesis dari larutan Al2(SO4)3.18H2O dan larutan K2SO4. Sintesis
menggunakan perbandingan mol yang sama8 menghasilkan kristal yang bersifat
sangat stabil. Tawas sudah lama digunakan sebagai koagulan pada penjernihan air,
dan bahan baku pembuatan zeolit sintetis9.
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(SO4)2.12H2O sebagai
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(SO4)2.12H2O
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(CO3)2. Garam rangkap ini bersifat stabil dan
digunakan sebagai bahan baku pembuatan garam inggris (Epsom asalt ) yang
memiliki rumus kimia MgSO4. Garam rangkap CaMa(CO3)2 dapat dilihat pada
Gambar II.3.
Gambar II.3 Garam rangkap CaMg(CO3)2
3
II. 2 Garam rangkap CaCu(CH3COO)4.6H2O
Garam rangkap CaCu(CH3COO)4.6H2O 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 sifat-sifatnya.
Mineral ini di sintesis dari tembaga(II) asetat yang berbentuk molekul dimer pada
tahun 1961. Penelitian terhadap garam rangkap ini terus dikembangkan.
Langs dan Hare meneliti garam rangkap CaCu(CH3COO)4.6H2O 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 Cu2+ dapat diganti oleh Cd2+. Garam rangkap yang dihasilkannya
mempunyai rumus kimia CaCd(CH3COO)4.6H2O sebagai isomorf dari
CaCu(CH3COO)4.6H2O. 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
Gambar II.4 Stuktur CaM(CH3COO)4.6H2O dengan M = Cu atau Cd
Berdasarkan data literatur5 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 Belanda12 meninjau ulang struktur
CaCu(CH3COO)4.6H2O. Mereka menyimpulkan 4 atom O yang terkoordinasi di
sekeliling ion Cu2+ 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(CH3COO)4.6H2O
5
Pada laporan tersebut struktur CaCu(CH3COO)4.6H2O 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 Stoilova13 lebih jauh meneliti interaksi molekul air dan logam-logam
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(CH3COO)4.2H2O. Garam rangkap ini berbeda dari garam
CaCu(CH3COO)4.6H2O dalam jumlah air kristal dan kemagnetan.
6
II.3 Kalsium asetat monohidrat, Ca(CH3COO)2.H2O
Kalsium asetat erat hubungannya dengan garam rangkap CaCu(CH3COO)4.6H2O
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
CaCO3. Kristal kalsium asetat monohidrat, Ca(CH3COO)2H2O dapat disintesis
dari batu kapur dengan larutan cuka.
Sintesis Ca(CH3COO)2H2O secara rinci dapat dilakukan dengan mereaksikan 20
ml larutan CaCO3 1 M dengan 80 ml larutan CH3COOH 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 oC. 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(CH3COO)2.H2O
7
Kurva TGA pada Gambar II.7 menunjukkan bahwa pada suhu 75 oC hingga 120 oC satu mol air dalam garam tersebut telah selesai didekomposisikan. Pada suhu
75 oC 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 oC.
Tahap berikutnya adalh pada suhu 392 oC. Data dekomposisi menunjukkan bahwa
pada temperatur ini kalsium asetat anhidrat terurai menjadi CO2 dan H2O serta
padatan kalsium karboant. Tahap akhir dekomposisi adalah pada suhu 595 oC
dimana CaCO3 terurai menjadi CaO dan CO.2. Alat yang digunakan untuk
mendapatkan informasi ini diperlihatkan pada Gambar II.8
Gas keluar
Aluminium
Tabung alumina
tungku
Referensi
sampel
Termokopel
neraca
Gambar II.8 Instrumen termogravimetri (TGA)
8
Garam kalsium asetat yang disintesis dengan menggunakan pemanasan pada suhu
50 oC, hasil sintesis menunjukkan perbedaan temperatur dekomposisi untuk zat
yang sama. Kurva TGA Ca(CH3COO)2 hasil kristalisasi dengan pemanasan,
menunjukkan pada suhu 75 oC hingga suhu 120 oC belum menampakkan
pengurangan massa secara berarti. Pada suhu lebih tinggi yaitu 137 oC hingga 175 oC, 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(CH3COO)2.H2O 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 oC dan 415 oC. Demikian juga pada temperatur dekomposisi tahap
ketiga, yaitu suhu 580 oC menunjukkan proses yang sama seperti pada garam itu