Bab III Metode Penelitian Penelitian ini terdiri atas sintesis dan karakterisasi. Keseluruhan kegiatan sintesis dan karakterisasi digambarkan dalam bentuk bagan alir pada Gambar III.1.
SINTESIS Tahap 1
FeCl2.4H2O C14H10N2 (pq)
K3[Cr(C2O4)3].3H2O
Tahap 2
Kompleks besi(II)
Kompleks oksalat
[Fe(pq)3]Cl2.H2O [Fe(pq)3](ClO4)2 [Fe(pq)3](BF4)2 [Fe(pq)2(dmf)2](BPh4)2
[TBA][MnCr(C2O4)3]
[Fe(NH2trz)3]Cl2.3H2O [Fe(NH2trz)3](ClO4)2 [Fe(NH2trz)3](BF4)2.H2O Tahap 3
y y y y
Senyawa baru : [Fe(NH2trz)3][Cl][MnCr(C 2O4)3].6H2O [Fe(NH2trz)3][ClO4][MnCr(C2O4)3].4H2O [Fe(pq)2(H2O)2][Cl][MnCr(C 2O4)3].4H2O [Fe(pq)2(H2O)2][ClO4][MnCr(C2O4)3].4H2O
KARAKTERISASI
Penentuan Rumus Kimia y y y y
Spektroskopi serapan atom Analisis unsur C, H, N Termogravimetri Konduktometri
Penetapan Struktur
y y
Spektroskopi inframerah Difraksi sinar-X serbuk
Gambar III.1 Bagan alir penelitian
29
Pengukuran Sifat Magnetik y
Suseptibilitas magnetik dengan variasi temperatur
III.1 Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah H2C2O4.2H2O (asam oksalat dihidrat), K2C2O4.H2O (kalium oksalat monohidrat), K2Cr2O7 (kalium FeCl3.6H2O
dikromat),
(besi(III)
klorida
heksahidrat),
serbuk
Fe,
Fe(SO4)2.7H2O (besi(II) sulfat heptahidrat), C6H4NO2CHO (2-nitrobenzaldehida), C5H4NCOCH3 (2-asetilpiridin), [N(C4H9)4]Br (tetrabutilamonium bromida), K3[Cr(C2O4)3].3H2O (kalium tris(oksalato)kromat(III) trihidrat), (besi(II) klorida tetrahidrat),
FeCl2.4H2O
Fe(ClO4)2.6H2O (besi(II) perklorat heksahidrat),
Fe(BF4)2.6H2O (besi(II) tetrafluoroborat heksahidrat),
Na[B(C6H5)4] (natrium
tetrafenilborat), C2H2N3NH2 (4-amino-1,2,4-triazol = NH2trz), C14H10N2 (2-(2’piridil)kuinolin = pq), [Fe(NH2trz)3]Cl2.3H2O (tris(4-amino-1,2,4-triazol)besi(II) klorida
trihidrat),
perklorat), monohidrat),
[Fe(NH2trz)3](ClO4)2
[Fe(pq)3]Cl2.H2O
(tris(4-amino-1,2,4-triazol)besi(II)
(tris(2,(2’-piridil)kuinolin)besi(II)
klorida
[Fe(pq)3](ClO4)2 (tris(4-amino-1,2,4-triazol)besi(II) perklorat),
Mn(NO3)2.4H2O (mangan(II) nitrat tetrahidrat), MnSO4.H2O (mangan(II) sulfat monohidrat), Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O (amonium besi(II) sulfat heksahidrat),
KCl
(kalium klorida), CH3OH (metil alkohol), C2H5OH (etil alkohol), CH3COCH3 (aseton), (C2H5)2O (dietil eter), HCON(CH3)2 (N,N-dimetilformamida = dmf), (CH3)2SO (dimetil sulfoksida = dmso), H2O (akuades), HCl (asam klorida) 10 M, HNO3 (asam nitrat) 14 M dan H2SO4 (asam sulfat) 18 M. Semua bahan yang digunakan memiliki kualitas pro analisis (p.a) dan diperoleh secara komersial, kecuali senyawa-senyawa K3[Cr(C2O4)3].3H2O, [Fe(NH2trz)3]Cl2.3H2O,
[Fe(NH2trz)3](ClO4)2,
FeCl2.4H2O,
C14H10N2,
[Fe(pq)3]Cl2.H2O
dan
[Fe(pq)3](ClO4)2 merupakan hasil sintesis sendiri. Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini meliputi alat untuk keperluan sintesis dan karakterisasi. Alat untuk keperluan sintesis meliputi seperangkat alat dari gelas, alat suntik (syringe), corong buchner, batangan magnetik, tabung berisi gas nitrogen, pompa vakum, neraca analitis dan pemanas berpengaduk magnetik (hot plate magnetic stirrer).
30
Instrumen karakterisasi meliputi: •
Neraca kerentanan magnet (MSB = Magnetic Susceptibility Balance) merek Sherwood Scientific Ltd., dan konduktometer merek Hanna Instruments HI8819N di Laboratorium Kimia Anorganik ITB.
•
Spektrofotometer serapan atom (AAS = Atomic Absorpsion Spectroscopy) merek
Shimadzu
AA8801S
di
Laboratorium
Kimia
Universitas
Padjadjaran (UNPAD). •
Spektrometer CHNS model Fison EA 1108 di Laboratorium Kimia, Fakulti Sains dan Teknologi Pangan, Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM).
•
Termogravimetri analiser (TGA =
Termogravimetric Analysis) model
Pyris 1 merek Perkin Elmer di Departemen of Chemical Engineering, University of Technology of PETRONAS, Malaysia. •
Magnetometer MPMS-7 di Stratingh Institute of Chemistry and Chemical Engineering, University of Groningen, The Netherlands dan Universidad de Valencia, Instituto de Ciencia Molecular Edificio de Institutos.
•
Spektrofotometer
inframerah
merek
Shimadzu
FTIR-8400
di
Laboratorium Pendidikan Kimia FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia Bandung. •
Difraktometer model Bruker D8 di Solid State Chemistry Department, University of Groningen The Netherlands,
Difraktometer Shimadzu
S6000 di Australian National Beamline Facility (ANBF), Jepang dan Difraktometer Bruker APEX di Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM). III.2 Prosedur Kerja III.2.1 Sintesis Sebagaimana disajikan pada Gambar III.1, besi(II) klorida,
ligan pq,
sintesis meliputi senyawa garam
kompleks kalium tris(oksalato)kromium(III),
kompleks besi(II) dengan ligan NH2trz dan pq,
kompleks mangan(II)-
kromium(III) oksalat dan senyawa baru hasil penggabungan kompleks besi(II) dengan kompleks mangan(II)-kromium(III) oksalat.
31
III.2.1.1 Kompleks K3[Cr(C2O4)3].3H2O Sintesis kompleks K3[Cr(C2O4)3].3H2O dilakukan dengan mengikuti metode yang telah dipublikasikan (http://238 ab.Ch.iup.edu/wool cock/CH 116 Lec/expf4.htm) dengan prosedur sebagai berikut: Ke dalam gelas kimia 100 mL yang berisi 5,51 gram H2C2O4.2H2O ditambahkan 10 mL akuades sambil diaduk selama 5 menit. Kemudian ditambahkan 1,81 gram K2Cr2O7 sambil diaduk secara kuat hingga terbentuk gelembung-gelembung gas seperti mendidih. Setelah reaksi mereda, ke dalam larutan ditambahkan 2,12 gram K2C2O4.H2O sambil diaduk dan dipanaskan hingga semua padatan larut dan volume larutan tersisa setengahnya.
Selanjutnya gelas kimia berisi larutan
tersebut didinginkan dalam wadah berisi es dan ke dalamnya ditambahkan 10 mL etanol absolut sambil diaduk hingga terbentuk endapan.
Setelah didiamkan
selama 30 menit, endapan yang terbentuk disaring degnan menggunakan corong buchner dan dicuci dengan 3 X 5 mL etanol 50% diikuti 10 mL etanol absolut. Selanjutnya endapan dikeringkan di udara terbuka dan ditimbang. Untuk mendapatkan senyawa K3[Cr(C2O4)3].3H2O dengan tingkat kemurnian yang tinggi,
maka endapan hasil sintesis selanjutnya direkristalisasi dengan
prosedur sebagai berikut: Kira-kira 5,23–5,34 gram K3[Cr(C2O4)3].3H2O hasil sintesis dilarutkan dalam 20 mL akuades di dalam gelas kimia 50 mL. Kemudian ke dalam larutan ditambahkan 15 mL etanol absolut tetes demi tetes melalui dinding gelas kimia dan didiamkan selama kurang lebih 2 jam. Kristal yang terbentuk disaring dan dicuci dengan 5 mL etanol 50% diikuti 5 mL etanol absolut. Selanjutnya kristal dikeringkan di udara terbuka dan ditimbang. III.2.1.2 Garam FeCl2.4H2O Ke dalam gelas kimia 100 mL yang berisi 10 mL etanol absolut ditambahkan 5,25 gram FeCl3.6H2O sambil diaduk hingga larut. Kemudian ditambahkan 2,51 gram serbuk Fe dan 3 mL HCl pekat sambil dipanaskan dan diaduk hingga larutan yang semula berwarna kuning kecoklatan menjadi bening. Selanjutnya dalam keadaan panas larutan disaring, filtratnya ditampung dalam labu berisi eter yang disimpan dalam pendingin es.
Serbuk yang terbentuk dalam labu berisi eter disaring
32
menggunakan corong buchner dibawah aliran gas N2 hingga kering kemudian ditimbang. Serbuk FeCl2.4H2O yang telah kering disimpan di dalam botol dan ditimbang kemudian ditempatkan dalam desikator vakum berisi desikan P2O5. III.2.1.3 Ligan 2,(2’-piridil)kuinolin (pq = C14H10N2 ) Sintesis ligan pq dilakukan dengan mengikuti metode yang digunakan oleh Harris dan rekan kerjanya (Harris dkk., 1972). Prosedur sintesis ligan pq ini didahului oleh sintesis salah satu reaktannya yaitu senyawa C6H4NH2CHO (2aminobenzaldehida) dengan prosedur sebagai berikut: Ke dalam labu dasar bulat volume 500 mL dimasukkan 52,51 gram FeSO4.7H2O, 87,50 mL H2O dan 0,25 mL HCl 10 M sambil diaduk hingga semua padatan larut.
Kemudian
ditambahkan 3,05 gram
Campuran
C6H5NO2CHO (2-nitrobenzaldehida).
direfluks sambil tetap diaduk. Pada saat temperatur campuran mencapai 90 °C ke dalamnya ditambahkan 12,50 mL NH4OH 10 M diikuti 5 mL setiap selang waktu 2 menit hingga 3 kali penambahan (3 X 5 mL).
Sepuluh menit setelah
penambahan bagian terakhir NH4OH, susunan alat refluks (a) dihubungkan dengan susunan alat destilasi (b) seperti ditunjukkan pada Gambar III.2.
b
a
b
Keterangan: (a) susunan alat refluks, (b) susunan alat destilasi uap
Gambar III.2 Susunan alat refluks dan destilasi uap pada proses sintesis senyawa C7H7NO (2-aminobenzaldehida)
33
Destilat ditampung dalam 2 fraksi, destilat fraksi-1 ditampung mulai tetesan pertama hingga menit ke-15. Selanjutnya destilat ke-2 ditampung hingga proses destilasi tidak menghasilkan lagi destilat. Destilat fraksi-1 dijenuhkan dengan kira-kira 1,5–2,5 gram NaCl padat kemudian diaduk pada suhu 5 °C hingga terbentuk kristal 2-aminobenzaldehida berwarna kuning muda.
Kristal yang
terbentuk disaring dan dikeringkan, filtratnya ditampung dan ditambahkan ke dalam destilat fraksi-2.
Campuran destilat fraksi-2 dan filtrat dari fraksi-1
dijenuhkan dengan kira-kira 2,5–5,0 gram NaCl padat. Kemudian diekstraksi degnan 50 mL eter. Ekstraksi degnan eter dilakukan 2 kali, lalu ekstraknya dikeringkan dengan kira-kira 2,5–3,5 gram Na2SO4 anhidrat. Selanjutnya ekstrak didestilasi vakum hingga semua eter habis dan yang tersisa padatan berwarna kuning 2-aminobenzaldehida. Semua padatan 2-aminobenzaldehida digunakan untuk sintesis ligan 2,(2’-piridil)kuinolin. Sintesis ligan 2-(2’-piridil)quinolin dilakukan melalui proses berikut ini: Di dalam gelas kimia 100 mL dilarutkan sebanyak 0,98–1,21 gram 2-aminobenzaldehida dalam pelarut etanol dan di dalam gelas kimia 100 mL yang lainnya dilarutkan senyawa 2-asetilpiridin dengan jumlah dan pelarut yang sama. Kemudian kedua larutan dicampurkan dalam labu dasar bulat 100 mL disertai penambahan larutan NaOH 1M sebanyak 2 mL. Selanjutnya campuran direfluks sambil diaduk hingga mendidih selama 1 jam. Dalam keadaan panas ke dalam campuran ditambahkan karbon aktif kira-kira 1 gram sambil diaduk kemudian didiamkan selama kurang lebih 5 menit. Selanjutnya campuran disaring, filtratnya ditampung di dalam gelas kimia 1 liter. Kemudian ke dalam filtrat tersebut ditambahkan kira-kira 1 liter air panas bertemperatur sekitar 70–80 °C dan dibiarkan selama semalam. Kristal berbentuk jarum dan berwarna putih mengkilap yang terbentuk pada dinding dan dasar gelas kimia disaring dengan menggunakan corong buchner, dikeringkan dan ditimbang.
34
III.2.1.4 Kompleks Besi(II) dengan Ligan NH2trz Di
dalam
labu 50 mL
berisi batangan magnetik ditimbang 0,21 gram
FeCl2.4H2O kemudian secepat mungkin labu tersebut ditutup dengan rubber septum dan ke dalamnya dialirkan gas N2 dan
3 mL metanol yang telah
dideoksigenasi. Di dalam labu yang lainnya ditimbang 0,28 gram ligan NH2trz dan dilarutkan dalam 7 mL metanol. Selanjutnya larutan ligan ditambahkan ke dalam labu berisi larutan FeCl2.4H2O dengan menggunakan alat suntik. Campuran diaduk di atas pemanas berpengaduk magnetik, endapan yang terbentuk disaring dengan menggunakan kaca masir dan dikeringkan dalam desikator vakum yang berisi desikan P2O5 kemudian ditimbang. Prosedur sintesis yang sama dilakukan tetapi dengan menggunakan senyawa 0,36 gram Fe(ClO4)2.6H2O dan 0,34 gram Fe(BF4)2.6H2O sebagai sumber besi(II).
III.2.1.5 Kompleks Besi (II) dengan Ligan pq Di dalam labu 50 mL ditimbang 0,21 gram FeCl2.4H2O kemudian labu tersebut ditutup dengan rubber septum dan ke dalamnya dialirkan gas N2. Selanjutnya ke dalam labu tersebut ditambahkan 3 mL metanol yang telah dideoksigenasi menggunakan jarum suntik. Di dalam labu lainnya ditimbang 1,02 gram ligan pq dan dilarutkan dalam 10 mL metanol yang telah dideoksigenasi. Selanjutnya larutan ligan ditambahkan ke dalam labu yang berisi larutan FeCl2.4H2O dengan menggunakan jarum suntik.
Campuran diaduk di atas pemanas berpengaduk
magnetik dan endapan yang terbentuk disaring menggunakan kaca masir, lalu dikeringkan dalam desikator vakum yang berisi desikan P2O5
kemudian
ditimbang. Prosedur sintesis yang sama dilakukan, tetapi dengan menggunakan senyawa 0,36 gram Fe(ClO4)2.6H2O dan 0,34 gram Fe(BF4)2.6H2O sebagai sumber besi(II). Sintesis kompleks besi(II) dengan ligan pq juga dilakukan dengan menggunakan anion [BPh4]-. Prosedurnya sebagai berikut: 0,21 gram FeCl2.4H2O dilarutkan dengan 5 mL metanol di dalam labu tertutup di bawah atmosfir gas N2. Kemudian ke dalam labu tersebut ditambahkan larutan 1,02 gram ligan pq dalam
35
10 mL metanol diikuti larutan 0,75 gram Na(BPh4) dalam 10 mL dmf. Reaksi dibiarkan berlangsung pada temperatur ruang selama 24 jam.
Kristal yang
terbentuk disaring, dicuci dengan metanol dan dmf kemudian dikeringkan di dalam desikator yang berisi desikan P2O5, selanjutnya ditimbang.
III.2.1.6 Senyawa [TBA][MnCr(ox)3] Sintesis senyawa [TBA][MnCr(ox)3] dilakukan menurut metode yang yang telah dipublikasikan (Pellaux, et al., 1997) dengan prosedur sebagai berikut: Sebanyak 2,44 gram K3[Cr(ox)3].3H2O dimasukkan ke dalam gelas kimia 50 mL kemudian dilarutkan dengan 10 mL air. Ke dalam larutan tersebut ditambahkan 1,26 gram Mn(NO3)2.4H2O yang telah dilarutkan dengan 4 mL air sambil diaduk. Setelah itu pada larutan tersebut ditambahkan larutan 1,61 gram [N(C4H9)4]Br dalam 6 mL air sambil diaduk. Endapan yang terbentuk disaring dengan corong buchner kemudian dikeringkan dalam udara terbuka dan ditimbang.
III.2.1.7 Senyawa [Fe(NH2trz)3][Cl][MnCr(ox)3].6H2O Sebanyak 0,49 gram K3[Cr(C2O4)3].3H2O dilarutkan dalam 6 mL air-metanol 2:1. Kemudian ke dalam larutan tersebut ditambahkan larutan
0,26 gram
Mn(NO3)2.4H2O dalam 3 mL air-metanol 2:1 sambil diaduk. Kemudian ke dalam
campuran
larutan
tersebut
ditambahkan
larutan
0,44
gram
[Fe(NH2trz)3]Cl2.3H2O dalam 15 mL air-metanol 1:2 sambil tetap diaduk. Reaksi ketiga larutan dibiarkan berlangsung selama 2 jam pada temperatur ruang. Endapan
berwarna
ungu-keabu-abuan
yang
terbentuk
disaring
dengan
menggunakan kaca masir, lalu dikeringkan dalam desikator vakum yang berisi desikan P2O5 kemudian ditimbang.
III.2.1.8 Senyawa [Fe(NH2trz)3][ClO4][MnCr(ox)3].4H2O Sintesis senyawa ini dilakukan dengan cara yang sama seperti sintesis kompleks [Fe(NH2trz)3][Cl][MnCr(C2O4)3].6H2O (III.2.1.7) tetapi dengan menggunakan 0,51 gram [Fe(NH2trz)3](ClO4)2 menggantikan [Fe(NH2trz)3]Cl2.3H2O. 36
III.2.1.9 Senyawa [Fe(pq)2][Cl][MnCr(ox)3].6H2O Sintesis senyawa ini dilakukan dengan cara yang sama seperti sintesis kompleks [Fe(NH2trz)3][Cl][MnCr(C2O4)3].6H2O (III.2.1.7) tetapi dengan menggunakan 0,77 gram [Fe(pq)3]Cl2.H2O. III.2.1.10 Senyawa [Fe(pq)2][ClO4][MnCr(ox)3].6H2O Sintesis senyawa ini dilakukan dengan cara yang sama seperti sintesis kompleks [Fe(NH2trz)3][Cl][MnCr(C2O4)3].6H2O (III.2.1.7) tetapi dengan menggunakan 0,87 gram [Fe(pq)3](ClO4)2. III.2.2 Karakterisasi Karakterisasi meliputi penentuan kadar ion logam kalium(I),
kromium(III),
mangan(II), besi(II), unsur C, H, N, pengukuran suseptibilitas magnetik, uji spektroskopi inframerah dan difraksi sinar-X serbuk. III.2.2.1 Penentuan Kadar Ion Logam Penyiapan Larutan Standar Larutan standar kalium 100 ppm dibuat dengan cara sebagai berikut: Sebanyak 0,19 gram KCl dilarutkan dalam akuades dan 7 mL HNO3 14 M di dalam labu takar 1000 mL hingga tanda batas. Kemudian dibuat larutan standar kalium 1, 2, 3, 4 dan 5 ppm, dengan cara pengenceran berturut-turut 1, 2, 3, 4 dan 5 mL larutan standar 100 ppm di dalam masing-masing labu takar 100 mL hingga tanda batas. Larutan standar kromium 100 ppm dibuat dari senyawa K2Cr2O7 sebanyak 0,29 gram dengan cara yang sama seperti pembuatan larutan standar kalium 100 ppm. Kemudian dibuat larutan standar kromium 3, 5, 7, 9, 11, 13 dan 15 ppm.
37
Cara yang sama juga dilakukan pada pembuatan larutan standar mangan 100 ppm dari senyawa MnSO4.4H2O sebanyak 0,41 gram.
Kemudian dibuat larutan
standar mangan 2, 4, 6, 8, 10 dan 12 ppm. Pada pembuatan larutan standar besi 100 ppm dari senyawa Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O sebanyak 0,72 gram, 7 mL asam HNO3 14 M diganti dengan 10 tetes HCl 10 M. Kemudian dibuat larutan standar besi 2, 4, 6, 8 dan 10 ppm.
Penyiapan Larutan Sampel Sebanyak 0,10 gram sampel senyawa K3[Cr(C2O4)3].3H2O dilarutkan dalam akuades dan 1 mL HNO3 14 M di dalam labu takar 100 mL, kemudian 1 dan 5 mL larutan sampel tersebut diencerkan dalam labu takar 100 mL hingga tanda batas. Larutan hasil pengenceran dari 1 mL larutan sampel digunakan untuk analisis kadar kalium sedangkan larutan hasil pengenceran dari 5 mL larutan sampel dianalisis kadar kromiumnya. Larutan sampel senyawa [TBA][MnCr(ox)3] dibuat dengan cara yang sama seperti pembuatan larutan sampel K3[Cr(C2O4)3].3H2O tetapi sampel yang dilarutkan sebanyak 0,12 gram. Cara yang sama juga digunakan untuk pembuatan larutan sampel 0,1 gram [Fe(NH2trz)3]Cl2.3H2O, 0,1 gram [Fe(NH2trz)3](ClO4)2, 0,1 gram [Fe(NH2trz)3](ClO4)2, [Fe(pq)3](ClO4)2, [MnCr(ox)3].6H2O, gram
0,14 gram [Fe(pq)3]Cl2.H2O,
0,15 gram [Fe(pq)3](BF4)2,
0,16 gram
0,16 gram [Fe(NH2trz)3][Cl]
0,17 gram [Fe(NH2trz)3][ClO4][MnCr(ox)3].4H2O,
[Fe(pq)2][Cl][MnCr(ox)3].6H2O
dan
0,21
gram
0,19
[Fe(pq)2][ClO4]
[MnCr(ox)3].6H2O. Sebanyak 5 mL masing-masing larutan sampel diencerkan di dalam labu takar 100 mL hingga tanda batas.
Larutan sampel hasil
pengenceran kemudian dianalisis kadar ion logamnya. Larutan standar kalium 1,
2,
3,
4 dan 5 ppm serta larutan sampel hasil
pengenceran yang mengandung ion kalium diukur absorbansnya dengan alat spektrofotometer serapan atom pada λ = 766,5 nm.
38
Larutan standar kromium 3, 5, 7, 9, 11, 13 dan 15 ppm serta larutan sampel hasil pengenceran yang mengandung ion kromium diukur absorbansnya pada λ = 357,9 nm. Larutan standar mangan 2, 4, 6, 8, 10 dan 12 ppm serta larutan sampel hasil pengenceran yang mengandung ion mangan diukur absorbansnya pada λ = 279,5 nm. Larutan standar besi 2, 4, 6, 8 dan 10 ppm serta larutan sampel hasil pengenceran yang mengandung ion besi diukur absorbansnya pada λ = 248,3 nm.
III.2.2.2 Penentuan Kadar Hidrat dengan Analisis Termogravimetri Penentuan jumlah air kristal (hidrat) dilakukan menurut metode analisis termogravimetri berupa pengurangan berat dengan variasi temperatur. Sebanyak 2–5 mg sampel ditempatkan dalam wadah platina yang terdapat dalam instrumen TGA. Selanjutnya sampel dipanaskan dari temperatur 30 sampai dengan 500 °C dengan kecepatan kenaikan temperatur 5 °C/menit. Selama proses berlangsung dialirkan gas N2 dengan kecepatan 260 mL/menit.
III.2.2.3 Pengukuran Momen Magnetik (μef) pada Temperatur Ruang Pengukuran momen magnetik pada temperatur ruang dilakukan dengan menggunakan alat MSB. Alat MSB ditempatkan di atas permukaan datar dan diatur sedemikian rupa sehingga penunjuk permukaan (water-pass) berada tepat ditengah lingkaran penunjuk. Kemudian alat dihidupkan dan dibiarkan selama 10 menit. Selanjutnya alat dikondisikan sedemikian rupa sehingga penunjuk nilai R menampilkan nilai 0.
Tabung MSB kosong ditimbang,
beratnya dinyatakan
sebagai m0 dalam satuan gram. Kemudian tabung tersebut dimasukkan ke dalam tempat khusus dalam alat MSB dan harga pada penunjuk nilai R dicatat sebagai R0. Selanjutnya tabung MSB diisi kira-kira 0,10–0,15 gram sampel dan ditimbang kembali, beratnya dinyatakan sebagai m1.
39
Ketinggian sampel dalam tabung
diukur dan dicatat sebagai l biasanya kira-kira 1,5–3,5 cm. Tabung berisi sampel dimasukkan ke dalam alat MSB dan harga pembacaannya dicatat sebagai R1. Temperatur saat pengukuran dicatat dan dikonversi kedalam satuan Kelvin. Berdasarkan data hasil pengukuran kemudian dihitung nilai suseptibilitas magnetik masa (χg) menurut persamaan: C. l. (R1 – R0) χg = ───────── (m1 – m0)
(III.1)
C adalah konstanta kalibrasi sebesar 1,11/109. Nilai suseptibilitas masa dikonversi menjadi suseptibilitas molar (χM) menurut persamaan: χM = χg x Mr.Senyawa Nilai
suseptibilitas
(III.2)
molar dikoreksi dengan faktor koreksi diamagnetic (∆)
sehingga diperoleh nilai suseptibilitas molar terkoreksi (χM,) sebagai berikut: χM, = χM - ∆
(III.3)
Kemudian nilai momen magnetik efektif (μeff) dihitung dengan persamaan: μef = [8 x χM, T]1/2 BM
(III.4)
Besarnya fraksi mol spin tinggi dapat ditentukan berdasarkan nilai χM, T maupun μef menggunakan persamaan: (χ)T = XHS.χHS + (1 - XHS)χLS (Gütlich dan Goodwin, 2004)
(III.5)
Berdasarkan hubungan χ terhadap μef yang ditunjukkan pada persamaan (III.4), persamaan (III.5) dapat ditulis ulang sebagai: (μ2)T = XHS(μ2HS) + (1 - XHS) (μ2LS)
(III.6)
dengan XHS adalah fraksi mol spin tinggi, μHS adalah nilai limit momen magnetik spin tinggi ditentukan sebesar 5,4 BM dan μLS nilai limit momen magnetik spin rendah ditentukan sebesar 0,7 BM (Onggo dan Sugiyarto, 2001).
40
III.2.2.4 Pengukuran Sifat Magnetik dengan Variasi Temperatur Pengukuran sifat magnetik dengan perubahan kontinu temperatur dilakukan dengan menggunakan MPMS-7 (Magnetic Properties Measurement System). Kira-kira 5–30 mg sampel dimasukkan ke dalam kapsul gelatin.
Kemudian
kapsul berisi sampel dimasukkan ke dalam sedotan transparan dengan kedalaman kira-kira 2/3 panjang sedotan. Selanjutnya sedotan tersebut ditempatkan pada stik yang terdapat pada MPMS-7. Proses pengukuran dilakukan dengan metode ZFC (Zero Field Cool) yakni sampel di turunkan temperaturnya dari temperatur ruang ke 5 K tanpa medan magnetik. Pada saat temperatur telah mencapai 5 K, medan magnetik mulai digunakan sebesar 1000 Oe dan proses pengukuran mulai dijalankan dari temperatur 5 K sampai dengan kira-kira 330 K dengan kenaikan temperatur 1–10 K/step.
III.2.2.5 Uji Spektroskopi Inframerah Pengukuran
spektroskopi
inframerah
dilakukan
dengan
menggunakan
spektrofotometer inframerah merek Shimadzu FTIR-8400. Pengukuran diawali dengan pembuatan pelet sampel ditambah senyawa KBr, yakni kira-kira 1 mg sampel digabungkan dengan sekitar 10 mg KBr digerus sedemikian rupa hingga kedua padatan bercampur secara sempurna. Kemudian dimasukkan ke dalam press holder, divakumkan dan ditekan beberapa saat hingga terbentuk pelet. Selanjutnya pelet tersebut diukur spektranya pada daerah bilangan gelombang 400–4000 cm-1.
III.2.2.6 Uji Difraksi Sinar-X Serbuk Kira-kira 5–25 mg sampel ditempatkan dengan merata dan termampatkan secara baik pada tempat sampel kemudian diletakkan pada sel (sample holder) dalam alat difraktometer sinar-X.
Sampel disinari dengan sinar-X yang dihasilkan dari
logam Cu Kα (λ = 1,54 Å). Selama penyinaran sampel dirotasi dengan kecepatan 60 rpm. Data difraksi sinar-X sampel diambil pada rentang sudut difraksi (2θ)
41
10–60° dengan interval 0,02°/step dan waktu tiap step kira-kira 2 detik. Difraktogram yang diperoleh berupa grafik intensitas (counts) versus sudut difraksi (2θ). Puncak-puncak difraksi pada difraktogram setiap senyawa diindeks dalam program CELL-A untuk mendapatkan sistem kristal yang paling sesuai untuk senyawa yang bersangkutan.
Tingkat kesesuain sistem kristal ditetapkan
berdasarkan nilai R dan R10 dalam satuan persen (%). Nilai R menunjukkan tingkat kesesuaian berdasarkan keseluruhan puncak difraksi yang diindeks sedangkan nilai R10 menunjukkan tingkat kesesuain berdasarkan 10 puncak difraksi pertama yang diindeks.
Untuk membuktikan atau menguji tingkat
kesesuain sistem kristal yang diperoleh dari program CELL-A,
selanjutnnya
dilakukan penghalusan dengan metode Le Bail dalam program Rietica.
III.2.2.7 Uji Difraksi Sinar-X Kristal Tunggal Sebuah kristal dengan ukuran 0,08 x 0,05 x 0,03 mm3 untuk [Fe(pq)3](ClO4)2 dan 0,44 x 0,16 x 0,13 mm3 untuk [Fe(pq)2(dmf)2](BPh4)2 dipilih untuk pengukuran difraksi sinar-X.
Data difraksi
sinar-X dikoleksi pada sebuah difraktometer
Bruker SMART APEX pada temperatur 295(2) K menggunakan teknik ω-scan dengan radiasi Mo Kα ( λ = 0,71073 Å). Data intensitas dikumpulkan pada rentang sudut difraksi kira-kira 1,62–27,49° untuk 14990 refleksi kristal [Fe(pq)3](ClO4)2.
Untuk kristal
[Fe(pq)2(dmf)2](BPh4)2,
data intensitas
dikumpulkan pada sudut difraksi kira-kira 1,62–25,24° untuk 17469 refleksi. Koreksi absorpsi dan polarisasi-Lorentz (Lorentz-polarization) digunakan untuk mereduksi data refleksi. Struktur molekul masing-masing kompleks diselesaikan dan dihaluskan menggunakan program SHELXTL (Sheldrick, 1997). Adapun gambar molekulnya diperoleh menggunakan ORTEP (Sheldrick, 1991).
42
