JURNAL APLIKASI FISIKA
VOLUME 11 NOMOR 1
FEBRUARI
2015
EKSTRAKSI LOGAM KROMIUM (Cr) DAN TEMBAGA (Cu) PADA BATUAN ULTRABASA DARI DESA PUNCAK MONAPA KECAMATAN LASUSUA KOLAKA UTARA MENGGUNAKAN LIGAN POLIEUGENOL 1
Hasria, 2La Harimu, 3Cici Fatmawati 1 Jurusan Fisika FMIPA UHO 2 Jurusan Pendidikan PMIPA Prodi Pendidikan Kimia FKIP UHO 3 Jurusan Fisika FMIPA UHO Email:
[email protected] Abstrak Telah dilakukan penelitian tentang pemisahan kromium dan tembaga dalam batuan ultrabasa yang terdapat dari Desa puncak Monapa Kec. Lasusua Kab. Kolaka Utara Propinsi Sulawesi Tenggara. Tujuan dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui kemampuan ligan polieugenol dengan memisahkan logam kromium dan tembaga untuk logam murni maupun aplikasinya untuk memisahkan logam kromium (Cr) dan logam tembaga (Cu) dengan menggunakan metode ekstraksi. Metode penelitian ini adalah bersifat eksperimental. Konsentrasi ion logam kromium (Cr) dan tembaga (Cu) dari logam murni yang diekstraksi adalah masing-masing 10 ppm, dan konsentrasi ligan polieugenol adalah10 ppm. Untuk konsentrasi ion logam kromium (Cr) dan tembaga (Cu) dalam batuan ultrabasa dengan 20 kali dan 30 kali pengenceran adalah 8,3875 ppm dan 3,50 ppm dan 1,3590 ppm dan 2,001 ppm untuk ion logam tembaga (Cu). Hasil penelitian menunjukan bahwa kemampuan ligan polieugenol untuk mengekstraksi logam kromium (Cr) dan tembaga (Cu) untuk logam murni dengan metode terpisah mempunyai persen ekstraksi (%E) adalah masing-masing 83,33% dan 88,40%. Sedangkan kemampuan pemisahan logam kromium (Cr) dengan tembaga (Cu) secara tercampur adalah masingmasing 80,54% dan 87,57%. Untuk aplikasinya memisahkan ion logam kromium (Cr) dan tembaga (Cu) pada batuan ultrabasa untuk 20 kali pengenceran persen ekstraksinya adalah masing-masing 77,99% dan 72,72%, dan 30 kali pengenceran adalah masingmasing 72,62% dan 59,01%. Berdasarkan hasil penelitian menunjukkan bahwa ligan polieugenol lebih baik untuk ion logam kromium (Cr). Kata kunci : Logam kromium, logam tembaga, batuan ultrabasa,ligan polieugenol meningkatnya kebutuhan ion logam tersebut diberbagai bidang industri, maka upaya untuk mencari sumber-sumber ion logam dan memisahkan ion logam tersebut terus dilakukan. Untuk mendapatkan ion logam tersebut dalam keadaan yang lebih murni maka perlu dilakukan ekstraksi dari pengotor-pengotornya. Hasil pengolahan dari industri logam besi dan nikel dalam buangannya terdapat ion logam tersebut.
1. Pendahuluan Batuan Ultrabasa adalah batuan beku yang kandungan silikanya rendah (< 45%), kandungan MgO > 18%, tinggi akan kandungan mineral mafiknya lebih dari 90 %. Kromium dan tembaga merupakan logam yang banyak digunakan dalam berbagai keperluan teknik dan industri diantaranya industri baja tahan karat dan bahan pelapis logam. Seiring dengan
31
32
JAF, Vol. 11 No. 1 (2015), 31-39
Oleh sebab itu diperlukan upaya untuk memisahkan atau mengurangi konsentrasi logam berat dalam perairan. Salah satu metode yang diharapkan mampu memisahkan logam-logam tersebut adalah metode ekstraksi pelarut (Morrison dan Freisher, 1996 ). Dengan memperhatikan perkembangan dari jenis-jenis ligan yang disintesis maupun metode-metode dalam penanganan logam-logam berat, maka penelitian ini diarahkan untuk mengembangkan suatu jenis ligan baru yang memiliki sifat-sifat yang menguntungkan untuk pemisahan. Ligan yang akan disintesis adalah senyawa asam polieugenil oksiasetat dengan sisi aktif gugus karboksil. 2. Prinsip Dasar GPR TINJAUAN PUSTAKA Hasil analisis XRF sampel batuan ultrabasa yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya (Sudarmini, 2013) memberi informasi tentang kandungan unsur batuan ultrabasa dari Desa Puncak Monapa Kec. Lasusua Kab. Kolaka Utara. Salah satunya adalah Cr, Cu, Fe, Ni, Mg, Mn, P, Zn dan T (Sudarmini, 2013). Penelitian tentang kandungan mineral logam dalam batuan ultrabasa di Desa Puncak Monapa, Kec. Lasusua juga dilakukan oleh Rajab (2013), tetapi dengan menggunakan metode yang berbeda, yaitu Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) salah satunya Cr, Cu, Fe dan Ni. Karakterisasi besi (Cr) Logam krom merupakan logam golongan transisi, diketemukan di alam sebagai bijih terutama kromit (FeCr2O4). Krom merupakan elemen berbahaya di permukaan bumi dan dijumpai dalam kondisi oksida antara Cr(II) sampai Cr(VI). Krom bervalensi tiga umumnya merupakan bentuk yang umum dijumpai di
alam, dan dalam material biologis krom selalu berbentuk valensi tiga, karena krom valensi enam merupakan salah satu material organik pengoksidasi yang tinggi (Suhendrayatna,2001). Karakterisasi nikel (Cu) Tembaga (Cu) adalah suatu unsur logam berat yang ditemukan di alam dalam keadaan bebas dan sebagai senyawanya. Tembaga dalam bentuk senyawa umumnya terdapat dalam mineral-mineral, terutama mineral sulfida, oksida dan karbonat. Tembaga merupakan unsur transisi berwarna coklat kemerahan yang mempunyai nomor atom 29 kerapatan 8,93 gram/cm3. Tembaga banyak digunakan dalam industri alat-alat listrik, zat warna dalam industri cat, dan dapat digunakan sebagai fungisida, yaitu tembaga sulfat (CuSO4). Tembaga memiliki tingkat oksidasi dari 0 sampai 2+, yang merupakan oksidasi tertinggi dari tembaga dalam bentuk senyawa (Ekowaty, 2005). Metode Spektrofotometer Serapan Atom Spektrofotometer merupakan suatu metode analisis kuantitatif yang pengukurannya berdasarkan banyaknya radiasi yang dihasilkan atau yang diserap oleh spesi atom atau molekul analit. Salah satu bagian dari Spektrofotometer ialah Spektrofotometer Serapan Atom (SSA), merupakan metode analisis unsur secara kuantitatif yang pengukurannya berdasarkan penyerapan cahaya dengan panjang gelombang tertentu oleh atom logam dalam keadaan bebas (Skoog et. al., 2000). Ligan Ligan adalah molekul sederhana yang dalam senyawa kompleks bertindak sebagai donor pasangan elektron (basa Lewis). Ligan memiliki satu atau lebih pasangan elektron
Ekstraksi Logam Kromium (Cr) dan ….……………………..(Hasria, dkk) bebas yang dapat terikat secara koordinasi pada ion pusat dalam suatu senyawa kompleks. Secara umum kation-kation keras (asam) membentuk kompleks paling stabil dengan ligan keras (basa), sedangkan asam lunak membentuk kompleks paling stabil dengan basa lunak. Ligan Polieugenol Dengan memperhatikan perkembangan dari jenis-jenis ligan yang disintesis maupun metode-metode dalam penanganan logam-logam berat, maka penelitian ini diarahkan untuk mengembangkan suatu jenis ligan baru yang memiliki sifat-sifat yang menguntungkan untuk pemisahan, seperti yang pernah dilakukan oleh Sriyanto (2002) yaitu ligan yang bersifat dapat terdeprotonasi sekaligus bersifat pengkhelat dan ligan yang berbobot molekul besar berupa senyawa polimer. Ligan yang akan disintesis adalah senyawa asam polieugenil oksiasetat dengan sisi aktif gugus karboksil. Diharapkan ligan tersebut mampu bersifat selektif terhadap logam tertentu sehingga dapat meningkatkan nilai ekonomis eugenol dan membantu menangani pencemaran limbah perairan yang disebabkan oleh logamlogam berat. Eugenol merupakan salah satu bahan alam yang potensial untuk dikembangkan menjadi suatu jenis ligan. Keberadaan eugenol yang cukup melimpah di Indonesia menjadi salah satu alasan mengapa eugenol layak untuk dikembangkan. Sebagai penghasil minyak atsiri utama di dunia, salah satu diantaranya minyak daun cengkeh, negara Indonesia memenuhi hampir separuh kebutuhan minyak cengkeh dunia pada awal tahun delapan puluhan (Anwar, 1994). Struktur dari polieugenol adalah sebagai berikut :
33
OH OCH3
H2 C
H2 C
CH
n
Gambar 2.1 Struktur polieugenol (Sastrohamidjojo, 1981), 3. Prosedur Penelitian Adapun prosedur penelitian disajikan seperti pada diagram alir berikut :
34
JAF, Vol. 11 No. 1 (2015), 31-39
4. Hasil dan Pembahasan Kemampuan ekstraksi mineral logam kromium dan tembaga pada sampel logam murni dan pada batuan ultrabasa menggunakan ligan Polieugenol diketahui dengan membuat analisis persen ekstraksinya. Kurva Kalibrasi Besi (Cr) Tabel 1. Hubungan antara konsentrasi ion logam kromium dengan absorbansnya No Absorban Konsentrasi (ppm) . s 1. 0,5 0,017 2. 1 0,0302 3. 2 0,0567 4. 4 0,104 Tabel 1 menunjukkan bahwa absorbans larutan standar kromium semakin meningkat dengan peningkatan konsentrasi. 0.12
y = 0.0248x + 0.0055 R² = 0.9991
a 0.1 b s 0.08 o r 0.06 b 0.04 a n 0.02 s 0 i 0
1
2
3
4
5
konsentrasi Cr (ppm)
Gambar 4. Grafik hubungan antara konsentrasi larutan standar Cr terhadap absorbans Dari grafik pada Gambar 1 dapat di lihat bahwa dengan memasukkan data variasi konsentrasi sebagai X dan nilai absorbans dari hasil pengukuran spektrofotometer serapan atom sebagai Y pada program
regresi linier diperoleh persamaan regresi Y = 0,024x + 0,005 dimana nilai slope (a) = 0,024 dan intersep (b) = 0,005 sedangkan nilai koefisien korelasi, R = 0,999. Persamaan regresi yang diperoleh akan digunakan untuk menghitung konsentrasi ion logam kromium hasil ekstraksi. Nilai koefisien korelasi menunjukan bahwa interpretasi kekuatan hubungan antara dua variabel yang dilakukan dengan melihat angka koefisien korelasi hasil perhitungan dengan menggunakan kriteria bahwa jika angka koefisien korelasi mendekati 1, maka kedua variabel mempunyai hubungan semakin kuat, seperti diperoleh untuk ion logam kromium mendekati 1 yaitu 0,999 menunjukan hasil yang baik. Tabel 2. Data pengukuran absorbans ion logam kromium pada sampel logam kromium murni No. Sampel Absorbans 1. Kromium 0,045 2. Cu + Cr 0,0517 Menentukan konsentrasi ion logam kromium setelah ekstraksi (X1) pada sampel logam kromium murni dengan cara berikut: 1. Konsentrasi logam kromium pada sampel Cr tunggal, dengan absorbans kromium (Y) = 0,045, yaitu: X1 = ) = 1,6667ppm 2. Konsentrasi logam kromium pada sampel campuran Cr dan Cu, dengan absorbans kromium (Y) = 0,0517, yaitu: X1 = ) = 1,9458 ppm Dengan mengetahui konsentrasi ion logam kromium, maka dapat dibuat analisis
Ekstraksi Logam Kromium (Cr) dan ….……………………..(Hasria, dkk) persen ekstraksi ion logam kromium (%E) pada sampel logam kromium murni. 1. Persen ekstraksi ion logam kromium pada sampel Cr tunggal yang memiliki X1 kromium = 1,6667 ppm dan X0 kromium = 10 ppm adalah sebagai berikut : (% E) = x 100 = 83,33% 2. Persen ekstraksi kromium pada sampel campuran Cr dan Cu yang memiliki X1 kromium = 1,9458 ppm dan X0 kromium = 10 ppm adalah sebagai berikut : (% E) = x 100 = 80,54%
85 80
83.33
80.54
75
Cr
Cr + Cu
Gambar 5. Persen ekstraksi ion logam kromium murni dalam bentuk tunggal dan campuran menggunakan ligan Polieugenol Kemampuan ligan untuk ekstraksi ion kromium pada keadaan tunggal lebih besar dibandingkan dengan keadaan campuran. Perbedaan tersebut disebabkan karena pada larutan campuran terjadi peningkatan viskositas dan pengurangan aktivitas masing-masing ion logam dalam larutan. Kemampuan Logam Kromium Terekstraksi dari Batuan Ultrabasa Menggunakan Ligan Polieugenol Ekstraksi mineral logam kromium dalam batuan ultrabasa menggunakan ligan Polieugenol dilakukan pada pengenceran 20 kali dan 30 kali, masing-masing pada pH 5,5 (volume 10 ml).
35
Tabel 3. Data pengukuran absorbans ion kromium pada batuan ultrabasa (sebelum ekstraksi) No. Sampel Absorbans Pengenceran 20 1. 8,3875 kali Pengenceran 30 2. 3,5 kali Tabel 4. Data pengukuran absorbans ion kromium pada batuan ultrabasa (setelah ekstraksi) No. Sampel Absorbans Pengenceran 20 1. 77,99 kali Pengenceran 30 2. 72,62 kali Menentukan konsentrasi awal ion logam kromium sampel batuan ultrabasa 20 kali dan 30 kali pengenceran dengan cara berikut: 1. Konsentrasi awal ion logam kromium sampel batuan ultrabasa 20 kali pengenceran, dengan absorbans kromium (Y0) = 0,2063, yaitu: X0 = ) x 20 = 167,75 ppm 2. Konsentrasi awal ion logam kromium sampel batuan ultrabasa 30 kali pengenceran, dengan absorbans kromium (Y0) = 0,089, yaitu: X0 = ) x 30 = 105 ppm Menentukan konsentrasi ion logam kromium sampel batuan ultrabasa 20 kali dan 30 kali pengenceran setelah ekstraksi.. 1. Konsentrasi logam kromium pada batuan ultrabasa 20 kali pengenceran, dengan absorbans kromium (Y) = 0,00493 X1 = ) x 20 = 77,99 ppm
36
JAF, Vol. 11 No. 1 (2015), 31-39
2. Konsentrasi logam kromium pada batuan ultrabasa 30 kali pengenceran, dengan absorbans kromium (Y) = 0,028 X1 = ) x 30 = 72,62 ppm Dengan cara yang sama dengan perhitungan persen ekstraksi (%E) ion logam kromium sampel logam murni, maka diketahui kemampuan ligan polieugenol untuk ekstraksi ion logam kromium pada sampel batuan ultrabasa 20 kali dan 30 kali pengenceran seperti yang disajikan pada Gambar 6.
80 75 70 65
77.99 20 kali
72.62 30 kali
Gambar 6. Persen ekstraksi ion logam kromium pada batuan ultrabasa pada 20 kali dan 30 kali pengenceran Persen ekstraksi ion logam kromium sampel batuan ultrabasa 20 kali pengenceran lebih besar dibandingkan dengan persen ekstraksi ion logam kromium sampel batuan ultrabasa 30 kali pengenceran menggunakan ligan Polieugenol. Perbedaan persen ekstraksi ion logam kromium tersebut disebabkan karena pada pengenceran 20 kali konsentrasi ion logam kromium lebih besar. Pada konsentrasi yang lebih besar jumlah yang terikat atau terkomplekskan dengan ligan menjadi lebih besar. Akibatnya jumlah ion logam yang terekstraksi ke fasa organik dalam bentuk kompleks juga menjadi lebih besar. Kurva Kalibrasi Tembaga(Cu) Penentuan persamaan regresi linear ion logam tembaga diperoleh dari absorbans
larutan standar tembaga dengan konsentrasi 0,5; 1; 2,5; 5; dan 10 ppm, yaitu dengan membuat grafik hubungan antara konsentrasi larutan standar tembaga terhadap absorbansnya yang terukur pada SSA Hubungan konsentrasi dan absorbans menunjukkan bahwa absorbans semakin meningkat dengan peningkatan konsentrasi. Berdasarkan grafik diperoleh informasi bahwa persamaan regresi ion logam tembaga adalah Y = 0,249x + 0,210. Dari persamaan regresi tersebut diperoleh nilai slope = 0,249 dan intersep adalah 0,210. Dengan persamaan regresi yang diperoleh digunakan untuk menghitung konsentrasi ion logam tembaga baik secara tunggal maupun dalam campuran dengan ion logam kromium.seperti yang diperoleh seperti yang diperoleh untuk ion logam tembaga mendekati 1 yaitu 0,9933 yang
menunjukkan hasil yang baik. Kemampuan Ekstraksi Logam Murni Kromium Secara Tunggal dan Campuran dengan Tembaga Menggunakan Ligan Polieugenol Pengujian kemampuan ligan Polieugenol dilakukan pada sampel ion logam tembaga murni secara tunggal maupun campuran (kroomium dan tembaga) pada pH 5,5. Dengan konsentrasi awal masing-masing sampel adalah 10 ppm dalam volume 10 ml. Kemampuan ligan polieugenol untuk mengekstraksi ion logam tembaga murni dalam bentuk tunggal dan campuran pada Gambar 7 dapat diketahui dengan membuat analisis data seperti pada uji kemampuan ligan untuk ekstraksi ion logam tembaga. Kemampuan ligan polieugenol mengekstraksi ion logam tembaga bentuk sampel tunggal dibandingkan dengan bentuk sampel campuran. Perbedaan tersebut disebabkan karena pada larutan
Ekstraksi Logam Kromium (Cr) dan ….……………………..(Hasria, dkk) campuran terjadi peningkatan viskositas dan pengurangan aktivitas masing-masing ion logam dalam larutan.
37
66 64 62 64.81
77 76 75 74 73 72 71 70
60 59.01
58 56
76.35
20 kali
30 kali
72.31
Cu
Cu + Cr
Gambar 7. Persen ekstraksi ion logam tembaga murni dalam bentuk tunggal dan campuran menggunakan ligan polieugenol. Kemampuan Logam Tembaga Terekstraksi dari Batuan Ultrabasa Menggunakan Ligan Polieugenol Untuk menguji kinerja ligan polieugenol dalam memisahkan ion logam dalam larutan baik untuk logam murni maupun aplikasinya dalam bidang pertambangan dengan metode ekstraksi maka diuji dengan memisahkan tembaga dalam batuan ultrabasa. Percobaan ekstraksi pemisahan tembaga dalam batuan ultrabasa dilakukan pada kondisi pH 5,6 yang telah diencerkan 20 kali dan 30 kali setara dengan konsentrasi 2,0301 dan 1,359 ppm. Hasil pengukuran absorbansi dan persen ekstraksi logam tembaga dalam batuan ultrabasa ditunjukan pada Gambar 8.
Gambar 8. Persen ekstraksi ion logam tembaga pada batuan ultrabasa pada 20 kali dan 30 kali pengenceran menggunakan ligan polieugenol. Berdasarkan pada Gambar 4.6 dapat diketahui bahwa persen ekstraksi ion logam tembaga dalam batuan ultrabasa pada pengenceran 20 kali dan 30 kali berbeda dengan persen ekstraksi masingmasing adalah 64,81% dan 59,01%. Perbedaan tersebut disebabkan karena pada pengenceran 20 kali konsentrasi ion logam tembaga dalam larutan lebih besar dibandingkan dengan pengenceran 30 kali sehingga peluang untuk membentuk kompleks dengan ion logam tembaga lebih besar. Karena pada konsentrasi tinggi jumlah ion logam dalam larutan menjadi besar. Namun pada umumnya peningkatan persen ekstraksi ion logam dalam larutan seiring dengan meningkatnya konsentrasi ion logam dalam larutan sampai konsentrasi optimum.
JAF, Vol. 11 No. 1 (2015), 31-39
38
Perbandingan Persen Ekstraksi Ion Logam Kromium dengan Ion Logam Tembaga untuk Logam Murni dan Batuan Ultrabasa Menggunakan Ligan Polieugenol 100 80
88.33 77.99 76.35 80.54 72.62 72.31 64.81 59.01
60 40 20 0 1
2 Cr
3
4
Cu
Gambar 9. Persen ekstraksi ion logam kromium dan ion logam tembaga dalam logam murni dan batuan ultrabasa. Berdasarkan Gambar 9 menunjukkan bahwa persen ekstraksi ion logam kromium lebih dari pada ion logam kromium baik pada logam murni maupun pada batuan ultrabasa. Perbedaan besarnya persen ekstraksi disebabkan karena ion logam kromium bersifat asam keras dan ligan polieugenol bersifat basa keras karena mengandung gugus OH. Berdasarkan konsep asam basa keras lunak ion logam kromium tergolong asam keras dan ion tembaga tergolong asam menengah. Menurut konsep tersebut menerangkan bahwa asam keras akan membentuk kompleks yang lebih baik dan stabil dengan basa keras, dan untuk asam menengah akan lebih baik dengan basa menengah. Akibatnya karena ion logam logam kromium lebih banyak membentuk kompleks yang dapat terekstraksi di fasa organik
dibandingkan dengan ion logam tembaga, maka persen ekstraksi logam kromium lebih besar. 5. KESIMPULAN Berdasarkan hasil yng diperoleh seperti diuraikan pada pembahasan dapat disimpulkan bahwa: 1. Kemampuan ion logam kromium murni secara tunggal maupun campuran dengan tembaga lebih besar dibandingkan dengan ion logam tembaga menggunakan ligan polieugenol dengan persen ekstraksi masing-masing 83,33% dan 76,35% untuk tunggal dan 80,54% dan 72,31% untuk campuran. 2. Kemampuan ekstraksi ion logam kromium dalam sampel batuan ultrabasa lebih besar dibandingkan ion logam tembaga baik untuk 20 kali pengenceran maupun 30 kali pengenceran dengan persen ekstraksi masing-masing 77,99% dan 64,81% untuk 20 kali pengenceran dan 72,62% dan 59,01% untuk 30 kali pengenceran. Daftar Pustaka [1]. Al Anshori, Jamaludin, 2005, Spektrometri Serapan Atom, Staf Laboratorium Kimia Bahan Alam dan Lingkungan Jurusan Kimia FMIPA Universitas Padjadjaran, Bandung, [2] Nilawati, 2011, Analisis Logam Berat Pb, Zn, dan Cr padaTtiga Jenis Tanaman Peneduh Pinggir Jalan di Kota Batam Kepulauan Riau. Tesis S2, Institut Pertanian Bogor, Bogor. [3] Notodarmojo, S., 2005, Pencemaran Tanah dan Air Tanah, ITB, Bandung. [4] Rajab, 2013, Karakterisasi Kandungan Mineral Logam Pada Batuan Ultrabasa dari Desa Puncak Monapa Kecamatan Lasusua Kabupaten Kolaka Utara Provinsi
Ekstraksi Logam Kromium (Cr) dan ….……………………..(Hasria, dkk)
[5] [6]
[7]
[8]
Sulawesi Tenggara dengan Menggunakan Metode Spektrofotometer Serapan Atom (SSA), Skripsi S1 Fisika FMIPA, Universitas Halu Oleo, Kendari Sastrohamidjojo,19981,Struktur poliugenol,ITB,Bandung. Sudarningsih dan Fahruddin, 2008. Penggunaan Metoda Difraksi Sinar X dalam Menganalisa Kandungan Mineral Pada Batuan Ultrabasa Kalimantan Selatan. Staf Pengajar Program Studi Fisika, FMIPA, Universitas Lampung Mangkurat. http://isjd.pdii.lipi.go.id/admin/jurnal/ 5208165173.pdf, 17 Februari 2012. Sudarmini, Luh, 2013, Kajian Potensi MgO Dan CaO Batuan Ultrabasa di Desa Puncak Monapa Kecamatan Lasusua Kabupaten Kolaka Utara Provinsi Sulawesi Tenggara untuk Menanggulangi Emisi Karbon Dioksida, Skripsi S1 Fisika FMIPA, Universitas Halu Oleo, Kendari. Magetsari, N. A., 2000, Geologi Fisis, ITB, Bandung.
39
