PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA

PENGARUH WAKTU SONOKIMIA TERHADAP UKURAN KRISTAL KALSIUM KARBONAT (CaCO3)

RIDHO BAHANAN

PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2010 M / 1431 H

PENGARUH WAKTU SONOKIMIA TERHADAP UKURAN KRISTAL KALSIUM KARBONAT (CaCO3) Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Oleh :

RIDHO BAHANAN 104096003096

PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2009 M / 1430 H

ABSTRAK

Ridho Bahanan. PENGARUH WAKTU SONOKIMIA TERHADAP UKURAN KRISTAL KALSIUM KARBONAT (CaCO3). Dibawah Bimbimgan Dr. Mirzan T. Razzak, M.Eng, APU dan Drs. Sudirman, M.Sc, APU. Kalsium karbonat (CaCO3) disintesis dari campuran larutan natrium karbonat (Na2CO3) dan kalsium klorida (CaCl2) melalui proses sonokimia. CaCl2 dituangkan ke dalam larutan Na2CO3 dengan variasi waktu sonokimia 30, 60, 90, 120, 150 dan 180 menit. Hasilnya di analisis menggunakan x- ray diffraction (XRD) dan scanning electron microscope (SEM). Full Width at Half Maximum (FWHM) dari pola difraksi sinar-x digunakan untuk menghitung ukuran kristal menggunakan persamaan schererr. Data yang diperoleh diuji secara statistik menggunakan Korelasi Pearson. Hasil yang didapat menunjukan bahwa ukuran kristal CaCO3 menurun seiring meningkatnya waktu sonokimia. Morfologi permukaan sampel dipelajari dengan SEM. Kata kunci: Kalsium karbonat , reaksi sonokimia, ukuran kristal.

ABSTRACT

Ridho Bahanan. EFFECT OF SONOCHEMISTRY TIME TO CRYSTAL SIZE CALCIUM CARBONATE (CaCO3). Advisor by Dr. Mirzan T. Razzak, M.Eng, APU and Drs. Sudirman, M.Sc, APU Calcium carbonate were synthesized from mixed aqueous solution of sodium carbonate ( Na2 CO3) and calcium chloride (CaCl2) by sonochemical reaction. CaCl2 poured in to Na2CO3 solution with different sonochemical time 30, 60, 90, 120, 150 and 180 minutes. The result was investigated with x- ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM). Full Width at Half Maximum (FWHM) from x-ray diffraction pattern used for calculating crystal size with schererr equation. Data was examined by Pearson Correlation. The result show that crystal size decrease together with increasing sonochemical time. Morfology surface examined by SEM. Keywords: Calcium carbonate, sonochemical reaction, crystal size.

KATA PENGANTAR

Bismillahirrohmanirrohim, Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Puji syukur ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, karunia dan hidayah-Nya kepada kita semua. Shalawat serta salam semoga senantiasa tercurah kepada baginda Rasulullah Muhammad SAW, keluarga dan para sahabatnya, serta para wali Allah dan para ulama yang telah menyebarkan agama Allah ke seluruh penjuru dunia. Perkembangan teknologi di bidang material dewasa ini sangat pesat. Kebutuhan akan material baru yang mampu memenuhi kebutuhan pasar mendorong dilakukannya penelitian dan pengembangan di bidang ini. Tidak terkecuali penelitian di bidang sintesis nanomaterial, yang mana material dalam ukuran ini dapat memiliki sifat-sifat dan kinerja yang lebih unggul untuk memenuhi kebutuhan dalam modifikasi material. Skripsi dengan judul “Pengaruh Waktu Sonokimia Terhadap Ukuran Kristal Kalsium Karbonat (CaCO3)” ini dibuat selain sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah juga penulis dedikasikan untuk pengembangan dan kemajuan teknologi material dalam berbagai bidang demi kesejahteraan umat manusia.

Penulis yakin dan sadar dalam penulisan skripsi ini penulis mendapatkan bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang mendalam kepada : 1.

Bapak DR. Syopiansyah Jaya Putra, M. Sis, Dekan Fakultas Sains dan Teknologi.

2.

Ibu Sri Yadial Chalid, M. Si, Ketua Program Studi Kimia.

3.

Bapak Drs. Sudirman, M.Sc, APU yang telah memberi kesempatan pada penulis untuk melakukan penelitian sekaligus sebagai pembimbing lapangan yang senantiasa sabar dalam memberikan arahan dan ilmunya kepada penulis.

4.

Bapak Dr. Mirzan T. Razzak, M.Eng, APU selaku dosen pembimbing dari Program Studi kimia atas segala bimbingan dan arahan yang telah diberikan kepada penulis.

5.

Bapak Ir. Iman Kuntoro, selaku Kepala Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir BATAN PUSPIPTEK.

6.

Bapak Dr. Setyo Purwanto M.Eng, selaku Kepala Bidang Karakterisasi dan Analisis Nuklir BATAN PUSPIPTEK

7.

Kedua orang tua dan sanak saudara penulis atas segala kepercayaan serta dukungan moril dan materil yang telah diberikan (I hope everythings start from here).

8.

Para staf di Laboratorium Bidang Karakterisasi dan Analisis Nuklir ; Ibu Dra. Grace T.S. M.Sc, Bapak Wisnu Ari Adi, S.Si, Bapak Drs. Engkir Sukirman, M.Sc, Bapak Sumardjo, AMD dan Bapak Yosef.

9.

Ibu Dra. Deswita dan Para staf di Laboratorium Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir.

10.

Brigita Widya Hapsari S.Si, selaku rekan penelitian di Laboratorium, atas segala bantuan baik dalam penelitian maupun dalam penulisan skripsi.

11.

Teman-teman Prodi Kimia angkatan 2002-2008, atas segala bantuan baik selama penulis menempuh masa studi maupun dalam mengerjakan tugas akhir.

12.

Teman-teman satu atap, seperjuangan, Bed Company ; Rijal, Jibhul, Mimi, Aan dan Dj Ian. Penulis tidak lupa menyampaikan permohonan maaf sebesar-besarnya

apabila dalam penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan. Segala komentar, kritik dan saran demi kesempurnaan skripsi ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat bermanfaat baik bagi penulis maupun bagi semua yang membacanya. Terima Kasih. Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Jakarta, Maret 2010

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman KATA PENGANTAR.................................................................................

v

DAFTAR ISI ...............................................................................................

viii

DAFTAR TABEL .......................................................................................

xi

DAFTAR GAMBAR...................................................................................

xii

DAFTAR LAMPIRAN ...............................................................................

xiv

PENDAHULUAN ......................................................................

1

1.1. Latar Belakang .....................................................................................

1

1.2. Rumusan Masalah ................................................................................

3

1.3. Ruang Lingkup Penelitian.....................................................................

3

1.4. Hipotesis ...........................................................................................

3

1.5. Tujuan Penelitian..................................................................................

3

1.6. Manfaat Penelitian................................................................................

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA.............................................................

5

2.1. Kalsium Karbonat (CaCO3)...................................................................

5

2.2. Nanoteknologi.......................................................................................

6

2.3. Kalsium Karbonat Presipitat (PCC).......................................................

10

2.4. Sonokimia ...........................................................................................

14

2.4.1. Ultrasonik ................................................................................

14

2.4.2. Kavitasi Akustik ......................................................................

16

2.4.3. Aplikasi Sonokimia..................................................................

18

BAB I

2.5. Struktur kristal .....................................................................................

19

2.5.1. Konsep Dasar...........................................................................

19

2.5.2. Unit Sel....................................................................................

20

2.5.3. Sistem Kristal ..........................................................................

21

2.5.4. Bidag Kristalografi (Indeks Miller)..........................................

23

2.6. X- ray Diffraction (XRD) .....................................................................

24

2.7. Scanning Electron Microscope (SEM) ..................................................

29

2.8. Rietveld Analysis (Rietan).....................................................................

35

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN................................................

37

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian................................................................

37

3.2. Alat dan Bahan......................................................................................

37

3.2.1. Alat yang digunakan ...................................................................

37

3.2.2. Bahan yang digunakan ................................................................

37

3.3. Diagram Alir Penelitian.........................................................................

38

3.4. Prosedur Penelitian ...............................................................................

39

3.4.1. Pembuatan Larutan CaCl2 dan Na2CO3 Jenuh.............................

39

3.4.2. Proses Presipitasi CaCO3 dan Sonokimia ...................................

39

3.4.3. Pencucian Sampel ......................................................................

40

3.4.4. Karakterisasi dengan XRD ..........................................................

40

3.4.5. Karakterisasi dengan SEM ..........................................................

41

3.4.6. Uji Statistik Korelasi Pearson .....................................................

42

HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................

43

4.1. Analisis Kualitatif Pola XRD Sampel CaCO3 .......................................

43

4.2. Analisis ukuran kristal sampel CaCO3 ..................................................

45

4.3. Analisis Mikrograf Scanning Elektron Microscopy (SEM)...................

50

4.4. Hasil Pengujian Statistik ......................................................................

53

KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................

55

BAB IV

BAB V

5.1. Kesimpulan................................................................................................55 5.2. Saran..........................................................................................................56 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................

57

.......................................................................................

60

LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1. Hubungan sistem kristal dengan parameter kisi ...............................

23

Tabel 2. Ukuran kristal sampel CaCO3 dengan varisasi waktu sonokimia .....

46

Tabel 3. Persentase penurunan ukuran kristal sampel CaCO3 dengan variasi Waktu sonokimia ...........................................................................

48

Tabel 4. Output Deskripsi Statistik................................................................

52

Tabel 5. Output Korelasi Pearson..................................................................

52

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Proses yang terjadi pada metode LEM..............................................

9

Gambar 2. Mikrograf SEM dari CaCO3 berbentuk spherical dan needle-like ............................................................

12

Gambar 3. Mikrograf SEM dari CaCO3 berbentuk kubus..............................

13

Gambar 4. Frekuensi gelombang suara..........................................................

15

Gambar 5. Proses terjadinya kavitasi.............................................................

17

Gambar 6. Kristal tunggal dan polikristal ......................................................

20

Gambar 7. Unit sel dan kisi kristal (lattice) ...................................................

21

Gambar 8. Unit sel dengan sumbu koordinat (x, y, z), aksial (a, b, c), dan sudut interaksial (α, β, γ).......................................................

22

Gambar 9. Bidang kristalografi (Indeks Miller) .............................................

24

Gambar 10. Spektrum gelombang elektromagnetik .......................................

25

Gambar 11. Proses Difraksi sinar-X ..............................................................

27

Gambar 12. Full Width at Half Maximum (FWHM) .....................................

29

Gambar 13. Skema Scanning Electron Microscope ......................................

32

Gambar 14. Sinyal – sinyal emisi pada SEM ...............................................

33

Gambar 15. Proses Kerja Scanning Electron Microscope (SEM)..................

34

Gambar 16. Diagram alir penelitian...............................................................

38

Gambar 17. Diagram skematik proses presipitasi ..........................................

39

Gambar 18. Diagram skematik proses Difraksi Sinar-X.................................

40

Gambar 19. Difraktogram CaCO3 standar ICSD, dan hasil penelitian............

44

Gambar 20. Hasil refinement dari pola difraksi sinar-x sampel CaCO3 ..........

45

Gambar 21. Grafik hubungan waktu sonokimia terhadap ukuran kristal sampel CaCO3 ..............................................................

47

Gambar 22. Mikrograf SEM sampel CaCO3 dengan waktu Sonokimia (a) 60, (b) 120 dan (c) 180 menit .............................................

50

Gambar 23. Mikrograf SEM CaCO3 blanko (Merck) .....................................

51

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1. Diagran Alir Penelitian..............................................................

60

Lampiran 2. Diagram Kerja...........................................................................

61

Lampiran 3. Data hasil perhitungan ukuran Kristal sampel CaCO3 menggunakan program Microcal Origin .................................

65

Lampiran 4. Data hasil perhitungan ukuran Kristal sampel CaCO3 menggunakan program RIETAN..............................................

66

Lampiran 5. Data Parameter kisi sampel CaCO3 ..........................................

67

Lampiran 6. Data criteria and goodness of fit sampel CaCO3 .......................

67

Lampiran 7. Diffraktogram sampel CaCO3 ....................................................

68

Lampiran 8. Hasil refinement pola XRD sampel CaCO3 ................................

68

Lampiran 9. Ukuran kristal sampel CaCO3 dengan varisasi jumlah tetesan per menit ........................................................

69

Lampiran 10. Alat-alat yang digunakan .........................................................

70

BAB I PENDAHULUAN

1.1.

Latar Belakang Bubuk kalsium karbonat (CaCO3) nanostrukutur memiliki aplikasi yang

luas didalam berbagai bidang industri. CaCO3 digunakan untuk pigmen putih, pengisi dan pengembang untuk kertas, karet, cat, dan plastik. Meskipun produk komersial yang tersedia memilki rata-rata ukuran partikel dari submikron sampai dengan beberapa mikron, partikel terkecil tanpa penggumpalan menjadi syarat untuk mengembangkan sifat-sifat penting lainnya dalam produk akhir [Tsuzuki et.al, 2000]. Material nanostruktur belakangan ini menjadi bidang yang sangat menarik, dan memiliki banyak metode yang telah dikembangkan, salah satunya adalah proses sonokimia. Sonokimia terbagi menjadi tiga bidang : sonokimia homogen cair, sonokimia heterogen cair-cair atau cair-padat, dan sonokatalis (gabungan yang pertama dan kedua). Reaksi kimia tidak dapat terjadi selama iradiasi ultrasonik sistem padat atau sistem padat-gas, dikarenakan kavitasi hanya dapat terjadi dalam cairan. Irradiasi ultrasonik berbeda dari sumber energi tradisional (seperti panas, cahaya, atau radiasi ionisasi) dalam hal waktu, tekanan, dan energi per molekul. Ultrasonik memberikan suatu mekanisme yang tidak biasa untuk menghasilkan energi kimia yang sangat besar, dikarenakan besarnya suhu dan tekanan serta tingkat pemanasan yang luar biasa yang dihasilkan dari pecahnya

gelembung kavitasi. Dalam fotokimia, sejumlah besar energi diintroduksi dalam waktu singkat, tetapi energi termal ini lebih baik dari eksitasi elektron. Suhu termal yang tinggi dapat dicapai. Sonokimia memiliki komponen bertekanan tinggi yang memungkinkan dapat digunakan untuk produksi dalam skala mikroskopis, kondisi skala yang sama besar yang dihasilkan selama letusan atau guncangan gelombang (guncangan gelombang adalah kompresi gelombang yang terbentuk ketika kecepatan badan cairan relatif melebihi medium yang dapat mengirimkan suara) [Suslick, 1994]. Pada penelitian ini dilakukan pembuatan CaCO3 berukuran nanometer dengan metode presipitasi melalui proses sonokimia. Sesuai persamaan reaksi berikut : Na2CO3 + CaCl2 → CaCO3 + 2NaCl Karakterisasi CaCO3 digunakan Instrumen X-Ray Diffraction (XRD) dan Scanning Electron Microscope (SEM). XRD merupakan tehnik non-destruktif yang dapat memberikan informasi lengkap tentang komposisi kimia dan struktur kristal dari material alam dan buatan, yaitu dengan cara melewatkan sinar-x (yang telah diketahui panjang gelombangnya) pada permukaan sampel yang akan diidentifikasi (Sofyan, 2007). SEM merupakan alat deteksi yang menggunakan sinar elektron berenergi tinggi untuk melihat objek pada skala yang sangat kecil dan dapat memberikan penjelasan yang lengkap dari suatu permukaan, memberikan informasi mengenai ukuran dan bentuk dan ukuran dari suatu nanopartikel.

1.2.

Rumusan Masalah Apakah waktu sonokimia dapat berpengaruh terhadap ukuran kristal dalam

sintesis kalsium karbonat (CaCO3)?

1.3.

Ruang Lingkup penelitian 1. Membuat kalsium karbonat (CaCO3) dengan berbagai variasi waktu sonokimia. 2. Karakterisasi sampel kalsium karbonat (CaCO3) dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) dan Scanning Electron Microscope (SEM).

1.4.

Hipotesis H0 = Lamanya waktu sonokimia berpengaruh terhadap ukuran kristal kalsium karbonat (CaCO3) H1 = Lamanya waktu sonokimia tidak berpengaruh terhadap ukuran kristal kalsium karbonat (CaCO3)

1.5.

Tujuan Penelitian

1. Mensintesis kalsium karbonat (CaCO3) dengan metode presipitasi melalui proses sonokimia. 2. Karakterisasi CaCO3 menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) dan Scanning Electron Microscope (SEM).

3. Mempelajari pengaruh waktu sonokimia terhadap ukuran kristal. Hasil yang diharapkan adalah berkurangnya ukuran kristal sampel CaCO3. 1.6.

Manfaat Penelitian Kalsium karbonat (CaCO3) nanopartikel banyak digunakan dalam berbagai

bidang industri, yaitu untuk pigmen putih, pengisi dan pengembang untuk kertas, karet, cat, dan plastik, dikarenakan pada ukuran nanopartikel CaCO3 dapat terdispersi lebih merata di dalam matriks sehingga dapat tercampur dengan homogen. CaCO3 nanopartikel sebagai pengisi pada plastik dapat menghasilkan plastik biodegradable yang ramah lingkungan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1.

Kalsium Karbonat (CaCO3) CaCO3 adalah senyawa kimia berwarna putih yang paling umum dari

mineral nonsilikat. CaCO3 terdapat di alam dalam bentuk limestone dan kapur (Alger,

1989).

CaCO3

terdapat

dalam

tiga

bentuk

kristal,

calcite

(trigonal-rhombohedral), Aragonite, dan Vaterite. CaCO3 tidak larut dalam air tetapi sedikit larut dalam air yang mengandung CO2 terlarut bergabung membentuk bikarbonat Ca (HCO3)2 seperti reaksi pada limestone (yang sebagian besar tersusun dari calcite) yang menyebabkan terbentuknya stalaktit dan stalagmit pada gua (The Columbia Encyclopedia). Limestone tanah, yang memiliki ukuran partikel 0,5 – 30 µm adalah jenis dengan kemurnian paling rendah, sedangkan kapur tanah atau biasa disebut whiting memiliki kemurnian sampai dengan 99% calcite dengan ukuran partikel sekitar 1,5 µm (Alger, 1989). Terdapat tiga proses pembentukan CaCO3 di bumi : a. Alamiah (life process) Kalsium (yang berasal dari kehidupan) bergabung dengan karbonat (dalam air laut atau dari atmosfir), yang telah ditemukan pada zaman dahulu di dalam fossil yang disebut limestone. b. Presipitasi kimia dibawah suhu rendah. CaCO3 terlarut di dalam air dan karbondioksida (CO2) dan dapat ditemukan pada dinding-dinding gua.

c. Reaksi shockwave Terdapat tiga jenis CaCO3 yang terbentuk melalui reaksi shockwave : 1. Tumbukan alamiah pada batu limestone 2. Tumbukan alamiah pada batu yang banyak mengandung kalsium (biasanya berasal dari meteorit) dengan material yang kaya akan karbon dari komet dan meteorit. 3. Shockwave buatan dari ledakan besar di udara (contoh: bom atom hiroshima). Kalsium yang berasal dari meteor bergabung dengan karbon dan oksigen dari atmosfir membentuk CaCO3. Reaksi tumbukan ini dihasilkan dengan mudah dengan komposisi yang tidak tentu antara kalsium dan ion karbonat melalui reaksi yang cepat (Miura, 2007). CaCO3 secara luas digunakan sebagai pengisi (filler) dalam komposit plastik dan karet. Material ini memiliki banyak keunggulan, seperti warnanya yang sangat putih, harga terjangkau dan ukuran partikelnya dapat diatur (Alger, 1989). Pada bidang industri, CaCO3 digunakan sebagai modifier dan sebagai bahan pelapis (coating) dalam pembuatan kertas. CaCO3 termasuk zat padat kristalin dengan kelarutan rendah, sedikit terhidrolisis pada pH diatas 7 (colloidal dynamics).

2.2.

Nanoteknologi Nanoteknologi merupakan teknologi yang berkenaan dengan rancangan,

pembuatan dan aplikasi dari nanostruktur atau nanomaterial dengan mengontrol

bentuk dan ukuran materi dalam skala nanometer. Nanoteknologi merupakan awal yang memungkinkan para ilmuwan, perekayasa, dan ahli medis untuk bekerja pada tingkat seluler dan molekuler untuk kemajuan ilmu dan perawatan kesehatan (Yulianti 2008). Nanostruktur dapat secara signifikan mengubah sifat-sifat material, seperti sifat optik, kekerasan, bentuk dan morfologi (Gupta, 2004). Nanopartikel didefinisikan sebagai partikel padat yang berukuran kecil dengan kisaran ukuran dari 1 sampai 100 nanometer. Partikel yang sangat halus dengan skala nanometer ini merupakan daerah transisi antara skala molekuler dan skala makroskopis (Yulianti, 2008). Dipandang dari segi molekuler, nanopartikel ini berukuran cukup besar sehingga pendekatan melalui sifat kuantum kurang tepat; sedangkan bila dipandang sebagai materi, mereka sangat kecil dan mempunyai ciri khas yang tidak teramati pada partikel berukuran lebih besar (> 100 nm). sebagai contoh, pada logam mulia seperti emas, nanopartikelnya memperlihatkan warna merah dan memperlihatkan sifat katalis yang unggul pada temperatur rendah. Nanopartikel logam juga memperlihatkan sifat mekanik yang luar biasa seperti superplasticity. Komposit matriks keramik dengan skala nanometer juga mempunyai sifat mekanik yang lebih baik. Alasan utama yang mendasari perubahan sifat ini yaitu meningkatnya luas permukaaan dan munculnya efek kuantum pada material berukuran nanometer (Yulianti, 2008). Nanopartikel secara luas dianggap penting sebagai dasar pembuatan material baru dan berbagai peralatan dalam nanoteknologi. Salah satu contoh yang paling mengesankan adalah material berbasis nanopartikel yang telah dibuat

dengan kekerasan menyamai atau bahkan melebihi berlian (IPRIME). Beberapa metode untuk sintesis material nanopartikel telah dikembangkan, salah satunya yaitu High energy ball milling (cara fisik) dan membran emulsi cair (Liquid emulsion membrane). High energy ball milling adalah suatu metode sintesis material yang telah berkembang pada proses industri. Metode ini telah berhasil membuat campuran logam dan fasa campuran pada tahun 1970-an. Pada penelitian nanomaterial, teknik ini sangat baik digunakan untuk mengatur ukuran partikel dalam skala nano. Beberapa jenis peralatan milling telah dikembangkan untuk tujuan yang berbeda, yaitu tumbler mills, attrition mills, shaker mills, vibratory mills, dan planetary mills. Pada planetary micro mills, bola milling dan material dimasukan ke dalam wadah penggiling dan kemudian disentrifugasi, yang diatur dalam intensitas yang efisien. Wadah milling dan tiang cakram berputar ke arah yang berlawanan sehingga terjadi gesekan, bola milling bergerak di bagian dalam wadah milling, dan terjadi efek tumbukan, bola milling menumbuk dinding wadah dari arah berlawanan. Energi tersebut dihasilkan dari tumbukan yang lebih banyak dari cara penggilingan konvensional. Menghasilkan kinerja milling yang sangat baik dalam waktu yang sangat singkat. Kontaminasi dari lingkungan dapat dikurangi dengan menyegel wadah dengan flexible ’O’ ring setelah serbuk dimasukan, jika digunakan media zat cair dalam milling (biasanya zat organik) kontaminasi dari peralatan milling dapat dicegah. Kita dapat membuat partikel halus dengan perbedaan ukuran partikel dan mengakibatkan perbedaan sifat fisik. Beberapa parameter yang terdapat dalam

High energy ball milling adalah , jenis milling, atmosfir miling, media milling, bola sesuai ratio berat serbuk, waktu milling, suhu milling (Spinelnews, 2007). Liquid emulsion membrane (LEM) pertama kali dikembangkan oleh Li at Exxon. Metode LEM pertama kali menjadi perhatian yaitu pada tahun 1970-an dan 1980-an. LEM memiliki sejumlah aplikasi dalam penghilangan dan recovery pada larutan. Saat ini, metode ini telah digunakan untuk sintesis nanopartikel dan makromolekul. Penggunaan fase internal untuk mengontrol ukuran partikel dan morfologi menjadi bidang sangat menarik belakangan ini. Prosesnya terdiri dari empat tahap utama, tahap pertama adalah pencampuran fasa larutan internal dengan fasa organik untuk membentuk emulsi minyak – air. Kemudian dicampur di dalam tempat pencampuran yang lebih besar dengan fasa larutan eksternal untuk membentuk emulsi air – minyak – air . fasa eksternal mengandung ion yang akan dikirim melewati membrane untuk bereaksi dengan fasa internal. Proses yang terjadi pada metode LEM dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Proses yang terjadi pada metode LEM Transport ion logam terjadi melalui fasilitas transport menggunakan carrier dari feed solution. Ini terjadi pada tahap ketiga, pada tahap ini ion logam membentuk endapan yang kemudian dihilangkan dari produk. Tetesan kecil

emulsi umumnya digunakan sebagai pereaksi mikro. Tetesan emulsi internal berukuran mikro dianggap sebagai pemisah sedemikian rupa sehingga control ukuran partikel tidak tergantung pada keseluruhan larutan tetapi di dalam tetesan emulsi. Salah satu keuntungan menggunakan metode LEM adalah dapat dirancang dengan selektivitas tinggi tergantung tujuan yang diinginkan, contohnya pada penghilangan litium dari campuran kalium dan natrium. Keuntungan lain menggunakan metode LEM adalah biaya operasional terjangkau selama layer organik (minyak) dapat digunakan kembali dan memiliki tingkat pemisahan yeng tinggi dari area permukaan. Hirui et.al, melaporkan bahwa metode LEM dapat digunakan untuk sintesis kalsium fosfat bulat (spherical) (Gupta, 2004). Kondisi operasional yang optimum untuk setiap sistem berbeda dari setiap proses. Faktor – faktor seperti konsentrasi ion di kedua fasa, pH, dan suhu berperan besar dalam sifat produk. Salah satu kelemahan metode LEM yaitu emulsi bisa menjadi tidak stabil setelah kontak dengan feed solution dan pada pencampuran kecepatan tinggi (Gupta, 2004).

2.3.

Precipitated Calcium Carbonate (PCC) Precipitated Calcium Carbonate (PCC) sangat murni dan memiliki ukuran

partikel yang sangat halus, sampai 0,05 µm, terdiri dari campuran calcite dan aragonite. Fungsi utama PCC dalam industri kertas untuk meningkatkan kecerahan kertas dengan biaya yang tetap murah. Berikut adalah fungsi PCC sebagai pengisi (filler) :

a. Meningkatkan kualitas cetak dengan merubah kehalusan dan penyerapan tinta. b. Meningkatkan sifat-sifat fisik,tekstur dan stabilitas bentuk. Dalam industri plastik PCC digunakan sebagai pengisi (filler) dalam komposit polimer seperti PVC plastis dan kaku, poliester tak jenuh, polipropilen, dan polietilen. PCC juga digunakan dalam pelapisan (coating). Opasitas pelapisan dipengaruhi oleh kehalusan dan distribusi ukuran partikel. PCC dapat meningkatkan sifat pelapisan seperti, tahan cuaca, anti korosi, sifat reologi, dan tahan gesek. PCC juga digunakan dalam bidang pertanian sebagai pupuk. Berguna untuk menstabilkan pH tanah. Juga digunakan sebagai suplemen kalsium pada makanan hewan (Gupta, 2004). Kovacevic et.al menemukan bahwa CaCO3 nanokomposit memperlihatkan sifat khas dan meningkatkan sifat-sifat dalam komposit polimer. Dalam matriks polyvinyl acetate (PVac), morfologi komposit bergantung pada ukuran partikel pengisi. Bentuk jaringan nanopartikel terdispersi di dalam matriks, dimana partikel dalam skala mikro berbentuk pulau. Qui et.al mempelajari aplikasi CaCO3 nanopartikel sebagai aditif dalam minyak pelumas telah ditemukan bahwa CaCO3 nanopartikel menunjukan kapasitas good load-carrying dan sifat mereduksi gesekan (Gupta, 2004). Hingga kini, terdapat fakta dalam metode optimasi untuk mengontrol ukuran dan sifat morfologi partikel PCC. Metode mutakhir yang telah digunakan pun sulit untuk memprediksi ukuran partikel, morfologi dan membutuhkan jumlah energi yang besar. (Gupta, 2004).

Ada beberapa metode untuk sintesis nanopartikel. Pembuatan material nanofase dengan evaporasi gas adalah salah satu metodenya, yang diperkenalkan oleh Granqvist dan Burman. Adanya evaporasi termal telah diketahui membatasi metode ini untuk logam dan senyawa intermetalik. Keterbatasan ini dapat diatasi oleh Hahn dan Averback dengan mengganti sumber evaporasi termal dengan sputtering source sehingga memungkinkan untuk sintesis nanopartikel. Ukuran partikel bergantung pada tekanan Ar pada ruang pengoperasian. Sedikit perubahan pada tekanan akan merubah ukuran partikel (Gupta, 2004). Wong et.al mensintesis PCC berukuran nanometer (15-40 nm) menggunakan suspensi lime dalam reaktor berputar dan memiliki distribusi yang sangat terbatas. Tahapan terpenting dalam metode tersebut adalah pengaturan jumlah karbonasi yang terserap CO2, kemudian ditemukan pengontrolan dengan dissolusi Ca(OH)2. Metode ini juga dikenal dengan Presipitasi Reaktif Multifase Gravitasi Tinggi. Metode ini membutuhkan Centrifuge dengan akselerasi tinggi untuk membuat gravitasi yang besar melebihi gravitasi bumi. Dibutuhkan peralatan sintesis yang mahal. Wong et.al melaporkan bahwa bentuk (spherical dan needle-like seperti ditunjukan pada Gambar 2 ) dan morfologinya dapat diatur (Gupta, 2004).

Gambar 2. Mikrograf SEM dari CaCO3 berbentuk spherical dan needle-like.

Tsuzuki et.al mensintesis CaCO3 nanopartikel menggunakan reaksi mechanochemical diikuti dengan perlakuan panas. Reaksi perubahan fasa padat akan terjadi selama penggilingan mekanik pada reaksi pencampuran serbuk. Perlakuan panas memastikan sempurnanya reaksi. Keterbatasan metode ini adalah morfologi partikel calcite (ditunjukan pada Gambar 3) dan memerlukan pasokan energi yang besar. Penggilingan mekanik menyebabkan bentuk partikel dan distribusi yang tidak merata (Gupta, 2004). Liu et.al membuat partikel komposit CaCO3/SiO2 berukuran nanometer dengan proses sol-gel CaCO3 dan SiO3 dalam tangki reaktor berputar, dengan rata-rata ukuran komposit sol-gel CaCO3 kira-kira 40 nm. CaCO3 nanopartikel juga telah dibuat menggunakan tehnik mikro emulsi yang terdiri dari sodium dedocyl sulphate (SDS)/isopentanol/sikloheksana/air. Zhang et.al mensintesis nanopartikel CaCO3 dalam sistem reaksi Ca(OH)2/-H2O-CO2. Hal ini telah dilaporkan bahwa meningkatnya suhu dan fraksi massa suspensi Ca(OH)2 dapat meningkatkan ukuran partikel pada produk akhir (Gupta, 2004).

Gambar 3. Mikrograf SEM dari CaCO3 berbentuk kubus (calcite).

2.4.

Sonokimia

2.4.1

Ultrasonik Gelombang suara (bunyi) pada dasarnya mempunyai frekuensi dari yang

rendah hingga tinggi, seperti ditunjukan pada Gambar 4. Berdasarkan kegunaannya dapat dibedakan menjadi : 1) bunyi yang bisa didengar oleh manusia (16 Hz-18 Hz): 2) ultrasonik konvensional (20 KHz-100 KHz); 3) sonokimia (20 KHz-2 MHz); 4) ultrasonik untuk diagnostik (5 MHz-10 MHz). Frekuensi yang lebih rendah dimana energi akustiknya lebih besar bisa menginduksi terjadinya kavitasi dalam cairan. Peristiwa kavitasi inilah yang dimanfaatkan untuk sonokimia. Sonokimia biasanya menggunakan frekuensi antara 20 dan 40 KHz karena daerah ini merupakan kisaran frekuensi yang umum digunakan pada peralatan laboratorium. Ultrasonik frekuensi tinggi mulai dari 5 MHz dan di atasnya tidak menghasilkan kavitasi dan kisaran frekuensi ini banyak digunakan di bidang kesehatan (Yulianti, 2008). . Gelombang ultrasonik adalah gelombang suara yang memiliki frekuensi tinggi di atas ambang pendengaran manusia yaitu di atas 20 KHz, di mana pada frekuensi tersebut manusia tidak dapat mendengar (Tipler, 1990). Banyak aplikasi dari gelombang ultrasonik yang dapat ditemui dalam kehidupan sehari-hari. Di antaranya sebagai alat komunikasi pada hewan seperti kelelawar atau anjing. Di dunia medis pemanfaatan gelombang ultrasonik ini biasa digunakan sebagai feotal imaging sedangkan di dunia pelayaran sebagai pengukur kedalaman air (SONAR) (Ariyandi, 2006).

Gambar 4. Frekuensi gelombang suara Jauh sebelum ultrasonik ditemukan pada umumnya untuk meningkatkan reaksi kimia yang terjadi hal yang dilakukan adalah dengan memvariasikan panas, tekanan, cahaya atau dengan menambahkan katalis. Para ilmuwan menemukan bahwa ketika gelombang ultrasonik melalui medium sebagai gelombang tekanan dapat meningkatkan terjadinya reaksi kimia. Hal tersebut dikarenakan gelombang suara ultrasonik yang melalui medium diubah menjadi gelombang tekanan yang kemudian mempengaruhi panas dan tekanan yang pada akhirnya dapat meningkatkan reaksi kimia yang terjadi (Gareth, 1995). Bagi para peneliti khususnya kimiawan gelombang ultrasonik ini digunakan dalam reaksi kimia untuk meningkatkan reaksi kimia. Meningkatnya reaksi kimia disebabkan terbentuknya ion dan partikel yang tereksitasi akibat pemberian gelombang ultrasonik yang kemudian terperangkap dalam gelembung. Hal ini menyebabkan reaksi yang terjadi dapat meningkat dengan cepat yang disebabkan keadaan partikel yang tereksitasi. Partikel tersebut bebas bereaksi pada medium (Florence, 2005). Selain hal di atas pemberian gelombang ultrasonik

dapat menyebabkan perbedaan tekanan dan suhu yang tinggi sehingga dapat menciptakan pencampuran antara

larutan yang

cukup

efektif (emulsi)

(Gareth, 1995). Perkembangan ultrasonik dimulai pada tahun 1880 ketika Curie menemukan efek dari piezoelektrik. Kelebihan dari material ini adalah ketika diberikan tegangan dengan frekuensi yang tinggi maka kristal dalam material tersebut akan mengubah energi listrik menjadi energi vibrasi mekanik (suara). Perkembangan dari material ini kemudian dijadikan sebagai transduser sebagai bagian yang penting dalam pembuatan alat ultrasonik dalam berbagai macam aplikasi. Dalam perkembangannya gelombang ultrasonik dapat dipakai untuk menciptakan gelembung yang dapat menimbulkan berbagai macam efek yang salah satunya adalah mempercepat reaksi kimia. Hal tersebut dapat terjadi ketika gelombang ultrasonik pada frekuensi ultrasonik diterapkan pada sebuah objek (cairan homogen) maka adalah mungkin untuk menghasilkan reaksi kimia sebagai akibat dari efek gelombang akustik yang menghasilkan kavitasi yang lebih dikenal dengan kavitasi akustik (Ariyandi, 2006).

2.4.2

Kavitasi Akustik Kavitasi adalah proses terbentuknya gelembung mikro di dalam media

perantara dalam hal ini cairan akibat pengaruh gelombang ultrasonik yang diberikan. Proses peregangan dan tekanan membuat gelombang kavitasi tersebut mengecil dan membesar sebagaimana perubahan gradient tekanan yang terjadi pada lingkungan (Yulianti, 2008). Kavitasi akustik dihasilkan oleh ultrasonik, di

mana gelombang tersebut menghasilkan noda dan anti noda yang berhubungan dengan

tegangan

dan

regangan

yang

terjadi

pada

gelombang

suara.

(Ariyandi, 2006). Menurut teori hot spot, ketika kavitasi terbentuk maka akan mucul dua jenis kavitasi, yang pertama adalah kavitasi stabil di mana terjadi perbedaan tekanan yang dapat menyebabkan gelembung tersebut bertahan pada cairan daripada mengalir ke permukaan, fenomena ini disebut akustik levitasi. Hal ini berbeda dengan gelembung pada umumnya yang cenderung mengalir ke permukaan di mana pergerakan gelembung mengarah ke tekanan yang lebih rendah. Kavitasi yang juga terbentuk adalah kavitasi transien, di mana gelembung yang terbentuk naik ke permukaan dan pecah akibat perbedaan tekanan dan perbedaan suhu yang sangat tinggi (Brennen, 1995). Proses terjadinya kavitasi ditunjukan pada Gambar 5, prosesnya diawali dengan terbentuknya gelembung (bubble), diikuti dengan pertumbuhan gelembung (bubble grows), mencapai ukuran yang tidak stabil (unstable size) dan akhirnya pecah (collapse) pada temperature yang sangat tinggi (diatas 5000oC).

Gambar 5. Proses terjadinya kavitasi

Ketika tekanan luar rendah, gelembung melebar dan luas permukaan meningkat yang dapat menyebabkan gas/uap terdifusi ke dalam gelembung. Hasilnya tekanan di dalam meningkat. Lalu ketika tekanan di luar meningkat lagi maka ada tekanan di dalam yang kemudian menyebabkan gelembung pecah menjadi ukuran yang lebih kecil. Pada saat yang sama, meningkatnya tekanan di dalam akan memaksa gas/uap untuk berdifusi keluar cairan (Brennen, 1995). Semakin lama siklus dari kavitasi tersebut maka kavitasi yang terbentuk akan semakin banyak. Pertumbuhan dari kavitasi ini akan mencapai titik kritis ketika secara efisien dapat menyerap energi dari iradiasi ultrasonik (ukuran kritis) (Ariyandi, 2006).

2.4.3

Aplikasi Sonokimia Salah satu aplikasi baru yang terpenting dari sonokimia adalah untuk

sintesis dan modifikasi material anorganik. Pada zat cair yang diiradiasi dengan gelombang ultrasonik intensitas tinggi, kavitasi akustik membuat pecahnya gelembung memproduksi pemanasan yang tinggi, tekanan tinggi, dengan waktu yang singkat, kejadian ini membatasi Hot spot yang merangsang terjadinya reaksi kimia berenergi tinggi. Hot spot ini memiliki suhu sampai 5000 oC, dan tekanan sekitar 1000 atm. Dengan demikian manfaat dari kavitasi berarti memusatkan energi bunyi yang tersebar kedalam kondisi yang khusus untuk membuat material khusus dari prekursor terlarut (Suslick, et al, 1999). Zat padat yang terbuat dari komponen berukuran nanometer sering menunjukan sifat-sifat yang berbeda dari biasanya, dikarenakan sebagian

kelompok kecil yang memiliki struktur elektronik yang memiliki densitas yang tinggi. Material nanostruktur telah menjadi sesuatu yang mutakhir, dan beberapa metode telah dikembangkan untuk pembuatannya. Beberapa metode sintesis material nanostruktur adalah : a. Metode fasa gas ( molten metal evaporation, flash vacuum thermal, and laser pyrolysis decomposition of volatile organometallics), b. Metode fasa cair (reduction of metal halides with various strong reductants, colloid techniques with controlled nucleation), c. Penggabungan keduanya (synthesis of conventional heterogeneous catalist on oxide supports, metal atom vapor deposition into cryogenic liquids, explosive shock synthesis) (Suslick, et al 1999).

2.5.

Struktur Kristal

2.5.1

Konsep Dasar Kristal adalah padatan yang atom-atomnya, ion-ionnya, atau molekul-

molekulnya berada dalam susunan tiga dimensi yang teratur. Kebanyakan logam bersifat kristalin, sedangkan kaca dan sebagian besar polimer bersifat amorphous. Terdapat dua jenis kristal, yaitu kristal tunggal (single crystal) dan polikristal, seperti dtunjukan pada Gambar 6. Kristal tunggal adalah suatu material dimana semua atom-atomnya tersusun sendiri dalam satu arah, sedangkan polikristal adalah suatu material yang tersusun atas beberapa kelompok atom atau butir (grain) yang memiliki orientasi yang berbeda satu sama lain (Sofyan, 2007).

Beberapa sifat dari material kristalin tergantung dari struktur kristalnya, dimana atom-atom, ion-ion, dan molekul-molekulnya tersusun (Callister, 2007).

Gambar 6. Kristal tunggal dan polikristal. Ketika menggambarkan struktur kristal, atom-atomnya digambarkan dengan bola dengan diameter yang telah ditentukan. Gambaran tersebut dikenal dengan model bola atom banyak (atomic hard sphere model), yang mana bolabola tersebut menggambarkan atom-atom dari jarak terdekat yang saling bersentuhan, seperti ditunjukan pada Gambar 7. Dalam hal ini semua atom identik, terkadang istilah kisi (lattice) digunakan dalam konteks struktur kristal; kisi adalah susunan titik-titik dalam ruang tiga dimensi sedemikian rupa sehingga setiap titik memiliki lingkungan yang sama (Callister, 2007).

2.5.2

Unit Sel Orde atom dalam zat padat kristalin menunjukan bahwa grup kecil dari

atom-atom

membentuk pola

yang berulang.

Dengan

demikian,

dalam

menggambarkan struktur kristal sering disesuaikan dengan membagi struktur kristal menjadi satuan unit berulang yang lebih kecil yang disebut unit sel, seperti

ditunjukan pada Gambar 7. Unit sel untuk kebanyakan struktur kristal adalah bidang sejajar atau prisma yang memiliki tiga bidang muka (face) yang sejajar yang digambarkan dengan bola, yang dalam hal ini membentuk kubus. Unit sel merupakan unit struktur dasar atau blok penyusun struktur kristal dan menegaskan struktur kristal dengan geometri yang nyata dengan posisi atom di dalamnya (Callister, 2007).

Gambar 7. Unit sel dan kisi kristal (lattice)

2.5.3

Sistem Kristal Terdapat beberapa kemungkinan perbedaan struktur kristal, sehingga hal

ini tepat untuk menjadi dasar pengelompokan menjadi beberapa kelompok menurut konfigurasi unit sel atau susunan atom. Pada skema yang diambil dari geometri unit sel (bentuk unit sel bidang sejajar yang sesuai tanpa memperhatikan posisi atom di dalam sel) atau disebut framework ini ditetapkan sistem koordinat x, y, z. Geometri unit sel secara lengkap didefinisikan dalam 6 parameter, 3 rusuk a, b, c dan 3 sudut interaksial α, β, γ, seperti ditunjukan pada Gambar 8. Parameter ini disebut dengan parameter kisi (Lattice parameters).

Gambar 8. Unit sel dengan sumbu koordinat (x, y, z), aksial (a, b, c), dan sudut interaksial (α, β, γ) Dalam hal ini ada tujuh kemungkinan kombinasi perbedaan dari rusuk a, b, c, dan sudut interaksial α, β, γ, yang mewakili perbedaan sistem kristal. Tujuh sistem kristal ini terdiri dari kubik, tetragonal, heksagonal, ortorombik, rombohedral (trigonal), monoklinik, dan triklinik. Hubungan sistem kristal dengan parameter kisi ditunjukan pada Tabel 1. Sistem kubik (a = b = c, α = β = γ = 90o) merupakan sistem yang memiliki tingkat simetri yang terbaik, sedangkan sistem triklinik (a ≠ b ≠ c, α ≠ β ≠ γ) merupakan sistem yang memiliki tingkat simetri yang paling akhir.

Tabel 1. Hubungan sistem kristal dengan parameter kisi

Sistem kristal

Parameter kisi

Kisi Bravais Simple Body-centered Face-centered Simple Body-centered

Kubik

a = b = c , α = β = γ = 90o

Tetragonal

a = b ≠ c , α = β = γ = 90o

Ortorombik

a ≠ b ≠ c , α = β = γ = 90o

Rombohedral (Trigonal)

a = b = c , α = β = γ ≠ 90o

Simple

Heksagonal

a = b ≠ c , α = β = 90o ,γ = 120 o

Simple

Monoklinik

a ≠ b ≠ c , α = γ = 90o, ≠ β

Simple Base-centered

Triklinik

a ≠ b ≠ c , α ≠ β ≠ γ ≠ 90o

Simple

2.5.4

Simple Body-centered Base-centered Face-centered

Bidang Kristalografi (Indeks Miller) Orientasi bidang dari struktur kristal telah digambarkan dengan cara yang

sama, yaitu dengan dasar unit sel dengan sistem tiga sumbu koordinat, seperti yang ditunjukan pada Gambar 8. Seluruh sistem kristal, kecuali heksagonal, bidang kristalografinya ditetapkan dengan tiga Indeks Miller, yaitu h, k, dan l. Seperti ditunjukan pada Gambar 9. Prosedur untuk menentukan Indeks Miller adalah sbb :

1) Tentukan sumbu awal (origin)

2) Tentukan titik potong antara bidang dan sumbu : 1, 1, ∞ 3) Tentukan kebalikannya :

1

1

1

=> 1 1 ∞ 4) Tentukan kelipatan terkecil (faktorisasi) : (110)

1, 1, 0

Gambar 9. Bidang kristalografi (Indeks Miller)

2.6.

X-Ray Diffraction (XRD) Sinar-X ditemukan pertama kali oleh seorang fisikawan Jerman bernama

Rontgen pada tahun 1895 pada saat sedang melakukan percobaan dengan melewatkan muatan listrik melalui tabung dengan kevakuman tinggi. Uniknya dinamakan sinar-X karena sifat-sifat alami dari sinar-X belum dapat diketahui pada saat itu (Cullity, 2001). Pada penelitian selanjutnya diketahui bahwa sinar-X ini merupakan radiasi gelombang elektromagnetik, serupa dengan cahaya tampak tapi memiliki panjang gelombang yang berbeda dengan panjang gelombangnya berkisar pada 1 Å. Sinar-X berada pada daerah antara sinar gamma dan sinar

ultraviolet

dalam

spektrum

gelombang

elektromagnetik.

Gambar

10.

memperlihatkan spektrum gelombang elektromagnetik.

Gambar 10. Spektrum gelombang elektromagnetik. Adanya struktur kristal dapat dibuktikan dengan analisis difraksi sinar-X. berkas gelombang elektromagnetik yang mengenai kristal mengalami difraksi sesuai dengan hukum fisika. Penggunaan sinar-X sebagai sumber dalam proses difraksi untuk meyelidiki struktur kristal material dikarenakan sinar-X adalah spektrum gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang 0,1- 100 Å. Panjang gelombang ini seorde dengan jarak antar atom pada kristal sehingga cahaya yang datang akan didifraksikan oleh atom-atom dalam kristalnya. Jika digunakan cahaya yang panjang gelombangnya tidak seorde maka cahaya yang datang tidak akan terdifraksi dan struktur kristalnya tidak dapat diketahui (Cullity, 2001). Perbedaan

panjang

gelombang

menunjukan

interaksi

gelombang

elektromagnetik terhadap materi yang berbeda. Panjang gelombang yang

digunakan untuk XRD berbeda dengan yang digunakan untuk keperluan medis. Untuk keperluan medis menggunakan soft x-ray dengan panjang gelombang 10 - 50 Å, sedangkan untuk XRD menggunakan panjang gelombang 0,5 - 2,5 Å (Sumhaeni, 2005). Ketika berkas sinar-X menumbuk permukaan kristal membentuk sudut θ, maka akan dihamburkan oleh lapisan atom pada permukaan. Berkas sinar-X yang tidak dihamburkan menembus ke lapisan atom kedua dimana berkas dihamburkan lagi, dan berlanjut sampai ke lapisan ketiga (Gambar 11.) (Skoog, 1998). Jika panjang gelombang hamburan sinar-X tidak berubah (foton sinar-X tidak kehilangan banyak energi) dinamakan hamburan elastik (hamburan Thompson) dan terjadi transfer momentum dalam proses hamburan (Afandi, 2006). Persyaratan untuk difraksi sinar-X adalah, ruang antar lapisan atom harus keras dan pusat hamburan harus terdistribusi meregang (Skoog, 1998). Pada tahun 1912 W.L. Bragg mempelajari difraksi sinar-X oleh kristal seperti ditunjukan pada Gambar 11. Disini terlihat bahwa berkas tipis radiasi menumbuk permukaan kristal membentuk sudut θ, terjadi hamburan sebagai konsekuensi terjadinya interaksi radiasi dengan atom pada posisi O, P, dan R. Jika jarak AP + PC = n λ dimana n adalah integer, radiasi yang dihamburkan akan berada pada O, C, D, dan kristal akan memantulkan radiasi sinar-X. Sedangkan AP = PC = d sin θ dimana d adalah jarak antar bidang kristal. Sehingga kita dapat menuliskan sebuah persamaan sebagai berikut :

n λ = 2d sin θ dimana :

n

: nomor orde hamburan

λ

: panjang gelombang

θ

: sudut difraksi yang menggambarkan posisi puncak

d

: jarak antar bidang

Persamaan tersebut dikenal dengan persamaan Bragg dan merupakan pokok yang sangat penting dalam XRD. Perlu dicatat bahwa pantulan sinar-X dari kristal terjadinya

jika

hanya

sudut

yang

terjadi

memenuhi

kondisi

berikut,

Sin θ = n λ / 2 d (Skoog 1998). Dalam pola difraksi XRD, sudut difraksi yang ditampilkan adalah 2θ, dikarenakan sudut datang dianggap sama dengan sudut difraksi.

Gambar 11. Proses Difraksi sinar-X. Parameter kisi dapat dihitung dengan menggunakan prinsip persamaan jarak antar bidang, yaitu : Geometri kristal kubik

1 d2

h2

k2 a2

l2

Geometri kristal tetragonal

h2

1 d2

k2 a2

l2 c2

Geometri kristal heksagonal =

(

)

+

Geometri kristal ortorombik

1 d2

h a2

k b2

l c2

Dimana d adalah jarak antar bidang; h, k, l adalah Indeks Miller dan a, b, c adalah parameter kisi Derajat kristalinitas yaitu besaran yang menyatakan banyaknya kandungan kristal dalam suatu material dengan membandingkan luasan kurva kristal dengan total luasan amorf dan kristalit. Derajat kristalinitas dihitung menggunakan parameter Full Width at Half Maximum (FWHM), ditunjukan pada Gambar 12. Fraksi luas kristal atau amorf dihitung dengan mengkalikan FWHM (B) dengan intensitas. FWHM dianggap sebagai setengah alas dan intensitas sebagai tingginya (Nurmawati, 2007). FWHM (B) = Fraksi luas kristal = B kristal Intensitas Fraksi luas amorf = B amorf Intensitas

Gambar 12. Full Width at Half Maximum (FWHM) Perhitungan ukuran kristal digunakan Persamaan Scherrer yaitu D

Kλ B cos θ

Di mana D merupakan diameter rata-rata, K merupakan faktor keadaan, B merupakan perluasan full width at half maximum (FWHM) puncak difraksi yang dihitung dalam radian,

merupakan panjang gelombang sinar-x dan θ merupakan

sudut difraksi Bragg (Skoog 1998).

2.7.

Scanning Electron Microscope (SEM) Scanning Electron Microscope (SEM) adalah alat deteksi yang

menggunakan sinar elektron berenergi tinggi untuk melihat objek pada skala yang sangat kecil. Scanning Electron Microscope (SEM) memberikan penjelasan yang detail dari suatu permukaan, memberikan informasi mengenai ukuran dan bentuk dan ukuran dari suatu nanopartikel (Afandi, 2006). Scanning

Electron

Microscope

(SEM)

adalah

microscope

yang

menggunakan hamburan elektron dalam membentuk bayangan. Alat ini memiliki banyak keuntungannya jika dibandingkan dengan menggunakan mikroskop cahaya. SEM menghasilkan bayangan dengan resolusi yang tinggi, yang maksudnya adalah pada jarak yang sangat dekat tetap dapat menghasilkan perbesaran yang maksimal tanpa memecahkan gambar. Persiapan sampel relatif

mudah. Kombinasi dari perbesaran kedalaman jarak fokus, resolusi yang bagus, dan persiapan yang mudah, membuat SEM merupakan alat yang sangat penting untuk digunakan dalam penelitian saat ini, skema SEM ditunjukan pada Gambar 13. SEM terdiri dari dua bagian utama, yaitu konsol elektronik dan kolom electron. Pada konsol terdapat tombol-tombol yang berguna untuk mengatur fokus, perbesaran, dan intensitas gambar pada tampilan layar. Kolom merupakan tempat berkas elektron dihasilkan, difokuskan ke suatu titik kecil dan di scan melewati sampel untuk membuat sinyal yang dapat mengontrol intensitas gambar pada layar. Di bawah ini adalah komponen-komponen penyusun SEM : a. Penembak elektron (Electron gun) Sumber elektron ditempatkan pada bagian atas kolom dimana elektron diemisikan dari kawat tungstein dan diakselerasikan melewati kolom vakum. Tiga komponen penghasil elektron yaitu, kawat pijar (filament), wehnelt yang berguna mengatur jumlah elektron yang dikeluarkan, dan anoda yang mempercepat electron pada tegangan 0,2 – 40 kV, vakum minimal mendekati 10-5 torr, karena elektron hanya dapat melaju dalam jarak pendek di udara. b. Lensa elektron (Electron lens) Terdiri dari dua lensa kondensor dan satu lensa objektif yang berguna untuk memperkecil berkas elektron menjadi titik kecil dengan diameter 0,1 – 1 µm. Lensa kondensor ditempatkan di dekat penembak elektron dan lensa objektif ditempatkan di dekat ruang sampel.

c. Sistem scanning (Scanning system) Gambar dibentuk dengan melewatkan berkas elektron pada permukaan sampel dengan cara yang sama dengan yang terjadi pada tabung sinar-x. koil scan yang berada pada lensa objektif berguna untuk membelokan berkas elekron. d. Celah objektif (Objective aparture) Plat tebal (dari platinum atau molybdenum) dengan lubang kecil berdiameter 50 – 170 µm ditempatkan pada lensa objektif. Celah ini berguna untuk membatasi pelebaran berkas elektron sehingga mengurangi penyimpangan meningkatkan kedalaman pada gambar. e. Ruang sampel (Specimen chamber) Ruang kosong dibawah lensa objektif berisi tempat sampel (holder) yang berdekatan dengan detektor dan sistem vakum. f. Detektor elektron (electron detector) Detektor elektron sensitif dengan elektron terpantul (backscattered elecron) dan elektron kedua (secondary electron). Elektron terpantul cukup berenergi untuk langsung tertarik ke detektor, sedangkan elektron kedua tertarik ke detektor dengan positive charge yang berada di depan detektor. Kedua berkas elektron tersebut diteruskan ke layar scintillator dimana kedua elektron tersebut menghasilkan cahaya yang diperjelas oleh tabung photomultiplier untuk menghasilkan sinyal elektron yang akan digunakan untuk mengatur intensitas gambar pada layar. g. Sistem vakum (vacuum system)

Sistem vakum pada kebanyakan instrumen SEM dihasilkan dengan pompa difusi menggunakan pompa mekanik. Pompa mekanik dan sistem klep digunakan untuk memvakumkan sistem, karena pompa difusi hanya dapat beroperasi dalam keadaan vakum (Gabriel, 1992).

Gambar 13. Skema Scanning Electron Microscope (SEM)

Lokasi pada sampel yang diamati, atau dengan kata lain mikro-volume yang dianalisis, diiradiasi dengan berkas elektron yang sangat terfokus (finely focused electron beam), yang didapat dengan cara statik pada suatu lokasi saja atau menyapu seluruh permukaan sampel. Bila berkas elektron ini menumbuk sampel maka akibat interaksi antara elektron dengan material akan diemisikan sinyal-sinyal seperti ditunjukan pada Gambar 14. Sinyal-sinyal tersebut adalah :

a. elektron sekunder (secondary electrons), b. elektron terpantul (backscattered electrons), c. Auger electrons, d. Karakteristik sinar-X (characteristic x-ray), dan e. foton dengan energi yang berbeda-beda.

Gambar 14. Sinyal – sinyal emisi pada SEM Sinyal-sinyal ini berasal dari volume terkecil yang disebut volume emisi spesifik dari sampel dan dapat digunakan untuk mengetahui beberapa karakteristik dari sampel seperti: komposisi, topografi permukaan, kristalografi. Untuk SEM, sinyal yang sangat penting adalah elektron sekunder dan elektron terpantul karena kedua signal ini bervariasi sebagai akibat dari perbedaan topografi permukaan ketika berkas elektron tersebut men-scan permukaan sampel. Emisi elektron sekunder terkungkung pada volume di sekitar permukaan di mana berkas elektron menumbuk, sehingga memberikan bayangan dengan resolusi yang relatif tinggi. Penampakan tiga dimensi dari bayangan yang diperoleh berasal dari kedalaman yang ditembus oleh medan SEM seperti juga efek bayangan dari elektron sekunder.

Proses kerja SEM ditunjukan pada Gambar 15. Penembak elekron (electron gun) menghasilkan pancaran elektron monokromatis. Lensa pemfokus pertama menghasilkan pancaran dan batas arus, pada celah lensa berfungsi untuk mengurangi pembelokan sudut. Lensa pemfokus kedua membentuk pelemahan (pancaran sinar koheren), celah lensa dikendalikan untuk mengurangi pembelokan sudut dari pancaran lensa pertama.

Gambar 15. Proses Kerja Scanning Electron Microscope (SEM)

Pancaran yang dilewatkan lensa kedua akan mengalami proses scan oleh koil penyearah untuk membentuk ganbar dan diteruskan ke lensa akhir untuk difokuskan ke sampel. Interaksi pancaran elektron dengan sampel dan elektron yang diterima oleh detektor. Detektor akan menghitung elektron-elektron yang diterima dan menampilkan intensitasnya (Afandi, 2006).

2.8. Rietveld Analysis (Rietan) Rietveld Analysis (Rietan) adalah merupakan suatu paket perangkat lunak (sofware) komputer yang telah dikembangkan penggunaannya dalam metode Rietveld untuk menganalisis data difraksi neutron maupun difraksi sinar-x. Dalam metode difraksi, analisis yang paling ideal adalah menggunakan cuplikan kristal tunggal. Namun pada prakteknya sering ditemukan kesulitan dalam menemukan kristal tunggal dikarenakan biaya yang sangat tinggi, dan untuk mengatasi hal tersebut biasanya digunakan cuplikan serbuk polikristal. Sekarang problem yang dihadapi dalam penggunaan cuplikan serbuk polikristal adalah hilangnya sebagian informasi yang penting akibat saling bertumpuknya beberapa puncak difraksi, sehingga hasil percobaannya kurang teliti dan akurat. Untuk mengatasi hal ini, digunakan metode Rietvield. Keunggulan metode Rietvield dibandingkan dengan metode lain (database Joint Commite Powder Diffraction Standar), adalah dapat menganalisis dan memisahkan puncak-puncak pola difraksi yang saling bertumpuk dan kompleks. Prinsip dasar analisis Rietvield adalah mencocokan (fitting) profil puncak perhitungan terhadap profil puncak pengamatan. Pencocokan profil tersebut dilakukan dengan menerapkan prosedur perhitungan kuadrat terkecil non linier yang diberi syarat batas. Jadi analisis Rietvield tidak lain adalah problem optimasi fungsi non linier dengan pembatas (constrains). Sehingga meminimumkan fungsi objektif, yang dapat dinyatakan dalam persamaan berikut : f (x) =

∑ wi [yi (o) – yi (c)]2

dimana wi adalah faktor bobot, yi (o) adalah intensitas pengamatan (observation) dan yi (c) adalah intensitas perhitungan (calculation) (Adi, 2009) Metode Rietvield menganggap bahwa setiap titik pada pola difraksi sebagai suatu pengamatan tunggal yang mungkin mengandung kontribusi terhadap sejumlah refleksi Bragg yang berbeda. Untuk mewujudkan hal ini dipilih fungsi yang sesuai dengan bentuk profil puncak-puncak yang muncul pada pola difraksi suatu kristal. Jadi prinsip dasar dari metode Rietveld adalah membuat model dugaan intensitas hasil perhitungan, kemudian dimodelkan/dicocokan (fitting) dengan intensitas hasil percobaan (Izumi, 1989).

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1

Waktu dan Tempat Penelitian Tugas Akhir Penelitian ini dilakukan selama delapan bulan yang dilaksanakan dari

bulan Juli 2008 sampai dengan bulan Maret 2009, dilaksanakan setiap hari kerja yaitu dari hari Senin sampai Jum’at. Penelitian tugas akhir ini dilakukan di Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir (PTBIN) Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) kawasan PUSPIPTEK Serpong.

3.2

Alat dan Bahan

3.2.1

Alat yang digunakan Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah gelas beaker, batang

pengaduk, cawan petri, buret, neraca analitik, oven, dan

ultrasonic probe

(Sonics Vibracell), centrifuge (Medifriger,BL-s P-Selecta), SEM Coating Units (Taab SEM S500). Karakterisasi pada penelitian ini menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) Phillips PW 2213/30 dan Analytical Scanning Electron Microscope (SEM) JEOL JSM 6510 LA.

3.2.2

Bahan yang digunakan Bahan-bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah CaCl2 (p.a),

Na2CO3 (p.a), Larutan AgNO3 10% dan aquadest.

3.3

Diagran Alir Penelitian Pada Gambar 16 ditunjukan diagram alir penelitian. Dimulai dengan

penelusuran literatur dan penyusunan proposal, kemudian memasuki tahapan kerja, dibuat larutan jenuh CaCl2 dan Na2CO3, kemudian direaksikan melalui proses sonokimia, setelah sampel terbentuk dicuci, setelah itu sampel dianalisis menggunakan XRD dan SEM, data yang diperoleh diolah untuk penyusunan laporan.

Penelusuran literatur dan penyusunan proposal

Larutan CaCl2 jenuh

Larutan Na2CO3 jenuh Proses presipitasi dan Sonokimia

Sampel CaCO3 Pencucian sampel Analisis dan karakterisasi

XRD

SEM

Pengolahan data

Penyusunan Laporan

Gambar 16. Diagran alir penelitian

3.4.1

Pembuatan larutan CaCl2 dan NaCO3 Dibuat larutan CaCl2 jenuh sebanyak 100 ml dengan cara melarutkan

CaCl2 serbuk kedalam 100 ml aquadest hingga jenuh. Dengan cara yang sama dibuat juga larutan Na2CO3 jenuh sebanyak 100 ml. Untuk mencapai kejenuhan dibutuhkan 60 gram CaCl2 dan 30 gram Na2CO3.

3.4.2

Proses Presipitasi CaCO3 dengan Sonokimia Ditempatkan larutan Na2CO3 jenuh dan CaCl2 jenuh masing-masing

sebanyak 15 ml ke dalam wadah beaker glass. Dimasukan alat ultrasonic probe ke dalam larutan Na2CO3, diatur besar amplitudo 40% dan dinyalakan. Kemudian dituangkan larutan CaCl2 ke dalam larutan Na2CO3. Waktu sonokimia divariasikan, yaitu 0, 30, 60, 90, 120, 150, dan 180 menit. Diagram skematik proses presipitasi dengan Sonokimia ditunjukan pada Gambar 17. Persamaan reaksi :

Na2CO3 + CaCl2 → CaCO3 + 2NaCl

Keterangan : 1) Statif 2) Larutan CaCl2 jenuh 3) Ultrasonik Probe 4) Panel control Ultrasonik 5) Larutan Na2CO3 jenuh 6) Wadah batu es 7) Penyangga Gambar 17. Diagram skematik proses presipitasi.

3.4.3

Pencucian Sampel Sampel CaCO3 yang telah terbentuk dicuci dengan aquadest untuk

menghilangkan NaCl yang terbentuk selama reaksi berlangsung. Setelah dicuci diendapkan kembali menggunakan Centrifuge dengan kecepatan 9000 rpm selama 15 menit. Proses pencucian dilakukan sebanyak 4 kali untuk meyakinkan tidak ada NaCl tersisa. Keberadaan NaCl pada sampel CaCO3 diuji dengan menggunakan larutan AgNO3. Sampel CaCO3 yang telah bersih dari NaCl dikeringkan di dalam oven 150 oC selama ± 60 menit dan disimpan di dalam wadah plastik.

3.4.4

Karakterisasi dengan X ray Diffraction (XRD) Pada pengukuran menggunakan XRD, sampel

CaCO3

berbentuk serbuk yang telah dikeringkan. Sumber sinar-x yang digunakan adalah tube anode

Cu Kα ( λ=1,54056Å ), mode:

continuous-scan, step size : 0,02°, dan time per step: 0,5 detik. Diagram skematik proses Difraksi Sinar-X ditunjukan pada Gambar 18.

Gambar 18. Diagram skematik proses Difraksi Sinar-X. Karakterisasi dilakukan dengan langkah-langkah berikut : 1. Disiapkan sampel CaCO3 yang sudah dikeringkan ± 2 gram. 2. Sampel dimasukkan ke dalam sample holder berukuran 2 x 2 cm2. 3. Sample holder dikaitkan pada lingkar diffraktometer. 4. Pada komputer diset nama sampel, sudut awal, sudut akhir, dan kecepatan analisis, kemudian di-run.

3.4.5

Karakterisasi dengan Scanning Electron Microscope (SEM) Pada pengukuran menggunakan SEM, sampel haruslah merupakan zat

yang dapat menghantarkan arus listrik seperti halnya logam, karena CaCO3 tidak dapat menghantarkan arus listrik maka sebelum dianalisis terlebih dahulu dilapisi logam. Logam emas lebih disukai karena emas merupakan logam inert dan bersifat konduktif. Preparasi sampel dengan SEM dilakukan sebagai berikut : 1. Sampel dilekatkan diatas stube menggunakan carbon doubletape. 2. Kemudian sampel dilapisi dengan lapisan emas dengan menggunakan alat SEM coatings unit dengan metode sputtering coating selama 3 menit (Gabriel, 1992) 3. Sampel yang telah dilapisi emas kemudian diletakan dalam ruang sampel pada SEM dan diamati dengan tegangan 5 kV dan perbesaran 2.000 x dan 5.000 x.

3.4.6

Uji Statistik Korelasi Pearson Data yang diperoleh dari hasil analisis ukuran kristal CaCO3 kemudian

diinput ke dalam program SPSS 16 menggunakan Korelasi Pearson untuk diuji hubungan antara waktu sonokimia terhadap ukuran kristal. Adapun langkahlangkahnya sebagai berikut : 1. Input data yang terdiri dari dua variabel, kolom 1 sebagai variabel x (waktu sonokimia) dan kolom 2 sebagai variabel y (ukuran kristal) . 2. Klik analyze
correlate
Bivariate 3. Pindahkan kedua variabel ke dalam box variables 4. Centang koefisien Korelasi Pearson, klik OK 5. Output yang dihasilkan diinterpretasi dengan melihat nilai signifikansi yang dibandingkan dengan α (0,05) dan dengan melihat koefisien korelasinya.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1.

Analisis Kualitatif Pola XRD Sampel CaCO3 Pada Gambar 19 dapat dilihat puncak-puncak difraksi hasil sampel

(CaCO3 ). Tampak dalam gambar pola difraksi sinar-x sampel CaCO3 hasil penelitian terjadi beberapa puncak, tiga puncak tertinggi (intensitas besar) yaitu pada sudut 2θ : 29,52 ; 48,58 ; 47,58. Mengacu pada referensi , puncak difraksi 29,52 dihasilkan oleh bidang 104, puncak difraksi 48,58 dihasilkan oleh bidang 116 dan puncak difraksi 47,58 dihasilkan oleh bidang 018. Referensi diambil dari data calcium carbonate calculated from Inorganic Crystal Structure Database (ICSD) using POWD-12++, (1997) maslen, E.N., streltsov, V.A., streltsova, N.R., Acta crystallography., Sec.B; structural science, 49, 636 (1993) dimana puncak terjadi pada sudut 2θ: 29,394 (bidang 104) ; 48,494 (bidang 116) ; 47,499 (bidang 018). Kesesuaian nilai-nilai puncak difratksi hasil penelitian dengan puncak difraksi pada referensi mengindikasikan bahwa sampel yang dibuat dengan proses sonokimia pada penelitian ini adalah CaCO3 . Ketiga puncak difraksi tertinggi tersebut kemudian digunakan untuk analisis perhitungan ukuran kristal sampel CaCO3 dengan menggunakan persamaan Scherrer. Berdasarkan hasil identifikasi awal tersebut kemudian dilakukan refinement

menggunakan

program

Rietvield

Analysis

(RIETAN)

untuk

memastikan bahwa puncak-puncak tersebut adalah puncak-puncak dari fasa

CaCO3 . Hasil refinement tersebut kemudian digambarkan menggunakan program grafik IGOR Pro Wavemetrics dan diperoleh kurva pola difraksi sinar-x hasil pengukuran (observasi) yang telah difitting dengan pola difraksi sinar-x hasil perhitungan (kalkulasi) dari sampel CaCO3.

1600

Intensitas (arb. unit)

1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0

10

20

30

Sudut 2θ 50 /o 40

60

70

80

90

Gambar 19. Difraktogram CaCO3 (atas) standar ICSD, dan hasil penelitian (bawah). Gambar 20 adalah pola difraksi sinar-x sampel CaCO3 hasil refinement menggunakan program RIETAN. Kurva pola difraksi sinar-x hasil observasi ditunjukkan dengan simbol plus (+) berwarna merah, pola difraksi sinar-x hasil simulasi ditunjukkan dengan simbol line (-) berwarna hijau, titik-titik puncak fasa

atau indeks Miller ditunjukkan dengan simbol bar (I) berwarna hitam, dan kurva selisih antara hasil observasi dengan kalkulasi ditunjukkan dengan simbol line (-) berwarna biru. Kurva selisih ini yang kemudian digunakan untuk menunjukkan kualitas hasil fitting dari pola difraksi sinar-x hasil observasi dan simulasi. Semakin datar atau semakin lurus kurva selisih ini, maka kualitas fitting semakin baik.

1400 1200

Intensity

1000 800 600 400 200 0

20

40

60

80

2θ / °

Gambar 20. Hasil refinement dari pola difraksi sinar-x sampel CaCO3.

4.2.

Analisis ukuran kristal sampel CaCO3 Dalam analisis ukuran kristal sampel CaCO3, pola difraksi sinar-x

dianalisis menggunakan program Microcal Origin 3.5 scientific and technical graphics dan program Rietvield Analysis (RIETAN) untuk menentukan ukuran kristal CaCO3. Full Width at Half Maximum (FWHM) dari hasil pola difraksi sinar-x dijadikan indikator untuk menghitung ukuran kristal dengan menggunakan persamaan Scherrer : D

Kλ B cos θ

Dimana

:

D = Diameter kristal λ = Panjang gelombang sinar-x θ = Sudut diffaksi Bragg

K = Konstanta Scherrer B = FWHM (radian)

Tabel 2. Ukuran kristal sampel CaCO3 dengan varisasi waktu sonokimia. Waktu Nama Sampel

sonokimia

Ukuran kristal (nm) Microcal Origin

RIETAN

45,17103

63,13760

30

43,32310

60,46959

60

47,74511

67,59576

90

42,67110

58,85468

120

37,49416

53,37478

150

36,11462

47,74212

180

33,43377

43,13037

(menit)

0 (CaCO3 blanko) (CaCO3)

Ukuran kristal sampel CaCO3 dengan varisasi waktu sonokimia dapat dilihat pada Tabel 2. Ukuran kristal sampel CaCO3 hasil análisis menggunakan Microcal Origin, menurun seiring meningkatnya waktu sonokimia. Ukuran kristal sampel CaCO3 pada waktu sonokimia 0 menit (blanko) sebesar 45,17103 nm, dan terus mengalami penurunan dengan meningkatnya waktu sonokimia. Ukuran kristal sampel CaCO3 terkecil terjadi pada waktu sonokimia 180 menit, yaitu sebesar 33,43377 nm. Hal yang sama terjadi pada ukuran kristal sampel CaCO3

dengan varisasi waktu sonokimia hasil análisis menggunakan program RIETAN. Ukuran kristal sampel CaCO3 menurun seiring meningkatnya waktu proses sonokimia. Ukuran kristal sampel CaCO3 pada waktu sonokimia 0 (blanko) menit sebesar 63,1376 nm, dan terus mengalami penurunan dengan meningkatnya waktu sonokimia. Ukuran kristal sampel CaCO3 terkecil terjadi pada waktu sonokimia 180 menit, yaitu sebesar 43,13037 nm. Terdapat satu data hasil pengukuran yang menyimpang, yaitu pada waktu sonokimia 60 menit. Ukuran kristal sampel CaCO3 mengalami kenaikan dari 43,32310 nm (pada waktu sonokimia 30 menit) menjadi 47,74511 nm untuk hasil pengolahan data menggunakan Microcal Origin, dan dari 60,46959 nm (pada waktu sonokimia 30 menit) menjadi 67,59576 nm untuk hasil pengolahan data menggunakan program RIETAN. Hal tersebut mungkin disebabkan kesalahan dalam proses preparasi sampel.

Gambar 21. Grafik hubungan waktu sonokimia terhadap ukuran kristal sampel CaCO3

Terjadinya penurunan ukuran kristal pada sampel CaCO3 disebabkan karena semakin lama waktu sonokimia maka makin banyak gelembung kavitasi yang terbentuk. Pecahnya gelembung kavitasi memperluas permukaan zat padat menjadi non-sperik dan menimbulkan shockwave. Kavitasi dan shockwave dapat membuat pergerakan partikel-partikel zat padat menjadi lebih cepat. Tumbukan antar partikel yang dihasilkan menyebabkan perubahan yang signifikan di dalam morfologi permukaan, komposisi, dan reaktivitas [Suslick, et al, 1999]. CaCO3 yang terbentuk selama reaksi berlangsung akan terus menerus mengalami tumbukan antar partikelnya yang disebabkan oleh gelombang ultrasonik, sehingga menyebabkan perubahan ukuran kristal menjadi lebih kecil. Perubahan ukuran kristal sampel CaCO3 dapat dilihat pada Gambar 21 Tabel 3. Persentase penurunan ukuran kristal sampel CaCO3 dengan varisasi waktu sonokimia Persentase penurunan Sampel

Waktu Sonokimia (menit)

ukuran kristal (%) Microcal

RIETAN

Origin

CaCO3

0

0

0

30

4,10

4,22

60

-

-

90

5,53

6,78

120

16,99

14,70

150

20,05

24,38

180

25,98

31,69

Persentase penurunan ukuran kristal sampel CaCO3 dengan varisasi waktu sonokimia dapat dilihat pada Tabel 3. Penurunan ukuran kristal pada waktu 0 menit sebesar 0 %, hal ini disebabkan sampel CaCO3 berupa blanko dan tidak melewati proses sonokimia. Pada saat waktu sonokimia 30 menit mulai terjadi penurunan persentase sebesar 4,10 % untuk hasil pengolahan data dengan menggunakan Microcal Origin dan 4,22 % untuk hasil pengolahan data dengan program RIETAN., dan terus mengalami penurunan sampai pada waktu sonokimia 180 menit. Persentase terbesar penurunan ukuran kristal sampel CaCO3 terjadi pada saat waktu sonokimia 180 menit yaitu sebesar 25,98 % untuk hasil pengolahan data dengan menggunakan Microcal Origin dan 31,69 % untuk hasil pengolahan data dengan program RIETAN. Pada penelitian ini, peneliti juga mencoba melakukan pembuatan CaCO3 dengan cara lain, yaitu dengan meneteskan larutan kalsium klorida (CaCl2) ke dalam natrium karbonat (Na2CO3) dengan variasi jumlah tetesan 2, 4 dan 6 tetes, waktu sonokimia dibuat tetap yaitu 180 menit, mengacu pada hasil terbaik yang didapat pada pengaruh waktu sonokimiaterhadap ukuran kristal. Hal ini dilakukan untuk melihat pengaruh jumlah tetesan CaCl2 terhadap ukuran kristal CaCO3dan juga sebagai additional data. Ukuran kristal sampel CaCO3 dengan varisasi jumlah tetesan per menit dengan waktu sonokimia 180 menit dapat dilihat pada lampiran 9. Terlihat pada tabel, ukuran kristal sampel CaCO3 menurun seiring meningkatnya jumlah tetesan per menit. Hal ini di luar dugaan peneliti yang beranggapan dengan sedikitnya jumlah tetesan per menit maka akan memperkecil ukuran kristal, dikarenakan reaksi yang terjadi antara Na2CO3 dan CaCl2

berlangsung dengan perlahan dan lebih homogen, sehingga kemungkinan terbentuk ukuran kristal yang lebih kecil. Namun hasil yang terjadi sebaliknya, ukuran kristal semakin kecil seiring bertambahnya jumlah tetesan per menit, hal ini bisa terjadi dikarenakan jika dengan menggunakan tetesan, reaksi berlangsung secara bertahap sehingga pasokan energi sonokimia yang diterima menjadi tidak merata antara reaksi yang berlangsung sejak awal dengan reaksi yang berlangsung belakangan

4.3.

Analisis Mikrograf Sampel CaCO3 menggunakan Scanning Elektron Microscopy (SEM) Hasil analisis dengan menggunakan SEM untuk sampel CaCO3 dapat

dilihat pada Gambar 22. Terlihat pada gambar 22 (a) bahwa sampel CaCO3 dengan waktu sonokimia 60 menit partikel-partikelnya berbentuk kubus dengan ukuran

yang

cukup

merata

dan

homogen

dengan

prediksi

ukuran

per partikel ± 3 µm.. Pada sampel CaCO3 dengan waktu sonokima 120 menit (Gambar 22 b), partikel-partikelnya

berbentuk

kubus

yang

berukuran

lebih

kecil

bila

dibandingkan dengan sampel CaCO3 dengan waktu sonokimia 60 menit, dengan prediksi ukuran per partikel ± 1 µm.

(a) Sampel CaCO3 dengan waktu sonokimia 60 menit.

(b) Sampel CaCO3 dengan waktu sonokimia 120 menit.

(c) Sampel CaCO3 dengan waktu sonokimia 180 menit. Gambar 22. Mikrograf SEM sampel CaCO3 dengan waktu Sonokimia (a) 60, (b) 120 dan (c) 180 menit.

Pada sampel CaCO3 dengan waktu sonokima 180 menit (Gambar 22 c), partikel-partikelnya semakin bertambah kecil bila dibandingkan dengan sampel CaCO3 dengan waktu sonokimia 60 dan 120 menit, dengan prediksi ukuran per partikel < 1 µm. Hasil analisis SEM ketiga variasi waktu sonokimia tersebut menunjukan ukuran partikel yang lebih kecil dan bentuk partikel yang lebih yang lebih homogen bila dibandingkan dengan CaCO3 blanko (ditunjukan pada Gambar 23). Hasil analisis SEM ini juga dapat memperkuat hasil analisis XRD yang menunjukan bahwa semakin lama waktu sonokimia maka akan semakin memperkecil ukuran kristal CaCO3 karena menurunnya ukuran partikel mengindikasikan menurunnya ukuran kristal.

Gambar 23. Mikrograf SEM CaCO3 blanko (merck)

4.4.

Hasil Pengujian Statistik Pengujian statistik dilakukan dengan program SPSS 16 menggunakan Uji

Korelasi Pearson untuk mencari hubungan antara waktu sonokimia terhadap ukuran kristal CaCO3. Output yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 4 dan 5 di bawah ini. Tabel 4. Deskripsi Statistik Mean Waktu Sonokimia (menit) Ukuran Kristal CaCO3 (nm)

Std. Deviation

N

90.00

64.807

7

4.0850413E1

5.23342499

7

Tabel 5. Korelasi Pearson Waktu Sonokimia (menit) Waktu Sonokimia (menit)

Pearson Correlation

Ukuran Kristal (nm) 1

Sig. (1-tailed)

.004

N Ukuran Kristal CaCO3 (nm) Pearson Correlation Sig. (1-tailed) N

-.883**

-.883

7

7

**

1

.004 7

7

Interpretasi output: • Nilai signifikansi 0.004 < 0.05 menunjukkan bahwa terdapat hubungan yang signifikan antara waktu sonokimia terhadap ukuran kristal CaCO3 . •

Koefisien korelasi bernilai - 0.883 (bertanda minus), menunjukkan arah hubungan antara waktu sonokimia terhadap ukuran kristal yaitu semakin tinggi waktu sonokimia maka akan semakin kecil ukuran kristal CaCO3.

Berdasarkan hasil pengujian statistik menggunakan Korelasi Pearson yang ditunjukan pada Tabel 5, didapat nilai signifikansi 0,004 yang artinya, terdapat hubungan yang signifikan antara waktu sonokimia terhadap ukuran kristal CaCO3. Sedangkan hubungannya dapat dilihat dari nilai koefisien Korelasi Pearson sebesar – 0,883 yang artinya, garis korelasi yang dibentuk akn bergerak turun. Dengan melihat nilai signifikansi dan koefisien korelasi tersebut, maka dapat disimpulkan bahwa H0 diterima dan H1 ditolak.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1.

Kesimpulan Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka dapat ditarik beberapa

kesimpulan, di antaranya adalah : 1. Peningkatan waktu sonokimia pada pembuatan CaCO3 semakin memperkecil ukuran kristal CaCO3. 2. Waktu sonokimia berpengaruh signifikan terhadap ukuran kristal CaCO3, dimana nilai signifikansi pada uji Korelasi Pearson sebesar 0,004 yang jauh dibawah α (0,05) sehingga hipótesis nol (Lamanya waktu sonokimia berpengaruh terhadap ukuran kristal CaCO3) pada penelitian ini diterima. 3. Arah hubungan antara waktu sonokimia dengan ukuran kristal CaCO3. bernilai – 0,884 sehingga semakin lama waktu sonokimia maka semakin kecil ukuran kristal CaCO3.

5.2.

Saran Perlu dilakukan pengembangan terhadap metode penelitian ini sehingga

memberikan hasil yang lebih baik, seperti dengan menambahkan parameter lain seperti energi sonokimia dan kontrol suhu.

DAFTAR PUSTAKA

Adi, Wisnu Ari. 2009. Analisis Fasa dan Struktur Mikro Paduan Sistem Mg-Ni dan Mg-Al Untuk Aplikasi Hygrogen Storage. Badan Tenaga Nuklir Nasional : Tangerang. Affandi, S. 2006. Sintesa dan Karakterisasi Partikel Magnetik Submikron Berbasis Oksida Fe dan Polimer Polilaktat (PLA). Skripsi. Institut Pertanian Bogor : Bogor. Alger, Mark S.M. 1989. Polymer Science Dictionary. Elsevier Applied Science : London and New York. Anonimous. 2008. Calcium Carbonate. The Columbia Encyclopedia, sixth edition. Anonimous. Electroacoustic Behaviour of Calcium Carbonate. Colloidal Dinamics Inc. Anonimous. Nanoparticle Technology program. Industrial Partnership for Research in Interfacial and Material Engineering (IPRIME). University of Minnesota. Ariyandi, Nono. 2006. Pembuatan Nanosfer Berbasis Biodegradable Polilaktat dengan Metode Sonofikasi. Skripsi. Institut Pertanian Bogor : Bogor B.D. Cullity. 2001. Element of X ray diffraction 3rd edition. Addition Wesley Publishing Company Inc.: London. Brennen, C.E. 1995. Cavitation and Bubble Dynamics. California Institute of Technology. Oxford University Press : New York. Callister, William. D, Jr. 2007. Materials Science and Engineering an Introduction 7th Edition. John Willey and Son, Inc.: Salt Lake City, Utah.

Douglas A. Skoog et. al. 1998. Principles of Instrument Analysis 5th edition. Harcourt Brace College Publisher : USA Gabriel, B.L. 1992. SEM : A User’s Manual for Materials Science. American Society for Metals : USA Gareth, J.P. 1995. Ultrasonically Enhanced Polymer Synthesis. Elsevier Ultrasonic Chemistry. Gupta, R. 2004. Synthesis of Precipicated Calcium Carbonate Nanoparticles Using Modified Emulsion membranes. Thesis. Georgia Institute of Technology. Izumi, F. 1989. Rietvield Analysis System “ RIETAN” Part I, A Software Package for The Rietvield Analysys and Simulation of X-Ray and Neutron Diffraction Patterns. Miura, Y. 2007. Formations of CaCO3 by Natural and Artificial Shockwave Impact. Yamaguchi University : Japan. Nurmawati, M. 2007. Analisis Derajat Kristalinitas, Ukuran Kristal, dan Bentuk Partikel Mineral Tulang Manusia Berdasarkan Variasi Umur dan Jenis Tulang. Skripsi. Institut Pertanian Bogor : Bogor. Sofyan, Bondan.T. 2007. Cristallography. Lecture Notes. Department of Metallurgy and Materials Engineering, Faculty of Engineering, University of Indonesia : Depok Sumhaeni. 2005. Pembuatan dan Karakterisasi Kristalografi Bubuk dan Lapisan Tipis PZT Doping Indium. Skripsi. FMIPA. Universitas Indonesia : Depok. Suslick. S.K. 1994. The Chemistry of Ultrasound. The Yearbook of Science and The Future. Encyclopedia Britannica. Page 138-155. Suslick. S.K, M.M. Fang T. Hyeon, M.M. Mdleleni. 1999. Application of Sonochemistry to

Material Synthesis.

Sonochemistry and

Sonoluminescene. Kluwer Publisher : Netherlands. Page 291-320. .

Tipler, P.A. 1990. Fisika Untuk Sains. Erlangga : Jakarta. Tsuzuki, T, Pethick. K, Mc Cormick, G.P. 2000. Synthesis of CaCO3 Nanoparticles by Mechanochemical Processing. Journal of Nanoparticle Research 2. page 375-380. Yulianti, Evy. 2008. Enkapsulisasi nanopartikel magnetic Fe3O4 menggunakan polimer poli asam laktat dengan ultrasonik probe. skripsi. Universitas Indonesia : Depok.

Lampiran 3. Data hasil perhitungan ukuran Kristal sampel CaCO3 menggunakan program Microcal Origin

Waktu Sonokimia CaCO3 (menit) 0 30 60 90 120 150 180

Bidang h,k,l

2θ

FWHM

104 116 018 104 116 018 104 116 018 104 116 018 104 116 018 104 116 018 104 116 018

29,332 29,211 48,327 48,389 47,302 47,390 29,436 29,367 48,447 48,530 47,504 29,721 48,789 47,758 29,716 48,780 47,771 29,447 48,552 47,541 29,671 48,731 47,504 29,342 48,419 47,424

0,13030 0,19016 0,20533 0,13770 0,17368 0,13740 0,16871 0,13850 0,14260 0,23544 0,17543 0,15418 0,21951 0,17311 0,15878 0,22840 0,22829 0,18183 0,24325 0,27574 0,17726 0,24257 0,32872 0,20940 0,23180 0,36911

(Indeks Miller)

Ukuran kristal (nm) 43,17197 63,02261 42,40591 63,24851 49,93521 63,14169 48,68591 59,29065 61,08908 37,01217 49,47536 53,30909 38,73876 50,18750 51,71408 38,19065 38,05858 45,17411 35,82692 31,48145 46,36266 35,55695 26,42425 39,21697 37,57669 23,50735

Lampiran 4. Data hasil perhitungan ukuran Kristal sampel CaCO3 menggunakan program RIETAN

Rata –rata Ukuran kristal (nm) 45,17103 63,13760 45,05781 60,46959 47,74511 42,67110 37,49416 36,11462 33,43377

018 104 116 018 104 116 018 104 116 018 104 116 018 104 116 018

60 90 120 150 180

47,447 29,322 48,369 47,376 29,340 48,401 47,408 29,349 48,415 47,423 29,342 48,405 47,412 29,355 48,426 47,436

0,14220 0,11090 0,13170 0,13050 0,15470 0,14060 0,14100 0,14860 0,16190 0,16050 0,18160 0,17760 0,17720 0,17280 0,21390 0,21090

61,02365 74,04561 66,12481 66,47665 53,08336 61,94687 61,53380 55,26356 53,79993 54,06084 45,22045 49,04204 48,96388 47,52475 40,72270 41,14336

68,88236 58,85468 54,37478 47,74212 43,13037

Lampiran 5. Data Parameter kisi sampel CaCO3 Waktu Sonokimia (menit)

CaCO3

0 (blanko)

a 5,00040

b 5,00040

c 17,10072

30

4,99467

4,99467

17,08106

60

5,00291

5,00291

17,10409

90

4,99991

4,99991

17,09302

120

4,99870

4,99870

17,08778

150

4,99962

4,99962

17,09169

180

4,99795

4,99795

17,08278

Lampiran 6. Data criteria and goodness of fit sampel CaCO3 Waktu Sonokimia

CaCO3

Sonokimia (menit) 0 (blanko)

Rwp 29,23

Rp 21,09

S 1,28

30

24,20

15,70

1,10

60

25,35

16,52

1,12

90

25,43

17,37

1,13

120

25,23

16,18

1,08

150

25,66

17,42

1,10

180

26,10

17,45

1,10

Lampiran 7. Diffraktogram sampel CaCO3

1600

1400

1200

ti) n u .b r (a s a t si n te n I

1000

800

Lampiran 8. Hasil refinement pola XRD sampel CaCO3 600 400

1400 200 1200 0

Intensity

10000

10

20

30

40

50

60

70

80

Sudut 2 / o

800 600 400

Lampiran 9. Ukuran kristal sampel CaCO3 dengan varisasi jumlah tetesan 200 per menit. 0

Nama Sampel

Waktu sonokimia (menit)

20

40

0

Jumlah tetesan (per menit) 2θ / ° 0

Ukuran kristal (nm) Microcal Origin 45,17103

60

RIETAN80 63,13760

90

(CaCO3)

2 4 6

180

47,82803 44,88564 39,93101

69,82719 56,43853 53,91743

Lampiran 10. Alat-alat yang digunakan.

Gambar 26. Ultrasonic probe

Gambar 27. Neraca Analitik

Gambar 28. X- Ray Diffractometer (XRD)

Gambar 29. Centrifuge

Gambar 30. Scanning Electron Microscope