BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Mineral TembagaMineral dan bijih logam banyak ditemukan di dalam kulit bumi. Kulit

bumi merupakan lapisan terluar dari bumi dimana memiliki ketebalan yangmencapai 1200 km. Lapisan ini disebut juga lapisan litosfir (lithosphere). Mineraladalah zat anorganik yang terbentuk secara alami yang memiliki komposisi kimiadan struktur kimia tertentu. Contoh dari mineral adalah kalkosit (Cu2S), kalkopirit(CuFeS2) dan lain sebagainya. Mineral terdapat pada batu-batuan di kulit bumiyang dapat tersusun sebagai monomineral atau gabungan dari beberap jenismineral lain. Adapun bijih adalah deposit mineral yang mengandung satu ataulebih jenis logam yang dapat diekstrak atau diolah menjadi logam secaraekonomis. Kebanyakan bijih yang diolah berasal dari jenis oksida dan sulfida.

Mineral dapat dikategorikan kedalam beberapa kelas yang disusunberdasarkan komposisi kimia dari mineral yaitu kelas silikat, karbonat, sulfat,halida, oksida, phospat, native element, sulfida, borates, nitrates, molybdates.Kebanyakan dari bijih yang diolah berasal dari kelas oksida dan sulfida.

Tembaga atau Cuprum (Cu) berasal dari bahasa yunani yaitu Kypros atauSiprus yang berarti merah. Temabaga merupakan salah satu dari dua logamdibumi selain emas yang berwarna merah atau kekuningan dan mempunyai nomoratom 29 dengan kepadatan 8,92 g/ cm3. Tembaga murni akan melebur pada suhu10830 C dan akan menjadi uap atau mendidih pada suhu 25670 C pada tekanannormal. Logam tembaga digunakan sebagai konduktor listrik dan panas. Tembagamemiliki kilap dan warna yang disukai, tembaga juga digunkan sebagai pemoles,dan tembaga juga membentuk campuran dengan hampir semua logam.

Tembaga ditemukan diseluruh dunia sebagai mineral primer dalam lavabalistik. Deposit tembaga terbesar yang dikenal terdapat di Phoprhyries yangterbentuk oleh aktifitas vulkanik di pegunungan Andean, Cili.

72.1.1 Sifat Tembaga

Dalam sistim periodik unsur tembaga masuk digolongan IB, satu golongandengan emas dan perak. Tembaga merupakan salah satu logam non-ferrous yangpaling penting dan banyak dipakai mulai dari industri sederhana sampai industriberteknologi tinggi. Hal ini digunakan baik murni ataupun paduan dengan logamlain. Secara fisika tembaga berwarna coklat kemerahan, lunak sehingga mudah ditempa, dapat dibentuk dan merupakan konduktor panas dan penghantar listrikyang baik. Tembaga adalah bahan penting dan sangat diperlukan dalam banyakaplikasi karena sifiat fisik dan mekanis , termasuk konduktivitas listrik dan panasluar biasa tinggi, ketahanan terhadap korosi yang tinggi, daktilitas yang baiksehingga kemudahaan pengolahan dan mampu las yang baik.

Tabel 2.1 Sifat fisik Tembaga [Wiliam D Callister, 2007]

Sifat fisis Satuan

Densitas 8920 kg/m3

Ekspansi thermal 16,5 x 10-6 K-1

Konduktivitas Panas 400 /mK

Tabel 2.2 Sifat mekanik tembaga [Wiliam D Callister, 2007]

Sifat mekanik Satuan

Kuat tarik 200 N/mm2

Modulus Elastisitas 130 Gpa

Brinnel Hardness 874 m-2

82.1.2 Kalsifikasi dan Persebaran Bijih Tembaga di Dunia

Produksi bijih tembaga dapat dibagi kedalam tiga kelas utama, yaitu bijihoksida, bijih karbonat dan bijih sulfida. Bijih oksida seperti cuprite dan tenorite,bisa diolah langsung menjadi logam tembaga melalui pemanasan dengan karbondalam tungku. Bijih sulfida, seperti kalkopirit dan kalkosit, membutuhkan lebihbanyak perlakuan karena konsentrasi tembaga dalam bijihnya rendah sehinggaharus diperkaya dahulu sebelum peleburan dimulai.

Bijih tembaga sulfida sangat penting secara komersial. Setengah darideposit tembaga dunia berada dalam bijih kalkopirit.bijih ini dikeluarkan melaluitambang terbuka atau melalui penambangan bawah tanah. Penambangan tembagadi Indonesia terdapat di Papua, Sulut, Jabar, dan beberapa daerah lain diIndonesia.

Gambar 2.1 Grafik produksi tembaga di berbagai negara [http://www.icsg.org/]

Chili menjadi produsen tembaga terbesar di dunia dan diikuti Chinadiposisi kedua. Produsen tembaga lainnya adalah Peru, Amerika Serikat,

9Australia, Rusia, Zambia, Kanada, Kongo, Meksiko, Polandia, Khazakastan,Indonesia, Iran, Brazil, Laos, Argentina, Papua New Guinea, Mongolia danBulgaria.

Gambar 2.2 Produksi tembaga di dunia dari tahun 1900-2012[http://www.icsg.org/]

Di Indonesia, persebaran tembaga bisa ditemukan hampir merata berada diberbagai provinsi, yaitu Aceh, Sumatera Utara, Sumatera Barat, Jambi, SumateraSelatan, Lampung, Jawa Tengah, Jawa Timur, Kalimantan Barat, Kalimantantengah, Sulawesi Selatan, Sulawesi Tengah, Nusa Tenggara Timur dan Papua[http://www.tekmira.esdm.go.id].

2.1.3 Aplikasi TembagaProduksi tembaga sebagian besar dipergunakan dalam industri kelistrikan,

karena tembaga mempunyai daya hantar listrik yang tinggi. Kotoran yang terdapat

10

dalam tembaga akan memperkecil/mengurangi daya hantar listriknya. Selainmempunyai daya hantar listrik yang tinggi, daya hantar panasnya juga tinggi dantahan karat. Oleh karena itu tembaga juga dipakai untuk kelengkapan bahanradiator, ketel, dan alat kelengkapan pemanasan. Tembaga mempunyai sifat dapatdirol, ditarik, ditekan, ditekan tarik dan dapat ditempa (maleable).

Campuran penting dimana tembaga menjadi unsur utama adalah kuningan(tembaga dan seng), perunggu (tembaga dan timah) dan nikel perak (tembaga,seng dan nikel). Tembaga digunakan dalam hampir semua jenis uang koin danlogam yang paling banyak digunakan setelah besi.

2.1.4 Bijih KalkopiritKalkopirit adalah suatu mineral besi sulfida tembaga yang mempunyai

komposisi kimia yaitu CuFeS2. Kalkopirit merupakan mineral tembaga besisulfida yang secara umum memiliki komposisi 34,6 % Cu, 30,5 % Fe dan 34,9 %S. Kalkopirit berasal dari bahasa yunani yaitu chalkos yang berarti tembaga danpyros yang berarti api. Bijih kalkopirit seperti kuningan dan mempunyai warnakeemasan serta mempunyai skala kekerasan 3,5 4.

Kalkopirit biasanya berasosiasi bersama dengan pirit (FeS2), bornit(Cu5FeS4) Spalerit (ZnS), kalkosit (Cu2S), kovelit (CuS), enargit (Cu3AsS4) ataumolibdenit (MoS2). Kalkopirit juga ditemukan bersama dengan azurit, malasit,kuprit, native copper, chrysocolla, dan turquosise.

Gambar 2.3 Batuan kalkopirit [http://www.daviddarling.info]

11

Pada saat kalkopirit berada diudara terbuka maka kalkopirit akanberoksidasi dengan berbagai oksida, hidroksida dan sulfat. Kalkopirit memilikikristal jarang dan sedikit rapuh. Warna kalkopirit kunig gelap dengan kehitaman.Kalkopirit sering diikuti berbagai unsur-unsur lain seperti Fe, Mg, Zn, dan Sn.

2.2 Ekstraksi Bijih Tembaga

Proses pemurnian bijih tembaga dapat dilakukan dengan dua cara;

1. Pirometalurgi

Pirometalurgi adalah suatu proses pengolahan mineral denganmemanfaatkan panas. Inti dari proses ini adalah pengolahan tembagadengan melalui suatu proses yang bertujuan untuk mengubah pengotorsenyawa Sulfida menjadi Oksida atau disebut dengan prosespemanggangan.

CuFeS2 + 9O2 2Cu2S + 2Fe2O3 + 6SO2 (2.1)

Pada persamaan kimia diatas menunjukan bahwa proses pemangganganbertujuan untuk mengubah Besi Sulfida menjadi Besi Oksida sedangkantembaga tetap sulfida. Diubahnya besi sulfida menjadi besi oksida adalahagar pada proses selanjutnya yaitu smelting atau peleburan, tembagasulfida akan mencair meningalkan besi oksida yang bertitik cair lebihtinggi dan akan ditinggalkan sebagai terak pengotor, sedangkan tembagayang telah mencair akan turun ke bawah karena berat jenis tembaga yanglebih tinggi dari besi oksida.

2. HidrometalurgiHidrometalurgi adalah suatu proses pengolahan mineral dari batuan alamdengan berdasar pada air sebgai pengolahnya, namun maksud air adalahbukan air biasa melainkan air yang telah dicampur dengan suatu asamtertentu sebagai pelarutnya. Hidrometalurgi dipakai karena keuntungan-keuntungannya antara lain.

12

Biaya pengolahan rendah

Recovery yang tinggi

Proses pengolahan relatif mudah

Investasi alat yang rendah sehingga memungkinkan percepatanBEP (Break Event Point)

Dapat mengolah kadar bijih yang rendah Logam dapat langsung diperoleh dalam bentuk murni dari larutan

Pengotor silikon yang terkandung dalam ore tidak mempengaruhiproses leaching, sedangkan pada proses semlting silikon harusdibuang menjadi slag

Penanganan produk leaching lebih mudah dan murah dibandingkandengan penanganan molten mattes, slag, dan logam.

Proses hidrometalurgi dapat dibagi ke dalam dua proses utama yaitu:1. Mendapatkan mineral yang diinginkan dari bijih atau konsentrat dengan

melarutkannya kedalam larutan. Contohnya adalah leaching (pelindian).2. Mendapatkan mineral yang diinginkan dengan cara mengeluarkannya dari

larutan. Contohnya adalah solvent extaction, ion exchange, adsorption,dan precipitation.

Proses tambahan yang dilakukan sebelum mendapatkan mineral dari larutanleaching adalah penyaringan (filtration) yang bertujuan untuk memisahkanpregnant leach solution (larutan leaching yang mengandung logam larut) denganresidu (zat yang tidak larut).

Tembaga biasanya berada di kerak bumi dalam bentuk tembaga-besi-sulfida dan mineral tembaga sulfida, misalnya chalcopyrite (CuFeS2), bornite(Cu5FeS4) dan chalcocite (Cu2S). Konsentrasi mineral ini rendah. Tipe bijihtembaga mengandung antara 0.5% Cu (tambang terbuka) hingga 1 atau 2% Cu(tambang bawah tanah). Tembaga murni diproduksi dengan konsentrasi, smeltingdan refining. Terkadang terjadi oksidasi mineral tembaga (karbonat, oksida,hidroksi-silikat, sulfat), tetapi tidak banyak. Logam tembaga yang merupakan daribijih seperti ini biasanya diproduksi dengan metode hidrometalurgi.

13

Hidrometalurgi biasanya digunakan untuk memproduksi logam tembaga darichalcocite, Cu2S [Devenport, 2002].

Sekitar 80% tembaga dari bijihnya diperoleh dari flotasi, smelting danrefining. Sisanya 20% menggunakan hidrometalurgi [Devenport, 2002]. Dalamhidrometalurgi, terdapat dua proses penting yaitu leaching dan recovery. Leaching(pelindian) merupakan reaksi pelarutan selektif, yang artinya melarutkan logamberharga saja dengan leaching agent yang bersifat larutan aqueous. Sedangkanrecovery merupakan suatu proses mengambil logam berharga dari larutan kaya(pregnant solution) hasil dari leaching.

Gambar 2.4 Diagram alir ekstraksi tembaga secara hidrometalurgi[Davenport et al, 2002]

Metode hidrometalurgi memiliki keuntungan pada daya penyesuaian yangspesifik dan selektifitas tinggi. Metode ini tepat digunakan untuk proses oksidasi

Cu Solvent extraction (stripping)

Stripped solvent

Cu Solvent extraction (loading)

Loaded solvent

Electrowinning cells

Cathode plates

Copper (

14

kandungan tembaga lemah, campuran bijih tembaga oksida-sulfida, dump stock,sisa pertambangan, atau produk pertengahan. Kerugiannya antara lain leachingyang berlangsung relatif lama untuk larutan dengan volume yang besar per unitmassa tembaga, dan merupakan ekstraksi kompleks logam berharga yang residuleaching-nya tetap. Masalah lainnya adalah menghilangkan sulfur dari bijihsulfida. Meskipun oksida sulfur tidak terbentuk, larutan mengandung ion sulfuryang harus dipresipitasi dengan gipsum untuk menghindari pencemaran air[Habashi, 1997].

Ekstraksi hidrometalurgi meliputi:a. Leaching Cu dengan asam sulfat dari pecahan bijih untuk menghasilkan

larutan aqueous tembaga tidak murni.b. Transfer Cu dari larutan tidak murni menjadi murni, elektrolit Cu tinggi

menggunakan solvent extraction.c. Elektrowinning katoda tembaga murni dari elektrolit ini.

Leaching (pelindian) merupakan reaksi pelarutan selektif, yang artinyamelarutkan logam berharga saja dengan leaching agent yang bersifat larutanaqueous.

Bijih yang biasanya dilakukan proses ini adalah:a. Mineral tembaga oksida, misalnya karbonat, hydro-silikat, sulfat, hidro-

klorida.b. Chalcocite, Cu2S.

Pada bijih oksida, oksidasi mineral sangat cepat terlarut oleh asam sulfat denganreaksi seperti:

CuO + H2SO4 Cu+2 + SO4-2 + H2O (2.2)Mineral sulfida, mengalami oksidasi dengan skema berikut:

Cu2S + 5/2 O2 + H2SO4 2Cu+2 + 2SO4-2 + H2O (2.3)[Devenport, 2002]. Dengan demikian, reaksi leaching secara sederhana dapatdilihat sebagai reaksi sebagau berikut:

Cu+2 + H2SO4 CuSO4 + 2H+ (2.4)

15

Solvent Extraction yaitu proses untuk menghasilkan larutan murni (pure),elektrolit Cu2+ yang tinggi dari campuran impure pregnant leach solutions.Proses ini bertujuan untuk memurnikan logam yang diinginkan dari larutan kaya.

Gambar 2.5 Skematik proses solvent extraction tembaga[Davenport et al, 2002]

Berikut ini adalah tahapan-tahapan pada proses solvent extraction:1. Reaksikan larutan kaya (1-6 kg Cu2+/m3, 0,5-5 kg H2SO4/m3) dengan

ekstraktan organik, menyebabkan ekstraksi Cu2+ dari larutan kaya keekstraktan organik.

2. Pemisahan dengan gravitasi, Cu berkadar rendah (raffinate) dari Cuorganik ekstraktan. Reaksinya yaitu:

2RH + Cu2+ + SO42- R2Cu + 2H+ + SO42- (2.5)Dimana RH yang digunakan aldomix atau ketomixe extractant.

3. Mengirimkan raffinate (low- Cu) untuk di leaching kembali.4. Mengirimkan Cu organik ekstraktan agar bereaksi dengan asam sulfat

(H2SO4) pekat (170-200 kg H2SO4/m3). Reaksinya yaitu:2H+ + SO42- + R2Cu 2RH + Cu2+ +SO42- (2.6)

16

5. Memisahkan dengan gravitasi, Cu-stripped organik ekstraktan dari Cuenriched aqueous electrolyte.

6. Mengembalikan Cu-stripped untuk kontak dengan larutan kaya.7. Mengirimkan Cu2+ enriched electrolyte ke electrowinning, dimana Cu2+

diendapkan sebagai tembaga murni.

Elektrowinning adalah proses elektrokimia dimana terjadi prosespengendapan pada kutub katoda menggunakan arus listrik yang mengalirdidalamnya larutan elektrolit (hasil dari pelarutan). Reaksi yang terjadi padaelektrowinning:

Cu2+ + 2e- Cu0 (reaksi katoda) E0 = +0,34 V

H2O H+ + OH- O2 + 2H+ + 2e- (reaksi anoda) E0 = -1,23 V

Reaksi total:

Cu2+ + SO42- +H2O Cu0 + O2 + 2H+ +SO42- E0 = -0,89 V

2.3 Leaching Tembaga Kalkopirit

Pada proses ini dipakai suatu asam sebagai leaching agent yaitu asamsulfat (H2SO4) yang mudah didapatkan dan rendah biaya pengolahan. Dipakainyaasam sulfat sebagai leaching agent bertujuan untuk membentuk tembaga sulfat(CuSO4). Tembaga adalah suatu unsur yang sangat mudah membentuk sulfida.Maka dari itu asam sulfat dipakai sebagai pilihan.

Adapun reaksi leaching kalkopirit dengan asam sulfat dapat dilihat sebagaiberikut:

CuFeS2(s) + O2(g) + 2H2SO4(l) CuSO4(l) + FeSO4(l) + 2 H2O(l) +2S(s) (2.7)

17

Ketika terjadi proses leaching dengan asam sulfat kalkopirit akanmembentuk senyawa tembaga sulfat, besi sulfat, air dan sulfur. Oksigen padareaksi diatas bertindak sebat pengoksidasi ketika proses leaching terjadi.

Jika dituliskan dalam setengah reaksi redoks yaitu2S2 - 2S + 4e- (oksidasi)O2 + 4H+ + 4e- 2H2O (reduksi)

2S2- + O2 + 4H+ + 4e- 2S + 2H2O

Reaksi redoks ini menunjukan adanya peningkatan bilangan oksidasi dariS yang terkandung pada CuFeS2 dan penurunan bilangan oksidasi O dari oksigen(O2)dan H dari (asam sulfat). Sehingga menyebabkan penurunan konsentrasi yangterjadi pada asam sulfat dan peningkatan jumlah endapan S.

2.3.1 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi LeachingDalam bagian ini akan dibahas faktor-faktor yang mempengaruhi laju

reaksi. Pengetahuan tentang hal ini memungkinkan kita dapat mengendalikan lajureaksi, yaitu melambatkan reaksi yang merugikan dan menambah laju reaksi yangmenguntungkan.

1. Konsentrasi Pereaksi

Konsentrasi memiliki peranan yang sangat penting dalam laju reaksi,sebab semakin besarkonsentrasi pereaksi, maka tumbukan yang terjadisemakin banyak, sehingga menyebabkan laju reaksi semakin cepat.Begitu juga, apabila semakin kecil konsentrasi pereaksi, maka semakinkecil tumbukan yang terjadi antar partikel, sehingga laju reaksi punsemakin kecil. Jadi, laju reaksi sebanding dengan konsentrasi dari reaktan:

Laju Frekuensi tumbukan Konsentrasi

18

2. Temperatur

Temperatur juga turut berperan dalam mempengaruhi laju reaksi.Apabila suhu pada suatu rekasi yang berlangusng dinaikkan, makamenyebabkan partikel semakin aktif bergerak, sehingga tumbukan yangterjadi semakin sering, menyebabkan laju reaksi semakin besar.Sebaliknya, apabila suhu diturunkan, maka partikel semakin tak aktif,sehingga laju reaksi semakin kecil

3. Keadaan fisikKeadaan fisik suatu reaktan, reaktan padatan yang lebih halus ataucairan, akan memiliki luas permukaan per unit volume lebih besar,maka akan terjadi lebih banyak kontak antar reaktan, dan akan terjadireaksi yang lebih cepat.

4. Katalis

Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi kimia pada suhutertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itusendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksiataupun produk. Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepatatau memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahanyang dipicunya terhadap pereaksi. Katalis menyediakan suatu jalurpilihan dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Katalis mengurangienergi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi.

2.3.2 Laju Pelarutan Mineral TembagaBerdasarkan laju pelarutannya, mineral tembaga dikelompokan kedalam

lima kategori, yaitu: very rapid, rapid, moderate, slow, dan very slow (lihatGambar 2.6).

Pada kategori very rapid yaitu tembaga sulfat, klorida, dan karbonat.Sulfat larut dalam air, tembaga sulfat larut sangat cepat melepaskan logam danasam. Tembaga klorida larut sangat cepat melepaskan logam dan klorida.Tembaga karbonat larut dengan cepat melepaskan tembaga dan gas CO2.

19

Pada kategori rapid yaitu tembaga silikat dan oksida mengandung Cu2+,Fe3+, dan Mn4+.

Pada kategori moderate yaitu native copper dan mineral oksidamengandung Cu+ dan Fe2+. Mineral Cu-Fe larut lebih lambat dari pada duakelompok sebelumnya karena pelarutan dari mineral tembaga oksida reducedmemerlukan pelepasan elektron dari tembaga (dan dari besi jika ada):

Cu+ Cu2+ + e-

Dan diketahui bahwa proses transfer elektron merupakan proses yanglambat.

Gambar 2.6 Mekanisme laju pelarutan relatif dalam larutan asam sulfatuntuk mineral tembaga

VERY RAPID(Second To minutes)

malachiteazurite

atacamitechalcantite

antlerite

RAPID(hour)

tenoritechrysocolla

MODERATE(days to week)

delafossitenative copper

SLOW(week to months)

chalcositecovelitedigenitedjurleite

VERY SLOW(week to months)

chalcopyritebornite

DISSOLUTION RATE (in descending order)CuSO4 5H2O Cu+2 +SO42-Cu2(OH)6 + 6H+ 2Cu2+ + SO42- + 6H2OCuSiO4 H2O + 2H+ Cu+2 + H4SiO6CuO + 2H+ Cu+2 + H2OCu2O + 2H+ 2Cu+2 + H2O +2e-

Cu2O + 4H2O 2Cu+2 + SO4-2 + 8H+ + 10e-

CuFeS2 + 8H2O Cu+2 + Fe+2 + 2SO4-2 + 16H+

+17e-

20

Pada kategori slow yaitu mineral tembaga sulfida: chalcocite, covellite,digenite. Pelarutan chalcocite memerlukan oksidasi sulfur dari S2- menjadi S6+dengan melepaskan 8 elektron. Juga melibatkan oksidasi tembaga dari Cu+menjadi Cu2+ dengan melepaskan satu elektron.

Pada kategori Sangat Lambat yaitu chalcopyrite dan bornite. Pelarutanchalcopyrite memerlukan oksidasi besi dari Fe2+ menjadi Fe3+ dan oksidasi sulfurdari S2- menjadi S6+ (dengan total pelepasan sebanyak 17 elektron) untuk setiapion tembaga yang terlepas ke larutan leaching.

Pada prakteknya, kategori mineral-mineral very rapid dan rapidmemiliki laju pelarutan yang tinggi dan diproses dengan teknik vat leaching(waktu kontak sampai 48 jam). Mineral tembaga pada kategori moderate danslow diproses dengan teknik heap leaching (waktu kontak 30 sampai >300 hari).Chalcopyrite larut sangat lambat dan tidak layak dengan metode heap leachingkarena sifatnya yang tidak larut (insoluble) dalam leaching asam sulfat [JohnDreier, 1999].

Walaupun bijih kalkopirit sangat lambat untuk dilakukan proses leachingdengan menggunakan asam sulfat karena prosesnya lama, namun proses leachingdapat digunakan untuk kadar yang sangat rendah.

2.3.3 Reaksi Padat Cair

Suatu padatan yang bereaksi dengan cairan dilindungi oleh stagnant filmdari cairan, dimana reaktan akan berdifusi sebelum terjadinya reaksi. Lapisan inidisebut Nernst boundary layer dengan tebal lapisan 0,03 mm.

Interaksi antara padatan dan cairan terjadi dengan beberapa tahapan (Gambar 2.1):

1. Difusi molekul reaktan ke antar muka.

2. Adsorpsi pada antar muka.

3. Reaksi pada antar muka.

21

4. Desorpsi produk.

5. Difusi produk dari antar muka

Gambar 2.7 Mekanisme reaksi padat cair [Habashi,1997]

2.3.4 Laju Reaksi

Laju merupakan perubahan variabel tertentu terhadap waktu. Dalam kasusperubahan kimia, dimana laju reaksi yaitu perubahan konsentrasi reaktan atauproduk terhadap waktu. Laju reaksi kimia adalah jumlah mol reaktan per satuanvolume yang bereaksi dalam satuan waktu tertentu. Pada Konsentrasi reaktanakan mengalami penurunan sedangkan konsentrasi produk meningkat. Jadi lajureaksi dapat dinyatakan dalam mol dm-3. det-1. Bila dibuat sebuah kurvapenurunan konsentrasi reaktan sebagai fungsi waktu, maka akan diperoleh kurvayang bentuknya seperti pada gambar 2.8. Dalam hal ini suhu selama reaksiberlangsung dianggap tetap.

Nernstsboundary layer

LiquidSolid

22

Dimana: Co = konsentrasi awal reaktan

Laju reaksi = - dc/dt

Gambar 2.8 Kurva konsentrasi sebagai fungsi waktu pada suhu tetap

Dari kurva terlihat bahwa slope kurva pada setiap titik selalu negatif,karena konsentrasi reaktan akan menurun. Jadi laju reaksi pada setiap titiksepanjang kurva sama dengan dc/dt. Tetapi apabila laju reaksi dituliskan sebagailaju pembentukan produk, maka laju reaksi akan bernilai positif. Jika konsentrasiproduk setelah reaksi berlangsung t detik adalah x mol dm-3, maka laju reaksinya+dx/dt.

Pengukuran kinetika reaksi pertama kali dilakukan oleh Wilhelmy padatahun 1850. Pada waktu itu Wilhelmy melakukan pengukuran laju inversesukrosa. Wilhelmy menyimpulkan bahwa laju reaksi pada setiap waktu sebandingdengan konesentrasi sukrosa yang tersisa pada waktu itu (c), secara matematikdapat ditulis:

-dc/dt =k1c (2.8)

dc/dt sering kali disebut sebagai differential rate expression. k1 adalah konstantalaju reaksi.

2.3.5 Hukum Laju

Hukum laju mengekspresikan laju sebagai fungsi dari konsentrasi reaktan,konsentrasi produk, dan temperatur. Pada kasus ini, laju reaksi hanya bergantungpada konsentrasi reaktan dan temperatur. Pertama, kita lihat pengaruh darikonsentrasi terhadap laju reaksi pada temperatur tetap. Bentuk umum reaksi,

Konsentrasireaktan (c)mol.dm-3

Waktu reaksi (s)

23

aA + bB +... cC + dD +... (2.9)

Maka bentuk hukum lajunya:

Laju = k [A]m[B]n... (2.10)

[A] dan [B] merupakan parameter pada persamaan (2.10). Konstanta k disebutkonstanta laju pada reaksi spesifik. Eksponen m dan n disebut orde reaksi,didefinisikan bagaimana laju dipengaruhi dengan konsentrasi reaktan.

Poin kunci yang perlu diingat adalah komponen-komponen hukum laju,seperti: orde reaksi, dan konstanta laju hanya dapat dicari dengan eksperimen;komponen tersebut tidak dapat simpulkan dari stoikiometri reaksi. Biasanyadilakutan pendekatan eksperimen untuk mendapatkan komponen dengan cara:

1. Menggunakan pengukuran konsentrasi untuk mencari laju awal

2. Menggunakan laju awal dari beberapa eksperimen untuk menentukanorde reaksi.

3. Menggunakan nilai-nilai tersebut untuk menghitung konstanta laju.

Kebanyakan peneliti menggunakan laju awal untuk menemukan ordereaksi dan menghitung konstanta lajunya, karena hukum laju dapat digunakanuntuk memprediksi laju konsentrasi awal reaktan. Biasanya dilakukan tigapendekatan umum, yaitu metode spektroskopi, perubahan tekanan dan perubahankonduktivitas.

2.4 Kapasitansi dan Dielektrik

Kapasitor adalah sepasang konduktor yang dipisahkan oleh bahan isolator.Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik.Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan olehsuatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnyaudara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi

24

tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satukaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatifterkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalirmenuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju keujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif.Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujungkakinya. Ketika kapasitor dimuati, pada dua konduktor akan ada muatan samabanyak Q dan beda jenis, dan potensial Vab dari konduktor bermuatan positifterhadap yang bermuatan negatif berbanding lurus dengan Q.

Gambar 2.9 Prinsip dasar kapasitor

Kapasitansi C didefinisikan sebagai

C = (2.11)

Kapasitor pelat paralel tersusun atas dua pelat penghantar dengan masing-masing berluas A yang terpisah sejauh d. Bila mereka terpisah oleh vakum,kapasitansinya adalah

C = = 0 (2.12)

25

Satuan SI untuk kapasitansi adalah farad, disingkat F. Satu farad adalah satucoulomb per volt: 1 F = 1 C/V. Satuan-satuan alternatif adalah: 1 F = 1 C2/Nm =1 C2/J

Dielektrik adalah suatu lempengan tipis yang diletakkan di antara keduapelat kapasitor. Jika di antara lempengan bermuatan (+) dan lempenganbermuatan () diisi dengan bahan dielektrik (isolator), kuat medan listrik di antaralempengan akan menurun dan kapasitansi akan naik. Pengaruh pengguanaanbahan dielektrik seperti terlihat pada Gambar 2.10

Gambar 2.10 Pengaruh dielektrik pada kapasitor

Ketika ruang antar konduktor diisi dengan bahan dielektrik, kapasitansinaik dengan faktor K, yang disebut konstanta dielektrik bahan. Untuk kapasitorpelat paralel dengan dielektrik, kapasitansinya menjadi

C = K C0= K 0 = (2.13)

26

dengan = K 0 disebut permisivitas dielektrik. Untuk jumlah muatan tetap dipelat kapasitor, muatan terimbas pada permukaan dielektrik akan menurunkanmedan listrik dan beda potensial antar pelat sebesar faktor K. Muatan permukaanmengakibatkan polarisasi, penataan ulang muatan secara mikroskopis dalammedan listrik atau terjadinya momen dipol imbas dalam bahan nonpolar. Dalammedan listrik yang cukup kuat, dielektrik ini menjadi konduktor; ini disebut dadaldielektrik. Besar medan listrik maksimum yang mampu ditahan suatu bahan tanpadadal disebut kekuatan dielektrik.

Konsanta dielektik r merupakan permitivitas relatif statis (medium) darimaterial. Permitivitas atau biasa disebut sebagai konstanta dielektrik merupakantetapan yang menunjukkan rapat fluks elektrostatik dalam suatu bahan ketikadiberi potensial listrik. Nilai permitivitas bergantung pada jenis material yangberhubungan dengan susceptibility listriknya, yaitu kemampuan suatu bahanuntuk mengalami polarisasi sebagai respon dari medan listrik.

Sifat bahan dielektrik ditentukan oleh konstanta dielektrik bahan. Bahanini merupakan bahan non konduktor yang tidak memiliki elektron-elektron bebassehingga tidak dapat menghantarkan listrik.

Tabel 2.3 Nilai konstanta dielektrik beberapa bahan [http://www.asiinstr.com]No Bahan Konstanta dielektrik

1 Vakum 1 (sesuai definisi)

2 Udara 1,00054

3 Polietilena 2,25

4 Kertas 3,5

5 PTFE (Teflon(TM)) 2,1

6 Polistirena 2,4-2,7

7 Kaca pyrex 4,7

27

8 Karet 7

9 Silikon 11,68

10 Metanol 30

11 Air (200C) 80,10

12 Barium Titanat 1200

13 Formamid (68oF) 84,0

14 Hydrocyanic Acid 158

15 Hydrogen Cyanide 95,4

16 Iodine 118

17 Sulphuric Acid 84

18 Cupric Sulfate 10,3

19 Trimethyl Sulfanilic Acid 89

Sifat dielektrik atau permitivitas adalah suatu kuantitas fisik yangmenggambarkan bagaimana medan listrik mempengaruhi dan dipengaruhi olehsuatu medium dielektrik, dan nilainya ditentukan oleh kemampuan bahan darimedium untuk terpolarisasi sebagai respon dari medan tersebut yang padaakhirnya juga mengurangi medan listrik dalam bahan. Jika molekul dielektrikbersifat polar maka akan terbentuk suatu momen dipol dalam pengaruh medanlistrik. Adanya gaya torsi menyebabkan dielektrik akan menyerahkan diri denganmedan listrik, yang tergantung pada kuat medan dan temperatur. Jika molekuldielektrik bersifat non polar, molekul dielektrik akan menginduksi momen-momen dipol yang searah dengan medan listrik dan dikatakan terpolarisasi olehmedan. Dipol-dipol molekuler menghasilkan suatu medan listrik tambahan yang

28

arahnya berlawanan dengan medan awal, sehingga dapat melemahkan medanawal.

Pengaruh total dari polarisasi suatu dielektrik homogen adalah hadirnyamuatan permukaan pada bidang batas antara dielektrik dan plat kapasitor. Muatanpermukaan yang terikat pada dielektrik ini menghasilkan medan listrik yangberlawanan dengan arah medan listrik yang disebabkan oleh muatan bebas padakonduktor. Suatu material telah dikatakan terpolarisasi jika pada material yangberbeda dalam medan listrik terjadi induksi dipol atau dua kutub (yaitu atom ataukelompok atom dengan muatan tak seimbang atau momen muatan) dengan arahsesuai medan yang diterapkan. Keadaan ini ditimbulkan oleh beberapakemungkinan, yaitu mekanisme elektronik, ionik atau molekuler. Pada polarisasielektronik, awan elektron suatu atom digeser terhadap inti ion bermuatan positifdan membentuk dipol dengan momen c.

Pada padatan ionik yang berada dalam medan listrik, ikatan antar ionmengalami deformasi elastik dan bergantung pada arah medan, jarak antara anion-kation mengecil atau membesar. Dipol terinduksi ini menghasilkan polarisasiyang dapat menimbulkan perubahan dimensi. Polarisasi molekuler terjadi dalammaterial molekuler, beberapa diantaranya mengandung dipol alami. Materialseperti ini disebut polar dan pengaruh medan pada material ini akan mengubahpolarisasi dengan perpindahan atom dan dengan demikian terjadi perubahanmomen dipol (yaitu kemampuan polarisasi atomik) atau molekul secarakeseluruhan mengalami rotasi sehingga searah dengan medan yang diterapkan(yaitu kemampuan polarisasi orientasi).

Jika dihilangkan, dipol tersebut tetap terarah, dan terjadi polarisasipermanen. Dipol permanen dijumpai pada molekul asimetris seperti H2O, polimerorganik dengan struktur asimetris dan kristal keramik tanpa pusat simetri[Smallman, 2000].

Apabila dua atom non logam berbeda kelektronegatifan berikatan, makapasangan elektron ikatan akan tertarik ke atom yang lebih elektronegatif, molekul

29

yang terbentuk dinamakan senyawa kovalen polar. Sebaliknya jika yang berikatansenyawa kelektronegatifan yang sama, maka molekul yang terbentuk merupakanmolekul senyawa kovalen non polar. H2O merupakan senyawa polar karena ikatankovalennya polar dan bentuk molekul yang asimetris. Pada molekul H2O, atom Osebagai atom pusat masih memiliki pasangan elektron bebas. Hal inimenyebabkan molekul H2O tidak berbentuk linear (simetris), sehingga momenikatan yang terbentuk tidak saling menguatkan atau tidak saling meniadakan.

Gambar 2.11 Struktur molekul air

Ukuran kepolaran suatu senyawa ditentukan oleh momen dipol. Semakinbesar momen dipol suatu senyawa maka senyawanya semakin polar, sebaliknyajika momen dipol nol maka berarti senyawa non polar. Selain momen dipol,kepolaran suatu senyawa juga dapat ditentukan dengan melihat perbedaankeelektronegatifan antara dua atom tersebut. Perbedaan keelektronegatifan antaradua atom yang berikatan dapat menyebabkan kepolaran suatu senyawa. Padaumumnya semakin besar perbedaan keelektronegatifannya maka semakin polarsenyawanya. Molekul polar mempunyai dipol yang permanen, dipol permanenakan menginduksi (mengimbas) awan elektron molekul non polar sehinggaterbentuk dipol terinduksi.

30

2.5 Sensor Kapasitif 2 Channel , Data Aqusition System (DAS 2 Channel )dan LCR meter

1. Desain Sensor Kapasitif 2 Channel

Elektroda

5 cm

D = 1,5 cm 2,25 cm

Gambar 2.12 Desain sensor kapasitif 2 channel

Sensor kapasitif 2 channel pada gambar diatas, elektroda nya terbuat dari pelattembaga jenis C1220. Elektroda tembaga menempel pada gelas ukur 10 mLdengan tinggi elektroda 5 cm dan lebar 2,25 cm. Adapun komposisi kimiatembaga C1220 yaitu sebagai berikut.

Tabel 2.4 Komposisi kimia tembaga C1220 sebagai elektroda

Unsur Kimia Komposisi (%) Unsur Kimia Komposisi (%)

Cu 99,97 Ni 0,0023

Fe 0,0008 Zn 0,0014

Bi 0,0007 P 0,002

Sb 0,002 Pb 0,0015

As 0,0026 O 0,015

Sn 0,001 S 0,0015

31

2. Data Aqusition System (DAS 2 Channel )

Gambar 2.13 Rangkaian C-V Circuit

C-V circuit adalah suatu rangkaian elektronik yang digunakan untukmengubah nilai kapasitansi menjadi tegangan analog yang mengacu padarangkaian differensial seperti ditunjukkan dalam Gambar 3. Terdapat empatbagian utama dalam proses pengukuran kapasitansi, yaitu Cx sebagai kapasitoryang akan diukur nilai kapasitansinya bisa berupa kapasitor polar dan non-polarataupun bisa berupa dua buah plat yang berfungsi sebagai elektroda. Sebelah kirielektroda adalah sinyal generator untuk tegangan eksitasi yang digunakan untukmemberikan sinyal sinusoidal dengan tegangan dan frekuensi tertentu, disebelahkanan elektroda adalah rangkaian deteksi yang berupa operasional amplifier(OpAmp) dan sebuah resistor Rf dan kapasitor Cf. Selanjutnya keluaran opampdihubungkan dengan sebuah oscilloscope untuk menganalisis sinyal yangdihasilkan. Berdasarkan sinyal tersebut dapat dihitung berapa nilai kapasitansidari sebuah kapasitor tersebut. Dalam mengukur sebuah kapasitor ataupunpasangan plat sejajar, akan dipengaruhi oleh beberapa factor diantaranya adalahstray kapasitansi Cq1 dan Cq2 dan ini biasanya dipengaruhi oleh kabel yangmenghubungkan elektroda Cx dengan sinyal generator dan rangkaianelektroniknya dan juga dipengaruhi oleh tata letak komponen elektronik dandesain PCB.

32

C-V circuit terdiri dari sebuah operasional amplifier AD827, resistorfeedback (Rf), dan kapasitor feedback (Cf) yang akan mengubah arus menjaditegangan AC Vo. Dengan pendekatan arus, yang menyatakan bahwa arus yangmasuk dan keluar op-amp adalah sama (i1=i2), maka akan didapatkan teganganyang merepresentasikan pengukuran kapasitansi.

V0 =// (2.14)

K = / (2.15)Dimana Rf adalah resistansi feedback, Cf adalah kapasitansi feedback,

adalah frekuensi sinyal eksitasi, Cs adalah standing kapasitansi (Cx+Cq), Vinadalah tegangan eksitasi, sedangkan k adalah nilai impedansi rangkaian C-Vcircuit. Rangkaian tersebut mengandung dua elemen yaitu kapasitansi danresistansi yang menyebabkan konduktansi, semakin kecil nilai resistansinyasemakin besar konduktansinya dan sebaliknya. Dalam metode pengukurankapasitansi ini, elemen resistansi akan diredam sehingga nilai konduktansinyasangat kecil dengan cara mengatur nilai k mendekati 1. Persamaan konduktansiadalah sebagai berikut:

G = (2.16)

jika resistansi Rf >>> 1/ C , maka k = C 1, maka nilai konduktansinyamendekati 1 sehingga yang terukur dalam rangkaian hanyalah kapasitansinya saja.Dengan demikian persamaan 6 dapat disederhanakan menjadi:

33

V0 =- Vin (2.17)

Cs =- Cf (2.18)

Gambar 2.14 Eksperimen Pengukuran Kapasitor

Berdasarkan Gambar 3 akan dibuat prototipenya menggunakan PCBlubang seperti terlihat pada Gambar 4. Dalam eksperimen ini digunakan sinyalgenerator yang terbuat dari mikrokontroller Attiny 2313 yang akan menghasilkansinyal kotak dengan frekuensi 2.5 MHz. Sinyal kotak ini kemudian diubahmenjadi sinyal AC dengan amplitude 20Vp-p menggunakan rangkaian integrator.Karena menggunakan frekuensi 2.5 MHz maka pengukuran kapasitansi yangsesuai dengan frekuensi tersebut adalah di bawah 1uF, untuk mengukurkapasitansi lebih besar sebaiknya menggunakan ferkuensi lebih rendah. Dalameksperimen ini akan dicoba diukur kapasitansi di bawah 100 pF karena itukapsitor Cf diset sebesar 100 pF, dan untuk mendapatkan nilai konduktifitas kecil,resistor Rf diset sebesar 10K dengan demikian nilai konstanta k adalah 0.94

34

sehingga persamaan 10 dapat digunakan. Untuk dapat menghitung Cx, terlebihdahulu harus diukur stray kapasitansi Cq dengan menggunakan persamaan 10dengan cara melepas kapasitor yang akan diukur, sinyal yang dihasilkan berupasinyal stray kapasitansi. Tegangan V0 yang terukur pada oscilloscope sebesar0.28V, dengan menggunakan persamaan 10 dapat dihitung nilai stray kapasitansiCq sebesar 2.8pF. Untuk uji coba eksperimen ini digunakan kapasitor keramikdari 1pF hingga 100pF dan hasil pengukuran ditunjukkan dalam Tabel 1,sedangkan Gambar 6 menunjukkan perbandingan liniearitas pengukuran. DariTabel 1 tersebut dapat dihitung sensitifitas rangkaian C-V circuit adalah sebesar0.1 VpF-1. Gambar 5 menunjukkan contoh sinyal eksitasi dan sinyal hasilkeluaran dari Opamp. Untuk menghitung kapasitansi Cx adalah dengan caramengurangkan standing kapasitansi Cs dengan stray kapasitansi Cq.

Cx = Cs Cq (2.19)

3. LCR meter

LCR HiTESTER HIOKI 3532 adalah salah satu jenis alat ukur impedansiyang dioperasikan menggunakan layar sentuh (touch screen) sebagai mediapenghubung antara pengguna dengan alat. Layar sentuh interaktif inimemungkinkan pengguna untuk mengoperasikan alat ini dengan mudah dansimpel, namun disayangkan sekali di dalam proses membaca data pengukuran danpenyimpanannya, alat ukur ini hanya bisa mengambil data pada satu titikpengukuran, serta masih dilakukan secara manual sehingga membutuhkan waktuyang lama. Oleh karena itu dirasakan perlu untuk mengembangkan suatu alat ukuryang dapat mengukur sifat elektrik suatu bahan secara cepat, tepat dan akurat,sehingga dapat diperoleh data yang bisa tersimpan dalam bentuk file spreedsheet,tanpa mengurangi fungsi dari LCR HiTESTER HIOKI 3532 yang digunakanselama ini. Melalui pengembangan alat ukur ini, parameter frekuensi ukur dapatdiatur nilainya dari 42 Hz sampai 5 MHz pada resolusi tinggi. Alat ukur ini

35

maksimum mampu mengukur setiap empat dari empat belas parameter uji, tidakhanya impedansi | Z | dan sudut fasa , tetapi juga nilai induktansi (L), kapasitansi

(C), dan resistansi (R) dan lain-lain, serta pengukuran dapat dilakukan secarasimultan serta ditampilkan pada layar. Selain dari itu, aplikasi alat ukur ini dapatdiatur dengan pengaturan tegangan konstan dan arus konstan.

Cara kerja LCR meter pada umumnya adalah dengan memberi sumbertegangan AC pada komponen yang diukur. Tegangan dan arus pada komponentersebut digunakan untuk menentukan impedansi. Sedangkan beda sudut fasaantara tegangan dan arus digunakan untuk menentukan besar induktansi ataukapasitansi dan/atau resistansi pada komponen tersebut.

Tabel 2.5 Perhitungan untuk rangkaian seri dan paralel

Parameter Mode Rangkaian Seri Mode Rangkaian Paralel

Z Z= = R + XY Y= = G + BR Rs = ESR = ZCos Rp = = *X X = ZSin

G G = YCos *

B B = YSin *

L Ls = Lp =

C Cs = Cp =

D D =

Q Q = Tan =

36

* Sudut fasa dari admitansi Y ( )Ls, Rs, Cs : Nilai pengukuran dari L, C, dan R di mode rangkaian seri.Lp, Rp, Cp : Nilai pengukuran dari L, C, dan R di mode rangkaian paralel.2.6 X-Ray Difraction (XRD)

Spektroskopi difraksi sinarX (X-ray difraction/XRD) merupakan salahsatu metode karakterisasi material yang paling tua dan paling sering digunakanhingga sekarang ini. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalindalam material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untukmendapatkan ukuran partikel.

2.6.1 Hubungan Kristal dan X-ray

Material solid dideskripsikan sebagai amorphous dan kristalin. Amorphousyaitu atom tersusun dalam pola acak, seperti kaca termasuk material amorphous.Kristalin yaitu atom tersusun dalam pola tetap. Sekitar 95% dari seluruh materialpadat dideskripsikan sebagai material kristalin. Ketika X-ray berinteraksi dengansubstansi kristalin (phase), didapatkan pola difraksi. Penggunaan utama dari XRDadalah untuk mengidntifikasi komponen sampel dengan prosedur search / match.

Ketika sinar X-ray menabrak sebuah atom, elektron di sekeliling atomtersebut akan mulai terombang-ambing (oscillate) dengan frekuensi yang samadengan sinar yang masuk. Pada segala arah, akan terjadi destructive interference,yaitu gelombang akan keluar dari phase dan tidak ada resultan energi yangmeninggalkan sampel solid. Tetapi tidak demikian dengan atom kristal. Atompada kristal tersusun dalam pola yang teratur, dan pada beberapa arah akanterdapat constructive interferences. Gelombang akan tetap pada phase danterdapat sinar X-ray yang meninggalkan sampel dan menghasilkan pola difraksi.

37

2.6.2 Prinsip Kerja XRD

Alat yang digunakan pada XRD adalah diffractometer. Spektrum difraksiyang khas terdiri dari alur intensitas yang terefleksi melawan sudut detektor 2theta atau theta yang bergantung pada konfigurasi goniometer, bagiandiffractometer yang memastikan posisi anguler objek.

Nilai 2 theta untuk peak (puncak) bergantung pada panjang gelombang(wave lenght) dari material anoda X ray tube. Oleh karenanya adalah biasa untukmengurangi posisi peak ke interplanar spacing yang berkorespondensi denganbidang h, k, l yang menyebabkan refleksi. Nilai d-spacing hanya bergantungkepada bentuk dari unit cell (elemen bervolume terkecil) d-spacing didapatkandari fungsi 2 theta dari Braggs law sebagai berikut:

Gambar 2.15 Proses Difraksi sinar-X [http://nanotech.co.id/jasa-analisa-xrd/]

d= n / 2sin (2.20)

Keterangan:

= panjang gelombang sinar-X yang digunakan (nm)

n = orde pembiasan/ kekuatan intensitas

38

= sudut antara sinar datang dengan bidang normal

Setelah d-spacing sampel didapatkan, selanjutnya dicocokan denganInternational Center Data. Hal ini yang disebut dengan prosedur search/match.

Keuntungan utama penggunaan sinar-X dalam karakterisasi materialadalah kemampuan penetrasinya, sebab sinar-X memiliki energi yang sangattinggi akibat panjang gelombangnya yang pendek. Sinar-X adalah gelombangelektromagnetik dengan panjang gelombang 0,5-2,0 mikron. Sinar ini dihasilkandari penembakan logam dengan elektron berenergi tinggi. Elektron itu mengalamipelambatan saat masuk ke dalam logam dan menyebabkan elektron pada kuliratom logam tersebut terpental membentuk kekosongan. Elektron dengan energiyang lebih tinggimasuk ke tempat kosong dengan memancarkan kelebihanenerginya sebagai foton sinar-X.

2.7 Atomic absorption spectrophotometer (AAS)

Disebut juga spektroskopi serapan atom (SSA). Absorbsi atom adalahspektroskopi atom yang pertama kali dapat diandalkan untuk menganalisa adanyalogam dalam sampel yang berasal dari lingkungan.

Gambar 2.16 Mekanisme uji AAS [http://web.nmsu.edu]

Hollowcathode

lamp Flame

Nebulizer Testsolution Data

processor

DetectorMonochromator

39

2.7.1 Prinsip Dasar AAS

Dalam AAS kita mengukur serapan (absorbsi) yang dialami oleh sebrkassinar yang melalui kumpulan atom-atom. Serapan akan bertambah denganbertambahnya jumlah atom yang menyerap sinar tersebut.

Sinar tersebut bersifat monokromatis dan mempnyai panjang gelombang() tertentu. Suatu atom unsur X hanya bisa menyerap sinar yang panjang

gelombangnya sesuai dengan unsur X tersebut. Artinya, sifat menyerap sinar inimerupakan sifat yang khas (spesifik) bagi unsur X tersebut. Misal : atom Cumenyerap sinar dengan =589,0 nm sedangkan atom Pb menyerap dengan sinar

= 217,0 nm. Dengan menyerap sinar yang khas, atom tersebut akan tereksitasi(elektron terluar dari atomya tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi).

Hubungan antara serapan yang dialami oleh sinar dengan konsentrasianalit dalam larutan standar bisa dipergunakan untuk menganalisa larutan sampelyang tidak diketahui, yaitu dengan mengukur serapan yang diakibatkan olehlarutan sampel tersebut terhadap sinar yang sama. Biasanya terdapat hubunganyang linier antara serapan (A) dengan konsentrasi (c) dalam larutan yang diukurdan koefisien absorbansi (a).

A= a.b.c (2.21)Dari hukum Labert-Beer/ Bouguer-BeerBila cahaya monokromatis dilewatkan pda media transparan maka berkurangnya

intensitas cahaya yang ditransmisikan sebanding dengan ketebalan (b) dankonsentrasi larutan.

Cara sederhana untuk menemukan konsentrasi unsur logam dalamcuplikan adalah dengan membandingan nilai absorban (Ax) dari cuplikan denganabsorbansi zat standar yang diketahui konesentrasinya.

Cx = Ax.Cs/ As (2.22)

Dimana

40

Ax =absorbans sampelAs = Absorban standarCx = konsentrasi Sampel (ppm)Cs= konsentrasi Standar (ppm)

2.7.2 Metode Atomic absorption spectrophotometer (AAS)Ada 2 metode yang umum digunakan pada pengujian AAS, teknik nyala

dan teknik tanpa nyala.1. Teknik nyala

Sampel diaspirasikan ke spray chamber lewat kapiler dari nebulizer.Penyedotan ini akibat efek tekanan gas oksidan yang masuk ke nebulizer.Aliran larutan ini keluar kapiler dengan kecepatan tinggi dan segeramenumbuk silica glass bead di depannya sehingga terpecahlah larutanmembentuk butir-butir kabut. Kabut ini bercampur dengan gas membentukaerosol. Setelah proses pengkabutan, campuran gas naik menuju burnermaka terjadi proses pemanasan dan pengatoman. Setelah itu terjadipenyerapan sinar oleh atom, banyaknya sinar yang diserap berbandinglurus dengan kadar zat. Metode ini dibagi 2 yaitu:a. Hydride Generation (analisis logam volatile: AS, Sb, Se, Sn)b. Flame (hampir semua logam, dalam ppm)

2. Teknik tanpa Nyala

Atomisasi tanpa nyala dilakukan dengan energi listrik pada batang karbonyang biasanya berbentuk tabung grafit. Contoh diletakan dalam tabunggrafit dan listrik dialirkan melalui tabung tersebut sehingga tabungdipanaskan dan contoh akan teratomisasikan. Temperatur tabung grafitdapat diatur dengan merubah arus listrik yang dialirkan, sehingga kondisitemperatur optimum untuk setiap macam contoh/ unsur yang dianalisadapat dicapai dengan mudah. Metode ini dibagi menjadi 2 yaitua. Grafit Furnace (Hampir semua logam, dalam ppb)b. Cold Vapor (khusus logam Hg)