Limbah adalah buangan yang kehadirannya pada suatu saat dan tempat tertentu tidak dikehendaki lingkungannya karena tidak mempunyai nilai ekonomi. Limbah mengandung bahan pencemar yang bersifat racun dan bahaya. Limbah ini dikenal dengan limbah B3 (bahan beracun dan berbahaya).
Bahan ini dirumuskan sebagai bahan dalam jumlah relatif sedikit tapi mempunyai potensi mencemarkan/merusakkan lingkungan kehidupan dan sumber daya.
Bahan beracun dan berbahaya banyak dijumpai sehari-hari, baik sebagai keperluan rumah tangga maupun industri yang tersimpan, diproses, diperdagangkan, diangkut dan lain-lain.
Insektisida, herbisida, zat pelarut, cairan atau bubuk pembersih deterjen, amoniak, sodium nitrit, gas dalam tabung, zat pewarna, bahan pengawet dan masih banyak lagi untuk menyebutnya satu per satu. Bila ditinjau secara kimia bahan-bahan ini terdiri dari bahan kimia organik dan anorganik.
Terdapat lima juta jenis bahan kimia telah dikenal dan di antaranya 60.000 jenis sudah dipergunakan dan ribuan jenis lagi bahan kimia baru setiap tahun diperdagangkan.
Sebagai limbah, kehadirannya cukup mengkhawatirkan terutama yang bersumber dari pabrik industriy Bahan beracun dan berbahaya banyak digunakan sebagai bahan baku industri maupun sebagai penolong. Beracun dan berbahaya dari limbah ditunjukkan oleh sifat fisik dan kimia bahan itu sendiri, baik dari jumlah maupun kualitasnya.
Beberapa kriteria berbahaya dan beracun telah ditetapkan antara lain mudah terbakar, mudah meledak, korosif, oksidator dan reduktor, iritasi bukan radioaktif, mutagenik, patogenik, mudah membusuk dan lain-lain.
Dalam jumlah tertentu dengan kadar tertentu, kehadirannya dapat merusakkan kesehatan bahkan mematikan manusia atau kehidupan lainnya sehingga perlu ditetapkan batas-batas yang diperkenankan dalam lingkunganpada waktu tertentu.
Adanya batasan kadar dan jumlah bahan beracun danberbahaya pada suatu ruang dan waktu tertentu dikenal dengan istilah nilai ambang batas, yang artinya dalam jumlah demikian masih dapat ditoleransi oleh lingkungan sehingga tidak membahayakan lingkungan ataupun pemakai,Karena itu untuk tiap jenis bahan beracun dan berbahaya telah
ditetapkan nilai ambang batasnya.
Tingkat bahaya keracunan yang disebabkan limbah tergantung pada jenis dan karakteristiknya baik dalam jangka pendek maupun jangka panjang Dalam jangka waktu relatif singkat tidak memberikan pengaruh yang berarti, tapi dalam jangka panjang cukup fatal bagi lingkungan,Oleh sebab itu pencegahan dan penanggulangan haruslah merumuskan akibat-akibat pada suatu jangka waktu yang cukup jauh.
Melihat pada sifat-sifat limbah, karakteristik dan akibat yang ditimbulkan pada masa sekarang maupun pada masa yang akan datang diperlukan langkah pencegahan, penanggulangan dan pengelolaan.
Pencemaran terjadi akibat bahan beracun dan berbahaya dalam limbah lepas masuk lingkungan hingga terjadi perubahan kualitas lingkungan, Sumber bahan beracun dan berbahaya dapat diklasifikasikan:
industri kimia organik maupun anorganik
penggunaan bahan beracun dan berbahaya sebagai bahan baku atau bahan penolong
peristiwa kimia-fisika, biologi dalam pabrik.
Lingkungan sebagai badan penerima akan menyerap bahan tersebut sesuai dengan kemampuan. Sebagai badan penerima adalah udara, permukaan tanah, air sungai, danau dan lautan yang masingmasing mempunyai karakteristik berbeda.
Air di suatu waktu dan tempat tertentu berbeda karakteristiknya dengan air pada tempat yang sama dengan waktu yang berbeda,Air berbeda karakteristiknya akibat peristiwa alami serta pengaruh faktor lain.
Kemampuan lingkungan untuk memulihkan diri sendiri karena interaksi pengaruh luar disebut daya dukung lingkungan. Daya dukung lingkungan antara tempat satu dengan tempat yang lain berbeda, Komponen lingkungan dan faktor yang mempengaruhinya turut menetapkan nilai daya dukung.
Bahan pencemar yang masuk ke dalam lingkungan akan bereaksi dengan satu atau lebih komponen lingkungan. Perubahan komponen lingkungan secara fisika, kimia dan biologis sebagai akibat dari bahan pencemar, membawa perubahan nilai lingkungan yangdisebut perobahan kualitas.
Limbah yang mengandung bahan pencemar akan merubah kualitas lingkungan bila lingkungan tersebut tidak mampu memulihkan kondisinya sesuai dengan daya dukung yang ada padanya, Oleh karena itu penting diketahui sifat limbah dan komponen bahan pencemar yang terkandung.
Pada beberapa daerah di Indonesia sudah ditetapkan nilai kualitas limbah air dan udara. Namun baru sebagian kecil. Sedangkan kualitas lingkungan belum ditetapkan. Perlunya penetapan kualitas lingkungan mengingat program industrialisasi sebagai salah satu sektor yang memerankan andil besar terhadap perekonomlan dan kemakmuran bagi suatu bangsa.
Penggunaan air yang berlebihan, sistem pembuangan yang belum memenuhi syarat, karyawan yang tidak terampil, adalah faktor yang harus dipertimbangkan dalam mengidentifikasikan sumber pencemar.
Produk akhir, seperti pembungkusan, pengamanan tabung dan kotak, sistem pengangkutan, penyimpanan, pemakaian dengan aturan dan persyaratan yang tidak memenuhi ketentuan merupakan sumber pencemar juga.
Pencemaran lingkungan berakibat terhadap kesehatan manusia,tata kehidupan, pertumbuhan flora dan fauna yang berada dalam jangkauan pencemaran. Gejala pencemaran dapat terlihat pada jangka waktu singkat maupun panjang, yaitu pada tingkah laku dan pertumbuhan. Pencemaran dalam waktu relatif singkat, terjadi seminggu sampai dengan setahun sedangkan pencemaran dalam jangka panjang terjadi setelah masa 20 tahun atau lebih.
Gejala pencemaran yang terjadi dalam waktu singkat dapat diatasi dengan melihat sumber pencemaran lalu mengendalikannya. Tanda-tanda pencemaran ini gampang terlihat pada komponen lingkungan yang terkena pencemaran. Berbeda halnya dengan pencemaran yang terjadi dalam waktu yang cukup lama. Bahan pencemar sedikit demi sedikit berakumulasi.
Dampak pencemaran semula tidak begitu kelihatan. Namun setelah menjalani waktu yang relatif panjang dampak pencemaran kelihatan nyata dengan berbagai akibat yang ditimbulkan. Unsur-unsur lingkungan,mengalami perubahan kehidupan habitat. Tanaman yang semula hidup cukup subur menjadi gersang dan digantikan dengan tanaman lain. Jenis binatang tertentu yang semula berkembang secara wajar beberapa tahun kemudian menjadi langka, karena mati atau mencari tempat lain.
Kondisi kesehatan manusia juga menunjukkan perubahan; misalnya, timbul penyakit baru yang sebelumnya tidak ada.Kondisi air, mikroorganisme, unsur hara dan nilai estetika mengalami perubahan yang cukup menyedihkan.
Bahan pencemar yang terdapat dalam limbah industri ternyata telah memberikan dampak serius mengancam satu atau lebih unsur lingkungan: Jangkauan pencemar dalam jangka pendek maupun panjang tergantung pada sifat limbah,jenis, volume limbah, frekuensinya dan lamanya limbah berperan.
Lingkungan secara alami memiliki kemampuan untuk memulihkan keadaannya, Pemulihan keadaan ini merupakan suatu prinsip bahwa sesungguhnya lingkungan itu senantiasa arif menjaga keseimbangannya.
Sepanjang belum ada gangguan “paksa” maka apapun yang terjadi, lingkungan itu sendiri tetap bereaksi secara seimbang” Perlu ditetapkan daya dukung lingkungan untuk mengetahui kemampuan lingkungan menetralisasi parameter pencemar dalam rangka pemulihan kondisi lingkungan seperti semula.
Apabila bahan pencemar berakumulasi terus menerus dalam suatu lingkungan, sehingga lingkungan tidak punya kemampuan alami untuk menetralisasinya yang mengakibatkan perubahan kualitas. Pokok permasalahannya adalah sejauh mana perubahan ini diperkenankan.
Tanaman tertentu menjadi rusak dengan adanya asap dari suatu pabrik, tapi tidak untuk sebahagian tanaman lainnya.
contoh : dengan buangan air pada suatu sungai mengakibatkan peternakan ikan mas tidak baik pertumbuhannya, tapi cukup baik untuk ikan lele dan ikan gabus.
Berarti daya dukung lingkungan untuk kondisi kehidupan ikan emas berbeda dengan daya dukung lingkungan untuk kondisi kehidupan ikan lelelgabus, Kenapa demikian, tidak lain karena parameter yang terdapat dalam air tidak dapat dinetralisasi lingkungan untuk kehidupan ikan emas.
Ada saatnya makhluk tertentu dalam lingkungan punya kemampuan yang luar biasa beradaptasi dengan lingkungan lain, tapi ada kalanya menjadi pasif terhadap faktor luar. Jadi faktor daya dukung tergantung pada parameter pencemar dan makhluk yang ada dalam lingkungan.
Sesuai dengan program Pemerintah untuk lebih memudahkan dalam pembinaannya, industri dasar dirinci menjadi Industri Kimia Dasar dan Industri Mesin dan Logam, Dasar, sedangkan industri hilir sering juga disebutkan dengan Aneka Industri.
Selain penggolongan tersebut industri juga diklasifikasikan menjadi 3, yaitu: industri primer, industri yang mengubah bahan mentah menjadi setengah jadi; industri sekunder, adalah industri yang merubah barang setengah jadi menjadi barang jadi; industri tertier, sebagian besar meliputi industri jasa ataupun industri lanjutan yang mengolah bahan industri sekunder.
Ciri masing-masing industri adalah sebagai berikut: Industri hulu mempunyai ciri-ciri padat modal, berskala besar, menggunakan teknologi maju dan teruji. Lokasinya selalu dipilih dekat dengan bahan baku yang mempunyai sumber energi sendiri, dan pada umumnya lokasi ini belum tersentuh pembangunan. Karena itu diperlukan perencanaan yang matang beserta tahapan pembangunan, mulai dari perencanaan sampai operasional.
Dari sudut lain diperlukan pengaturan tata ruang, rencana pemukiman, pengembangan kehidupan perekonomian, pencegahan kerusakan lingkungan dan lain-lain. Pembangunan industri ini akan mengakibatkan perubahan lingkungan baik dari aspek sosial ekonomi dan budaya dan pencemaran.
Terjadi perubahan tatanan sosial, pola konsumsi, bentang alam, tingkah laku, habitat binatang, permukaan tanah, sumber air, kemunduran kualitas udara, pengurangan sumberdaya alam lainnya.
Industri hilir. Industri ini sebagai perpanjangan proses dari industri hulu. Pada umumnya industri ini mengolah bahan setengah jadi menjadi barang jadi. Lokasinya selalu diupayakan dekat pasar. Menggunakan teknologi madya dan teruji, Banyak menyerap tenaga kerja.
Industri kecil. Industri ini banyak berkembang di pedesaan maupun di kota. Industri kecil peralatannya sederhana. Walaupun hakekat produksi sama dengan industri hilir, tapi sistem pengolahannya lebih sederhana. Sistem tata letak pabrik, pengolahan limbah belum mendapat perhatian,Industri ini banyak menyerap tenaga kerja.
Definisi Ikatan Kimia Adalah ikatan yang terjadi antar atom atau antar molekul dengan cara sebagai berikut :
A- atom yang 1 melepaskan elektron, sedangkan atom yang lain menerima elektron (serah terima elektron)
B- penggunaan bersama pasangan elektron yang berasal dari masing-masing atom yang berikatan C- penggunaan bersama pasangan elektron yang berasal dari salah 1 atom yang berikatan
Berdasarkan perubahan konfigurasi elektron yang terjadi pada pembentukan ikatan, maka ikatan kimia dibedakan menjadi 4 yaitu : ikatan ion, ikatan kovalen, ikatan kovalen koordinat / koordinasi / dativ dan ikatan logam.
1-Ikatan Ionik. Definisi :
- Terjadi jika atom unsur yang memiliki energi ionisasi kecil/rendah melepaskan elektron valensinya (membentuk kation) dan atom unsur lain yang mempunyai afinitas elektron besar/tinggi menangkap/menerima elektron tersebut (membentuk anion).
- Kedua ion tersebut kemudian saling berikatan dengan gaya elektrostatis (sesuai hukum Coulomb).
- Unsur yang cenderung melepaskan elektron adalah unsur logam sedangkan unsur yang cenderung menerima elektron adalah unsur non logam.
2-Iktan Kovalen. Definisi :
- Adalah ikatan yang terjadi karena pemakaian pasangan elektron secara bersama oleh 2 atom yang berikatan.
- Ikatan kovalen terjadi akibat ketidakmampuan salah 1 atom yang akan berikatan untuk melepaskan elektron (terjadi pada atom-atom non logam).
- Ikatan kovalen terbentuk dari atom-atom unsur yang memiliki afinitas elektron tinggi serta beda keelektronegatifannya lebih kecil dibandingkan ikatan ion.
- Atom non logam cenderung untuk menerima elektron sehingga jika tiap-tiap atom non logam berikatan maka ikatan yang terbentuk dapat dilakukan dengan cara mempersekutukan elektronnya dan akhirnya terbentuk pasangan elektron yang dipakai secara bersama.
- Pembentukan ikatan kovalen dengan cara pemakaian bersama pasangan elektron tersebut harus sesuai dengan konfigurasi elektron pada unsur gas mulia yaitu 8 elektron (kecuali He berjumlah 2 elektron).
3-Ikatan Koordinat. Definisi :
- Adalah ikatan yang terbentuk dengan cara penggunaan bersama pasangan elektron yang berasal dari salah 1 atom yang berikatan [Pasangan Elektron Bebas (PEB)], sedangkan atom yang lain hanya menerima pasangan elektron yang digunakan bersama.
- Pasangan elektron ikatan (PEI) yang menyatakan ikatan dativ digambarkan dengan tanda anak panah kecil yang arahnya dari atom donor menuju akseptor pasangan elektron.
4-Ikatan Logam. Definisi :
- Adalah ikatan yang terbentuk akibat adanya gaya tarik-menarik yang terjadi antara muatan positif dari ion-ion logam dengan muatan negatif dari elektron-elektron yang bebas bergerak.
- Atom-atom logam dapat diibaratkan seperti bola pingpong yang terjejal rapat 1 sama lain.
- Atom logam mempunyai sedikit elektron valensi, sehingga sangat mudah untuk dilepaskan dan membentuk ion positif.
- Maka dari itu kulit terluar atom logam relatif longgar (terdapat banyak tempat kosong) sehingga elektron dapat berpindah dari 1 atom ke atom lain.
- Mobilitas elektron dalam logam sedemikian bebas, sehingga elektron valensi logam mengalami delokalisasi
• Pertanyaan dan jawaban mengenai Ikatan Kimia.
1. Jelaskan inti definisi dari Ikatan Kimia?
Ikatan kimia adalah sebuah proses fisika yang bertanggung jawab dalam interaksi gaya tarik menarik antara dua atomatau molekul yang menyebabkan suatu senyawa diatomik atau poliatomik menjadi stabil.
2. Ada berapa macam ikatan kimia? Sebutkan!
Ikatan kimia terbagi atas 4 macam yaitu : Ikatan Ionik, Ikatan Kovalen, Ikatan Koordinat, dan Ikatan Logam.
3. Apa yang dimaksud dengan Gas Mulia?
Gas mulia adalah gas yang mempunyai sifat lengai, tidak reaktif, dan susah bereaksi dengan bahan kimia lain. Gas mulia banyak digunakan dalam sektor perindustrian
Delokalisasi yaitu suatu keadaan dimana elektron valensi tersebut tidak tetap posisinya pada 1 atom, tetapi senantiasa berpindah-pindah dari 1 atom ke atom lain.
Banyak inti (atau lebih tepat, inti dengan paling tidak jumlah proton atau neutronnya ganjil) dapat dianggap sebagai magnet kecil. Inti seperti proton (1H atau H-1) dan inti karbon-13 (13C atau C-13; kelimpahan alaminya sekitar 1%). Karbon -12 (12C), yang dijadikan standar penentuan massa, tidak bersifat magnet.
Bila sampel yang mengandung 1H atau 13C (bahkan semua senyawa organik) ditempatkan dalam medan magnet, akan timbul interaksi antara medan magnet luar tadi dengan magnet kecil (inti). Karena ada interaksi ini, magnet kecil akan terbagi atas dua tingkat energi (tingkat yang sedikit agak lebih stabil (+) dan keadaan yang kurang stabel (-)) yang energinya berbeda. Karena dunia inti adalah dunia mikroskopik, energi yang berkaitan dengan inti ini terkuantisasi, artinya tidak kontinyu. Perbedaan energi antara dua keadaan diberikan oleh persamaan.
E = γhH/2π(13.4)
H kuat medan magnet luar (yakni magnet spektrometer), h tetapan Planck, γ tetapn khas bagi jenis inti tertentu, disebut dengan rasio giromagnetik dan untuk proton nilainya 2,6752 x 108 kg-1 s A (A= amper)??
Bila sampel disinari dengan gelombang elektromagnetik ν yang berkaitan dengan perbedaan energi E, yakni,
E = hν (13.5)
inti dalam keadaan (+) mengabsorbsi energi ini dan tereksitasi ke tingkat energi (-). Proses mengeksitasi inti dalam medan magnetik akan mengabsorbsi energi (resonansi) disebut nuclear magnetic resonance (NMR)??
Frekuensi gelombang elektromagnetik yang diabsorbsi diungkapkan sebagai fungsi H.
ν = γH/2π(13.6)
Bila kekuatan medan magnet luar, yakni magnet spektrometer, adalah 2,3490 T(tesla; 1 T = 23490 Gauss), ν yang diamati sekitar 1 x 108 Hz = 100 MHz??ilai frekuensi ini di daerah gelombang mikro.
Seacara prinsip, frekuensi gelombang elektromagnetik yang diserap ditentukan oleh kekuatan magnet dan jenis inti yang diamati. Namun, perubahan kecil dalam frekuensi diinduksi oleh perbedaan lingkungan kimia tempat inti tersebut berada. Perubahan ini disebut pergeseran kimia.
Dalam spektroskopi 1H NMR, pergeseran kimia diungkapkan sebagai nilai relatif terhadap frekuensi absorpsi (0 Hz) tetrametilsilan standar (TMS) (CH3)4Si??ergeseran kimia tiga jenis proton dalam etanol CH3CH2OH adalah sekitar 105??25 dan 490 Hz bila direkam dengan spektrometer dengan magnet 2 1140 T (90 MHz) (Gambar 13.6(a))??arena frekuensi absorpsi proton adalah 0,9 x 108Hz (90 MHz), pergeseran kimia yang terlibat hanya bervariasi sangat kecil.
Gambar 13.6 1H spektra NMR etanol CH3CH2OH (a) spektrum resolusi rendah, (b) resolusi tinggi. Garis bertangga adalah integral intensitas absorpsi.
Frekuensi resonansi (frekuensi absorpsi) proton (atau inti lain) sebanding dengan kekuatan magnet spektrometer. Perbandingan data spektrum akan sukar bila spektrum yang didapat dengan magnet berbeda kekuatannya. Untuk mencegah kesukaran ini, skala δ, yang tidak bergantung pada kekuatan medan magnet, dikenalkan. Nilai δ didefinisikan sebagai berikut.
δ = (ν/ν) x 106 (ppm) (13.7)
ν perbedaan frekuensi resonansi (dalam Hz) inti yang diselidiki dari frekuensi standar TMS (dalam banyak kasus) dan ν frek uensi (dalam Hz) proton ditentukan oleh spektrometer yang sama. Anda harus sadar bahwa Hz yang muncul di pembilang dan penyebut persamaan di atas dan oleh karena itu saling meniadakan. Karena nilai ν/ν sedemikian kecil, nilainya dikalikan dengan 106. Jadi nilai δ diungkapkan dalam satuan ppm.
Untuk sebagian besar senyawa, nilai δ proton dalam rentang 0-10 ppm. Nilai δ tiga puncak etanol di Gambar 13. 6 adalah 1,15; 3,6 dan 5,4??
Penemuan pergeseran kimia memberikan berbagai kemajuan dalam kimia. Sejak itu spektroskopi NMR telah menjadi alat yang paling efektif untuk menentukan struktur semua jenis senyawa. Pergeseran kimia dapat dianggap sebagai ciri bagian tertentu struktur. Misalnya, pergeseran kimia proton dalam gugus metil sekitar 1 ppm apappun struktur bagian lainnya. Lebih lanjut, seperti yang ditunjukkan di Gambar 13.6, dalam hal spektra 1H NMR, intensitas sinyal terintegrasi sebanding dengan jumlah inti yang relevan dengan sinyalnya. Hal ini akan sangat membantu dalam penentuan struktur senyawa organik.
Sketsakan bentuk kira-kira spektrum 1H NMR 1-propanol CH3CH2CH2OH, dan identifikasi asal tiap sinyal. Prosedur ini disebut dengan penandaan (assignment).
Jawab
Pola spektrumnya dekat dengan pola spektrum etanol kecuali satu sinyal tambahan dari -CH2. Sinyal ini diharapkan muncul antara δ 1 dan δ 5 di Gambar 13.5. Anda harus memperhatikan bahwa proton dekat atom oksigen akan beresonansi pada medan rendah (yakni spektrum sisi kiri). b. Kopiling spin-spin
Bahkan bila pergeseran kimia adalah satu-satunya informasi yang dihasilkan oleh spektroskopi NMR, nilai informasi dalam penentuan struktural senyawa organik sangat besar maknanya. Selain itu, spektroskopi NMR dapat memberikan informasi tambahan, yakni informasi yang terkait dengan kopling spin-spin.
Sebagaimana sudah Anda pelajari, tingkat energi inti (yakni, proton) terbelah menjadi keadaan berenergi tinggi dan rendah. Selain itu, tingkat-tingkat energi ini membelah lebih lanjut karena interaksi dengan inti tetangganya (inti-inti adalah magnet-magnet sangat kecil juga). Pembelahan ini sangat kecil tetapi akan memiliki akibat yang penting, yakni, pembelahannya tidak dipengaruhi oleh kekuatan medan magnet spektrometer. Pembelahannya hanya bergantung pada interaksi inti-inti.
Bila spektrum 1H NMR etanol diukur dengan kondi si lebih baik (uakni resolusi lebih baik), sinyal CH3- dan CH2- tebelah menjadi multiplet (Gambar 13.6(b)). Pembelahan ini karena adanya kopling spin-spin antar proton. Spektra yang menunjukkan pembelahan kopling spin-spin ini disebut spektra resolusi tinggi. Sedang spektra yang tidak menunjukkan pembelahan ini disebut spektra resolusi rendah.
Penggunaan spektroskopi sebagai sarana penentuan struktur senyawa memiliki sejarah yang panjang. Reaksi nyala yang populer berdasarkan prinsip yang sama dengan spektroskopi. Di pertengahan abad ke-19, kimiawan Jerman Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899) dan fisikawan Jerman Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) berkerjasama mengembangkan spektrometer (Gambar 13.2). Dengan bantuan alat baru ini, mereka berhasil menemukan dua unsur baru, rubidium dan cesium. Kemudian alat ini digunakan banyak kimiawan untuk menemukan unsur baru semacam galium, indium dan unsur-unsur tanah jarang. Spektroskopi ntelah memainkan peran penting dalam penemuan gas-gas mulia.
Metoda penyelidikan dengan bantuan spektrometer disebut spektrometri. Dengan sumber cahaya apapun, spektrometer terdiri atas sumber sinar, prisma, sel sampel, detektor dan pencatat. Fungsi prisma adalah untuk memisahkan sinar polimkromatis di sumber cahaya menjadi sinar monokromatis, dan dengan demikian memainkan peran kunci dalam spektrometer.
Dalam spektrometer modern, sinar yang datang pada sampel diubah panjang gelombangnya secara kontinyu. Hasil percobaan diungkapkan dalam spektrum dengan absisnya menyatakan panjang gelombang (atau bilangan gelombang atau frekuensi) sinar datang dan ordinatnya menyatakan energi yang diserap sampel.
Tulisan yang diberikan di bagian selingan berikut menyarankan bahwa sukar untuk mendefinisikan “bahan yang murni sempurna”. Cara yang lebih praktis adalah mendefinisikan selisih dari murni sempurna. Harus ditambahkan bahwa, tanpa metoda yang tepat untuk memperkirakan kemurnian, kita tidak dapat memutuskan keefektifan metoda pemurnian tertentu. Singkatnya, tanpa itu tidak mungkin diputuskan apakah senyawa tertentu murni atau tidak.
Ambil contoh senyawa organik. Sampai pertengahan abad 20, kriteria kemurnian senyawa organik didasarkan atas beberapa percobaan: analisis unsur dan pengukuran sifat fisik seperti titik leleh dan titik didih. Hasil analisis unsur harus sama dengan nilai hasil perhitungan berdasarkan rumus molekul, dan konstanta fisik harus juaga sama dengan nilai yang dilaporkan di literatur (kriteria ini hanya dapat digunakan untuk senyawa yang telah diketahui).
Analisis unsur senyawa organik dilakukan dengan cara sebagai berikut. Sejumlah massa tertentu sampel dibakar dan karbon dioksida dan air yang dihasilkan dijebak dengan absorben yang tepat, dan peningkatan massa absorben kemudian ditentukan. Peningkatan massa absorben diakibatkan oleh karbon dioksida dan air yang diserap. Dari nilai ini jumlah karbon dan hidrogen dalam sampel dapat ditentukan. Metoda pembakaran telah dikenal sejak dulu. Metoda ini telah digunakan oleh Lavoisieur dan secara signifikan disempurnakan oleh Liebig. Metoda modern untuk menentukan jumlah karbon dioksida dan air adalah dengan kromatografi gas bukan dengan metoda penimbangan. Namun, prinsipnya tidak berubah sama sekali.
Harus dinyatakan bahwa kemungkinan percobaan mempengaruhi hasil tidak terhindarkan. Pekerjaan menimbang tidak dapat bebas kesalahan (termasuk ketidakakuratan neracanya).
Menjebak karbon dioksida dan air juga merupakan prosedur yang sukar. Kontaminasi oleh karbon dioksida dan air dari udara merupakan sumber kesalahan juga. Mempertimbangkan semua hal ini, biasanya bila perbedaan antara hasil percobaan dan teori kurang dari 0,3%, maka perbedaan itu dapat diterima. Ini merupakan contoh yang baik untuk definisi praktis kemurnian.
Kriteria kemurnian empiris yang lain adalah uji titik-leleh-campuran. Metoda ini didasarkan atas fakta berikut. Bila titik leleh campuran dua padatan dengan titik leleh yang sama ditentukan, titik lelehnya akan menurun bila dua senyawa itu tidak identik. Uji ini dulunya merupan fondasi logis kimia organik dalam perkembangan bidang ini terutama saat menambahkan anggota baru dalam keluarga senyawa. Bila satu dari dua senyawa itu tidak murni, akan diamati penurunan titik leleh.
Masalahnya waktu itu adalah bagaimana kimiawan dapat memperoleh sampel yang dapat dianalisis dengan benar dan tidak menunjukkan penurunan titik leleh.
Dalam banyak kasus kita tidak dapat menggunakan material tanpa pemurnian baik material itu dari alam (misalnya, minyak mentah) atau yang disintesis di laboratorium. Pemisahan atau pemurnian dengan metoda tertentu perlu dilakukan. Dalam buku ini telah dibahas sintesis material telah dibahas, maka bab ini akan membahas pemurnian. Dalam praktek, sintesis dan pemurnian tidak dapat dipisahkan satu sama lain. Kita akan melihat bahwa ketika metoda pemisahan-pemurnian baru dikembangkan, kimia akan mendapat kemajuan yang besar.
Material dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok, murni dan campuran. Pernyataan ini Anda telah dapatkan di halaman pertama buku SMA, dan nampak sebagai sesuatu yang jelas. Namun, dalam kenyataan ini bukanlah hal sederhana. Pertama, sebagain besar material di sekitar kita adalah campuran, dan sebagian besar adalah campuran multikomponen. Udara adalah contoh yang baik. Komponen utama udara adalah nitrogen dan oksigen. Jadi udara adalah campuran, bukan material murni. Lebih lanjut, akan diperlihatkan dengan analisis yang rinci bahwa udara mengandung sejumlah kecil uap air, karbon dioksida dan beberapa gas dalam jumlah kecil.
Dapat dinyatakan bahwa di dunia ini tidak ada material yang benar-benar murni. Anda mungkin mengira bahwa air terdistilasi adalah air yang murni sempurna. Anda terlalu optimistik! Sejumlah tertentu karbon dioksida masih terlarut dalam air ini. Selain itu sejumlah sangat kecil ion natrium mungkin masih ada, ion ini mungkin berasal dari dinding alat distilasi. Diperlukan cara tertentu untuk menghilangkan ion ini.
Mensintesis material tertentu atau mengekstraksi material dari alam memiliki tujuan teknologis tertentu. Dalam banyak kasus material murni diperlukan. Jadi seni sintesis dan pemurnian adalah dua sisi dari mata uang yang sama.
Walaupun agak tidak terlalu jelas, kontribusi kromatografi pada perkembangan kimia modern tidak dapat dipandang rendah. Tanpa teknik kromatografi, sintesis senyawa murni (atau hampir murni) akan sangat sukar , dan dalam banyak kasus, hampir tidak mungkin.
Di awal abad ke-20, kimiawan Rusia Mikhail Semënovich Tsvet (1872-1919) menyiapkan kolom yang diisi dengan serbuk kalsium karbonat, dan kedalamnya dituangkan campuran pigmen tanaman yang dilarutkan dalam eter. Secara mengejutkan, pigmen memisahkan dan membentuk lapisan berwarna di sepanjang kolom. Ia menamakan kromatografi pada teknik pemisahan baru ini (1906). Kemudian kimiawan dari Swiss Richard Martin Willstätter (1872-1942) menerapkan teknik ini untuk risetnya yakni khlorofil untuk menunjukkan manfaat teknik ini, dan sejak itu banyak perhatian diberikan pada kromatografi.
Kromatografi adalah teknik untuk memisahkan campuran menjadi komponennya dengan bantuan perbedaan sifat fisik masing-masing komponen. Alat yang digunakan terdiri atas kolom yang di dalamnya diisikan fasa stasioner (padatan atau cairan). Campuran ditambahkan ke kolom dari ujung satu dan campuran akan bergerak dengan bantuan pengemban yang cocok (fasa mobil). Pemisahan dicapai oleh perbedaan laju turun masing-masing komponen dalam kolom, yang ditentukan oleh kekuatan adsorpsi atau koefisien partisi antara fasa mobil dan fasa diam (stationer).
Komponen utama kromatografi adalah fasa stationer dan fasa mobil dan kromatografi dibagi menjadi beberapa jenis bergantung pada jenis fasa mobil dan mekanisme pemisahannya, seperti ditunjukkan di Tabel 12.1
Tabel 12.1 Klasifikasi kromatografi
Kriteria
Nama
Fasa mobil
Kromatografi cair, kromatografi gas
Kromatografi adsorpsi, kromatografi partisi
Beberapa contoh kromatografi yang sering digunakan di laboratorium diberikan di bawah ini.
a. Kromatografi partisi
Prinsip kromatografi partisi dapat dijelaskan dengan hukum partisi yang dapat diterapkan pada sistem multikomponen yang dibahas di bagian sebelumnya. Dalam kromatografi partisi, ekstraksi terjadi berulang dalam satu kali proses. Dalam percobaan, zat terlarut didistribusikan antara fasa stationer dan fasa mobil. Fasa stationer dalam banyak kasus pelarut diadsorbsi pada adsorben dan fasa mobil adalah molekul pelarut yang mengisi ruang antar partikel yang ter adsorbsi.
Contoh khas kromatografi partisi adalah kromatografi kolom yang digunakan luas karena merupakan sangat efisien untuk pemisahan senyawa organik (Gambar 12.3).
Kolomnya (tabung gela) diisi dengan bahan seperti alumina, silika gel atau pati yang dicampur dengan adsorben, dan pastanya diisikan kedalam kolom. Larutan sampel kemudian diisikan kedalam kolom dari atas sehingga sammpel diasorbsi oleh adsorben. Kemudian pelarut (fasa mobil; pembawa) ditambahkan tetes demi tetes dari atas kolom.
Partisi zat terlarut berlangsung di pelarut yang turun ke bawah (fasa mobil) dan pelarut yang teradsorbsi oleh adsorben (fasa stationer). Selama perjalanan turun, zat terlarut akan mengalami proses adsorpsi dan partisi berulang-ulang. Laju penurunan berbeda untuk masing-masing zat terlarut dan bergantung pada koefisien partisi masing-masing zat terlarut. Akhirnya, zat terlarut akan terpisahkan membentuk beberapa lapisan.
Akhirnya, masing-masing lapisan dielusi dengan pelarut yang cocok untuk memberikan spesimen murninya. Nilai R didefinisikan untuk tiap zat etralrut dengan persamaan berikut.
R = (jarak yang ditempuh zat terlarut) / (jarak yang ditempuh pelarut/fasa mobil).
Gambar 12.3 Diagram skematik kromatografi
b. Kromatografi kertas
Mekanisme pemisahan dengan kromatografi kertas prinsipnya sama dengan mekanisme pada kromatografi kolom. Adsorben dalam kromatografi kertas adalah kertas saring, yakni selulosa. Sampel yang akan dianalisis ditotolkan ke ujung kertas yang kemudian digantung dalam wadah. Kemudian dasar kertas saring dicelupkan kedalam pelarut yang mengisi dasar wadah. Fasa mobil (pelarut) dapat saja beragam. Air, etanol, asam asetat atau campuran zat-zat ini dapat digunakan.
Kromatografi kertas diterapkan untuk analisis campuran asam amino dengan sukses besar. Karena asam amino memiliki sifat yang sangat mirip, dan asam-asam amino larut dalam air dan tidak mudah menguap (tidak mungkin didistilasi), pemisahan asam amino adalah masalah paling sukar y
ang dihadapi kimiawan di akhir abad 19 dan awal abad 20. Jadi penemuan kromatografi kertas merupakan berita sangat baik bagi mereka.
Kimiawan Inggris Richard Laurence Millington Synge (1914-1994) adalah orang pertama yang menggunakan metoda analisis asam amino dengan kromatografi kertas. Saat campuran asam amino menaiki lembaran kertas secara vertikal karena ada fenomena kapiler, partisi asam amino antara fasa mobil dan fasa diam (air) yang teradsorbsi pada selulosa berlangsung berulang-ulang. Ketiak pelarut mencapai ujung atas kertas proses dihentikan. Setiap asam amino bergerak dari titik awal sepanjang jarak tertentu. Dari nilai R, masing-masing asam amino diidentifikasi.
Kromatografi kertas dua-dimensi (2D) menggunakan kertas yang luas bukan lembaran kecil, dan sampelnya diproses secara dua dimensi dengan dua pelarut.
Gambar 12.4 Contoh hasil kromatografi kertas pigmen dari
www.indigo.com/ science-supplies/filterpaper. html
c. Kromatografi gas
Campuran gas dapat dipisahkan dengan kromatografi gas. Fasa stationer dapat berupa padatan (kromatografi gas-padat) atau cairan (kromatografi gas-cair).
Umumnya, untuk kromatografi gas-padat, sejumlah kecil padatan inert misalnya karbon teraktivasi, alumina teraktivasi, silika gel atau saringan molekular diisikan ke dalam tabung logam gulung yang panjang (2-10 m) dan tipis. Fasa mobil adalah gas semacam hidrogen, nitrogen atau argon dan disebut gas pembawa. Pemisahan gas bertitik didih rendah seperti oksigen, karbon monoksida dan karbon dioksida dimungkinkan dengan teknik ini.
Dalam kasus kromatografi gas-cair, ester seperti ftalil dodesilsulfat yang diadsorbsi di permukaan alumina teraktivasi, silika gel atau penyaring molekular, digunakan sebagai fasa diam dan diisikan ke dalam kolom. Campuran senyawa yang mudah menguap dicampur dengan gas pembawa disuntikkan ke dalam kolom, dan setiap senyawa akan dipartisi antara fasa gas (mobil) dan fasa cair (diam) mengikuti hukum partisi. Senyawa yang kurang larut dalam fasa diam akan keluar lebih dahulu.
Metoda ini khususnya sangat baik untuk analisis senyawa organik yang mudah menguap seperti hidrokarbon dan ester. Analisis minyak mentah dan minyak atsiri dalam buah telah dengan sukses dilakukan dengan teknik ini.
Efisiensi pemisahan ditentukan dengan besarnya interaksi antara sampel dan cairannya. Disarankan untuk mencoba fasa cair standar yang diketahui efektif untuk berbagai senyawa. Berdasarkan hasil ini, cairan yang lebih khusus kemudian dapat dipilih. Metoda deteksinya, akan mempengaruhi kesensitifan teknik ini. Metoda yang dipilih akan bergantung apakah tujuannya analisik atau preparatif.
d. HPLC
Akhir-akhir ini, untuk pemurnian (misalnya untuk keperluan sintesis) senyawa organik skala besar, HPLC (high precision liquid chromatography atau high performance liquid chromatography) secara ekstensif digunakan. Bi la zat melarut dengan pelarut yang cocok, zat tersebut dapat dianalisis. Ciri teknik ini adalah penggunaan tekanan tinggi untuk mengirim fasa mobil kedalam kolom. Dengan memberikan tekanan tinggi, laju dan efisiensi pemisahan dapat ditingkatkan dengan besar.
Silika gel atau oktadesilsilan yang terikat pada silika gel digunakan sebagai fasa stationer. Fasa stationer cair tidak populer. Kolom yang digunakan untuk HPLC lebih pendek daripada kolom yang digunakan untuk kromatografi gas. Sebagian besar kolom lebih pendek dari 1 m.
Kromatografi penukar ion menggunakan bahan penukar ion sebagai fasa diam dan telah berhasil digunakan untuk analisis kation, anion dan ion organik.
Soal.
1.Jelaskan yang dimaksud dengan kromatografi ?
2.Bagaimana Mikhail Semënovich Tsvet teori kromatografinya ?
3.Sebutkan contoh kromatografi yang sering digunakan di laboratorium ?
4.Jelaskan mekanisme kromatografi kertas ?
5.Jelaskan mengapa Kromatografi kertas sukses diterapkan untuk analisis campuran asam amino ?
Jawab.
1.Kromatografi adalah teknik untuk memisahkan campuran menjadi komponennya dengan bantuan perbedaan sifat fisik masing-masing komponen. Alat yang digunakan terdiri atas kolom yang di dalamnya diisikan fasa stasioner (padatan atau cairan).
2.Ketika itu Mikhail Semënovich Tsvet menyiapkan kolom yang diisi dengan serbuk kalsium karbonat, dan kedalamnya dituangkan campuran pigmen tanaman yang dilarutkan dalam eter. Secara mengejutkan, pigmen memisahkan dan membentuk lapisan berwarna di sepanjang kolom. Ia menamakan kromatografi pada teknik pemisahan baru ini.
3.Kromatografi partisi, Kromatografi kertas, Kromatografi gas dan HPLC (high precision liquid chromatography atau high performance liquid chromatography).
4.Mekanisme pemisahan dengan kromatografi kertas prinsipnya sama dengan mekanisme pada kromatografi kolom. Adsorben dalam kromatografi kertas adalah kertas saring, yakni selulosa. Sampel yang akan dianalisis ditotolkan ke ujung kertas yang kemudian digantung dalam wadah. Kemudian dasar kertas saring dicelupkan kedalam pelarut yang mengisi dasar wadah. Fasa mobil (pelarut) dapat saja beragam. Air, etanol, asam asetat atau campuran zat-zat ini dapat digunakan.
5.Karena asam amino memiliki sifat yang sangat mirip, dan asam-asam amino larut dalam air dan tidak mudah menguap (tidak mungkin didistilasi), pemisahan asam amino adalah masalah paling sukar yang dihadapi kimiawan di akhir abad 19 dan awal abad 20. Jadi penemuan kromatografi kertas merupakan berita sangat baik bagi mereka.
Sintesis dan pemurnian bahan bukan tujuan final bagi kimiawan. Yang harus didefinisikan adalah struktur bahan yang telah disintesis dan dimurnikan. Tahap ini kadang merupakan tahap yang paling sukar. Harus diakui bahwa sampai paruh akhir abad ke-20, kimiawan tidak dibekali dengan alat yang cukup untuk mengatasi kesukaran ini. Beberapa kimiawan mengusulkan struktur yang tidak tepat bahkan untuk beberapa tahun. Namun, situasinya berubah drastis sejak dikembangkan berbagai teknik spektroskopi. NMR (Nuclear magnetic resonance) khususnya adalah metoda yang sangat unggul dibanding metoda-metoda yang lain. Untuk padatan kristalin, analisis kristalografi sinar-X terbukti sangat bermanfaat.
Sebelum dikenalkan teknik spektroskopi, yakni sampai paruh pertama abad 20, penentuan struktur senyawa organik didasarkan atas perbandingan dengan senyawa yang strukturnya telah diketahui. Bila semua sifat fisik dan kimia senyawa identik dengan senyawa yang telah dideskripsikan di literatur, dapat disimpulkan bahwa senyawa yang sedang dipelajari identik dengan snyawa yang strukturnya telah diketahui. Kriteria ini masih diadopsi hingga kini walaupun perbandingan yang dilakukan mungkin berbeda.
Bila sifat fisik dan kimia senyawa yang diselidiki tidak tepat dengan senyawa apapun yang sudah dikenal di literatur, besar kemungkinan senyawa ini adalah senyawa baru, belum pernah disintesis atau belum pernah dilaporkan. Dalam kasus semacam ini, masalah baru mungkin muncul. Bagaimana orang dapat menentukan struktur senyawa yang sama sekali baru? Metoda penentuan struktur berubah drastis pada pertengahan abad 20. Metoda tradisional, walaupun sederhana, sangat memakan waktu dan sukar dalam praktek: jadi, pertama struktur senyawa yang baru disintesis diasumsikan, dan kemudian suatu rute tertentu didesain untuk mengubah senyawa ini menjadi senyawa yang telah diketahui. Pengubahan itu mungkin memerlukan beberapa tahap. Sepanjang perubahan struktur yang disebabkan oleh tiap tahap teridentifikasi, pengubahan yang berhasil sampai senyawa yang diketahui merupakan bukti struktur yang diasumsikan. Harus ditambahkan bahwa reaksi untuk pengubahan ini dipilih dari reaksi yang hanya melibatkan gugus fungsi dan bukan kerangka molekulnya.
Kini penentuan struktur terutama dilakukan dengan metoda spektroskopik dan difraksi. Di bab ini, pertama akan dibahas metoda penentuan struktur yang tersedia sebelum zaman modern, baru setelah itu teknik modern didiskusikan. Harus ditambahkan kini tersedia banyak metoda untuk menentukan struktur. Misalnya, perhitungan kimiakuantum mungkin juga merupakan sumber informasi yang bermanfaat.
a. Uji titik leleh campuran
Metoda ini telah secara ringkas dibahas di bab sebelumnya (Bab 12..2). Seebelum pertengahan ada 20, prosedur utama dalam penentuan struktur senyawa organik adalah untuk membuktikan bahwa senyawanya identik dengan senyawa yang telah diketahui. Bukti ini terutama dicapai dengan uji titik leleh campuran (uji campuran). Metoda ini didasarkan prinsip bahwa titik leleh padatan paling tinggi ketika padatan itu murni. Bila dua sampel A dan B memiliki titik leleh yang sama, maka ditentukan titik leleh A murni, B murni dan campuran sejumlah sama A dan B. Bila hasil ketiganya sama, terbukti bahwa A dan B identik.
Dalam praktek, terdapat beberapa kerumitan. Titik leleh tidak selalu tajam, dan bahan cenderung meleleh dalam rentang suhu tertentu. Jadi, tidak mudah untuk menyatakan apakah dua titik leleh sama atau tidak. Namun, metoda dan teorinya sederhana dan jelas, dan telah digunakan sebagai sarana identifikasi selama beberapa tahun.
b. Penggunaan turunan padatan
Bila sampelnya berwujud cairan atau gas, metoda titik leleh campuran tidak dapat digunakan. Bila sampel gas atau cairan memiliki gugus fungsi yang reaktif, sampel ini dapat diubah menjadi padatan yang mungkin menghasilkan kristal yang indah. Aldehida dan keton, yang sangat penting dalam kimia organik, cenderung berupa cairan bila massa molekulnya rendah. Dalam kasus semacam ini senyawa ini biasanya diubah menjadi turunannya yang padat yang lebih mudah ditangani untuk penentuan struktur. Pereaksi yang dapat bereaksi dengan aldehida dan keton,
misalnya hidroksilamin (NH2OH)hidrazin (NH2NH2) dan fenilhidrazin (C6H5NHNH2) Sfenilhidrazin terkenal karena kimiawan Jerman Emil Fischer (1852-1919) menggunakannya dengan sukses dalam risetnya pada topik gula. Beberapa reaksi untuk mendapatkan kristal turunannya diberikan di bawah ini.
CH3CHO
+
NH2OH
–>
CH3CH=NOH
+
H2O
(13.1)
Asetaldehida
hidroksilamin
asetaldoksim
(CH3)2C=O
+
C6H5NHNH2
–>
(CH3)2C=NNH C6H5
+
H2O
(13.2)
aseton
fenilhydrazin
asetonfenilhidrazon
Senyawa turunan yang kristalin dapat digunakan untuk penentuan struktur senyawa yang tidak diketahui. Prosedurnya sama dengan yang dibahas di atas
c. Perbandingan sifat fisik
Sifat fisik lain seperti titik didih, indeks bias, momen dipol, dan rotasi spesifik untuk senyawa yang optik aktif dapat memberikan informasi yang bermanfaat. Data semacam ini dapat memberikan informasi pda sifat keseluruhan molekul. Kadang, sifat molekul keseluruhan dapat merupakan jumlah dari berbagai kontribusi bagian-bagian senyawa. Dalam kasus sperti ini, informasi pada bagian tertentu senyawa dapat diperoleh. Misalnya, penggunaan momen dipol µ akan diberikan di bawah ini.
Momen dipol hasil perconaan untuk nitrobenzen (3,98 D) dan khlorobenzen (1,58 D), arah momen dipolnya ditentukan dengan sifat elektronik gugus fungsi (misalnya keelektronegatifan) (Gambar 13.1(a)). Dalam mendiskusikan momen dipol senyawa organik, momen ikatan C-C dan C-H diasumsikan nol. Jadi momen senyawa-senyawa tadi ditentukan terutama oleh momen ikatan gugus fungsinya.
Momen dipol dua isomer khloronitrobenzen adalah 2,50 D dan 3,40 D. Karena momen ikatan telah diidentifikasi sebagai isomer para dan meta sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 13.1 (b).
Gambar 13.1 Momen dipol turunan benzen tersubstitusi. Perbandingan antara nilai yang diamati dan yang dihitung jelas menunjukkan orientasi relatif substituennya.
d. Reaksi kualitatif
Penentuan struktur senyawa organik biasanya meliputi dua pendekatan. Sebaliknya, informasi struktur secara kasar didapat dengan penentuan massa molekul, analisis unsur, dsb. Demikian juga informasi jenis dan jumlah gugus fungsi juga harus didapatkan. Jadi, informasi tentang molekul secara keseluruhan dan substituennya didapatkan secara seiring.
Sebelum perkembangan spektroskopi, identifikasi gugus fungsi bergantung terutama pada kereaktifannya. Contoh khasnya adalah deteksi gugus karbonil (aldehida -CHO dan keton -C=O) dengan menggunakan reaksi cermin perak dan uji Fehling.
Kini metoda seperti ini tidak pernah digunakan untuk mendeteksi aldehida di laboratorium riset manapun. Namun, reaksi semacam ini masih sangat penting tujuan pendidikan. Lebih lanjut, beberapa reaksi wa rna klasik masih digunakan. Contoh yang baik adalah reaksi ninhidrin, yang bahkan sekarang pun masih sangat bermanfaat untuk analisis asam amino.
Soal.
1.Sebelum dikenalkan teknik spektroskopi apakah yangdigunakan para ilmuan untuk menentukan struktur senyawa organik ?
2.Sebutkan metode-metode dalammenentukan suatu struktur senyawa organik ?
3.Jelaskan yang dimaksud dengan spektroskopi NMR ?
4.Jelaskan prosedur utama dalam penentuan struktur senyawa organik ?
5.Jelaskan metode perbandingan sifat fisik ?
Jawab.
1.Sebelum dikenalkan teknik spektroskopi, yakni sampai paruh pertama abad 20, penentuan struktur senyawa organik didasarkan atas perbandingan dengan senyawa yang strukturnya telah diketahui. Bila semua sifat fisik dan kimia senyawa identik dengan senyawa yang telah dideskripsikan di literatur, dapat disimpulkan bahwa senyawa yang sedang dipelajari identik dengan snyawa yang strukturnya telah diketahui.
2.Uji titik leleh campuran, Penggunaan turunan padatan, Perbandingan sifat fisik, dan Reaksi kualitatif.
3.Teknik spektroskopi. NMR (Nuclear magnetic resonance) khususnya adalah metoda yang digunakan dalam suatu penelitian ilmiah, seperti dalam menentukan padatan kristalin dan analisis kristalografi sinar-X
4.Prosedur utama dalam penentuan struktur senyawa organik adalah untuk membuktikan bahwa senyawanya identik dengan senyawa yang telah diketahui. Bukti ini terutama dicapai dengan uji titik leleh campuran (uji campuran). Metoda ini didasarkan prinsip bahwa titik leleh padatan paling tinggi ketika padatan itu murni.
5.Sifat fisik lain seperti titik didih, indeks bias, momen dipol, dan rotasi spesifik untuk senyawa yang optik aktif dapat memberikan informasi yang bermanfaat. Data semacam ini dapat memberikan informasi pda sifat keseluruhan molekul. Kadang, sifat molekul keseluruhan dapat merupakan jumlah dari berbagai kontribusi bagian-bagian senyawa. Dalam kasus sperti ini, informasi pada bagian tertentu senyawa dapat diperoleh. Misalnya, penggunaan momen dipol
Dibandingkan dengan sintesis senyawa anorganik, sintesis senyawa organik jauh lebih sukar. Kelahiran kimia organik dinisbahkan pada sintesis urea CO(NH2)2 (suatu senyawa organik umum) dengan memanaskan amonium sianat (senyawa anorganik), pertama dilakukan oleh kimiawan Friedrich Wöhler (1800-1882). Hanya akhir-akhir ini saja desain dan sintesis senyawa yang diinginkan mungkin dilakukan.
Reaksi yang digunakan dalam sintesis organik dapat digolongkan menjadi dua golongan;
1.
pembentukan ikatan karbon-karbon 2.
pengubahan gugus fungsi
Sebagian besar reaksi yang Anda pelajari di sekolah menengah adalah konversi gugus fungsi, seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Bagi bidang sintesis organik pembentukan ikatan C-C dan pengubahan gugus fungsi seperti roda kendaraan. Tidak pantas menanyakan mana yang lebih penting. Berbagai reaksi pembentukan ikatan C-C telah dilaporkan. Berdasarkan gaya dorong reaksinya, reaksi ini dapat digolongkan atas tiga jenis, kondensasi aldol, reaksi Grignard dan reaksi Diels-Alder. Di sini dua yang terakhir yang akan dibahas. a. Reaksi Grignard
Reaksi Grignard ditemukan oleh kimiawan Perancis Auguste Victor Grignard (1871-1935) di tahun 1901. Tahap awal reaksi adalah reaksi pembentukan metilmagnesium iodida, reagen Grignard, dari reaksi antara alkil halida (metil iodida dalam contoh di bawah ini) dan magnesium dalam dietil eter kering.
CH3I + Mg –> CH3MgI (11.17)
Anda pasti melihat bahwa magnisium terikat langsung dengan karbon. Senyawa semacam ini yang sering disebut sebagai reagen Grignard dengan ikatan C-logam dimasukkan dalam golongan senyawa organologam. Ikatan C-logam sangat labil dan mudah menghasilkan kabanion seperti CH3- setelah putusnya ikatan logam-karbon. Ion karbanion cenderung menyerang atom karbom bermuatan positif. Telah dikenal luas bahwa atom karbon gugus aldehida atau gugus keton bermuatan positif karena berikatan dengan atom oksigen yang elektronegatif. Atom karbon ini akan diserang oleh karbanion menghasilkan adduct yang akan menghasilkan alkohol sekunder dari aldehida atau alkohol terseir dari keton setelah hidrolisis.
Reaksi Grignard adalah contoh reaksi senyawa oragnologam. Karena berbagai jenis aldehida dan keton mudah didapat, berbagai senyawa organik dapat disintesis dengan bantuan reaksi Grignard.
Contoh Soal 11.1 Reaksi Grignard
Dalam teks disebutkan kombinasi C6H5COC2H5 dan CH3MgI digunakan untuk mensintesis 2fenil-2-butanol C6H5CH(CH3)(C2H5)OH. Indikasikan kombinasi lain yang dapat digunakan untuk menghasilkan senyawa yang sama.
Jawab
Tiga jenis gugus alkil ada dalam produk akhirnya. Gugus alkil ini mungkin merupakan bagian bahan awal. Jadi, selain kombinasi C6H5COC2H5 dan CH3MgI, dua kemungkinan kombinasi lain juga dapat diterima ??
1. acetofenon C6H5COCH3 dan etilmagnesium iodida C2H5MgI 2. etilmetilketon CH3COC2H5 dan fenilmagnesium iodida C6H5MgI
b. Reaksi Diels-Alder
Gaya dorong reaksi Grignard adalah tarik-menarik antara dua muatan listrik yang berbeda antara dua atom karbon. Reaksi semacam ini disebut dengan reaksi ionik atau reaksi polar. Ada pula jenis lain reaksi organik. Salah satunyaa adalah reaksi radikal, yang gaya dorongnya adalah radikal reaktif yang dihasilkan dalam reaksi. Bila dihasilkan radikal fenil, radikal ini akan menyerang molekul benzene akan menghasilkan bifenil.
C6H5 + C6H6 –> C6H5- C6H5 + H 11.22)
Sebagian besar reaksi organik diklasifikasikan dalam reaksi ionik dan reaksi radikal. Di pertengahan pertama abad 20, kemudian muncul, golongan lain reaksi yang tidak dapat dimasukkan dalam dua golongan tadi. Salah satu yang khas adalah reaksi Diels-Alder yang ditemukan di tahun 1928 oleh dua kimiawan Jerman Paul Hermann Diels (1876-1954) dan Kurt Alder (1902-1958).
Dalam reaksi ini butadiena yang secara muatan netral bereaksi dengan anhidrida maleat yang juga netral menghasilkan produk siklik.
Menariknya, ternyata kemudaian banyak contoh reaksi semacam ini: diena (senyawa dengan ikatan rangkap) dan alkena diaktivasi oleh gugus karbonil dan bereaksi menghasilkan produk siklik. Harus ditambahkan bahwa tidak ada reaksi antara dua molekul butadiena atau dua anhidrida maleat.
Di tahun 1965, dua kimiawan Amerika, Woodward dan Roald Hoffmann (1935-) menjelaskan bahwa jenis reaksi ini bukan reaksi ionik maupun reaksi radikal, tetapi reaksi yang dihasilkan oleh tumpang tindih orbital molekul dua reaktan. Interpretas ini memungkinakan elusidasi mekanisme reaksi yang sebelumnya belum dikenal.
Menurut mereka, interaksi yang disukai akan ada bila salah satu reaktan (misalnya butadiena) memiliki empat elektron π dan reaktan lain (misalnya anhidrida maleat) memiliki elektron πmenghasilkan produk siklik. Dapat ditunjukkan bahwa orbital molekul yang terisi dengan energi tertinggi [highest occupied molecular orbitals (HOMO)] dan orbital molekul tak terisi terendah [lowest unoccupied molecular orbitals (LUMO)] yang mngatur jalannya reaksi. Pada waktu yang sama Kenichi Fukui (1918-1999) menamakan orbital-orbital ini orbital frontir (frontier orbital).
Pentingnya reaksi yang dibahas ini jelas dengan diberikannya hadiah Nobel untuk Grignard, Diels, Adler, Woodward, Hoffmann dan Fukui.
Kimia memiliki banyak aspek, tetapi ada tiga daerah umum: studi struktur material, studi reaksi material, dan sintesis material. Dulunya dianggap bahwa sintesis lebih dan tidak terlalu teoritis empiris bila dibandingkan dengan studi struktur dan reaksi. Namun, dengan berkembangnya struktur dan reaksi, sintesis juga perlahan menjadi lebih berlandaskan teori dan tersistematisasi. Di bab ini kita akan secara sekilas melihat perkembangan terbaru sintesis modern. Bab ini diharapkan dapat memberikan pengenalan tentang peran penting sintesis dalam kimia modern.
Salah satu tujuan utama kimia adalah menciptakan material penting, atau sintesis material. Dari zaman alkemi, tujuan ini adalah tujuan terpenting yang akan dicapai. Tidak mudah untuk mencapai tujuan ini. Alkemi menyumbangkan karyanya pada lahirnya kimia modern dengan berbagi teknik eksperimen dan alat yang dikembangkannya. Teknik semacam refluks dan distilasi adalah prestasi dari kerja alkemi. Namun bagi alkemi prestasi ini bukan yang mereka cari. Mreka tidak pernah mencapai tujuan utama yang mereka canangkan mensintesis emas, walaupun beberapa mereka melaporkan kesuksesan itu.
Alasan kegagalannya jelas. Kerja mereka berdasarkan atas hipotesis yang salah: teori empat unsur Aristoteles (Bab 1). Target mereka, emas, adalah unsur, tetapi mereka menganggap sejenis senyawa dan menganggap senyawa yang mereka cari dapat diperoleh dengan mencampurkan empat unsur dalam proporsi yang tepat.
Konsep sintesis modern lahir setelah teori atom lahir dan struktur molekul dielusidasi berdasarkan teori atom. Situasi semacam ini akhirnya dicapai di pertengahan abad 19. Teori valensi Kekulé dan Couper diusulkan sekitar tahun 1858. Tidak semua kimiawan pada waktu itu siap menggunakan teori valensi Kekulé , yang dicirikan dengan penggunaan ikatan antar atom. Konsep valensi masih kabur, dan beberapa kimiawan menganggap valensi tidak lebih dari proporsi berbagai jenis atom dalam molekul.
Kimiawan Rusia Aleksandr Mikhailovich Butlerov (1828-1886) dengan semangat mendukung teori Kekulé-Couper dan mendeklarasikan bahwa satu dan hanya satu rumus kimia yang berkaitan dengan satu senyawa dan atom-atom dalam molekul diikat satu sama lain sesuai dengan teori ikatan valensi, serta menolak asumsi umum bahwa atom tersusun secara acak dalam molekul.
Menurutnya, valensi bukan hanya ukuran proporsi atom dalam molekul, valensi juga mendefinisikan pola ikatan antar atom dalam molekul. Ialah yang pertama menggunakan istilah struktur kimia di tahun 1861.
Menurut teorinya, akan ada isomer bila terdapat dua atau lebih cara atom-atom berikatan untuk satu rumus rasional. Di sekitar waktu itu, kimiawab Jerman, Adolph Wilhelm Hermann Kolbe (1818-1884) berhasl mensintesis isopropil alkohol (CH3)2CHOH dan Butlerov sendiri berhasil mensitesis t-butil alkohol (CH3)3COH. Keberhasilan ini membuktikan adanya alkohol primer dan tersier dan kemudian mengukuhkan konsep struktur kimia.
Kimiawan Perancis Michel Eugène Chevreul (1786-1889), seorang kontempori, menemukan bahwa lemak adalah senyawa asam lemah (asam karboksilat alifatik) dan gliserin, dan zat mirip lemak dapat diperoleh dari reaksi antara asam lemak dan gliserin. Berthelot menulsi buku teks “Kimia Organik” tahun 1860 yang didalamnya ia menggunakan istilah “sintesis”. Ia mendeklarasikan secara prinsip seyawa organik apapun dapat disintesis dari karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen.
Jadi, filosofi dasar kimia sintesis dikukuhkan di pertengahan abad 19. Secara praktis sintesis bukan berarti mudah. Di tahun 1856, seorang anak muda Inggris William Henry Perkin (1838-1907), yang juga asisten August Wilhelm von Hofmann (1818-1892) , yang waktu itu di London karena diminta membuat sistem untuk pendidikan kimia, berusaha mensintesis kuinin. Kuinin diketahui sebagai obat khusus untuk malaria.
Di waktu itu, belum ada metoda sintesis senyawa serumit kuinin dari senyawa organik sederhana. Perkin memiliki ide bahwa kuinin mungkin dapat dihasilkan dari oksidasi aliltoluidin, yang rumus rasionalnya mirip dengan kuinin. Fakta sebenarnya hal ini tidak mungkin, dan memang usaha sintesisnya gagal. Alih-alih mendapatkan kuinin, Perkin mendapatkan pewarna yang cantik, yang disebut Mauve atau Mauvein, yang kemudian menjadi pewarna sintetis pertama yang digunakan untuk keperluan praktis. Sukes tak terencana ini menumbuhkan industri kimia dengan cepat. Namun, kesukaran sintesis organik tetap tak terpecahkan.
Gambar 11.1 Keberuntungan besar! Dengan oksidasi aliltoluidin Perkin mendapatkan, Bukan kuinin yang ia cari, tetapi pewarna buatan, Mauve.
Baru 88 tahun kemudian di tahun 1944 kimiawan Amerika Robert Burns Woodward (1917-1979) dapat mensintesis kuinin dengan pendekatan sistematis.
Nilai sel terletak pada kegunaannya. Di anara berbagai sel, sel timbal (aki) telah digunakan sejak 1915. Berkat baterai ini, mobil dapat mencapai mobilitasnya, dan akibatnya menjadi alat transportasi terpenting saat ini. Baterai timbal dapat bertahan kondisi yang ekstrim (temperatur yang bervariasi, shock mekanik akibat jalan yang rusak, dsb) dan dapat digunakan secara kontinyu beberapa tahun.
Dalam baterai timbal, elektroda negatif adalah logam timbal dan elektroda positifnya adala timbal yang dilapisi timbal oksida, dan kedua elektroda dicelupkan dalam asam sulfat, larutan elektrolitnya. Reaksi elektrodanya adalah sebagai berikut: Reaksi elektroda baterai timbal Elektroda negatif: Pb + HSO4 – –> PbSO4 + H+ +2e- (10.24) Elektroda positif: PbO2 + HSO4 – + 3H+ +2e- –> PbSO4 + 2H2O (10.25) Reaksi total: Pb(s) + PbO2(s) + 2H+(aq) + 2HSO4 -(aq) –> 2PbSO4(s) + 2H2O(l) (10.26)
Potensial satu sel sekitar 2 V, dan dalam praktek, enam sel dihubungkan dengan seri untuk mendapatkan potensial 12 V. Saat discas, asam sulfat akan dikonsumsi dan kerapatannya akan berkurang dari nilai awal 1,28 g cm-3. Jadi, dengan mengukur kerapatan larutan elektrolit, kondisi sel dapat dimonitor.
Dalam prakteknya, sebelum penurunan kerapatan larutan elektrolitnya terlalu besar, arus listrik diberikan yang akan membalik arah reaksi. Proses ini disebut mencas. Sel yang dapat dicas disebut sel reversibel dan yang tidak dapat dicas (seperti sel kering) disebut sel ireversibel.
Selama dicas, timbal sulfat akan terdekomposisi menjadi timbal dan timbal oksida, dan asam sulfat yang dikonsumsi akan dihasilkan kembali. Air yang terbentuk akan digunakan kembali. Namun, air cenderung menguap, dan reaksi samping, elektrolisis air, yang pasti menyertai, dan dengan demikian penting untuk menambahkan air terdistilasi ke dalam baterai timbal. Baru-baru ini jenis baru elektroda yang terbuta dari paduan timbal dan kalsium, yang dapat mencegah elektrolisis air telah dikembangkan. Baterai modern dengan jenis elektroda ini adalah sistem tertutup dan disebut dengan baterai penyimpan tertutup yang tidak memerlukan penambahan air. b. Sel lain
Sel Leclanché ditemukan oleh insinyur Perancis Georges Leclanché (1839-1882) lebih dari seratus tahun yang lalu. Berbagai usaha peningkatan telah dilakukan sejak itu, tetapi, yang mengejutkan adalah desain awal tetap dipertahankan, yakni sel kering mangan.
Sel kering mangan terdiri dari bungkus dalam zink sebagai elektroda negatif, batang karbon (grafit) sebagai elektroda positif dan pasta MnO2 dan NH4Cl yang berperan sebagai larutan elektrolit (Gambar 10.4)．
Gambar 10.4 Struktur sel kering mangan. Walaupun digunakan paling meluas, detail reaksi elektrodanya sampai saat ini belum jelas.
Umur sel kering mangan diperpendek oleh korosi zink akibat keasaman NH4Cl. Sel kering alkali bebas masalah ini karena di dalamnya bersifat basa. Jadi umur sel kering alkali lebih panjang.
Mirip dengan baterai timbal, sel nikel-kadmium juga reversibel. Lebih lanjut, dimungkinkan untuk membuat sel nikel-kadmium lebih kecil dan lebih ringan daripada sel timbal. Jadi sel ini digunakan sebagai catu daya alat-alat portabel. Reaksi elektrodanya adalah
Elektroda negatif: Cd + 2OH-–> Cd(OH)2 + 2e- (10.31)
Elektroda positif: NiO2 + 2H2O + 2e-–> Ni(OH)2 + 2OH- (10.32) c. Sel Bahan Bakar
Desaian sel bahan bakar sedemikian sehingga reaktannya secara kontinyu diberikan ke sel. Sel bahan bakar digunakan dalam proyek Apollo menggunakan kalor pembentukan air dari hidrogen dan oksigen. Biasanya kalor pembentukan dibuang sebagai panas. Dalam sel bahan bakr energi termal diubah menjadi energi listrik. Reaksi elektrodanya adalah:
Struktur sel bahan bakar ditunjukkan di Gambar 10.5.
Gambar 10.5 Struktur sel bahan bakar. Kalor pembakaran yang dihasilkan dari reaksi oksigen dan hidrogen diubah menjadi energi listrik.
Walaupun sejumlah besar tenaga dan dana telah dipompakan ke proyek ini, sampai saat ini el bahan bakar yang ekonomis belum dapat dibuat. Namun, di masa depan, besar kemungkinan sel bahan bakar akan digunakan praktis bila dan hanya bila persediaan hidrogen yang stabil dan murah dapat direalisasikan. Studi di arah ini kini sedang digalakkan.
