4

2 Tinjauan Pustaka

2.1. Zeolit

2.1.1. Pengertian, struktur dan sifat zeolit

Mineral zeolit telah dikenal sejak tahun 1756 oleh Cronstedt, ketika beliau menemukan

Stilbit yang bila dipanaskan seperti batuan mendidih (boiling stone). Hal ini disebabkan oleh

dehidrasi molekul air yang terkandung didalamnya. Pada tahun 1954 zeolit diklasifikasi

sebagai golongan mineral tersendiri, yang saat itu dikenal sebagai bahan penyaring

molekular. Pada tahun 1984 Professor Joseph V. Smith ahli kristalografi Amerika Serikat

mendefinisikan zeolit sebagai mineral yang terdiri dari kristal alumina silikat terhidrasi yang

mengandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga dimensi. Ion-ion logam

tersebut dapat diganti oleh kation lain tanpa merusak struktur zeolit dan dapat menyerap air

secara reversibel(Las 2005).

Secara empiris, rumus molekul zeolit adalah Mx/n.(AlO2)x.(SiO2)y.xH2O. Dimana M adalah

logam alkali atau alkali tanah, n adalah jumlah valensi dari logam alkali atau alkali tanah, x

dan y adalah jumlah alumino dan silikat yang terkandung dalam zeolit. Struktur zeolit sejauh

ini diketahui bermacam-macam, tetapi secara garis besar strukturnya terbentuk dari unit

bangun primer, berupa tetrahedral yang kemudian menjadi unit bangun sekunder polihedral

dan membentuk polihendra dan akhirnya unit struktur zeolit(Putra 2008).

Gambar 2. 1 Struktur tiga dimensi zeolit

Gambar 2.1 memperlihatkan struktur tiga dimensi dari ikatan SiO2 dan AlO2 dari zeolit yang

berbentuk tetrahedral dengan tiap atom silikon dan aluminium dikelilingi oleh oksigen. Pada

5

sampel zeolit alami, zeolit tersebut mempunyai struktur padatan kristal 3-dimensi dengan

pori-pori kecil. Pori-pori zeolit tersebut dapat diatur menggunakan metode sintesis.

Gambar 2. 2 Struktur dasar ikatan SiO2 dan AlO2 dari zeolit

Gambar 2.2 memperlihatkan bahwa empat ikatan tetravalen silikon adalah netral sedangkan

empat ikatan trivalen aluminium adalah negatif. Sehingga dibutuhkan ion bermuatan positif

untuk menetralkan senyawa tersebut, seperti kation alkali atau alkali tanah, yang

diindikasikan sebagai rumus umum zeolit.

Struktur zeolit ini mempunyai keunikan dari struktur kristal lainnya, yaitu strukturnya

bersifat kaku (sukar dirubah), struktur kristal 3-dimensinya mirip seperti sarang lebah yang

terdapat jaringan yang menghubungkan antara rongga dan sarang. Keunikan lainnya dari

struktur zeolit adalah ukuran pori dan rongganya hampir sama, sehingga kristal tersebut

terlihat seperti teropong. Bentuk seperti itu dapat memudahkan air untuk keluar dan masuk

melalui pori-pori tersebut. Keunikan struktur tersebut mengikuti beberapa sifat-sifat yang

terdapat pada zeolit:

Dehidrasi atau melepaskan molekul H2O. Zeolit akan melepaskan molekul H2O apabila

dipanaskan. Pada umumnya struktur kerangka zeolit akan menyusut. Tetapi kerangka

dasarnya tidak mengalami perubahan secara nyata. Disini molekul H2O seolah-olah

mempunyai posisi yang spesifik dan dapat dikeluarkan secara reversibel.

Adsorben dan penyaring molekular. Hal ini dimungkinkan karena struktur zeolit yang

berongga, sehingga zeolit mampu menyerap sejumlah besar molekul yang berukuran

lebih kecil atau sesuai dengan ukuran rongganya. Selain itu kristal zeolit yang telah

terdehidrasi merupakan adsorben yang selektif dan mempunyai efektivitas adsorpsi yang

tinggi.

Katalis. Hal ini berkaitan dengan tersedianya pusat-pusat aktif dalam saluran antar zeolit.

Pusat-pusat aktif tersebut terbentuk karena adanya gugus fungsi asam tipe Bronsted

maupun Lewis. Perbandingan kedua jenis asam ini tergantung pada proses aktivasi zeolit

dan kondisi reaksi. Pusat-pusat aktif yang bersifat asam ini selanjutnya dapat mengikat

molekul-molekul basa secara kimiawi.

6

Penukar ion. Zeolit dapat bersifat sebagai penukar ion karena adanya kation logam alkali

dan alkali tanah. Kation tersebut dapat bergerak bebas didalam rongga dan dapat

dipertukarkan dengan kation logam lain dengan jumlah yang sama. Akibat struktur zeolit

berongga, anion atau molekul berukuran lebih kecil atau sama dengan rongga dapat

masuk dan terjebak.

Selain itu, sifat-sifat psikokimia dari zeolit alami dapat dilihat pada Tabel 2.1 di bawah ini.

Tabel 2. 1 Sifat-sifat psikokimia dari zeolit alami

Senyawa kimia %

SiO2 68,26

Al2O3 12,99

Fe2O3 1,37

CaO 2,09

MgO 0,83

K2O 4,11

TiO2 0,23

Na2O 0,64

MnO 0,06

P2O5 0,06

LOI 8,87

CEC 120 meq/100 g

Ukuran partikel < 75 µm

Ukuran saluran molekular 7,9 Å x 3,5 Å

SBET 16,0 m2/g

Volum pori 0,039 cm3/g

pH 8,5

2.1.2. Klasifikasi zeolit

Zeolit adalah mineral alami yang banyak ditemukan di beberapa bagian di dunia. Deposit

mineral alam zeolit yang cukup besar ditemukan di beberapa negara seperti Amerika Serikat,

Uni Soviet, Jepang, Australia, Kuba dan beberapa negara Eropa bagian timur seperti Ceko

dan Hungaria. Kebanyakan zeolit-zeolit yang digunakan secara komersil adalah zeolit yang

disintesis. Di Indonesia, zeolit ditemukan pada tahun 1985 oleh PPTM Bandung dalam

jumlah besar, diantaranya tersebar di beberapa daerah pulau Sumatera, Jawa dan Sulawesi.

7

Namun dari 46 lokasi zeolit, baru beberapa lokasi yang ditambang secara intensif antara lain

di Bayah, Banten, Cikalong, Tasikmalaya, Cikembar, Sukabumi, Nanggung, Bogor dan

Lampung. Pemanfaatan zeolit Indonesia untuk penggunaan secara langsung belum dapat

dilakukan, karena zeolit Indonesia banyak mengandung campuran sehingga perlu dilakukan

pengolahan terlebih dahulu untuk menghilangkan atau memisahkannya dari kotoran-kotoran.

Secara umum, terdapat dua macam zeolit, yaitu zeolit alami dan zeolit sintetik. Ada hampir

50 tipe-tipe zeolit alami yang berbeda (klinoptilolit, kabasit, filipsit, mordenit, dan lain-lain)

dengan bermacam-macam sifat fisik dan kimia. Perbedaan utama dari zeolit yang satu

dengan zeolit lainnya adalah struktur kristal, jumlah komposisi kimia, massa jenis partikel,

selektivitas kation, ukuran pori-pori molekul, dan kekuatannya. Selain itu, ada berbagai

macam zeolit sintetik yang ada di pasaran, antara lain zeolit A, X, Y, grup ZSM/AlPO4

(Zeolite Sieving Marerials/Aluminium Fosfat) dan bahkan akhir-akhir ini dikenal grup

Zeotip, yaitu material seperti zeolit tetapi bukan senyawa alumino-silikat. Adapun secara

umum perbedaan antara zeolit alami dan zeolit sintetik adalah(Putra 2008):

Zeolit sintetik dibuat dari energi yang berasal dari proses kimia, sedangkan zeolit alami

berasal dari proses bijih alami.

Zeolit sintetik mempunyai perbandingan alumina : silikat (1:1), sedangkan zeolit alami

jenis klinoptilolit mempunyai perbandingan (5:1).

Zeolit alami mempunyai ketahanan yang lebih baik dalam asam daripada zeolit sintetik.

Berdasarkan Unit Bangun Sekundernya (UBS), semua zeolit baik zeolit alami maupun zeolit

sintetik dibagi menjadi 9 kelompok, yaitu single 4-ring (S4R), single 6-ring (S6R), single 8-

ring (S8R), double 4-ring (D4R), double 6-ring (D6R), double 8-ring (D8R), complex 4-1

(T5O10), complex 5-1 (T8O16), complex 4-1-1 (T10O20). Beberapa contoh unit bangun

sekunder struktur zeolit ditunjukkan pada Gambar 2.3 dan Tabel 2.2 menunjukkan beberapa

jenis zeolit dengan unit bangun sekunder yang dimilikinya.

Gambar 2. 3 Unit bangun sekunder struktur zeolit

8

Tabel 2. 2 Klasifikasi zeolit

Grup Jenis zeolit Rumus kimia UBS

Analsim Analsim Na16[Al16Si31O96].6H2O S4R

Wairakit Ca8[Al16Si31O96].6H2O S4R

Natrolit Natrolit Na16[Al16Si24O80].6H2O T5O10 (4-1)

Thomsonit Na16Ca8[Al20Si20O80].24H2O T5O10

Heulandit

Heulandit Ca4[Al8Si28O72].24H2O T10O20 (4-4-1)

Klinoptilolit Na6[Al6Si30O72].24H2O T10O20

Filipsit Filipsit K2Ca1.5[Al6Si10O32].12H2O S4R

Zeolit Na-P-1 Na8[Al31SiO16].16H2O S4R

Mordernit Mordernit Na8[Al8Si40O96].24H2O T8O16 (5-1)

Ferierit NaCa0.5Mg2[Al6Si30O72]24 H2O T8O16

Kabazit Kabazit Ca2[Al4Si8O24].13H2O D4R, D6R

Zeolit L K6Na3[Al9Si27O72].21H2O S6R

Faujasit Faujasit Na12Ca12Mg11[Al58Si134O384].235H2O D4R, D6R

Zeolit A Na12[Al12Si12O48].27H2O D4R, D6R

Laumontit Laumontit Ca4[Al8Si16O46].16H2O S4R,S6R,S8R

Pentasil ZSM-5 Nan[AlnSi96O192].16H2O 5-1

Zeotip AlPO4-5 [Al12 P12O48] (C3H7) 4NOH qH2O S4R,S6R

2.1.3. Aplikasi zeolit

Zeolit sangat banyak digunakan hampir dalam semua aspek bidang kehidupan, terutama

bidang industri. Hal ini tak lepas dari sifat-sifatnya yang unik seperti yang telah dijelaskan

sebelumnya. Berikut akan dijelaskan beberapa aplikasi penggunaan zeolit antara lain(Las

2005):

9

Perlakuan terhadap limbah cair dan pembuangannya

Amoniak adalah komponen yang penting berkaitan dengan cara penanganan limbah cair.

Dengan perlakuan sederhana, kadar amoniak dalam limbah cair dapat direduksi hingga 10-

15 ppm. Perlakuan akhir pada limbah cair tersebut adalah penyempurnaan dengan

menghaluskan penyaring-penyaring yang mengandung klinoptilolit, bentuk yang umum dari

zeolit alami. Lebih rendahnya tingkat zeolit daripada tingkat amoniak untuk yang tidak

beracun, dapat diterima. Zeolit dapat diregenerasi dan didaur ulang untuk jangka waktu yang

tidak terbatas. Ukuran zeolit yang digunakan dalam menghaluskan kolom penyaring dalam

limbah aplikasi ini adalah -20 hingga +35 Tyler mesh.

Penghilangan logam dari limbah cair

Zeolit adalah bahan yang sangat selektif dari bermacam-macam logam kation yang dapat

dihilangkan dari limbah cair melalui proses pertukaran ion. Kation-kation ini termasuk

timbal, perak, kadmium, kobalt, seng, tembaga, air raksa, magnesium, besi, aluminium,

kromium, dan lainnya. Sistem penghalusan air klinoptilolit dapat digunakan dalam industri

seperti pertambangan, elektroplating dan elektronika.

Penghilangan limbah radioaktif

Proses penghilangan isotop radioaktif dapat dilakukan melalui sekumpulan kolom dengan

zeolit alami. Zeolit secara selektif dapat menghilangkan isotop-isotop cesium (Cs134, Cs137)

dan strontium (Sr90) melalui proses pertukaran ion. Limbah cair dimurnikan untuk dapat

mencapai batas agar dapat dilakukan penembakan isotop radioaktif terhadap sarang zeolit

dari strukturnya. Penyimpanan atau pembuangan limbah didukung oleh unsur-unsur

anorganik dan struktur zeolit yang stabil. Spesifikasi ukuran berkisar antara 20 sampai 50

Tyler mesh.

Kontrol polusi udara

Zeolit alami adalah adsorben yang tepat untuk teknologi-teknologi kontrol polusi udara

sebagai perlakuan terhadap polutan udara yang berbahaya (HAP) dan senyawa-senyawa

organik yang menguap. Adanya sistem filtrasi secara khusus mengandung karbon aktif

sebagai media. Karena kebanyakan karbon aktif mengandung pori-pori dalam yang besar

sehingga karbon aktif cenderung digunakan untuk molekul yang besar. Sedangkan zeolit

memiliki pori-pori dalam yang kecil, berkisar antara 3-5 angstroms, sehingga zeolit

merupakan adsorben yang sangat selektif terhadap molekul-molekul dan unsur-unsur fasa

gas. Banyak polutan udara yang telah teridentifikasi antara lain formaldehid, kloroform,

10

amoniak dan karbon monoksida, merupakan senyawa-senyawa yang dapat dinetralisir

dengan zeolit.

Bidang perairan

Klinoptilolit digunakan untuk mengontrol amonium dalam sistem filtrasi dalam

dunia perikanan. Zeolit memiliki keuntungan ganda dalam melakukan kedua filtrasi

kimia melalui pertukaran ion sambil melayani sebagai substrat biologi dalam filtrasi.

Sebagai bio-filter, zeolit yang berat memberikan sumber konsentrasi amoniak yang

digunakan untuk mereduksi bakteri yang dimakan. Secara umum, penggunaan zeolit

dengan ukuran -4 hingga +20 mesh adalah ukuran yang biasa digunakan dalam dunia

perikanan untuk kolom penyaring.

Bidang pertanian

Klinoptilolit, yang memiliki kadar kalium yang tinggi dikenal sebagai lahan tanah yang baik.

Produk-produk Steelhead Specialty Mineral's clinoptilolite adalah TSM 150, CS 400 dan

TSM 110 membawa kalium sebagai pertukaran kation yang utama. Dalam aplikasi tanah

langsung, klinoptilolit memberikan sumber untuk pelepasan kalium secara lambat. Jika

sebelumnya diisi dengan amoniak, zeolit dapat menjalankan fungsi yang sama dalam

pelepasan nitrogen dengan lambat. Hal ini memberikan keuntungan seperti, mekanisme

pelepasan yang lambat, mampu diisi dengan pupuk, harganya murah, hidrofilik dan

meningkatkan hasil panen.

Bidang peternakan

Dalam bidang peternakan, zeolit dapat digunakan untuk meningkatkan nilai efisiensi

nitrogen, mereduksi penyakit lembung pada hewan ruminensia, sebagai pengontrol

kelembaban kotoran hewan dan kandungan amoniak kotoran hewan.

Bidang energi

Pada bidang energi, zeolit dapat digunakan sebagai katalis pada proses pemecahan

hidrokarbon minyak bumi, sebagai panel-panel pada pengembangan energi matahari, dan

penyerap gas freon.

11

2.2. Adsorpsi

2.2.1. Pengertian dan jenis adsorpsi

Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika fluida, cairan maupun gas terikat pada suatu

padatan atau cairan (adsorben) dan kemudian membentuk suatu lapisan tipis atau film

(adsorbat) pada permukaannya. Permukaan padatan yang kontak dengan suatu larutan

cenderung untuk menghimpun lapisan dari molekul-molekul zat terlarut pada permukaannya

akibat ketidakseimbangan gaya-gaya pada permukaan(Subiarto 2000). Proses ini

menghasilkan akumulasi konsentrasi zat tertentu di permukaan media setelah terjadi kontak

antarmuka atau bidang batas cairan dengan cairan, cairan dengan gas atau cairan dengan

padatan dalam waktu tertentu. Contohnya antara lain dehumidifikasi, yaitu pengeringan

udara dengan zat penyerap, pemisahan zat yang tidak diinginkan dari udara atau air

menggunakan adsorben, pertukaran ion untuk zat terlarut di dalam larutan dengan ion dari

media pertukarannya. Adsorpsi ini berbeda dengan absorpsi. Absorpsi adalah suatu proses

dimana atom, molekul atau ion-ion masuk ke dalam suatu padatan, cairan maupun gas.

Berdasarkan fenomena terbentuknya, adsorpsi dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu adsorpsi

kimia, adsorpsi fisika dan pertukaran ion. Adsorpsi kimia merupakan proses pembentukan

ikatan kimia (ikatan kovalen dan ikatan ionik) antara adsorben (zat penyerap) dengan

adsorbat (molekul adsorban). Adsorpsi ini menghasilkan pembentukan lapisan

monomolekuler adsorbat pada permukaan melalui gaya-gaya dari valensi sisa dari molekul-

molekul pada permukaan(Subiarto 2000). Adsorpsi ini bersifat sangat eksoterm dan tidak

reversibel. Sedangkan adsorpsi fisika adalah adsorpsi yang terjadi akibat proses

pembentukan ikatan van der Waals, ikatan yang lebih lemah antara adsorben dengan

adsorbat. Adsorpsi ini diakibatkan kondensasi molekular dalam kapiler-kapiler dari padatan.

Adsorpsi ini bersifat endoterm dan reversibel. Dan pertukaran ion merupakan proses yang

terbentuk karena adanya gaya elektrostatik.

Laju adsorpsi keseluruhan dikendalikan oleh kecepatan difusi dari molekul-molekul zat

terlarut dalam pori-pori kapiler dari partikel adsorben. Kecepatan itu berbanding terbalik

dengan kuadrat diameter partikel, bertambah dengan kenaikan konsentrasi zat terlarut,

bertambah dengan kenaikan temperatur dan berbanding terbalik dengan kenaikan berat

molekul zat terlarut(Freeman 1989).

Morris dan Weber mengemukakan bahwa laju adsorpsi bervariasi seiring dengan akar

pangkat dua dari waktu kontak dengan adsorben. Kecepatan ini juga meningkat dengan

12

menurunnya pH sebab perubahan muatan pada permukaan adsorben. Kapasitas adsorpsi dari

suatu adsorben terhadap suatu zat terlarut tergantung pada keduanya, adsorben dan zat

terlarutnya. Kebanyakan limbah cair adalah kompleks dan bervariasi dalam hal kemampuan

adsorpsi dari campuran-campuran yang ada. Struktur molekul, kelarutan, dan lain

sebagainya, semuanya berpengaruh terhadap kemampuan adsorpsi(Subiarto 2000).

Efektivitas adsorpsi dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu:

(1) jenis adsorban

(2) temperatur lingkungan (udara, air, cairan)

(3) jenis adsorbat, bergantung pada bangun molekul zat, kelarutan zat (makin mudah larut,

makin sulit diadsorpsi), taraf ionisasi (zat organik yang tidak terionisasi lebih mudah

diadsorpsi).

Berdasarkan jenis adsorbatnya, tingkat adsorpsi digolongkan menjadi tiga, yaitu lemah,

terjadi pada zat anorganik kecuali golongan halogen (salah satunya adalah klor). Adsorpsi

menengah, terjadi pada zat organik alifatik dan adsorpsi kuat terjadi pada senyawa aromatik

(zat organik yang berbau (aroma) dengan struktur benzena, C6H6)(Cahyana 2009).

2.2.2. Isoterm adsorpsi

Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang menunjukkan distribusi adsorben antara fasa

teradsorpsi pada permukaan adsorben dengan fasa ruah saat kesetimbangan pada temperatur

tertentu. Ada tiga jenis hubungan matematik yang umumnya digunakan untuk menjelaskan

isoterm adsorpsi(Rosen 1989).

1) Isoterm Langmuir

Pada tahun 1916, Irving Langmuir menetapkan suatu model isoterm untuk gas yang

teradsorpsi pada suatu padatan, yang diberi nama sama dengan namanya. Isoterm ini

berdasar pada asumsi bahwa :

Adsorben mempunyai permukaan yang homogen dan hanya dapat mengadsorpsi satu

molekul adsorbat untuk setiap molekul adsorbatnya. Tidak ada interaksi antara molekul-

molekul yang terserap.

Semua proses adsorpsi dilakukan dengan mekanisme yang sama.

Hanya terbentuk satu lapisan tunggal saat adsorpsi maksimum.

13

Namun, biasanya asumsi-asumsi ini sulit diterapkan karena ada hal-hal berikut: selalu ada

ketidaksempurnaan pada permukaan, molekul teradsorpsi tidak inert dan mekanisme

adsorpsi molekul pertama sangat berbeda dengan mekanisme pada molekul terakhir yang

teradsorpsi.

Langmuir mengemukakan bahwa mekanisme adsorpsi yang terjadi adalah sebagai berikut :

A(g) + S AS, dimana A adalah molekul gas dan S adalah permukaan adsorpsi. Persamaaan

Langmuir didasarkan pada keseimbangan diantara kondensasi dan evaporasi dari molekul-

molekul yarg diadsorpsi, mengingat lapisan adsorpsi monomolekul(Subiarto 2000).

= (Persamaan 2.1)

Persamaan ini dapat diekspresikan ulang menjadi bentuk linier dengan persamaan sebagai

berikut:

/= + (Persamaan 2.2)

Dimana:

x = berat dari unsur yang diadsorpsi

m = massa dari adsorben

C = konsentrasi larutan ketika kesetimbangan

a = konstanta adsorpsi Langmuir (mg/g)

b = kapasitas monolayer dari adsorben (L/mg).

Nilai ab ini dapat diperoleh dari grafik isoterm Langmuir dengan mengalurkan antara x/m

dengan C. Grafik ini dapat dilihat pada Gambar 2.4 berikut.

Gambar 2. 4 Grafik isoterm Langmuir

0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0 0.00005 0.0001 0.00015

m/x

1/C

14

Dari grafik tersebut akan diperoleh persamaan garis liniernya dengan bentuk persamaan

seperti berikut, m/x = 1/abC + 1/b.

2) Isoterm Freundlich

Untuk rentang konsentrasi yang kecil dan campuran yang cair, isoterm adsorpsi dapat

digambarkan dengan persamaan empirik yang dikemukakan oleh Freundlich. Isoterm ini

berdasarkan asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang heterogen dan tiap

molekul mempunyai potensi penyerapan yang berbeda-beda. Persamaan ini merupakan

persamaan yang paling banyak digunakan saat ini.

Persamaannya adalah

x/m = kC1/n (Persamaan 2.3)

dimana:

x = banyaknya zat terlarut yang teradsorpsi (mg)

m = massa dari adsorben (g)

C = konsentrasi dari adsorbat yang tersisa dalam kesetimbangan

k,n,= konstanta adsorben

Dari persamaan tersebut, jika konsentrasi larutan dalam kesetimbangan dialurkan sebagai

absis dan konsentrasi adsorbat dalam adsorben sebagai ordinat pada koordinat logaritmik,

akan diperoleh gradien n dan intersep k. Atau dengan mengalurkan antara logaritma dari

konsentrasi adsorbat dalam adsorben (log x/m) sebagai absis dan logaritma konsentrasi

larutan dalam kesetimbangan (log C) sebagai ordinat pada koordinat linier, maka akan

diperoleh gradien 1/n dan intersep k.

Gambar 2. 5 Grafik isoterm Freundlich

15

Dari isoterm ini, akan diketahui kapasitas adsorben dalam menyerap air. Isoterm ini akan

digunakan dalam penelitian yang akan dilakukan, karena dengan isoterm ini dapat ditentukan

efisiensi dari suatu adsorben.

Hal-hal yang dapat dilihat dari kurva isoterm adalah sebagai berikut.

Kurva isoterm yang cenderung datar artinya, isoterm yang digunakan menyerap pada

kapasitas konstan melebihi daerah kesetimbangan.

Kurva isoterm yang curam artinya kapasitas adsorpsi meningkat seiring dengan

meningkatnya konsentrasi kesetimbangan.

3) Isoterm BET

Molekul-molekul sering membentuk lebih dari satu lapisan (multilayer) pada permukaan

adsorbatnya, akan tetapi isoterm Langmuir tidak dapat menjelaskan hal ini. Sehingga, pada

tahun 1938, Stephen Brunauer, Paul Emmett, dan Edward Teller mengembangkan suatu

model isoterm adsorpsi yang dapat menghitung kapasitas adsorpsi pada molekul yang

membentuk lapisan lebih dari satu. Isoterm BET ini memodifikasi mekanisme Langmuir

seperti berikut :

A(g) + S ⇌ AS

A(g) + AS ⇌ A2S

A(g) + A2S ⇌ A3S dan selanjutnya

Gambar 2. 6 Grafik isoterm BET

Pada isoterm BET hanya berlaku untuk material yang bersifat higroskopis. Selain itu,

isoterm BET lebih baik diterapkan pada adsorpsi fisika, sedangkan isoterm Langmuir lebih

baik untuk adsorpsi kimia.

16

2.3. Zat Warna

2.3.1. Pengertian warna

Warna adalah spektrum tertentu yang terdapat di dalam suatu cahaya sempurna (berwarna

putih). Identitas suatu warna ditentukan panjang gelombang cahaya tersebut(Isminingsih and

Djufri 1978). Daerah tampak dari spektrum terdiri dari radiasi elektromagnetik yang terletak

pada panjang gelombang antara 4000 angstrom (400 nm) sampai 8000 angstrom (800 nm)

dimana 1 angstrom = 10-8 cm = 0,1 nanometer. Sedangkan radiasi (penyinaran) di bawah

4000 angstrom tidak akan tampak karena terletak pada daerah ultraviolet, dan di atas 8000

angstrom adalah daerah inframerah juga tidak tampak oleh mata(Budiyono, Sudibyo et al. 2008).

Gambar 2. 7 Spektrum warna

Radiasi yang tersebar secara merata antara 4000 Å - 8000 Å akan tampak sebagai cahaya

putih, yang akan terurai dalam warna-warna spektrum bias dengan adanya penyaringan

prisma. Warna-warna spektrum berturut-turut adalah : violet, indigo, biru, hijau, kuning,

jingga dan merah. Untuk lebih jelasnya lihat tabel spektrum di bawah ini(Iqbal 2008):

Tabel 2. 3 Spektrum warna

Panjang gelombang (λ) (Å) Warna terserap Warna tampak

4000 – 4350 Violet Kuning – Hijau

4350 – 4800 Biru Kuning

4800 – 4900 Hijau – Biru Jingga

4900 – 5000 Biru – Hijau Merah

5000 – 5600 Hijau Ungu

5600 – 5800 Kuning – Hijau Violet

5800 – 5950 Kuning Biru

5950 – 6050 Jingga Hijau – Biru

6050 – 7000 Merah Biru – Hijau

17

Hubungan antara warna yang terserap dengan warna tampak dijelaskan secara rinci oleh

Mohler seperti yang ditampilkan pada Tabel 2.3 di atas, yang dapat disimpulkan bahwa tiap–

tiap warna terletak pada daerah panjang gelombang yang sempit, dimana pasangan dari

warna terserap dan warna tampak panjang gelombang yang sama atau disebut warna

pelengkap/komplementer atau warna pengurangan/subtraksi.

Warna merupakan hasil dari suatu perangkat kompleks dari respon faali maupun psikologis

terhadap panjang gelombang tampak, yang jatuh pada retina (selaput jala) mata.

Penginderaan warna ditimbulkan oleh berbagai proses fisis. Hitam dianggap sebagai

ketidakhadiran seluruh jenis gelombang warna. Sementara putih dianggap sebagai

representasi kehadiran seluruh gelombang warna dengan proporsi seimbang. Jika panjang

gelombang dengan rentang (range) sempit jatuh pada retina akan diamati warna – warna

individu(Iqbal 2008).

Hubungan antara penyerapan cahaya dengan panjang gelombang dikemukakan dengan

menggabungkan hukum Lambert dan Hukum Beer yang didukung oleh aturan Kubelka-

Munk. Berkebalikan dengan teori warna, di dalam teori pigmen sensasi putih dianggap

sebagai absennya seluruh pigmen.

Teori Brewster pertama kali dikemukakan pada tahun 1831. Teori ini menyederhanakan

warna-warna yang ada di alam menjadi 4 kelompok warna, yaitu warna primer, sekunder,

tersier, dan warna netral. Kelompok warna ini sering disusun dalam lingkaran warna

brewster. Lingkaran warna brewster mampu menjelaskan teori kontras warna

(komplementer), split komplementer, triad, dan tetrad.

2.3.2. Zat Warna Tekstil

Pada tahun 1876, Otto Witt menyatakan bahwa molekul zat warna merupakan gabungan

dari zat organik yang tidak jenuh, kromofor sebagai pembawa warna dan auksokrom sebagai

pengikat antara warna dengan serat. Secara lebih luas zat warna tersusun dari hidrokarbon

tak jenuh, kromogen, auksokrom dan zat aditif.

Zat organik tak jenuh umumnya berasal dari senyawa aromatik dan turunannya seperti

benzen, toluen, xilen, naftalen, antrasen, fenol dan turunannya seperti fenol, orto/meta/para

kresol, senyawa mengandung nitrogen (piridin, kinolin, korbazolum, dsb)(Budiyono, Sudibyo et al.

2008).

18

Kromogen adalah senyawa aromatik yang berisi kromofor (Yunani :chroma yang berarti

warna, phoros, yang berarti mengemban) yaitu gugus tak jenuh yang dapat menjalani transisi

dan n (teori eksitasi transisi elektron). Kromofor merupakan zat pemberi warna

yang berasal dari radikal kimia, seperti : kelompok nitroso : -NO, kelompok nitro : -NO2,

kelompok azo : -N=N, kelompok etilen : >C=C<, kelompok karbonil : >C=O, kelompok

karbon - nitrogen : >C=NH dan –CH=N-, kelompok belerang : >C=S dan ->C-S-S-C<.

Macam – macam zat warna dapat diperoleh dari penggabungan radikal kimia tersebut

dengan senyawa kimia lain(Iqbal 2008).

Gambar 2. 8 Macam-macam kromofor

Auksokrom, (Yunani ; auxanein, “meningkatkan”) yaitu gugus yang tidak dapat menjalani

transisi tetapi dapat menjalani transisi elektron n. Auksokrom merupakan gugus yang

dapat meningkatkan daya kerja kromofor sehingga optimal dalam pengikatan. Auksokrom

terdiri dari golongan kation yaitu –NH2, -NH Me, - N Me2 seperti -+NMe2Cl-, golongan

anion yaitu SO3H-, -OH, -COOH, seperti –O2-, -SO3-, dsb. Auksokrom juga merupakan

radikal yang memudahkan terjadinya pelarutan seperti -COOH atau –SO3H. Selain itu, dapat

juga berupa kelompok pembentuk garam seperti - NH2 atau –OH. Kebanyakan zat organik

berwarna adalah hibrida resonansi dari dua struktur atau lebih. Penggolongan zar warna

dapat dikategorikan bermacam–macam menurut parameter yang dijadikan rujukan(Isminingsih and

Djufri 1978).

Zat warna juga diperoleh dari senyawa anorganik dan dari mineral alam. Zat warna yang

diperoleh dari senyawa anorganik dan dari mineral alam sering disebut dengan pigmen

(tahun 1935 mulai dikenal pigmen yang mempunyai kromofor). Beberapa contoh warna

pigmen yang berasal dari senyawa anorganik dan mineral alam adalah sebagai berikut:

warna putih : titanium dioksida, seng oksida, seng sulfit, timbal sulfit. Warna merah : besi

oksida, kadmium merah, timbal merah. Warna hitam : grafit, karbon hitam, magnetik hitam.

Warna biru : ultramin, kobal biru, besi biru, tembaga Ptalosianin. Warna kuning : seng

kromat, ferit kuning.

Berdasarkan sumber perolehannya, zat warna tesktil dibagi menjadi dua, yaitu:

19

Zat warna alami, yaitu zat warna yang diperoleh dari alam/tumbuh-tumbuhan baik secara

langsung maupun tidak langsung. Bahan pewarna alam yang biasa digunakan untuk

tekstil adalah berasal dari tumbuhan bagian daun, buah, kulit kayu, kayu atau bunga.

Zat warna sintetik, yaitu zat warna buatan yang berasal dari proses kimia. Zat warna ini

mudah diperoleh, stabil dan praktis pemakaiannya. Zat warna sintetik dalam tekstil

merupakan zat warna turunan hidrokarbon aromatik seperti benzen, toluen, naftalen dan

antrasen(Budiyono, Sudibyo et al. 2008).

Macam-macam zat warna sintetik berdasarkan cara pewarnaannya dibagi menjadi:

Zat warna basa (disebut juga warna kation) karena selalu terionkan didalam mediumnya

dengan gugus pembawa warna bersifat kation. Biasanya digunakan untuk mencelup

serat-serat binatang, poliamida (nilon), dan beberapa serat poliakrilat berdasarkan ikatan

elektrokovalen.

Zat warna asam, yang mengandung asam-asam mineral atau asam organik dan dibuat

dalam bentuk garam natrium, dari asam organik, dimana gugus anion merupakan gugus

pembawa warna yang aktif.

Zat warna direct, dikenal dengan zat warna substansif, memiliki daya afinitas yang besar

terhadap serat selulosa. Beberapa diantaranya dapat mencelup serat binatang berdasarkan

ikatan hidrogen.

Zat warna mordan, yang bergabung dengan oksida logam membentuk zat warna yang

tidak larut. Biasanya digunakan untuk mencelup serat binatang, poliamida dan serat

selulosa.

Zat warna azoat, yang mengandung pigmen azo yang dapat mengendap di dalam serat,

terutama digunakan untuk mencelup serat selulosa.

Zat warna belerang, yang memiliki rantai belerang pada setiap struktur molekulnya.

Sifatnya tidak larut di dalam air, tetapi dapat larut dalam larutan sulfit.

Zat warna bejana, yang mengandung gugus karbonil dan memiliki sifat tidak larut dalam

air.

Zat warna dispersi, yaitu zat warna ion-ion yang terdiri dari inti kromofor azo dan

antrakuinon. Biasanya digunakan untuk mencelup serat selulosa asetat dan serat

poliester.

20

Zat warna reaktif, yang dapat mencelup serat dalam kondisi tertentu dan membentuk

reaksi kovalen dengan serat. Biasanya mencelup serat selulosa, serat wol dan sutera dan

poliamida buatan berdasarkan reaksi kondensasi dengan gugus amina dari serat-serat

hewani atau poliamida(Isminingsih and Djufri 1978). Salah satu contoh zat warna reaktif ini adalah

remazol brilliant red F3B yang mempunyai struktur molekul seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 2.9.

Gambar 2. 9 Struktur zat warna RB red F3B