KESIMPULAN DAN SARAN
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pasir Kuarsa
Pasir kuarsa adalah bahan galian yang terdiri atas kristal-kristal silika (SiO2) dan senyawa pengotor yang terbawa selama proses pengendapan. Pasir kuarsa juga dikenal dengan nama pasir putih yang merupakan hasil pelapukan batuan yang mengandung mineral utama, seperti kuarsa dan feldspar. Hasil pelapukan kemudian tercuci dan terbawa oleh air atau angin dan diendapkan di tepi-tepi sungai, danau atau laut.
Pasir kuarsa mempunyai komposisi gabungan dari SiO2, Fe2O3, Al2O3, TiO2, CaO, MgO, dan K2O, berwarna putih bening atau warna lain bergantung pada senyawa pengotornya, adapun sifat pasir kuarsa memiliki kekerasan 7 (skala Mohs), berat jenis 2,65 kgL-1, titik lebur 1728°C, bentuk kristal hexagonal, panas sfesifik 0,185 J, dan konduktivitas panas 12 – 1000°C.
Dalam kegiatan industri, penggunaan pasir kuarsa sudah berkembang meluas, baik langsung sebagai bahan baku utama maupun bahan aditif. Sebagai bahan baku utama, misalnya digunakan dalam industri kaca, semen, tegel, mosaik keramik, bahan baku fero silikon, silikon carbide, dan bahan abrasit (ampelas dan sand blasting). Sedangkan sebagai bahan aditif digunakan dalam industri cor, industri perminyakan
dan pertambangan, bata tahan api (refraktori), dan lain sebagainya ( Asmuni,2000). Untuk pasir kuarsa yang digunakan dalam penelitian bisa dilihat pada gambar 2.1
2.2. Silika ( SiO2 )
Silika adalah senyawa kimia dengan rumus molekul SiO2 (silicon dioxsida) yang dapat diperoleh dari mineral silika dan sintesis kristal. Mineral silika adalah senyawa yang banyak ditemui dalam bahan tambang atau galian yang berupa mineral seperti pasir kuarsa, granit, dan feldspar yang mengandung kristal-kristal silika (SiO2) (Kalapathy,2000). Selain terbentuk secara alami, silika dengan struktur kristal tridimit dapat diperoleh dengan cara memanaskan pasir kuarsa pada suhu 870°C dan bila pemanasan dilakukan pada suhu 1470°C dapat diperoleh silika dengan struktur kristobalit. Silika juga dapat dibentuk dengan mereaksikan silikon dengan oksigen atau udara pada suhu tinggi (Iler, 1979). Adapun sifat – sifat silika dapat dilihat pada tabel 2.1. dibawah ini:
Tabel 2.1. Sifat – sifat Silika
Sifat Hasil
Berat Jenis (g/cm3) Bentuk
Daya larut dalam air Titik cair (°C) Titik didih (°C) Kekerasan (Kg/mm2) Kekuatan tekuk (MPa) Kekuatan tarik (MPa) Modulus elastisitas (GPa) Resistivitas ( m) Koordinasi geometri Struktur kristal 2,6 Padat Tidak larut 1610 2230 650 70 110 73 - 75 >1014 Tetrahedral Kristobalit, Tridimit, Kuarsa Sumber : ( Iler, 1979)
Silika terbentuk melalui ikatan kovalen yang kuat serta memiliki struktur berupa empat atom oksigen yang terikat pada posisi sudut tetrahedral di sekitar atom pusat atom silikon (Cestari,2000).
Pada umumnya silika memiliki bentuk kristal tetrahedral, namun bila pembakaran berlangsung terus-menerus pada suhu di atas 650°C maka tingkat kristalinitasnya akan cenderung meningkat dan membentuk fasa quartz, crystobalite, dan tridymite . Bentuk struktur quartz, crystobalite, dan tridymite yang memiliki stabilitas dan kerapatan yang berbeda. Struktur Kristal quartz, crystobalite, dan
tridymite memiliki nilai densitas masing-masing sebesar 2,65×10 kgm-3, 2,27×103
kgm-3, dan 2,23×103 kgm-3. Berdasarkan perlakuan termal, pada suhu < 570°C terbentuk low quartz, untuk suhu 570-870°C terbentuk high quartz yang mengalami perubahan struktur menjadi crystobalite dan tridymite, sedangkan pada suhu 870-1470°C terbentuk high tridymite, pada suhu ˃ 1470°C terbentuk high crystobalite, dan pada suhu 1723°C terbentuk silika cair. Silika dapat ditemukan di alam dalam beberapa bentuk meliputi kuarsa dan opal, silika memiliki 17 bentuk kristal, dan memiliki tiga bentuk kristal utama yaitu kristobalit, tridimit, dan kuarsa (Scott,1993). Adapun bentuk – bentuk silika dapat dilihat pada tabel 2.2. dibawah ini:
Tabel 2.2. Bentuk – bentuk silika
Bentuk Rentang Stabilitas(°C) Modifikasi
Kristobalit Tridmit Kuarsa 1470 - 1723 870 - 1470 < 870 kubik tetragonal heksagonal ortorombik heksagonal trigonal Sumber: ( Scott, 1993 )
2.3. Silikon
Silikon adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Si dan nomor atom 14. Senyawa yang dibentuk bersifat paramagnetik. Unsur kimia ini ditemukan oleh Jöns Jakob Berzelius. Silikon merupakan unsur metaloid tetravalensi, bersifat kurang reaktif dibanding karbon. Silikon merupakan elemen terbanyak kedelapan di alam semesta dari segi massanya, tetapi tidak pernah ditemukan dalam bentuk murni di alam. Silikon paling banyak terdistribusi pada debu, pasir, planetoid, dan planet dalam berbagai bentuk seperti silikon dioksida atau silikat. Lebih dari 90% kerak bumi terdiri dari mineral silikat, menjadikan silikon sebagai unsur kedua paling melimpah di kerak bumi (sekitar 28% massa) setelah oksigen (Makarim,2007).
Silikon berbentuk padat pada suhu ruangan, dengan titik lebur dan titik didih masing-masing 1.400 dan 2.800 °C, silikon mempunyai massa jenis yang lebih besar ketika dalam bentuk cair dibanding dalam bentuk padatannya. Silikon juga mempunyai konduktivitas thermal yang tinggi (149 Wm−1K−1), sehingga silikon mudah mengalirkan panas oleh karena itu silikon tidak pernah dipakai untuk mengisolasi benda panas.
Dalam bentuk kristalnya, silikon murni berwarna abu-abu metalik,agak kuat tapi sangat rapuh dan mudah mengelupas. Silikon mengkristal dalam struktur kristal tetrahedral, dengan jarak kisi 0,5430710 nm (5.430710 Å).
Orbital elektron terluar dari silikon mempunyai 4 elektron valensi. Kulit atom 1s,2s,2p, dan 3s terisi penuh, sedangkan kulit atom 3p hanya terisi 2 dari jumlah maksimumnya 6 (Ceccaroli,2005).
2.4. Nanosilikon
Nanosilikon dikenal juga sebagai mikrokristalin silikon. Nanosilikon adalah bentuk silikon berpori yang merupakan fase alotropik dari silikon yang strukturnya mirip dengan silikon amorf . Nanosilikon memiliki butiran kristal yang kecil pada fase amorf. Hal ini berbeda dengan silikon polikristal yang terdiri dari biji-bijian silikon kristal. Perbedaan mendasar dari keduanya berasal dari ukuran butir kristal.
Nanosilikon memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan silikon biasa, salah satunya adalah memiliki mobilitas elektron yang lebih tinggi, karena adanya bentuk kristal pada fase amorfnya. Selain itu nanosilikon juga menunjukkan adanya peningkatan penyerapan dalam panjang gelombang merah dan inframerah, yang membuat nanosilikon menjadi bahan penting dalam pembuatan sel surya. Salah satu kelebihan yang paling penting dari silikon nanokristalin, adalah nanosilikon memiliki stabilitas yang lebih baik dibanding dengan silikon biasa, hal ini disebabkan nanosilikon memiliki ukuran partikel yang lebih kecil. Selain itu nanosilikon memiliki daya simpan yang lebih baik dibanding dengan silikon biasa maupun polikristalin silikon lainnya.
Nanosilikon sendiri memiliki titik didih 2355°C dan titik lebur 1410°C serta densitas 2,33 gml-3, dan memiliki distribusi warna kuning hingga coklat (Luo,2013). Adapun contoh serbuk nano silikon dapat dilihat pada gambar 2.2. dibawah ini:
Gambar 2.2. Serbuk nanosilikon ( Sigma Aldrich,2014 )
Menurut Favorz (2014) ketika nanosilikon dikarakterisasi TEM, hasil karakterisasi menunjukkan bahwa Nanosilikon memiliki ukuran partikel yang sangat kecil dan cenderung membentuk aglomerasi antara satu dengan yang lainnya dan memiliki ukuran partikel yang terdistribusi sekitar 9 nm. Adapun gambar analisa TEM nya dapat dilihat pada gambar 2.3 di bawah ini :
Gambar 2.3. Hasil analisis TEM nanosilikon. a. Hasil analisa TEM dengan perbesaran 20 nm b. Hasil analisa TEM dengan perbesaran 10 nm ( Favorz, 2014 )