TINJAUAN PUSTAKA
2.3. Sifat Magnetik Suatu Senyawa
Benda magnet mempunyai kemampuan menarik benda beda lain (tentunya yang lebih ringan ) ke arah dirinya. Dalam hal ini ada magnet permanenatau magnet tetap, artinya kemampuan menarik ini tidak lenyap, dan magnetik sementara artinya kemampuan menarik lenyap jika penyebab timbulnya sifat magnet dihilangkan.
Misalnya, logam yang dililiti kumparan arus listrik menjadi magnet yang kemudian disebut sebgai elektromagnet. Namun jika arus listrik dihilangkan maka sifat magnet menjadi hilang pula. Sifat magnet dan kelistrikan tidak dapat dipisahkan.
Banyak senyawa kimia khususnya senyawa komplek yang dipengaruhi oleh medan magnet dari luar. Senyawa demikian dikatakan bersifat paramagnetik.
Sebaliknya terdapat senyawa yang berinteraksi tertolak oleh medan magnetik, disebut bersifat diamagnetik.
Sebuah elektron , yang secara individu ddapat dipandang sebagai partikel solid yang bermuatan negatif, berputar pada porosnya yang diasosiaikan dengan bilangan kuantum spin, s, dengan ½. Dengan demikian spin elektron menghasilkan magnet, dengan kata lain elektron merupakan magnet elementer, dan inilah yang merupakan sumber munculnya sifat magnetik khususnya dalam senyawa kimia. Sifat magnetik seperti ini sering dikatakan sebagai sifat magnetik spin. Ttetapi jika dua elektron berada dalam satu orbital akan saling berpasangan dengan arah spin yang saling berlawanan, +1/2 dan -1/2. Maka sifat magnetik yang dihasilkan saling meniadakan atau dengan kata lain resultan sifat magnetiknya nol. Revolusi elektron pada orbitalnya juga menghasilkan magnet, tetapi nilainya lebih kecil dibandingkan dengan sifat magnetik spin. Oleh karena itu , sifat magnetik orbital hanya merupakan faktor kontribusi saja terhadap sifat magnetik senyawa yang bersangkutan (Sugiyarto, et al., 2007)
Ukuran sifat magnetik suatu spesies sering dinyatakan dengan besaran momen magnetik, μ, dalam satuan Bohr Magneton (BM). Sifat paramagnetik suatu senyawa
disebabkan oleh adanya elektron tak berpasangan (unpaired electron) dalam konfigurasi elektronik spesies yang bersangkutan.hubungan antara banyaknya elektron tak berpasangan dengan sifat paramagnetik spin atau momen magnetik spin, μs, adalah BM, s = ½ = bilangan kuantum spin dan n = banyaknya elektron tak berpasangan ( Effendy, 2013). Spesies dengan konfigurasi elektronik dx, menghasilkan 1 hingga 5 elektron tak berpasangan, dengan harga momen magnetiknya seperti dalam Tabel 2.
Sifat paramagnetik normal suatu senyawa komplek bergantung paling tidak pada tiga faktor yaitu:
a. Jumlah elektron tak berpasangan (unpair electron)
b. Tingkat dasar spektroskopik, dan tingkat esksitasi di ataasnya c. Kuat medan ligan dan konfigurasi geometriknya
Secara umum, senyawa paramagnetik terdiri dari pusat pusat paramagnetik dan gugus gugus diamagnetik. Bahkan ion paramgentik mempunyai nilai diamagnetik.
Gugus gugus diamagnetik ini diperhitungkan sebagai faktor koreksi. Jadi suseptibilitas molar suatu senyawa jumlah suseptibilitas atom, ion atau molekul penyusun senyawa ini. Suseptibilitas per mol terkoreksi (χM’) suatu ion logam paramagnetik dalam suatu senyawa dapat diperoleh dengan mengukur suseptibilitas molar senyawa ini (χM) dikurangi dengan faktor diamagnetik ion atau molekul penyusunnya.
(χL) : χM’ = χM (pengukuran) - χL
16
Beberapa material lebih magnetik dibandingkan materi lain. Perbedaan utama ialah pada beberapa material tidak ada interaksi kolektif dari momen magnetik atom, sedangkan pada material lainnya ada interaksi yang kuat antara momen atom. Dua kelompok pertama menunjukan tidak ada interaksi magnetik kolektif dan tidak teratur secara magnetik.tiga kelompok terakhir menunjukan keteraturan magnetik kuat dibawah temperatur kritis tertentu. Material feromagnetik dan ferimagnetik biasanya disebut magnet. Tiga yang lainnya magnetik sangat lemah sehingga biasa disebut nonmagnet.
2.3.1. Diamagnetik
Diamagnetis adalah sifat dasar dari semua materi, walaupun biasanya sangat lemah.
Diamagnetis berdasarkan pada sifat non kooperatif dari elektron orbital ketika terpapar pada medan magnetik. Zat diamagnetik tersusun dari atom atom yang tidak memiliki momen magnetik netto karena semua orbital terisi penuh dan tidak ada elektron tak berpasangan. Bagaimanapun, ketika terpapar medan, menghasilkan magnetisasi bernilai negatif dan suseptibilitas (χ) negatif. Jika diplot M ( magnetisasi ) vs H ( medan magnetik) dapat kita lihat grafik berikut. Ketika medan nol maka magnetisasi nol. Karakteristik lainnya adalah suseptibilitas tidak bergantung temperatur ( T ). Contohnya adalah kuartz, kalsit, air.
Gambar 2.7 Diamagnetik, M ( magnetisasi ) vs H (medan magnetik) 2.3.2. Paramagnetik
Pada jenis material ini, sebagian atom atom atau ion dalam material memiliki momen magnetik yang diakibatkan elektron tak berpasangan dalam orbital terisi sebagian. Salah satu atom yang paling penting yang memiliki elektron tak berpasangan adalah besi. Momen magnetik individual tidak berinteraksi secara magnetik dan seperti diamagnetis, magnetisasi nol ketika medan magnet nol. Pada
18
kehadiran medan, ada kesejajaran parsial dari momen magnetik atom searah medan, menghasilkan magnetisasi positif netto dan susebtibilitas positif.
Gambar 2.8 Paramagnetik, magnetisasi ( M) vs medan magnetik (H), suseptibilitas (χ) bergantung suhu
Efisiensi medan dalam menyejajarkan moment adalah saling berlawanan oleh efek randomisasidari suhu. Hasil ini dalam suseptibilitas tergantung suhu dikenal sebagai hukum Curie.Pada suhu normal dan medan magnet moderat, susebtibilitas paramagnetik adalah kecil (tetapi lebih besar daripada kontribusi diamagnetik).
Setidaknya suhu sangat rendah (<<100 K) atau medan magnetik yang sangat tinggi susebtibilitas paramagnetik bergantung pada medan magnetik yang diterapkan. Pada kondisi ini, susebtibilitas paramagnetik adalah proporsional terhadap kandungan logam total. Banyak mineral mengandung besi bersifat paramagnetik pada suhu kamar. Contohnya montmorilonit, nontronit, biotit.
2.3.3. Ferromagnetik
Tidak seperti material paramagnetik, momen magnetik atom dalam material ini menunjukan interaksi kuat. Interaksi ini dihasilkan oleh pertukaran muatan elektron
dan menghasilkan kesejajaran momen magnetik atom yang paralel dan antiparalel.
Daya pertukaran adalah sangat besar, ekuivalen dengan keteraturan medan magnetik pada 1000 Tesla, atau rata rata 100 juta kali kekuatan medan magnetik bumi. Daya pertukaran adalah fenomena mekanikal kuantum berdasarkan orientasi relatif dari spin sepasang elektron. Material paramagnetik menunjukan kesejajaran paralel dari momen magnetik menghasilkan magnetisasi bersih yang besar bahkan dengan ketiadaan medan magnetik. Unsur seperti Fe, Ni, Co dan alloy dari logam ini adalah material tipe feromagnetik.
Gambar 2.9 Kesejajaran paralel magnetisasi bahan ferromagnetik
Istilah istilah penting seperti magnetisasi spontan adalah magnetisasi bersih yang berada didalam satuan mikroskopik magnetisasi seragam dalam ketiadaan medan magnetik. Magnitudo dari magnetisasi ini pada 0 K, bergantung pada momen magnetik spin elektron.Magnetisasi jenuh adalah maksimum momen magnetik terinduksi yang didapatkan dalam medan magnetik (Hsat), diatas medan ini tidak ada terjadi kenaikan magnetisasi. Perbedaan antara magnetisasi spontan dengan magnetisasi jenuh berhubungan dengan domain magnetik. Magnetisasi jenuh adalah sifat intirinsik, tidak bergantung pada ukuran partikel tetapi bergantung pada suhu.
2.3.4. Ferimagnetik
Dalam senyawa ionik, seperti oksida, bentuk yang lebih kompleks dari keteraturan magnetik dapat terjadi sebagai hasil dari struktur kristal. Salah satu jenis dari sifat magnetis disebut ferrimagnetik.struktur magnetik terdiri dari dua sublaktik (A dan B)
20
dipisahkan oleh oksigen. Interaksi pertukaran dijembatani oleh anion oksigen.ketika ini terjadi, interaksi yang terjadi disebut interaksi tidak langsung atau superexchange.
Interaksiyang paling kuat menghasilkan kesejajaran antiparalel dari spin antara sublaktik A dan B. Dalam ferimagnetik, magnetisasi dari sublaktik A dan B menghasilkan momen magnetik netto tidak setimbang.
Gambar 2.10 Kesejajaran antiparalel magnetisasi dari bahan ferrimagnetik 2.3.5. Antiferromagnetik
Bila magnetisasi sublaktik A danB tepat setimbang tetapi pada arah yang berlawanan maka magnetisasi sama dengan nol. Tipe magnetik ini disebut antiferomagnetik.sifat antiferomagnetik ditunjukan dengan suseptibilitas diatas suhu kritis, disebut suhu Nell (Ts).
Gambar 2.11 Kesejajaran magnetisasi antiparalel keadaan setimbang untuk antiferomagnetik
2.3.6. Kurva Histeresis
Material magnetik ketika dipengaruhi medan magnet eksternal, menghasilkan magnetisasi tidak sama dengan nol. Dengan melakukan sederetan proses magnetisasi, yaitu penurunan medan magnetik luar menjadi nol dan meneruskannya pada arah yang bertentangan, serta meningkatkan besar medan magnet luar pada arah tersebut dan menurunkannya kembali ke nol kemudian membalikan arah seperti semula, maka
magnetisasi atau polarisasi dari magnet permanen terlihat membentuk suatu loop.
Loop ini disebut sebagai kurva histeresis.
Gambar 2.12 Kurva histeresis (Coey, 2009)
Koersivitas (Hc) merupakan besarnya medan magnetik yang dibutuhkan untuk menurunkan magnetisasi pada material yang termagnetisasi hingga magnetisasi kembali nol. Magnetisasi saturasi (Ms) merupakan besarnya magnetisasi maksimum yang dicapai pada saat seluruh momen magnetiknya selaras. Magnetisasi remanen (Mr) adalah magnetisasi tersisa dalam material setelah medan magnet diturunkan hingga sama dengan nol (Mujamilah et al., 2000).