BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Silika dan Sifat-Sifat
Silika adalah senyawa kimia dengan rumus molekul SiO2 (silikon dioksida) yang dapat diperoleh dari silika mineral, nabati dan sintesis kristal. Silika mineral adalah senyawa yang banyak ditemui dalam bahan tambang/galian yang berupa mineral seperti pasir kuarsa, granit, dan fledsfar yang mengandung kristal-kristal silika (SiO2) (Bragmann dan Goncalves, 2006).
Beberapa penelitian menunjukkan bahwa abu vulkanik gunung berapi memiliki kandungan terutama material silika yang begitu besar. Seperti Abu vulkanik Gunung Merapi yang diambil pada Juli 2008 mengandung Al, Mg, Si dan Fe yang dianalisis dengan metode Analisis Aktivasi Neutron (AAN) berturut-turut berkisar antara 1,8 - 15,9 % (Al), 0,1 - 2,4 % (Mg), 2,6 - 28,7 % (Si) dan 1,4 - 9,3 % Fe (Sudaryo dan Sutjipto 2009). Zuarida (1999) mengemukakan abu vulkanik Gunung Kelud Jawa Timur mengandung 45,9 % (SiO2). Bahan silikat (SiO2) yang yang terdapat pada debu vulkanik Gunung Sinabung mencapai 74,47 %. (Barasa et al., 2013).
Silika gel merupakan suatu bentuk dari silika yang dihasilkan melalui penggumpalan sol natrium silikat (NaSiO2). Larutan silikat yang direaksikan dengan asam akan menghasilkan asam silikat. Dalam sistem asam silikat, pembentukan gel
dijabarkan sebagai kondensasi dari Si(OH)4 menjadi rantai siloksan, yang kemudian bercabang dan selanjutnya berikatan silang membentuk kerangka tiga dimensi. Sol mirip agar – agar ini dapat didehidrasi sehingga berubah menjadi padatan atau butiran mirip kaca yang bersifat tidak elastis. Silika gel ini berbentuk seperti zat padat yang lunak dan kenyal tetapi rentang suhu tertentu dapat berbentuk seperti fluida. Biasanya gel mempunyai sifat tiksotropi yaitu menjadi cair ketika digoyang dan kembali memadat ketika dibiarkan tenang.
Silika gel dibagi menjadi tiga tipe, yaitu regular density gel diproduksi dengan pencampuran di media asam, mempunyai diameter sangat kecil dan specific surface area (SSA) yang sangat tinggi. Jenis yang kedua adalah Intermedite density gel yang mempunyai ukuran diameter 12-16 nm dan memiliki SSA 300 – 350 m2 /g.
Jenis yang kedua ini sangat cocok untuk proses adsorpsi karena bentuknya berupa bubuk halus dan ukuran partikel yang kecil dan porositasnya dapat dikontrol. Jenis ketiga adalah low density gel (Oscik,1982).
Silika merupakan senyawa polimerik tiga dimensi dengan jaringan ikatan kovalen Si-O membentuk suatu molekul raksasa, jaringan ini mengandung spesies
“penghubung” tetrahedral SiO4 , dengan tiap atom Si diikat oleh empat atom O dan tiap atom O diikat oleh dua atom Si (Rapierna, 2012). Silika merupakan material berpori dan berbentuk amorf, k a r e n a adanya ketidakteraturan susunan molekul pada struktur silika menyebabkan terbentuknya pori yang tidak teratur.
Adapun penataan struktur silika dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Penataan SiO4 Tetrahedral Silika Gel (Kaim dan Schwederski, 1994)
Silika memiliki sifat nontoksik dan biokompatibel sehingga banyak dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi. Matrik silika secara kimia stabil, bersifat hidrofilik, mudah disintesis dan memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, stabilitas termal yang tinggi, Permukaan stabil dalam medium asam (Antovska, 2006). Silika memiliki keuntungan dari segi kemampuan adhesi yang lebih baik pada banyak substrat, ketahanan korosi yang tinggi, ketahanan terhadap keretakan dan sebagainya serta menunjukkan performa yang baik untuk pelapisan, perekatan, dan lain-lain. Sifat yang paling penting dari silika gel sebagai adsorben adalah material berpori tinggi yang dapat diregenerasi. Silika gel memiliki kemampuan menyerap yang sangat besar terhadap molekul-molekul air
Silika gel termasuk dalam silika amorf yang beragregasi membentuk partikel yang lebih besar (1-2,5 µm) membentuk kerangka tiga dimensi. Silika amorf terbentuk ketika silikon teroksidasi secara termal. Silika amorf terdapat dalam beberapa bentuk yang tersusun dari partikel-partikel kecil yang kemungkinan ikut tergabung. Biasanya silika amorf mempunyai kerapatan 2,6 g/cm3. Karakteristik silika amorf diperlihatkan dalam Tabel 2.3 (Surdia et al., 2000).
Tabel 2.3 Karakteristik Silika Amorf Karakteristik Silikon Dioksida
Rumus Molekul SiO2
Berat Jenis (g/cm3) 2,6
Bentuk Padat
Daya larut dalam air Tidak larut
Titik cair (°C) 1610
Titik didih (°C) 2230 Kekerasan (Kg/mm2) 650 Kekuatan tekuk (Mpa) 70 Kekuatan tarik (Mpa) 110 Modulus elastisitas (Gpa) 73 – 75 Resistivitas ( m) >1014 Koordinasi geometri Tetrahedral
Struktur Kristal Kristobalit, Tridimit, Kuarsa
Sifat silika gel bergantung pada orientasi dari ujung tempat gugus hidroksil berkombinasi. Hal ini disebabkan susunan permukaan SiO4 tetrahedral yang tidak teratur, maka permukaan gugus –OH pada (-Si-OH/ gugus silanol) jumlah distribusinya per unit area bukan menjadi ukuran kemampuan adsorpsi silika gel, walaupun gugus siloksan (-Si-O-Si) terdapat pada permukaan gel (Oscik, 1982).
Sifat kimia mineral silika mempunyai berbagai sifat kimia antara lain sebagai berikut :
b. Reaksi basa Silika dapat bereaksi dengan basa, terutama dengan basa kuat, seperti dengan hidroksida alkali.
SiO2(s) + 2NaOH(aq) → Na2SiO3 + H2O ( 2.3 ) Secara komersial, silika dibuat dengan mencampur larutan natrium silikat dengan suatu asam mineral. Reaksi ini menghasilkan suatu dispersi pekat yang akhirnya memisahkan partikel dari silika terhidrat, yang dikenal sebagai silika hidrosol atau asam silikat yang kemudian dikeringkan pada suhu 110°C agar terbentuk silika gel. Reaksi yang terjadi :
Na2SiO3(aq) + 2HCl(aq) → H2SiO3(l) + 2NaCl(aq) ( 2.4 )
H2SiO3(s) → SiO2.H2O(s) ( 2.5 )
Silika gel yang mempunyai gugus silanol dan gugus siloksan tanpa pemodifikasian terlebih dahulu dapat mengadsorpsi ion logam. Meskipun demikian atom O sebagai situs aktif silika gel merupakan spesies yang mempunyai ukuran yang relatif kecil dan polarisabilitas yang rendah sehingga kecenderungannya untuk berinteraksi dengan logam berat yang pada umumnya mempunyai ukuran besar dan polarisabilitas tinggi secara teoritis relatif tidak begitu kuat. Sehubungan dengan hal itu, perlu adanya upaya untuk meningkatkan efektivitas silika gel dalam mengadsorpsi ion logam melalui penambahan (imobilisasi) gugus aktif yang mampu secara efektif mengikat ion logam (Tokman et al., 2003)
Banyak upaya telah dilakukan untuk memodifikasi permukaan silika gel melalui penambahan (imobilisasi) gugus aktif organik dan fungsionalisasi anorganik (Jal et al., 2004). Imobilisasi fungsionalisasi organik gugus merkapto atau tiol (-SH) telah dilakukan oleh ( Narsito et al., 2004; Arakaki dan Airoldi, 2000). Maupun dengan gugus amin terhadap silika gel melalui proses sol-gel (Simatupang et al., 2007;
Tokman et al., 2003; Ghoul et al., 2003).