PENGARUH VARIASI TEKANAN TERHADAP KONSTANTA KISI DEBU VULKANIK GUNUNG SINABUNG SKRIPSI ALBERT DANIEL S

(1)

SKRIPSI

ALBERT DANIEL S 080801033

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2012

(2)

PENGARUH VARIASI TEKANAN TERHADAP KONSTANTA KISI DEBU VULKANIK GUNUNG SINABUNG

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

ALBERT DANIEL S 080801033

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2012

(3)

PERSETUJUAN

Judul : PENGARUH VARIASI TEKANAN TERHADAP

KONSTANTA KISI DEBU VULKANIK GUNUNG SINABUNG

Kategori : SKRIPSI

Nama : ALBERT DANIEL SARAGIH

Nomor Induk Mahasiswa : 080801033

Program Studi : SARJANA (SI) FISIKA

Departemen : FISIKA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Diluluskan di Medan, 31 Juli 2012

Diketahui

Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang Dr. Perdinan Sinuhaji, MS NIP: 195510301980031003 NIP: 195903101987031002

(4)

PERNYATAAN

PENGARUH VARIASI TEKANAN TERHADAP KONSTANTA KISI DEBU VULKANIK GUNUNG SINABUNG

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juli 2012

ALBERT DANIEL S 080801033

(5)

PENGHARGAAN

Tak berkesudahan kasih setia TUHAN, tak habis-habisnya rahmat-Nya, selalu baru tiap pagi; besar kesetiaan-Mu! (Ratapan 3 : 22-23). Hanya karena kasih karunia dan pertolongan Allah Bapa di dalam Anak-Nya Yesus Kristus sajalah sumber pengharapan dan penghiburan penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini diajukan untuk memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Strata Satu (S1) pada Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara.

Dalam penyelesaian skripsi ini, penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan, dorongan dan masukan dalam pelaksanaan Skripsi ini.

2. Bapak Endrato (Supervisor Laboratorium PPKS), Bapak Sabar Situmorang dan Ibu Safitri (Laboratorium Material Test PTKI), Bapak Priyambodo (Laboratorium Fisika XRD UIN Syarif Hidayahtullah) yang telah banyak membantu dalam pelaksanaan penelitian Skripsi ini.

3. Bapak Dr. Nasruddin M. Noor, M.Eng.Sc selaku dosen wali di Jurusan Fisika.

4. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika beserta seluruh dosen yang telah banyak membantu dan membimbing penulis serta staf pegawai (Ka Tini, Ka Yuspa dan Bang Jo) yang telah banyak membantu.

5. Terima kasih yang mendalam penulis ucapakan kepada orang tua saya yang saya cintai dan saya sayangi Ayahanda S. Saragih dan Ibunda R. Br.

Nainggolan atas doa dan dukungan yang tak henti-hentinya diberikan mulai dari awal hingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Serta buat kakak Krisna Sarmianta Saragih, SE yang telah banyak memberikan dukungan dan doa kepada penulis.

6. Terima kasih Borasida Sihombing yang selalu memberikan dukungan, doa serta semangat kepada penulis.

7. Terima kasih buat teman-teman Physicreative (Stambuk 2008) : Hiras, Martin, Perdana (“The Young Leader” yang juga teman KTB penulis), Rolas, Indra, Mangara, Donal, Bheng An, Asman, Nitha, Yosephin, Roni, Nya, There, Ervina, Eben, Elizabeth, Andes, Metar, Putri, dan Zulkar dan juga adik-adik junior 2009 (Agus dkk), 2010 (Faisal dkk) serta 2011 (Togar dkk) yang telah banyak memberikan dukungan dan doa serta semangat kepada penulis.

8. Terima kasih juga buat Bang Mula Sigiro dan Bang Ferdinan selaku PKK penulis dan juga buat adik-adik kelompok (Dengsi, Wirda, Alfred, Moris, Rika, Lia, Putri dan Cuan) yang telah memberikan dukungan, doa serta semangat kepada penulis.

9. Terima kasih juga buat teman-teman Koodinasi UP-FMIPA 2011 dan 2012 yang telah memberikan dukungan, doa serta semangat kepada penulis.

(6)

10. Terima kasih juga buat teman-teman kost Ampara : Martin P dkk yang telah memberikan dukungan, doa serta semangat kepada penulis.

Penulis

(7)

ABSTRAK

Telah dilakukan analisis tentang pengaruh variasi tekanan terhadap konstanta kisi Debu Vulkanik Gunung Sinabung (DVGS) yang meletus pada tanggal 29 Agustus 2010.

Dengan metode XRD (X-Ray Diffraction) dianalisis struktur Debu Vulkanik Gunung Sinabung. Dari data hasil XRD diperoleh bahwa DVGS memiliki senyawa Silikon Oksida / Quartz (SiO2) yang dominan sekitar 59,92 % dengan struktur Heksagonal , Sodium Aluminium Silikat / Arnorthi (Ca Na, Si Al) dengan struktur Triklinik dan Sodium Aluminium Silikat / Albite High (Ca Na, Si Al) dengan struktur Triklinik.

Pengaruh tekanan dari DVGS yang mengandung SiO2 dominan yang diteliti terhadap konstanta kisi a DVGS relatif tidak terjadi perubahan sedangkan harga konstanta kisi c DVGS terjadi penurunan dari 5,378 Å dengan tekanan 0,5 x 10⁸ Pa menjadi 4,868 Å dengan tekanan 0,76 x 10⁸ Pa. Sedangkan pada tekanan 0,76 x 10⁸ Pa sampai tekanan 0,89 x 10⁸ Pa harga konstanta kisi c tidak terjadi perubahan. Debu Vulkanik Gunung Sinabung (DVGS) memiliki struktur kristal yang secara mikroskopis terlihat tajam- tajam dipinggir seperti pecahan kaca yang tidak beraturan hal inilah sangat berbahaya bagi penduduk sekitar gunung terutama pada kesehatan. Ditinjau dari logam berat, Debu vulkanik gunung sinabung mengandung logam berat seperti : Besi (Fe) 4,37 %, Seng (Zn) 0,02 %, Tembaga (Cu) 46,35 ppm, Merkury < 0,001 ppm dan logam berat Timbal (Pb) dan Kadmium (Cd) lebih kecil dari Limit of Detection (LoD) sedangkan logam berat Arsen (As) tidak terdeteksi.

Kata Kunci : Debu Vulkanik, Konstanta Kisi, Struktur Kristal dan Logam Berat

(8)

THE EFFECT OF PRESSURE VARIATIONS LATTICE CONSTANT OF SINABUNG ‘S VOLCANIC ASH

ABSTRACK

The effect of pressure variations has been analyzed in lattice constant of Sinabung’s Volcanic Ash (DVGS) which erupted on August 29, 2010.The structure of Volcanic Ash Sinabung’s was anayzed by the method of XRD (X-Ray Diffraction). The results XRD obtained from the data has a compound DVGS Silicon Oxide / Quartz (SiO2) approximately 59.92% of the dominant with Hexagonal structure, Sodium Aluminum Silicate / Arnorthi (Ca Na, Si Al) with triclinic structure and Aluminium Sodium Silicate / High albite (Na Ca, Si Al) with triclinic structure. The effect of pressure of DVGS that contain SiO2 dominant that tested for lattice constant a DVGS relatively no change while the lattice value constant c DVGS decline from 5.378 Å with the pressure 0.5 x 10⁸ Pa to 4.868 Å with the pressure 0.76 x 10⁸ Pa . While the pressure from 0,76 x 10⁸ Pa to 0.89 x 10⁸ Pa lattice value constant c no change. Volcanic Ash of Sinabung’s (DVGS) has sharp edge such as broken glass that not uniform that crystal structure microscopy it is very dangerous for the residents around the mountain, especially on health. The observation from the heavy metals, Sinabung’s Volcanic ash contains heavy metals such as iron (Fe) 4.37%, Zinc (Zn) 0.02%, Copper (Cu) 46.35 ppm, Merkury <0.001 ppm and heavy metals Lead (Pb) and Cadmium (Cd) less than the Limit of Detection (LOD) while the heavy metals arsenic (As) are not detected.

Keywords : Volcanic Ash, Lattice Constants, Crystal Structure, and Heavy Metals

(9)

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan………... ii

Pernyataan………...iii

Penghargaan………...iv

Abstrak………..v

Abstack……….vi

Daftar Isi………...vii

Daftar Gambar………...ix

Daftar Tabel………...x

Bab 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang………...1

1.2 Rumusan Masalah……….…3

1.3 Batasan Masalah………...3

1.4 Tujuan Penelitian………...3

1.5 Manfaat Penelitian………....4

1.6 Sistematika Penulisan………...4

Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Gunung Berapi...6

2.1.1. Klasifikasi Gunung Berapi di Indonesia………....7

2.2. Debu vulkanik………...7

2.3 Logam Berat...10

2.3.1 Pengetian Logam Berat...10

2.3.2 Karakteristik Logam Berat………11

2.3.3 Bahaya Kontaminasi Logam Berat………...11

2.3.4. Logam Berat dan Efek bagi Kesehatan………...13

2.3.4.1. Merkuri / Air Raksa (Hg)………..13

2.3.4.2. Arsenik (As)………..14

2.3.4.3. Timbal (Pb)………...15

2.3.4.4. Cadmium (Cd)………...15

2.3.4.5. Kromium (Cr)………...17

2.3.4.6. Tembaga/Cuprum (Cu)……….18

2.3.4.7. Besi/Ferrum (Fe)………...19

2.3.4.8. Nikel (Ni)………..19

2.3.4.9 Zinkum (Zn)………...20

2.4. Kristal………...…………..20

2.4.1. Pengertian Kristal...20

2.4.2. Struktur Kristal...21

2.4.3. Sifat – sifat Kristal...22

2.4.4. Sistem Kristal...23

2.4.5 Bidang – Bidang Kristal...29

2.5. Spektrofotometer Serapan Atom...30

2.5.1. Prinsip Dasar Spektrofotometer Serapan Atom………..30

2.5.2. Cara Kerja Spektrofotometer Serapan Atom………...31

2.5.3. Bagian-Bagian Pada Spektofotometer Serapan Atom……….33

(10)

2.5.4. Keuntungan Metode Spektrofotometer Serapan Atom………36

2.6. Analisis Struktur dan Mikrostruktur Kristal………..………37

2.6.1. XRD (X-Ray Diffraction)……….37

2.6.1.1. Prinsip XRD (X-Ray Diffraction)...38

2.6.2. SEM (Scanning Electron Microscope)………39

2.6.2.1. Pembentukan gambar pada SEM………...40

Bab 3. Metodologi percobaan 3.1. Alat Dan Bahan...41

3.1.1. Alat yang digunakan dalam pengujian kandungan logam berat...41

3.1.2. Bahan Yang Digunakan Dalam Penelitian...42

3.2 Lokasi Penelitian...42

3.3. Prosedur Analisis Sampel...42

3.3.1 XRD (X-Ray Diffraction)...42

3.3.2 SEM (Scanning Electron Microscope)...43

3.4. Analisis Komposisi Logam Berat...44

3.5. Diagram Alir Penelitian...46

Bab 4. Hasil dan pembahasan 4.1. Analisis Logam Berat...47

4.2. Analisis Struktur Akibat Pengaruh Tekanan...49

4.3 Analisis Struktur Mikro DVGS...51

Bab 5. Kesimpulan dan saran 5.1. Kesimpulan...53

5.2. Saran...54

Daftar Pustaka...55 Lampiran A (Perhitungan Konstanta Kisi DVGS)

Lampiran B Foto Alat Dan Bahan Penelitian

(11)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Debu vulkanik Gunung Sinabung...9

Gambar 2.2 Bagan Struktur Kristal...22

Gambar 2.3 Sistem Kristal Kubus...24

Gambar 2.4 Tetragonal Sederhana dan Berpusat Badan...25

Gambar 2.5 Kristal Orthorombik...26

Gambar 2.6 Kristal Monoklinik...27

Gambar 2.7 Kristal Triklinik...27

Gambar 2.8 Kristal Rombohedral...28

Gambar 2.9 Kristal Heksagonal...29

Gambar 2.10 Skema Alat Spektrofotometer Serapan Atom...37

Gambar 3.1 Skema prinsip kerja XRD…...43

Gambar 3.2 Prinsip Kerja SEM ...44

Gambar 3.3 Diagram Alir Penelitian...46

Gambar 4.1 Hubungan Tekanan Vs Konstanta Kisi a dan c, DVGS...50

Gambar 4.2 Foto SEM Debu vulkanik G. Sinabung, Meletus 29 Agustus 2010

...

51

Gambar 4.3 Struktur mikro debu biasa...52

(12)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Sistem Kristal...23

Tabel 4.1 Komposisi Logam Berat DVGS...47

Tabel 4.2 Kondisi Optimum Analisis Unsur Cd, Cu, Pb...48

Tabel 4.3 Lineritas Konsentrasi Standard dan Batas Deteksi Pb, Cu dan Cd...49

Tabel 4.4 Harga konstanta kisi sebagai fungsi tekanan DVGS...50