Pembentukan Senyawa Interkalasi CuCl
2-Grafit dengan
Metode Lelehan Garam
Kamisah D. Pandiangan
Jurusan Kimia FMIPA, Universitas Lampung Jl. S. Brojonegoro No. 1 Bandar Lampung 35145
Abstrak
The CuCl2-graphite intercalation has been performed by the NaCl molten salt method at
temperature 575 oC for 15 hours by the use of chlorine gas to initiate the reaction. The intercalated compound was prepared by intercalating CuCl2 and NaCl with various
composition of graphite. The result showed that the highest metal content of the intercalated compound, CuCl2-graphite, was 0.0361 g/g. This was obtained with the
ratio of CuCl2 and NaCl, 80 : 20% and the weight of graphite was 2 g. The most acidic
of them was obtained in the ratio of CuCl2 and NaCl 40 : 60% with the surface area of
12.902.10−3 m2/g. The highest conductivity was 0,6349 (Ω.m)−1 and was obtained from the intercalation in the ratio of CuCl2 : NaCl was 60 : 40.
Keywords: intercalation, CuCl2, graphite
Pendahuluan
Grafit yang sudah dikenal sebagai adsor-ben dan konduktor dapat dioptimalkan peranannya dengan menginterkalasikan logam transisi pada grafit. Interkalasi merupakan suatu metode dalam memo-difikasi struktur dan komposisi kristal buatan dengan menyisipkan atom atau ion ke dalam struktur kristal induk. Struktur grafit yang “ring planar” sangat memung-kinkan terjadinya interkalasi dengan pe-nyisipan atom atau ion ke dalam kristal induk. Sifat logam transisi yang umum-nya sebagai penghantar listrik akan dapat digunakan sebagai peningkat konduk-tifitas listrik pada struktur grafit jika dilakukan penyisipan atom atau ion lo-gam ke dalam struktur kristal grafit. Me-tode interkalasi grafit yang sudah diuji coba antara lain adalah metode elektrolisis1, , kesetimbangan inti2, pen-campuran dan lelehan garam3 dan larutan logam alkali4.
Pembuatan senyawa interkalasi dengan metode lelehan garam memiliki beberapa keuntungan antara lain, bahan logam transisi mudah diperoleh dalam bentuk lelehan garamnya, relatif murah dan dapat berlangsung pada suhu rendah (suhu kamar). Pembentukan senyawa interkalasi memerlukan suatu prekursor untuk menginisiasi reaksi, pada sintesis senya-wa interkalasi CuCl2-grafit sebagai
pre-kursor digunakan gas klor. Senyawa interkalasi yang diperoleh dikarakterisasi untuk menentukan kandungan logamnya, keasaman, luas permukaan, struktur kris-tal, dan konduktifitas listriknya.
Metode Penelitian
Bahan dasar untuk penelitian adalah CuCl2.2H2O, NaCl, grafit teknis, HCl 8
M, Ca(OCl)2, HNO3 65%, HClO4 20%,
H2O2 30%, metilen biru klorida (MBK),
akuades dan kertas saring.
Metode penelitian dibagi menjadi dua tahapan yaitu penyiapan senyawa inter-kalasi dan proses karakterisasinya.
Grafit teknis disiapkan dengan ukuran 80 mesh dan 100 mesh, sebagai sampel digunakan grafit yang lolos ayakan 80 mesh dan tertahan ayakan 100 mesh. Serbuk CuCl2 diperoleh dengan
penya-ringan CuCl2.2H2O dalam oven pada
suhu 120oC selama 2 jam. Selanjutnya serbuk CuCl2 digabung dengan NaCl
untuk menyiapkan campuran CuCl2-NaCl
dengan perbandingan % berat CuCl2 :
NaCl yaitu 80% : 20%, 60% : 40%, 50%: 50%, 40% : 60% dan 20% : 80%. Masing-masing campuran CuCl2-NaCl
diinterkalasi ke dalam grafit dengan perbandingan berat (gram) (CuCl2-NaCl
: grafit) sebagai berikut: 4,0 : 2,0; 3,6 : 2,4; 2,4 : 3,6; 2,0 : 4,0. Proses interkalasi dilakukan dalam reaktor yang dipanaskan pada suhu 250OC selama 2 jam, selan-jutnya dialiri dengan gas klorin dan dipanaskan dalam tanur pada suhu 575oC selama 15 jam, kemudian dilakukan pen-cucian senyawa dan selanjutnya sampel dikeringkan sampai menjadi bentuk ser-buk kering5.
Karakterisasi yang dilakukan terhadap masing-masing sampel meliputi penen-tuan kandungan logam Cu yang terinterkalasi dengan alat AAS, penen-tuan keasaman dengan metode gravime-tri, luas permukaan dengan metode
adsorbsi zat warna MBK, penentuan jenis struktur dan konduktifitas.
Hasil dan Pembahasan
Sintesis senyawa interkalasi dengan per-bedaan komposisi antara CuCl2, NaCl,
dan grafit teknis bertujuan untuk menge-tahui komposisi yang tepat dari senyawa interkalasi yang terbentuk pada suhu dan waktu yang sama. Proses interkalasi yang dilakukan di dalam reaktor dengan pem-vakuman untuk menghilangkan air dan udara yang terkandung di dalamnya dan dialirkan gas klorin yang bertujuan untuk memulai terjadinya reaksi interkalasi. Gas klorin yang digunakan pada penelitian ini dibuat dengan cara mereaksikan kaporit dengan asam klorida pekat, sesuai dengan persamaan berikut :
Ca(OCl)2 (s) + 2 HCl (aq)
Ca(OH)2 (aq) + 2 Cl2 (g)
senyawa interkalasi yang dihasilkan berbentuk serbuk, dan selanjutnya dibersihkan dari pengotornya dan untuk dikarakterisasi.
Data hasil pengukuran AAS, kandungan logam Cu dalam senyawa interkalasi dapat dilihat pada Gambar 1.
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 2,0 2,4 3,6 4,0 Grafit (gram ) K a n d u n g a n l o g a m C u (g r/ g r) Int I Int II Int III Int IV Int V
Gambar 1. Kandungan logam Cu pada senyawa interkalasi CuCl2-grafit
Dari Gambar 1 terlihat suatu kecen-derungan bahwa semakin besar komposisi
CuCl2 dan NaCl yang diinterkalasikan
pada grafit, maka kandungan logam Cu
Keterangan :
Int-I = 80% CuCl2 : 20% NaCl Int-II = 60% CuCl2 : 40% NaCl Int-III = 50% CuCl2 : 50% NaCl Int-IV = 40% CuCl2 : 60% NaCl Int-V = 20% CuCl2 : 80% NaCl
semakin besar juga. Hasil tertinggi diper-oleh pada senyawa Int-I dengan berat grafit 2 gram yaitu sebesar 0,0361 g/g.
Hal ini dapat dijelaskan berdasarkan reaksi yang terjadi pada proses inter-kalasi:
n C + CuCl2 (ads) + ½Cl2 CnCuCl3 (ads) CnCuCl3 (int)
selanjutnya CuCl2 netral masuk ke kisi
grafit dan membentuk kelompok inter-kalat menjadi lebih besar :
CnCuCl3 (int) + (m-1) CuCl2
Cn(CuCl2)mCl
Reaksi di atas menghasilkan kelompok interkalat CnCuCl3 (int) dan Cn(CuCl2)m
Cl yang berlangsung secara berkelanjutan sampai keadaan setimbang. Dengan
demikian, semakin banyak jumlah CuCl2
yang bereaksi dengan CnCuCl2 (int) ke
grafit, maka akan menambah kelompok interkalat Cn(CuCl2)mCl yang terbentuk
pada lapisan grafit. Ini berarti semakin banyak kelompok interkalat, kandungan logam Cu semakin meningkat juga. Pengukuran data keasaman masing-masing senyawa interkalasi dapat dilihat pada Gambar 2. 0.0000 0.0100 0.0200 0.0300 0.0400 0.0500 0.0600 2.00 2.40 3.60 4.00 Grafit (gram) K e a s a m a n ( m o l/ g r) Int-I Int-II Int-III Int-IV Int-V
Gambar 2. Keasaman senyawa interkalasi CuCl2-grafit
Keasaman masing-masing senyawa inter-kalasi CuCl2-grafit lebih tinggi jika
dibandingkan dengan nilai keasaman grafit yaitu sebesar 0,0002 mol.g. Tingkat keasaman terbaik senyawa interkalasi adalah pada senyawa Int-IV dengan berat grafit 2 gram yaitu sebesar 0,0531 mol/gr (Gambar 2.) Hal ini menunjukkan bahwa logam Cu yang terinterkalasi pada grafit akan menambah tingkat keasaman dan menyebabkan situs aktif serta sisi asamnya dapat melakukan ikatan kimia yang lebih kuat dengan ammonia dibandingkan dengan grafit tanpa per-lakuan. Dengan meningkatnya sifat asam dan kandungan logam Cu, senyawa interkalasi diharapkan dapat berfungsi
sebagai katalis yang mampu mengad-sorpsi zat perekasi (yang bersifat basa) dalam jumlah yang lebih banyak sehingga meningkatkan laju reaksi.
Logam transisi yang terinterkalasi pada grafit meningkatkan luas permukaan sampel, hal ini dapat ditunjukkan pada hasil karakterisasi senyawa Int-IV yaitu sampel dengan tingkat keasaman tertinggi. Data luas permukaan yang diukur dengan metode adsorpsi larutan metilen biru klorida (MBK) pada panjang gelombang maksimum 664 nm dan waktu kontak optimum 25 menit untuk grafit 8,427.10−3 m2/g dan untuk senyawa Int-IV 12,902.10−3 m2/g.
Keterangan :
Int-I = 80% CuCl2 : 20% NaCl Int-II = 60% CuCl2 : 40% NaCl Int-III = 50% CuCl2 : 50% NaCl Int-IV = 40% CuCl2 : 60% NaCl Int-V = 20% CuCl2 : 80% NaCl
Stuktur senyawa interkalasi ditentukan dengan menggunakan alat XRD dengan sumber radiasi Cu dan Kα 1,5418 Å serta menggunakan filter Ni. Sampel yang dikarakterisasi adalah senyawa Int-IV dan
grafit sebagai standar dan pembanding. Sebelum dikarakterisasi sampel dibuat dalam bentuk pellet dengan menggunakan alat pengepres. Difraktogramnya dapat dilihat pada Gambar 3 di bawah ini:
Gambar 3. Difraktogram grafit standar Gambar 4. Difraktogram senyawa Int IV
Pada Gambar 3 ditunjukkan difraktogram grafit menghasilkan satu puncak yang tajam pada 2θ (26,8947o) dengan inten-sitas 6986,68 dan jarak antar lapisan 3,3150 Å. Hal ini sesuai dengan studi literatur bahwa difraktogram grafit mempunyai puncak yang tajam pada 2θ (25 - 30o). Gambar 4 menunjukkan difraktogram senyawa interkalasi meng-hasilkan puncak-puncak yang tajam, hal ini berarti bahwa senyawa interkalasi mempunyai struktur kristal. Puncak ter-tinggi pada 2θ (32,2269o) dengan intensitas 1575,09 dan jarak antar lapisan 2,7777 Å, disusul dengan puncak kedua, yaitu grafit, yang memiliki intensitas relatif 50 % dari puncak tertinggi pada 2θ (26,9406o) dengan intensitas 788,55 dan jarak antar lapisan 3,3095 Å. Dengan
membandingkan kedua difraktogram dapat dilihat bahwa grafit dapat meng-emban interkalat CuCl2 dengan baik. Hal
ini ditunjukkan dengan dihasilkannya suatu puncak tajam pada 2θ (25 - 30o) yang diduga sebagai senyawa interkalat, sedangkan untuk puncak yang menun-jukkan grafit mengalami penurunan inten-sitas dibandingkan dengan puncak pada grafit. Dengan kata lain, ada senyawa CuCl2 yang terinterkalasi pada grafit dan
terdapat sejumlah grafit yang tidak bereaksi dengan interkalat.
Penentuan konduktifitas dilakukan pada semua senyawa interkalasi dan grafit sebagai pembanding, data pengukuran disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Konduktifitas senyawa interkalasi CuCl2-grafit
No. Berat grafit (gram)
Konduktifitas (Ω.m)−1
Int-I Int-II Int-III Int-IV Int-V Grafit 1. 2,0 0,1270 0,4535 0,3175 0,2268 0,0847 0,3175 2. 2,4 0,3175 0,3175 0,2886 0,4233 0,2646
3. 3,6 0,2886 0,6349 0,4233 0,4233 0,4233 4. 4,0 0,4535 0,3735 0,4535 0,3968 0,4233 Konduktifitas senyawa interkalasi CuCl2
-grafit cenderung lebih besar dari pada grafit, konduktifitas tertinggi adalah Int-II
sebesar 0,6349 (Ω.m)−1. Hal ini dapat di-jelaskan bahwa adanya penyisipan logam Cu dalam struktur grafit mampu
mening-katkan kondutifitas grafit, karena logam Cu mempunyai daya hantar listrik yang cukup baik sehingga dapat menunjang konduktifitas grafit yang mengembannya. Pada penelitian ini dihasilkan senyawa interkalasi CuCl2-grafit yang dapat
digu-nakan sebagai konduktor dengan daya hantar listrik yang relatif tinggi.
Kesimpulan
Sintesis senyawa interkalasi CuCl2-grafit
yang dilakukan dengan metode lelehan garam NaCl pada suhu 575oC dengan penginisiasi gas korin menghasilkan se-nyawa interkalasi dengan struktur kristal dengan kandungan logam tertinggi sebe-sar 0,0361 g/g diperoleh pada perban-dingan CuCl2 dan NaCl ( 80% : 20% )
dengan berat grafit 2 gram . Berdasarkan tingkat keasaman senyawa interkalasi CuCl2-grafit tertinggi sebesar 0,0531
mol/gram diperoleh pada CuCl2:NaCl (
40% : 60% ) dengan luas permukaan se-besar 12,902.10−3 m2/gr, sedangkan kon-duktivitas tertinggi sebesar 0,6349 (Ω.m)−1 diperoleh pada interkalasi CuCl2:NaCl ( 60% : 40% ).
Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dirjen DIKTI, selaku penyandang dana proyek Penelitian Dosen Muda dan pihak lain yang turut mendukung sukses-nya pelaksanaan penelitian ini.
Daftar Pustaka
1. Zang, H.Y, Shen, W.C., Wang, Z.D. and Zhang, F.1997. Formation of Iron Chlorida-Graphite Intercalation Com-pound in Propylene Carbonate by Electrolysis. J. Carbon. Vol. 35 No. 2, pp. 285-290.
2. Eickhoff, H. P. and Metz., W. 1987. The Formation of CdCl2-graphite from Melts with KCl : The Equi-librium of Nucleation. J. Carbon. Vol. 34 No. 12, pp. 642-644.
3. Mizutani, Y., Abe, Z., Ikeda, K., Ihara, E., Asano, M., Harada, T., Inabe, M. and Ogumi, Z.1997. Graphite Intercalation Compounds Prepared in Solution of Alkali Metals in 2-methyltetrahydrofuran and 2,5-dimethyltetrafuran. J. Carbon. Vol. 35 No. 1, pp. 61-65.
4. Tilquin, J, Fournier, Y., Guay, J. 1997. Intercalation of CoCl2 into Graphite : Mixing Method Vs Molten Method. J. Carbon. Vol. 35 No. 2, pp. 299-306.
5. Rusman. 1999. Interkalasi Cu pada
Karbon Aktif dan Pemanfaatannya se-bagai Katalis Dehidrasi Normal-amilalkohol. Tesis. UGM.
