6 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Struktur Kristal Logam
Struktur kristal yang relatif sederhana ditemukan untuk sebagian besar logam biasa yaitu face-centered cubic, body-centered cubic, dan hexagonal closed- packed. Struktur kristal face-centered cubic (FCC) memiliki unit cell geometri kubik, dengan atom terletak di setiap sudut dan pusat semua permukaan kubus.
Gambar 2.1a menunjukkan model bola pejal untuk unit cell FCC. Bola atau inti ion ini bersentuhan satu sama lain melintasi permukaan diagonal; panjang rusuk kubus a dan jari-jari atom R berhubungan melalui
𝑎 = 2𝑅√2 (2.1)
Gambar 2.1. Struktur kristal FCC a) representasi unit cell bola pejal, b) unit cell bola tereduksi dan c) kumpulan banyak atom
(Callister & Rethwisch, 2007)commit to user
Satu unit cell memiliki empat atom yang terdiri dari seperdelapan dari masing-masing delapan atom sudut dan setengah dari masing-masing enam atom permukaan. Sementara itu, tiap atom dalam unit cell dikelilingi oleh 12 atom tetangga. Jumlah atom tentangga yang mengelilingi setiap atom disebut bilanga n koordinasi (Callister & Rethwisch, 2007).
Struktur kristal body-centered cubic memiliki unit cell kubik dengan atom yang terletak di delapan sudut dan satu atom di pusat kubus. Tidak semua logam memiliki unit cell dengan simetri kubik; struktur kristal logam umum terakhir memiliki unit cell heksagonal yang disebut hexagonal close-packed. Permukaan atas dan bawah unit cell terdiri dari enam atom yang membentuk segi enam beraturan dan mengelilingi satu atom di tengahnya. Bidang lain yang menyediaka n tiga atom tambahan ke unit cell terletak di antara bidang atas dan bawah (Callister
& Rethwisch, 2007).
2.2. Spinel Ferit
Spinel ferit merupakan salah satu tipe ferit yang paling banyak digunaka n.
Komposisi kimia dari spinel ferit dapat ditulis secara umum sebagai MFe2O4 di mana M adalah ion logam divalen seperti Co2+, Zn2+, Fe2+, Mg2+, Ni2+, Cd2+, Cu2+
atau kombinasi dari ion-ion ini.
Gambar 2.2. Struktur kristal spinel ferit (Kotnala & Shah, 2015) commit to user
Unit cell spinel ferit adalah face-centered cubic (FCC) dengan space group Fd3m, terdiri dari delapan unit rumus yang memiliki 56 atom; 32 adalah anion oksigen dan sisanya adalah kation logam yang berada di 8 dari 64 situs tetrahedral (A) yang tersedia dan 16 dari 32 situs oktahedral (B) yang tersedia. Spinel ferit diklasifikasikan menjadi tiga kategori berdasarkan distribusi kation pada situs tetrahedral (A) dan oktahedral (B) yaitu spinel normal, invers spinel dan spinel campuran. Distribusi kation pada situs tetrahedral (A) dan situs oktahedral (B) secara umum diwakili oleh [Mδ2+Fe1−δ3+ ]
A[M1−δ2+ Fe1+δ3+ ]
BO42− (Kotnala & Shah, 2015).
Ferit yang memiliki ion divalen di situs tetrahedral (A) dan ion trivalen di situs oktahedral (B) disebut struktur spinel normal. Distribusi untuk spinel normal yaitu =1. Contoh khas spinel normal adalah ZnFe2O4. Ukuran dan valensi spesies kation menentukan pengisian situs-situs ini yang pada gilirannya sangat mempengaruhi sifat magnetik dan material elektronik. Pada invers spinel, setengah ion trivalen menempati situs tetrahedral (A) dan setengah oktahedral (B), ion divalen yang tersisa didistribusikan secara acak di antara situs oktahedral (B).
Distribusi kation untuk invers spinel ketika =0. Contoh invers spinel adalah CoFe2O4. Sementara itu, spinel dengan distribusi ionik diantara normal dan invers dikenal sebagai spinel campuran, dimana 1 < > 0. Contoh dari spinel campuran adalah MgFe2O4 dan MnFe2O4 (Kotnala & Shah, 2015).
2.3. Kobalt Ferit
Kobalt ferit mempunyai rumus kimia CoFe2O4 yang tersusun dari atom Co, Fe, dan O. Atom kobalt (Co) merupakan logam transisi golongan VIIIB dengan nomor atom 27 dan nomor massa 58,933195. Selain itu, Co mempunyai jari-jari atom 125 pm dan jari-jari kovalen untuk low spin 126±3 pm dan high spin 150±7 pm. Kobalt pertama kali ditemukan oleh George Brandt pada tahun 1732. Atom Iron (Fe) merupakan logam transisi golongan VIIIB dengan nomor atom 26 dan nomor massa 55,845. Fe mempunyai jari-jari atom 126 pm dan jari jari kovalen untuk low spin 132±3 pm dan high spin 152±6 pm. Iron ditemukan oleh manusia sebelum 5000 SM. Atom oksigen (O) merupakan material non logam pada commit to user
golongan VIA dengan nomor atom 8 dan nomor massa 15,999. Lebih lanjut, atom O mempunyai jari-jari kovalen sebesar 66±2 pm.
Kobalt ferit (CoFe2O4) memiliki struktur invers spinel ferit, dimana Co2+
menempati situs oktahedral sementara Fe3+ menempati situs oktahedral dan tetrahedral. Distribusi kobalt ferit di situs tetrahedral (A) dan oktahedral (B) umumnya diwakili oleh [Coδ2+Fe1−δ3+ ]
A[Co1−δ2+ Fe1+δ3+ ]
BO42− , dimana δ=0. Ion Fe3+
memiliki nilai momen magnetik 5 B sementara ion Co2+ mempunyai nilai momen magnetik 3 B (Kotnala & Shah, 2015). Oleh karena itu, kobalt ferit merupakan material magnetik dan dikategorikan dalam hard magnetik karena koersivitasnya yang besar (hingga 3,5 kOe) (Dou et al., 2020). Keunggulan lain dari kobalt ferit yaitu memiliki magnetisasi saturasi moderat, anisotropi magnetik yang besar, stabilitas mekanik dan kimia yang baik, dan resistivitas tinggi. Selain itu, kobalt ferit tidak berbau dan tidak beracun.
Perkembangan studi kobalt ferit bermula dari penemuan ferit. Sintesis senyawa ferit pertama kali dilakukan oleh Yogoro Kato dan Takeshi Takei dari Institut Teknologi Tokyo pada Tahun 1930. Setelah itu, ferit dikaji dengan berbagai ion doping logam salah satunya kobalt (Waldron, 1955). Kobalt ferit terus dikembangkan sampai sekarang terkait sifat fisik dan kimianya serta aplikasinya.
Dalam sepuluh tahun terakhir, pembuatan kobalt ferit telah dilakukan dengan berbagai metode seperti metode sol-gel auto-combustion (Ashour et al., 2018), metode prekursor sitrat (Zhou et al., 2015), metode combustion microwave (Lima et al., 2015), proses glicine nitrate (Maleki et al., 2018), solvothermal (Ajroudi et al., 2014) dan kopresipitasi (Amiri & Shokrollahi, 2013; El-Ghazzawy & Amer, 2017).
Pada sisi lain kobalt ferit juga dapat diaplikasikan diberbagai bidang, seperti perangkat perekam frekuensi dan magnetik yang tinggi (Routray et al., 2018), biosensor (Zhen et al., 2008), biomedis (Hathout et al., 2017), antibakteri (Maksoud et al., 2019), magnetoreologis (Dong et al., 2018), MRI (Wang et al., 2016) dan fotokatalis (Sonu et al., 2019). Kobalt ferit merupakan pilihan terbaik untuk fotokatalis karena memiliki ukuran nano dan sifat super magnetik. Kobalt ferit juga memiliki kemampuan penyerapan yang lebih tinggi daripada semikonduktor commit to user
fotokatalis lainnya (Sonu et al., 2019). Oleh karena itu, kobalt ferit dianggap sebagai absorben untuk menghilangkan kandungan berbahaya di dalam air (Reddy
& Yun, 2016). Penggunaannya untuk pengolahan air dan air limbah sangat stabil, mudah diregenerasi dan digunakan kembali untuk sejumlah siklus tanpa kehilanga n sifatnya sehingga dapat menghemat biaya (Kefeni et al., 2017).
Sifat nanopartikel kobalt ferit juga telah dikembangkan dengan modifikasi melalui subtitusi ion seperti Sr2+ (Kumar & Kar, 2016; El-Ghazzawy & Amer, 2017; Lima et al., 2015), Zn2+ (Kumar et al., 2013; Vinosha et al., 2021), Mn2+
(Sarmah et al., 2021; Hou et al., 2020; Jabbar et al., 2020; Nasrin et al., 2019), Ni2+
(Vinosha et al., 2021; Maaz et al., 2009), Cd2+ (Gharibsahian et al., 2018), Cu2+
(Maksoud et al., 2018), Ce3+ (Kamran &Anis-ur-Rehman, 2020), Ag+ (Kooti et al., 2013; Mahajan et al., 2019; Satheeshkumar et al., 2019), Cr3+ (Vadivel et al., 2014;
Koseoglu et al., 2012), dan Bi3+ (Saputro et al., 2021; Routray et al.,2017; Vijaya
& Kumar, 2016; Panda et al., 2015).
Ion Bi3+ merupakan material non magnetik, sehingga ketika disubstitusika n ke material magnetik kobalt ferit akan mengubah sifat magnetiknya. Atom bismuth (Bi) merupakan logam dasar golongan VA dengan nomor atom 83 dan nomor massa 208,98040. Bismuth memiliki jari-jari atomik 156 pm dan jari-jari kovalen 148±4 pm.
2.4. Kopresipitasi
Metode kopresipitasi lebih disukai untuk pembuatan nanopartikel kobalt ferit karena menggunakan teknik sederhana. Meskipun menggunakan teknik sederhana tetapi mampu menghasilkan sampel dengan kemurnian tinggi sehingga dapat digunakan untuk produksi massal (Gyergyek et al., 2010). Keuntungan lain dari kopresipitasi adalah sintesis dapat dilakukan pada suhu rendah. Selain itu, penggunaan kecepatan pengadukan yang sangat rendah dapat meningkatka n konsentrasi larutan natrium hidroksida untuk membuat nanopartikel kobalt ferit dalam kisaran 5 hingga 10 nm (Stein et al., 2018).
Reaksi kopresipitasi meliputi proses nukleasi, pertumbuhan, coarsening, dan aglomerasi secara simultan. Nukleasi merupakan proses pembentukan banyak commit to user
kristal kecil ketika reaksi presipitasi. Kemudian kristal kecil tersebut cenderung cepat berkumpul bersama untuk membentuk partikel yang lebih besar dan lebih stabil yang disebut proses pertumbuhan. Pada proses ini terdapat beberapa hal yang berpengaruh antara lain faktor laju reaksi, laju transport reaktan, akomodasi, pemindahan dan redistribusi. Faktor laju reaksi dan transport sendiri dipengaruhi oleh konsentrasi reaktan, suhu, pH, dan derajat pencampuran reaktan. Sementara itu proses coarsening terjadi ketika partikel yang lebih kecil dikonsumsi oleh partikel yang lebih besar selama proses pertumbuhan. Proses pertumbuhan partikel yang diendapkan dapat berupa difusi terbatas atau reaksi terbatas. Ketika konsentrasi reaktan melebihi konsentrasi jenuh larutan akan terjadi supersaturasi.
Pada kondisi supersaturasi yang tinggi, partikel akan lebih kecil dan padat serta terjadi aglomerasi (Kotnala & Shah, 2015).
2.5. Sifat Magnetik 2.3.1. Momen Magnetik
Momen magnetik merupakan kuantitas yang mewakili kekuatan magnet dan orientasi magnet yang menghasilkan medan magnet. Berdasarkan orientasi dari momen magnetik, material dapat diklasifikasikan menjadi diamagne tik, paramagnetik, feromagnetik, antiferomanetik dan ferimagnetik. Material kobalt ferit merupakan salah satu contoh feromagnetik. Feromagnetik memiliki momen magnet permanen yang sangat besar di setiap atom. Ketika diberi medan magnet dari luar, momen magnet akan menyelaraskan diri dengan arah yang sama dengan medan eksternal (Kotnala & Shah, 2015; Callister & Rethwisch, 2007). Net momen magnetik pada struktur spinel dapat dirumuskan sebagai berikut (Nlebedim & Jiles, 2015);
𝑚 = ∑ 𝑚𝐵−𝑠𝑖𝑡𝑒𝑠 − ∑ 𝑚𝐴−𝑠𝑖𝑡𝑒𝑠 (2.2)
dimana ∑ 𝑚𝐵−𝑠𝑖𝑡𝑒𝑠 merupakan momen magnetik dari kation situs B (oktahedral) dan ∑ 𝑚𝐴−𝑠𝑖𝑡𝑒𝑠 merupakan momen magnetik dari kation di situs A (tetrahedral).
commit to user
2.3.2. Domain Wall
Kumpulan dari momen magnetik yang memiliki orientasi sama akan membentuk domain. Domain wall merupakan daerah transisi dimana magnetisasi spontan memiliki arah domain yang berlawanan (Gambar 2.3). Pada atau di dalam wall, magnetisasi harus mengubah arah, dari satu arah kristalografi ke satu arah kristalografi yang lain. Wall pada umumnya memiliki lebar bukan nol dan struktur yang pasti. Seperti interface lainnya (seperti butir, twin, atau batas fase), wall memiliki energi per satuan luas permukaannya, ketika putaran di dalamnya tidak sejajar satu sama lain dan tidak sejajar dengan easy axis (Cullity & Graham, 2009).
Energi domain wall tergantung pada kenaikan atau penurunan lebar domain wall karena pertumbuhan atau penyusutan domain. Energi domain wall sama dengan jumlah energi pertukaran dan anisotropi (Kotnala & Shah, 2015). Energi domain wall juga tergantung pada orientasi dinding dalam kristal. Partikel magnetik yang sangat kecil tidak akan mengandung domain wall dan karenanya akan terdiri dari single domain (Cullity & Graham, 2009).
Gambar 2.3. Domain wall (Cullity & Graham, 2009).
2.3.3. Anisotropi Magnetokristalin
Besarnya energi yang diperlukan untuk memutar momen magnet menjauhi easy axis magnetisasi disebut anisotropi magnetik. Magnet permanen membutuhkan anisotropi magnetik yang tinggi untuk menjaga magnetisasi ke arah yang diinginkan. Soft magnetik dicirikan dengan anisotropi yang sangat rendah, commit to user
sedangkan material dengan anisotropi menengah digunakan sebagai media perekaman magnetik. Anisotropi sebagian besar material mencerminka n persaingan antara interaksi medan kristal elektrostatik dan spin-orbit coupling l.s, dimana s dan l adalah operator momentum spin dan angular, dan adalah konstanta spin-orbit coupling. Konstribusi anisotropi ini pertama kali dikembangkan oleh Bloch dan Getile (1931) dan dikenal sebagai anisotropi magnetokristalin. Besarnya anisotropi magnetokristalin tergantung pada rasio energi medan kristal dan spin- orbit coupling. Spin-orbit coupling adalah efek relativistik, sehingga lebih besar untuk elektron dalam pada elemen heavy (Kotnala & Shah, 2015). Terkait hubungannya dengan magnetisasi saturasi dan medan koersif, anisotropi magnetokristalin dapat dirumuskan sebagai berikut (El-Ghazzawy & Amer, 2017):
𝐻𝐶 =0,96𝐾
𝑀𝑆 (2.3)
Dimana K adalah anisotropi magnetokristalin, Hc dan Ms berturut-tururt adalah medan koersif dan magnetisasi saturasi.
2.3.4. Koersivitas
Nilai koersivitas menentukan stabilitas keadaan remanen dan menimbulka n klasifikasi magnet menjadi material hard magnetic dan soft magnetic (Gambar 2.4).
Material hard magnetic memiliki loop M(H) persegi yang luas dan koersivitas yang tinggi yaitu di atas 10000 A/m (Jiles, 1991). Sementara itu, material soft magnetic memiliki loop yang sangat sempit dan koersivitas rendah yaitu kurang dari 1000 A/m (Jiles, 1991).
Gambar 2.4. Kurva M-H dari (a) soft magnetic dan (b) hard magnetic (Kotnala & Shah, 2015) commit to user
Koersivitas sampel magnetik memiliki ketergantungan yang mencolok pada ukuran partikelnya yang menetukan konfigurasi domain magnetik (Gambar 2.5).
Terdapat tiga kategori konfigurasi domain magnetik yaitu superparamagne tik, single domain, dan multi domain. Keadaan superparamagnetik ketika ukuran partikel kecil dan koersivitas menjadi nol. Superparamagnetik disebabkan oleh efek termal. Dalam partikel superparamagnetik, fluktuasi termal cukup kuat untuk mendemagnetisasi secara spontan kumpulan magnetisasi sebelumnya; oleh karena itu, partikel-partikel ini tidak memiliki koersivitas dan tidak memiliki histeresis (Akbarzadeh et al., 2012). Sementara kondisi single domain ketika ukuran partikel meningkat diikuti oleh peningkatan koersivitas. Ukuran kritis pada konfigurasi single domain kobalt ferit adalah 700 Å atau 70nm (Berkowitz & Schuele, 1959).
Ukuran kristis single domain dipengaruhi oleh beberapa faktor termasuk nilai magnetisasi saturasi, kekuatan anisotropi kristal, gaya pertukaran, surface atau energi domain wall, dan bentuk partikel (Akbarzadeh et al., 2012). Perubahan ketika koersivitas meningkat ke maksimum dan kemudian menurun disebabkan oleh perubahan dari sifat single domain ke status multi domain dengan peningkata n lebih lanjut dalam ukuran partikel (Kotnala & Shah, 2015). Dalam partikel multi domain yang lebih besar, ada kemungkinan lebih besar dari orientasi tetap yang membatalkan satu sama lain untuk mengurangi magnetisasi. Ketika magnetisasi dari domain yang berbeda sejajar satu sama lain, net magnetisasi mencapai nilai konstan, yang disebut magnetisasi saturasi (Ms).
Gambar 2.5. Konfigurasi domain magnetik sebagai fungsi ukuran partikel (Akbarzadeh et al., 2012) commit to user
2.6. Iradiasi Gamma
Pancaran energi melalui suatu material dalam bentuk panas, partikel, atau gelombang elektromagnetik (foton) dari sumber radiasi disebut radiasi. Radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik atau foton merupakan jenis radiasi yang tidak mempunyai massa dan muatan listrik salah satunya gamma. Radiasi gamma mempunyai jangkauan yang jauh di dalam media udara dan tidak terbelokkan oleh medan listrik yang ada disekitarnya. Radiasi gamma dapat berinteraksi dengan materi yang dilaluinya melalui proses ionisasi, eksitasi dan lain-lain.
Iradiasi gamma digunakan untuk berbagai tujuan dalam penelitian, industri, dan bidang lainnya. Secara spesifik dapat digunakan sebagai katalis untuk menginduksi reaksi antara bahan kimia. Mengionisasi atom dan molekul yang menyusun materi dapat memulai proses yang diperlukan untuk membentuk zat baru. Tautan molekul yang retak menjadi berpotensi bebas untuk membuat koneksi baru dan membentuk molekul yang berbeda (IAEA, 1996).
Gambar 2.6. Iradiator kategori I (IAEA, 1996)
Pemancar iradiasi gamma menggunakan iradiator dengan sumber radionuklida salah satunya dengan kategori I - Self-contained, dry source storage irradiator (Gambar 2.6). Kategori iradiator ini menyediakan penyimpanan untuk commit to user
sumbernya dalam wadah kering yang terbuat dari bahan padat, sumber tertutup terlindungi setiap saat. Konfigurasi dan volume ruang iradiasi dirancang untuk menolak akses manusia (Eisenhower, 1978). Iradiator memancarkan radiasi berenergi tinggi/ radiasi pengion berupa sinar gamma. Material yang akan diiradiasi dimasukkan ke dalam tabung stainless (sample chamber) kemudian tabung dimasukkan dan diturunkan ke dalam iradiator. Selanjutnya, sumber radioaktif yang terdapat dalam pengukung akan menembak target (material) sesuai dengan dosis yang diatur.
2.7. Fotokatalis
Fotokatalisis adalah reaksi yang menggunakan cahaya atau sinar untuk mengaktifkan suatu zat yang mengubah laju reaksi kimia tanpa melibatkan diri. Zat ini dikenal sebagai katalis yang meningkatkan laju reaksi dengan mengura ngi energi aktivasi. Skema fotokatalis material kobalt ferit dibawah cahaya tampak ditampilkan pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7. Skema fotokatalis kobalt ferit (Mmelesi et al., 2020)
Pada Gambar 2.7, ketika material fotokatalitik terkena energi cahaya, aktivasi semikonduktor berpindah tempat. Elektron (e-) dalam pita valensi tereksitasi ke pita konduksi dan hole (h+) akan pergi ke pita valensi (Persamaan (2.4)). Elektron (e-) pada pita konduksi berekasi dengan spesies oksigen untuk menghasilkan radikal commit to user
superoksida (Persamaan (2.5)). Sementara itu, hole (h+) pada pita valensi dapat mengoksidasi molekul donor dan bereaksi dengan molekul air untuk menghasilka n radikal hidroksil (•OH) (Persamaan (2.6)). Hole dikonsumsi dalam reaksi oksidasi dan elektron digunakan dalam reaksi reduksi (Persamaan (2.7) & (2.8)). Spesies oksigen reaktif yang dihasilkan berinteraksi dengan kontaminan dan menguraikannya menjadi material yang tidak terlalu berbahaya (Sonu et al., 2019;
Choudhary et al., 2019; Mmelesi et al., 2020). Mekanisme fotokatalis dijabarkan melalui persamaan berikut;
𝐾𝑎𝑡𝑎𝑙𝑖𝑠 + ℎ𝑣 → 𝑒𝐶𝐵− + ℎ𝑉𝐵+ (2.4)
𝑒−+ 𝑂2→ 𝑂2•− (2.5)
ℎ++ 𝐻2𝑂 → 𝐻++• 𝑂𝐻 (2.6)
• 𝑂𝐻 + 𝑧𝑎𝑡 𝑤𝑎𝑟𝑛𝑎 → 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂 (2.7)
𝑂2•− + 𝑧𝑎𝑡 𝑤𝑎𝑟𝑛𝑎 → 𝐶𝑂2+ 𝐻2𝑂 (2.8)
Sehingga reaksi total yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut
𝑧𝑎𝑡 𝑤𝑎𝑟𝑛𝑎 + 𝑂2 + 𝑘𝑎𝑡𝑎𝑙𝑖𝑠ℎ𝑣→ 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂 + 𝑑𝑒𝑔𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠𝑖 𝑧𝑎𝑡 𝑤𝑎𝑟𝑛𝑎 (2.9) Berdasarkan reaksi tersebut, faktor yang utama dalam meningkatkan permforma degradasi zat warna yaitu radikal hidroksil (•OH) dan radikal superoksida (O2-).
Lebih lanjut, degradasi zat warna oleh material fotokatalitik biasanya dipantau menggunakan spektrofotometer UV-Vis.
2.8. Karakterisasi Material Magnetik 2.6.1. X-Ray Diffraction (XRD)
Sinar-X adalah bentuk radiasi elektromagnetik yang memiliki energi tinggi mulai dari sekitar 200 eV hingga 1 MeV (Suryanarayana & Norton, 1998). Sinar- X juga memiliki panjang gelombang pendek sampai panjang gelombang pada urutan jarak atom untuk benda padat. Ketika seberkas sinar-X menimpa material padat, sebagian dari sinar ini akan tersebar ke segala arah oleh elektron yang terkait dengan setiap atom atau ion yang terletak di dalam jalur berkas (Callister &
Rethwisch, 2007).
commit to user
Gambar 2.8. Skema tabung X-ray.
Sinar-X diproduksi dalam tabung sinar-X yang terdiri dari dua elektroda logam yang ditempatkan dalam ruang vakum, seperti yang ditunjukkan pada penampang pada Gambar. 2.8. Elektron diproduksi dengan memanaskan katoda filamen tungsten. Katoda berada pada potensial negatif yang tinggi, dan elektron dipercepat menuju anoda, yang biasanya berada di potensial ground. Elektron, yang memiliki kecepatan sangat tinggi, bertabrakan dengan anoda berpendingin air.
Hilangnya energi elektron karena dampak dengan anoda logam dimanifestasika n sebagai sinar-X. Sebenarnya hanya sebagian kecil (kurang dari 1%) dari berkas elektron yang dikonversi menjadi sinar-X; sebagian besar dihamburkan sebagai panas dalam anoda logam berpendingin air (Suryanarayana & Norton, 1998).
Gambar 2.9. Difraksi sinar-X (Callister & Rethwisch, 2007) commit to user
Berdasarkan Gambar 2.9 diperoleh persamaan sebagai berikut;
𝑛 = 𝑑ℎ𝑘𝑙sin + 𝑑ℎ𝑘𝑙sin
𝑛 = 2𝑑ℎ𝑘𝑙sin (2.10)
Persamaan (2.10) dikenal sebagai hukum Bragg. n adalah urutan refleksi berupa bilangan bulat (1,2,3,...)konsisten dengan tidak melebihi kesatuan. λ adalah panjang gelombang sinar-X, dan d adalah jarak dua bidang atom yang sejajar dan bedekatan.
Jika hukum Bragg tidak terpenuhi, maka interferensi akan bersifat non-konstruktif sehingga menghasilkan sinar difraksi intensitas sangat rendah.
Besarnya jarak antara dua bidang atom yang berdekatan dan sejajar (yaitu, jarak antarplanar) adalah fungsi dari indeks Miller (h, k dan l) serta parameter kisi.
𝑑ℎ𝑘𝑙 untuk struktur kristal yang memiliki simetri kubik 𝑑ℎ𝑘𝑙 = 𝑎
√ℎ2+𝑘2+𝑙2 (2.11)
dimana a adalah parameter kisi (satuan panjang tepi sel) (Callister & Rethwisch, 2007).
2.6.2. Fourier Transform Infra-Red (FTIR)
Spektroskopi IR adalah teknik untuk identifikasi dan analisis struktura l senyawa kimia. Puncak-puncak dalam spektrum IR sampel mewakili eksitasi mode vibrasi molekul dalam sampel dan dengan demikian dikaitkan dengan berbagai ikatan kimia dan gugus fungsi yang ada dalam molekul. Dengan demikian, spektrum IR suatu senyawa adalah salah satu sifat fisiknya yang paling khas dan dapat dianggap sebagai "sidik jari." Spektroskopi inframerah juga merupakan alat yang kuat untuk analisis kuantitatif karena jumlah energi inframerah yang diserap oleh suatu senyawa sebanding dengan konsentrasinya.
commit to user
Gambar 2.10. Mode vibrasi molekul (a) Stretching Vibration, dan (b) Bending Vibration (Ismail et al., 1997).
Penyerapan molekul dari radiasi elektromagnetik di wilayah spektrum inframerah mempromosikan transisi antara tingkat energi rotasi dan energi getaran dari keadaan energi elektronik dasar (terendah). Spektroskopi inframerah terutama berkaitan dengan vibrasi molekuler, karena transisi antara keadaan rotasi individ u hanya dapat diukur dalam spektrum inframerah molekul kecil dalam fase gas. Mode vibrasi ini dapat dijelaskan dalam bentuk bond stretching dan berbagai jenis bending vibrations (lihat Gambar 2.10). Vibrasi stretching mengubah panjang ikatan, sementara vibrasi bending mengubah sudut antara ikatan. Dalam kasus molekul linier, hanya ada dua derajat rotasi kebebasan karena rotasi tentang sumbu ikatan tidak dimungkinkan. Oleh karena itu, molekul linier memiliki mode vibrasi normal 3N-5 (Ismail et al., 1997).
2.6.3. Vibrating Sample Magnetometer (VSM)
Vibrating Sample Magnetometer (VSM) digunakan untuk mengukur sifat magnetik solid dan liquid. Magnetometer mengukur momen magnetik sebagai fungsi medan magnet yang diterapkan. Fitur unik dari sistem ini adalah kemampuan untuk mengukur (terbalik) magnetostriksi menggunakan pemegang sampel khusus yang menyaring sampel selama pengukuran. Pengukuran material magnet dengan VSM ditunjukkan pada Gambar 2.11. commit to user
Gambar 2.11. Skema VSM (Cullity & Graham, 2009).
Sampel dijepit diantara bagian kutub elektromagnetik dalam suatu tempat vertikal dan digetarkan di area medan magnet. Apabila sampel termagnetisasi, maka akan menimbulkan sinyal AC dan akan tertangkap sehingga tegangan terinduksi. Besarnya induksi yang timbul dalam rangakaian sebanding dengan perubahan fluks.
2.6.4. Spektrofotometer UV-Vis
Spektrofotometer UV-Vis digunakan untuk mengetahui nilai absorbansi suatu material sebagai fungsi panjang gelombang. Sumber cahaya yang digunakan yaitu sinar ultraviolet (UV) dan visible (cahaya tampak). Panjang gelombang sinar UV dari 200-400 nm, sedangkan cahaya tampak dari 400-800 nm.
Ketika sumber sinar ditembakkan melewati lensa ke materi maka akan terjadi interaksi antara energi berupa sinar monokromatis dengan materi berupa molekul. commit to user
Energi yang lebih tinggi akan menyebabkan elektron tereksitasi dari keadaan awal.
Perbandingan antara intensitas material dengan referensi merupakan hasil absorbansi material.
Prinsip kerja spektrofotometer berdasarkan hukum Lambert-Beer, dimana ketika cahaya monokromatis melalui suatu larutan, maka sebagian cahaya akan diserap, dipantulkan dan dipancarkan. Sementara itu, transmitansi merupakan perbandingan intensitas cahaya yang ditransmisikan ketika melewati sampel dengan intensitas cahaya mula-mula sebelum melewati sampel.
commit to user
