BAB II KAJIAN PUSTAKA
A. Tembaga Tembaga adalah logam merah muda yang lunak, dapat ditempa, dan liat. Ia melebur pada 1038oC. Karena potensial elektrode standarnya positif, (+0,34V untuk pasangan Cu/Cu2+), tembaga tak larut dalam asam klorida dan asam sulfat encer, meskipun dengan adanya oksigen tembaga bisa larut sedikit. Asam nitrat yang sedang pekatnya (8M) dengan mudah melarutkan tembaga: 3Cu (s) + 8HNO3 (aq) → 3Cu2+ (aq) + 6NO3- (aq) + 2NO (g) + 4H2O (aq) Asam sulfat pekat panas juga melarutkan tembaga : Cu (s) + 2H2SO4 (aq) → Cu2+ (aq) + SO42- (aq) + SO2 (g) + 2H2O (aq) Tembaga mudah pula larut dalam air raja : 3Cu (s) + 6HCl (aq) + 2HNO3 (aq) → 3Cu2+ (aq) + 6Cl- (aq) + 2NO (g) + 4H2O (aq) Tembaga tidak larut dalam air atau uap air dan asam-asam encer seperti HCl encer dan H2SO4 encer, tetapi asam klorida pekat dan mendidih melarutkan logam tembaga dan membebaskan gas hidrogen. Hal ini disebabkan oleh terbentuknya ion kompleks CuCl2¯(aq) yang mendorong reaksi kesetimbangan bergeser ke arah produk. 2Cu (s) + 2H+ (aq) → 2Cu+ (aq) + H2 (g) 2Cu+ (aq) + 4Cl- (aq) → 2CuCl2- (aq) (Emel Seran, 2010:3)
Ada dua deret senyawa tembaga. Senyawa-senyawa tembaga(I) diturunkan dari senyawa tembaga(I) oksida (Cu2O) yang berwarna merah, dan mengandung ion tembaga(I), Cu+. Senyawa-senyawa ini tak berwarna, kebanyakan garam tembaga(I) tak larut dalam air, perilakunya mirip perilaku senyawa perak(I). Senyawa tembaga(I) mudah dioksidasikan menjadi senyawa tembaga(II), yang dapat diturunkan dari tembaga(II) oksida, CuO, hitam. Garam-garam tembaga(II) umumnya berwarna biru, baik dalam bentuk hidrat, padat, maupun dalam larutan air. Warna ini benar-benar khas hanya untuk ion tetraakuokuprat(II) [Cu(H2O)4]2+ saja. Garam-garam tembaga(II) anhidrat, seperti tembaga(II) sulfat anhidrat CuSO4, berwarna putih (atau sedikit kuning). Dalam larutan air selalu terdapat ion kompleks tetraakuo (Vogel, 1990:229).
B. Seng Seng adalah logam yang putih kebiruan, logam ini cukup mudah ditempa dan liat pada 110 – 150oC. Seng melebur pada 410oC dan mendidih pada 906oC. Logamnya yang murni, melarut lambat sekali dalam asam dan dalam alkali, adanya zat-zat pencemar atau kontak dengan platinum atau tembaga, yang dihasilkan oleh penambahan beberapa tetes larutan garam dari logam-logam ini, mempercepat reaksi. Ini menjelaskan larutnya seng-seng komersial. Seng tersebut dengan mudah larut dalam asam klorida encer dan asam sulfat encer dengan mengeluarkan hidrogen : Zn (s) + 2H+ (aq) → Zn2+ (aq) + H2 (g)
Pelarutan akan terjadi dalam asam nitrat yang encer sekali dan tak ada gas yang dilepaskan : 4Zn (s) + 10H+ (aq) + NO3- (aq)→ 4Zn2+ (aq) + NH4+ (aq) + 3H2O (aq) Dengan bertambah pekatnya konsentrasi asam nitrat, akan terbentuk dinitrogen oksida (N2O), nitrogen oksida (NO) : 4Zn (s) + 10H+ (aq) + 2NO3- (aq) → 4Zn2+ (aq) + N2O (g) + 5H2O (aq) 3Zn (s) + 8HNO3 (aq) → 3Zn2+ (aq) + 2NO (g) + 6NO3- (aq) + 4H2O (aq) Dengan asam sulfat pekat, panas, dilepaskan belerang dioksida : Zn (s) + 2H2SO4 (aq) → Zn2+ (aq) + SO2 (g) + SO42- (aq) + 2H2O (aq) Seng membentuk hanya satu seri garam, garam-garam ini mengandung kation seng(II), yang diturunkan dari seng oksida, ZnO (Vogel, 1990:289).
C. Lumpur Limbah Industri Pelapisan Logam Pelapisan logam merupakan pengendapan satu lapisan logam tipis pada suatu permukaan logam yang biasanya dilakukan secara elektrolitik (Clifton Potter dkk, 1994:41). Pengerjaan pelapisan logam pada dasarnya terbagi atas tiga proses yaitu perlakuan awal, proses pelapisan dan proses pengolahan akhir hasil pelapisan logam. Proses pelapisan logam terdiri atas pencucian, pembersihan, pelapisan, pembilasan dan pengeringan. Air yang berasal dari proses pencucian logam, pembersihan dan pembilasan menjadi air limbah karena mengandung logamlogam terlarut dan senyawa-senyawa berbahaya lainnya, (Mario Hendro dan Ratih Sulastiningrum, 2009:2).
Pengolahan limbah cair industri pelapisan logam yang mengandung berbagai jenis ion-ion logam berat dapat dilakukan dengan proses kimia-fisik (reduksi & presipitasi), proses ini dilakukan dalam 3 tahapan proses yaitu proses reduksi, proses presipitasi (pembentukan partikel hidroksida) dan proses pengendapan (pemisahan partikel hidroksida) (Ketut Sumada, 2006:27). Lumpur yang dihasilkan oleh pengolahan limbah cair merupakan sumber utama limbah padat dalam pabrik pelapisan logam. Lumpur limbah industri pelapisan logam masih mengandung air yang cukup tinggi dan mengandung logam berat seperti Cu dan Zn (Abdul Rahman dan Subari, 1998:39). Lumpur harus dihilangkan airnya, kemudian disimpan pada tempat tertutup sampai dapat ditemukan tempat penimbunan tanah yang aman dan dapat mencegah penyebaran logam karena kebocoran, (Clifton Potter dkk, 1994:45).
D. Destruksi Dalam analisis kimia terutama untuk mineral, tanah, atau makanan, diperlukan destruksi contoh agar komponen-komponen yang akan dianalisis terlepas dari matriks (senyawa-senyawa lain). Biasanya reaksi destruksi dilakukan dengan asam seperti asam sulfat pekat, asam nitrat, asam klorida tanpa atau ditambah peroksida seperti persulfat, perklorat, hidrogen peroksida, dan sebagainya.
Selain itu, biasanya
reaksi
juga
harus
dipanaskan
untuk
mempermudah proses destruksi (Adam Wiryawan, 2011:3). Destruksi ada dua macam, yaitu destruksi basah dan destruksi kering. Destruksi basah adalah perombakan sampel dengan asam-asam kuat baik tunggal maupun campuran,
kemudian dioksidasi menggunakan zat oksidator. Pelarut-pelarut yang dapat digunakan untuk destruksi basah antara lain asam nitrat, asam klorida dan asam sulfat, (Susila K, 2012:4). Dalam destruksi basah ini suhu relatif rendah untuk menghindari penguapan dari unsur yang akan dianalisis dan biasanya untuk penentuan unsur runut (trace element) dan logam-logam yang beracun. Namun, destruksi basah memerlukan waktu yang relatif lebih lama dibandingkan dengan destruksi kering. Asam-asam yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Asam nitrat Asam nitrat murni merupakan asam yang korosif yang tidak berwarna dan dapat menyebabkan luka bakar dengan berat jenis 1.522 kg/m³. Asam nitrat merupakan oksidator kuat, namun apabila konsentrasinya dibawah 2M bukan merupakan oksidator yang kuat. Titik didih asam nitrat pada 830C, pada saat mendidih dalam suhu kamar maka asam nitrat akan terurai sebagian dengan pembentukan nitrogen dioksida sesudah reaksi: 4HNO3 (aq) → 2H2O (aq) + 4NO2 (aq) + O2 (g) (72 °C) Konsentrasi asam nitrat meningkat karena dipengaruhi oleh dekomposisi termal maupun cahaya. Sebagai sebuah oksidator yang kuat, asam nitrat bereaksi dengan hebat dengan sebagian besar bahan-bahan organik dan reaksinya dapat bersifat eksplosif. Produk akhirnya bisa bervariasi tergantung pada konsentrasi asam, suhu, serta reduktor. Reaksi dapat terjadi dengan semua logam kecuali deret logam mulia dan aloi tertentu. Karakteristik ini membuat asam nitrat menjadi agen yang umumnya digunakan dalam uji asam. Sebagai kaidah yang umum, reaksi
oksidasi utamanya terjadi dengan asam pekat, dan terbentuk nitrogen dioksida (NO2). Cu (s) + 4H+ (aq) + 2NO3- (aq) → Cu+2 (aq) + 2NO2 (aq) + 2H2O (aq) Sifat-sifat asam cenderung mendominasi pada asam nitrat encer, diikuti dengan pembentukan nitrogen oksida (NO) yang lebih diutamakan. 3Cu (s) + 8HNO3 (aq) → 3Cu(NO3)2 (aq) + 2NO (g) + 4H2O (aq) 3Zn (s) + 8HNO3 (aq) → 3Zn(NO3)2 (aq) + 2NO (g) + 4H2O (aq) 2. Asam klorida Asam klorida adalah asam kuat dan merupakan larutan akuatik dari gas hidrogen klorida (HCl). Asam klorida memiliki titik didih -850C, dengan bau yang tajam pada suhu 250C dan sangat larut dengan air dan sangat korosif sehingga harus ada penanganan yang tepat. Hidrogen klorida (HCl) dapat berdisosiasi melepaskan satu H+ hanya sekali sehingga disebut asam monoprotik. H+ akan bergabung dengan molekul air membentuk ion hidronium, H3O+ : HCl (aq) + H2O (aq) → H3O+ (aq) + Cl− (aq) Asam monoprotik memiliki satu tetapan disosiasi asam, Ka, yang mengindikasikan tingkat disosiasi zat tersebut dalam air. Untuk asam kuat seperti HCl, nilai Ka cukup besar. Asam klorida juga sulit mengalami reaksi redoks dan merupakan reagen pengasam yang sangat baik karena pada konsentrasi menengah cukup stabil untuk disimpan dan konsentrasinya tetap stabil. Pada konsentrasi pekat asam klorida dapat melarutkan banyak jenis logam dan menghasilkan logam klorida dan gas hidrogen.
3. Asam sulfat Asam sulfat merupakan asam mineral (anorganik) yang kuat. Zat ini larut dalam air pada semua perbandingan. Asam sulfat 98% lebih stabil untuk disimpan. Asam sulfat 98% umumnya disebut sebagai asam sulfat pekat. Reaksi hidrasi asam
sulfat
sangat eksotermik.
Selalu
tambahkan
asam
ke
dalam air daripada air ke dalam asam. Air memiliki massa jenis yang lebih rendah daripada asam sulfat dan cenderung mengapung di atasnya, sehingga apabila air ditambahkan ke dalam asam sulfat pekat, ia akan dapat mendidih dan bereaksi dengan keras. Asam sulfat pekat sering ditambahkan ke dalam sampel untuk mempercepat terjadinya oksidasi. Asam sulfat pekat merupakan bahan pengoksidasi yang kuat. Meskipun demikian waktu yang diperlukan untuk mendestruksi masih cukup lama. Reaksi asam sulfat pekat panas dengan tembaga : Cu (s) + 2H2SO4 (aq) → CuSO4 (aq) + SO2 (g) + 2H2O (aq) (vogel, 1990:229) Reaksi asam sulfat pekat, panas, dengan seng melepaskan belerang dioksida : Zn (s) + 2H2SO4 (aq) → Zn2+ (aq) + SO2 (g) + SO42- (aq) + 2H2O (aq) (Vogel, 1990:290)
E. Spektrofotometri Serapan Atom Spektrofotometri serapan atom merupakan metode analisis untuk menentukan unsur-unsur dalam suatu bahan dengan kepekaan, ketelitian, dan
selektifitas tinggi. Spektrofotometri serapan atom berprinsip pada absorpsi cahaya oleh atom-atom. Atom-atom menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu tergantung pada sifat unsur-unsurnya. Absorpsi cahaya oleh tembaga terjadi pada panjang gelombang 324,8 nm dan seng pada panjang gelombang 213,9 nm. Pada panjang gelombang tersebut cahaya memiliki cukup energi untuk mengubah tingkat elektronik suatu atom yang menyerap cahaya tersebut (Khopkar, 1990:275). Alat yang digunakan pada metode ini adalah spektrofotometer serapan atom. Komponen-komponen spektrofotometer serapan atom (SSA) terdiri dari sumber cahaya, nyala, monokromator, detektor, dan alat pencatat. Pada penelitian ini alat yang digunakan adalah Spektrofotometer Serapan Atom merk Hitachi Z2000 dengan kondisi analisis yang dapat dilihat pada Tabel 1 berikut ini : Tabel 1. Kondisi SSA Hitachi Z2000 untuk analisis Cu dan Zn. No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Kondisi Analisis Wavelength (nm) Slit Width (nm) Time Constant (s) Lamp Current (mA) PMT Voltage (V) Flame Type Fuel Flow (L/min) Oxd. Pressure (kPa) Oxd. Flow (L/min) Burner Height (mm) Delay Time (s) Measurement Time (s) Order Range (ppm)
Cu 324.8 1.3 1.0 7.5 243 Air-C2H2 2.0 160 15.0 7.5 5 5.0 Linear 0 – 2.5
Zn 213.9 1.3 1.0 5.0 333 Air-C2H2 1.8 160 15.0 7.5 5 5.0 Linear 0 - 2.0
Larutan sampel yang mengandung ion logam dilewatkan melalui nyala udara-asetilen sehingga terjadi penguapan dan sebagian tereduksi menjadi atom.
Lampu katoda yang sangat kuat mengeluarkan energi pada panjang gelombang tertentu dan akan diserap oleh atom-atom logam yang sedang di analisis. Jumlah energi cahaya yang diserap atom logam pada panjang gelombang tertentu ini sebanding dengan jumlah zat yang diuapkan pada saat dilewatkan melalui nyala api udara-asetilen. Setiap unsur logam membutuhkan lampu katoda yang berbeda. Keseluruhan prosedur ini sangat sensitif dan selektif karena setiap unsur membutuhkan panjang gelombang yang sangat pasti.(Tinsley, 1979).
F. Penelitian yang Relevan Penelitian yang relevan yang mendukung penelitian ini adalah : 1. Penelitian yang dilakukan oleh Felys Ratna Dewi (2005), yaitu pengaruh jenis asam pendestruksi terhadap kadar logam berat timbal (Pb) dan tembaga (Cu) dalam ikan. Berdasarkan penelitian tersebut diketahui bahwa penentuan kadar Pb dan Cu dalam sampel dilakukan dengan alat Spektrofotometer Serapan Atom pada panjang gelombang 283,3 untuk Pb dan 324,7 nm untuk Cu. Hasil yang diperoleh untuk analisis kadar logam Pb dan Cu dengan HCI 37%, HNO3 65% dan H2SO4 98% berturut-turut sebagai berikut : 4,5.10-4%, 1,03.10-3%, 1.10-4% dan 8,52.103
%, 3,33.10-4%, 6,7.10-5%. Berdasar hasil penelitian diperoleh bahwa asam yang
optimum untuk analisis Pb adalah HNO3 65%, sedangkan untuk Cu adalah HC1 37%. 2. Penelitian yang dilakukan oleh Agung Abadi Kiswandono dan Nasrulloh (2008), yaitu analisis kadar logam seng dan tembaga dalam daging dan hati ayam petelur berbulu coklat secara spektrofotometri serapan atom. Sampel daging dan
hati ayam didestruksi dengan asam klorida pekat. Berdasarkan penelitian tersebut diketahui bahwa kandungan logam Cu terkecil terdapat pada daging yaitu 0,477 ppm dan kandungan terbesar terdapat pada hati yaitu 0,720 ppm, sedangkan kandungan logam Zn terkecil terdapat pada daging yaitu 9,701 ppm dan kandungan terbesar terdapat pada hati yaitu 14,272 ppm dan masih berada di bawah batas ambang maksimum yang diperbolehkan.
G. Kerangka Berpikir Industri yang mengolah limbah cairnya sendiri dapat menghasilkan limbah padat yang umumnya berbentuk endapan. Endapan ini biasanya bersifat racun, sehingga pengumpulan dan pembuangannya perlu mendapat perhatian yang khusus. Salah satu sumber utama limbah padat suatu industri adalah limbah padat hasil pengolahan limbah cair. Limbah padat hasil pengolahan limbah cair (lumpur atau sludge) masih banyak mengandung logam-logam antara lain nikel, krom, tembaga, seng. Logam-logam tersebut sangat berbahaya bagi lingkungan hidup. Sampai saat ini sludge belum dimanfaatkan dan masih menjadi masalah bagi industri pelapisan logam, tidak hanya karena kandungan logam-logam yang tinggi tetapi juga kuantitas sludge cukup besar. Kandungan logam tembaga dan seng dalam lumpur limbah industri pelapisan logam dapat ditentukan dengan metode spektrofotometri serapan atom. Untuk mengetahui keberadaan dan kadar Cu total dan Zn total dalam lumpur limbah industri pelapisan logam terlebih dahulu dilakukan destruksi dengan cara menambahkan pereaksi asam. Asam-asam yang digunakan adalah HNO3 65%,
HCl 37%, dan H2SO4 95%-97%. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan jenis asam yang berbeda untuk menganalisis kadar Cu total dan Zn total dalam lumpur limbah industri pelapisan logam. Untuk mengetahui ada atau tidaknya perbedaan/pengaruh jenis asam pendestruksi terhadap kadar logam Cu total dan Zn total dalam lumpur limbah industri pelapisan logam maka dilakukan uji anova satu arah.
