PENGIONAN SECARA SPEKTROFOTOMETRI

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Analisis Spektroskopi didasarkan pada interaksi radiasi dengan spesies kimia.Berprinsip pada penggunaan cahaya/tenaga magnek atau listrik untuk mempengaruhisenyawa kimia sehingga menimbulkan tanggapan. Spektroskopi adalah ilmu yangmempelajari materi dan atributnya berdasarkan cahaya, suara atau partikel yangdipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh materi tersebut. Spektroskopi umumnyadigunakan dalam kimia fisik dan kimia analisis untuk mengidentifikasi suatu substansimelalui spektrum yang dipancarkan atau yang diserap. Alat untuk merekam spektrumdisebut spektrometer.

Dengan semakin kompleksisitas berbagai keperluan saat ini, analisis kimia denganmempergunakan metoda fisik dalam hal identifikasi dari berbagai selektifitas fungsipolimer campuran, pemodifikasi dan aditif digunakan untuk plastik dan elastomer.Spektroskopi infra merah, metoda pengukuran fotometer UV, gas dan liquid kromatografidan spektroskopi masa bersama sama dengan dari metoda pengukuran termoanalisis(DSC-TGA) merupakan alat yang teliti sebagai pilihan untuk analisis kwalitatif dankwantitatif bahan.

Metoda penyelidikan dengan bantuan spektrometer disebut spektrometri. Dengan sumber cahaya apapun, spektrometer terdiri atas sumber sinar, prisma, sel sampel,detektor dan pencatat. Spektroskopi UV/VIS merupakan metode penting yang mapan, andal dan akurat. Dengan menggunakan spektroskopi UV/VIS, substansi tak dikenaldapat diidentifikasi dan konsentrasi substansi yang dikenal dapat ditentukan. Pelarutuntuk spektroskopi UV harus memiliki sifat pelarut yang baik dan memancarkan sinarUV dalam rentang UV yang luas.

Spektrofotometer Uv-Vis adalah alat yang digunakan untuk mengukurtransmitansi, reflektansi dan absorbsi dari cuplikan sebagai fungsi dari panjanggelombang. Spektrofotometer sesuai dengan namanya merupakan alat yang terdiri dari spektrometer dan fotometer. Spektrometer menghasilkan sinar dari spektrumdengan panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahayayang ditransmisikan atau yang diabsorbsi. Suatu spektrofotometer tersusun dari sumberspektrum sinar tampak yang sinambung dan monokromatis.

1.2  Prinsip Percobaan

Prinsip percobaan ini adalah penentuan tetapan pengionan metil orange secara spektrofotometri berdasarkan perbandingan intensitas warna pada metil orange yang berwarna orange pada suasana asam dan berwarna kuning pada suasana basa dengan variasi konsentrasi dan rentang pH tertentu. Dengan air sebagai absorbansi pembanding.

Penentuan spektrum absorpsi metil orange dalam bentuk larutan asam atau larutan basa. Kemudian memilih dua panjang gelombang maksimum, mengambaikan aluran absorbansinya terhadap panjang gelombang. Lambert beer, menentukan indeks absorbansi molar HMO dan MO- pada λ1 dan λ2 dengan menggunakan persamaan A= a.b.c , kemudian menghitung komposisi campuran HMO dan MO- pada sutu pH. Reaksi pengionan yaitu:

HMO ↔ H+ + MO-

Tetatapan pengionan : Ka  => pKa = pH – log

Metode yang digunakan adalah spektrofotometri dengan alat yang digunakan untuk pengukuran sampel berupa spektrofotometer dan pengukuran absorbansinya pada panjang gelombang 400 nm-600 nm.

1.3  Tujuan Percobaan

Menentukan tetapan pengionan indikator  metil orange secara spektrofotometri.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Spektrofotometri

Spektroskopi adalah suatu studi mengenai interaksi antara energi cahaya danmateri. Warna-warna yang tampak dan fakta yang dapat dilihat adalah akibat-akibat adsorpsi energi oleh senyawa organik dan anorganik. Teknik-teknik spektroskopi dapat digunakan untuk menentukan struktur senyawa yang tidak diketahui, mempelajari karakteristik ikatan dari senyawa yang diketahui ( Fessenden danFessenden, 1992).

Analisis spektrofotometri digunakan suatu sumber reaksi yang menjorok kedalamdaerah ultraviolet spektrum itu. Dari spektrum ini dipilih panjang gelombang tertentudengan lebar pita kurang dari 1 nm instrumen yang digunakan adalah spektrofotometeryang terdiri dari dua instrumen dalam satu kotak dan sebuah fotometer (Basset, dkk.,1994).

Spektrofotometri elektronik dapat secara umum membedakan deret terkonjugasidan tidak terkonjugasi. Deret konjugasi dapat mempengaruhi tegangan didalam suatumolekul spektrofotometri elektronik dapat digunakan untuk mempengaruhi tegangandengan menghubungi perubahan dalam spektro dengan absorpsi suatu ikatan (Sudjadi,1985). Panjang Gelombang Cahaya Pengukuran yang dilakukan pada spektrofotometri adalah pengukuran panjang gelombang suatu sampel yang dianalisa, dimana bila suatu zat disinari dengan radiasi elektromagnetik, zat ini akan menyerap gelombang tertentu dari radiasi dan membiarkan panjang gelombang yang lewat pada panjang gelombang yang diserap suatu zat disebut spektrum adsorpsi (Keenan, dkk., 1984). Adsorpsi energi disimpan sebagai adsorben. Adsorpsi pada saat panjang gelombangtertentu didefinisikan sebagai (Fessenden dan Fessenden, 1992):

A =log lo x log l

 Dimana:

A = adsorben

Io = Intensitas cahaya

I = Intensitas berkas cahaya

Banyaknya molekul yang tertransisi dapat menambah adsorbansi suatu senyawapada suatu panjang gelombang tertentu. Adsorben tergantung pada struktur elektrolitsenyawa yang bersangkutan. Selain itu, kepekatan suatu senyawa juga dapatmempengaruhi adsorbansinya. Oleh karena itu, ilmuwan kimia menyatakan adsorbsi energi itu sebagai adsorptivitas molar (koefisien molar) dan bukan sebagaiadsorben sebenarnya. Sedangkan spektra uv diatur ulang untuk menunjukkan log E danbukan A sebagai ordinat. Nilai log E terutama berfungsi bila harga E sangat besar(Fessenden dan Fessenden, 1992):

E= ACL

 Dimana:

E = adsorvitas molar

A = adsorben

C = konsentrasi

L = panjang sel (cm)

Adsorpsi ini disebabkan oleh gaya tarik molekul-molekul dipermukaan adsorben (Sudjadi,1985).

Adsorpsi diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu adsorpsi fisik dan adsorpsi kimia.Adsorpsi fisik terjadi dimana adanya ikatan Van Der Waals dan merupak kejadian yangbaik ke keadaan awal. Adsorpsi kimia terjadinya reaksi kimia antara padatan dan larutanadsorbat, reaksi yang terjadi tidak dapat balik (Setyowati, 1998).

 2.2  Hukum Lambert - Beer2.5.1 Hukum Lambert

            Lambert berhasil menyelidiki serapan cahaya sebagai fungsi ketebalan mediummeskipun sebenarnya ia hanya memperluas konsep yang pada mulanya dikembangkanoleh Bangeur. Hukum lambert menjelaskan bahwa bila cahaya monokromatik melewatimedium tembus cahaya, berkurangnya intensitas oleh bertambahnya ketebalan ( Basset,dkk., 1994).

2.3 Hukum Beer

Beer mengkaji efek konsentrasi penyusun yang berwarna dalam larutan, terasumsimaupun adsorpsi cahaya. Menurutnya, intensitas cahaya monokromatik berkurang secaraeksponensial dengan bertambahnya konsentrasi zat penyerap secara linier ( Basset, dkk.,1994).

2.4  Zwitter Ion dan Metil Orange

Metil Orange merupakan suatu zwitter ion dalam larutan . Zwitter ion adalah senyawa yangmemiliki ion positif dan ion negativ. Senyawa metil orange dalam suasana asam berupa I(HMO) dan dalam suasana basa sebuah proton akan hilang dan terjadi II anion (MO-)yang berwarna kuning. Sedangkan dalam suasana asam berwarna merah (Aryan, dkk., 2009).

BAB III

METODOLOGI

3.1 Alat dan Bahan

            Alat-alat yang digunakan yaitu labu takar 100 ml; pH universal,;pipet seukuran 10 ml, 25 ml dan 5 ml; spektrofotometer UV/VIS; batang pengaduk; spatula; tabung dan rak tabung reaksi; erlenmeyer; cawan petri; botol semprot; dan lain-lain.

            Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu akuades; asam asetat; asam klorida; etanol 95% ; metil orange; natrium asetat; dan natriun hidroksida.

3.2 Prosedur Kerja

Pertama, membuat larutan standar metil orange 10 ml, kemudian ditambahkan 50 ml etanol 95% dalam labu ukur 100 ml dan diencerkan hingga 100 ml.

Untuk kedua larutan asam dan basa, ditentukan absorbansinyapada berbagai panjang gelombang mulai 400-600 nm, untuk memudahkan sebagai sel pembanding digunakan aquades, membuat kurva A terhadap λ dan dipilih λ1 dan λ2 yang sesuai untuk menganalisa campuran bentuk asam dan basa.

Untuk spektrum absorpsi bentuk asam, HMO ditentukkan dalam larutan HCl 5ml

larutan standar dan ditamabahkan 10 ml 0,1 M HCl dan diencerkan hingga tepat 100 ml.

Dan untuk spektrum absorpsi bentuk basa, MO- ditentukkan dalam larutan NaOH, 10 ml

larutan standar dan ditambahkan 25 ml 0,04 M NaOH dan diencerkan hinga tepat 100 ml.

Untuk menguji dipenuhnya hukum lambert beer dan menentukkan harga indeks

absorbansi molar HMO dan MO- pada λ1 dan λ2, kemudian mengamati λ1 dan λ2, untuk

berbagai kosentrasi metal orange dalam larutan asam dan basa. Berbagai kosentrasi larutan

dapat diperoleh 0,1 M HCl dan 0,01 M NaOH (pengenceran 2x, 4x, 8x).

Selanjutnya menentukkan tetapan kesetimbangan ionisasi, membuat tiga larutan

sebagai berikut yang terdiri dari 5 ml laruatn standar dan ditambahkan 25 m larutan 0,04

M NaCH3COOH, kemudian volumenya ditepatkan 100 ml, dengan menambahkan 0,01 M

asam asetat, 0,05 asam asetat, 0,10 M asam asetat. Kemudian, menentukkan absorbansi

dan pH larutan.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil

4.1.1. HCl { bentuk 1 ; [HMO] }

c(x)	A1 (λ = 525 nm)	A2 (λ = 600 nm)
0,0125	0,449	0,001
0,025	0,528	0,012
0,05	0,534	0,002
0,1	0,540	-0,001

4.1.2. NaOH { bentuk 2 ; [MO^-] }

c(x)	A1 (λ = 525 nm)	A2 (λ = 600 nm)
0,005	0,210	0,006
0,01	0,199	-0,004
0,02	0,195	-0,004
0,04	0,205	-0,001

4.1.3. Absorbansi

c(x)	A1 (λ = 525 nm)	A2 (λ = 600 nm)	pH
0,01	0,137	-0,002	4,6
0,05	0,140	0,004	4,4
0,1	0,171	-0,004	4,2

4.2 Pembahasan

Prinsip kerja spektrofotometri uv-vis adalah interaksi yang terjadi antara energi yang berupa sinar monokromatis dari sumber sinar dengan materi yang berupa molekul. Besar energi yang diserap tertentu dan menyebabkan elektron tereksitasi dari tingkat energi dasar ke tingkat energi yang lebih tinggi. Prinsip kerja spektrofotometri berdasarkan hukum Lambert Beer, bila cahaya monokromatik (Io) melalui suatu media maka sebagian cahaya tersebut diserap (Ia) sebagian dipantulkan (Ir) dan sebagianlagi dipancarkan (It). Tujuan percobaan ini adalah menentukan tetapan pengionan indikator metil orange dengan menggunakan spektrofotometer UV/VIS. Aplikasi percobaan ini adalah penentuan ion Cu (II) di dalam sampel air. Keberadaan ion Cu (II) dalam kehidupan sehari-hari dapat dianalisa dengan metode spektrofotometri yaitu dengan diukurnya sampel dengan spektrofotometer. Pada percobaan ini pengukuran absorbansi pada panjang gelombang 400 nm-600 nm.

4.2.1 Analisis Prosedur

Pembuatan larutan baku metil jingga 0,5 gram metil jingga kristal dilarutkandalam 300 ml etanol 95% kemudian diencerkan hingga tepat 500 ml dengan aqua d.m.Digunakan etanol karena metil jingga lebih larut dalam etanol dibandingkan ketikadilarutkan di dalam air. Barulah setelah itu diencerkan dengan akuades untuk ditepatkan dengan menggunakan labu ukur. Pembuatan larutan standar metil jingga. 10 ml larutanpersediaan ditambahkan kedalam 50 ml etanol 95% dalam labu takar 100 ml , diencerkan hingga 100 ml. Jingga metil adalah salah satu indikator yang banyak digunakan dalam titrasi.

Spektrum absorpsi bentuk asam, HMO ditentukan dalam larutan HCl yaitu denganmenambahkan 5 ml larutan standar dengan 10 ml 0,1M HCl dan ditepatkan hingga 100 mldengan akuades. Tujuan dari penambahan HCl pada larutan standar karena HCl merupakan asam kuat yang terdisosiasi sempurna dalam air sehingga absorbansi [HMO] pada suasana asam dapat diketahui.

Dilakukan variasi konsentrasi untuk mengetahui hubunganantara konsentrasi larutan dengan absorbansi larutan serta keakuratan.Variasi konsentrasi yang dilakukan adalah dengan pengenceran bertingkat, yaitu dengan    menambahkan akuades sebanyak setengah dari volume air awal (V2) sehingga didapatkan konsentrasi sebesar setengah dari konsentrasi semula.

Pengukuran absorbansi pada spektrofometri menggunakan panjang gelombang maksimum karena pada panjang gelombang maksimum absorbansi yang dihasilkan juga maksimum sehingga intesitas cahaya yang diserap besar. Semakin bertambah kepolaran suatu pelarut maka puncak absorbansi yang dihasilkan akan berada pada panjang gelombang yang lebih pendek. Menyerap energi pada saat cahay dilewatkan yang digunakan untuk mengeksitasi elektron dari atom.energi ynag diserap dalam bentuk gelombang, semakin besar energi yang diserap maka anjang gelombang semakin kecil. Kemudian menguji dipenuhnya hukum lambert beer dan menentukan harga-harga indeks absorbansi molar HMO dan MO^- pada λ₁ dan λ_2, mengamati absorbansi nya untuk berbagai kosentrasinya.

Zwitter-ion adalah senyawa yang memiliki sekaligus gugus bersifat asam dan basa. Pada pH netral zwitter-ion akan bermuatan positif (kation) maupun bermuatan negatif (anion). Biasanya zwitter-ion mudah larut dalam air karena bermuatan (air adalah pelarut polar) dan sukar larut dalam pelarut nonpolar. Karena perilakunya, zwitter-ion merupakan larutan penyangga yang baik. Apabila terdapat ion hidrogen berlebih (larutan bersifat asam), zwitter-ion akan menangkapnya (berperan sebagai basa). Sebaliknya,apabila larutan bersifat basa, zwitter-ion akan melepas ion hidrogen ke dalam larutan. Akibatnya pH tidak mudah berubah. Zat dengan karakteristik ini dikenal sebagai zatamfoter. Contoh umum zwitter-ion:

-          Asam amino, yang memiliki gugus karboksil yang bersifat asam dan gugus amina yangbersifat basa. 

-          Beberapa alkaloid alami seperti psilocybin dan asam lisergat.

 

Pada percobaan ini yang bertindak sebagai zwitter ion adalah metil jingga. Pada suasana asam, yaitu pada pH 3,1 larutan berubah menjadi warna merah dan pada pH 4,4larutan berubah menjadi warna kuning. Hal ini disebabkan karena ion hidrogen tertarik pada salah satu ion nitrogen pada ikatan rangkap nitrogen-nitrogen untuk memberikan struktur yang berbeda.

Spektrofotometer sesuai dengan namanya adalah alat yang terdiridari spektrometer dan fotometer. Spektrometer menghasilkan sinar dari spektrum denganpanjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahaya yangditransmisikan atau yang diabsorpsi. Jadi spektrofotometer digunakan untuk mengukurenergi secara relatif jika energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikansebagai fungsi dari panjang gelombang. Kelebihan spektrofotometer dibandingkanfotometer adalah panjang gelombang dari sinar putih lebih dapat terseleksi dan ini diperoleh dengan alat pengurai seperti prisma, grating ataupun celah optis. Pada sinar Cahaya tersebut kemudian menuju ke kuvet (tempat sampel/sel). Banyaknya cahaya yang diteruskan maupun yang diserap oleh larutan akan dibaca oleh detektor yangkemudian menyampaikan ke layar. Pengukuran absorbansi pada fotometer filter, sinar dengan panjang gelombang yang diinginkan diperoleh dengan berbagai filter dari berbagai warna yang mempunyai spesifikasi melewatkan trayek panjang gelombang tertentu. Pada fotometer filter, tidak mungkin diperoleh panjang gelombang yang benar-benar monokromatis, melainkan suatu trayek panjang gelombang 30-40 nm. Sedangkan pada spektrofotometer, panjang gelombang yang benar-benar terseleksi dapat diperoleh dengan bantuan alat pengurai cahaya seperti prisma. Suatu spektrofotometer tersusun dari sumber spektrum tampak yang kontinyu,monokromator, sel pengabsorpsi untuk larutan sampel atau blangko dan suatu alat untuk mengukur perbedaan absorpsi antara sampel dan blangko ataupun pembanding (KhopkarSM,1990). Dan pada percobaan ini digunakan air sebagai blangko penbandingnya. Spektrofotometri ini merupakan gabungan antara spektrofotometri UV dan Visible. Menggunakan dua buah sumber cahaya berbeda, sumber cahaya UV dan sumber cahaya visible. Meskipun untuk alat yang lebih canggih sudah menggunakan hanya satu sumber sinar sebagai sumber UV dan visual yaitu photodiode yang dilengkapi dengan monokromator. Untuk sistem spektrofotometri, UV/vis paling banyak tersedia dan paling populer digunakan. Kemudahan metode ini adalah dapat digunakan baik untuk sample berwarna juga untuk sample tak berwarna. Syarat pengukuran dengan spektrofotometer UV: sampel dalam larutan menyerap sinar UV (180-350 nm), molekul senyawanya memiliki ikatan rangkap atau elektron nonbonding dan larutan bening dapat didak berwarna. Gugus kromofor adalah gugus yang menyebabkan molekul menjadi berwarna. Gugus kromofor merupakan senyawa organik yang memiliki ikatan rangkap yang terkonjugasi. Menurut Adam Wiryawan:2008, kromofor adalah suatu gugus fungsi, tidak terhubung dengan gugus lain, yang menampakkan spektrum absorpsi karakteristik pada daerah sinar UV-sinar tampak. Penyerapan sinar uv-vis dibatasi pada sejumlah gugus fungsi yang mengandung electron valensi dengan tingkat eksitasi yang rendah dengan melibatkan 3 jenis elektron yaitu :sigma, phi dan non bonding electron. Kromofor-kromofor organik seperti karbonil, alken, azo, nitrat dan karboksil mampu menyerap sinar ultraviolet dan sinar tampak. Prinsip kerja spektrofotometer dimulai dengan dihasilkannya cahaya monokromatik dari sinar spektrofotometri maksimum absorbansi juga maksimum sehingga intensitas cahaya yang diserap besar. Adapun hal yang mempengaruhinya adalah jenis pelarut yang digunakan. Dengan bertambahnya kepolaran suatu pelarut maka puncak absorbansi yang dihasilkan umumnya berada pada panjang gelombang yang lebih pendek. Untuk senyawa kompleks berwarna panjang gelombang sekitar 400-800nm. Suatu larutan akan menyerap energi pada saat cahaya dilewatkan yang akan digunakan untuk mengeksitasi elektron dari atom-atom penyusun material larutan ke keadaan yang lebih tinggi. Energi minimum yang diserap besarnya ditentukan oleh konfigurasi atom. Energi yang diserap tersebut dalam bentuk gelombang maka semakin besar energi yang diserap maka panjang gelombangnyasemakin kecil. Proses absorpsi suatu elektron, pertama elektron valensi pada suatu atom menyerapenergi yang diberikan lalu saat elektron menyerap energi, elektron tersebut tereksitasi ketingkat energi yang lebih tinggi, namun karena elektron tersebut tidak stabil makaelektron akan mengalami relaksasi yaitu kembalinya elektron kekeadaan dasar darikeadaan eksitasi. Pada saat terjadi relaksasi elektron melepaskan energi. Energi yang dilepas kemudian di serap oleh elektron lain di kulit terluar atom. Namun, pada saat elektron menyerap energi melebihi dari ambang batas elektron tersebut, energi yang akandilepaskan keluar dari atom dan dapat dilihat secara visual.

Penentuan tetapan kesetimbangan ionisasi dilakukan dengan membuat tiga larutan yang terdiri dari 5 ml larutan standar dan 25 ml larutan natrium asetat 0,04 M kemudian volumenya ditepatkan hingga 100 ml dengan menambahkan asam asetat dengan variasi konsentrasi 0,01M;0,05M; dan 0,1M. Larutan asam asetat terdisosiasi parsial di dalam air menjadi CH3COO-dan H+. Lalu ditambahkan larutan standar untuk menentukan apakah larutan standar akan berada pada keadaan asam atau basa. Fungsi penambahan CH3COONa adalah sebagai larutan buffer untuk menyangga larutan agar berada pada pH yang stabil berkisar antara 3,2 - 4,4.

4.2.2 Analisa Hasil dan Grafik 

metil Jingga/orange adalah salah satu indikator yang banyak digunakan dalam titrasi. Pada larutan yang bersifat basa, metil jingga berwarna kuning dengan struktur sebagai berikut:

 

Struktur metil orange ketika larutan berwarna merah atau suasana asam:

Struktur metil orange ketika laruatn berwarna kuning atau dalam suasana basa:

( Jim,2007 )

Pada faktanya, ion hidrogen tertarik pada salah satu ion nitrogen pada ikatanrangkap nitrogen-nitrogen untuk memberikan struktur yang dapat dituliskan sepertiberikut ini:Bentuk kuning mempunyai serapan sekitar 440 nm. Ini berada di daerah biru darispektrum, dan warna komplementer biru adalah kuning. Ini seperti yang anda harapkan. Bentuk merah mempunyai puncak serapan sekitar 520 nm.

Menurut teori grafik absorbansi terhadap konsentrasi pada HCL dan NaOH dengan panjang gelombang 425 nm dan 525 nm adalah semakin besar konsentrai maka nilai absorbansinya akan semakin besar juga. Tetapi pada percobaan ini hal itu tidak terbukti dikarenakan adanya faktor- faktor yang tidak terpenuhi misal kurang teliti dalam proses standarisasinya. Hal ini sesuai dengan hukum Lambert-Beer bahwa absorbansicahaya berbanding lurus dengan konsentrasi dan ketebalan bahan medium. Hubungan antara energi dan panjang gelombang saling mempengaruhi satu sama lain. Suatu elektron yang melepas energi hingga keluar dari ambang batas atom dapat dilihat oleh mata,karena memiliki panjang gelombang tertentu yaitu 400 nm-800 nm. Maka besar energiyang dilepas pada suatu elektron dapat dinyatakan sebagai panjang gelombang.Tetapan pengionan yaitu perbandingan antara MO- dengan HMO. Tetapan pengionan asam (konstanta keasaman kebasaan) adalah merupakan perbandingan antara ion-ion yang dihasilkan saat pelarutan dengan jumlah senyawa yang tidak terionkan. Tetapan pengionan dinyatakan dengan Ka. Tetapan pengionan berbanding lurus denganabsorbansi karena Ka adalah nilai dari eksponensial konsentrasi. Persamaan garis untuk percobaan ini adalah y = -0,1185x + 0,6605, dimana C menyatakan nilai dari pKa.