Berilium: Kawan atau Lawan?

Berilium banyak digunakan dalam teknologi-teknologi yang ada sekarang ini, mulai dari mobil dan komputer sampai alat prostetik gigi. Popularitas berilium terkait dengan sifat-sifatnya yang unik antara lain ringan, enam kali lebih keras dari baja, memiliki titik leleh tinggi (1285C) dan kapasitas penyerapan panas, dan tidak bersifat magnetik serta tahan korosi. Berilium juga digunakan untuk tenaga nuklir dan aplikasi senjata. Pada tahun 2000 Amerika Serikat menggunakan 390 ton berilium, dengan total biaya yang diperkirakan $140 juta.

Akan tetapi, logam ini memiliki efek kesehatan negatif: pada individu yang rentan, keterpaparan terhadap berilium menyebabkan sebuah penyakit paru-paru yang disebut penyakit berilium kronis (CBD) – sebuah kondisi yang melemahkan, tidak dapat disembuhkan, dan sering fatal. Dengan meluasnya penggunaan berilium, efek negatif ini sangat memerlukan pemahaman yang lebih baik tentang sifat-sifat kimia berilium pada kondisi-kondisi biologis dan bagaimana hal ini menyebabkan penyakit dan penyembuhannya serta terapi yang potensial.

Sebuah antigen berilium (tengah) terikat ke molekul HLA pada sebuah sel penampak antigen dan dibawa ke sel T, sehingga memicu respon kekebalan

Diduga bahwa respon kekebalan terhadap berilium terpicu ketika unsur yang dihirup tanpa sadar dideteksi oleh sel-sel penampak antigen (APC, lihat gambar). Spesies berilium yang tidak diketahui berfungsi sebagai antigen yang terikat ke molekul HLA (antigen leukosit manusia) pada permukaan APC. Antigen berilium selanjutnya dibawa ke sel T (sel darah putih dengan peranan utama dalam respon kekebalan). Penelitian sekitar 6 tahun yang lalu di Los Alamos menghasilkan gambaran yang lengkap dari spesiasi berilium pada kondisi-kondisi biologis, termasuk interaksinya dengan protein dan konsekuensi imunologi yang ditimbulkan.

Melalui penelitian beberapa kompleks molekul kecil dari berilium, ditemukan bahwa berilium memiliki kecenderungan tinggi untuk menggantikan atom-atom hidrogen pada ikatan hidrogen yang kuat. Ikatan-ikatan ini, yang sering terbentuk antara asam-asam amino yang mengandung gugus karboksilat dan alkohol, membantu memberikan kerangka-dasar yang mendukung struktur dan fungsi protein. Dengan memperluas model ini ke sistem biologis yang nyata, terlihat bahwa berilium menggantikan keseluruhan atom ikatan hidrogen kuat (12 atom) pada transferrin, sebuah protein transport zat besi yang ditemukan dalam plasma darah. Ini merupakan sebuah jalur potensial bagi berilium untuk memasuki sel dengan reseptor-reseptor transferrin. Penelitian-penelitian ini membuka paradigma baru untuk pengikatan berilium dalam sistem biologis yang sebenarnya.

Terkait dengan kecenderungannya untuk menggantikan atom-atom dalam ikatan hidrogen, berilium diketahui membentuk kelompok-kelompok polimetalik dengan gugus-gugus karboksilat. Sehingga telah diduga bahwa berilium juga akan membentuk kelompok-kelompok pada protein yang memiliki banyak residu karboksilat di sekitarnya. Sebuah temuan yang menarik adalah bahwa molekul HLA dari pasien CBD mengandung jumlah residu karboksilat yang lebih besar dibanding molekul HLA dari orang yang tidak menderita CBD. Dan penelitian dengan NMR 9Be menunjukkan kelompok atom berilium yang dijembatani karboksilat itu sebagai sebuah gambaran struktural menyeluruh dari antigen (lihat gambar).

Penelitian dengan menggunakan microarray telah memberikan wawasan lain tentang mekanisme-mekanisme yang mengatur respon kekebalan berilium. Gen-gen perlekatan sel dan chemokin (protein-protein kecil yang memediasi migrasi sel) diregulasi dengan baik dalam sel-sel yang diperlakukan dengan berilium. Ini menunjukkan sebuah mekanisme yang melibatkan gradien-gradien chemokin untuk menarik sel-sel imun ke tempat inflamasi. Disamping itu, sel-sel imun yang diperlakukan dengan berilium menunjukkan pensinyalan intraseluler yang berubah dan pelepasan sitokin ketika merespon terhadap lipopolisakarida – sebuah toksin yang ditemukan dalam membran sel terluar bakteri. Ini menunjukkan bahwa keterpaparan lebih dulu terhadap berilium bisa merubah respon kekebalan host terhadap infeksi bakteri selanjutnya. Implikasi bahwa molekul-molekul perlekatan sel dan chemokin terkait dengan CBD berpotensi memberikan kemungkinan untuk menggunakan molekul-molekul yang merusak regulasi molekul-molekul imun ini untuk menghambat perkembangan gejala-gejala penyakit.

Sebuah pendekatan multidisiplin yang berbasis molekuler untuk meneliti CBD telah berhasil mengidentifikasi spesies-spesies berilium yang relevan, interaksinya dengan protein dan peranan potensialnya dalam penyakit. Ini tidak hanya bisa mengarah pada penyembuhan dan terapi yang potensial untuk CBD, tetapi juga memberikan wawasan tentang mekanisme-mekanisme logam lain dan penyakit-penyakit autoimun.

Advertisements

Kompleks Mg(I) yang Pertama Berhasil Dibuat

Beberapa kimiawan telah berhasil membuat senyawa-senyawa magnesium(I) yang stabil untuk pertama kalinya – sebuah terobosan untuk sebuah logam yang sifat-sifat kimianya, begitu juga logam-logam golongan 2 lainnya seperti beryllium dan kalsium, dikendalikan oleh bilangan oksidasi +2. Dua kompleks baru, yang ciri khasnya adalah dua ion magnesium(I) yang terikat pada sebuah pusat Mg22+, berhasil dibuat untuk pertama kalinya oleh Cameron Jones, Andreas Stasch dan rekan-rekannya di Universitas Monash, Australia.

Jones dan Stasch membuat kompleks yang pertama dengan mengikatkan ligan-ligan berbasis-guanidin yang besar ke magnesium. Ligan-ligan ini sebelumnya dibuat oleh kelompok peneliti ini juga. Dari sebuah prekursor dimana dua ion magnesium(II), dengan ligan besar yang terikat padanya, yang dipisahkan oleh dua jembatan atom iodin, mereka menambahkan logam kalium pereduksi dalam jumlah berlebih untuk membuat senyawa target.

“Cukup mengejutkan bagi kami bahwa kami dapat membuat kompleks ini hanya dengan reduksi sederhana,” ungkap Jones kepada Chemistry World. “Biasanya jika digunakan kalium untuk mereduksi, maka reduksi yang terjadi akan berlebihan (sampai menjadi logam magnesium). Jika kita menghentikan reaksi setelah 24 jam, maka akan diperoleh senyawa yang diinginkan”. Tim peneliti ini selanjutnya menggunakan kondisi-kondisi yang sama untuk membuat kompleks kedua dengan menggunakan ligan tipe diketiminat “Nacnac” yang telah banyak diteliti.

Robert Mulvey, kepala kimia anorganik di Universitas Strathclyde, UK, sangat terkesan dengan hasil penelitian ini. “Fakta bahwa metode sintetik yang digunakan, reduksi dari sebuah pereaksi Grignard dengan unsur kalium, sangat sederhana untuk bisa menghasilkan temuan baru,” ungkap Mulvey kepada Chemistry World. Hasil ini adalah sebuah hasil sensasional yang tidak diragukan lagi akan meningkatkan aktivitas penelitian di bidang kimia Mg(I).”

Untuk menguatkan bahwa mereka benar-benar berhasil membuat sebuah kompleks magnesium(I), Jones pertama-tama harus membuktikan bahwa mereka tidak sekadar mengganti jembatan iodin dengan atom hidrogen – sebab jika ini terjadi, itu berarti atom-atom magnesium tetap berada pada bilangan oksidasi +2.

“Bukti terakhir yang akan ditunjukkan adalah kompleks yang dijembatani oleh hidrogen, tetapi kami belum mampu melakukannya. Jadi kami menggunakan kristalografi, kimia teori, dan spektroskopi untuk membuktikan bahwa yang terdapat pada kompleks benar-benar adalah magnesium(I). Dan kami juga telah menunjukkan bahwa kompleks-kompleks ini bertindak sebagai agen pereduksi untuk berbagai substrat tak jenuh, yang juga akan kami publikasikan.”

Jones mengatakan dia sekarang ingin membuat kompleks-kompleks dari unsur tetangga magnesium di Golongan 2, yakni beryllium dan kalsium, pada bilangan oksidasi +1. “Kami juga sedang melirik kompleks-kompleks dengan tiga atau lebih magnesium yang terikat bersama,” ungkap Jones.

Melakukan Reaksi Anorganik Ionik Pada Media CO2 Superkritis

Ketika karbon dioksida dipanaskan diatas temperatur kritisnya (31oC), pada tekanan yang lebih besar dari 72,8 atm, CO2 akan membentuk cairan superkritis. Cairan superkritis ini memiliki sifat-sifat baik dari larutan maupun gas. CO2 superkritis dapat digunakan sebagai pelarut dan seiring dengan waktu, kepopulerannya sebagai pelarut makin dikenal karena sifatnya yang aman, ramah lingkungan, dan murah dibandingkan dengan beberapa pelarut organik yang kini umum digunakan di dunia industri (1). Sebagai contoh, CO2 superkritis kini digunakan untuk melarutkan kafein dalam bijih kopi untuk menghasilkan kopi dengan kafein rendah (decaff coffee). Teknik lama untuk mendekafeinasi bijih kopi antara lain menggunakan berbagai pelarut organik seperti metilen klorida atau klorofom yang memiliki tingkat toksisitas tertentu. Keuntungan dari penggunaan CO2 superkritis ialah segi pembuangan yang relatif murah dan efek lingkungan yang relatif ramah, walaupun dari segi instrumentasi jauh lebih mahal. Selain itu, dalam aplikasi praktis, beberapa masalah kondisi kerja dengan suhu diatas suhu kritis relatif sedikit karena larutan CO2 memiliki suhu dan tekanan kritis yang lebih rendah dibandingkan dengan CO2 murni.

Satu masalah dengan penggunaan CO2 superkritis sebagai pelarut adalah ketidakmampuannya untuk melarutkan senyawa polar, seperti air dan senyawa ionik. Masalah ini dipecahkan dengan perancangan sebuah surfaktan, amonium karboksilat perfloro polieter (PFPE), dengan rumus umum :

F3C-[OCF2CF(CF3))n(OCF2)m]OCF2COO-NH4+

dimana n=~2 dan m=~3. Surfaktan ini adalah sebuah padatan mengkilat dengan massa molekul relatif rata-rata nya adalah 740. Surfaktan ini mampu mendispersikan air menjadi tetesan kecil dalam CO2 cair (2,3). Dalam CO2 superkritis, PFPE berperilaku menyerupai sabun dalam air, namun misel yang terbentuk berkebalikan dengan misel yang terbentuk oleh sabun dan air. Misel sabun dan air memiliki permukaan hidrofilik dan inti hidrofobik. Dalam misel PFPE dengan air, permukaan yang dibentuk adalah hidrofobik dan intinya adalah hidrofilik. Dengan PFPE, ujung hidrofilik (COO) dari molekul membentuk sfera (sphere) yang mengelilingi air, dan ekor hidrofobik (perfloroeter) melarut dalam CO2 superkritis, seperti gambar dibawah.

©1997 American Chemical Society

Representasi skematik diatas menggambarkan lingkungan air dalam misel terbalik atau mikroemulsi. Mikroemulsi ini menunjukkan kemungkinan lingkungan dimana air dapat ditemukan. Air terikat atau air interfasial (Type 1) diasosiasikan dekat dengan gugus kepala ionik (direpresentasikan dengan lingkaran putih) dari molekul surfaktan PFPE. Air ruah (bulk) (Type 2) terletak di dalam inti membentuk tetes air. Lingkungan ketiga adalah lingkungan bebas air dimana ini melarut dalam ‘minyak’ atau fasa CO2superkritis dan tidak diasosiasikan dengan lingkungan mikroemulsi.

Dalam CO2 superkritis, interaksi ini menstabilkan air yang tak hingga, dimana ini disebut mikroemulsi. Air dalam mikroemulsi memiliki sifat yang sama dengan air ruah, dan melarutkan senyawa polar dan ionik. Sebagai contoh, kalium permanganat (KMnO4) tidak larut dalam CO2 superkritik biasa, namun ia akan larut dengan adanya mikroemulsi air. Selain itu, larutan KMnO4 ini memiliki karakteristik warna ungu dari ion permanganat dan spektrum UV-visible memiliki kesamaan dengan KMnO4 dalam air ruah (2,3). Pengukuran dengan sistem elektroda pH biasa menunjukkan bahwa air di dalam mikroemulsi bersifat asam, dengan pH 3. Ini diakibatkan pembentukan asam karbonat oleh karbon dioksida dan air. Ini berarti bahwa semua reaksi dalam medium ini akan berada dalam kondisi asam, sebuah faktor yang harus diperhitungkan ketika menjelaskan studi kinetik atau kemungkinan mekanisme reaksi.

Kehadiran dari mikroemulsi memungkinkan reaksi-reaksi tertentu terjadi, dimana pada kondisi CO2 superkritik biasa tidak akan terjadi. Sebagai contoh, natrium nitroprusida (Na2[Fe(CN)5(NO)] .2H2O) larut dalam air, namun tidak larut dalam CO2 superkritis. Hidrogen sulfida (H2S) larut baik dalam CO2 superkritis biasa namun tidak begitu larut dalam air. Karena natrium nitroprusida tidak larut dalam CO2 superkritis maka tidak akan ada reaksi yang tterjadi anatara kedua senyawa ini dalam CO2superkritis biasa. Ketika kedua senyawa ini dilarutkan dalam CO2 superkritis dengan mikroemulsi, reaksi berikut akan terjadi yang diiringi dengan perubahan warna merah menjadi kuning :

[Fe(CN)5(NO)]2 + HS -> [Fe(CN)5N(O)SH]3

Situasi yang sama muncul pula dengan kalium dikromat (K2Cr2O7) dan sulfur dioksida (SO2). Karakteristik kelarutan kedua senyawa ini sendiri menyerupai contoh sebelumnya secara berturutan. Ketika kedua senyawa ini diarutkan dilarutkan dalam CO2 superkritis dengan mikroemulsi, kalium dikromat akan dirubah menjadi kromium (III) sulfat [Cr2(SO4)3(2). Reaksi ini tidak terjadi dalam CO2 superkritis biasa, karena spesi-spesi ionik yang terlibat tidak larut dalam medium ini.

Kemungkinan untuk melarutkan senyawa ionik anorganik dalam CO2 superkritis dengan mikroemulsi membuka beberapa kemungkinan untuk melakukan tipe-tipe reaksi baru dalam medium ini. Karena banyak gas seperti O2, CO, Cl2, SO2 lebih larut dalam CO2 superkritis dibandingkan media larutan biasa maka reaksi yang homogen dan efisien dapat dilakukan antara gas dan spesi ionik. Karena ini dan berbagai kemungkinan baru, maka popularitas CO2 superkritis sebagai medium pelarut diprediksikan akan semakin meningkat (4).

Daftar Pustaka

  1. “Supercritical Carbon Dioxide: Uses as an Industrial Solvent”, a fact sheet put out by the Institute for Local Self-Reliance.
  2. M. J. Clarke, L. Kristi, K. P. Harrison, S. M. Howdle, 1997, Water in supercritical carbon dioxide microemulsions: Spectroscopic investigation of a new environment for aqueous inorganic chemistry, Journal of the American Chemical Society, 119: 6399.
  3. M. Roubi, 1997, Colorful inorganic chemistry coaxed into supercritical CO2Chemical and Engineering News, Issue of August 11, 40.
  4. “New Role for Supercritical Carbon Dioxide” on the page maintained by Chemistry and Industry News (URL asli: http://ci.mond.org/9603/960307.html, namun sudah tidak ada

Karbon Dioksida, Misteri Sebuah Senyawa

dry-ice

Fakta tentang karbon dioksida

Karbon dioksida atau CO2, semua orang mengenal senyawa ini sebagai gas, tak berbau, tak berwarna, tak beracun dan berasal dari setiap mekanisme pembakaran maupun metabolisme. Gas Karbon dioksida pertama kali diamati keberadaannya oleh Van Helmont, tahun 1577. Secara statistik alamiah, gas ini tidak melimpah di muka bumi dan konstan persentasenya. Sejak lama orang tidak memberi perhatian terhadap sifat-sifat gas tersebut. Pemanfaatan gas CO2 salah satunya adalah dapat diubah fasenya menjadi padat dan disebut “dry ice“, digunakan dalam industri pengawetan hingga industri film maupun sinetron (memberi efek kabut di film serem atau sinetron misteri).

Cerita dibalik si misterius CO2

Lalu mengapa sekarang orang-orang terutama ilmuwan meributkan gas tak bersalah ini ??! Sebenarnya gas CO2 memang tak bersalah, tapi kitalah yang membuat kesalahan. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi sering kali tidak sejalan dengan kehendak alam. Sejak dimulainya revolusi industri di Inggris hingga revolusi telekomunikasi jaman sekarang telah terjadi peningkatan persentase CO2 di muka bumi akibat aktivitas produksi dan konsumsi. Mulailah dikenal istilah “Green House Effect“, yaitu meningkatnya kadar CO2 di atmosfer menjadikan bumi tambah panas, memberikan efek “Global Warming” dan selanjutnya “Global Climate Change“. Lha, apa hubungan CO2 dengan panas ?, Begini, Karena kebetulan sifat CO2 yang menyerap energi panas dari radiasi sinar infra merah yang dipancarkan matahari, akibatnya makin terakumulasilah energi panas tersebut dimuka bumi bahkan bisa mencairkan es kutub lho ! Ditambah lagi penggunaan senyawa CFC (Chloro Fluoro Carbon) sebagai pelarut, material gas pendingin dalam refrigerator dan foaming agent dalam industri polimer ternyata malah “memakan” ozone yang melindungi bumi dari radiasi sinar ultra violet matahari yang berenergi tinggi. Ironisnya fakta lain tentang CFC menjadikan orang tetap menggunakan CFC, yaitu dia ternyata gas yang tidak terlalu berbahaya terhadap mahluk hidup, tidak mudah terbakar, dan punya sifat-sifat unik karena variasi kandungan atom klor dan fluornya. Tapi bumi sudah panas ditambah lagi bumi semakin terbuka terhadap pancaran energi tinggi UV yang mematikan, menjadikan kalangan terutama para ilmuwan kalang kabut mencari solusi agar bumi ini tetap menjadi tempat yang nyaman dihuni paling tidak sampai menjelang kiamat.

Sejelek-jeleknya CO2, masih lebih jelek orang yang tidak perduli lingkungan dan hanya mengeruk keuntungan dengan menyiksa alam serta korupsi gila-gilaan. Yang paling menderita dari dampak di atas adalah penduduk bumi awam yang tidak mengerti apa-apa, padahal kita punya hak hidup yang sama. Nah, patutlah kita cukup berterima kasih kepada beberapa ilmuwan yang mencurahkan hidupnya bagi penyelamatan bumi ini. Akhirnya ditemukan fakta-fakta lain dari CO2 yang kemungkinan bisa dimanfaatkan demi kebaikan.

Apa to kebaikan CO2 ituh ?

Akhir-akhir ini mulai luas dikenal istilah “Green Chemistry” atau lebih menarik lagi “Green, Benign and Sustainable Chemistry“. Istilah itu sebenarnya adalah gerakan pembaharuan dalam dunia riset dipelopori oleh para ilmuwan setengah gila yang melawan arus aliran trend riset, karena pada awalnya riset lebih banyak berkutat pada eksploitasi sumber daya bumi daripada menyelamatkannya. Seiring dengan semakin ditekannya penggunaan material CFC sebagai pelarut, maka dicarilah alternatif pengganti yang memiliki sitaf-sifat serupa tapi lebih ramah terhadap lingkungan. Mulailah ilmuwan melirik manfaat lain dari CO2 dari sekedar gas tak berdosa menjadi gas yang tak berdosa sekaligus bermanfaat yaitu sebagai pelarut superkritis. CO2 sebagai fluida superkritis ??? Wah, buat kita-kita yang awam mungkin sulit membayangkan, nah akan diulas sedikit tentang sifat-sifatnya. CO2 sebagai fluida superkritis sebenarnya adalah gas yang dinaikkan temperaturnya mencapai temperatur kritis (temperatur tertinggi yang dapat mengubah fase gas menjadi fase cair dengan cara menaikkan tekanan), dan memiliki tekanan kritis (tekanan tertinggi yang dapat mengubah fase cair menjadi fase gas dengan cara menaikkan temperatur) sehingga sifat-sifatnya berada di antara sifat gas dan cairan. Nah, bingung bukan ??! Biar lebih jelas silahkan lihat diagramsupercritical fluids (SCF) ini.

Sebagai pelarut superkritis, CO2, telah cukup banyak dimanfaatkan dibidang penelitian dan industri. Keuntungan lain adalah kita tidak perlu membuat CO2 melainkan cukup menyaringnya dari udara sekitar kita. Walaupun teknologinya masih mahal, bukan berarti tidak bisa dimanfaatkan secara nyata. Dibidang isolasi dan pengolahan bahan alam, CO2 superkritis dimanfaatkan sebagai pelarut dalam proses ekstraksi maupun de-ekstraksi senyawa-senyawa aktif dari tumbuhan untuk pengobatan, atau senyawa-senyawa penting untuk industri makanan, misalnya ekstraksi minyak atsiri lemon, jahe, beta-carotene dari tumbuh-tumbuhan atau de-ekstraksi caffein pada kopi. Namun pengembangan lebih lanjut rupanya masih terhambat oleh miskinnya pengetahuan tentang sifat-sifat maupun fasa-fasa campuran CO2 superkritis dengan bahan terlarut dan perilaku senyawa terlarut di dalamnya.

Dibidang pertambangan minyak bumi, bahkan penggunaan CO2 yang dicairkan sangat besar. Fluida ini dialirkan ke dalam sumber-sumber minyak yang mulai menipis cadangannya untuk mengangkat cadangan minyak tersisa. Masalah utamanya adalah fluida ini kekentalannya rendah sehingga tidak mampu mengangkat minyak secara maksimum. Pengembangan aditif yang mampu meningkatkan kekentalan (viscosity) fluida CO2 belum mampu bekerja optimum karena kelarutan aditif-aditif tersebut yang sulit diperkirakan.

Suatu perkembangan lebih menggembirakan dalam industri polimer kembali mengangkat kepopuleran CO2. Dupont, sebuah perusahan terkemuka dalam inovasi industri kimia telah mampu memproduksi semacam busa atau dikenal ‘foamed thermoplastic’ yang populer disebut ‘fluoropolimer’ berkat ditemukannya polimer ‘perfluoroalkil akrilat’ oleh Desimone dan rekan tahun 1992. Fluoropolimer ini benar-benar larut dalam CO2 setelah sebelumnya digunakan pelarut dan surfaktan berbasis fluor. Permasalahannya adalah pengembangan ‘foamed polymer’ yang benar-benar menggunakan CO2 sebagai agen pembuih tidak terlalu berhasil. Walaupun Dow, suatu perusahaan terkemuka juga dibidang industri polimer, telah memproduksi polistiren berbasis keseluruhan CO2 sebagai agen pengembang, namun muncul kesulitan teknis lain dalam polimer berbasis keseluruhan CO2, misalnya pecahnya gelembung akibat cepatnya difusi CO2 di dalam larutan polimer atau soal bagaimana membuat polimer yang memiliki daya hantar panas rendah.

Sesungguhnya masih banyak kegunaan yang bisa digali dari gas CO2 sebagai material ramah lingkungan. Misalnya dalam industri pelapisan material menggunakan polimer yang dapat larut dalam CO atau pembuatan partikel koloid dalam industri farmasi menggunakan pelarut CO2. Kenyataan bahwa gas CO, O2 dan H2 benar-benar dapat bercampur dan larut dalam CO2 sebenarnya memberikan kemungkinan untuk melakukan reaksi karbonilasi, oksidasi maupun hidrogenasi dalam pelarut CO2. Namun kendala dalam aplikasi teknologi-teknologi tersebut secara massal membuat kaum industriawan masih enggan untuk benar-benar beralih menggunakan CO2.

Beberapa fakta seputar kaca

Kaca adalah salah satu produk industri kimia yang paling akrab dengan kehidupan kita sehari-hari. Tetapi seberapa banyakkah yang kita ketahui tentang senyawa unik ini? Inilah beberapa fakta tentang kaca.

Dipandang dari segi fisika kaca merupakan zat cair yang sangat dingin. Disebut demikian karena struktur partikel-partikel penyusunnya yang saling berjauhan seperti dalam zat cair namun dia sendiri berwujud padat. Ini terjadi akibat proses pendinginan (cooling) yang sangat cepat, sehingga partikel-partikel silika tidak “sempat” menyusun diri secara teratur. Dari segi kimia, kaca adalah gabungan dari berbagai oksida anorganik yang tidak mudah menguap , yang dihasilkan dari dekomposisi dan peleburan senyawa alkali dan alkali tanah, pasir serta berbagai penyusun lainnya. Kaca memiliki sifat-sifat yang khas dibanding dengan golongan keramik lainnya. Kekhasan sifat-sifat kaca ini terutama dipengaruhi oleh keunikan silika (SiO2) dan proses pembentukannya.

Beberapa sifat-sifat kaca secara umum adalah:

  • Padatan amorf (short range order).
  • Berwujud padat tapi susunan atom-atomnya seperti pada zat cair.
  • Tidak memiliki titik lebur yang pasti (ada range tertentu)
  • Mempunyai viskositas cukup tinggi (lebih besar dari 1012 Pa.s)
  • Transparan, tahan terhadap serangan kimia, kecuali hidrogen fluorida. Karena itulah kaca banyak dipakai untuk peralatan laboratorium.
  • Efektif sebagai isolator.
  • Mampu menahan vakum tetapi rapuh terhadap benturan.
Sebagaimana bahan-bahan yang sangat banyak digunakan dalam peradaban modern, riwayat penemuan kaca tidaklah jelas sama sekali. Salah satu rujukan yang paling tua mengenai bahan ini dibuat oleh Pliny, yang menceritakan bagaimana pedagang-pedangang phoenisia purba menemukan kaca tatkala memasak makanan. Periuk yang digunakannya secara tidak sengaja diletakkan di atas massa trona di suatu pantai. Penyatuan yang terjadi antara pasir dan alkali menarik perhatian dan orang Mesir telah berusaha menirunya. Sejak tahun 6000 atau 5000 sebelum Masehi, orang mesir telah membuat permata tiruan dari kaca dengan ketrampilan yang halus dan keindahan yang mengesankan. Kaca jendela sudah mulai disebut-sebut sejak tahun 290. Silinder kaca jendela tiup ditemukan oleh para pendeta pada abad kedua belas. Dalam abad tengah, Venesia memegang monopoli sebagai pusat industi kaca. Di jerman dan inggris, kaca baru mulai dibuat pada abad ke-16. Secara keseluruhan sebelum tahun 1900, industri ini merupakan seni yang dilengkapi oleh rumus-rumus rahasia yang dijaga ketat. Proses pembuatannya-pun bersifat empiris dan hanya berdasarkan pada pengalaman.

 

Pada tahun 1914, di Belgia dikembangkan proses Fourcault untuk menarik kaca plat secara kontiniu. Selama 50 tahun berikutnya para ilmuwan dan insinyur telah berhasil menciptakan berbagai modifiklasi terhadap proses penarikan kaca dengan tujuan untuk memperkecil distorsi optik kaca lembaran (kaca jendela) dan menurunkan biaya pembuatan.

Reaksi yang terjadi dalam pembuatan kaca secara ringkas adalah sebagai berikut:
Na2CO3 + aSiO2 ? Na2O.aSiO2 + CO2
CaCO3 + bSiO2 ? CaO.bSiO2 + CO2
Na2SO4 + cSiO2 + C ? Na2O.cSiO2 + SO2 + SO2 + CO

Walaupun saat ini terdapat ribuan macam formulasi kaca yang dikembangkan dalam 30 tahun terakhir ini namun gamping, silika dan soda masih merupakan bahan baku dari 90 persen kaca yang diproduksi di dunia.


Kuarsa (SiO2), salah satu bentuk polimorfi silika
Secara umum, kaca komersial dapat dikelompokkan menjadi beberapa golongan:

  1. Silika lebur. Silika lebur atau silika vitreo dibuat melalui pirolisis silikon tetraklorida pada suhu tinggi, atau dari peleburan kuarsa atau pasir murni. Secara salah kaprah, kaca ini sering disebut kaca kuarsa (quartz glass). Kaca ini mempunyai ciri-ciri nilai ekspansi rendah dan titik pelunakan tinggi. Karena itu, kaca ini mempunyai ketahanan termal lebih tinggi daripada kaca lain. Kaca ini juga sangat transparan terhadap radiasi ultraviolet. Kaca jenis inilah yang sering digunakan sebagai kuvet untuk spektrometer UV-Visible yang harganya sekitar dua jutaan per kuvet.
  2. Alkali silikat. Alkali silikat adalah satu-satunya kaca dua komponen yang secara komersial, penting. Untuk membuatnya, pasir dan soda dilebur bersama-sama, dan hasilnya disebut Natrium silikat. Larutan silikat soda juga dikenal sebagai kaca larut air (water soluble glass) banyak dipakai sebagai adhesif dalam pembuatan kotak-kotak karton gelombang serta memberi sifat tahan api.
  3. Kaca soda gamping. Kaca soda gamping (soda-lime glass) merupakan 95 persen dari semua kaca yang dihasilkan. Kaca ini digunakan untuk membuat segala macam bejana, kaca lembaran, jendela mobil dan barang pecah belah.
  4. Kaca timbal. Dengan menggunakan oksida timbal sebagai pengganti kalsium dalam campuran kaca cair, didapatlah kaca timbal (lead glass). Kaca ini sangat penting dalam bidang optik, karena mempunyai indeks refraksi dan dispersi yang tinggi. Kandungan timbalnya bisa mencapai 82% (densitas 8,0, indeks bias 2,2). Kandungan timbal inilah yang memberikan kecemerlangan pada “kaca potong” (cut glass). Kaca ini juga digunakan dalam jumlah besar untuk membuat bola lampu, lampu reklame neon, radiotron, terutama karena kaca ini mempunyai tahanan (resistance) listrik tinggi. Kaca ini juga cocok dipakai sebagai perisai radiasi nuklir.
  5. Kaca borosilikat. Kaca borosilikat biasanya mengandung 10 sampai 20% B2O3, 80% sampai 87% silika, dan kurang dari 10% Na2O. Kaca jenis ini mempunyai koefisien ekspansi termal rendah, lebih tahan terhadap kejutan dan mempunyai stabilitas kimia tinggi, serta tahanan listrik tinggi. Perabot laboratorium yang dibuat dari kaca ini dikenal dengan nama dagang pyrex. Kaca borosilikat juga digunakan sebagai isolator tegangan tinggi, pipa lensa teleskop seperti misalnya lensa 500 cm di Mt. Palomer (AS).
  6. Kaca khusus. Kaca berwarna , bersalut, opal, translusen, kaca keselamatan,fitokrom, kaca optik dan kaca keramik semuanya termasuk kaca khusus. Komposisinya berbeda-beda tergantung pada produk akhir yang diinginkan.
  7. Serat kaca (fiber glass). Serat kaca dibuat dari komposisi kaca khusus, yang tahan terhadap kondisi cuaca. Kaca ini biasanya mempunyai kandungan silika sekitar 55%, dan alkali lebih rendah.

DAFTAR PUSTAKA :
Barsounan, Michael. 1997. FUNDAMENTALS OF CERAMIC. The Mc-Graw Hill inc. Singapore.
Austin, Goerge T. 1984. SHEREVE’S CHEMICAL PROCESS INDUSTRIES.The Mc-Graw Hill inc.

Merubah batuan besi menjadi bahan anti kanker

Ada banyak bahan kimia yang sedang dikembangkan oleh para peneliti saat ini karena prospeknya untuk di gunakan sebagai zat anti kanker. Fokus terbesar adalah penelitian terhadap senyawa-senyawa dari tumbuhan baik darat maupun tumbuhan laut yang bersifat aktif terhadap sel kanker. Senyawa-senyawa ini pada umunya merupakan turunan flavanoid. Sayangnya, untuk menemukan senyawa aktif tersebut dibutuhkan waktu yang agak lama karena harus diekstrak dari berbagai sumber, dikarakterisasi, diuji aktivitasnya kemudian baru disintesis untuk memperbanyak jumlahnya.

Pada dua dekade belakangan, ahli Biomaterial mulai mempelajari material-material anorganik untuk diaplikasikan sebagai anti kanker. Magnetit (Fe3O4) adalah senyawa yang paling menjanjikan untuk bidang ini. Magnetit merupakan salah satu jenis oksida besi yang paling umum dikenal dan terdapat cukup banyak di alam. Sesuai namanya, senyawa ini bersifat magnet (magnet alam pertama yang ditemukan manusia). Strukturnya sangat unik yaitu spinel terbalik karena sebenarnya senyawa ini merupakan gabungan dari dua oksida besi yaitu FeO dan Fe2O3

yang dihubungkan oleh jembatan oksigen. Struktur seperti ini menghasilkan resultan momen magnet yang nyata serta kemampuan untuk transfer elektron ke ion tetangga secara simultan.

Struktur kristal magnetit dan salah satu foto SEM partikel magnetit

Agar magnetit tepat sasaran saat menyerang sel kanker, biasanya zat ini dimasukkan ke dalam tubuh bersama-sama dengan obat-obatan tertentu. Setelah magnetit diserap oleh sel kanker, maka tubuh pasien diberi medan magnet seragam dari luar dalam rentangan frekuensi yang tidak membahayakan (noninvasive). Momen magnet dari magnetit nanokristal dalam tubuh akan menjadi searah mengikuti arah momen medan luar sampai pada suatu titik dimana dia tidak lagi terpengaruh (kejenuhan magnetisasi). Ketika medan luar dihilangkan pada kondisi ini, momen magnet magnetit akan kembali secara perlahan-lahan ke kondisi awalnya. Peristiwa ini disebut relaksasi magnetik dan selalu menghasilkan panas sebagai akibat perubahan energi. Panas yang dihasilkan dalam sel kanker tersebut tidak berbahaya bagi manusia tapi sangat mematikan bagi sel kanker karena dia terkena secara langsung sehingga menyebabkan kematian sel kanker tersebut (sel kanker mati pada suhu 43°C).

Banyak metoda telah dikembangkan untuk mensintesis magnetit agar memiliki struktur nanokristal. Ini merupakan syarat utama agar bisa digunakan sebagai bahan anti kanker karena jika magnetit memiliki struktur nanokristal dia akan memperlihatkan sifat superparamagentik serta mudah diserap ke dalam sel. Metoda tersebut antara lain dekomposisi kimia, transfer fasa , sonolisis, dan hidrotermal. Sayangnya semua metoda yang ada masih menggunakan prekursor berupa bahan kimia murni yang harganya relatif mahal dan seringkali memerlukan atmosfir nitrogen dalam prosesnya.

Baru-baru ini saya dibawah bimbingan Dr. Syukri Arief, M.Eng berhasil mensintesis magnetit nanokristal secara langsung dari batuan besi yang banyak terdapat di Sumatera Barat tanpa memerlukan atmosfer inert. Batuan besi tersebut diproses secara hidrotermal sederhana sampai menghasilkan magnetit dengan kekristalan yang tinggi dan bersifat superparamagnetik. Idenya berawal dari usaha untuk meningkatkan nilai ekonomis batuan besi di beberapa kabupaten yang ada di sumatera barat. Selama ini batuan besi ditambang oleh perusahaan swasta untuk kemudian dijual mentah dengan harga murah ke Cina dan India. Tidak jarang kedua negara tersebut menjual kembali hasil olahan batuan tersebut berupa besi baja ke negara kita dengan harga yang lebih tinggi. Dengan adanya penelitian ini diharapkan usaha-usaha untuk pemanfaatan sumber daya tambang yang ada di Sumatera Barat akan lebih banyak lagi.

Daftar kepustakaan:

  1. Yan, Aiguo;Liu, Xiaohe;Qiu Ghuanzhou;Wu, Hongyi;Yi, Ran;Zhang, Ning;Xu,Jing, Solvothermal synthesis and characterization of size-controlled Fe3O4 nanoparticles.Journal of Alloy and Compounds. (2007). In Press.
  2. Gary Wulfsberg, Inorganic Chemistry, 2000, University Science Books, 691.
  3. Xinchao Wei and Roger C. Viadero Jr, Synthesis of magnetite nanoparticles with ferric ion recovered from acid mine drainage: Impllications for environmental engineering, Journal of Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2007, 294 : 280-286.
  4. Zhu,Hongliang;Yang,Deren;Luming,Zhu, Hydrothermal growth and characterization of magnetite (Fe3O4) thin films, Journal of Surface and Coatings Thecnology, 2007, 201 : 5870-5874.

Fosfor Putih pada Penyerangan Israel ke Gaza

perang

Penyerangan Israel ke Gaza baru-baru ini, Januari 2009, menambah pelajaran berharga pada kita semua. Seperti pisau, pada suatu saat dan situasi biasa merupakan alat yang bermanfaat (misal: untk menyiapkan makanan bagi keluarga kita) namun pada saat dan situasi yang berbeda bisa menjadi alat yang merusak dan bahkan bisa membunuh. Demikian juga bahan kimia, ditangan Israel fosfor putih yang sebenarnya bermanfaat telah menjadi alat/bahan yang efektif untuk memerangi Palestina.

Mengapa demikian?

Fosfor putih pada dasarnya sangat berguna untuk kehidupan. Dalam industri banyak digunakan untuk memproduksi asam fosfat dan senyawa kimia lain yang berguna pada pembuatan pupuk, bahan tambahan makanan, farmasi, pengolahan air, pakan ternak, senyawa pembersih dan perapuhan logam anti karat. Dalam konsentrasi kecil fosfor putih digunakan pada kembang api. Tetapi karena sifat kimia fisiknya yaitu ketika berada di udara terbuka dengan mudah akan terbakar dan mengeluarkan asap, maka sifat ini kemudian dimanfaatkan oleh militer (misal: Israel dan Amerika) untuk menghalau musuh-musuhnya.

Apakah sebenarnya fosfor putih itu dan bagaimana sifat-sifatnya?

Fosfor adalah unsur nonlogam bersimbol P dengan nomor atom 15 dan berat atom 30,97376. Biasanya digunakan dalam pembuatan asam fosfat, perunggu, suar, teknik perapian, korek api, racun tikus, dll. Alotrop fosfor ada beberapa: fosfor putih (kuning), fosfor merah, dan fosfor hitam yang masing-masing memiliki sifat kimia fisik yang berbeda.

Fosfor putih (white phosphorus) adalah alat pembakar yang memproduksi asap dan suar yang berasal dari allotrop unsur fosfor. Material ini merupakan padatan putih (tak berwarna atau kuning) beracun yang bersifat seperti malam, lembut, berbau seperti bawang putih, meleleh pada 44,5 oC, larut dalam karbon disulfida, tidak larut dalam air dan alkohol. Unsur ini bereaksi secara cepat dengan oksigen sehingga akan terbakar dengan sendirinya di udara. Dikenal juga sebagai fosfor kuning.

Alotrop sendiri adalah keadaan dimana suatu unsur dapat memiliki lebih dari satu bentuk atau struktur yang stabil biasanya pada daerah temperatur yang berbeda, contohnya adalah bentuk kristal yang berbeda dari karbon, grafit, dan intan. Dikenal juga dengan istilah alotriomorfisme, alotropisme.

Apa yang terjadi ketika manusia terpapar dengan fosfor putih?

Meskipun belum ada penelitian yang mendalam tentang efek fosfor putih pada kesehatan manusia, tetapi dari beberapa fakta yang terjadi pada pekerja yang berhubungan dengan unsur ini menunjukkan bahwa jika terpapar dengan fosfor putih dapat menyebabkan terbakar, iritasi,kerusakan hati, ginjal, paru-paru atau tulang, yang terparah adalah kematian.

Badan-badan yang berwenang di Amerika (NIOSH, OSHA, ACGIH) telah menentukan ambang batas paparan di tempat kerja selama 8 jam kerja adalah 0,1 miligram fosfor putih per meter kubik udara (http://www.atsdr.cdc.gov/tfacts103.html).

Jadi bisa dibayangkan apa yang terjadi di Palestina saat ini. Sungguh sangat disayangkan sesuatu yang sesungguhnya bermanfaat menjadi bersifat merusak ketika berada di tangan yang salah.

Satu hal yang harus menjadi bahan pemikiran adalah bahwa penggunaan fosfor putih dalam perang tidak dilarang. Hal ini karena statusnya dalam Konvensi Senjata Kimia; Chemical Weapons Convention (CWC); bahan ini tidak termasuk dalam list senjata kimia. Kalau melihat akibatnya dalam perang itu hal ini patutlah dipertanyakan. Why………………..???

Fakta tentang Zeolit

Zeolit merupakan senyawa aluminosilikat terhidrasi yang memiliki kerangka struktur tiga dimensi (3D), mikroporous, dan merupakan padatan kristalin dengan kandungan utama silikon, aluminium, dan oksigen serta mengikat sejumlah tertentu molekul air di dalam porinya.

Penemuan zeolit di dunia dimulai dengan ditemukannya Stilbit pada tahun 1756 oleh seorang ilmuwan bernama A. F. Constedt. Constedt menggambarkan kekhasan mineral ini ketika berada dalam pemanasan terlihat seperti mendidih karena molekulnya kehilangan air dengan sangat cepat. Sesuai dengan sifatnya tersebut maka mineral ini diberi nama zeolit yang berasal dari kata ‘zein’ yang berarti mendidih dan ‘lithos’ yang berarti batuan.

Pada tahun 1784, Barthelemy Faujas de Saint seorang profesor geologi Perancis menemukan sebuah formulasi yang cantik hasil penelitiannya tentang zeolit yang dipublikasikan dalam bukunya “Mineralogie des Volcans”. Akhirnya berkat jasanya, pada tahun 1842 zeolit baru tersebut dinamai Faujasit.

Gambar 1. Faujas de Saint dan Faujasit

http://risars.files.wordpress.com/2008/12/faujas-de-saint.jpg?w=128&h=80
Zeolit telah dipelajari oleh para ahli mineral selama lebih dari 250 tahun. Berikut ini diberikan tahun ditemukannya mineral zeolit :

http://risars.files.wordpress.com/2008/12/tabel-penemuan-zeolit.jpg?w=300&h=144

Semenjak awal tahun 1940-an, ilmuwan Union Carbide telah memulai penelitiannya untuk mensintesis zeolit dan mereka berhasil mensintesis zeolit A dan X murni pada tahun 1950, dan setelah itu banyak ditemukan zeolit sintesis jenis baru.
Bila ditinjau dari sisi struktur, zeolit merupakan senyawa aluminosilikat dengan klasifikasi sebagai berikut :
[AlO4]- dan [SiO4]- saling berhubungan pada sudut-sudut tetrahedralnya membentuk Al, Si framework 3D yang berpori.
Muatan pada framework dinetralkan dengan mengikat kation-kation monovalen atau divalen di dalam porinya.
Memiliki kemampuan sebagai penukar kation.
Mengikat molekul air di dalam pori-porinya

.http://risars.files.wordpress.com/2008/12/cage.jpg?w=300&h=163

Gambar 2. Kerangka Zeolit

Karena sifat unik dari zeolit, maka zeolit banyak digunakan untuk berbagai aplikasi di industri diantaranya zeolit digunakan di industri minyak bumi sebagai ‘cracking’, di industri deterjen sebagai penukar ion, pelunak air sadah dan di industri pemurnian air, serta berbagai aplikasi lain.

Referensi
1. Curracao, Antonio.2000.Understanding Zeolit Framework.University of Bern :  Department of chemistry and Biochemistry.
2. http://www.lenntech.com/zeolite-structure
3. Bell, R. G., What Are Zeolite?, United Kingdom, 2001
4. http://www.kopo.mpg.de/kopo/institut/arbeitsbereiche/scmith/research-e.htm