Karakterisasi Debu Vulkanik Erupsi Gunung Sinabung Dari Desa Simacem Kabupaten Karo Dengan Metode Xrd Dan Sem-Edx

SKRIPSI

RONALD J NAIBAHO

100801048

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2015

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat untuk

memperoleh gelar Sarjana Sains

RONALD J NAIBAHO

100801048

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2015

i

GUNUNG SINABUNG DARI DESA SIMACEM KABUPATEN KARO DENGAN METODE XRD DAN SEM-EDX

Kategori : SKRIPSI

Nama : RONALD J NAIBAHO

Nomor Induk Mahasiswa : 100801048

Program Studi : SARJANA(S1)FISIKA

Departemen : FISIKA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM(FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Disetujui di Medan, Februari 2015

Disetujui Oleh

Pembimbing I Pembimbing II

Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc Dr. Perdinan Sinuhaji, MS NIP. 196506171993031009 NIP: 195903101987031002

Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,

Dr.Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003

ii

KARAKTERISASI DEBU VULKANIK ERUPSI GUNUNG SINABUNG DARI DESA SIMACEM KABUPATEN KARO DENGAN METODE XRD

DAN SEM-EDX

SKRIPSI

Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, yang di dalammya terdapat beberapa kutipan dan ringkasan sebagai referensi yang masing masing disebutkan sumbernya.

Medan, Februari 2015

RONALD J NAIBAHO 100801048

iii

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa yang telah memberikan Rahmat, Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul KARAKTERISASI DEBU VULKANIK ERUPSI GUNUNG SINABUNG DARI DESA SIMACEM KABUPATEN KARO DENGAN METODE XRD DAN SEM-EDX. Laporan

tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat mencapai gelar sarjana fisika. Penelitian skripsi ini dilakukan di Laboratorium Pusat Penelitian Fisika (P2F) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) di kawasan PUSPIPTEK Serpong Tangerang, sesuai dengan waktu yang ditetapkan.

Penulis juga menyampaikan banyak terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS dan Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku dosen pembimbing yang telah memberikan panduan dan penuh kpercayaan kepada saya dan telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing saya untuk menyempurnakan tugas akhir ini.

2. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc sebagai dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) USU. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA USU, Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M. Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU beserta seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU.

3. Bapak Wisnu Ari Adi selaku pembimbing di lapangan yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.

4. Orang tua saya tercinta A.NAIBAHO dan T.SIMANJUNTAK yang telah bersusah payah dan senantiasa memberikan dukungan dan perhatian kepada saya. Adek Ida, ayu,ruben beserta keluarga besar saya dan Jenifer nainggolan yang memberikan dukungan dan semangat dalam penyelesaian tugas akhir ini.

iv

Mini, Juli, Sarah, dkk) danIMF USU”, danadik-adik junior 2011, 2012, 2013, 2014 yang selalu memberikan semangat kepada saya dalam penyelesaian skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh kareana itu, penulis memohon maaf apabila terdapat banyak kekurangan dan kesalahan. Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi penulis maupun orang lain yangmembacanya. Amin …

Penulis,

Ronald j Naibaho

100801048

v

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian menggunakan analisis XRD dan SEM-EDX terhadap komposisi Debu Vulkanik erupsi Gunung Sinabung pada tanggal 15 September 2013.Dari hasil XRD Untuk Debu Vulkanik memiliki fasa Anorthite 89.20% dengan struktur kristal Triklinik, parameter kisi a = 8.170 Å, b = 12.849 Å, c = 14.178 Å; fasa Quartz 2.63% dengan struktur kristal Hexagonal, parameter kisi a = 5.135 Å, b = 1.135 Å, c = 5.443 Å; fasa Cristobalite 5.65% dengan struktur kristal Tetragonal, parameter kisi a = 4.957 Å, b = 4.957 Å, c = 6.779 Å dan fasa Alunite 2.52% dengan struktur kristal Hexagonal, parameter kisi a = 6.967 Å, b = 6.967 Å, c = 17.150 Å.

vi

ABSTRACT

A research on the has been done by using XRD analysis and SEM-EDX composition of volcanic rock Mountain Sinabung erupted on 15th _September 2013. From XRD pattern,it was observed that volcanic stone as major 89.20% Anorthite phase with triclinic crystal structure, lattice parameters a = 8.170 Å, b = 12,849Å, c = 14.178 Å,where as Quartz phase for 2.63% was observed as mijor phase with Hexagonal crystal structure, lattice parameters a = 5.135 Å, b = 5.153 Å, c = 5.443 Å;cristobalite phase for 5.65% with the Tetragonal crystal structure, lattice parameters a = 4,957 Å, b = 4.957 Å, c = 6.779 Å and Alunite phase for 2.52% with Hexagonal crystal structure, lattice parameters a = 6.967 Å, b = 6.967 Å, c = 17.150 Å.

vii

Penghargaan iii

Abstrak v

Abstract vi

Daftar isi vii

Daftar Tabel ix

Daftar Gambar x

Bab 1 Pendahuluan

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 3

1.3 Batasan Masalah 3

1.4 Tujuan Penelitian 3

1.5 Manfaat Penelitian 3

1.6 Sistematika Penulisan 4

Bab 2 Tinjauan Pustaka

2.1 Gunung Berapi 5

2.2 Debu Vulkanik 6

2.2.1 Mikrostruktur Debu Vulkanik 8

2.3 Efek Debu Vulkanik 9

2.3.1 Kesehatan 9

2.3.2 Kesuburan Tanah 9

2.3.3 Tanaman dan Peternakan 10

2.4 Logam Berat 10

2.4.1 Pengertian Logam Berat 10

2.4.2 Karakteristik Logam Berat 10

2.5 Senyawa Pada Debu Vulkanik 11

2.5.1 Anorthite 11

2.5.2 Alunite 12

2.5.3 Cristobalite 13

2.5.4 Kuarsa 14

2.5.5 Karbon 16

2.6 Krisatal 16

2.6.1 Pengertian Kristal 16

2.6.2 Struktur Kristal 16

2.6.3 Sistem Kristal 17

2.6.4 Bidang-Bidang Kristal 21

2.7 Analisis Struktur dan Mikrostruktur Kristal 23

2.8 XRD (X-Ray Diffraction) 23

2.8.1 Prinsip Kerja XRD (X-Ray Diffraction) 24

2.8.2 Analisis Difraksi 26

2.9 SEM (Scanning Electron Microscope) 27

viii

3.2 Alat dan Bahan 30

3.3 Prosedur Penelitian 30

3.3.1 XRD (X-Ray Diffraction) 31

3.3.1.1 Sampel dan Preparasi 31

3.3.1.2 Spesifikasi Alat 31

3.3.1.3 Persiapan Pengukuran 34

3.3.1.4 Spesifikasi Pengukuran 35

3.3.1.5 Prosedur Pelaksanaan 35

3.3.2 SEM (Scanning Electron Microscope) 37

3.3.2.1 Spesifikasi Pengukuran 37

3.3.2.2 Prosedur Pelaksanaan 38

3.4 Diagram Alir Penelitian 39

Bab 4 Hasil dan Pembahasan

4.1 Analisis Struktur 40

4.1.1 Analisis Struktur Sampel Debu Vulkanik 40

4.2 Analisis Komposisi 42

4.2.1 Analisis Komposisi Sampel Debu Vulkanik 42 4.3 Analisis SEM-EDX(Scanning Electron

Microscope-Energy Dispersive X-Ray) 42

4.3.1 Mikrostruktur SEM-EDX Sampel DebuVulkanik 42 Bab 5 Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan 45

5.2 Saran 45

Daftar Pustaka Lampiran

ix

Nomor Tabel Judul Halaman

Tabel 2.2 Tingkat isyarat Gunung Berapi Indonesia 6

Tabel 4.1 Sistem Kristal, Konstanta Kisi dan Densitas Senyawa 38 Al2CaO8Si2,_SiO2,dan Al3H12K0.875O14.125S2 Pada Debu

Vulkanik

Tabel 4.2 Fraksi Massa Sampel Debu Vulkanik 39

x

Nomor Gambar Judul Halaman

Gambar 2.1 a. Kubus Sederhana, b. Kubus BCC, c. Kubus FCC 16 Gambar 2.2 Tetragonal Sederhana dan Berpusat Badan 17

Gambar 2.3 Kristal Orthorombik 17

Gambar 2.4 Kristal Monoklinik 18

Gambar 2.5 Kristal Triklinik 18

Gambar 2.7 Kristal Rombhohedral 19

Gambar 2.8 Kristal Heksagonal 19

Gambar 2.9 Difraksi Bragg 24

Gambar 4.1 Pola Difraksi Sinar-x Sampel Debu Vulkanik 37 Gambar 4.2 Mikrostruktur SEM-EDX Sampel Debu Vulkanik 40 Gambar 4.3 Analisis Elementer Sampel Debu Vulkanik 40

v

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian menggunakan analisis XRD dan SEM-EDX terhadap komposisi Debu Vulkanik erupsi Gunung Sinabung pada tanggal 15 September 2013.Dari hasil XRD Untuk Debu Vulkanik memiliki fasa Anorthite 89.20% dengan struktur kristal Triklinik, parameter kisi a = 8.170 Å, b = 12.849 Å, c = 14.178 Å; fasa Quartz 2.63% dengan struktur kristal Hexagonal, parameter kisi a = 5.135 Å, b = 1.135 Å, c = 5.443 Å; fasa Cristobalite 5.65% dengan struktur kristal Tetragonal, parameter kisi a = 4.957 Å, b = 4.957 Å, c = 6.779 Å dan fasa Alunite 2.52% dengan struktur kristal Hexagonal, parameter kisi a = 6.967 Å, b = 6.967 Å, c = 17.150 Å.

vi

ABSTRACT

A research on the has been done by using XRD analysis and SEM-EDX composition of volcanic rock Mountain Sinabung erupted on 15th _September 2013. From XRD pattern,it was observed that volcanic stone as major 89.20% Anorthite phase with triclinic crystal structure, lattice parameters a = 8.170 Å, b = 12,849Å, c = 14.178 Å,where as Quartz phase for 2.63% was observed as mijor phase with Hexagonal crystal structure, lattice parameters a = 5.135 Å, b = 5.153 Å, c = 5.443 Å;cristobalite phase for 5.65% with the Tetragonal crystal structure, lattice parameters a = 4,957 Å, b = 4.957 Å, c = 6.779 Å and Alunite phase for 2.52% with Hexagonal crystal structure, lattice parameters a = 6.967 Å, b = 6.967 Å, c = 17.150 Å.

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Gunung Sinabung adalah sebuah gunung di Dataran Tinggi Karo, Kabupaten Karo, Sumatera Utara, Indonesia. Gunung Sinabung dan Gunung Sibayak adalah dua gunung berapi aktif di Sumatera Utara. Ketinggian gunung ini adalah 2.460 meter. Gunung ini menjadi puncak tertinggi di Sumatera Utara. Gunung ini belum pernah tercatat meletus sejak tahun 1600. Pertama kali Gunung Sinabung Meletus Pada Tahun 2010 . Akibat dari letusan gunung tersebut timbul kabut asap yang tebal berwarna hitam disertai hujan pasir dan debu vukanik yang menutupi ribuan hektar tanaman para petani yang berjarak dibawah radius enam kilometer tertutup debu tersebut. Debu vulkanik tersebut sangat panas, sehingga tanaman petani yang berada di lereng Gunung Sinabung itu, banyak yang mati dan rusak. Diperkirakan seluas 15.341 hektar tanaman pertanian pengungsi Gunung Sinabung terancam gagal panen. Akibatnya, petani berpotensi kehilangan hasil panen pertanian sebesar Rp. 29 miliar lebih. Bahkan ada satu orang dilaporkan meninggal dunia karena gangguan pernapasan ketika mengungsi dari rumahnya. Pada tanggal 3 September, terjadi 2 letusan. Letusan pertama terjadi sekitar pukul 04.45 WIB sedangkan letusan kedua terjadi sekitar pukul 18.00 WIB. Letusan pertama menyemburkan debu vuklkanis setinggi 3 kilometer. Letusan kedua terjadi bersamaan dengan gempa bumi vulkanis yang dapat terasa hingga 25 kilometer di sekitar gunung ini. Pada tanggal 7 September, Gunung Sinabung kembali metelus. Ini merupakan letusan terbesar sejak gunung ini menjadi aktif pada tanggal 29 Agustus 2010.Suara letusan ini terdengar sampai jarak 8 kilometer. (Daniel,Albert, 2011)

Pada tahun 2013, Gunung Sinabung meletus kembali, mulai tanggal 15 sampai tanggal 18 September 2013,telah terjadi 4 kali letusan. Letusan pertama

terjadi pada tanggal 15 September 2013 dini hari,kemudian terjadi kembali pada sore harinya. Pada 17 September 2013, terjadi 2 letusan pada siang dan sore hari. Letusan ini melepaskan awan panas dan abu vulkanik. Tidak ada tanda-tanda sebelumnya akan peningkatan aktivitas sehingga tidak ada peringatan dini sebelumnya. Hujan abu mencapai kawasan Sibolangit dan Berastagi, tidak ada korban jiwa dilaporkan, tetapi ribuan warga pemukiman sekitar terpaksa mengungsi ke kawasan aman. Akibat peristiwa ini, status Gunung Sinabung dinaikkan ke level 3 menjadi Siaga. Setelah aktivitas cukup tinggi selama beberapa hari, pada tanggal 29 September 2013 status diturunkan menjadi level 2(Waspada). Memasuki bulan November, terjadi peningkatan aktivitas dengan letusan-letusan yang semakin menguat, sehingga pada tanggal 3 November 2013 pukul 03.00 status dinaikkan kembali menjadi Siaga. Pengungsian penduduk di desa-desa sekitar berjarak 5 km dilakukan. Pada tanggal 20 November 2013 terjadi enam kali letusan sejak dini hari sehingga Kota Medan yang berjarak 80 km di sebelah timur terkena hujan abu vulkanik. Pada tanggal 24 November 2013 pukul 10.00 status Gunung Sinabung dinaikkan ke level tertinggi, level 4 (Awas). Penduduk dari 21 desa dan 2 dusun harus diungsikan.

Status level 4 (Awas) ini terus bertahan hingga memasuki tahun 2014. Guguran lava pijar dan semburan awan panas masih terus terjadi sampai 3 Januari 2014. Mulai tanggal 4 Januari 2014 terjadi rentetan kegempaan, letusan, dan luncuran awan panas terus-menerus sampai hari berikutnya. Hal ini memaksa tambahan warga untuk mengungsi,hingga melebihi 20 ribu orang. Setelah kondisi ini bertahan terus, pada minggu terakhir Januari 2014 kondisi Gunung Sinabung mulai stabil dan direncanakan pengungsi yang berasal dari luar radius bahaya (5 km) dapat dipulangkan. Namun demikian, sehari kemudian 14 orang ditemukan tewas dan 3 orang luka-luka terkena luncuran awan panas ketika sedang mendatangi Desa Suka Meriah. (Wikipedia B, 2014)

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian di atas penulis merumuskan masalah sebagai berikut: a. Apakah Unsur yang terkandung dan struktur dari debu vulkanik. b. Bagaimana bentuk Mikrostrutur dari debu vulkanik.

1.3 Batasan Masalah

Untuk membatasi masalah-masalah yang ada maka penulis membatasi hal sebagi berikut :

a. Mengetahui Struktur dan Mikrostruktur dari debu vulkanik.

b. Mengambil sampel dari desa simacem yang berjarak 2 km dari kawah Gunung.

1.4 Tujuan Penelitian

1. Untuk mengetahui struktur kristal debu vulkanik Gunung Sinabung. 2. Untuk mengeahui unsur material dari debu vulkanik Gunung Sinabung. 3. Untuk mengetahui mikrostruktur dari debu vulkanik gunung sinabung. 4. Untuk mengetahui unsur yang bisa dimanfaatkan menjadi pupuk .

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat penelitian yang diambil dari penelitian ini adalah : Diharapkan dapat memberikan informasi kepada masyarakat dampak negatif dan positif dari Debu Letusan Gunung Sinabung.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan pada masing-masing bab adalah sebagai berikut: Bab I Pendahuluan

Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat penelitian, dan sistematika penulisan.

Bab II Tinjauan Pustaka

Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasan. Bab III Metode Penelitian

Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagram alir penelitian, prosedur penelitian, pengujian sampel. Bab IV Hasil dan Pembahasan

Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data yang diperoleh dari penelitian.

Bab V Kesimpulan dan Saran

Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian dan memberikan saran untuk penelitian yang lebih lanjut.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Gunung Berapi

Gunung berapi atau gunung api secara umum adalah istilah yang dapat didefenisikan sebagai suatu sistem saluran fluida panas (bantuan dalam wujud cair atau lava) yang memanjang dari kedalaman sekitar 10 km dibawah permukaan bumi sampai ke permukaan bumi, termasuk endapan hasil akumulasi material yang dikeluarkan pada saat meletus. Gunung berapi terdapat di seluruh dunia, tetapi lokasi gunung api yang paling dikenali adalah gunung berapi yang berada di sepanjang busur Cincin Api Pasifik (Pasifik Ring of Fire). Busur Cincin Api Pasifik merupakan garis bergeseknya antara dua lempengan tektonik .

Gunung berapi terdapat dalam beberapa bentuk sepanjang masa hidupnya. Gunung berapi yang aktif mungkin berubah menjadi separuh aktif, istirahat, sebelum akhirnya menjadi tidak aktif atau mati. Bagaimanapun gunung berapi mampu istirahat dalam waktu 610 tahun sebelum berubah menjadi aktif kembali. Oleh karena itu, untuk menentukan keadaan sebenarnya dari pada suatu gunung api itu, apakah gunung berapi itu berada dalam keadaan istirahat atau telah mati.

Tabel 2.1 Tingkat Isyarat Gunung Berapi Indonesia

Tingkat isyarat gunung berapi di Indonesia

Status Makna Tindakan

AWAS

Menandakan gunung berapi yang segera atau sedang meletus atau ada keadaan kritis yang menimbulkan

Wilayah yang terancam bahaya direkomendasikan untuk dikosongkan

bencana

Letusan pembukaan dimulai dengan abu dan asap

Letusan berpeluang terjadi dalam waktu 24 jam

Koordinasi dilakukan secara harian

Piket penuh

SIAGA

Menandakan gunung berapi yang sedang bergerak ke arah letusan atau menimbulkan bencana

Peningkatan intensif kegiatan seismik

Semua data menunjukkan bahwa aktivitas dapat segera berlanjut ke letusan atau menuju pada keadaan yang dapat menimbulkan bencana Jika tren peningkatan berlanjut, letusan dapat terjadi dalam waktu 2 minggu

Sosialisasi di wilayah terancam Penyiapan sarana darurat Koordinasi harian

Piket penuh

WASPADA

Ada aktivitas apa pun bentuknya Terdapat kenaikan aktivitas di atas level normal

Peningkatan aktivitas seismik dan kejadian vulkanis lainnya

Sedikit perubahan aktivitas yang diakibatkan oleh aktivitas magma, tektonik dan hidrotermal

Penyuluhan/sosialisasi Penilaian bahaya Pengecekan sarana

Pelaksanaan piket terbatas

NORMAL

Tidak ada gejala aktivitas tekanan magma

Level aktivitas dasar

Pengamatan rutin

Survei dan penyelidikan

2.2 Debu Vulkanik

Debu Vulkanik terdiri dari dalam partikel-partikel batuan vulkanik terfragmentasi. Debu vulkanik sering panas sangat dekat dengan gunung berapi tetapi dingin ketika jatuh pada jarak tertentu. Hal ini terbentuk selama ledakan gunung berapi,dari longsoran panas batuan yang mengalir menuruni sisi gunung berapi, atau dari merah-panas cair lava semprot. Debu bervariasi dalam penampilan tergantung pada jenis gunung berapi dan bentuk letusan Dengan demikian, dapat berkisar dalam warna grit dari debu terang hingga hitam dan dapat bervariasi dalam ukuran dari yang seperti grit menjadi sehalus bedak. Debu menghalangi sinar matahari, mengurangi visibilitas. Besar debu deposito dapat dimasukkan ke dalam tanah yang ada dan menjadi tanah lapisan atas masa depan suatu daerah. Kesuburan tanah sekitar banyak gunung berapi ini disebabkan deposito abu tua. Ini efek menguntungkan dari vulkanisme melebihi, dari waktu ke waktu, bahaya Letusan juga dapat menghasilkan guntur dan kilat dari gesekan antara denda, partikel udara yang dapat lokal di atas gunung berapi atau menemani bulu abu besar dari letusan jarang, sehingga debu jatuh segar dapat memiliki lapisan asam yang dapat menyebabkan iritasi pada paru-paru dan mata.

Lapisan asam cepat dihapus oleh hujan,yang kemudian dapat mencemari persediaan air setempat. Dalam letusan kebanyakan,debu vulkanik menyebabkan kesehatan yang relatif sedikit masalah, tetapi menimbulkan banyak kecemasan. Orang bisa menjadi lebih takut bahaya kesehatan debu vulkanik dan gas daripada risiko kematian dari bahaya yang lebih besar,seperti piroklastik. Jatuhan piroklastik adalah bahan material vulkanik jatuhan yang disemburkan ke udara saat terjadi letusan, terdiri dari batuan berukuran besar sampai berukuran halus. Batuan yang berukuran besar (bongkah – kerikil) biasanya jatuh disekitar kawah sampai radius 5 – 7 km dari kawah, dan yang berukuran halus dapat jatuh pada jarak mencapai ratusan km bahkan ribuan km dari kawah karena dapat terpengaruh oleh adanya hembusan angin. Debu memiliki ciri –ciri seperti bergerigi kecil potongan batuan, mineral dan kaca vulkanik ukuran pasir dan lumpur (kurang dari 2 mm (1/12 inci) di diameter) meletus oleh gunung berapi disebut debu vulkanik. Setiap partikel abu kecil bisa

kurang dari 0,001 milimeter (1/25, 000 inci) di seluruh. Debu vulkanik bukanlah produk pembakaran, seperti bahan berbulu lembut yang diciptakan oleh pembakaran kayu,daun, atau kertas. Debu vulkanik sulit, tidak larut dalam air, sangat kasar dan agak korosif, dan melakukan listrik bila basah. Debu vulkanik terbentuk selama letusan gunung berapi ledakan.

Letusan peledak terjadi ketika gas-gas dilarutkan dalam bataun cair (magma) memperbesar dan melarikan diri keras ke udara, dan juga ketika air dipanaskan oleh magma dan tiba-tiba berkedip menjadi uap. Kekuatan gas melarikan diri keras menghancurkan batuan padat. Memperluas gas juga cabik magma dan ledakan itu ke udara, dimana ia membeku menjadi fragmen-fragmen batuan vulkanik dan kaca. Setelah di udara,angin bisa meniup partikel kecil debu puluhan hingga ribuan kilometer jauhnya dari gunung berapi. Ukuran rata – rata butir fragmen batuan dan debu vulkanik meletus dari lubang vulkanik meledak sangat bervariasi antara letusan yang berbeda dan selama letusan ledakan tunggal yang berlangsung berjam – jam sampai berhari- hari. Lebih berat, berukuran fragmen batu besar biasanya jatuh kembali ke tanah pada atau dekat dengan gunung berapi dan lebih kecil dan ringan fragmen yang ditiup semakin jauh dari gunung berapi oleh angin. Debu vulkanik, partikel-partkel terkecil (2mm atau lebih kecil), dapat melakukan perjalanan ratusan hingga ribuan kilometer arah angin dari gunung berapi tergantung pada kecepatan angin, volume debu meletus, dan ketinggian kolom letusan. (HTML A, 2010)

2.2.1 Mikrostruktur Debu Vulkanik

Kandungan material dari debu yang dimuntahkan itu mengandung Si02 atau pasir kuarsa yang biasa digunakan untuk membuat gelas. Bentuk pasir kuarsa itu tidak bulat layaknya debu biasa. Di bawah mikroskop, pasir kuarsa itu tampak berujung runcing. Ini tentunya bisa melukai saluran pernapasan, mata, bahkan kulit. aat meletus, gunung berapi memang umumnya menyemburkan uap air (H2O), karbon dioksida (CO2),sulfur dioksida (SO2), asam klorida (HCl), asam fluorida (HF), dan abu vulkanik ke atmosfer. Debu vulkanik mengandung silika, mineral, dan bebatuan.

Unsur yang paling umum adalah sulfat, klorida, natrium, kalsium, kalium, magnesium, dan fluoride. Ada juga unsur lain, seperti seng, kadmium, dan timah, tapi dalam konsentrasi yang lebih rendah. (HTML A, 2010)

2.3 Efek Debu Vulkanik 2.3.1 Kesehatan

Debu vulkanik yang dikeluarkan oleh Gunung Sinabung mengandung banyak unsur gas kimia, seperti : Hidrogen Sulfida (H2S), Karbon Monoksida (CO), Nitrogen Dioksida (NO2), gas Ammoniak (NH3), dan Sulfur Dioksida (SO2). Unsur – unsur tersebut sangat tidak bersahabat dengan tubuh manusia pada umumnya. Selain itu debu vulkanik juga mengandung unsur gas kimia yang paling berbahaya yaitu SiO2 yang berupa mikrostruktur yang dapat membahayakan mata dan paru – paru. (Sudaryo,2009)

2.3.2 Kesuburan tanah

Debu vulkanik yang terbentuk dari lapukan materi dari letusan gunung berapi yang subur mengandung unsur hara N,P,S, unsur mikro yang tinggi. Allophan adalah Aluminosilikat amorf yang dengan bahan organik dapat membentuk ikatan kompleks. Di daerah kering, tanah dari abu vulkanik tersebut memiliki warna tanah yang tidak sehitam dari daerah lain. Sifat-sifat tanah allophan adalah:

1. Profil tanahnya dalam.

2. Lapisan atas maupun permukaannya gembur serta berwarna hitam.

3. Lapisan subsoil berwarna kecoklatan dan terasa licin bila digosok diantar jari-jari.

4. Bulk densitynya sangat rendah (< 0,85). 5. Daya tahan terhadap air tinggi.

7. Daya lekat maupun plastisitasnya tidak ada bila lembab. (Sudaryo,2009)

2.3.3. Tanaman dan Peternakan

Salah satu gas yang disemburkan oleh Gunung Sinabung adalah gas fluor (F2.) Gas ini coklat kekuningan, korosif dan sangat beracun. Seperti CO2, itu lebih berat dari udara dan cenderung untuk mengumpulkan di daerah rendah. Hidrogen fluorida (Hf), sangat korosif dan beracun, dan menyebabkan luka bakar internal yang mengerikan dan kalsium serangan di sistem kerangka.. Bahkan setelah gas terlihat atau asam telah hilang, fluor dapat diserap ke dalam tanaman, dan mungkin dapat meracuni orang dan hewan untuk waktu yang lama setelah letusan. (V. Vlanck, 1985)

2.4 Logam Berat

2.4.1 Pengetian Logam Berat

Logam berat adalah unsur alami dari kerak bumi. Logam yang stabil dan tidak bisa rusak atau hancur, oleh karena itu mereka cenderung menumpuk dalam tanah dan sedimen. Banyak istilah logam berat telah diajukan, berdasarkan kepadatan, nomor atom, berat atom, sifat kimia atau racun. Logam berat yang dipantau meliputi: Antimony (Sb), Arsenik (As), Cadmium (Cd), Cobalt (Co), Chromium (Cr), Copper (Cu), Nickel (Ni), Lead (Pb), Mangan(Mn), Molybdenum (Mo), Scandium (Sc), Selenium (Se), Titanium (Ti), Tungsten (W), Vanadium (V), Zinc (Zn). Besi (Fe), Nikel (Ni), Stronsium (Sr), Timah (Sn)

2.4.2 Karakteristik Logam Berat

Berdasarkan daya hantar panas dan listrik, semua unsur kimia yang terdapat dalam susunan berkala unsur-unsur dapat dibagi atas dua golongan yaitu logam dan non logam. golongan logam yang mempunyai daya hantar panas dan

listrik yang tinggi,sedangkan golongan non logam mempunyai daya hantar listrik yang rendah. Berdasarkan densitasnya, golongan logam dibagi atas dua golongan, yaitu golongan logam ringan dan logam berat.Golongan logam ringan (light metals) mempunyai densitas <5, sedangkan logam berat (heavy metals) mempunyai

densitas >5. Berbeda dengan logam biasa, logam berat biasanya menimbulkan efek khusus pada makhluk hidup. Dapat dikatakan bahwa semua logam berat dapat menjadi racun bagi tubuh makhluk hidup apabila melampaui ambang batas yang diizinkan. Namun sebagian dari logam berat tersebut memang dibutuhkan oleh tubuh makhluk hidup dalam jumlah tertentu (sedikit), yang juga apabila tidak terpenuhi akan berakibat fatal terhadap kelangsungan hidup dari makhluk hidup tersebut. Salah satu polutan yang sangat berbahaya bagi kesehatan manusia adalah logam berat.WHO (World Health Organisation) dan FAO (Food Agriculture Organisation) merekomendasikan untuk tidak mengkonsumsi makanan

laut (seafood) yang tercemar logam berat.

2.5 Senyawa Pada Debu Vulkanik 2.5.1 Anorthite

Anorthite merupakan golongan mineral utama (Felspar, Plagioklas dll). Mineral utama adalah komponen mineral dari debu yang diperlukan untuk menggolongkan (mengklasifikasikan), tetapi tidak perlu terdapat dalam jumlah yang banyak. Felspar adalah suatu kumpulan dari sejumlah mineral pembentuk debu dengan rumus umum : MAI (Al, Si)3 O8dimana M = K, Na, Ca, Ba, Rb, Sr, dan Fe. Felspar adalah mineral yang paling banyak tersebar dalam debu dan merupakan 60% dari kerak bumi.

Felspar umumnya berwarna putih atau keputih-putihan, mereka tidak mempunyai warna tersendiri tetapi sering kali diwarnai oleh pengotoran-pengotoran zat lain, mempunyai kekerasan 6 pada skala MOHS, mempunyai sistem kristal monoklin atau triklin, mempunyai belahan yang baik dalam dua arah. Felspar yang

lapuk menjadi liat juga mineral kaolinit. Mineral felspar yang banyak terdapat adalah ortoklas dan plagioklas. Kumpulan mineral felspar adalah

1. Ortoklas (Or) = KalSi3O8 2. Albit (Ab) = NaAlSi3O8 3. Anorthite (An) = CaAlSi3O8

Or dan Ab, membentuk kumpulan felspar Alkali, tanpa atau dengan sedikit An (An kurang dari 20%). Yang termasuk kumpulan felspar alkali adalah Ortoklas, Sanidin, Adularia, Mikrolin, dan Anortoklas. Ab dan An, membentuk kumpulan plagioklas dengan komposisi berkisar dari 100% Ab hingga 100% An. Yang termasuk kumpulan plagioklas adalah Albit, Oligoklas, Andesin, dan Anorthite. Plagioklas adalah kumpulan sejumlah mineral dengan sistem kristal triklin. Plagioklas merupakan mineral pembentuk debu yang paling umum, dan dikenal ada enam kombinasi mineral antara lain : Albit, Oligoklas, Andesin, Labradorit, Bitownit, dan Anorthite. Rumus umumnya : (Na, Ca) Al (Si, Al) Si2O8.Dengan warna : putih, putih kelabu, kadang-kadang kehijauan, kebiru-biruan, jarang yang berwarna kemerahan, hitam. (Moch,Munir. 1996)

2.5.2 Alunite

Alunite juga dikenal sebagai alumstone. Mineral ini pertama kali diamati pada abad ke-15 di Tolfa, tempat dekat Roma. Di sini, itu ditambang untuk memproduksi tawas, kal (SO4) 2 - 12H2O. Pada tahun 1707, pertama kali dinamakan sebagai aluminilite oleh JC Delametherie. Pada tahun 1824, namanya diubah menjadi nontronit oleh FS Beudant. Nama ini berasal dari alunit Latin, yang berarti "tawas." Alunite terbentuk dari aksi asam sulfat pada kalium feldspar yang kaya dalam proses yang disebut sebagai "alunitization."Asam sulfat menemani solusi hidrotermal. Hal ini umumnya

kaya akan logam bijih tertentu. Solusi ini mengakibatkan tubuh besar nontronit, membuatnya menjadi mineral debu pembentuk. Tes asam membuktikan identifikasi Alunite tidak bergelembung bahkan ketika dalam bentuk bubuk.

Simetri alunite adalah sama dengan anggota Tourmaline Grup tetapi kristal alunite tidak membentuk kristal prismatik seperti yang dimiliki mineral turmalin khas. Kristal dari alunite lebih pipih dan menyerupai rhombohedrons hampir kubik. "Rhombohedrons" adalah kombinasi dari dua piramida trigonal.Sifat Fisik AluniteWarna Putih, abu-abu, abu-abu kekuningan, abu-abu kemerahan, putih kekuningan. Kepadatan 2,59-2,9, transparan untuk tembus.Fraktur tidak merata, permukaan retak dalam pola tidak merata, pembelahan baik. Tekstur seperti tanah liat tanpa afinitas kristal terlihat. Kristal dibuat dari serat. Kekerasan 3,5-4 - Copper Penny-Fluorite. Alunite terjadi sebagai vena dan massa pengganti di trachyte, riolit, dan kalium yang kaya akan debu vulkanik. (Moch.Munir, 1996)

2.5.3 Cristobalite

Kristobalit adalah polimorf dari kuarsa, yang berarti bahwa itu terdiri dari kimia yang sama, SiO 2, tetapi memiliki struktur yang berbeda. Kedua kuarsa dan kristobalit adalah polimorf dengan semua anggota Kelompok Quartz yang juga termasuk coesite, tridimit dan stishovite. Kristobalit adalah umum pada debu vulkanik dan banyak kristal mikroskopis yang mudah terlihat dalam mikroskop petrografi. Namun, kristal terbentuk dengan baik lebih besar lebih jarang dan spesimen yang baik ditemukan di celah-celah dan rongga (disebut vesikel) dari debu host. Distribusi tersebar luas kristobalit dalam beberapa jenis batu akan membutuhkan rating kelimpahan minimal umum, meskipun spesimen kristal makroskopik yang baik sulit untuk menemukan. Identifikasi kristobalit tidak selalu mudah, tetapi begitu umum dalam debu vulkanik yang kebiasaan kristal dan warna biasanya cukup. Kristobalit memiliki fase suhu yang lebih tinggi yang disebut beta kristobalit. Kebanyakan kristobalit diyakini mengkristal kristobalit sebagai beta yang memiliki simetri isometrik dan kemudian sebagai kristal mendingin, ia dengan mudah mengkonversi ke alpha kristobalit atau hanya kristobalit. Kristal khas beta kristobalit adalah octahedrons. Konversi dari beta kristobalit ke kristobalit begitu mudah sehingga kristal isometrik beta kristobalit yang secara lahiriah diawetkan dalam bentuk aslinya.

Beta kristobalit memiliki simetri lebih tinggi dari simetri tetragonal dari kristobalit. Oleh karena itu, struktur interior tidak isometrik lagi dan dengan demikian kristal tampak oktahedral disebut pseudomorphs atau "bentuk palsu".

Kristobalit hanya stabil pada suhu permukaan normal; artinya, jika bisa, perlahan-lahan akan dikonversi ke struktur kuarsa. Tapi ini adalah proses yang lambat dan rumit mengambil ribuan tahun jika itu terjadi sama sekali. Ini adalah proses yang lambat terutama karena transformasi melibatkan melanggar obligasi dan penataan ulang atom. Atom-atom dari aluminium dan natrium dalam struktur dapat membantu stabilitas kristobalit juga.(Moch.Munir, 1996)

2.5.4 Kuarsa/Quartz (SiO2)

Kuarsa adalah mineral utama dari silika dan salah satu mineral pembentuk Kristal optik. Struktur atomik dari kuarsa dalah tetra hidron yang satu atom silikon dikelilingi empat atom oksigen. (Moechtar, 1990).

Fasa temperatur rendah dari silika disebut kuarsa, mineral temperatur tinggi disebut kristobalit. Perubahan dari kuarsa ke trydynit memerlukan perubahan besar dalam susunan kristalnya. Kristobalit mengalami suatu perubahan struktur yang lebih baik tetapi bukan pematahan, trydynit mengalami dua perubahan pada jangkauan meta stabilnya : pertama pada temperatur 117 oC dari yang lainnya. Pada temperatur 163 oC inversi yang cepat ini mempengaruhi silica sebagai bahan refrelatory (bahan tahan api) dengan dibawah kondisi perubahan temperatur yang cepat.

Kuarsa (SiO2) tergolong dalam kelompok mineral silikat. Ciri-ciri mineral ini sebagai berikut: sistem kristal heksagonal; kekerasan 7; berat jenis 2,65;warna bening. atau putih; gores/cerat putih; kilap kaca (vitreous) ; dan belahan tidak ada. Kuarsa (silicon dioxide atau SiO2) adalah mineral tunggal utama di bumi. Terdiri dari banyak warna dan bentuk, tetapi selalu mempunyai sebuah kilap kaca dan mempunyai kekerasan. Kuarsa juga dapat berwarna coklat, hitam ataupun ungu (amethyst), jarang terdapat berwarna hijau dan warna lainnya tergantung dari campuran yang terkandung di dalamnya. Apabila kita telah terbiasa dengan mineral

kuarsa ini maka akan mudah sekali untuk mengenalinya dalam bentuk yang bermacam-macam. Pada dasarnya kuarsa yang murni disebut kristal. Kristal selalu menunjukkan enam sisi pada bagian luar, sedangkan di dalam ketika kita belah kuarsa tidak mempunyai arah belahan. (Anggreini, D. 2008)

Mineral Kuarsa (quartz) ini ditemukan di dalam debu beku dan debu metamorf. Kuarsa merupakan mineral paling umum ditemukan dalam mineral gang dari urat-urat hidrothermal. Mineral tersebut juga ditemukan dalam bentuk pasir kuarsa lantaran terjadi pelapukan pada debu beku ataupun metamorf. Pasir kuarsa terdapat sebagai endapan sedimen, berasal dari rombakan debu yang mengandung silicon dioksida (kuarsa SiO2) seperti granit, riolit dan granodiorit. Endapan pasir kuarsa terjadi setelah melalui proses transportasi, sortasi dan sedimentasi. Oleh sebab itu endapan pasir kuarsa di alam tidak pernah didapatkan dalam keadaan murni. Butir kuarsa di alam umumya terdapat bercampur dengan lempung, feldspar, magnetit, ilmenit, limonit, pirit, mika (biotit), hornblendedan zircon serta bahan organik dari tumbuhan dan sebagainya. Proses transportasi oleh air menyebabkan batuan pasir menjadi bertambah halus dan relatif menjadi lebih murni. Material pengotor tersebut pada umumnya memberi warna pada pasir kuarsa, sehingga dari warna yang dihasilkan dapat ditunjukkan derajat kemurniannya.

Pada umunya pasir kuarsa di endapkan dalam penyebaran yang melebar, dengan ukuran butir yang berbeda mulai dari fraksi halus (0,06 mm) – kasar (2 mm). Pasir kuarsa di Indonesia juga pada umunya mempunyai komposisi SiO2 = 55,30 – 99,87 %, Fe2O3= 0,01 – 9,14%, TiO2= 0,01 – 0,49 %,Al2O3= 0,0118,00 %, CaO = 0,01– 0,26 %, MgO = 0,01 – 0,26 %, K2O = 0,01 – 17,00%. Dalam perhitungan cadangan endapan pasir kuarsa dapat dilakukan dengan cara perkalian antara luas penyebaran dengan ketebalan rata-rata. (Moechtar, 1990)

2.5.5 Karbon (C)

Karbon merupakan salah satu unsur dari unsur-unsur yang terdapat dalam golongan IV A dan merupakan salah unsur terpenting dalam kehidupan sehari-hari karena terdapat lebih banyak senyawa yang terbentuk dari unsur karbon. Keistimewaan karbon yang unik adalah kecenderungannya secara alamiah untuk mengikat dirinya sendiri dalam rantai-rantai atau cincin-cincin, tidak hanya dengan ikatan tunggal, C - C, tetapi juga mengandung ikatan ganda C = C, serta rangkap tiga,C≡C. Lebih dari sembilan puluh persen unsur karbon merupakan unsur sintetik, sedangkan sisanya diperoleh dari mahluk hidup (tumbuh-tumbuhan, hewan, jamur, dan mikroorganisme) serta fosil batu bara dan minyak bumi. (Moechtar, 1990)

2.6 Kristal

2.6.1 Pengertian Kristal

Kristal adalah bahan padat dengan pola ulang jangkau panjang yang periodik dalam ketiga arah koordinat. Sebuah kristal ideal disusun oleh satuan-satuan struktur yang identik secara berulang-ulang yang tak hingga di dalam ruang. Sebagian besar materi fisika zat padat adalah kristal dan elektron di dalamnya, fisika zat padat mulai dikembangkan awal abad ke 20, mengikuti penemuan difraksi sinar-x oleh kristal.(Moechtar, 1990)

2.6.2 Struktur Kristal

Bahan yang tersusun oleh deretan atom-atom yang teratur letaknya dan berulang (periodik) yang tidak berhingga dalam ruang disebut bahan kristal. Kumpulan yang berupa atom atau molekul dan sel ini terpisah sejauh 1 Å atau 2 Å. Sebaliknya, zat padat yang tidak memiliki keteraturan demikian disebut bahan

amorf atau bukan- kristal. Kristal merupakan susunan atom-atom yang teratur dalam ruang tiga dimensi. Keteraturan susunan tersebut terjadi karena harus terpenuhinya kondisi geometris, ketentuan ikatan atom, serta susunan yang rapat. Struktur kristal dapat digambarkan dalam bentuk kisi, dimana setiap titik kisi akan ditempati oleh atom atau sekumpulan atom. Kisi kristal memiliki sifat geometri yang sama seperti kristal. Kisi yang memiliki titik-titik kisi yang ekuivalen disebut

kisi bravais sehingga titik-titik kisi tersebut dalam kristal akan ditempati oleh

atom-atom yang sejenis. Lattice (kisi) adalah sebuah susunan titik yang teratur dan

periodik didalam ruang sedangkan basis adalah sekumpulan atom dengan jumlah

atom dalam sebuah basis dapat berisi satu atom atau lebih. (Moechtar, 1990)

2.6.3 Sistem Kristal

Ada 230 bentuk kristal yang semuanya sudah pernah diamati. Berdasarkan simterinya, bentuk-bentuk kristal dapat diolongkan dalam 32 kelas dan tiap-tiap kelas dapat dikembalikan menjadi tujuh sistem kristal. Sistem kristal kubus memiliki panjang rusuk yang sama ( a = b = c) serta memiliki sudut (α = β = γ)

sebesar 90°. Sistem kristal kubus ini dapat dibagi ke dalam 3 bentuk yaitu kubus sederhana (simple cubic/ SC), kubus berpusat badan (body-centered cubic/

BCC) dan kubus berpusat muka (Face-centered Cubic/ FCC).

1. Sistem kristal kubus

Berikut bentuk dari ketiga jenis kubus tersebut: a. Kubus Sederhana,

Pada bentuk kubus sederhana, masing-masing terdapat satu atom pada semua sudut (pojok) kubus.

b. Pada kubus BCC, masing-masing terdapat satu atom pada semua pojok kubus, dan terdapat satu atom pada pusat kubus (yang ditunjukkan dengan atom warna biru).

pojok kubus, jug kubus (yang dit

Gambar 2.1 a) K 2. Sistem kristal tetrago Pada sistem kristal tetra

c) dan semua sudut (α

hanya memiliki dua be tetragonal sederhana, terdapat satu atom pada tetragonal berpusa memiliki 1 atom pada atom lainnya berada pad

Gambar 2.2 Tet

3. Sistem kristal Ortoro Sistem kristal ortorombi center (berpusat badan) muka (yang ditunjukkan

, juga terdapat atom pada diagonal dari masin ditunjukkan dengan atom warna merah).

) Kubus Sederhana ; b) Kubus BCC ; c) Kubus (Sumber: Addi agonal

tragonal, dua rusuknya yang memiliki panjang sa (α = β = γ) sebesar 90°. Pada sistem kristal

bentuk yaitu sederhana dan berpusat badan. P , mirip dengan kubus sederhana, dimana m pada semua sudut (pojok) tetragonalny pusat badan, mirip pula dengan kubus berpusat

da pusat tetragonal (ditunjukkan pada atom war ada pojok (sudut) tetragonal tersebut.

etragonal Sederhana dan Berpusat Badan

(Sumber:Addi orombik

bik terdiri atas 4 bentuk, yaitu : ortorombik sed an) (yang ditunjukkan atom dengan warna mer ukkan atom dengan warna biru), dan berpusat

sing-masing sisi

us FCC

: Addison,1980)

sama (a = b ≠

al tetragonal ini n. Pada bentuk masing-masing lnya. Sedangkan usat badan, yaitu arna biru), dan

:Addison,1980)

sederhana, body erah), berpusat pusat muka pada

dua sisi ortorombik (ya dari sistem kristal ortoro sama (α= β=γ) yaitu se

4. Sistem kristal monok Sistem kristal monoklin berpusat muka pada warna hijau). Sistem k beda (a ≠ b≠ c), serta su

5. Sistem Kristal Trikli Pada sistem kristal trikli panjang rusuk yang berb beda pula yaituα ≠ β ≠ γ

(yang ditunjukkan atom dengan warna hijau). P orombik ini berbeda-beda (a ≠ b≠c), dan memili

u sebesar 90°.

Gambar 2.3 Kristal Orthorombik

(Sumber: Addi

oklin

onoklin terdiri atas 2 bentuk, yaitu : monoklin s dua sisi monoklin (yang ditunjukkan a kristal monoklin ini memiliki panjang rusuk y sudutα=γ= 90° danβ≠90°.

Gambar 2.4 Kristal Monoklinik

(Sumber: Addi iklinik

iklin, hanya terdapat satu orientasi. Sistem kristal erbeda (a ≠ b ≠ c), serta memiliki besar sudut y

≠ γ ≠90°.

. Panjang rusuk iliki sudut yang

: Addison,1980)

sederhana dan atom dengan yang

berbeda-: Addison,1980)

stal ini memiliki udut yang

berbeda-Gambar 2.5 Kristal Triklinik

(Sumber: Addison,1980)

6. Sistem Kristal Rombohedral atau Trigonal

Pada sistem kristal ini, panjang rusuk memiliki ukuran yang sama (a = b ≠

c). sedangkan sudut-sudutnya adalahα=β= 90°danγ=120°.

Gambar 2.6 Kristal Rombohedral

(Sumber: Addison,1980)

7. Sistem Kristal Heksagonal

Pada system kristal ini, sesuai dengan namanya heksagonal (heksa = enam), maka system ini memiliki 6 sisi yang sama. System kristal ini memiliki dua nilai sudut yaitu 90° dan 120° (α = β = 90°dan γ =120°) , sedangkan pajang rusuk-rusuknya

adalah a =b ≠ c. semua atom berada pada sudut-sudut (pojok) heksagonal dan

terdapat masing-masing atom berpusat muka pada dua sisi heksagonal (yang ditunjukkan atom dengan warna hijau).

2.6.4 Bidang_–Bidang K Besarnya jarak antar bida a. Kubus

1

d =

h + k + l

a 2.1

V = a 2.2

b. Tetragonal

1

= + + 2.3

V = a c 2.4

c. Heksagonal 1 = 4 3 + + + 2.5

V = 0,866 a c 2.6

d. Ortorombik

Gambar 2.7 Kristal Heksagonal

(Sumber: Addi

ang Kristal

bidang dan volume unit sel untuk beberapa sistem kr

1

d =

h + k + l

a 2.1

V = a 2.2

1

= + + 2.3

V = a c 2.4

1 = 4

3

+ +

+ 2.5

V = 0,866 a c 2.6

: Addison,1980)

m kristal adalah

1

d =

h + k + l

a 2.1

V = a 2.2

1

= + + 2.3

V = a c 2.4

1 = 4

3

+ +

+ 2.5

1

= + + 2.7

V = a b c 2.8

e. Rombohedral

1

= ( + + ) + 2( + + )( cos )

(1 3 + 2 ) 2.9

V = a 1 3 cos α+ 2 cos α 2.10

f. Monoklinik

1

= 1 + + 1 2 cos 2.11

V = a. b. c sinβ 2.12

g. Triklinik

1

= 1 ( + + + 2 + 2 + 2 ) 2.13

V = abc 1 3 cosα cosβ cosγ + 2 cosα cosβ cosγ 2.14

dengan :

s11 = b2c2sin2α s22 = a2c2sin2β s33 = a2b2sin2γ

s12 = a b c2( cos α cos β – cos γ ) s23 = a2bc ( cos β cos γ – cos α ) s13 = a b2c ( cos γ cos α – cos γ )

2.7 Analisis Struktur dan Mikrostruktur Kristal

Analisa struktur dan mikrostruktur kristal dilakukan dengan menggunakan XRD (X- Ray Diffraction) dan SEM-EDX ( Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive Spectroscopy), dan Micro XRF (X-Ray Fluorisensi).

(Okto, Perdana. 2013)

2.8 XRD (X-Ray Diffraction)

Difraksi sinar-x merupakan proses hamburan sinar-x oleh bahan kristal. Pembahasan mengenai difraksi sinar-x mencakup pengetahuan yang berhubungan dengan hal-hal berikut ini:

1. pembentukan sinar-x

2. hamburan (scattering) gelombang elektromagnetik

3. sifat kekristalan bahan (kristalografi)

Ada dua proses yang terjadi bila seberkas sinar-x ditembakkan ke sebuah atom: (1) energi berkas sinar-x terserap oleh atom, atau (2) sinar-x dihamburkan oleh atom. Dalam proses yang pertama, berkas sinar-x terserap atom melalui Efek Fotolistrik yang mengakibatkan tereksitasinya atom dan/atau terlemparnya elektron-elektron dari atom. Atom akan kembali ke keadaan dasarnya dengan (1) memancarkan elektron (melalui Auger effect), atau (2) memancarkan sinar-x

floresen yang memiliki panjang gelombang karakteristik atom tereksitasinya. Pada proses yang kedua, ada bagian berkas yang mengalami hamburan tanpa kehilangan

kehilangan energi (panjang gelombangnya tetap) dan ada bagian yang terhambur dengan kehilangan sebagian energi (Hamburan Compton). Hamburan Compton

dinamakan juga hamburan tak-koheren. Jadi serapan total sinar-x terjadi karena efek fotolistrik dan hamburan tak-koheren. Namun, hamburan tak-koheren memiliki efek menyeluruh yang dapat diabaikan, kecuali untuk radiasi dengan panjang gelombang pendek yang mengenai material dengan berat atom rendah. Dalam interaksinya dengan material, sinar-x juga dapat mengalami polarisasi linier

(seperti halnya cahaya tampak), baik parsial maupun total. Dengan demikian berkas sinar-x terpolarisasi dapat diperoleh dengan cara hamburan dan untuk sudut hamburan 90o, polarisasi lengkap terjadi, yaitu komponen vektor medan listrik tegak lurus bidang yang dibentuk berkas datang dan berkas terhambur. Berkas hamburan sinar-x oleh material yang dapat diukur adalah intensitas. Intensitas berkas sinar-x yang mendekati paralel adalah fluks energi yang melewati satu satuan luasan tertentu per satuan waktu. Untuk gelombang planar monokromatik, intensitas sebanding dengan kuadrat amplitudo getaran. Intensitas radiasi yang dihasilkan oleh sumber titik (atau sumber kuasi-titik) pada arah tertentu adalah energi yang dipancarkan per detik per satuan sudut ruang pada arah itu. Dalam pengukuran intensitas mutlak, cara termudah adalah dengan menentukan jumlah foton teremisi atau tertangkap (detektor) per satuan waktu, bisa per satuan luas atau per satuan sudut ruang.

Spektroskopi difraksi sinar-X (X-ray difraction/XRD) merupakan salah satu metoda karakterisasi material yang paling tua dan paling sering digunakan hingga sekarang. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel. Sinar X merupakan radiasi elektromagnetik yang memiliki energi tinggi sekitar 200 eV sampai 1 MeV. Sinar X dihasilkan oleh interaksi antara berkas elektron eksternal dengan elektron pada kulit atom. Spektrum sinar- X memilki panjang gelombang 10 nm, berfrekuensi 1017-1020 Hz dan memiliki energi 103-106 eV. Panjang gelombang sinar X memiliki orde yang sama dengan jarak antar atom sehingga dapat digunakan sebagai sumber difraksi Kristal.

(Jamaluddin, K. 2010)

2.8.1 Prinsip Kerja XRD (X-Ray Diffraction)

Metode difraksi sinar X digunakan untuk mengetahui struktur dari lapisan tipis yang terbentuk. Sampel diletakkan pada sampel holder difraktometer sinar X. Proses difraksi sinar X dimulai dengan menyalakan difraktometer sehingga

diperoleh hasil difraksi berupa difraktogram yang menyatakan hubungan antara sudut difraksi 2θ dengan intensitas sinar X yang dipantulkan. Untuk difraktometer sinar X, sinar-X terpancar dari tabung sinar-X. Sinar-X didifraksikan dari sampel yang konvergen yang diterima dalam posisi simetris dengan respon ke fokus sinar- X. Sinar-X ini ditangkap oleh detektor sintilator dan diubah menjadi sinyal listrik. Sinyal tersebut, setelah dieliminasi komponen noisenya, dihitung sebagai analisa pulsa tinggi. Teknik difraksi sinar x juga digunakan untuk menentukan ukuran kristal, regangan kisi, komposisi kimia dan keadaan lain yang memiliki orde yang sama. Keuntungan utama penggunaan sinar-X dalam karakterisasi material adalah kemampuan penetrasinya, sebab sinar-X memiliki energi sangat tinggi akibat panjang gelombangnya yang pendek. Sinar-X adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 0,5-2,0 mikron. Sinar ini dihasilkan dari penembakan logam dengan elektron berenergi tinggi. Elektron itu mengalami perlambatan saat masuk ke dalam logam dan menyebabkan elektron pada kulit atom logam tersebut terpental membentuk kekosongan. Elektron dengan energi yang lebih tinggi masuk ke tempat kosong dengan memancarkan kelebihan energinya sebagai foton sinar-X.

Dari metode difraksi kita dapat mengetahui secara langsung mengenai jarak rata – rata antar bidang atom. Kemudian kita juga dapat menentukan orientasi dari kristal tunggal. Secara langsung mendeteksi struktur kristal dari suatu material yang belum diketahui komposisinya. Kemudian secara tidak langsung mengukur ukuran, bentuk dan internal stres dari suatu kristal. Prinsip dari difraksi terjadi sebagai akibat dari pantulan elastis yang terjadi ketika sebuah sinar berinteraksi dengan sebuah target. Pantulan yang tidak terjadi kehilangan energi disebut pantulan elastis (elastic scatering). Ada dua karakteristik utama dari difraksi

yaitu geometri dan intensitas. Geometri dari difraksi secara sederhana dijelaskan oleh Bragg’s Law. Misalkan ada dua pantulan sinar α dan β. Secara matematis sinar β tertinggal dari sinar α sejauh xy+yz yang sama dengan 2d sinθ secara geometris. Agar dua sinar ini dalam fasa yang sama maka jarak ini harus berupa

kelipatan bilangan bula Hukum Bragg: 2d sin θ =

Ga Secara matemati Secara fisis jika kita m kemudian kita bisa meng antar atom (geometri d difraksi. Secara praktis s Sehingga cukup dengan Bragg serta mengetahui rumus yang telah ditent parameter (a, b dan c) se

2.8.2 Analisis Difraksi Prosedur paling umum menggunakan serbuk m perekat plastic kemud diletakkan di pusat kam terdapat banyak sekali keluar berbentuk keruc difraksi menyinari pita

bulat dari panjang gelombang sinar λ. Maka n θ = nλ

Gambar 2.9 Difraksi Bragg (sum atis, difraksi hanya terjadi ketika Hukum Bra mengetahui panjang gelombang dari sinar yan engontrol sudut dari benturan maka kita bisa men dari latis). Persamaan ini adalah persamaan is sebenarnya nilai n pada persamaan Bragg diata an persamaan 2d sin θ = λ. Dengan menghitung hui nilai h, k, l dari masing – masing nilai d, deng

entukan tiap – tiap bidang kristal kita bisa mene sesuai dengan bentuk kristalnya.(Jamaluddin, K. 201

si

um untuk melakukan analisis difraksi sina material yang sangat halus. Serbuk ini dicam mudian dibentuk menjadi filamen yang sanga

amera sirkular. Berkas sinar-x diarahkan ke se li partikel serbuk dengan berbagai orientasi, be rucut membuat sudut 2θ terhadap berkas sem pita film dalam kamera di dua tempat; ma

a didapatkanlah

umber:gsu.edu)

Bragg dipenuhi. ang membentur enentukan jarak n utama dalam atas nilainya 1. ung d dari rumus dengan rumus – enentukan latis n, K. 2010)

sinar-x adalah campur dengan gat tipis yang serbuk. Karena berkas difraksi emula. Kerucut masing- masing

membuat sudut 2θ dengan lubang keluar-masuk. Ada kerucut terpisah (atau pasangan garis difraksi) untuk setiap nilai jarak interplanar, dhkl. Jadi garis-garis difraksi dapat diukur dan jarak-d dihitung dari persamaan nλ = 2d sin θ. Dengan mengamati bahwa dengan “sidik jari” berbeda kita tidak semata-mata dapat menentukan ukuran konstanta kisi dengan sangat teliti, akan tetapi kita juga dapat mengidentifikasi kisi kristal. Difraksi sinar-x merupakan sarana yang sangat ampuh untuk mempelajari struktur internal material.

(Jamaluddin, K. 2010)

2.9 SEM-EDX (Energy Dispersive X-Ray)

Scanning Electron Microscope (SEM) adalah alat yang dapat digunakan untuk mempelajari topografi pada permukaan. Pengamatan topografi permukaan dalam 3 dimensi, resolusi tinggi (50 Å) dan analisa kimia. Karena melihat kita percaya dan mengerti, SEM adalah mungkin peling banyak/sering digunakan. Electron Thermionically di emisikan tungsten atau LaB6 filamen katoda ke anoda yang difokuskan dengan lensa condenser dalam bentuk beam dengan sangat berukuran kecil (~50 Å). Pasangan dari scanning ditempatkan pada objetive lensa membelokkan beam permukaan sample secara tegak lurus. Electron beam memiliki rang energi dari beberapa ribu 50 keV.

1. Electron gun (penembak elektron) adalah penembak elektron terdiri dari filamen tungsten, penembak elektron ini digunakan untuk menghasilkan elektron dalam suatu volume tertentu dengan energi yang dapat ditentukan dengan mengatur arus listrik ke filamen sehingga terjadi pelepasan.

2. Demagnetication system (perangkat demagnetion) adalah perangkat demagnefikasi terdiri dari gabungan lensa-lensa elektromagnetik yang digunakan untuk memfokuskan elektron beam menjadi sangat kecil pada saat mencapai sampel.

menggunakan prinsip scanning, dimana elektron diarah objek gerakan berkas tersebut mirip dengan gerakan membaca. Scan unit dibangkitkan oleh scanning coil, sedangkan hasil interaksi berkas elektron dengan sampel menghasilkan secondary electron (SE) dan backs scattered (BSE), diterima detector SE/BSE, diubah menjadi sinyal, data sinyal diperkuat oleh video amplifier kemudian disingkronkan oleh scanning sirkuit, terbentuklah gambar pada tabung sinar katoda (CRT).

4. Detection unit (sistem deteksi) adalah elektron sekunder (ES) yang diterima oleh detektor ES/BSc mempunyai energi rendah (<50 eV) dan menghasilkan gambar topografi permukaan. (Sinuhaji, P. 2012)

Scanning Electron Microscope (SEM) merupakan mikroskop elektron yang banyak digunakan dalam ilmu pengetahuan material. SEM banyak digunakan karena memiliki kombinasi yang unik, mulai dari persiapan spesimen yang simpel dan mudah, kapabilitas tampilan yang bagus serta fleksibel. SEM digunakan pada sampel yang tebal dan memungkinkan untuk analisis permukaan. Pancaran berkas yang jatuh pada sampel akan dipantulkan dan didifraksikan. Adanya elektron yang terdifraksi dapat diamati dalam bentuk pola – pola difraksi. Pola – pola difraksi yang tampak sangat bergantung pada bentuk dan ukuran sel satuan dari sampel.

SEM juga dapat digunakan untuk menyimpulkan data–data kristalografi, sehingga hal ini dapat dikembangkan untuk menentukan elemen atau senyawa. Pemeriksaan dengan SEM dimaksudkan untuk melihat permukaan luar dari suatu benda dalam ruangan hampa. Mikroskop ini pada dasarnya mampu memeriksa sediaan dengan ukuran yang besar, sehingga tidak terlalu mengalami kesulitan pada cara kerja penyediaan bahan. Bahan yang akan diperiksa harus dibedakan apakah bahan biologik atau bukan. Benda mati berupa batuan-batuan atau kristal, tidaklah sukar. Untuk diperiksa hanya perlu dibersihkan saja, sedang benda-benda non konduktif, misalnya karbon, emas atau bahan lain yang menghantar listrik. Untuk benda mati berupa bahan biologik, pemeriksaan agak sukar, karena benda-benda ini

mengisut dalam ruang hampa udara dan menyebabkan bentuk anatomiknya berubah. Prinsip kerja mikroskop elektron skening adalah sebagai berikut : suatu sinar elektron yang halus dan terfokus dipergunakan untuk menscan permukaan sediian akan terjadi elektron-elektron sekunder dan elektron-elektron dipantulkan kembali.

Elektron-elektron sekunder adalah elektron dengan energi yang dipancarkan dari daerah sekitar permukaan sediaan dimana sinar elektron jatuh. Elektron-elektron yang dipantulkan oleh sediaan dan energinya hampir sama dengan elektron elektron yang ditembakkan oleh elektron sediaan. Dibanding dengan elektron-elektron sekunder, elektron-elektron yang dipantulkan ini memberikan data dari permukaan yang lebih dalam dari sediaan. Kedua macam sinar elektron ini sebagai suatu isyarat yang ditangkap oleh detektor dan disinkronisasikan, kemudian dihubungkan dengan tabung sinar katoda. Dengan demikian pada tabung sinar katoda akan terlihat permukaan sediaan. Dengan mempertinggi pembesaran, akan terlihat juga gambaran permukaan yang semakin besar, walaupun daerah pengamatan menjadi semakin sempit. (Soenarto, Djoko, 1989)

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 3.1.1. Tempat Penelitian

Pada proses penelitian, pembuatan sampel dan pengujian/karakterisasi dilakukan di Laboratorium LIPI Serpong. Penelitian yang dilakukan adalah Pengujian dan Karakterisasi Debu Vulkanik Erupsi Gunung Sinabung di Nanoteknologi Pusat Penelitian Fisika LIPI Serpong, Jakarta.

3.1.2. Waktu Penelitian

Proses penelitian ini, dari pengujian sampel dan pengolahan data. Data hasil pengujian dilakukan pada bulan April sampai dengan Mei 2014.

3.2. Alat Dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian dan pengolahan sampel sebagai berikut: Debu Vulkanik Gunung Sinabung, Mortal (batu gilingan), Oven, SEM-EDX, XRD, dan PSA.

3.3 Prosedur Penelitian

Debu Vulkanik Gunung Sinabung yang digunakan pada penelitian ini berasal dari Desa Simacem, Kecamatan Namanteran, Kabupaten Karo, Sumatera Utara. Debu Vulkanik diambil pada pukul 13.00 Wib. Radius 0-2 Km dari Gunung Sinabung.

3.3.1 XRD (X-RAY DIFFRACTION) 3.3.1.1 Sample dan Preparasi

Sampel berupa serbuk ditempelkan pada tempat pengujiannya yang kemudian siap diuji coba sebagai sampel uji pada mesin XRD. Spesimen serbuk lebih menguntungkan karena berbagai arah difraksi dapat diwakili oleh partikel-partikel yang halus tersebut. Ukuran partikel harus lebih kecil dari 10 micron agar intensitas relatif sinar difraksi dapat dideteksi dengan teliti. Kalau ukuran partikelnya besar, maka akan timbul efek penyerapan linear seperti halnya permukaan yang kasar pada spesimen pelat. Spesimen serbuk dapat dipasang pada pemegangnya dengan memadatkannya terlebih dahulu atau dicampur dengan pengikat kemudian dipasang ke dalam pemegang spesimen.

3.3.1.2 Spesifikasi Alat

Alat yang digunakan dalam pengukuran penelitian ini antara lain adalah XRD yang dimiliki oleh BATAN, Tangerang. Spesifikasi alatnya adalah sebagai berikut :

Merek : PHILIPS

Type : PW2213/20

Voltage Output (KV) :

a) Range : 25 to 60 KV in 5 KV Step.

b) Stability : 0.02% for ± 10% line voltage variation 0.02% for all load current changes from 10 to 80 mA

c) Drift : 0.05% per 10 ºC

d) Repeatability : 0.05%

e) Ripple : 50 KV

f) KV Recovery Time : 3 second to attain stable KV after incremental KV change of 5 KV (within + 0.2% of final

setting)

Current (mA) :

a) Range : 10 to 80 mA, seven 10 mA steps and ten 1 mA b) Stability : 0.015% for ± 10% line voltage variation

c) Drift : 0.015% per 10 ºC

d) Repeatability : 0.02%

e) mA Recovery Time : 2 second to attain stable mA after incremental mA change of 10 mA (Within + 0.1% of final setting)

Power :

a) Output : 3KW max

b) Input variation : 8.5 KVA, 40A max

c) Input Voltage 220 VAC 10%

d) Line to Ground : 140 Vrms Water Requirements :

a) Quantity : 0.9 gal/min (3.5 liter/min) b) Pressure : max. 90 psi (3.2 kg/cm²) c) Hardness : max. 35.7 mg cal

d) Quality : pH between 6 and 9

e) Temperature : max. 21ºC and min 13ºC f) Water Lines : min. 13 mm, flexible g) Environmental

Requirement

: ambient temperature should be min 18ºC and max. 29ºC humidity should range between 20% to 80%. Dew point temperature should be less than 25ºC

Detector :

a) Type : Proportional

b) Max. Count Rate : 500 000 c/s

c) Dead Time Correction : better than < 1% d) Dynamic Range of Amplification : 40

e) Automatic Correctable Pulse Shift : Up to 50% f) Upper and Lower Level (Step of 0.05) : 0 to 99%

g) Rate Meter Range : 1, 2, 500, 1000, 104, 105 c/s

h) Rate Meter Time Constant : fixed 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 5 s i) Intensity Measuring Interval (Step of 0.05) : 0 to 3276 s

j) H.V. Supply : 1200 to 2000 V

k) Detector Pulse Attenuation (Step of 2) : 1 to 8 l) Selector Switch to Match Attenuation to

X-ray Tube

: Cr, Fe, Co, Mo, Cu

m) Max. Accumulated Counts : 4x1010

Goniometer Control :

a) Type : Vertical

b) Range : 2= 0º to 160º

c) Setting Speed with Anti-backlash Provision : Typical 2.5 º/s

d) Continuous Scan Speed : :

e) In Step of 0.001 : 0.001º to 0.127 º/s

f) In Step of 0.01 : 0.01º to 1.27 º/s

g) Step Size Range (in Step of 0.005) : 0.005º to 327 º/s

h) Slit : :

i) Slit Divergent : Automatic

j) Slit Receiving : 0.3 mm

k) Filter : Ni

Strip Chart Recorder Control :

 Paper Speed to Goniometer Scan Sipped Ratio

: 0 to 50 mm per º (2)

Safety Features :

a) Power Failure (Manual Reset) b) Water flow interlock

c) X-ray Tube Overload

d) mA Overload : : 20, 40, 60, 80

e) KV– : 60 kVP

f) KVA Overload : : 1.2, 1.3, 1.8, 2.5, and 3.0 g) Open X-ray Tube Filament

h) Door Interlock Switch i) Fail Safe Bulb in X-ray ON

Accessories :

a) Computer : IBM compatible Pentium II MMX

b) Printer : HP Paint Jet Color

c) Software : APD Philips

d) JCPDS Data Base : 1997

3.3.1.3 Persiapan Pengukuran

a) Menyiapkan bahan yang akan diambil datanya dengan menggunakan sampel holder.

b) Karena sampel berbentuk padatan maka harus memperhatikan tebal dan diameter sampel agar tidak melebihi batas ruang sampel holder dan apabila tidak memungkinkan maka sampel padatan tersebut diserbukkan terlebih dahulu.

c) Menggunakan double tip maupun lilin (malam) untuk mengikat sampel. d) Bila sampel tersebut sedikit maka dapat menggunakan kaca sebagai

sample holder.

e) Membuka ruang sampel, kemudian memasukkan sampel yang akan diambil datanya setelah itu menutup ruang sampel.

f) Menyesuaikan parameter untuk pengambilan data g) Memulai pengambilan data.

h) Mengulangi prosedur 3.3.1.3. a). sampai 3.3.1.3. g). untuk memperlakukan sampel berikutnya.

i) Setelah selesai melakukan pengukuran, langkah selanjutnya adalah mengambil data dari komputer berupa hardcopy maupun soft copy yang dapat dibuka melalui software EXCEL, IGOR dan lain-lain dalam bentuk ASCII file.

3.3.1.4 Spesifikasi Pengukuran

Diffractometer type : PW3710 Based Tube anode : Cu

Generator tension : 40 kV Generator current : 35 mA. Wavelength Alpha 1 : 1,540593 Å Wavelength Alpha 2 : 1,540593 Å Intensity ratio (Alpha2/alpha1) : 0,500 Divergence slit : 1/40 Receiving slit : 0,2 Monochromator used : No

3.3.1.5 Prosedur Pelaksanaan Cara penggunaan XRD

1. Nyalakantravo(berada di bawah jendela)

2. Nyalakan saklar otomatis ke atas di ruang sebelah (tombol ke-3 paling kanan)

3. Nyalakan air sehingga tekanan air menunjukkan 2,6 - 2,8 atm. 4. Naikkanvoltage(berada di tembok)

6. Pasang Nagoya Stabilisator (berada di belakang pintu). 7. Nyalakan komputer PC

8. Nyalakan XRD (tombol merah putih), tunggu sampai terdengar bunyi klik yang cukup keras.

9. Naikkan arus dan voltage bergantian. Biasanya menaikkan 2 kali arus satu kali volt. Tunggu sebentar baru menaikkan lagi hingga dicapai 40 mA dan 35 kV.

10. Pasang spesimen pada sample holder dan letakkan pada penjepit spesimen di goniometer.

11. Pengaturan PC

a. Tekan tombol untuk mulai

b. System preparation

c. System parameteruntuk mencaridirectorydanfile d. Utilities

e. Difraktometer commands.Entermuncul C

f. Ketik par, maka akan munculdata parameter

g. Sesuaikan data dengan data di belakang buku biru h. Esc.

12. Edit pilih program (identity program) tentukan program sesuai keper1uan misalnya theta dari sudut 10 s/d 70. Sudut theta 5.020 sudut theta maksimum 160.020

13.Data colection. Identity Measurement

14. Pasangshutterdengan memutar tombol 4 ke penunjuk tak terhingga, tekan

tombol 4 yang berwama merah. 15. Tekan F1 untuk memulai pengukuran.

16. Untuk melihat pola yang terjadi selarna pengukuran tekan Data ColIection, Display Scan dan akan terlihat pola tersebut pada layar

monitor.

17. Setelah pengukuran selesai matikan shutter dengan memutar tombol 4 ke

penunjuk nol

18.Peakhasil XRD dapat dicari dengan melihatpeak search.

20. Catat pemakaian peralatan XRD ini pada buku biru.

Data yang didapat adalah data antara intensitas vs sudut 2θ. Untuk mengetahui komposisi sample secara kualitatif dan kuantitatifnya dilakukan komputerisasi dengan metode Rietan. Langkah-langkah pengerjaan dengan

softwareRietan.

Data dari hasil pengukuran XRD dimasukkan ke program Automated Powder Difraction (APD). Hal ini untuk mengubah extention file menjadi .udf.

Selanjutnya konversi data .udf tersebut ke Rietan. Selanjutnya dilakukan analisis program Rietan dengan memasukan beberapa parameter seperti parameter fasa,

space group, parameter kisi, posisi atom yang semua didapat dari Handbook Crystallography. Dengan melakukan beberapa kali refinement dengan software

Reitan, maka akan diapatkan hasil fasa, parameter kisi, fraksi fasa, bidang hkℓ dari kristalnya serta posisi atom.

3.3.2 SCANNING ELECTRON MICROSCOPE (SEM)

3.3.2.1 Spesifikasi Pengukuran Mesin SEM - EDX JEOL5310 LV.

System resolution : 61 eV Geometry (degrees) : Tilt = 0,00 ED geometry : Elevation=18,00 Azimuth : 0,00

Entry angle : 0,00

Accelerating voltage : 20,00 kV Quantitative method : ZAF

Dilengkapi dengankomputer PC & printerdansoflware.

Bagian terpenting dan SEM adalah kolom eIektron, yang memiliki komponen piranti sebagai berikut :

 Pembangkit elektron (_{electron gun}) dengan filamen sebagai pengemisi elektron (sumber iluminasi).

 Sistem lensa elektromagnetik yang dapat diberi muatan untuk memfokuskan berkas elektron yang dihasilkan filamen.

 Sistem perambah (_scan) untuk menggerakan berkas elektron terfokus pada permukaan sample.

 Detektor yang rnerubah informasi interaksi antara berkas elektron dengan permukaan sample menjadi sinyal listrik.

 Konektor ke pompa vakum. 3.3.2.2 Prosedur Pelaksanaan

 Setelah alat SEM menyala, masukkan sample ke dalam alat tersebut. Banyaknya sample yang dapat dianalisa maksimum adalah empat sample.

 Tunggu sampai alat menunjukkan_Ready

 Sambil melihat monitor, atur lensa sehingga sample dapat terfokus.  Untuk memperbesar dan memperjelas gambar sample dapat dilakukan

dengan memutarmagnifierdanbrightnes

 Cetak gambar sample yang diharapkan dengan bantuan personal computer

Untuk analisis kualitatif dan kuantitatif sample dapat dilakukan dengan bantuan komputer, sehingga dapat diketahui jenis unsur, dan persentase unsur tersebut dalam sampel.

3.4 Diagram Alir Penelitian

Debu Vulkanik

Ayak (100Mesh)

Cetak berbentuk Silinder

Sampel Uji

Uji Struktur dengan

XRD komposisi dengan SEM-Uji Mikrostruktur dan EDX

DATA

Hasil dan Pembahasan

4.1. Analisis Struktur

4.1.1 Analisis Struktur Debu Vulkanik

Analisis struktur Debu Vulkanik dilakukan dengan XRD (X-Ray Diffraction)

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1 berikut ini :

Gambar 4.1 Pola difraksi Sinar-X Debu Vulkanik

Dari Gambar 4.1 Pola difraksi sinar-X pada Debu Vulkanik diatas telah di interpretasikan sudut-sudut puncak yang terjadi seperti yang ditunjukkan pada lampiran 1. Identifikasi pola difraksi sinar-x sampel Debu Vulkanik yang diperoleh yaitu :

[96-100-0035] Al2CaO8Si2 (Anorthite); [96-900-5026] SiO2(Quartz); [96-900-9687] SiO2(Cristobalite); [96-901-2351] Al3H12K0.875O14.125S2(Alunite).

Orthorombic, dengan konstanta kisi a = 8.170(3) Å, b = 12.849(5) Å, c = 14.178(6) Å, α = _β = _γ = 90o; senyawa Quartz memiliki sistem kristal Hexagonal, dengan konstanta kisi a = 5.135(1) Å, b = 5.135(1) Å, c = 5.443(2)

Å, α = β = 90o dan γ = 120o; senyawa Cristobalite memiliki sistem kristal Tetragonal, dengan konstanta kisi a = 4.957(4) Å, b = 4.957(4) Å dan c = 6.779(2) Å,  ; serta senyawa Alunite memiliki sistem kristal Hexagonal, dengan konstanta kisi a : 6.967(1) , b = 6.967(1) Å, dan c = 17.150(4) Å, α = β = 90o dan = 120°. Densitas masing-masing senyawa, Anorthite ρ = 2.769 gr.cm-3, Quarz ρ = 3.680 gr.cm-3, Cristobalite ρ = 2.396 gr.cm-3, dan Alunite ρ = 2.916 gr.cm-3. Sistem kristal, konstanta kisi dan densitas senyawa dapat dilihat lebih jelas seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.1 berikut ini :

Tabel 4.1 Sistem Kristal, Konstanta kisi dan Densitas Senyawa Al2CaO8Si2,SiO2, dan Al3H12K0.875O14.125S2

Sampel Abu

FasaAnorthite [Ref.Wainwright]

Grup ruang (space group) : P -1 (2) (55) dan Sistem kristal : Orthorombic Parameter kisi :

a= 8.170(3) Å,b= 12.849(5) Å danc= 14.178(6) Å,=== 90o, V = 1334.8(1) Å3dan= 2.769 gr.cm-3

FasaQuartz [Ref.Hazen]

Grup ruang (space group) : P 31 2 1 (152) dan Sistem kristal : Hexagonal Parameter kisi :

a = 5.135(1) Å, b = 5.135(1) Å dan c = 5.443(2) Å,  =  = 90o dan  = 120o_,

V = 124.3(5) Å3dan= 3.680 gr.cm-3

FasaCristobalite [Ref.Pluth]

Grup ruang (space group) : P 41 21 2 (92) dan Sistem kristal : Tetragonal Parameter kisi :

a= 4.957(4) Å,b= 4.957(4) Å danc= 6.779(2) Å,=== 90o, V = 166.6(7) Å3dan= 2.396 gr.cm-3

FasaAlunite [Ref.Schukow]

Grup ruang (space group) : R -3 m (166) dan Sistem kristal : Hexagonal Parameter kisi :

a = 6.967(1) Å,b = 6.967(1) Å dan c = 17.150(4) Å,  =  = 90odan  = 120o_,

V = 721.1(3) Å3_{dan= 2.916 gr.cm}-3

Factor R wRp = 9.59 Rp = 7.49 χ2(chi-squared) = 1.083

4.2. Analisis Komposisi

4.2.1. Analisis Komposisi Debu Vulkanik

Komposisi/Senyawa yang dikandung oleh Debu Vulkanik adalah : Anorthite, Quartz, Cristobalite dan Alunite yaitu empat puncak tertinggi dari pola difraksi yang dianalisis dengan program komputerisasi seperti yang di tunjukkan pada Tabel 4.2 dalam bentuk persentase berat berikut ini:

Tabel 4.2 Fraksi Massa Debu Vulkanik No.

No.

Nama Senyawa

Name of Coumpound

Fasa

Phase

Acuan

Ref.

Fraksi Massa

(wt %)

1. Anorthite Al2CaO8Si2 ICDD- 96-100-0035 89.20(1) 2. Quartz SiO2 ICDD- 96-901-2602 2.63(2) 3. Cristobalite SiO2 ICDD- 96-900-9687 5.65(2) 4. Alunite Al3H12K0.875

O14.125S2

ICDD- 96-901-2351 2.52(4)

Dari Tabel 4.2 diatas pola difraksi sinar-x Debu Vulkanik menunjukkan bahwa Debu Vulkanik mengandung 89.20 % fasa Anorthite, 2.63 % fasa Quartz, 5.65 % fasa Cristobalite, dan 2.52 % fasa Alunite (Wainwright J E, dkk, 1991; Hezen R M, dkk 1989; Pluth J J, dkk 1985; Schukow H, dkk 1999).

4.3. Analisa Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-Ray Specstroscopy (SEM-EDX)

4.3.1 Mikrostruktur SEM-EDX Debu Vulkanik

Scanning Electron Microscopy (SEM) yang digunakan dalam penelitian ini untuk melihat dan mempelajari atau menganalisis topografi permukaan Debu vulkanik yaitu dilakukan dengan 1 (satu) kali perbesaran seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3 berikut ini :

Perbesaran 2500

Gambar 4.2 Mikrostruktur SEM-EDX Debu Vulkanik

Analisis elementer Debu Vulkanik dilakukan dengan SEM-EDX sehingga diperoleh hubungan antara counting rate dengan Energy range (keV) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3 berikut ini :

Gambar 4.3 Analisis Elementer Debu Vulkanik

Analisis kualitatif dan kuantitatif Debu Vulkanik dapat dilakukan dengan bantuan perangkat komputer, sehingga identifikasi elementer unsur Debu Vulkanik dapat ditunjukkan seperti pada Tabel 4.5 berikut ini :

Tabel 4.3 Analisis Unsur Debu Vulkanik

Berdasarkan hasil analisis dengan menggunakan Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX) dari Gambar 4.3 diatas menunjukkan bahwa sudah terjadi pertumbuhan butir pada permukaan Debu Vulkanik dan tampak adanya dua kontras warna, yaitu warna gray (abu-abu/gelap) dan putih (terang) selain itu tampak partikel butir yang cenderung berwarna putih. Hal ini menunjukkan bahwa paduan ini dimungkinkan mengandung lebih dari satu fasa. Sehingga identifikasi elementer menunjukkan bahwa hitam didominasi unsur Carbon (C) yang memiliki energi 0.277 keV pada orbital K, Oksigen (O) yang memiliki energi 0.525 keV pada orbital K, Natrium (Na) memiliki energi 1,041 keV pada orbital K, Aluminium (Al) yang memilki energi 1.486 keV pada orbital K, Silikon (Si) yang memiliki energi 1.739 keV pada orbital K, Kalium (K) yang memiliki energi 3.312 keV pada orbital K.

Dari hasil analisis SEM-EDX terhadap Debu Vulkanik ini maka dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur pemanasan pada keadaan sintering maka semakin banyak unsur Debu Vulkanik dan mulai terbentuk lembah-lembah yang beraturan pada struktur lapisan sampel Debu Vulkanik.

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil dan analisis penelitian yang telah dilakukan terhadap Debu Vulkanik erupsi Gunung Sinabung dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Sampel Debu erupsi gunung sinabung memiliki unsur/senyawa Anorthite (Al2CaO8Si2), Quartz (Si2O2), Cristobalite (SiO2), dan Alunite (Al3H12K0.875O14.125S2).

2. Struktur kristal dari Debu Vulkanik erupsi gunung sinabung adalah Fasa Anothite yang mengandung 89.20%,Fasa Quartz mengandung 2.63% ,Fasa Cristobalite mengandung 5.65% , dan Fasa Alunit mengandung 2.52%. 3. Elemen-elemen pembentuk pada Debu vulkanik gunung sinabung

Karbon(C) 10.79%, Oksigen(O) 49.72%, Natrium(Na) 0.54%, Aluminium(Al) 9.40%, Silikon(Si) 27.41% Kalium(K) 2.15%.

4. Unsur pupuk yang dapat dimanfaatkan bagi tanaman adalah kalium sebesar (2.15%) pada pupuk alam.

5.2 SARAN

Untuk proses penelitian lebih lanjut mengenai Debu Vulkanik disarankan :

1. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan dapat membuat keramik dari bahan Dedu Vulkanik karna debu memiliki unsur yang dapat di jadikan bahan pembuat keramik.

2. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan dapat menggunakan fasa anorthite yang terdapat di debu vulkanik sebagai pupuk buat tanaman.

Anggreini, D. 2009.Analisa SEM (Scanning Electron Microscopy) Pemantauan Proses Oksidasi Magnetite menjadi Hermatite. [Jurnal]. Bandung : Jurusan Teknik

Mesin Fakultas Teknologi, Institut Teknologi Nasional. Seminar VII-Rekayasa dan Aplikasi Teknik Mesin di Industri. ISSN 1693-3168. Hal 1-7. Diakses tanggal 16 Maret 2014.

Daniel, Albert. 2012.Pengaruh Variasi Tekanan Terhadap Konstanta Kisi Debu Vulkanik Gunung Sinabung. Universitas Sumatera Utara. Medan.

Jamaluddin K. 2010. X-Rays Difractions. Makalah Fisika Material. Departemen

Pendidikan Fisika Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Halueleo. Kendari

Okto, Perdana. 2013. Identifikasi Isolator Keramik Jenis Pasak dan Jenis Pos Saluran dengan Metode XRD dan SEM-EDX. Universitas Sumatera Utara.

Medan.

Moechtar. 1990. Bagian Struktur Atom dan Molekul Zat Padat dan Mikromeritika.

Farmasi Fisika Gadjah Mada University Press. Yogyakarta.

Moechtar. 1996.Geologi dan Mineralogi Tanah. Pt Dunia Pustaka Jaya. Jakarta.

Sinuhaji, P. 2012.Teknologi Film Tipis.Universitas Sumatera Utara Press. Medan

Soenarto, Djoko. 1985. Petunjuk Praktis Mikroskopi Elektron. Airlangga University

Cepat,

STTN, Batan Yogyakarta.

Vlanck, V,1985,Ilmu dan Teknologi Bahan, Edisi Kelima, terjemahan Sriati Djprie,

Erlangga,Jakarta

Wikipedia B. 2014. Gunung Sinabung(http://id.wikipedia.org/wiki/Gunung_Sinabung) Diakses tanggal 03 maret 2014.

HTML A, (http://www.beritaunik.net/unik-aneh/abu-vulkanik-lebih-berbahaya-dari debu biasa.html) Diakses tanggal 12 Maret 2014

No .

Pos. [°2Th.]

d-spacing [Å]

Rel. Int. [%]

FWHM [°2Th.]

Area [cts*°2Th.]

Backgr.[cts ]

Height [cts] 1 22.2104 3.9993 75.25 0.3149 33.37 106.89 107.44 2 23.9938 3.7059 49.21 0.4723 32.73 108.26 70.25 3 25.811 3.4489 46.87 0.2755 18.19 106.8 66.91 4 28.3222 3.1486 100 0.551 77.6 103.37 142.77 5 30.661 2.9135 59.56 0.1574 13.2 96.56 85.02 6 31.7776 2.8137 31.26 0.2362 10.4 92.26 44.63 7 36.0856 2.4870 89.47 0.1574 19.84 85.71 127.73 8 42.4743 2.1266 34.53 0.3149 15.31 67.58 49.29 9 51.1686 1.7838 32.6 0.2362 10.84 64.63 46.54 10 62.5649 1.4835 14.25 0.4723 9.48 68.87 20.34

a. SEM EDX (Scanning Electron Microscopy Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy)

No. Sertifikat : 012/XRD-SEM-EDS/IV/2014

Certificate No.

Nama Pelanggan : Ronald J naibaho

Name of Customer

Alamat : Medan

Adresses

Jenis Pengujian : Analisis Kualitatif dan Kuantitatif

Type of Test : Qualitative and quantitative analysis

Tanggal Pengujian : 10 April 2014

Date of Test : April 10, 2014

Jumlah Sampel : 2 (dua) sampel

Number of Sample : 2 (two) sample

Metoda : Analisis pola difraksi sinar-x sampel dilakukan dengan

Menggunakan Rielveld Analysis, program GSAS

Method :

Penguji

Tabel sudut-sudut puncak pola difraksi Debu Vulkanik Gunung Sinabung No . Pos. [°2Th.] d-spacing [Å] Rel. Int. [%] FWHM [°2Th.] Area [cts*°2Th.] Backgr.[cts ] Height [cts] 1 22.2104 3.9993 75.25 0.3149 33.37 106.89 107.44

2 23.9938 3.7059 49.21 0.4723 32.73 108.26 70.25

3 25.811 3.4489 46.87 0.2755 18.19 106.8 66.91

4 28.3222 3.1486 100 0.551 77.6 103.37 142.77

5 30.661 2.9135 59.56 0.1574 13.2 96.56 85.02

6 31.7776 2.8137 31.26 0.2362 10.4 92.26 44.63

7 36.0856 2.4870 89.47 0.1574 19.84 85.71 127.73

8 42.4743 2.1266 34.53 0.3149 15.31 67.58 49.29

9 51.1686 1.7838 32.6 0.2362 10.84 64.63 46.54

Pola Difraksi Deb

LAMPIRAN 2

LAMPIRAN 4

GAMBAR ALAT-ALAT PENELITIAN

a. SEM EDX (Scanning Electron Microscopy Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy)

SERTIFIKAT HASIL UJI

Certificate of Test Result

No. Sertifikat : 012/XRD-SEM-EDS/IV/2014

Certificate No.

Nama Pelanggan : Ronald J naibaho

Name of Customer

Alamat : Medan

Adresses

Jenis Pengujian : Analisis Kualitatif dan Kuantitatif

Type of Test : Qualitative and quantitative analysis

Tanggal Pengujian : 10 April 2014

Date of Test : April 10, 2014

Jumlah Sampel : 2 (dua) sampel

Number of Sample : 2 (two) sample

Metoda : Analisis pola difraksi sinar-x sampel dilakukan dengan

Menggunakan Rielveld Analysis, program GSAS

Method :

Penguji