Jurnal ANALISIS LOGAM LOGAM TRANSISI DAN (1)
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
ANALISIS LOGAM-LOGAM TRANSISI DAN IDENTIFIKASI
SENYAWA-SENYAWA KIMIA PADA BATU MERAH DI DESA
TAJUN DAN SEKITARNYA
I Wayan Karyasa dan I Made Kirna
Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA Undiksha
Abstrak
Telah dilakukan penelitian tentang potensi batu merah yang ada
di Desa Tajun, Kabupaten Buleleng, Bali. Penelitian ini
bertujuan (1) menganalisis kadar logam-logam transisi Fe, Co,
Ni, Ci, Mn, Cr dan Ti pada batu merah dengan berbagai variasi
warna; (2) mendeskripsikan perbedaan kadar logam-logam
transisi Fe, Co, Ni, Ci, Mn, Cr dan Ti dan keterkaitannya
dengan variasi warna yang ada; (3) mengidentifikasi warna
senyawa-senyawa kimia yang terdapat pada batu merah
bervariasi warna tersebut; (4) mendeskripsikan keterkaitan
antara keberadaan senyawa-senyawa kimia dalam batu merah
dengan variasi warna yang dimilikinya. Batu merah dengan
variasi warna merah tanah, merah darah, merah kehitaman dan
hitam diambil sebagai sample. Hasil detruksi bubuk batu merah
dengan HNO3 dan HCL dengan penambahan beberapa ml HF
48% dianalisis kadar logam-logam transisinya dengan atomic
absorption spectroscopy (AAS). Identifikasi senyawa-senyawa
kimia yang terdapat dalam batu merah menggunakan metode
difraksi sinar X bubuk (XRD) dengan radiasi Cu Kα1 (λ =
154,06 pm) pada 2θ = 5 – 85o (suhu kamar). Hasil penelitian
menunjukkan (1) adanya variasi kadar Fe, Co, Ni, Ci, Mn, Cr
dan Ti pada sampel batu merah bervariasi warna; (2) kadar Fe,
Co, Mn dan Ti untuk semua sampel lebih tinggi daripada kadar
rata-rata pada batuan kerak bumi dalam literatur, namun kadar
Ni, Cu dan Cr ada dalam kisaran rata-rata; (3) ada keterkaitan
antara variasi kadar logam-logam transisi dan variasi warna
batu merah (Fe, Mn dan Cr cendrung memberikan karakter
warna tanah, sedangkan Cn, Ni, Cu, dan Ti cenderung
memberikan karakter warna hitam; (4) senyawa-senyawa kimia
yang terdapat pada batu merah dapat diformulasi sebagai
senyawa aluminosilikat, silikat, dan oksida, yang mengandung
logam-logam transisi dominant Fe, Mn dan Ti. Variasi warna
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
107
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
kemungkinan berkaitan erat dengan variasi kadar logam-logam
transisi yang terkandung dalam senyawa aluminosilikat, silikat,
dan oksida tersebut (jika kandungan Mn, Cr dan Si semakin
besar, semakin merah tanah; dan, sebaliknya, semakin banyak
Fe, Ti, Co dan Al semakin hitam).
Kata-kata kunci: batu merah, pigmen anorganik alami,
logam transisi
Abstract
Study on the chemical composition of red stones in Tajun
Village, Regency of Buleleng, Bali, was done. The research is
aimed (1) to analyze the contents of transition metals (Fe, Co,
Ni, Cu, Mn, Cr, Ti); (2) to describe the content differences of
the transition metals in correlation with the color variation of
the red stones; (3) to indentify the existing compounds on the
red stones with their color variation; (4) to describe the
correlation between the existing compounds on the red stones
and the color variations. As samples, the red stones with color
variation of the red earth, bloof red, dark red, and black were
mounted. The destructed sample powders with HNO3 dan HCL
in addition of a few mL HF 48% were analyzed their transation
metal contents by the atomic absorption spectroscopy (AAS)
method. The red stone powders in various colors were
identified the existing compounds on the powders by using the
powder X-ray diffraction (XRD) method using Cu Kα1
radiation (λ = 154.06 pm) as 2θ = 5 – 85o (room temperature).
The results show that (1) there is a variation of the contents of
Fe, Co, Ni, Cu, Mn, Cr and Ti corresponding to color
variations; (2) the contents of Fe, Co, Mn, and Ti of all samples
are higher than the mean contents of those metals of the earth’s
crustal rocks mentioned in literatures, but the contents of Ni,
Cu, and Cr are in the range of the mean; (3) there is a good
correlation between the transition metals contents and the color
variations of the red stones, where the transition metals Fe, Mn,
Cr tend to give the red earth color character, on the other hand,
the transition metals of Co, Ni, Cu, and Ti tend to give the
black character; (4) the existing compounds in the red stones
would be formulated as an aluminosilicate, silicate, and oxides
with various contents of transition metals. The compounds
containing various contents of the transition metals (dominantly
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
108
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
Fe, Ti, Mn) probably correspond to the color variation of the
red stones.
Key words: red stone, natural inorganic pigment, transition metals
Pendahuluan
Pigmen anorganik alami telah digunakan manusia sebagai bahan
pewarna sejak zaman prasejarah. Pigmen anorganik alami yang ditambang
dari deposit lempung dan batuan permukaan menunjukkan kepermanenan
yang istimewa dalam jangka waktu yang sangat panjang (MacEvoy, 2002).
Pigmen anorganik biasanya dibedakan atas kelas-kelas oksida, oksida
hidroksida, sulfide, sulfat, dan karbonat (Riedel, 2002; Greenwood dan
Earnshaw, 2003; Holleman dan Wiberg, 1985). Beberapa contohnya adalah
pigmen-pigmen merah tanah (red earth) dan kuning tanah (yellow earth)
(Potter, 2001 dan Smith, 2002). Kelompok yang pertama mengandung
oksida besi dengan proporsi yang besar, seperti hematite yang berwarna
ungu gelap sampai merah terang, lepidokrokit yang berwarna oranya sampai
kuning, dan maghemit yang berwarna coklat gelap. Kelompok kedua
mengandung silica dan lempung, oksida-oksida besi terhidrasi (limonit yang
berwarna coklat kekuningan atau goethite yang berwarna coklat kekuningan
sampai kuning kehijauan) dan gip atau mangan karbonat dalam porsi yang
sangat kecil.
Batu merah yang ada di Desa Tajun (Kabupaten Buleleng, Bali)
menunjukkan ciri-ciri yang memungkinkan dieksplorasi menjadi bahan
pigmen anorganik alami. Penelitian pendahuluan menunjukkan bahwa
kandungan besinya yang cukup tinggi (Mataram, 1995). Batuan yang
berwarna merah tanah sampai merah gelap (kehitaman) tersebut berpori-pori,
stabil, tidak luntur oleh sinar matahari dan guyuran air hujan, serta tidak
ditumbuhi lumut sehingga sejak beberapa dekade batu merah ini telah digali,
namun hanya sebatas sebagai bahan bangunan. Potensi batu merah sebagai
pigmen anorganik alami juga ditunjukkan dari hasil penelitian Karyasa dan
Sudria (2005) yang menyimpulkan kestabilan warna dari batu merah dari
pengaruh pembubukan berbagai ukuran partikel, pencucian bubuk dengan
larutan asam berbagai pH dan pemanasan bubuk sampai 800oC. Penelitian
lanjutan untuk mengidentifikasi dan mengarakterisasi senyawa-senyawa
kimia yang berkaitan dengan sifat-sifat fisik tersebut perlu dilakukan.
Penelitian ini ditujukan untuk menganalisis kadar berbagai logam transisi
dan mengidentifikasi senyawa-senyawa kimia pada batu merah dan
keterkaitannya dengan variasi warna (merah tanah, merah darah, merah
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
109
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
kehitaman, dan hitam) batu merah yang ada di Desa Tajun (Kabupaten
Buleleng, Bali). Hasil penelitian ini diharapkan berkontribusi dalam
mendiskripsikan sifat kimia dan fisika batu merah dan menambah
pembendaharaan sumber bahan pigmen anorganik alami sebagai usaha untuk
memberi nilai tambah batu merah tersebut.
Metode
Sampel penelitian adalah batu merah yang diambil secara acak dan
dibedakan atas warnanya, yaitu merah tanah, merah darah, merah kehitaman,
dan hitam. Lima lokasi ditentukan secara acak dan dari tiap-tiap lokasi
dipilih empat sampel yang dibedakan atas warnanya. Semua sampel yang
masih berupa bongkahan tersebut dicuci dengan aquades beberapa kali, lalu
dukeringkan sampai beratnya konstan. Tiap-tiap sampel pada tiap lokasi
dengan warna yang sama dipilih secara acak dan ditimbang dengan berat
yang sama. Selanjutnya sampel-sampel dari lima lokasi dengan warna yang
sama dijadikan satu dan dibubuk untuk menjadi sampel serbuk (Si) yang
homogen (i = 1, 2, 3, 4; dan 1 = merah tanah, 2 = merah darah, 3 = merah
kehitaman, 4 = hitam).
Tiap-tiap bubuk sampel didestruksi dengan larutan campuran asam
nitrat dan asam klorida dan ditambahkan asam flourida 48% secukupnya
sampai destruksi sempurna. Larutan hasil destruksi diencerkan dan dianalisis
kadar logam-logam transisinya (Fe, Co, Ni, Cu, Cr, dan Ti) dengan metode
AAS (atomic absorption spectroscopy). Identifikasi senyawa-senyawa kimia
yang terdapat dalam batu merah menggunakan metode difraksi sinar X
bubuk (XRD) dengan radiasi Cu Kα1 (λ = 154,06 pm) dan pengurkuran pada
rentang 2θ = 5 – 85o (suhu kamar).
Data yang diperoleh dianalisis secara deskriptif untuk mengomparasi
kandungan logam-logam transisi dari sample batu merah bervariasi empat
warna tersebut dan diemukan keterkaitan antara kadar berbagai logam
trenasisi tersebut dan variasi warna yang ada.
Hasil dan Pembahasan
Analisis Kadar Logam Transisi dengan AAS
Berikut adalah hasil analisis kadar logam-logam transisi (Fe, Co, Ni,
Cu, Mn, Cr, dan Ti) menggunakan AAS
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
110
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
(1) Analisis kadar besi (Fe)
Berdasarkan grafik pada Gambar 1, terlihat bahwa kandungan besi
pada batu merah variasi warna merah tanah paling besar dan menurun
kadarnya dengan warna batu merah semakin gelap (hitam). Dibandingkan
dengan keberadaan Fe rata-rata pada kerak bumi yaitu sebesar 5,2% berat
(Markham dan Smith, 1952), batu merah berbagai variasi warna tersebut
mengandung Fe dengan kadar yang lebih tinggi. Warna merah pada batu
merah mungkin berkaitan erat dengan kandungan logam Fe.
7,5
7,4198
Kadar Fe (%berat)
7,4
7,2876
7,3
7,2
7,1
7,0331
6,9637
7
6,9
6,8
6,7
S1
S2
S3
S4
Sample variasi warna
Gambar 1
Kadar Fe (% berat) sample batu merah bervariasi warna
(2) Analisis kadar kobal (Co) dan nikel (Ni)
Berdasarkan grafik pada Gambar 2 (a) tersebut, terlihat bahwa
kandungan kobal (Co) pada batu merah variasi warna hitam paling besar dan
meningkat kadarnya dari warna merah tanah ke warna hitam. Dibandingkan
dengan keberadaan Co rata-rata pada kerak bumi, yaitu sebesar 0,001% berat
(Markham dan Smith, 1952), batu merah berbagai variasi warna tersebut
mengandung kobal lebih daripada tujuh sampai sebelas kali lipatnya.
Gambar 2 (b) menunjukkan bahwa kandungan nikel (Ni) pada batu merah
variasi warna hitam paling besar, namun sampel warna merah darah
kadarnya paling kecil dan selisihnya dengan warna terdekat (merah tanah
dan merah kehitaman) tidak besar jika dibandingkan dengan sampel warna
hitam. Walaupun demikian, kalau dibandingkan dengan kadar rata-rata Ni
pada batuan kerak bumi, yaitu sebesar 0,020% berat (Markham dan Smith,
1952), batu merah berbagai variasi warna tersebut mengandung nikel yang
jauh lebih kecil.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
111
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
0,014
Kadar Ni (% berat)
Kadar Co (% berat)
0,012
0,01
0,008
0,006
0,004
0,002
0
S1
S2
S3
1(2), 107-120
0,01
0,009
0,008
0,007
0,006
0,005
0,004
0,003
0,002
0,001
0
S4
Sampel variasi warna
S1
S2
S3
S4
Sample variasi warna
(a)
(b)
Gambar 2
(a) Kadar Co (% berat) dan (b) Ni (% berat) sample
batu merah bervariasi warna
(3) Analisis kadar tembaga (Cu), kromium (Cr), mangan (Mn)
dan titanium (Ti)
Kandungan tembaga (Cu) pada batu merah menunjukkan variasi
bahwa pada batu merah variasi warna hitam paling besar seperti terlihat pada
Tabel 1, namun sampel warna merah darah kadarnya paling kecil dan
selisihnya dengan warna terdekat (merah tanah dan merah kehitaman) tidak
besar jika dibandingkan dengan sampel warna hitam. Hal ini mirip dengan
kandungan nikel (Ni) seperti terlihat pada Gambar 2 (b). Dibandingkan
dengan kadar rata-rata Cu pada batuan kerak bumi, yaitu sebesar 0,0001%
berat (Markham dan Smith, 1952), batu merah dengan variasi warna merah
darah dan merah tanah tidak jauh berbeda, namun berbeda cukup besar untuk
batu merah warna kehitaman sampai hitam.
Kandungan kromium (Cr) pada batu merah menunjukkan variasi
kadar bahwa pada batu merah variasi warna merah tanah mengandung
kromium paling besar (0,04352% berat), melebihi kandungan Cr batuan
kerak bumi rata-rata (0,037% berat) menurut literatur (Markham dan Smith,
1952), namun sampel batu merah warna merah darah, merah kehitaman, dan
hitam mengandung kromium yang jauh lebih kecil (Tabel 1). Warna
kekuningan pada batu merah tanah kemungkinan ada kaitannya dengan
kandungan kromium.
Kandungan mangan (Mn) pada batu merah menunjukkan variasi
bahwa pada batu merah variasi merah darah mengandung mangan paling
besar dan tidak berbeda jauh dengan sampel warna merah tanah, namun
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
112
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
berbeda nyata dengan sampel warna merah kehitaman dan hitam, seperti
ditunjukkan pada Tabel 1. Dibandingkan dengan kadar rata-rata Mn pada
batuan kerak bumi yaitu, sebesar 0,10% berat (Markham dan Smith, 1952),
batu merah dengan variasi hitam berada pada kisaran rata-rata, namun batu
merah warna merah kehitaman sampai merah tanah mengandung Mn yang
jauh di atas rata-rata pada batuan kerak bumi. Warna merah mungkin sangat
terkait dengan kandungan logam Mn.
Berdasarkan grafik pada Tabel 1, terlihat bahwa kandungan titanium
(Ti) pada batu merah variasi warna hitam paling besar (hampir dua kali lipat
kandungan rata-rata batuan kerak bumi, yaitu 6,3% berat (Underwood dan
Earnshaw, 2003). Walaupun kandungan titanium pada batu merah variasi
merah tanah, merah darah, dan merah kehitaman relatif tidak berbeda nyata,
masih ada pada kisaran di atas rata-rata kandungan titanium batuan kerak
bumi. Persenyawaan titanium yang ada pada batu merah kemungkinan
berkontribusi terhadap warna keabuan sampai hitam.
Tabel 1
Kandungan Logam-Logam (% Berat) pada
Batu Merah Bervariasi Warna.
Kode
sampel/
warna
S1
(Merah
Tanah)
S2
(Merah
Darah)
S3 (Merah
Kehitaman)
S4
(Hitam)
Kadar logam-logam (% berat)
Ni
Cu
Mn
Fe
Co
Cr
TI
7.4198
0.0073
0.0048
0.00015
0.1242
0.04352
0.6575
7.2876
0.0076
0.0046
0.00011
0.1250
0.00031
0.6913
7.0331
0.0089
0.0053
0.00019
0.1198
0.00033
0.6763
6.9637
0.0118
0.0086
0.00048
0.1053
0.00145
1.0938
Sebagai pembanding adalah rata-rata kandungan logam pada batuan kerak
bumi (dalam %) berturut-turut: Fe (5,12%), Co (0,001%), Ni (0,020%), Cu
(0,0001%), Mn (0,10%), Cr (0,037%), Al (8,13%), (Markham dan Smith,
1955) dan Ti (0,63%) (Greenwood dan Earnshaw, 2003).
Keterkaitan antara kandungan logam-logam transisi yang dianalisis
(Fe, Co, Ni, Cu, Mn, Cr) dengan adanya variasi warna batu merah (merah
tanah, merah darah, merah kehitaman, dan hitam) dapat digambarkan seperti
Gambar 3.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
113
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
Gambar 3
Keterkaitan antara kandungan logam-logam yang telah dianalisis
dengan adanya variasi warna batu merah
Berdasarkan Gambar 3 tersebut, dapat dibahas bahwa karakter warna
merah tanah kemungkinan ditentukan oleh kadar logam-logam transisi Fe,
Mn dan Cr, sementara karakter warna hitam kemungkinan dipengaruhi oleh
kadar Co, Ni, Cu, dan Ti.
Identifikasi senyawa kimia dengan XRD
Pola-pola difraksi sinar-X hasil pengukuran tersebut ditampilkan
secara berurutan dari bawah ke atas pada Gambar 4. Berdasarkan pola-pola
difraksi tersebut, terlihat adanya kemiripan pola dasar. Hal ini berarti,
kemungkinan adanya kesamaan fasa utama penyusun batu merah bervariasi
warna merah tanah, merah darah, merah kehitaman, dan hitam tersebut.
Ada dua hal utama yang dapat diamati dari pola-pola difraksi
tersebut. (1) Adanya perbedaan kemunculan puncak-puncak kecil
menunjukkan adanya fasa-fasa (kemungkinan senyawa-senyawa kimia)
sampingan dengan kuantitas yang kecil yang mungkin dapat dirujuk sebagai
fasa trace atau jasa pengotor. (2) Di samping itu, terlihat juga adanya
pergeseran dua theta dan perubahan intensitas, baik pada fasa utama maupun
fasa-fasa kation-kation logam (terutama logam-logam transisi) tanpa
mengubah kerangka struktur senyawa-senyawa kimia fasa utama dan fasa
sampingan tersebut. Dengan demikian, variasi warna yang ada pada batu
merah kemungkinan berkaitan dengan dua hal tersebut.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
114
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
(a)
(b)
Gambar 4
(a) Pola difraksi sinar X dari bubuk sampel batu merah bervariasi
warna; (b) Identifikasi fasa cara “finger print” dari bubuk sampel
warna hitam dan warna merah tanah.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
115
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
Hasil identifikasi fasa dengan cara finger print terhadap pola difraksi
XRD bubuk batu merah warna merah tanah dengan menggunakan bank data
dari ICSD (kristal tunggal) dan PDF (bubuk) menunjukkan bahwa fasa-fasa
teridentifikasi adalah aluminosilikat-aluminosilikat Fe (PDF nomor 84-0983
dan 74-2020), Mn (PDF nomor 87-1717 dan 85-1278), Co (PDF nomor 860657), Ni (PDF nomor 74-0731), Cu (PDF nomor 84-0391), Ti (PDF nomor
22-0502), dan oksida-oksida besi (α-Fe2O3, ICSD nomor 82904 dan Fe3O4,
ICSD nomor 20596) dengan sedikit pergeseran dua theta dari puncak-puncak
utamanya (terutama tiga puncak utama dari tiap-tiap aluminosilikat maupun
oksida yang berkecocokan).
Pergeseran dua theta kemungkinan disebabkan oleh perpaduan
beberapa aluminosilikat tersebut atau oleh adanya pergantian (substitusi)
kation-kation logam transisi dengan komposisi tertentu.
Hasil identifikasi fasa dengan cara finger print terhadap pola difraksi
XRD bubuk batu merah warna hitam sebagai perbandingan dengan pola
difraksi XRD bubuk batu merah merah tanah dengan menggunakan bank
data ICSD (kristal tunggal) dan PDF (bubuk) menunjukkan bahwa fasa-fasa
teridentifikasi adalah sama, yaitu beberapa aluminosilikat dari Fe (PDF
nomor 84-0983 dan 74-2020), Mn (PDF nomor 87-1717 dan 85-1278), Co
(PDF nomor 86-0657), Ni (PDF nomor 74-0731), Cu (PDF nomor 84-0391),
Ti (PDF nomor 22-0502) dan oksida-oksida besi (α-Fe2O3, ICSD nomor
82904 dan Fe3O4, ICSD nomor 20596) seperti terlihat pada Gambar 4.
Namun, terdapat sedikit pergeseran dua theta dan perubahan intensitas dari
puncak-puncak utamanya. Ada sekumpulan puncak yang intensitasnya
bertambah dan ada juga yang menurun. Perubahan intensitas dan pergeseran
dua theta diperkirakan disebabkan oleh adanya perpaduan beberapa
aluminosilikat atau substitusi kation-kation logam transisi oleh kation logam
transisi lainnya dengan komposisi tertentu pada aluminosilikat utama
penyusun batuan tersebut.
Berdasarkan hasil analisis terhadap pola difraksi XRD bubuk batu
merah bervariasi warna didapatkan bahwa kemungkinan fasa utama
penyusun batu merah adalah senyawa aluminosilikat dari besi (Fe), yaitu
Sillimanit (PDF 84-0983) dengan rumus kimia Fe0,02Al1,98SiO5 atau
Almandin (PDF 74-2020) dengan rumus kimia Fe3Al2(SiO4)3 atau perpaduan
keduanya dengan berbagai penukaran ion-ion Fe3+ dan Al3+ oleh ion-ion
logam lainnya, termasuk ion-ion logam transisi lainnya. Keberadaan ion-ion
logam lainnya kemungkinan juga karena interkalasi, bahwa ion-ion logam
lainnya tersebut menempati ruang interstisi kristal aluminosilikat terebut.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
116
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
Dengan demikian, dapat dirumuskan fasa utama penyusunan batu merah
adalah sebagai berikut:
(M1)a(M2)bFecMndTieCof{NigCuhCri(M3)j}AlxSiyOz
(M1 = logam alkali, M2 = logam alkali tanah, M3 = logam lainnya yang
keberadaannya sangat kecil (trace)).
Teridentifikasinya beberapa aluminosilikat lain, seperti mangan
aluminosilikat sampai titanium aluminosilikat, menunjukkan bahwa
kemungkinan senyawa-senyawa tersebut sebagai fasa pendamping di
samping oksida-oksida besi termodifikasi (ditandai oleh pergeseran dua theta
dan intensitas tanpa mengubah pola difraksi). Modifikasi oksida-oksida besi
Fe2O3 (ICSD 82904) dan Fe3O4 (ICSD 64829) adalah sebagai akibat adanya
penggantian (substitusi) beberapa ion besi oleh ion-ion logam transisi
lainnya di samping ion-ion logam utama, seperti ion alkali dan alkali tanah.
Selain melalui mekanisme substitusi terhadap kation silikat oleh ion-ion
lainnya, modifikasi oksida yang ada juga kemungkinan disebabkan oleh
interkalasi (doping) oleh ion-ion lainnya tersebut dengan menempatkan diri
pada ruang-ruang interstisi yang memungkinkan.
(M1)a(M2)bFec{MndTieCofNigCuhCri(M3)j}Oz
Dengan mempertimbangkan hasil analisis logam-logam transisi dan
aluminium seperti tertera pada Tabel di atas, selain aluminosilikat dan
oksida, masih dimungkinkan terdapat fasa pendamping yang berupa besi
silikat termodifikasi:
(M1)a(M2)bFecMndTieCof{NigCuhCri(M3)j}SiyOz
Hal ini dimungkinkan karena adanya selisih kadar aluminium yang berbeda
nyata antara sampel batu merah bervariasi warna, di samping untuk
menyeimbangkan kadar aluminium dengan kadar Si berdasarkan fakta
bahwa kira-kira lebih daripada 80% komponen penyusun batu merah
(kecuali batu merah warna hitam kurang daripada 80%) belum
teridentifikasi, yang kemungkinan sebagian besar adalah Si dan O (penyusun
utama silikat).
Keterkaitan variasi fasa yang teridentifikasi dengan variasi warna dari
batu merah disajikan seperti pada Gambar 5.
Besi aluminisilikat termodifikasi kemungkinan memberi kontribusi warna
merah tanah (merah coklat kekuningan) jika fraksi mol Mn, Cr, Si semakin
besar, sedangkan kontribusi warna hitam diberikan oleh fraksi mol Fe, Ti, Co
dan Al. Warna merah tanah dikontribusi juga oleh fasa besi silikat
termodifikasi. Tetapi warna hitam dikontribusi oleh oksida-oksida besi
termodifikasi.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
117
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
Gambar 5
Keterkaitan variasi fasa teridentifikasi dengan
variasi warna batu merah
Simpulan
Simpulan-simpulan yang dapat ditarik dalam penelitian ini, adalah
(1) adanya variasi kadar Fe, Co, Ni, Cu, Mn, Cr dan Ti pada sampel batu
merah bervariasi warna; (2) kadar Fe, Co, Mn dan Ti untuk semua sampel
lebih tinggi daripada kadar rata-rata pada batuan kerak bumi dalam literatur,
namun kadar Ni, Cu dan Cr ada dalam kisaran rata-rata; (3) ada keterkaitan
antara variasi kadar logam-logam transisi dan variasi warna batu merah,
yaitu bahwa Fe, Mn dan Cr cenderung memberikan karakter warna tanah,
sedangkan Co, Ni, Cu, dan Ti cenderung memberikan karakter warna hitam;
(4) senyawa-senyawa kimia yang terdapat pada batu merah dapat diformulasi
sebagai senyawa aluminosilikat, silikat, dan oksida yang mengandung
logam-logam transisi dominant Fe, Mn, dan Ti.
(M1)a(M2)bFecMndTieCof{NigCuhCri(M3)j}AlxSiyOz
(M1)a(M2)bFec{MndTieCofNigCuhCri(M3)j}Oz
(M1)a(M2)bFecMndTieCof{NigCuhCri(M3)j}SiyOz
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
118
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
Variasi warna kemungkinan berkaitan erat dengan variasi kadar logamlogam transisi yang terkandung dalam senyawa aluminosilikat, silikat, dan
oksida tersebut; jika kandungan Mn, Cr dan Si semakin besar, semakin
merah tanah; dan sebaliknya, semakin banyak Fe, Ti, Co dan Al semakin
hitam.
Berdasarkan simpulan-simpulan di atas, dapat disarankan sebagai
berikut. (1) Perlu dilakukan analisis terhadap logam-logam alkali, alkali
tanah, silikon dan beberapa logam lainnya serta analisis kadar oksigen dan
unsur-unsur nonlogam, seperti karbon, fosfor, dan belerang. (2) Pengukuran
XRD dengan intensitas dan resolusi yang lebih tinggi serta pemurnian awal
sangat diperlukan untuk keperluan analisis keberadaan senyawa-senyawa
kimia batu merah variasi warna tersebut. (3) Walaupun hasil penelitian
pendahuluan menunjukkan bahwa warna batu merah stabil sampai suhu
800oC, pengukuran TG dan DTA sangat disarankan untuk memverifikasi ada
atau tidaknya perubahan fase akibat pemanasan tersebut. (4) Penelitian
lanjutan untuk menentukan zat pendispersi yang tepat sesuai dengan
peruntukan pigmen anorganik merupakan hal yang sangat diperlukan untuk
menuju realisasi penggunaan pigmen tersebut. (5) Studi lanjutan mengenai
senyawa kimia yang terdapat pada batu merah yang paling berperan pada
sifat antilumut dan kestabilan fisik batuan berongga tersebut merupakan
kajian lanjutan yang juga dapat disarankan.
Daftar Rujukan
Greenwood, N. N. & Earnshaw, A. 2003. Chemistry of the elements, Second
Edition. Amsterdam: Elsevier, Ltd.
Holleman, A. F. & Wiberg, N. 1985. Lehrbuch der anorganische chemie.
Berlin: Walter de Gruyter.
Karyasa, I W. & Sudria, I. B. N. 2005. Explorasi bahan pigmen anorganik
alamai dari narbatu merah di desa Tajun (Kecamatan Kubutambahan,
Kabupaten Buleleng) dan sekitarnya. Laporan Penelitian. Lembaga
Penelitian IKIP Negeri Singaraja.
Mataram, I G. N. 1995. Kandungan besi (Fe) pada batu merah (Studi kasus
di desa Tajun Kabupaten Buleleng). Skripsi (tidak diterbitkan).
Program Studi Pendidikan Kimia STKIP Negeri Singaraja.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
119
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
MacEvoy, B. 2002. natural inorganic Pigments. http://www.handprint.com/
HP/WCL/pigmt1a.html
Potter, M. J. 2001. Iron oxide pigments. U. S. Geological Survey Minerals
Yearbook.
Purnomo, E. 1997. Kandungan besi (Fe) dan nikel (Ni) pada pasir besi (Bias
melela) di desa Bukti, Kabupaten Buleleng. Skripsi (tidak
diterbitkan). Program Studi Pendidikan Kimia STKIP Negeri
Singaraja.
Riedel, E. 2002. Anorganische chemie. Berlin: Auflage, Walter de Gruyter.
Smith, D. 2002. Earth pigments: The artist’s oldest paintbox. http://www/
danielsmith.com/learn/inksmith/200208/
Walter, D. 2005. The mechanism of the thermal transformation from goethite
to mematite, guest lecture in solid state chemistry. Makalah.
Disajikan dalam seminar akademik kimia anorganik dan workshop
pengelolaan laboratorium kimia di Jurusan Pendidikan Kimia
FPMIPA IKIP Negeri Singaraja tanggal 11-12 Februari 2005.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
120
1(2), 107-120
ANALISIS LOGAM-LOGAM TRANSISI DAN IDENTIFIKASI
SENYAWA-SENYAWA KIMIA PADA BATU MERAH DI DESA
TAJUN DAN SEKITARNYA
I Wayan Karyasa dan I Made Kirna
Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA Undiksha
Abstrak
Telah dilakukan penelitian tentang potensi batu merah yang ada
di Desa Tajun, Kabupaten Buleleng, Bali. Penelitian ini
bertujuan (1) menganalisis kadar logam-logam transisi Fe, Co,
Ni, Ci, Mn, Cr dan Ti pada batu merah dengan berbagai variasi
warna; (2) mendeskripsikan perbedaan kadar logam-logam
transisi Fe, Co, Ni, Ci, Mn, Cr dan Ti dan keterkaitannya
dengan variasi warna yang ada; (3) mengidentifikasi warna
senyawa-senyawa kimia yang terdapat pada batu merah
bervariasi warna tersebut; (4) mendeskripsikan keterkaitan
antara keberadaan senyawa-senyawa kimia dalam batu merah
dengan variasi warna yang dimilikinya. Batu merah dengan
variasi warna merah tanah, merah darah, merah kehitaman dan
hitam diambil sebagai sample. Hasil detruksi bubuk batu merah
dengan HNO3 dan HCL dengan penambahan beberapa ml HF
48% dianalisis kadar logam-logam transisinya dengan atomic
absorption spectroscopy (AAS). Identifikasi senyawa-senyawa
kimia yang terdapat dalam batu merah menggunakan metode
difraksi sinar X bubuk (XRD) dengan radiasi Cu Kα1 (λ =
154,06 pm) pada 2θ = 5 – 85o (suhu kamar). Hasil penelitian
menunjukkan (1) adanya variasi kadar Fe, Co, Ni, Ci, Mn, Cr
dan Ti pada sampel batu merah bervariasi warna; (2) kadar Fe,
Co, Mn dan Ti untuk semua sampel lebih tinggi daripada kadar
rata-rata pada batuan kerak bumi dalam literatur, namun kadar
Ni, Cu dan Cr ada dalam kisaran rata-rata; (3) ada keterkaitan
antara variasi kadar logam-logam transisi dan variasi warna
batu merah (Fe, Mn dan Cr cendrung memberikan karakter
warna tanah, sedangkan Cn, Ni, Cu, dan Ti cenderung
memberikan karakter warna hitam; (4) senyawa-senyawa kimia
yang terdapat pada batu merah dapat diformulasi sebagai
senyawa aluminosilikat, silikat, dan oksida, yang mengandung
logam-logam transisi dominant Fe, Mn dan Ti. Variasi warna
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
107
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
kemungkinan berkaitan erat dengan variasi kadar logam-logam
transisi yang terkandung dalam senyawa aluminosilikat, silikat,
dan oksida tersebut (jika kandungan Mn, Cr dan Si semakin
besar, semakin merah tanah; dan, sebaliknya, semakin banyak
Fe, Ti, Co dan Al semakin hitam).
Kata-kata kunci: batu merah, pigmen anorganik alami,
logam transisi
Abstract
Study on the chemical composition of red stones in Tajun
Village, Regency of Buleleng, Bali, was done. The research is
aimed (1) to analyze the contents of transition metals (Fe, Co,
Ni, Cu, Mn, Cr, Ti); (2) to describe the content differences of
the transition metals in correlation with the color variation of
the red stones; (3) to indentify the existing compounds on the
red stones with their color variation; (4) to describe the
correlation between the existing compounds on the red stones
and the color variations. As samples, the red stones with color
variation of the red earth, bloof red, dark red, and black were
mounted. The destructed sample powders with HNO3 dan HCL
in addition of a few mL HF 48% were analyzed their transation
metal contents by the atomic absorption spectroscopy (AAS)
method. The red stone powders in various colors were
identified the existing compounds on the powders by using the
powder X-ray diffraction (XRD) method using Cu Kα1
radiation (λ = 154.06 pm) as 2θ = 5 – 85o (room temperature).
The results show that (1) there is a variation of the contents of
Fe, Co, Ni, Cu, Mn, Cr and Ti corresponding to color
variations; (2) the contents of Fe, Co, Mn, and Ti of all samples
are higher than the mean contents of those metals of the earth’s
crustal rocks mentioned in literatures, but the contents of Ni,
Cu, and Cr are in the range of the mean; (3) there is a good
correlation between the transition metals contents and the color
variations of the red stones, where the transition metals Fe, Mn,
Cr tend to give the red earth color character, on the other hand,
the transition metals of Co, Ni, Cu, and Ti tend to give the
black character; (4) the existing compounds in the red stones
would be formulated as an aluminosilicate, silicate, and oxides
with various contents of transition metals. The compounds
containing various contents of the transition metals (dominantly
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
108
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
Fe, Ti, Mn) probably correspond to the color variation of the
red stones.
Key words: red stone, natural inorganic pigment, transition metals
Pendahuluan
Pigmen anorganik alami telah digunakan manusia sebagai bahan
pewarna sejak zaman prasejarah. Pigmen anorganik alami yang ditambang
dari deposit lempung dan batuan permukaan menunjukkan kepermanenan
yang istimewa dalam jangka waktu yang sangat panjang (MacEvoy, 2002).
Pigmen anorganik biasanya dibedakan atas kelas-kelas oksida, oksida
hidroksida, sulfide, sulfat, dan karbonat (Riedel, 2002; Greenwood dan
Earnshaw, 2003; Holleman dan Wiberg, 1985). Beberapa contohnya adalah
pigmen-pigmen merah tanah (red earth) dan kuning tanah (yellow earth)
(Potter, 2001 dan Smith, 2002). Kelompok yang pertama mengandung
oksida besi dengan proporsi yang besar, seperti hematite yang berwarna
ungu gelap sampai merah terang, lepidokrokit yang berwarna oranya sampai
kuning, dan maghemit yang berwarna coklat gelap. Kelompok kedua
mengandung silica dan lempung, oksida-oksida besi terhidrasi (limonit yang
berwarna coklat kekuningan atau goethite yang berwarna coklat kekuningan
sampai kuning kehijauan) dan gip atau mangan karbonat dalam porsi yang
sangat kecil.
Batu merah yang ada di Desa Tajun (Kabupaten Buleleng, Bali)
menunjukkan ciri-ciri yang memungkinkan dieksplorasi menjadi bahan
pigmen anorganik alami. Penelitian pendahuluan menunjukkan bahwa
kandungan besinya yang cukup tinggi (Mataram, 1995). Batuan yang
berwarna merah tanah sampai merah gelap (kehitaman) tersebut berpori-pori,
stabil, tidak luntur oleh sinar matahari dan guyuran air hujan, serta tidak
ditumbuhi lumut sehingga sejak beberapa dekade batu merah ini telah digali,
namun hanya sebatas sebagai bahan bangunan. Potensi batu merah sebagai
pigmen anorganik alami juga ditunjukkan dari hasil penelitian Karyasa dan
Sudria (2005) yang menyimpulkan kestabilan warna dari batu merah dari
pengaruh pembubukan berbagai ukuran partikel, pencucian bubuk dengan
larutan asam berbagai pH dan pemanasan bubuk sampai 800oC. Penelitian
lanjutan untuk mengidentifikasi dan mengarakterisasi senyawa-senyawa
kimia yang berkaitan dengan sifat-sifat fisik tersebut perlu dilakukan.
Penelitian ini ditujukan untuk menganalisis kadar berbagai logam transisi
dan mengidentifikasi senyawa-senyawa kimia pada batu merah dan
keterkaitannya dengan variasi warna (merah tanah, merah darah, merah
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
109
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
kehitaman, dan hitam) batu merah yang ada di Desa Tajun (Kabupaten
Buleleng, Bali). Hasil penelitian ini diharapkan berkontribusi dalam
mendiskripsikan sifat kimia dan fisika batu merah dan menambah
pembendaharaan sumber bahan pigmen anorganik alami sebagai usaha untuk
memberi nilai tambah batu merah tersebut.
Metode
Sampel penelitian adalah batu merah yang diambil secara acak dan
dibedakan atas warnanya, yaitu merah tanah, merah darah, merah kehitaman,
dan hitam. Lima lokasi ditentukan secara acak dan dari tiap-tiap lokasi
dipilih empat sampel yang dibedakan atas warnanya. Semua sampel yang
masih berupa bongkahan tersebut dicuci dengan aquades beberapa kali, lalu
dukeringkan sampai beratnya konstan. Tiap-tiap sampel pada tiap lokasi
dengan warna yang sama dipilih secara acak dan ditimbang dengan berat
yang sama. Selanjutnya sampel-sampel dari lima lokasi dengan warna yang
sama dijadikan satu dan dibubuk untuk menjadi sampel serbuk (Si) yang
homogen (i = 1, 2, 3, 4; dan 1 = merah tanah, 2 = merah darah, 3 = merah
kehitaman, 4 = hitam).
Tiap-tiap bubuk sampel didestruksi dengan larutan campuran asam
nitrat dan asam klorida dan ditambahkan asam flourida 48% secukupnya
sampai destruksi sempurna. Larutan hasil destruksi diencerkan dan dianalisis
kadar logam-logam transisinya (Fe, Co, Ni, Cu, Cr, dan Ti) dengan metode
AAS (atomic absorption spectroscopy). Identifikasi senyawa-senyawa kimia
yang terdapat dalam batu merah menggunakan metode difraksi sinar X
bubuk (XRD) dengan radiasi Cu Kα1 (λ = 154,06 pm) dan pengurkuran pada
rentang 2θ = 5 – 85o (suhu kamar).
Data yang diperoleh dianalisis secara deskriptif untuk mengomparasi
kandungan logam-logam transisi dari sample batu merah bervariasi empat
warna tersebut dan diemukan keterkaitan antara kadar berbagai logam
trenasisi tersebut dan variasi warna yang ada.
Hasil dan Pembahasan
Analisis Kadar Logam Transisi dengan AAS
Berikut adalah hasil analisis kadar logam-logam transisi (Fe, Co, Ni,
Cu, Mn, Cr, dan Ti) menggunakan AAS
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
110
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
(1) Analisis kadar besi (Fe)
Berdasarkan grafik pada Gambar 1, terlihat bahwa kandungan besi
pada batu merah variasi warna merah tanah paling besar dan menurun
kadarnya dengan warna batu merah semakin gelap (hitam). Dibandingkan
dengan keberadaan Fe rata-rata pada kerak bumi yaitu sebesar 5,2% berat
(Markham dan Smith, 1952), batu merah berbagai variasi warna tersebut
mengandung Fe dengan kadar yang lebih tinggi. Warna merah pada batu
merah mungkin berkaitan erat dengan kandungan logam Fe.
7,5
7,4198
Kadar Fe (%berat)
7,4
7,2876
7,3
7,2
7,1
7,0331
6,9637
7
6,9
6,8
6,7
S1
S2
S3
S4
Sample variasi warna
Gambar 1
Kadar Fe (% berat) sample batu merah bervariasi warna
(2) Analisis kadar kobal (Co) dan nikel (Ni)
Berdasarkan grafik pada Gambar 2 (a) tersebut, terlihat bahwa
kandungan kobal (Co) pada batu merah variasi warna hitam paling besar dan
meningkat kadarnya dari warna merah tanah ke warna hitam. Dibandingkan
dengan keberadaan Co rata-rata pada kerak bumi, yaitu sebesar 0,001% berat
(Markham dan Smith, 1952), batu merah berbagai variasi warna tersebut
mengandung kobal lebih daripada tujuh sampai sebelas kali lipatnya.
Gambar 2 (b) menunjukkan bahwa kandungan nikel (Ni) pada batu merah
variasi warna hitam paling besar, namun sampel warna merah darah
kadarnya paling kecil dan selisihnya dengan warna terdekat (merah tanah
dan merah kehitaman) tidak besar jika dibandingkan dengan sampel warna
hitam. Walaupun demikian, kalau dibandingkan dengan kadar rata-rata Ni
pada batuan kerak bumi, yaitu sebesar 0,020% berat (Markham dan Smith,
1952), batu merah berbagai variasi warna tersebut mengandung nikel yang
jauh lebih kecil.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
111
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
0,014
Kadar Ni (% berat)
Kadar Co (% berat)
0,012
0,01
0,008
0,006
0,004
0,002
0
S1
S2
S3
1(2), 107-120
0,01
0,009
0,008
0,007
0,006
0,005
0,004
0,003
0,002
0,001
0
S4
Sampel variasi warna
S1
S2
S3
S4
Sample variasi warna
(a)
(b)
Gambar 2
(a) Kadar Co (% berat) dan (b) Ni (% berat) sample
batu merah bervariasi warna
(3) Analisis kadar tembaga (Cu), kromium (Cr), mangan (Mn)
dan titanium (Ti)
Kandungan tembaga (Cu) pada batu merah menunjukkan variasi
bahwa pada batu merah variasi warna hitam paling besar seperti terlihat pada
Tabel 1, namun sampel warna merah darah kadarnya paling kecil dan
selisihnya dengan warna terdekat (merah tanah dan merah kehitaman) tidak
besar jika dibandingkan dengan sampel warna hitam. Hal ini mirip dengan
kandungan nikel (Ni) seperti terlihat pada Gambar 2 (b). Dibandingkan
dengan kadar rata-rata Cu pada batuan kerak bumi, yaitu sebesar 0,0001%
berat (Markham dan Smith, 1952), batu merah dengan variasi warna merah
darah dan merah tanah tidak jauh berbeda, namun berbeda cukup besar untuk
batu merah warna kehitaman sampai hitam.
Kandungan kromium (Cr) pada batu merah menunjukkan variasi
kadar bahwa pada batu merah variasi warna merah tanah mengandung
kromium paling besar (0,04352% berat), melebihi kandungan Cr batuan
kerak bumi rata-rata (0,037% berat) menurut literatur (Markham dan Smith,
1952), namun sampel batu merah warna merah darah, merah kehitaman, dan
hitam mengandung kromium yang jauh lebih kecil (Tabel 1). Warna
kekuningan pada batu merah tanah kemungkinan ada kaitannya dengan
kandungan kromium.
Kandungan mangan (Mn) pada batu merah menunjukkan variasi
bahwa pada batu merah variasi merah darah mengandung mangan paling
besar dan tidak berbeda jauh dengan sampel warna merah tanah, namun
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
112
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
berbeda nyata dengan sampel warna merah kehitaman dan hitam, seperti
ditunjukkan pada Tabel 1. Dibandingkan dengan kadar rata-rata Mn pada
batuan kerak bumi yaitu, sebesar 0,10% berat (Markham dan Smith, 1952),
batu merah dengan variasi hitam berada pada kisaran rata-rata, namun batu
merah warna merah kehitaman sampai merah tanah mengandung Mn yang
jauh di atas rata-rata pada batuan kerak bumi. Warna merah mungkin sangat
terkait dengan kandungan logam Mn.
Berdasarkan grafik pada Tabel 1, terlihat bahwa kandungan titanium
(Ti) pada batu merah variasi warna hitam paling besar (hampir dua kali lipat
kandungan rata-rata batuan kerak bumi, yaitu 6,3% berat (Underwood dan
Earnshaw, 2003). Walaupun kandungan titanium pada batu merah variasi
merah tanah, merah darah, dan merah kehitaman relatif tidak berbeda nyata,
masih ada pada kisaran di atas rata-rata kandungan titanium batuan kerak
bumi. Persenyawaan titanium yang ada pada batu merah kemungkinan
berkontribusi terhadap warna keabuan sampai hitam.
Tabel 1
Kandungan Logam-Logam (% Berat) pada
Batu Merah Bervariasi Warna.
Kode
sampel/
warna
S1
(Merah
Tanah)
S2
(Merah
Darah)
S3 (Merah
Kehitaman)
S4
(Hitam)
Kadar logam-logam (% berat)
Ni
Cu
Mn
Fe
Co
Cr
TI
7.4198
0.0073
0.0048
0.00015
0.1242
0.04352
0.6575
7.2876
0.0076
0.0046
0.00011
0.1250
0.00031
0.6913
7.0331
0.0089
0.0053
0.00019
0.1198
0.00033
0.6763
6.9637
0.0118
0.0086
0.00048
0.1053
0.00145
1.0938
Sebagai pembanding adalah rata-rata kandungan logam pada batuan kerak
bumi (dalam %) berturut-turut: Fe (5,12%), Co (0,001%), Ni (0,020%), Cu
(0,0001%), Mn (0,10%), Cr (0,037%), Al (8,13%), (Markham dan Smith,
1955) dan Ti (0,63%) (Greenwood dan Earnshaw, 2003).
Keterkaitan antara kandungan logam-logam transisi yang dianalisis
(Fe, Co, Ni, Cu, Mn, Cr) dengan adanya variasi warna batu merah (merah
tanah, merah darah, merah kehitaman, dan hitam) dapat digambarkan seperti
Gambar 3.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
113
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
Gambar 3
Keterkaitan antara kandungan logam-logam yang telah dianalisis
dengan adanya variasi warna batu merah
Berdasarkan Gambar 3 tersebut, dapat dibahas bahwa karakter warna
merah tanah kemungkinan ditentukan oleh kadar logam-logam transisi Fe,
Mn dan Cr, sementara karakter warna hitam kemungkinan dipengaruhi oleh
kadar Co, Ni, Cu, dan Ti.
Identifikasi senyawa kimia dengan XRD
Pola-pola difraksi sinar-X hasil pengukuran tersebut ditampilkan
secara berurutan dari bawah ke atas pada Gambar 4. Berdasarkan pola-pola
difraksi tersebut, terlihat adanya kemiripan pola dasar. Hal ini berarti,
kemungkinan adanya kesamaan fasa utama penyusun batu merah bervariasi
warna merah tanah, merah darah, merah kehitaman, dan hitam tersebut.
Ada dua hal utama yang dapat diamati dari pola-pola difraksi
tersebut. (1) Adanya perbedaan kemunculan puncak-puncak kecil
menunjukkan adanya fasa-fasa (kemungkinan senyawa-senyawa kimia)
sampingan dengan kuantitas yang kecil yang mungkin dapat dirujuk sebagai
fasa trace atau jasa pengotor. (2) Di samping itu, terlihat juga adanya
pergeseran dua theta dan perubahan intensitas, baik pada fasa utama maupun
fasa-fasa kation-kation logam (terutama logam-logam transisi) tanpa
mengubah kerangka struktur senyawa-senyawa kimia fasa utama dan fasa
sampingan tersebut. Dengan demikian, variasi warna yang ada pada batu
merah kemungkinan berkaitan dengan dua hal tersebut.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
114
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
(a)
(b)
Gambar 4
(a) Pola difraksi sinar X dari bubuk sampel batu merah bervariasi
warna; (b) Identifikasi fasa cara “finger print” dari bubuk sampel
warna hitam dan warna merah tanah.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
115
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
Hasil identifikasi fasa dengan cara finger print terhadap pola difraksi
XRD bubuk batu merah warna merah tanah dengan menggunakan bank data
dari ICSD (kristal tunggal) dan PDF (bubuk) menunjukkan bahwa fasa-fasa
teridentifikasi adalah aluminosilikat-aluminosilikat Fe (PDF nomor 84-0983
dan 74-2020), Mn (PDF nomor 87-1717 dan 85-1278), Co (PDF nomor 860657), Ni (PDF nomor 74-0731), Cu (PDF nomor 84-0391), Ti (PDF nomor
22-0502), dan oksida-oksida besi (α-Fe2O3, ICSD nomor 82904 dan Fe3O4,
ICSD nomor 20596) dengan sedikit pergeseran dua theta dari puncak-puncak
utamanya (terutama tiga puncak utama dari tiap-tiap aluminosilikat maupun
oksida yang berkecocokan).
Pergeseran dua theta kemungkinan disebabkan oleh perpaduan
beberapa aluminosilikat tersebut atau oleh adanya pergantian (substitusi)
kation-kation logam transisi dengan komposisi tertentu.
Hasil identifikasi fasa dengan cara finger print terhadap pola difraksi
XRD bubuk batu merah warna hitam sebagai perbandingan dengan pola
difraksi XRD bubuk batu merah merah tanah dengan menggunakan bank
data ICSD (kristal tunggal) dan PDF (bubuk) menunjukkan bahwa fasa-fasa
teridentifikasi adalah sama, yaitu beberapa aluminosilikat dari Fe (PDF
nomor 84-0983 dan 74-2020), Mn (PDF nomor 87-1717 dan 85-1278), Co
(PDF nomor 86-0657), Ni (PDF nomor 74-0731), Cu (PDF nomor 84-0391),
Ti (PDF nomor 22-0502) dan oksida-oksida besi (α-Fe2O3, ICSD nomor
82904 dan Fe3O4, ICSD nomor 20596) seperti terlihat pada Gambar 4.
Namun, terdapat sedikit pergeseran dua theta dan perubahan intensitas dari
puncak-puncak utamanya. Ada sekumpulan puncak yang intensitasnya
bertambah dan ada juga yang menurun. Perubahan intensitas dan pergeseran
dua theta diperkirakan disebabkan oleh adanya perpaduan beberapa
aluminosilikat atau substitusi kation-kation logam transisi oleh kation logam
transisi lainnya dengan komposisi tertentu pada aluminosilikat utama
penyusun batuan tersebut.
Berdasarkan hasil analisis terhadap pola difraksi XRD bubuk batu
merah bervariasi warna didapatkan bahwa kemungkinan fasa utama
penyusun batu merah adalah senyawa aluminosilikat dari besi (Fe), yaitu
Sillimanit (PDF 84-0983) dengan rumus kimia Fe0,02Al1,98SiO5 atau
Almandin (PDF 74-2020) dengan rumus kimia Fe3Al2(SiO4)3 atau perpaduan
keduanya dengan berbagai penukaran ion-ion Fe3+ dan Al3+ oleh ion-ion
logam lainnya, termasuk ion-ion logam transisi lainnya. Keberadaan ion-ion
logam lainnya kemungkinan juga karena interkalasi, bahwa ion-ion logam
lainnya tersebut menempati ruang interstisi kristal aluminosilikat terebut.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
116
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
Dengan demikian, dapat dirumuskan fasa utama penyusunan batu merah
adalah sebagai berikut:
(M1)a(M2)bFecMndTieCof{NigCuhCri(M3)j}AlxSiyOz
(M1 = logam alkali, M2 = logam alkali tanah, M3 = logam lainnya yang
keberadaannya sangat kecil (trace)).
Teridentifikasinya beberapa aluminosilikat lain, seperti mangan
aluminosilikat sampai titanium aluminosilikat, menunjukkan bahwa
kemungkinan senyawa-senyawa tersebut sebagai fasa pendamping di
samping oksida-oksida besi termodifikasi (ditandai oleh pergeseran dua theta
dan intensitas tanpa mengubah pola difraksi). Modifikasi oksida-oksida besi
Fe2O3 (ICSD 82904) dan Fe3O4 (ICSD 64829) adalah sebagai akibat adanya
penggantian (substitusi) beberapa ion besi oleh ion-ion logam transisi
lainnya di samping ion-ion logam utama, seperti ion alkali dan alkali tanah.
Selain melalui mekanisme substitusi terhadap kation silikat oleh ion-ion
lainnya, modifikasi oksida yang ada juga kemungkinan disebabkan oleh
interkalasi (doping) oleh ion-ion lainnya tersebut dengan menempatkan diri
pada ruang-ruang interstisi yang memungkinkan.
(M1)a(M2)bFec{MndTieCofNigCuhCri(M3)j}Oz
Dengan mempertimbangkan hasil analisis logam-logam transisi dan
aluminium seperti tertera pada Tabel di atas, selain aluminosilikat dan
oksida, masih dimungkinkan terdapat fasa pendamping yang berupa besi
silikat termodifikasi:
(M1)a(M2)bFecMndTieCof{NigCuhCri(M3)j}SiyOz
Hal ini dimungkinkan karena adanya selisih kadar aluminium yang berbeda
nyata antara sampel batu merah bervariasi warna, di samping untuk
menyeimbangkan kadar aluminium dengan kadar Si berdasarkan fakta
bahwa kira-kira lebih daripada 80% komponen penyusun batu merah
(kecuali batu merah warna hitam kurang daripada 80%) belum
teridentifikasi, yang kemungkinan sebagian besar adalah Si dan O (penyusun
utama silikat).
Keterkaitan variasi fasa yang teridentifikasi dengan variasi warna dari
batu merah disajikan seperti pada Gambar 5.
Besi aluminisilikat termodifikasi kemungkinan memberi kontribusi warna
merah tanah (merah coklat kekuningan) jika fraksi mol Mn, Cr, Si semakin
besar, sedangkan kontribusi warna hitam diberikan oleh fraksi mol Fe, Ti, Co
dan Al. Warna merah tanah dikontribusi juga oleh fasa besi silikat
termodifikasi. Tetapi warna hitam dikontribusi oleh oksida-oksida besi
termodifikasi.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
117
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
Gambar 5
Keterkaitan variasi fasa teridentifikasi dengan
variasi warna batu merah
Simpulan
Simpulan-simpulan yang dapat ditarik dalam penelitian ini, adalah
(1) adanya variasi kadar Fe, Co, Ni, Cu, Mn, Cr dan Ti pada sampel batu
merah bervariasi warna; (2) kadar Fe, Co, Mn dan Ti untuk semua sampel
lebih tinggi daripada kadar rata-rata pada batuan kerak bumi dalam literatur,
namun kadar Ni, Cu dan Cr ada dalam kisaran rata-rata; (3) ada keterkaitan
antara variasi kadar logam-logam transisi dan variasi warna batu merah,
yaitu bahwa Fe, Mn dan Cr cenderung memberikan karakter warna tanah,
sedangkan Co, Ni, Cu, dan Ti cenderung memberikan karakter warna hitam;
(4) senyawa-senyawa kimia yang terdapat pada batu merah dapat diformulasi
sebagai senyawa aluminosilikat, silikat, dan oksida yang mengandung
logam-logam transisi dominant Fe, Mn, dan Ti.
(M1)a(M2)bFecMndTieCof{NigCuhCri(M3)j}AlxSiyOz
(M1)a(M2)bFec{MndTieCofNigCuhCri(M3)j}Oz
(M1)a(M2)bFecMndTieCof{NigCuhCri(M3)j}SiyOz
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
118
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
Variasi warna kemungkinan berkaitan erat dengan variasi kadar logamlogam transisi yang terkandung dalam senyawa aluminosilikat, silikat, dan
oksida tersebut; jika kandungan Mn, Cr dan Si semakin besar, semakin
merah tanah; dan sebaliknya, semakin banyak Fe, Ti, Co dan Al semakin
hitam.
Berdasarkan simpulan-simpulan di atas, dapat disarankan sebagai
berikut. (1) Perlu dilakukan analisis terhadap logam-logam alkali, alkali
tanah, silikon dan beberapa logam lainnya serta analisis kadar oksigen dan
unsur-unsur nonlogam, seperti karbon, fosfor, dan belerang. (2) Pengukuran
XRD dengan intensitas dan resolusi yang lebih tinggi serta pemurnian awal
sangat diperlukan untuk keperluan analisis keberadaan senyawa-senyawa
kimia batu merah variasi warna tersebut. (3) Walaupun hasil penelitian
pendahuluan menunjukkan bahwa warna batu merah stabil sampai suhu
800oC, pengukuran TG dan DTA sangat disarankan untuk memverifikasi ada
atau tidaknya perubahan fase akibat pemanasan tersebut. (4) Penelitian
lanjutan untuk menentukan zat pendispersi yang tepat sesuai dengan
peruntukan pigmen anorganik merupakan hal yang sangat diperlukan untuk
menuju realisasi penggunaan pigmen tersebut. (5) Studi lanjutan mengenai
senyawa kimia yang terdapat pada batu merah yang paling berperan pada
sifat antilumut dan kestabilan fisik batuan berongga tersebut merupakan
kajian lanjutan yang juga dapat disarankan.
Daftar Rujukan
Greenwood, N. N. & Earnshaw, A. 2003. Chemistry of the elements, Second
Edition. Amsterdam: Elsevier, Ltd.
Holleman, A. F. & Wiberg, N. 1985. Lehrbuch der anorganische chemie.
Berlin: Walter de Gruyter.
Karyasa, I W. & Sudria, I. B. N. 2005. Explorasi bahan pigmen anorganik
alamai dari narbatu merah di desa Tajun (Kecamatan Kubutambahan,
Kabupaten Buleleng) dan sekitarnya. Laporan Penelitian. Lembaga
Penelitian IKIP Negeri Singaraja.
Mataram, I G. N. 1995. Kandungan besi (Fe) pada batu merah (Studi kasus
di desa Tajun Kabupaten Buleleng). Skripsi (tidak diterbitkan).
Program Studi Pendidikan Kimia STKIP Negeri Singaraja.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
119
Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora
1(2), 107-120
MacEvoy, B. 2002. natural inorganic Pigments. http://www.handprint.com/
HP/WCL/pigmt1a.html
Potter, M. J. 2001. Iron oxide pigments. U. S. Geological Survey Minerals
Yearbook.
Purnomo, E. 1997. Kandungan besi (Fe) dan nikel (Ni) pada pasir besi (Bias
melela) di desa Bukti, Kabupaten Buleleng. Skripsi (tidak
diterbitkan). Program Studi Pendidikan Kimia STKIP Negeri
Singaraja.
Riedel, E. 2002. Anorganische chemie. Berlin: Auflage, Walter de Gruyter.
Smith, D. 2002. Earth pigments: The artist’s oldest paintbox. http://www/
danielsmith.com/learn/inksmith/200208/
Walter, D. 2005. The mechanism of the thermal transformation from goethite
to mematite, guest lecture in solid state chemistry. Makalah.
Disajikan dalam seminar akademik kimia anorganik dan workshop
pengelolaan laboratorium kimia di Jurusan Pendidikan Kimia
FPMIPA IKIP Negeri Singaraja tanggal 11-12 Februari 2005.
JPPSH, Lembaga Penelitian Undiksha, Desember 2007
120