SINTESIS DAN KARAKTERISASI MATERIAL MAGNETIK BERBASIS SENYAWA KOMPLEKS INTI GANDA MANGAN(II) DENGAN 2,2’-BIPIRIDIN MENGGUNAKAN LIGAN JEMBATAN OKSALAT SKRIPSI

  SINTESIS DAN KARAKTERISASI MATERIAL MAGNETIK BERBASIS SENYAWA KOMPLEKS INTI GANDA MANGAN(II) DENGAN 2,2’-BIPIRIDIN MENGGUNAKAN LIGAN JEMBATAN OKSALAT SKRIPSI

NIRMAWATI EKA PUTRI DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA SURABAYA 2012

  SINTESIS DAN KARAKTERISASI MATERIAL MAGNETIK BERBASIS SENYAWA KOMPLEKS INTI GANDA MANGAN(II) DENGAN 2,2’-BIPIRIDIN MENGGUNAKAN LIGAN JEMBATAN OKSALAT SKRIPSI Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Bidang Kimia pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Oleh : NIRMAWATI EKA PUTRI NIM. 080810626 Tanggal Lulus :

6 Agustus 2012 Disetujui oleh : Pembimbing I, Pembimbing II, Dra. Hartati, M.Si Harsasi Setyawati, S.Si, M.Si

  

NIP. 19591115 198703 2 002 NIK. 139080769

  ii

  LEMBAR PENGESAHAN NASKAH SKRIPSI

  Judul : Sintesis dan Karakterisasi Material Magnetik Berbasis Senyawa Kompleks Inti Ganda Mangan(II) dengan 2,2’-Bipiridin Menggunakan Ligan Jembatan Oksalat

  Penyusun : Nirmawati Eka Putri NIM : 080810626 Pembimbing I : Dra. Hartati, M.Si Pembimbing II : Harsasi Setyawati, S.Si, M.Si Tanggal Ujian : 6 Agustus 2012

  Disetujui oleh : Pembimbing I, Pembimbing II,

  Dra. Hartati, M.Si Harsasi Setyawati, S.Si, M.Si NIP. 19591115 198703 2 002 NIK. 139080769

  Mengetahui, Ketua Departemen Kimia

  Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

  Dr. Alfinda Novi Kristanti, DEA NIP. 19671115 199102 2 001 iii

PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI

  Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga. Diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penulis dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah.

  Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga Surabaya.

  iv

KATA PENGANTAR

  Segala puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah- Nya yang telah memberikan kemudahan dan kekuatan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Sintesis dan Karakterisasi Material

  Magnetik Berbasis Senyawa Kompleks Inti Ganda Mangan(II) dengan 2,2’-Bipiridin Menggunakan Ligan Jembatan Oksalat”.

  Di kesempatan kali ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

  1. Dr. Alfinda Novi Kristanti, DEA selaku ketua Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga.

  2. Dra. Hartati, M.Si selaku dosen wali dan pembimbing I. Terima kasih atas bimbingan, masukan, dan perhatiannya terhadap penulis.

  3. Harsasi Setyawati, S.Si, M.Si selaku dosen pembimbing II. Terima kasih atas bimbingan, ilmu, waktu, dan tenaga yang dengan ikhlas diberikan selama penyusunan skripsi ini.

  4. Dra. Aning Purwaningsih, M.Si dan Dr. Ir. Suyanto, M.Si selaku penguji I dan II yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam kesempurnaan naskah skripsi ini.

  5. Kedua orang tuaku tercinta, Bapak Amir dan Ibu Suharyati Suharsih yang senantiasa selalu memberikan kasih sayang, perhatian, doa, kekuatan dan dukungan yang sangat besar selama ini kepadaku. Terima kasih bapak, terima kasih ibu atas dukungannya kepadaku.

  6. Adikku tercinta, Lila Mirna Tri Amaliyah yang selalu membuatku bersemangat dalam setiap waktuku.

  7. Adikku Alm. M. Nur Suharyadi yang juga membuatku bersemangat dalam setiap waktuku.

  8. My love_ku, Andhika Bagus Prabowo yang selalu memberikan semangat, perhatian, dan bantuannya kepadaku. v

  9. Mbakku, Chory Angela Wijayanti yang senantiasa membantuku dalam penyusunan naskah skripsi ini.

  10. Seluruh keluarga besarku yang telah memberikan doa dan bantuannya kepadaku.

  11. Om Arif, yang senantiasa membantu dan memberikan doanya untukku.

  12. Teman-temanku satu bimbingan, Natalia Dwi C., Putri Oktavia M., Inna Noviyanti dan Hotma Wardani H. yang saling berbagi suka dan duka dalam penelitian dan penyusunan naskah skripsi ini.

  13. Seluruh dosen dan tenaga kerja di departemen kimia yang telah membagi ilmu serta pengalamannya kepada penulis.

  14. Mas Roch dan Pak Giman yang senantiasa membantuku selama penelitian di laboratorium lantai 1.

  15. Semua teman-temanku kimia angakatan 2008 Universitas Airlangga yang senantiasa membantu.

  16. Teman-teman kimia Universitas Airlangga angkatan 2009, 2010, dan 2011.

  Tentunya masih banyak kekurangan dalam penyusunan naskah skripsi ini. Oleh karena itu, penulis membuka selebar-lebarnya pemberian saran maupun kritik untuk kesempurnaan skripsi ini. Penulis sangat berharap agar skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak.

  Surabaya, Agustus 2012 Penulis Nirmawati Eka Putri vi

  Nirmawati Eka Putri, 2012. Sintesis dan Karakterisasi Material Magnetik Berbasis Senyawa Kompleks Inti Ganda Mangan(II) Dengan 2,2’-Bipiridin Menggunakan Ligan Jembatan Oksalat. Skripsi ini dibawah bimbingan Dra. Hartati, M.Si dan Harsasi Setyawati, S.Si, M.Si, Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya. ABSTRAK

  Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis dan mengkarakterisasi senyawa kompleks inti ganda Mn(II)-bipiridin dengan oksalat sebagai ligan jembatan. Senyawa kompleks inti ganda disintesis melalui reaksi Mn(II) dari garam MnCl

  2 .4H

2 O dengan ligan 2,2’-bipiridin dan ligan jembatan oksalat sesuai dengan

  perbandingan stoikiometri Mn(II) : bipy : oksalat = 2 : 4 : 1. Kristal senyawa kompleks inti ganda yang dihasilkan berwarna kuning-oranye. Senyawa kompleks inti ganda hasil sintesis dianalisis menggunakan spektrofotometer UV-Vis, spektrofotometer FT-IR, Magnetic Susceptibility Balance (MSB), dan konduktometer. Analisis menggunakan spektrofotometer UV-Vis diperoleh panjang gelombang maksimum senyawa kompleks inti ganda yaitu 521 nm. Analisis menggunakan spektrofotometer FT-IR menunjukkan adanya serapan

• 1

  Mn-N pada ligan 2,2’-bipiridin yang muncul pada 300,9 cm , sedangkan serapan

• 1

  Mn-O pada ligan jembatan oksalat muncul pada 408,91 cm . Analisis menggunakan Magnetic Susceptibility Balance (MSB) menunjukkan bahwa senyawa kompleks inti ganda bersifat paramagnetik dengan momen magnet sebesar 8,2085 BM. Analisis menggunakan konduktometer menunjukkan bahwa senyawa kompleks inti ganda memiliki muatan +3, sehingga rumus senyawa

  3+ kompleksnya adalah [(OH)(bipy) Mn(C O )Mn(bipy) (OH)] .

  2

  2

  4

  2 Kata kunci : senyawa kompleks inti ganda, Mn(II)-bipiridin, ligan jembatan oksalat

  vii

  Nirmawati Eka Putri, 2012. Synthesis and Characterization of Magnetic Material Based Binuclear Complex Compound Mangan(II) with 2,2’-Bipyridine Using Oxalate Bridging Ligand. It has been supervised by Dra. Hartati, M.Si and Harsasi Setyawati, S.Si, M.Si, Chemistry Department, Faculty of Science and Technology, Airlangga University, Surabaya. ABSTRACT

  The aim of the research is to synthesize and characterize the binuclear complex compound Mn(II)-bipyridine with oxalate as a bridging ligand. This binuclear complex compound synthesized through the reaction between Mn(II) of MnCl

  2 .4H

2 O with 2,2’-bipyridine ligand and oxalate bridging ligand, according to

  the ratio of stoiciometric Mn(II) : bipy : oxalate = 2 : 4 : 1. The crystal colour of binuclear complex compound which produced is yellow-orange. The synthesized binuclear complex compound was analyzed by spectrophotometer UV-Vis, spectrophotometer FT-IR, Magnetic Susceptibility Balance (MSB) and conductometer. Analyze by the spectrophotometer UV-Vis has obtained the maximum wavelength of binuclear complex compound is 521 nm. Analyze by the spectrophotometer FT-IR has showed the band of Mn-N from bipyridine ligand,

• 1

  appeared at 300,9 cm . In the other hand, the band of Mn-O from oxalate bridging

• 1

  ligand appeared at 408,91 cm . Then, analyze by the Magnetic Susceptibility

  Balance (MSB) has showed that binuclear complex compound has a paramagnetic

  character with 8,2085 BM of magnetic moment. Analyze by conductometer showed that the binuclear complex compounds has +3 charge, so the formula of

  3+

  complex compound is [(OH)(bipy)

2 Mn(C

  2 O 4 )Mn(bipy) 2 (OH)] .

  Key words : binuclear complex compound, Mn(II)-bipyridine, oxalate bridging

  ligand

  viii

  DAFTAR ISI

  Halaman

  

LEMBAR JUDUL .................................................................................... i

LEMBAR PERNYATAAN ..................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................... iii PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ................................................

  iv

  KATA PENGANTAR .............................................................................. v ABSTRAK ................................................................................................ vii ABSTRACT .............................................................................................. viii DAFTAR ISI ............................................................................................. ix DAFTAR TABEL ....................................................................................

  xi

  DAFTAR GAMBAR ................................................................................ xii DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................ xiv BAB I PENDAHULUAN ....................................................................

  1 1.1 Latar Belakang Masalah .....................................................

  1 1.2 Rumusan Masalah ..............................................................

  2 1.3 Tujuan Penelitian ................................................................

  3 1.4 Manfaat Penelitian ..............................................................

  3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...........................................................

  4 2.1 Material Magnetik ..............................................................

  4 2.2 Senyawa Kompleks ............................................................

  5 2.3 Mangan ...............................................................................

  6 2.4 Ligan 2,2’-bipiridin ............................................................

  7 2.5 Ligan Oksalat ......................................................................

  7 2.6 Senyawa Kompleks Inti Ganda ...........................................

  8 2.7 Teori Pembentukan Senyawa Kompleks ............................

  9 2.7.1 Teori ikatan valensi ..................................................

  10 2.7.2 Teori medan kristal ...................................................

  11 2.7.3 Teori orbital molekul ................................................

  13 2.8 Karakterisasi Hasil Sintesis Senyawa Kompleks ...............

  14 2.8.1 Spektroskopi UV-Vis ...............................................

  14 2.8.2 Spektroskopi inframerah ..........................................

  17 2.8.3 Analisis kemagnetan senyawa kompleks ..................

  19 2.8.4 Analisis secara konduktometri ..................................

  20 BAB III METODOLOGI PENELITIAN .............................................

  22 3.1 Pelaksanaan Penelitian .......................................................

  22 3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian ..........................................

  22 3.2.1 Bahan penelitian .......................................................

  22 3.2.2 Peralatan penelitian ..................................................

  22 3.3 Diagram Alir Penelitian ......................................................

  23 3.4 Prosedur Penelitian .............................................................

  24 ix

• 2 3.4.1 Pembuatan larutan Mn(II) 10 M ............................

  24

• 2 3.4.2 Pembuatan larutan 2,2’-bipiridin 10 M .................

  24

• 2 3.4.3 Pembuatan larutan oksalat 10 M ...........................

  24

  3.4.4 Penentuan panjang gelombang maksimum (λ maks)

• 2 larutan Mn(II) 10 M ..............................................

  24

  3.4.5 Penentuan panjang gelombang maksimum (λ maks)

• 2 larutan 2,2’-bipiridin 10 M ....................................

  25

  3.4.6 Penentuan panjang gelombang maksimum (λ maks)

• 2 larutan oksalat10 M ...............................................

  25 3.4.7 Penentuan stoikiometri Mn(II) : bipy ......................

  25 3.4.8 Penentuan stoikiometri Mn(II) : bipy : oksalat ........

  26 3.5 Sintesis Senyawa Kompleks ...............................................

  27 3.5.1 Sintesis senyawa kompleks inti tunggal ..................

  27 3.5.2 Sintesis senyawa kompleks inti ganda ....................

  28 3.6 Prosedur Karakterisasi ........................................................

  29 3.6.1 Spektroskopi UV-Vis ..............................................

  29 3.6.2 Spektroskopi FT-IR .................................................

  29 3.6.3 Analisis kemagnetan ................................................

  29 3.6.4 Analisis daya hantar listrik ......................................

  29 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...............................................

  31 4.1 Penentuan stoikiometri senyawa kompleks inti tunggal ...

  31 4.2 Sintesis senyawa kompleks inti tunggal ..............................

  33 4.3 Penentuan stoikiometri senyawa kompleks inti ganda .......

  34 4.4 Sintesis senyawa kompleks inti ganda ................................

  35

  4.5 Karakterisasi senyawa kompleks inti tunggal dan inti ganda .....................................................................

  37

  4.5.1 Analisis spektra senyawa kompleks inti tunggal dan inti ganda menggunakan spektrofotometer UV-Vis ..

  37

  4.5.2 Analisis spektra senyawa kompleks inti tunggal dan inti ganda menggunakan spektrofotometer FT-IR ...

  40

  4.5.3 Analisis kemagnetan senyawa kompleks inti tunggal dan inti ganda menggunakan MSB ...........................

  43

  4.5.4 Analisis muatan senyawa kompleks inti tunggal dan inti ganda menggunakan konduktometer ..................

  46

  4.6 Aplikasi material magnetik berbasis senyawa kompleks inti ganda ...................................................................................

  47 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................

  48 5.1 Kesimpulan .........................................................................

  48 5.2 Saran ...................................................................................

  49 DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................

  50 LAMPIRAN x

  DAFTAR TABEL

  Tabel Judul Tabel Halaman

  2.1 Spektrum cahaya tampak dan warna-warna

  17 komplementer

• 2

  3.1 Penambahan larutan 2,2’-bipiridin 10 M ke

  26

• 2

  dalam larutan Mn(II) 10 M dengan metode perbandingan mol

• 2

  3.2 Penambahan larutan oksalat

  10 M secara

  27

• 2

  bertahap ke dalam larutan Mn(II) 10 M dan

• 2

  larutan 2,2’-bipiridin 10 M dengan metode perbandingan mol

  4.1 Panjang gelombang senyawa kompleks inti

  37 tunggal dan inti ganda hasil sintesis

  4.2 Hasil momen magnet kristal senyawa kompleks

  43 inti tunggal dan inti ganda hasil sintesis

  4.3 Data hantaran molar senyawa kompleks inti

  46 tunggal dan inti ganda hasil sintesis xi

  DAFTAR GAMBAR

  Gambar Judul Gambar Halaman

  2.1 Struktur 2,2’-bipiridin

  7

  2.2 Struktur ion oksalat

  8

  2+

  2.3 Pembentukan senyawa kompleks [Mn(H

  2 O) 6 ]

  10

  3+

  2.4 Pemisahan orbital 3d pada Co sebagai medan

  12 kuat dan medan lemah

  2.5 Diagram orbital molekul pada senyawa kompleks

  14 dengan struktur ruang oktahedral

  2.6 Spektra Mn-bipy dalam mesopori Al-MCM-41

  16

  4.1 Grafik perbandingan mol Mn(II) : bipy

  32

  4.2 Prediksi struktur senyawa kompleks inti tunggal

  32

  4.3 Kristal senyawa kompleks inti tunggal

  33

  4.4 Kristal senyawa kompleks inti tunggal dengan

  33 perbesaran 600x

  4.5 Grafik perbandingan mol Mn(II) : oksalat

  34

  4.6 Prediksi struktur senyawa kompleks inti ganda

  35

  4.7 Kristal senyawa kompleks inti ganda

  36

  4.8 Kristal senyawa kompleks inti ganda dengan

  36 perbesaran 600x

  4.9 Spektra UV-Vis senyawa kompleks inti tunggal

  37

  4.10 Spektra UV-Vis senyawa kompleks inti ganda

  38

  4.11 Absortivitas molar pada Mn(II)

  39

  4.12 Spektra IR senyawa kompleks inti tunggal dan inti

  40 ganda xii

  4.13 Spektra IR senyawa kompleks inti tunggal

  41

  4.14 Spektra IR senyawa kompleks inti ganda

  42

  4.15 Pembentukan senyawa kompleks inti tunggal

  44

  4.16 Pembentukan senyawa kompleks inti ganda

  45 xiii

DAFTAR LAMPIRAN

  2.1 Spektra FT-IR senyawa kompleks inti tunggal

  4 Penentuan stoikiometri senyawa kompleks inti tunggal dan inti ganda xiv

  3 Penentuan sifat kemagnetan senyawa kompleks hasil sintesis

  2 O

  

2 .4H

  2.5 Spektra FT-IR MnCl

  2.4 Spektra FT-IR amonium oksalat

  2.3 Spektra FT-IR 2,2’-bipiridin

  2.2 Spektra FT-IR senyawa kompleks inti ganda

  Lampiran Judul Lampiran

  1.1 Spektra UV-Vis MnCl

  1.5 Spektra UV-Vis senyawa kompleks inti tunggal

  1.4 Spektra UV-Vis amonium oksalat

  1.3 Spektra UV-Vis 2,2’-bipiridin

  2 O secara kualitatif

  2 .4H

  1.2 Spektra UV-Vis garam MnCl

  2 O

  2 .4H

  1.6 Spektra UV-Vis senyawa kompleks inti ganda

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

  Saat ini perkembangan material magnetik sudah mengarah pada senyawa magnetik berbasis senyawa kompleks, seperti senyawa kompleks inti ganda.

  Material magnetik ini berkembang dengan pesat karena kebutuhan teknologi yang semakin meningkat setiap tahunnya. Aplikasi material magnetik berbasis senyawa kompleks telah terbukti dapat diaplikasikan sebagai sumber energi, bahan penyimpan data dan pengeras suara radio (Setiawan, 2008).

  Senyawa kompleks merupakan senyawa yang tersusun dari atom pusat dengan satu atau lebih ligan yang menyumbangkan pasangan elektron bebas kepada atom pusat (House, 2008). Senyawa kompleks juga dapat dikatakan sebagai kombinasi dari asam Lewis, yaitu atom pusat dengan sejumlah basa Lewis, yaitu ligan (Atkins, dkk., 2010).

  Syarat utama senyawa kompleks yang dapat diaplikasikan sebagai material magnetik adalah harus memiliki sifat kemagnetan yang baik. Logam Mn merupakan logam transisi yang bertindak sebagai atom pusat penerima pasangan

  5

  2

  elektron. Logam Mn, dengan konfigurasi [Ar]3d 4s , mempunyai kemampuan untuk melakukan transisi elektron. Selain itu, adanya elektron yang tidak berpasangan pada orbital d akan memberikan sifat magnetik pada senyawa yang terbentuk. Berdasarkan hal tersebut, dapat dianalisis bahwa logam transisi merupakan pilihan yang tepat sebagai atom pusat dalam pembentukan senyawa

  1

  2 kompleks. Khususnya logam Mn yang memiliki nilai momen magnet yang cukup besar yaitu 5,92 BM (Bohr Magneton) (Housecroft dan Sharpe, 2005).

  Ligan 2,2’-bipiridin dapat bertindak sebagai donor pasangan elektron dan merupakan ligan bidentat, yaitu ligan yang dapat menyumbangkan dua pasang elektron. Ligan ini termasuk ligan yang memiliki kerapatan elektron yang tinggi sehingga dapat meningkatkan sifat kemagnetikkan senyawa kompleks. Ligan ini sangat menarik karena digunakan sebagai pengkelat yang mengelilingi atom pusat (Palanisami dan Murugavel, 2011). Sementara itu, ligan oksalat merupakan ligan jembatan yang dapat bertindak sebagai mediator interaksi magnetik antar ion logam yang dihubungkan (Reinoso, dkk., 2005). Selain itu, ligan ini murah dan mudah diperoleh, sehingga potensial dijadikan sebagai ligan jembatan dalam pembentukan senyawa kompleks inti ganda.

  Berdasarkan uraian diatas, maka pada penelitian ini akan dilakukan sintesis dan karakterisasi senyawa kompleks inti ganda yang mempunyai potensial sebagai material magnetik dengan menggunakan logam Mn, ligan 2,2’-bipiridin serta ligan jembatan oksalat.

1.2 Rumusan Masalah

  Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut.

  1. Bagaimana cara mensintesis senyawa kompleks inti ganda Mn(II)-2,2’- bipiridin dengan ligan jembatan oksalat?

  2. Bagaimana karakterisasi senyawa kompleks inti ganda Mn(II)-2,2’- bipiridin dengan ligan jembatan oksalat?

  1.3 Tujuan Penelitian

  1. Mempelajari cara mensintesis senyawa kompleks inti ganda Mn(II)-2,2’- bipiridin dengan ligan jembatan oksalat.

  2. Karakterisasi senyawa kompleks inti ganda Mn(II)-2,2’-bipiridin dengan ligan jembatan oksalat.

  1.4 Manfaat Penelitian

  Penelitian ini diharapkan dapat memberi informasi ilmiah tentang sintesis dan karakterisasi senyawa kompleks inti ganda Mn(II)-2,2’-bipiridin dengan ligan jembatan oksalat yang dapat digunakan sebagai material magnetik. Selain itu, diharapkan juga dapat menambah kajian tentang senyawa kompleks inti ganda dengan menggunakan ligan jembatan menjadi lebih berkembang.

  3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Material Magnetik

  Perkembangan menarik dari molekul baru berdasarkan penelitian material magnetik terletak pada hubungan struktur magnetik dan material kompleks multidimensi (Nemec, dkk., 2011). Jenis material magnetik yang didasarkan pada respon terhadap medan magnet dan interaksi antar-atom meliputi diamagnetik, paramagnetik, dan feromagnetik. Saat ini, sudah banyak dikembangkan material magnetik berbasis senyawa kompleks. Senyawa kompleks sangat populer diantara kalangan kimiawan dan fisikawan, karena mempelajari fenomena fisika yang berhubungan dengan kemagnetan (Kocanova, dkk., 2010). Desain material multifungsi baru merupakan medan perubahan bagi penelitian yang berkembang pada kimia molekuler, material kimia dan fisika. Sebagai contohnya, kompleks bipiridin dan fenantrolin yang secara umum digunakan dengan variasi logam transisi (Lehleh, dkk., 2011).

  Salah satu aplikasi material magnetik yang banyak digunakan dalam kehidupan adalah hard disk drive (HDD). Pada penyimpanan informasi digital, HDD memegang peranan penting diantaranya sebagai memori dan media penyimpan data. Pada dekade terakhir, HDD tidak hanya terdapat pada komputer, tetapi juga terdapat pada media elektronik lain. Suksesnya teknologi HDD karena kapasitas penyimpanan yang besar dan ditawarkan dengan harga yang murah (Piramanayagam dan Chong, 2012).

  4

  5

2.2 Senyawa Kompleks

  Dalam kimia koordinasi, dikenal istilah kompleks yang berarti atom pusat (logam) atau ion pusat yang dikelilingi oleh ligan (Atkins, dkk., 2010). Ligan adalah molekul netral atau ion yang memiliki sepasang elektron bebas yang digunakan untuk membentuk ikatan dengan logam. Ikatan antara logam dengan ligan dapat dikatakan sebagai interaksi antara basa Lewis (ligan) dan asam Lewis (logam), sehingga menghasilkan ikatan kovalen koordinasi (Zumdahl dan Zumdahl, 2007). Senyawa kompleks terbentuk karena adanya ikatan antara atom pusat (logam) yang berperan sebagai akseptor pasangan elektron dengan ligan sebagai donor pasangan elektron (Effendy, 2007).

  Secara umum, logam transisi banyak digunakan sebagai atom pusat karena memiliki orbital d yang elektronnya tidak terisi penuh, sehingga logam transisi cenderung untuk membentuk ion kompleks. Sementara itu, ligan dalam berikatan dengan ion pusat (logam) tergantung pada jumlah pasangan elektron bebas yang didonorkan pada ion pusat (logam). Ligan yang hanya mendonorkan sepasang elektron bebas disebut ligan monodentat, seperti H

  2 O dan NH 3 , sedangkan ligan

  yang mendonorkan dua pasang elektron bebas disebut ligan bidentat, seperti etilendiamin, NH

  2 CH

  2 CH

  2 NH

2 (Chang, 2002).

  Aplikasi senyawa kompleks sangatlah banyak dalam kehidupan. Sebagai contohnya adalah senyawa kompleks dengan rumus molekul [M (µ-O)(µ-

  3 0(+1)

  O

  2 CR) 6 (L) 3 ] memberikan sifat kemagnetan yang sangat tinggi, dimana M =

  Mn(II), Mn(III), Fe(III), Cr(III), dan R = metil, fenil, serta L = piridin, fenantrolin dan sebagainya (Jitaru, dkk., 2007). Selain itu, kompleks mangan berperan

  6 penting dalam sistem oksidasi reduksi biologi pada fotosistem II (Kaizaki, dkk., 2009). Penelitian tentang senyawa kompleks cisplatin yang merupakan obat antikanker berperan penting dalam bidang kesehatan (Chang, dkk., 2011).

2.3 Mangan

  Mangan pertama kali ditemukan oleh Johann Gahn pada tahun 1774 kebangsaan Swedia. Mangan merupakan salah satu unsur dari logam transisi yang

  5

  2 mempunyai nomor atom 25 dengan konfigurasi elektronnya adalah (Ar) 3d 4s .

  Dalam keadaan murni, logam mangan berwarna putih seperti perak, sangat keras, tetapi mudah patah. Mangan dapat berada pada semua tingkat oksidasi, yaitu +2 sampai dengan +7 (Zumdahl dan Zumdahl, 2007).

  Semua senyawa mangan(II) yang mempunyai spin tinggi menunjukkan sifat yang sangat stabil. Kestabilan mangan(II) dalam keadaan spin tinggi ditunjukkan oleh variasi kestabilan senyawa yang terbentuk. Sebagai contoh

  2+ adalah [Mn(H O) ] yang mempunyai warna merah muda (Mackay, dkk., 2002).

  2

6 Kation mangan(II) berasal dari mangan(II) oksida membentuk garam-garam yang

  kurang berwarna. Jika senyawa tersebut mengandung air pada pengkristalannya, maka larutannya berwarna agak merah muda. Hal ini disebabkan oleh adanya ion

  2+

  heksaakuomanganat(II) yaitu [Mn(H

2 O) 6 ] (Svehla, 1996).

  Senyawa mangan yang paling umum digunakan dalam penelitian adalah MnCl

  2 .4H

  

2 O. Menurut Material Safety Data Sheet (MSDS), MnCl

2 .4H

  2 O dengan

  berat molekul 197,9 g/mol merupakan senyawa yang berbentuk padatan, berwarna

  o

  merah muda (pink), larut dalam air dingin, stabil, mempunyai titik didih 1190

  C,

  7

  o

  titik leleh 58

  C, dan mempunyai toksisitas yang rendah sehingga aman digunakan dalam penelitian (Svehla, 1996).

2.4 Ligan 2,2’-bipiridin

  Ligan 2,2’-bipiridin merupakan ligan senyawa organik dengan rumus molekul (C

10 H

  8 N 2 ). Ligan 2,2’-bipiridin termasuk ligan bidentat, yaitu ligan yang

  dapat menyumbangkan dua pasang elektron bebas ke ion pusat. Umumnya, ligan ini sering disingkat dengan bipy. Ligan 2,2’-bipiridin berfungsi sebagai ligan pengkelat dalam mengikat logam (Chang, dkk., 2011). Adapun struktur molekul ligan 2,2’-bipiridin tertera pada Gambar 2.1.

  N N

Gambar 2.1 Struktur 2,2’-bipiridin

2.5 Ligan Oksalat

  Ligan oksalat merupakan salah satu ligan jembatan yang menghubungkan dua atom pusat untuk membentuk senyawa kompleks inti ganda. Ligan oksalat banyak digunakan dalam penelitian karena murah dan mudah diperoleh. Selain itu, ion oksalat dapat menghasilkan senyawa kompleks multidimensi (Elmila dan Martak, 2011). Ion oksalat termasuk ligan yang istimewa karena mampu membentuk senyawa kompleks dengan berbagai ion logam transisi menghasilkan senyawa dengan sifat dan karakter yang bervariasi (Kurnia, dkk., 2006). Adapun struktur ion oksalat tertera pada Gambar 2.2.

  8 Gambar 2.2 Struktur ion oksalat Ligan oksalat merupa upakan logam yang paling aktif digunakan untuk tuk mendapatkan material magnetik yan yang tinggi. Sebagai contohnya adalah senyaw awa kompleks inti

II III

  ganda [N(C

  4 H 9 ) 4 [Mn Mn Fe (ox) 3 ] yang mempunyai momen magn gnet sebesar 7,81

  BM (Putri dan Mart Martak, 2010) dan [N(C

  4 H 9 ) 4 [MnCr(ox) 3 ] mem empunyai momen magnet sebesar 7,51 B BM (Elmila dan Martak, 2011).

2.6 Senyawa Kom ompleks Inti Ganda

  Senyawa kom kompleks inti ganda merupakan senyawa yang g mempunyai ion pusat lebih dari satu, satu, antara ion pusat yang satu dengan ion pusat yang lain dihubungkan oleh liga ligan jembatan. Senyawa kompleks inti ganda nda diperoleh dari pengembangan senya yawa kompleks tunggal. Senyawa kompleks eks tunggal dapat disintesis dengan ca cara menggabungkan logam (M) dengan li ligan bebas (L), sehingga dapat diguna gunakan sebagai senyawa awal dalam pembua mbuatan senyawa kompleks inti ganda. .

  M + nL n → M(L)

  Berdasarkan hal terse rsebut, dengan mengganti satu atau lebih lig ligan (L) dengan gugus jembatan dan m n menggabungkannya dengan senyawa komple pleks tunggal yang lain akan membentuk uk senyawa kompleks inti ganda.

  9 Pembentukan senyawa kompleks inti ganda lazim menggunakan ligan jembatan sebagai mediator interaksi magnetik diantara ion logam transisi pusat dengan ion logam transisi yang lainnya (Elmila dan Martak, 2011). Penelitian

  II

  sebelumnya, telah mensintesis senyawa kompleks inti ganda [(bipy)

  2 Mn (µ-

  II C H CO ) -Mn (bipy) ](ClO ) . Dalam hal ini, dua Mn(II) dengan masing-

  2

  5

  2

  2

  2

  4

  2

  masing dua ligan 2,2’-bipiridin dijembatani oleh dua ligan karboksilat (Zhang dan Janiak, 2001).

  Cara mensintesis senyawa kompleks inti ganda adalah berdasarkan jenis atom atau ion logamnya, yaitu senyawa kompleks homologam dan senyawa kompleks heterologam. Senyawa kompleks homologam merupakan senyawa kompleks yang atom atau ion pusatnya sejenis, sebagai contohnya adalah

II II

  [(bipy)

  2 Mn (µ-C

  2 H

  5 CO 2 ) 2 -Mn (bipy) 2 ](ClO 4 ) 2 (Zhang dan Janiak, 2001).

  Sementara itu, senyawa kompleks heterologam merupakan senyawa kompleks yang atom atau ion pusatnya tidak sejenis, sebagai contohnya adalah

II III

  [N(C H ) [MnCr(ox) ] (Elmila dan Martak, 2011) dan [N(C H ) [Mn Fe (ox) ]

  4

  9

  4

  3

  4

  9

  4

  3

  (Putri dan Martak, 2010). Sintesis senyawa kompleks inti ganda dapat dilakukan dengan menggunakan metode perbandingan mol atom pusat dengan ligan (Balzani, dkk., 1996).

2.7 Teori Pembentukan Senyawa Kompleks

  Dalam pembentukan senyawa kompleks terdapat tiga teori yaitu, teori ikatan valensi (Valence Bond Theory), teori medan kristal (Crystal Field Theory) dan teori orbital molekul (Molecular Orbital Theory).

  10

2.7.1 Teori ikatan valensi

  Teori ikatan valensi dikemukakan oleh Linus Pauling. Teori ini menyatakan jumlah orbital pada atom atau ion pusat sama dengan jumlah ligan sehingga menghasilkan ikatan kovalen kompleks antara ion pusat dan orbital ligan. Tumpang tindih antara orbital ion pusat dan orbital ligan yang menghasilkan ikatan kovalen yang kuat (Huheey, dkk., 1993) sehingga menghasilkan hibridisasi membentuk orbital baru yang disebut orbital hibrida.

  Orbital hibrida mempunyai sifat yang berbeda dengan orbital ion pusat dan orbital ligan yang lama. Pembentukan orbital hibrida menunjukkan struktur ruang senyawa kompleks.

  2+

  Sebagai contoh pada ion kompleks [Mn(H

  2 O) 6 ] , pembentukan ikatan hibrida membentuk orbital hibrida baru dapat dijelaskan pada Gambar 2.3.

  5

  2 Mn = [Ar] 3d 4s

  25 Mn pada keadaan dasar ↿ ↿ ↿ ↿ ↿ ↿⇂

  3d 4s 4p 2+

  Mn keadaan dasar

  ↿ ↿ ↿ ↿ ↿ 3d 4s 4p

  2+

  [Mn(H

  2 O) 6 ] xx xx xx xx xx xx ↿ ↿ ↿ ↿ ↿

  3d 4s 4p 4d _{3 2} sp d 2+

Gambar 2.3 Pembentukan senyawa kompleks [Mn(H

  2 O) 6 ]

  11

  2+

  Pada saat keadaan tereksitasi, Mn berikatan dengan enam ligan H

  2 O membentuk 2+

  [Mn(H

  2 O) 6 ] yang mempunyai lima elektron yang tidak berpasangan. Senyawa 2+

  kompleks [Mn(H

  2 O) 6 ] disebut sebagai senyawa kompleks orbital luar (outer orbital complex ) karena orbital yang ditempati oleh semua pasangan elektron

  2+

  bebas ligan adalah orbital d yang luar. Selain itu, [Mn(H O) ] disebut sebagai

  2

  6

  senyawa kompleks spin tinggi (high spin) karena tedapat elektron yang tidak berpasangan (Muryanti, 2001).

2.7.2 Teori medan kristal

  Teori medan kristal dikemukakan oleh Hans Bethe dan John Van Vleck pada tahun 1930. Teori ini mengasumsikan bahwa interaksi logam-ligan terjadi pada tingkat yang berbeda. Oleh sebab itu, sebuah kompleks akan relatif distabilkan dalam ion bebas karena tarik-menarik antara muatan negatif ligan dan muatan positif logam (Janes dan Moore, 2004). Hal ini merupakan model elektrostatik dan menggunakan elektron ligan untuk membuat sebuah medan listrik disekitar logam pusat (Housecroft dan Sharpe, 2005). Pengaruh medan listrik ligan, terutama pada elektron orbital d ion pusat menyebutkan tingkat energi orbital d bertambah dan akhirnya terpisah dengan energi yang tidak sama. Pemisahan kelima orbital d ion pusat disebut medan kristal (Huheey, dkk., 1993).

  Pada pemisahan orbital 3d, energi (disimbolkan ∆) yang menjelaskan warna dan sifat magnetik ion kompleks pada baris pertama ion logam transisi.

  3+ 3-

  Sebagai contohnya adalah [Co(NH

  3 ) 6 ] dalam medan kuat dan [CoF 6 ] dalam medan lemah tertera pada Gambar 2.4.

  12 e

  g ↑ ↑

  e g besar E

  ∆ kecil E

  ∆

  ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑

  t t

  2g 2g

  Medan kuat Medan lemah

  3+

Gambar 2.4 Pemisahan orbital 3d pada Co sebagai medan kuat dan medan lemah

  (Zumdahl dan Zumdahl, 2007) Jika pemisahan dihasilkan oleh ligan yang sangat besar atau kuat (medan kuat), maka elektron akan berpasangan pada energi yang lebih rendah dalam orbital t 2g (low spin), sehingga menghasilkan kompleks diamagnetik. Disamping itu, jika pemisahan dihasilkan oleh ligan yang kecil atau lemah (medan lemah), elektron akan mengisi kelima orbital sebelum berpasang-pasangan (high spin), sehingga menghasilkan kompleks yang memiliki elektron yang tidak berpasangan disebut sebagai paramagnetik (Zumdahl dan Zumdahl, 2007).

  Pada pemisahan orbital 3d, orbital e g mengalami peningkatan energi sedangkan orbital t 2g mengalami penurunan energi, sehingga antara kedua orbital tersebut terdapat perbedaan energi. Perbedaan energi dilambangkan dengan

  ∆ yang harganya 10 Dq yang disebut sebagai energi stabilisasi medan kristal atau CFSE (Crystal Field Stabilization Energy). Setiap elektron pada t 2g mempunyai energi sebesar -4 Dq sedangkan pada e g mempunyai elektron sebesar +6 Dq.

  Pemisahan kelima orbital d disebabkan adanya pengaruh medan ligan (Muryanti, 2001).

  13 Ligan-ligan yang berbeda akan menghasilkan kekuatan medan kristal yang berbeda pula. Sebagai contoh adalah kekuatan medan kristal atau harga 10 Dq

  3+ 3- 3-

  untuk ion-ion kompleks [CrCl

  

6 ] , [Cr(NH

3 ) 6 ] dan [Cr(CN) 6 ] . Harga 10 Dq

  untuk ion-ion kompleks tersebut secara berturut-turut adalah adalah 163 kJ/mol,

  259 kJ/mol, dan 314 kJ/mol. Hal ini disebabkan kekuatan ligan CN > NH 3 > Cl . Oleh sebab itu, Fajans dan Tsuchida berhasil membuat urutan relatif kekuatan beberapa ligan yang disebut dengan deret spektrokimia atau deret Fajans-Tsuchida (Effendy, 2007).

  2- - - -

• 2- -

  2- -

  I < Br < S < SCN < Cl < NO

  3 < F < ox < H

  2 O

  < urea - OH - O

  < NCS < CH

3 CN < NH

  3 2 &lt; fosfina &lt; C

  6 H 5 &lt;

• py &lt; en &lt; bipy – phen &lt; NO
• CN &lt; CO

2.7.3 Teori orbital molekul

  Teori orbital molekul menunjukkan kombinasi atau gabungan dari orbital logam dengan orbital ligan membentuk orbital molekul (Janes dan Moore, 2004).

  Ikatan yang terbentuk pada teori orbital molekul ini merupakan ikatan kovalen (Zumdahl dan Zumdahl, 2007). Untuk senyawa kompleks dengan struktur ruang oktahedral, orbital molekul dapat dikatakan sebagai hasil dari penggabungan atom pusat yang menerima sepasang elektron dari setiap enam donor ligan (Miessler dan Tarr, 2003). Diagram orbital molekul pada senyawa kompleks dengan struktur ruang oktahedral tertera pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Diagram orbital molekul pada senyawa kompleks dengan struktur ruang oktahedral (Lawrance, 2010)

  Dengan ketentuan : E = tingkatan energi orbital s, p, d ∆

  ଴

  = perbedaan energi pemisahan orbital d (10 Dq) A

  1g

  T

  1u

  orbital σ bonding

  E g A 1g

• T 1u
• orbital

  σ antibonding E g

• 2.8 Karakterisasi Hasil Sintesis Senyawa Kompleks

  Absorpsi atom atau molekul (M) di daerah ultraviolet dan sinar tampak dibedakan menjadi proses dua tahap. Tahap pertama melibatkan eksitasi elektronik yang ditunjukkan sebagai berikut.

  Orbital molekul Orbital ligan Orbital logam

  14

2.8.1 Spektroskopi UV-Vis

  15

  ⋆

  M + ℎݒ → M

  Produk absorpsi oleh energi foton (hv) pada molekul (M) merupakan molekul

  

⋆

  tereksitasi yang disimbolkan oleh M . Tahap kedua merupakaan proses relaksasi yang melibatkan konversi energi eksitasi menjadi panas (Skoog, dkk., 2007).

  ⋆

  M → M + heat

  Absorpsi sinar UV-Vis untuk kompleks logam-ligan anorganik adalah perpindahan muatan, dimana absorpsi oleh foton menghasilkan keadaan tereksitasi yaitu perpindahan elektron dari logam (M) ke ligan (L).

  ା ି

  M − L + hv → M − L

  Absorpsi perpindahan muatan menghasilkan absorbansi yang besar. Pada absorpsi perpindahan muatan kemungkinan elektron juga dapat bergerak dari ligan ke ion logam (Harvey, 2009). Selain transisi d-d, ada juga transisi yang disebabkan oleh adanya transfer muatan dari logam ke ligan yang disebut Metal Ligand Charge

  Transfer (MLCT), dan muatan dari ligan ke logam yang disebut Ligand to Metal Charge Transfer (LMCT).

  Pada umumnya, ion atau kompleks pada deret pertama dan kedua logam transisi mengabsorpsi radiasi sinar tampak yang menghasilkan pita serapan secara melebar (Skoog, dkk., 2007). Hal ini disebabkan adanya orbital d yang tidak terisi penuh. Panjang gelombang pada pita absorbansi maksimum tergantung pada jumlah elektron pada orbital d, geometri senyawa, dan atom yang berkompleks dengan logam transisi (Robinson, dkk., 2005). Tetapi tidak semua pita serapan yang dihasilkan tampak melebar, sebagai contohnya adalah kompleks Mn(II)-bipy dengan pita serapan yang berbentuk punggung dan hampir tidak menunjukkan

  16 adanya puncak yang ng spesifik (Kim, dkk., 1997). Pada Gambar ar 2.6 merupakan salah satu contoh spe spektra kompleks Mn-bipy dalam mesopor sopori Al-MCM-41. Dalam hal ini : A = Spe Spektra Al-MCM-41

  2+

  B = Spe Spektra Al-MCM-41-[MnL

  2 ] (5%) 2+

  C = Spe Spektra Al-MCM-41-[MnL ] (7%)

  2 D = Spe Spektra MnL 2 (NO 3 )

  2 E = Spe Spektra MnL 2 (NO

3 )

2 yang terimpregnasi silika ika MCM-41

  Huruf D menunjukka ukkan spektra MnL

  2 (NO 3 ), dengan L adalah 2,2’ 2,2’-bipiridin yang

  menggambarkan spe spektra dari logam Mn dengan ligan 2,2’ 2,2’-bipiridin yang berbentuk punggung.

  g.

  si an b sor b A Panjang gelombang (nm)

Gambar 2.6 Spektra ktra Mn-bipy dalam mesopori Al-MCM-41(Kim im, dkk., 1997)

  Banyak ion loga logam transisi seperti Cu(II) dan Co(II) pada la da larutan berwarna dalam air, sehingga i a ion logam tersebut dapat mengabsorpsi sina sinar tampak pada rentang panjang gelom lombang sesuai pada Tabel 2.1. Ketika suatu za zat mengabsorpsi warna atau panjang ge gelombang tertentu pada daerah sinar tampak, , dapat dikatakan bahwa zat tersebut me meneruskan warna komplementernya yang nam nampak pada mata

  17 sebagai warna. Adapun spektrum cahaya tampak dengan warna komplementernya pada berbagai rentang panjang gelombang tertera pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Spektrum cahaya tampak dan warna-warna komplementer (Housecroft dan Sharpe, 2005).

  Panjang Gelombang (nm) Warna Warna komplementer 380 - 430 Violet Kuning 430 - 490 Biru Oranye 490 - 560 Hijau Merah 560 - 580 Kuning Violet 580 - 620 Oranye Biru 620 - 700 Merah Hijau

  Selama ligan yang terkompleks pada ion logam menunjukkan ukuran pemisahan orbital d, perubahan warna pada ligan juga ikut berubah. Kondisi ini terjadi karena perubahan dalam

  ∆ (energi) menunjukkan perubahan panjang gelombang dari sinar yang diserap untuk perpindahan elektron antara orbital t 2g dan e g (Zumdahl dan Zumdahl, 2007).

2.8.2 Spektroskopi inframerah

  Radiasi inframerah (IR) ditemukan oleh Sir William Herschel pada tahun 1800. Radiasi inframerah merupakan spektrum elektromagnetik yang terletak diantara daerah tampak dan gelombang mikro. Rentangan daerah inframerah

• 1
• 1

  adalah 4000-400 cm . Daerah yang rentangnya mulai 12.800-4000 cm disebut

• 1

  daerah inframerah dekat, sedangkan daerah yang berkisar antara 700-200 cm merupakan daerah inframerah jauh.

  Spektrum inframerah merupakan perubahan energi vibrasi dan energi rotasi pada suatu molekul. Inti atom yang terikat secara kovalen menimbulkan

  18 getaran atau vibrasi. Apabila molekul menyerap radiasi inframerah menyebabkan eksitasi molekul ke tingkat energi vibrasi yang lebih tinggi (Silverstein, dkk., 2005). Untuk mengabsorpsi radiasi inframerah, maka sebuah molekul harus mengalami perubahan momen dipol sebagai akibat adanya vibrasi dan rotasi (Skoog, dkk., 2007).

  Pada umumnya, vibrasi molekul yang tereksitasi oleh radiasi inframerah merupakan vibrasi ulur (streching) dan vibrasi tekuk (bending). Vibrasi ulur menunjukkan perubahan sepanjang ikatan yang menghasilkan perubahan jarak antar atom, sedangkan vibrasi tekuk menunjukkan perubahan sudut ikatan antar atom. Sebuah molekul yang terdiri atas dua atom atau lebih bergabung karena ikatan kimia, seperti vibrasi atom yang satu dengan yang lainnya (Robinson dkk., 2005).