PENGARUH ORIENTASI PADA INTERAKSI TiO2- POLISTIRENA TERSULFONASI (PST) TERHADAP POTENSI TRANSFER PROTON.

PENGARUH ORIENTASI PADA INTERAKSI TiO2POLISTIRENA TERSULFONASI (PST) TERHADAP
POTENSI TRANSFER PROTON

Disusun Oleh :
RUDI HARYONO
M0310047

SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Bidang Ilmu Kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA
Februari, 2015

i

PERNYATAAN


Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul
“PENGARUH

ORIENTASI

PADA

INTERAKSI

TiO2-POLISTIRENA

TERSULFONASI (PST) TERHADAP POTENSI TRANSFER PROTON” belum
pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan
tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau
dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini
dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Februari 2015

RUDI HARYONO


iii

PENGARUH ORIENTASI PADA INTERAKSI TiO2-POLISTIRENA
TERSULFONASI (PST) TERHADAP POTENSI TRANSFER PROTON

RUDI HARYONO
Jurusan Kimia. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret.

ABSTRAK
Pengaruh orientasi pada interaksi TiO2-polistirena tersulfonasi (PST) terhadap
potensi transfer proton telah dipelajari. Model-model dibuat dengan
memvariasikan orientasi dari TiO2 terhadap PST. Orientasi diatur pada tengah
rantai backbone dan sisi sulfonat dari PST. Tiga orientasi yang berbeda dan empat
jarak yang berbeda dari TiO2 telah dipilih. Jarak dari TiO2 ke tengah dari PST
diatur menjadi 7, 8, 9 dan 10Å, dan juga diatur menjadi 3, 4, 5 dan 6Å pada sisi
dari PST. Semua model dihitung menggunakan metode density functional theory
(DFT) pada level teori B3LYP dan basis set 6-31G*. Kestabilan dari semua model
dijelaskan oleh energi interaksi. Analisa Natural Bond Orbital (NBO) digunakan
untuk menjelaskan potensi transfer proton, natural charge dan kerapatan elektron

dari gugus O-H. Hasilnya menunjukkan bahwa energi interaksi dari semua model
dapat memberikan nilai positif dan negatif yang menjelaskan ketidakstabilan dan
kestabilan model-model tersebut, secara berturut-turut. Orientasi menunjukkan
pengaruh yang kuat terhadap potensi transfer proton. Tetapi, perubahan muatan
dan perubahan kerapatan elektron pada gugus O-H tidak menunjukkan hubungan
pada potensi transfer proton.
Kata kunci : density functional theory, natural bond orbital, polistirena
tersulfonasi, TiO2, transfer proton

iv

ORIENTATION EFFECT ON TiO2-SULFONATED POLYSTYRENE (SPS)
INTERACTION TO PROTON TRANSFER POTENTIAL

RUDI HARYONO
Chemistry Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Sebelas Maret University

ABSTRACT
Orientation effect on TiO2-sulfonated polystyrene (SPS) interaction to proton

transfer potential has been studied. Models were made by varied orientation of
TiO2 on SPS. The orientation were set base on the backbone and sulfonate side of
SPS. Three different orientation and four different distance of TiO2 were choosen.
Distance of TiO2 to the center of SPS were set to 7, 8, 9 and 10Å, and they were
set to 3, 4, 5 and 6Å on the side of SPS. The models calculated with density
functional theory (DFT) method at the B3LYP of level theory and 6-31G* basis
set. Stability of the models was described by interaction energy. Natural Bond
Orbital (NBO) analysis has been performed to describe the proton transfer
potential, natural charge and electron density of O-H group. The results showed
that interaction energy of the models may be positive or negative, which described
the models have unstable and stable interactions, respectively. The orientation
demonstate a strong influence on the proton transfer potential. However, alteration
of charge and electron density at the O-H group did not related to proton transfer
potential.
Keywords : density functional theory, natural bond orbital, sulfonated
polystyrene, TiO2, transfer proton

v

MOTTO


”Sesungguhnya hanya kepada Allah aku mengadukan kesusahan dan
kesedihanku” (Q.S. Yusuf: 86)

Sebuah tindakan adalah dasar dari sebuah kesuksesan.

Lakukan yang terbaik, kemudian berdoalah. Allah SWT yang akan mengurus
sisanya.

vi

PERSEMBAHAN
Karya ini penulis persembahkan teruntuk:

Bapak dan mama yang telah medidikku selama ini
Mba Lilis dan dede yang selalu mendukung saya
Keluarga dan kerabat yang selalu membantu
Teman-teman RCM 2010 yang sangat luar biasa
Dan semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu yang telah membantu selama
proses perkuliahan, penelitian dan penulisan skripsi ini


vii

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah segala syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmatNya bagi penulis sehingga skripsi ini dapat terselesaikan sebagai salah satu
persyaratan dalam memperoleh gelar sarjana sains Jurusan Kimia Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Keberkahan dan karunia-Nya yang diberikan kepada penulis, sehingga penulis
menyadari bahwa segala sesuatu memiliki hikmah dan menjadi indah pada
waktunya.
Dalam menyusun skripsi ini penulis menemui berbagai hambatan dan
permasalahan yang beragam. Namun, atas bimbingan, kritikan, saran, dan
dorongan semangat yang bermanfaat dari berbagai pihak, semua hambatan dan
permasalahan tersebut dapat penulis atasi dengan baik. Oleh karena itu, penulis
ingin menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu
penulis, yaitu sebagai berikut.
1. Prof. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret
Surakarta.

2. Dr. Eddy Heraldy, M.Si., selaku Ketua Jurusan Kimia Fakultas
Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret

Surakarta.
3. Dr. rer. nat. Fajar R. Wibowo, M.Si., selaku dosen pembimbing I,
yang dengan penuh kesabaran membimbing penulis menyelesaikan
skripsi ini, memberikan banyak kesempatan, pengalaman dan inspirasi
bagi penulis.
4. M. Widyo Wartono, M.Si, selaku pembimbing akademis

yang

memberikan bimbingannya selama perkuliahan.
5. Bapak Ibu dosen dan seluruh staff jurusan Kimia yang telah memberikan
fasilitas dan pelayanan yang baik bagi penulis.

viii


6. Ucapan terimakasih yang tak terhingga sepanjang masa teruntuk Ibu
dan Bapak atas segala do’a yang mengiringi langkah hidup penulis, kasih
sayang, dukungan moral, spiritual dan dalam segala hal.
7. Kakak dan adik tersayang yang memberikan semangat untuk melangkah.
Semoga keikhlasannya diberikan tempat tersendiri oleh Allah SWT
sebagai amal baik. Penulis menyadari bahwa penelitian dan penyusunan skripsi
yang penulis lakukan masih jauh dari sempurna sehingga membutuhkan saran dan
kritik yang membangun dari para pembaca. Namun, lepas dari semua itu, semoga
para pembaca mendapatkan manfaat setelah membaca skripsi ini.

Surakarta, Februari 2015

Penulis

ix

DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ………………………………………………………….


i

HALAMAN PENGESAHAN

…….………………………………………… ii

HALAMAN PERNYATAAN

…………………………………………….. iii

HALAMAN ABSTRAK
HALAMAN ABSTRACT

…………………………………………………… iv
…………………………………………………..

v

HALAMAN MOTTO ………………………………………………………… vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ……………………………………………… vii

KATA PENGANTAR ………………………………………………………... viii
DAFTAR ISI………………………………………………………………...….

x

DAFTAR GAMBAR……………………………………..……………………. xii
DAFTAR LAMPIRAN……………………………………..…………………. xiii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1
A. Latar Belakang ........................................................................................ 1
B. Perumusan Masalah ................................................................................ 2
1. Identifikasi Masalah ........................................................................... 2
2. Batasan Masalah ................................................................................ 3
3. Rumusan Masalah ............................................................................. 3
C. Tujuan Penelitian .................................................................................... 3
D. Manfaat Penelitian .................................................................................. 3
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................. 4
A. Tinjauan Pustaka ..................................................................................... 4
1. Polistirena tersulfonasi ........................................................................ 4
2. Titanium Dioksida (TiO2)……............................................................


6

3. Density Functional Theory (DFT)………………………. .................. 8
4. Natural Bond Orbital (NBO)…………………………………… ....... 10
5. Optimasi Geometri………... ................................................................ 12
x

B. Kerangka Pemikiran ................................................................................. 13
C. Hipotesis................................................................................................... 14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 15
A. Metode Penelitian .................................................................................... 15
B. Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................. 15
C. Alat dan Bahan yang Dibutuhkan ........................................................... 15
1. Alat .................................................................................................... 15
2. Bahan ................................................................................................ 15
D. Prosedur Penelitian ................................................................................. 15
1. Optimasi polistirena tersulfonasi ..................................................... 15
2. Penghitungan energi single point TiO2 dua unit sel .......................... 16
3. Penggabungan Molekul Polistirena Tersulfonasi dengan TiO2 Dua
Unit Sel ............................................................................................. 16
4. Natural bond orbital (NBO) .............................................................. 16
E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data .................................................. 16
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 19
A. Optimasi polistirena tersulfonasi ........................................................... 19
B. Penghitungan energi single point TiO2 dua unit sel ................................. 20
C. Penggabungan Molekul Polistirena Tersulfonasi dengan TiO2 Dua Unit
Sel …........................................................................................................ 21
D. Natural bond orbital (NBO) .................................................................... 26
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 35
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 36
LAMPIRAN ........................................................................................................ 39

xi

DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.

Taktisitas polistirena ....................................................................... 4

Gambar 2.

Jalur reaksi sulfonasi ....................................................................... 5

Gambar 3.

Struktur rutile dan anatase dari TiO2. ............................................ 7

Gambar 4.

Gambar PST sebelum dioptimasi dan setelah dioptimasi. .............. 19

Gambar 5.

Struktur unit sel TiO2 anatase dan TiO2 anatase dua unit sel ........ 21

Gambar 6.

Model yang digunakan dengan variasi orientasi di tengah (GB13) dan di samping (GB4-6) pada tiga variasi orientasi TiO2 dua
unit sel (GB1-3) ............................................................................. 22

Gambar 7.

Jarak interaksi masing-masing model pada jarak 7Å pada GB1,
GB2 dan GB3 dan 3Å pada model GB4, GB5 dan GB6 ................ 24

Gambar 8.

Hubungan perubahan energi interaksi dari masing-masing model
dengan jarak interaksi masing-masing model. ................................ 25

Gambar 9.

Hubungan antara energi (E(2)) dengan jarak interaksi dari
masing-masing model. .................................................................... 27

Gambar 10. Hubungan perubahan muatan O-H dengan jarak interaksi dari
masing-masing model ..................................................................... 30
Gambar 11. Hubungan perubahan kerapatan elektron atom O dari gugus O-H
dengan jarak interaksi masing-masing model ................................ 33

xii

DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Diagram alir optimasi polistirena tersulfonasi (PST). .................... 39
Lampiran 2. Diagram alir penghitungan energi single point dari TiO2 dua unit
sel ................................................................................................... 40
Lampiran 3. Diagram alir penggabungan dan penghitungan energi single point
dari PST dengan TiO2 dua unit sel ................................................. 41
Lampiran 4. Diagram alir penghitungan kerapatan elektron dan potensi
transfer proton ................................................................................. 42
Lampiran 5. Perhitungan perubahan energi interaksi ......................................... 43
Lampiran 6. Data energi (E(2)) perturbation theory analysis ............................. 44
Lampiran 7. Perhitungan perubahan muatan (ΔΔ) dari gugus O-H..................... 47
Lampiran 8. Perhitungan perubahan kerapatan elektron ..................................... 53

xiii