Selasa, 23 Juni 2009

Artikel Kimia Fisika Baru

Penguraian Air dengan Gelombang Radio


Pepatah lama yang mengatakan bahwa air adalah lawannya api mungkin sudah tidak relevan lagi digunakan pada jaman modern sekarang. Hal ini secara tidak sengaja ditemukan oleh seorang peneliti dari USA yang bernama John Kanizius.

Dalam tulisannya yang berjudul “Observations of polarised RF radiation catalysis of dissociation of H2O-NaCl solutions”, Kanizius mengatakan bahwa, larutan garam (H2O-NaCl dengan konsentrasi 1 - 30%) akan menghasilkan gas hidrogen dan oksigen yang dapat menimbulkan nyala api, ketika dikenai gelombang radio sebesar 13,56 MHz pada suhu kamar. Gambar muka adalah nyala api yang ditimbulkan oleh larutan 0.3% NaCl.

Temuan spektekuler ini sempat menjadi kontroversi di kalangan ilmuan USA karena isu ini berkembang secara meluas sebagai teknik yang cukup efisien untuk memecah air menjadi komponen-komponennya. Dengan kata lain, teknik ini cukup efisien untuk memecah air menjadi hidrogen yang kemudian bisa digunakan sebagai energi alternatif pengganti fossil fuel. Untuk membuktikan hasil penemuannya, Kanizius kemudian diminta memverifikasi hasil temuannya tersebut oleh salah satu Profesor dari Penn State University, Prof. Rustum Roy. Hasil verifikasi yang mereka lakukan adalah bahwa ternyata benar bahwa gelombang radio dengan keberadaan garam NaCl dapat menyebabkan pemecahan molekul air menjadi hidrogen dan oksigen. Dia menyimpulkan bahwa campuran gas hidrogen dan oksigen dari air serta udara sekitar lah yang menyebabkan terciptanya nyala api. Namun, dari hasil verifikasi tersebut, John Kanzius juga tidak pernah mengklaim bahwa penemuannya adalah proses yang efisien secara energi untuk memecah air. Serta memastikan bahwa ini merupakan suatu fenomena baru.

Dibuktikan bahwa tinggi nyala api yang dihasilkan bekisar antara 4-5 inci pada larutan dengan konsentrasi NaCl yang cukup tinggi. Hal ini terjadi secara spontan setelah gelombang radio diaplikasikan kepada sistem. Namun sebaliknya, apabila gelombang radio dipadamkan, nyala api akan padam pula. Kanizius mengatakan bahwa kunci dari fenomena ini adalah penggunaan radiasi elektromagnetik lemah untuk mendisosiasi air menjadi hidrogen dan oksigen. Selain itu, spektral raman dari larutan garam menunjukkan bahwa adanya perubahan struktural pada struktur air yang terjadi sebelum dan sesudah pembakaran dilakukan.

Nuklir

Bom Nuklir Nagasaki

Jika saya mengucapkan kata "Nuklir" pada orang awam, mungkin dibenaknya saya sedang membicarakan kata yang sepada maknanya yaitu “Kematian”. Tragedi Hiroshima dan Nagasaki 60 tahun silam telah cukup meninggalkan “cacat bawaan” terhadap nuklir sebagai teknologi yang harus ditolak dan menutup mata bahwa sekarang ini, teknologi nuklir telah banyak didayagunakan untuk meningkatkan kesejahteraan masyarakat.

Indonesia sendiri telah lama mengembangkan teknologi nuklir dan memiliki tiga reaktor nuklir yaitu Reaktor G. A Siwabessy di Serpong, Reaktor Triga 2000 di Bandung dan Reaktor Kartini di Yogyakarta. Ketiga reaktor ini termasuk dalam jenis reaktor riset yang tujuannya pun untuk berbagai penelitian dibidang nuklir dan menghasilkan berbagai macam teknologi yang penggunaanya non energi, misalnya untuk bidang pertanian, biologi, peternakan, industri, kedokteran, dan bidang-bidang non energi lainnya.

Nuklir, Inti Atom Tanpa Kulit
Untuk mengenal lebih jauh tentang nuklir, kita harus mengetahui lebih dahulu apa itu atom. Atom merupakan bagian terkecil dari suatu molekul, sedangkan molekul adalah bagian terkecil dari benda yang masih memiliki sifat-sifat fisik dan kimia. Atom dan molekul sendiri memiliki sifat yang berbeda. Dalam modelnya, atom digambarkan sebagai sebuah bola kecil yang terdiri dari inti atom bermuatan positif dan kulit atom bermuatan negatif. Elektron dikulit terluar atom tidak memiliki massa (massa=0) sedangkan proton dan neutron masing-masing memiliki massa 1 sma (1,7x 10-27 Kg). Sehingga dapat dikatakan bahwa massa atom terpusat didalam inti yang meliputi 99,975% total massa atom.

Didalam ilmu fisika, inti inilah yang disebut nuklir. Jadi nuklir merupakan bagian terkecil dari atom dimana massa atom terkumpul. Nuklir tidak mempunyai struktur yang khas dan hanya merupakan inti yang terkandung dalam atom sebagaimana nukleus yang terdapat dalam inti sel dalam ilmu biologi. Sehingga bila berbicara tentang nuklir, sebenarnya kita sedang berbicara tentang inti atom yang “telanjang” tanpa kulit yang mengelilinginya.

Reaksi Nuklir
Bahan bakar yang digunakan untuk melakukan reaksi nuklir adalah Uranium dan tidak dapat menggunakan sembarang unsur. Umumnya Uranium yang digunakan adalah Uranium-235 (92U235) yang merupakan isotop dari Uranium-238 (92U238). Ada dua macam reaksi pada nuklir yaitu reaksi fisi (pembelahan inti) dan reaksi fusi (penggabungan inti). Pada reaksi fisi, inti atom akan pecah menjadi inti-inti yang lebih kecil. Secara eksperimen hal ini dapat dijelaskan melalui penembakan unsur U235 dengan partikel neutron termik (partikel neutron yang bergerak sangat lambat). Saat partikel neutron ini menembus inti Uranium maka inti tersebut akan tereksistasi dan menjadi tidak stabil dan akan kehilangan bentuk asalnya. Inti akan membelah menjadi unsur-unsur yang lebih kecil dengan melepaskan energi dalam bentuk panas, sekaligus melepas 2-3 neutron. Saat inti mengalami perubahan bentuk, inti memancarkan radiasi-radiasi alfa, beta, dan gamma.

Reaksi lain yang terjadi pada nuklir adalah reaksi fusi. Pada reaksi jenis ini inti-inti atom bergabung membentuk inti atom yang lebih besar. Reaksi ini biasanya terjadi pada matahari atau bintang-bintang dan ledakan bom hidrogen. Reaksi fusi ini digolongkan dalam reaksi endotermik (bereaksi dengan memerlukan energi), sedangkan reaksi fisi termasuk reaksi eksotermik yaitu bereaksi dengan melepas energi. Energi yang dihasilkan dari reaksi fisi sangatlah luar biasa besar. Sebagai ilustrasi: dalam 1 gram U235 terdapat 25,6×1020 atom U235. Atom ini bereaksi dengan melepaskan energi sebesar 200 MeV, sehingga 1 gram U235 dapat melepas energi sebesar 51,2x 1022 MeV atau sebesar 81,92×109 Jolue. Energi ini biasanya dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik (PLTN), pengerak kapal selam atau kapal induk sehingga bisa bertahan di lautan bertahun-tahun tanpa perlu suplai energi dari luar.

Proteksi Radiasi Nuklir
Karena reaksi nuklir merupakan reaksi yang sangat berbahaya, maka reaksi nuklir harus dilakukan didalam suatu reaktor nuklir. Hal ini dilakukan untuk memproteksi masyarakat, peneliti nuklir, dan lingkungan dari radiasi nuklir yang berbahaya. Untuk itu, reaktor nuklir dilengkapi dengan sistem keselamatan terpasang dan ditambah dengan lapisan-lapisan pelindung/proteksi lainnya.

Sistem keselamatan terpasang berupa air pendingin yang bekerja untuk mendinginkan reaktor. Bila suhu dalam teras reaktor naik melebihi suhu operasi normal, maka suhu air akan naik pula dan air akan menjadi uap sehingga air tersebut tidak dapat lagi memperlambat gerakan neutron cepat hasil fisi. Karena neutron dalam keadaan cepat maka neutron ini tidak dapat lagi digunakan untuk reaksi nuklir selanjutnya. Selain itu, reaktor juga dilengkapi dengan tujuh lapisan pengaman yaitu penghalang pertama adalah matrik bahan bakar yang berbentuk padat. Ini dimaksudkan agar semua limbah radioaktif tetap terikat pada bahan bakar. Penghalang kedua adalah kelongsong bahan bakar yang dirancang tahan terhadap korosi pada temperatur tinggi dan dibuat dari campuran khusus (zircaloy).

Penghalang ketiga adalah sistem pendingin yang akan melarutkan bahan radioaktif apabila terlepas dari kelongsong. Penghalang keempat adalah perisai beton yang berbentuk kolam sebagai wadah atau penampung air. Penghalang kelima dan keenam adalah sistem pengukung reaktor secara keseluruhan yang terbuat dari pelat baja dan beton setebal dua meter dan kedap udara dan penghalang terakhir adalah jarak, karena umumnya reaktor nuklir dibangun didaerah yang cukup jauh dari pemukiman penduduk.

Pengolahan Limbah Radioaktif
Sebagaimana proses industri, pengolahan nuklir untuk tujuan penelitian juga menghasilkan limbah yang dinamakan limbah radioaktif. Limbah ini hampir 99% berasal dari bahan bakar bekas yang radioaktifitasnya masih tinggi, sedangkan 1% berasal dari baju pelindung, kain pembersih, peralatan laboratorium, dan sarung tangan yang digunakan oleh para pekerja reaktor. Untuk proses pengolahan limbah nuklir di Indonesia, dilakukan di Instalasi Pengolahan Limbah Radioaktif (IPLR) di PPTN Serpong.

Tahapan pengolahan limbah radioaktif ini dimulai dari pengangkutan limbah dari instalasi penimbun limbah ke IPLR dengan mobil pengangkut khusus. Untuk limbah padat dimasukkan kedalam drum yang dilengkapi dengan label informasi limbah, sedangkan limbah cair dimasukkan dalam tangki penampung. Pengolahan limbah cair dilakukan dengan cara evaporasi untuk mereduksi volume limbah. Konsentrat hasil evaporasi selanjutnya dikungkung dalam shell beton 950 dengan campuran semen. Sedangkan untuk limbah radioaktif cair korosif yang mengandung flour, dilakukan secara kimia pada fasilitas chemical treatmen.

Untuk limbah cair organik dan limbah padat terbakar, direduksi volumenya dengan cara insenerasi dengan kapasitas pembakaran 50 kg/jam beserta peralatan sementasi abu dalam drum 100L. Untuk limbah padat termampatkan proses reduksi volume dilakukan dengan cara kompaksi dengan kekuatan 600 kN. Sedangkan untuk limbah padat tak terbakar dan tak termampatkan, pengolahannya dilakukan secara langsung dengan cara sementasi dalam shell beton 350L/200L. Selanjutnya limbah dengan berbagai aktivitas (aktivitas tinggi, menengah, dan rendah) disimpan di fasilitas penyimpanan limbah sementara, yang kedap air berdasarkan kelompok aktivitasnya masing-masing. Waktu penyimpanan sementara berkisar antara 10-50 tahun dan selama itu, aktivitas zat radioaktif selalu dipantau, hingga waktu paruhnya benar-benar telah habis dan aman bagi lingkungan.

Pemanfaatan Nuklir
Seperti telah disinggung di awal, bahwa teknologi nuklir dewasa ini telah didayagunakan untuk meningkatkan kesejahteraan manusia. Terlepas dari pemanfaatannya sebagai senjata perang, tenaga nuklir khususnya zat radioaktif telah dipergunakan secara luas dalam berbagai bidang. Bidang-bidang itu antara lain bidang energi, kedokteran, pertanian, industri, peternakan, dan lain sebagainya.

Dibidang energi, tenaga nuklir telah dimanfaatkan secara besar-besaran untuk Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Bidang kedokteran telah mengambil manfaat dari tehnik nuklir seperti pemeriksaan medik dengan menggunakan pesawat gamma kamera, renograf-prototipe yang berguna untuk diagnosis fungsi ginjal, pesawat sinar X-prototipe yang berguna sebagai diagnosis anatomi organ tubuh, Thyroid uptake-prototipe untuk uji tangkap gondok, dan brachterapi yang digunakan sebagai terapi kanker rahim, pemeriksaan jantung koroner, dan mendeteksi pendarahan pada saluran pencernaan. Dibidang pertanian, tehnik nuklir dimanfaatkan untuk mendapatkan varitas tanaman yang unggul seperti varitas padi dan kedelai melalui tehnik irradiasi.

Dibidang industri, Distributed Control System (DCS) dan Nucleonic Control System (NCS) telah dipergunakan untuk mendeteksi berbagai kesalahan atau kelainan pada sistem kerja alat industri. DSC dan NSC akan secara otomatis melakukan pengendalian jika terdapat ada kelainan dalam operasi terutama dalam sistem produksi. Dibidang peternakan, tehnik nuklir telah dimanfaatkan untuk memproduksi vaksin untuk anak ayam, penggemukan hewan ternak, peningkatan daya tahan ternak terhadap penyakit, dan lain sebagainya.

Penutup
Merujuk pada kenyataan bahwa nuklir telah memberikan manfaat yang sangat besar bagi masyarakat sebagaimana telah dijelaskan diatas, maka sudah saatnya phobia akan tragedi Hiroshima dan Nagasaki 60 tahun silam menjadi berkurang atau bahkan hilang sama sekali. Tidaklah bijak jika masyarakat kita mengadili (menilai buruk) sesuatu, sementara dia sendiri tidak mengerti tentang substansi apa yang disalahkan. Untuk itu sudah saatnya masyarakat kita, mesti berpikir positif akan setiap perkembangan teknologi nuklir. Demikian juga dengan peneliti dan ahli nuklir, dengan adanya kepercayaan dari masyarakat, diharapkan mereka dapat profesional melakukan kerjanya berdasarkan kaidah-kaidah ilmiah yang telah ada dan meminimalisasi kegagalan yang mungkin terjadi. Tentunya masyarakat kita tidak ingin Tragedi Chernobyl di Ukrania akan terulang dan bahkan terjadi di Indonesia.

Elektrosintesis, Metode Elektrokimia untuk Memproduksi Senyawa Kimia


Selama ini kita hanya mendengar bahwa metode elektrokimia selalu didayagunakan atau berkonotasi dengan kata pemurnian logam dan proses penyepuhan/elektroplating (melindungi logam dari korosi). Ini termasuk juga dengan pandangan penulis dan mungkin rekan-rekan lainnya selama ini. Sebuah pandangan yang tidak sepenuhnya salah karena memang aplikasi utama dari metode elektrokimia adalah untuk pemurnian logam dan elektroplating. Selain itu di laboratorium pun, memang kita paling sering melakukan percobaan elektrokimia terutama percobaan sel elektrolisis, sehingga memang klop rasanya jika kita menyandarkan kata elektrokimia dengan elektroplating dan pemurnian logam.

Sesuai dengan namanya, metode elektrokimia adalah metode yang didasarkan pada reaksi redoks, yakni gabungan dari reaksi reduksi dan oksidasi, yang berlangsung pada elektroda yang sama/berbeda dalam suatu sistim elektrokimia. Sistem elektrokimia meliputi sel elektrokimia dan reaksi elektrokimia. Sel elektrokimia yang menghasilkan listrik karena terjadinya reaksi spontan di dalamnya di sebut sel galvani. Sedangkan sel elektrokimia di mana reaksi tak-spontan terjadi di dalamnya di sebut sel elektrolisis. Peralatan dasar dari sel elektrokimia adalah dua elektroda -umumnya konduktor logam- yang dicelupkan ke dalam elektrolit konduktor ion (yang dapat berupa larutan maupun cairan) dan sumber arus. Karena didasarkan pada reaksi redoks, pereaksi utama yang berperan dalam metode ini adalah elektron yang di pasok dari suatu sumber listrik. Sesuai dengan reaksi yang berlangsung, elektroda dalam suatu sistem elektrokimia dapat dibedakan menjadi katoda, yakni elektroda di mana reaksi reduksi (reaksi katodik) berlangsung dan anoda di mana reaksi oksidasi (reaksi anodik) berlangsung.

Aplikasi metode elektrokimia untuk lingkungan dan laboratorium pada umumnya didasarkan pada proses elektrolisis, yakni terjadinya reaksi kimia dalam suatu sistem elektrokimia akibat pemberian arus listrik dari suatu sumber luar. Proses ini merupakan kebalikan dari proses Galvani, di mana reaksi kimia yang berlangsung dalam suatu sistem elektrokimia dimanfaatkan untuk menghasilkan arus listrik, misalnya dalam sel bahan bakar (fuel-cell). Aplikasi lainnya dari metode elektrokimia selain pemurnian logam dan elektroplating adalah elektroanalitik, elektrokoagulasi, elektrokatalis, elektrodialisis dan elektrorefining.

Sedangkan aplikasi lain yang tidak kalah pentingnya dari metode elektrokimia dan sekarang sedang marak dikembangkan oleh para peneliti adalah elektrosintesis. Teknik/metode elektrosintesis adalah suatu cara untuk mensintesis/membuat dan atau memproduksi suatu bahan yang didasarkan pada teknik elektrokimia. Pada metode ini terjadi perubahan unsur/senyawa kimia menjadi senyawa yang sesuai dengan yang diinginkan. Penggunaan metode ini oleh para peneliti dalam mensintesis bahan didasarkan oleh berbagai keuntungan yang ditawarkan seperti peralatan yang diperlukan sangat sederhana, yakni terdiri dari dua/tiga batang elektroda yang dihubungkan dengan sumber arus listrik, potensial elektroda dan rapat arusnya dapat diatur sehingga selektivitas dan kecepatan reaksinya dapat ditempatkan pada batas-batas yang diinginkan melalui pengaturan besarnya potensial listrik serta tingkat polusi sangat rendah dan mudah dikontrol. Dari keuntungan yang ditawarkan menyebabkan teknik elektrosintesis lebih menguntungkan dibandingkan metode sintesis secara konvensional, yang sangat dipengaruhi oleh tekanan, suhu, katalis dan konsentrasi. Selain itu proses elektrosintesis juga dimungkinkan untuk dilakukan pada tekanan atmosfer dan pada suhu antara 100-900oC terutama untuk sintesis senyawa organik, sehingga memungkinkan penggunaan materi yang murah.

Prinsip Elektrosintesis

Prinsip dari metode elektrosintesis didasarkan pada penerapan teori-teori elektrokimia biasa sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya. Baik teknik elektrosintesis maupun metode sintesis secara konvensional, mempunyai variabel-variabel yang sama seperti suhu, pelarut, pH, konsentrasi reaktan, metode pencampuran dan waktu. Akan tetapi perbedaannya, jika di elektrosintesis mempunyai variabel tambahan yakni variabel listrik dan fisik seperti elektroda, jenis elektrolit, lapisan listrik ganda, materi/jenis elektroda, jenis sel elektrolisis yang digunakan, media elektrolisis dan derajat pengadukan.

Pada dasarnya semua jenis sel elektrolisis termasuk elektrosintesis selalu berlaku hukum Faraday yakni:

  • Jumlah perubahan kimia yang terjadi dalam sel elektrolisis, sebanding dengan muatan listrik yang dilewatkan di dalam sel tersebut
  • Jumlah muatan listrik sebanyak 96.500 coulomb akan menyebabkan perubahan suatu senyawa sebanyak 1,0 gramekivalen (grek)

Sebelum melaksanakan elektrosintesis, sangatlah penting untuk memahami reaksi yang terjadi pada elektroda. Di dalam sel elektrolisis akan terjadi perubahan kimia pada daerah sekitar elektroda, karena adanya aliran listrik. Jika tidak terjadi reaksi kimia, maka elektroda hanya akan terpolarisasi, akibat potensial listrik yang diberikan. Reaksi kimia hanya akan terjadi apabila ada perpindahan elektron dari larutan menuju ke elektroda (proses oksidasi), sedangkan pada katoda akan terjadi aliran elektron dari katoda menuju ke larutan (proses reduksi). Proses perpindahan elektron dibedakan atas perpindahan elektron primer, artinya materi pokok bereaksi secara langsung pada permukaan elektroda, sedangkan pada perpindahan elektron secara sekunder, elektron akan bereaksi dengan elektrolit penunjang, sehingga akan dihasilkan suatu reaktan antara (intermediate reactan), yang akan bereaksi lebih lanjut dengan materi pokok di dalam larutan. Reaktan antara ini dapat dihasilkan secara internal maupun eksternal:

Perpindahan elektron secara primer : O + ne → P
Perpindahan elektron secara sekunder : X + ne → I, O + I → P

Perlu diketahui juga dalam mengelektrosintesis terutama sintesis senyawa organik bahwa reaksi pada elektroda dapat saja berubah bila kondisi berubah. Salah satu parameter yang penting untuk memahami reaksi yang terjadi adalah dengan mengetahui potensial elektrolisis untuk reaksi oksidasi dan reduksi. Tabel 1 dan 2 berikut ini memperlihatkan potensial reduksi dan oksidasi beberapa senyawa organik:

Senyawa E1/2 (Volt)
Phenacyl Bromide - 0.16
Kloroform - 1.67
Methylen Klorida - 2.33
Benzoquinon + 0.44
Benzoquinon - 0.40
Mesityl oxide - 1.6
Camphor Anil - 2.6
Benzalanin - 1.83
Anthracene - 1.94
Phenantherene - 2.46
Napthalene - 2.47

Tabel . 1 Potensial reduksi senyawa organik


Senyawa E1/2 (Volt)
Anthracene 1.20
Phenantherene 1.68
Napthalene 1.72
Phenol 1.35
Anisol 1.67
Thioanisol 1.82
Bitropyl 1.29
Tropylidiine 1.39
Thiopene 1.91

Tabel. 2 Potensial oksidasi senyawa organik



Sumber: Buchori 2003

Pengaturan potensial juga amat penting dilakukan terutama bila reaksi melibatkan molekul bergugus fungsi banyak (kompleks polyfunctional molecule). Sebagai contoh reaksi reduksi kromida aromatik pada kondisi katon dan alkil klorida tidak aktif dan alpha-kromoketon yang lebih mudah tereduksi dari pada arilkromida. Reaksi reduksi selektif ini dapat diramalkan berjalan sesuai dengan arah yang diinginkan melalui pengaturan potensial. Pengaturan potensial juga berguna untuk suatu reaksi transformasi pembuatan suatu senyawa organik yang melibatkan iodikal, karbanion ataupun korbonium, yang secara kimia biasa tidak dapat dilakukan ternyata dapat dilaksanakan secara elektrokimia.

Dari berbagai penelitian yang telah dilakukan diketahui bahwa sebenarnya dasar dari terjadinya reaksi elektrosintesis adalah :

  1. Pemutusan ikatan tunggal
    Beberapa jenis ikatan tunggal yang elektroaktif antara lain : alkil halida, ikatan karbon-oksigen, ikatan karbon-nitrogen, ikatan karbon-belerang, ikatan karbon-fosfor dan ikatan oksigen-oksigen.
  2. Reduksi Ikatan rangkap (rangkap dua dan rangkap tiga)
    Beberapa kelompok ikatan rangkap yang elektroaktif, antara lain gugusan karbonil (aldehida, keton, karboksilat dan turunannya), ikatan ganda karbon nitrogen (Irium, turunan karbonil lainnya), gugus nitro (senyawa nitro aromatik, nitro alifatik), ikatan rangkap lainnya (senyawa azo dan nitrozo, diazo dan diazinum).

Aplikasi Metode Elektrosintesis

Dari beberapa contoh hasil penelitian yang penulis peroleh, metode elektrosintesis telah banyak dimanfaatkan oleh para peneliti dalam mensintesis senyawa organik (elektrosintesis organik) dan elektrosintesis bahan konduktor organik serta yang tak kalah bergengsinya dan sedang dikembangkan saat ini adalah pemanfaatan polutan menjadi senyawa yang bermanfaat melalui metode elektrosintesis. Aplikasi di luar yang penulis ketahui sebagaimana tersebut di atas mungkin telah sangat jauh berkembang karena memang sifat ilmu pengetahuan yang dinamis dan selalu berkembang seiring waktu.

Untuk sintesis bahan organik, didasarkan pada reaksi penggabungan, substitusi, siklisasi dan reaksi eliminasi yang diikuti pengaturan kembali secara elektrokimia. Ini berbeda dengan metode secara konvensional yang memakai dasar reduksi aldehid, oksidasi alkohol, reduksi senyawa nitro dan oksidasi senyawa sulfur. Kesulitan yang timbul selama elektrosintesis organik yakni apabila zat antara yang diinginkan memiliki kestabilan yang rendah, cara mengatasinya adalah dengan menyediakan zat perangkap (trapping agent) di dalam larutan dengan syarat zat perangkap ini tidak bereaksi dengan zat elektroaktif dan tidak mengalami elektrolisis.

Berikut adalah contoh gambar rangkaian sel elektrolisis dengan menggunakan dua buah elektroda untuk sintesis senyawa organik:


Sumber : Suwarso., et al (2003)

Beberapa contoh dari elektrosintesis organik adalah pembuatan chiral drug untuk industri farmasi (Weinberg, 1997), sintesis p-aminofenol melalui reduksi nitrobenzena secara elektrolisis (Suwarso., et al, 2003), pembuatan soda (NaOH) dan asam sulfat (H2SO4) dari Na2SO4 melalui proses splitting electrochemistry (Genders., et al, 1995), reduksi senyawa Triphenylbiomoethylene menjadi Triphenilethylene dan Triphenylethane (Miller, 1968) serta ratusan senyawa organik lainnya yang telah berhasil dibuat untuk keperluan bahan baku obat (Buchari, 2003). Untuk skala perusahaan/pabrik telah dilakukan oleh Perusahan Monsanto (Kanada) dengan memproduksi adiponitril (bahan dasar nylon 6,6) dan produksi fluorokarbon oleh Perusahaan Philips (Belanda).

Sedangkan metode elektrosintesis bahan konduktor organik telah dilakukan oleh para peneliti di Pusat Penelitian dan Pengembangan Bahan (P3IB) Batan Indonesia yakni polipirol dan polialanin, pembuatan lapisan tipis superkonduktor YBCO-123 dan Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O serta pengkajian pembuatan prekursor superkonduktor YBCO-123.Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O, Ti-Sr-Ca-Cu-O dan lain-lain yang didasarkan pada elektrodeposisi unsur-unsur penyusun superkonduktor tersebut.

Penanggulangan masalah polutan dalam arti pemisahan polutan dari lingkungan mungkin telah sering kita dengar, tetapi metode atau aspek lain pemanfaatan polutan menjadi senyawa yang bermanfaat mungkin hal baru bagi sebagian orang (terutama non kimia). Untuk tujuan ini, elektrosintesis merupakan metode yang paling banyak mendapat perhatian dan sedang giat dikembangkan oleh para ahli lingkungan dewasa ini. Polutan yang paling banyak diteliti dalam perspektif elektrosintesis adalah karbondioksida. Karbon dioksida mendapat perhatian khusus karena polutan ini merupakan gas buangan paling banyak yang ditemukan dan dampaknya yang sudah dikenal secara luas terhadap atmosfir bumi, terutama terjadinya efek rumah kaca. Penelitian untuk pemanfaatan karbondioksida yang sedang dilakukan dewasa ini adalah pengubahan polutan ini menjadi metana, yang telah dikenal luas sebagai bahan bakar ramah lingkungan. Meskipun baru dalam tahap pengembangan, hasil percobaan oleh Kaneco., et al (2002) telah menunjukkan tingkat konversi karbon dioksida menjadi metana hingga sekitar 45%. Di samping metana, hasil lain dari elektrosintesis dengan bahan baku karbondioksida yang telah diidentifikasi adalah asetilena dan metanol, yang juga mempunyai nilai ekonomis yang tinggi. Meskipun jumlah polutan yang diteliti masih terbatas, hasil yang dicapai dengan elektrosintesis ini mempunyai makna lain, yakni tidak tertutup kemungkinan bahwa polutan lain baik yang terdapat dalam limbah cair, padat dan gas untuk dapat dimanfaatkan menjadi senyawa yang bermanfaat dengan penggunaan metode yang sama.

Hasil-hasil penelitian tentang aplikasi teknik/metode elektrosintesis seperti disajikan dalam tulisan ini hanya sebagian kecil dari penelitian yang telah dilakukan di berbagai negara termasuk Indonesia. Cakupan aplikasi yang sangat luas merupakan keuntungan yang membuat elektrosintesis oleh para peneliti dianggap sebagai salah satu teknologi masa depan bagi sintesis organik dan penanggulangan permasalahan lingkungan yang berkaitan dengan polutan. Dalam konteks ini yang dimaksud dengan para peneliti, tidak hanya dosen ataupun peneliti di institusi penelitian yang telah memiliki gelar S.Si, MSc, Dr, Ph.D ataupun Profesor tetapi juga para mahasiswa yang belum bergelar yang tertarik menjadikan elektrosintesis sebagai bahan skripsi ataupun studi riset biasa semisal untuk bahan karya tulis.

Unsur Nomor 118: Unsur Terkenal Yang Tak Pernah Lahir

Di tahun 2002 lalu, dunia fisika digemparkan oleh dua skandal besar. Salah satunya adalah ditariknya tulisan ilmiah mengenai penemuan unsur nomor 118. Unsur terberat yang pernah ditemukan manusia ini diberitakan di jurnal prestisius Physical Review Letters (PRL) di tahun 1999. Lantas pada tahun 2001, Lawrence Berkeley National Laboratory di California, AS, laboratorium tempat unsur nomor 118 ini disintesis, mengumumkan bahwa penemuan unsur ini kemungkinan besar merupakan suatu kesalahan. Waktu paruh unsur ini sangat pendek. Pada pertengahan tahun lalu, tulisan ilmiah itu resmi ditarik dari jurnal PRL di saat sebuah tim melakukan investigasi mengenai hal ini. Pada akhirnya, setelah investigasi selesai, seorang ilmuwan, Dr. Victor Ninov dipecat dari institusi tersebut dan beberapa ilmuwan lainnya mendapat teguran keras karena keteledoran mereka atas hal yang cukup memalukan ini. Sepanjang sejarahnya, Lawrence Berekeley Lab yang pernah dipimpin oleh Dr. Glenn T. Seaborg, telah berhasil mensintesa unsur-unsur berat seperti Plutonium (94), Kurium (96), Berkelium (97), Kalifornium (98), Einstenium (99), Fermium (100), Mendelevium (101), Lawrencium (103) dan tentu saja Seaborgium (106). Tetapi di tahun 1980an, Berkeley menemukan persaingan yang cukup berarti dari grup Jerman yang bekerja di GSI (Laboratorium untuk Riset Ion Berat). Para ilmuwan GSI berhasil menemukan bohrium/unnilseptium (107), hassium/unniloctium (108), meitnerium/unnilonium (109), dan unsur-unsur berat lainnya (110, 111, dan 112) yang belum punya nama. Ilmuwan Russia pun memberikan saingan yang ketat ketika pada tahun 1998 mereka mengumumkan penemuan unsur 114. Dengan peralatan deteksi baru, Berkeley gas-filled separator (BGS) dan dua ilmuwan cemerlang: Dr. Kenneth E. Gregorich dan Dr. Victor Ninov-yang terakhir datang dari GSI dan membantu menemukan unsur 110, 111, 112-Berkeley Lab mencoba mengangkat posisinya seperti dulu. Dr. Robert Smolanczuk, seorang pakar teori dari Polandia mempunyai satu teori yang cukup meyakinkan. Menurutnya dalam kondisi yang mendukung, seseorang dapat melompati unsur 113, 114, 115, 116, dan 117 untuk mensintesa unsur 118. Dan kemungkinan untuk menciptakan unsur ini di laboraturium cukup besar.

Akhirnya diputuskan untuk mencoba teori Dr. Smolanczuk ini. Selama lima hari pada awal April 1999, para ilmuwan di Berkeley Lab membombardir target timah dengan nukleus unsur kripton. Puing-puing hasil hujanan nukleus tersebut dimasukkan ke dalam BEG dan berbagai macam detektor mencatat enerji, posisi dan waktu setiap tumbukan. Hasilnya merupakan data eksperimen yang sangat besar yang diproses oleh Dr. Ninov menggunakan software yang telah dikuasainya di GSI. Karena dia satu-satunya yang tau menjalankan program ini, dia pulalah yang diberikan tugas untuk menganalisa data eksperimen tersebut. Singkat kata, Dr. Ninov menunjukkan hasil analisanya dan mengumumkan bahwa dia menemukan jejak nukleus unsur 118 yang mengurai jadi unsur 116, 114, 112, terus sampai 106. Para koleganya mempercayai hasil analisanya dan grup tersebut memberikan tulisan ilmiah mereka ke PRL yang dipublikasikan pada tanggal 9 Agustus 1999. Sebelum resmi mendapatkan nama dan dimasukkan ke dalam Tabel Periodik, unsur nomor 118 ini harus dibuktikan keberadaannya oleh lab-lab yang lain. Di tahun yang sama GSI mencoba membuktikan, tapi tanpa hasil. Usaha yang sama oleh Riken Institute di Jepang juga membuah hasil yang nihil. Tetapi ini tidak membuat Berkeley Lab curiga, sampai di musim semi tahun 2000. Berkeley Lab mencoba sekali lagi mengulangi eksperimen mereka, tapi kali ini tidak menemukan jejak unsur 118 sama sekali. Masih belum ada yang curiga soal penipuan. Yang ada mereka memperbaiki alat eksperimen mereka dengan harapan alat deteksi yang diperbarui dapat mendeteksi unsur 118 seperti yang telah diberitakan. Setahun kemudian mereka mencoba sekali lagi. Sayangnya hasilnya masih sama. Setelah diusut lebih lanjut, maka terungkap bahwa Dr. Ninov telah memalsukan hasil analisanya mengenai jejak unsur 118. Walau Dr. Ninov bersikeras bahwa dia tidak menipu, dia akhirnya dipecat dari Berkeley Lab dan tulisan ilmiahnya ditarik dari jurnal TRL. Dan unsur nomor 118 yang sempat membuat heboh dunia sains itupun ternyata tidak pernah ditemukan.

Misteri Hilangnya Xenon

Unsur Xenon
Para astrokimiawan dan geokimiawan telah lama penasaran dengan fakta bahwa gas mulia xenon itu jauh lebih sedikit ditemukan di atmosfir dan di kulit bumi dibanding di matahari (dilihat dari spektrum sinarnya) dan meteor-meteor. Satu penjelasan yang disodorkan adalah bahwa unsur ini tersembunyi dalam senyawa kimia yang terbentuk pada temperatur dan tekanan yang sangat tinggi di inti bumi. (Walaupun secara umum gas-gas mulia bersifat inert (tidak/sukar bereaksi dengan zat-zat lain), sebagian dari mereka, terutama argon dan xenon dapat membentuk senyawa kimia). Jules Verne, seorang novelis fiksi sains bangsa Perancis abad ke-19 pernah menulis buku dengan judul “Journey to the Center of the Earth” pada tahun 1864. Di dalam novel ini dia bercerita tentang seorang ilmuwan yang menemukan jalan menuju ke pusat bumi melalui gunung berapi yang sudah tidak aktif lagi. Ide yang dicetuskan Verne sangat maju untuk waktu itu. Bahkan sampai sekarang pun, keinginan manusia untuk menjelajahi perut bumi sampai ke dasarnya belum terealisasikan. Banyak para ilmuwan (termasuk kimiawan yang penasaran ingin membuktikan penjelasan tentang xenon di atas) yang ingin dapat ikut serta dalam penjelajahan tersebut kalau sudah ada kendaraan yang diciptakan khusus untuk ekspedisi ini. Tetapi justru karena belum adanya kendaraan inilah, para geokimiawan di University of California, Berkeley putar otak untuk membuktikan penjelasan tersebut dengan cara lain. Satu tim ilmuwan yang dipimpin oleh Wendel A. Caldwell dan Raymond Jeanloz mencoba membuat senyawa kimia antara unsur besi dan xenon pada suhu 3000 K dan tekanan sampai 70 Gpa di dalam diamond anvil cell yang dipanasi dengan laser. Mereka memonitor hasilnya memakai teknik difraksi sinar X, yang pada prinsipnya adalah memonitor perubahan jarak antar atom-atom. Walaupun mereka berhasil melihat perubahan fase unsur xenon itu sendiri (yang biasanya memang terbentuk pada kondisi ekstrim yang mereka tiru di lab), tetapi mereka tidak mendeteksi terbentuknya senyawa antara xenon dan besi.

Mereka pun menyelidiki lebih mendalam masalah ini memakai teori-teori kimia yang mereka kuasai. Ternyata setelah menghitung-hitung senyawa hipotesa xenon dan besi, mereka berkesimpulan bahwa ikatan kimia yang terbentuk antara atom-atom Xe-Fe terlalu lemah dan energi yang dihasilkan tidak dapat melepas ikatan Fe-Fe yang lebih kuat. Kembali ke soal misteri “hilangnya xenon”, para ilmuwan tersebut akhirnya menyatakan bahwa problem ini harus dijelaskan dengan mekanisme yang lain. Mereka berkesimpulan, “pola keberadaaan gas-gas mulia ini sepertinya terbentuk sebelum bumi dan planet-planet lain terbentuk secara sempurna; bukannya berubah setelah itu karena terperangkapnya gas-gas di inti bumi”.

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar