Fotokimia Reduksi Ion Besi (III)

FOTOKIMIA REDUKSI ION BESI (III)

Efty Leliya,Ichsan Wibowo,Tia Rachmatika Wahyuni

Lab. Kimia Anorganik Jurusan Kimia Universitas Negeri Semarang

Gedung D8 Lt 1Sekaran Gunung pati Semarang 50229, Indonesia

eftyleliya95@gmail.com , 089685749889

Abstrak

Percobaan Fotokimia Reduksi Ion Besi (III) bertujuan untuk mempelajari reaksi ion Besi (III) secara fotokimia dan mempelajari pemanfaatannya untuk cetak biru. Prinsip yang digunakan dalam percobaan ini adalah reaksi reduksi ion besi (III) yang dipengaruhi oleh cahaya. Metode dalam percobaan  ini adalah fotokimia yang merupakan ilmu yang mempelajari reaksi-reaksi kimia yang diinduksi oleh sinar secara langsung menggunakan kertas kalkir yang transparan dan cetak biru dengan kertas peka dan dikenakan oleh cahaya matahari dengan menempatkannya di tempat yang terkena cahaya matahari secara langsung dengan penyinaran yang optimal atau pada tempat yang terkena cahaya matahari dengan  intensitas yang cukup. Variasi yang dilakukan  dalam percobaan ini adalah  lama penyinaran objek. Hasil yang didapat setelah kertas dicuci dengan beberapa reagen adalah kertas peka akan berwarna biru tua dengan warna putih pada objek yang dituliskan menggunakan spidol. Semakin lama penyinaran  maka warna biru akan semakin pekat dan objek akan semakin jelas. Hasil tersebut merupakan bukti telah tereduksinya besi (III) menjadi besi (II).

Kata Kunci : Fotokimia , Reaksi reduksi , Cahaya

Abstract

Photochemical experiments Ion Reduction Iron ( III ) ions aims to study the reaction of Iron ( III ) photochemically and studied its use for blueprints . The principle used in these experiments is the reduction reaction of iron ions ( III ) which is influenced by light . The method in this experiment is the photochemical is the study of chemical reactions induced by light directly using transparent tracing paper and blueprint paper sensitized and charged by solar light by placing it in a place exposed to direct sunlight irradiation optimal or in places exposed to the sun light with sufficient intensity . Variations were made ​​in this experiment is a long object irradiation . The results obtained after the paper was washed with several reagents are sensitive paper will be dark blue with white on the object that is written using markers . The longer the exposure the blue color will be more concentrated and objects will be more apparent . These results are evidence has been its reduced iron ( III ) to iron ( II ).

Keywords : Photochemical , Reduction reaction , light

PENDAHULUAN

Besi merupakan unsur ke-4 terbanyak penyusun kerak bumi, tergolong unsur transisi utama. Di alam ditemukan dalam beberapa mineral, terutama sebagai hematite ( Fe₂O₃), limonit (FeO(OH) nH₂O) dan magnetit (FeO-Fe₂O₃). Besi dapat berada dalam emapat bentuk alotrop, yaitu sebagai besi-α, besi-β, besi γ dan besi-δ dengan titik transisi pada 770⁰C, 928⁰C, dan 1530⁰C. Bentuk α bersifat magnet,tetapi bila berubah menjadi besi δ sifat magnet itu hilang. Logam besi sangat reaktif dan mudah berkarat terutama dalam kondisi udara lembab atau suhu tinggi. Pada pemanasan bereaksi  dengan unsur bukan logam, dapat membentuk senyawa besi (II) dan senyawa besi (III).

Besi adalah logam paling banyak, dan dipercayai sebagai unsur kimia ke sepuluh paling banya di alam. Jumlah besi yang besar di bumi disangka menyumbang kepada medan magnet bumi. Simbolnya Fe ringkasan ferrum nama latin bagi besi. Besi adalah logam yang dihasilkan dari bijih besi, dan jarang ditemui dalam keadaan bebas.

Dalam industri, besi dihasilkan dari bijih, kebanyakan hematit (Fe₂O₃), melalui reduksi oleh karbon pada suhu 2000⁰C. 

2 C + O₂          →  2 CO

3 CO + Fe₂O₃ → 2 Fe + 3 CO₂

Besi yang dihasilkan dapat digunakan dalam sintesis senyawa-senyawa yang mengandung Fe.

Beberapa senyawa kompleks dengan atom pusat Fe adalah

1.  FeIII [ (2,2-bipryridine)(HPO₃)(H₂PO₄) ]                   

2.  Kompleks M [TCNQ]    

3.  Kompleks Fe(II) - Cr(III) Oksalat

(Petrucci,1989)                                                                                          

FeO, Fe₂O₃, dan Fe₃O₄ hampir sama apabila dikaitkan dengan strukturnya. Atom oksigen pada semua strukturnya konfigurasi c.c.p. dalam stoikiometri semua FeO berbentuk oktahidral yang diikat oleh atom Fe, yang memberikan efek kisi NaCl dari Fe²⁺  da O^2-. Perbandingan kedua ion ini dalam persenyawaannya kira-kira 48,56%. Pemindahan ion Fe³⁺  dari Zink Aridear  dan penggantian dengan dua sampai tiga dari number ion Fe³⁺ memberi FeO dalam besi berkurang ini menunjukkan data lebih akurat daripada penambahan oksigen ketika besi tiga-empat aserrimeritan Fe²⁺ diganti oleh ion Fe³⁺ akan terbentuk senyawa Fe₃O₄, dan sebuah struktur spinel.   (Heslop & Robinson, 1969)

Fotokimia adalah ilmu yang mempelajari reaksi-reaksi kimia yang diinduksi oleh sinar secara langsung maupun tidak langsung. Reaksi termal biasa yang berlangsung dalam gelap memperoleh energi pengaktifan dari penyerapan foton cahaya oleh molekul-molekulnya. Karena itu reaksi ini memberikan kemungkinan selektivitas yang tinggi, yang berarti bahwa energi dari kuantum cahaya tepat sesuai untuk reaksi tertentu saja. Keadaan elektronik molekul yang tereksitasi mempunyai energi dan distribusi elektron yang berbeda dari keadaan dasar, sehingga sifat kimia nya pun berbeda.

Dalam fotokimia terdapat dua hukum dasar. Menurut hukum yang pertama dari Grothus (1817) dan Draper (1843), perubahan fotokimia hanya dapat ditimbulkan oleh cahaya yang diserap. Radiasi yang tidak diserap tetapi dapat mendorong molekul tereksitasi untuk memancarkan sinar. Hukum kedua fotokimia yang diusulkan oleh Stark dan Einstein (1908-1912) menyatakan bahwa molekul yang menyerap satu kuantum sinar masuk menjadi teraktifkan.   (Alberty, 1984)

Pengolahan cetak biru masih sangat jarang ditemukan,tetapi proses pembuatan cetak biru sangatlah mudah biasanya kertas cetak biru, dilapisi dengan besi ammonium sitrat dan kalium ferisianida yang sensitive terhadap cahaya. Proses penggambaran dilakukan pada kain tembus cahaya atau kertas yang ditempatkan di atas satu lembar kertas cetak biru dan dibuka pada tempat yang disinari oleh cahaya yang kuat. Cahaya mengubah besi ammonium sitrat menjadi senyawa garam dari besi, kemudian ketika kertas direndam di dalam air, senyawa garam dari besi bereaksi dengan kalium ferisianida untuk membentuk larutan biru pekat yang membuat kertas menjadi berwarna biru. Zat kimia pada kertas dilindungi dari cahaya oleh garis dari kertas atau melarutkan gambar dan mengakibatkan kertas atau gambar menjadi putih. Cetak biru dikembangkan dengan memancarkan cahaya pada senyawa besi. Dalam dunia fotografi senyawa perak dan halogen mengalami perubahaan oleh cahaya. (Biddle,1949)

METODE

Percobaan Fotokimia Reduksi Ion Besi (III) pertama kali dilakukan dengan membuat larutan dari campuran antara 100 mL larutan Besi (III) Klorida dengan 100 mL larutan Diamonium Hidrofosfat kemudian ditambahkan dengan Asam reduktor yaitu berupa Asam Oksalat. Larutan yang kami gunakan dalam percobaan kami bukan larutan yang kami buat secara langsung akan tetapi kami menggunakan larutan yang telah dibuat seminggu sebelumnya dan disimpan dalam almari gelap agar larutan tidak rusak.

Tahap berikutnya adalah mencelupkan kertas HVS sebanyak 2 lembar kedalam larutan  mengeringkannya selama 30 menit yang digunakan sebagai kertas peka. Pencelupan dan Pengeringan dilakukan didalam lemari gelap untuk meminimalisir terjadinya proses oksidasi. Sambil menunggu kertas peka kering,kami membuat objek diatas kertas kalkir yang kami tulis dengan tinta dengan pola NIM kami yaitu 4301412109 dan 4301412111. Ketika pengeringan selama 30 menit telah selesai kemudian kertas peka tersebut dijepit dengan kertas kalkir yang telah ditulis dengan tinta untuk selanjutnya dikenai sinar matahari dengan variasi lama penyinaran yaitu 5 menit dan 10 menit. Setelah pengeringan dilakukan kemudian kertas peka yang telah dikenai cahaya matahari tersebut dicelupkan kedalam 3 jenis larutan yaitu Larutan ion Heksasianoferrat (III) 0.1 M,larutan kalium Dikromat encer 0.03 M,dan HCl 0.1 M secara berurutan. Mengamati dan mencatat perubahan yang terjadi.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Tabel 6.1 Hasil Pengamatan

Aspek yang diamati	Hasil Pengamatan
Warna larutan FeCl3	orange kecoklatan,bening
Warna larutan Diamonium Hidrofosfat	bening
Warna larutan campuran	Orang kecoklatan agak pudar
Warna larutan campuran + Asam Oksalat	Orang kecoklatan agak pudar
Warna kertas setelah dicelupkan dalam larutan	Ransparan,agak kuning
Hasil cetakan	Warna biru tua dengan warna putih pada objek yang tertutup spidol

Reaksi yang terjadi

[Fe(H₂O)]³ à [Fe(H₂O)₅(OH)]²

2[Fe(H₂O)]³à[Fe(H₂O)₄(OH)₂]  [Fe(H₂O)₄]₄

Pembahasan

Percobaan fotokimia reduksi ion besi (III) bertujuan untuk mempelajari reaksi reduksi ion besi (III) menjadi ion besi (II) dan pemanfaatannya dalam cetak biru. Langkah pertama yang dilakukan dalam percobaan ini adalah membuat larutan yang merupakan campuran antara 100 mL Ferri Klorida (FeCl₃) dengan 100 mL diamonium hidrofosfat (NH₄)2HPO4) karena kita memanfaatkan reaksi reduksi Besi (III) sehingga larutan yang kita buat juga harus terdiri dari ion Besi (III) seperti didalam FeCl₃ yang selanjutnya ditambahkan dengan 100 mL Asam Oksalat (H₂C₂O₄) . Larutan ini digunakan untuk mencelupkan kertas HVS guna membuat kertas peka. Fungsi penambahan Asam oksalat adalah untuk mereduksi ion besi (III) menjadi ion besi (II) dan mempertahankannya agar tidak mengalami oksidasi kembali menjadi ion besi (III) oleh karena itu percobaan dilakukan didalam lemari gelap. Jika percobaan dilakukan dalam ruangan yang terkena cahaya dan udara bebas maka ion besi (II) akan dengan cepat berubah menjadi ion besi (III). Reaksi reduksi merupakan suatu reaksi yang menyebabkan terjadinya penurunan bilangan oksidasi,seperti yang terjadi pada reaksi ini besi yang semula memiliki tingkat oksidasi +3 berubah menjadi +2 karena penambahan Asam Oksalat. Reaksi yang terjadi :

2FePO₄ + H₂C₂O₄       à 2FeC₂O₄ + 2H₃PO₄ + 2CO₂

Ok :     C₂O₄ ^2-                        à 2CO₂ + 2e^-                  x 1

Red :   Fe³⁺ + e^-                       à Fe²⁺                                                x 2

            2Fe³⁺  + C₂O₄ ^2-           à 2Fe²⁺ + 2 CO₂

Kertas Peka yang telah selesai dibuat dari kertas HVS yang dicelupkan kedalam larutan kemudian dikeringkan selama 30 menit. Tujuan dari proses pengeringan ini adalah untuk memastikan larutan telah meresap kedalam kertas.

Penjepitan objek dilakukan setelah kertas peka benar-benar telah kering dengan susunan kaca,kertas objek,kertas peka,dan ditutup kembali dengan kaca tipis kemudian dikenai sinar,proses ini bertujuan untuk mengoksidasi ion Besi (II) yang telah dihasilkan pada proses sebelumnya menjadi ion Besi (III),akan tetapi bagian yang telah tertutup oleh spidol pada pembuatan objek tidak ikut teroksidasi menjadi ion besi (III) karena bagian tersebut telah terlindungi(tertutup) oleh tinta.dan hal inilah yang menghalangi proses oksidasi.

Kertas peka yang telah disinari kemudian dicuci dengan larutan Kalium heksasianoferrat,Kalium Dikromat,dan HCl guna memperjelas objek yang telah dibuat. Perubahan yang terjadi setelah pencelupan yaitu kertas menjadi berwarna biru tua pada bagian yang tidak tertutup spidol sedangkan pada bagian yang tertutup spidol berwarna putih. Warna biru yang muncul merupakan efek dari terjadinya reaksi oksidasi dari Ion Besi (II) menjadi Ion Besi (III) karena terkena cahaya matahari. Pada proses pencelupan dengan larutan Kalium Heksasianoferrat bagian yang tidak tertutup spidol berwarna biru tua sedangkan bagian yang tertutup spidol berwarna biru muda,setelah dicelupkan kedalam kalium dikromat dan HCl bagian yang tertutup spidol menjadi berwarna putih sehingga objek yang dituliskan jelas terlihat.

Reaksi yang terjadi pada pencelupan tersebut adalah sebagai berikut :

Fe²⁺     + [Fe(CN)₆]^3-      à Fe³⁺  +      [Fe(CN)₆]^4-
4Fe³⁺   + 3[Fe(CN)₆]^4- à 4Fe[Fe(CN)₆]³

Kompleks lah yang memunculkan warna biru pada kertas peka yang kami celupkan.

Reaksi yang terjadi pada pencelupan tersebut adalah sebagai berikut :

Dalam percobaan yang kami lakukan kami menggunakan variasi lama penyinaran yaitu 5 menit dan 10 menit. Perlakuan penyinaran selama 5 menit diberikan kepada objek “4301412109” dan perlakuan penyinaran selama 10 menit terhadap objek “4301412111”,hasil yang kami dapat objek dengan penyinaran selama 5 menit lebih jelas terlihat dibandingkan yang disinari selama 10 menit,hal ini dikarenakan reaksi fotokimia memiliki rentang waktu yang optimal untuk penyinaran yaitu 3-5 menit,jika sampai 10 menit maka kemungkinan bagian yang tertutup oleh spidol sedikit ikut teroksidasi sehingga menyebabkan menghasilkan warna yang tidak jauh berbeda dengan area disekitarnya yang tidak tertutup spidol.

SIMPULAN

Fotokimia Reduksi Ion Besi (III) merupakan suatu percobaan yang memanfaatkan reaksi reduksi ion Besi (III) menjadi ion Besi (II) yang banyak dimanfaatkan dalam cetak biru. Prinsip dalam reaksi ini adalah reaksi Antifotokimia dan reaksi Fotokimia,penulisan dengan menggunakan spidol akan menghambat proses oksidasi sehingga bagian yang tertutup spidol akan tetap sebagai ion Fe²⁺ (tidak berubah menjadi ion Fe³⁺) sehingga warnanya tidak berubah menjadi biru tua.

DAFTAR PUSTAKA

Alberty, R.A. 1984. ”Thermodinamic of Biochemical Reaction”. New Jersey: John Wiley and Sons Inc

Biddle,H.C. 1949. ”Chemistry Today”.  USA :Rand Mcalley and Company

Harjito, 2013, Panduan penulisan manuskrip., diunduh di www.facebook.com/groups/chemisfun/shshhsnshhhs.pdf pada tanggal 1 September 2013

Heslop,R.B. and Robinson P.L. 1960. ”Inorganic Chemistry:A  Guide for Advance Study”, Elsever,Amsfer.

http://coret-coretannajih.blogspot.com/2013/10/percobaan-8-fotokimia-reduksi-ion-besi.html

Vogel . 1945 . Analisis Anorganik Kualitatif . Jakarta : PT Kalman Media Pustaka

LAMPIRAN