Sintesis Nanodot [PDF]

Citation preview

SINTESIS NANODOTS Lida Maulida (1211703021)



1



Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Tekhnologi Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung, Indonesia 2013 1 Lida



Maulida,



lidamaulida23.blogspot.com: [email protected] Laporan Praktikum Experimen Fisika II



Abstract Carbon Nanodots is the development of nano technology that utilizes existing materials to be re-created so that the quality is better, mixing the composition of chemicals and this certainly is a major factor in determining the type of mass memvariasika material.Dengan urea compound and citric acid in manufacture of carbon nanodots. Pedaran obtained when the green color of the solution has been through the process of combustion and gets irradiation of UV light. For bioimaging analysis was performed on the biological sample is a plant mung bean sprouts. Mung bean sprouts can be grown in water containing carbon nanodots. Successful composition ratio is 0.6 g urea and 0.2 g of citric acid. pedaran because it has more intensity than the other compositions. Keyword: Urea, Citric Acid, mung bean sprouts, Carbon nanodots Abstrak Karbon Nanodots merupakan perkembangan dari teknologi nano yan memanfaatkan material-material yang ada untuk bisa kembali dibuat agar kualitasnya lebih baik, pencampuran komposisi bahan-bahan kimia dan dapat dipastikan ini merupakan faktor utama dalam menentukan jenis material.Dengan memvariasika massa senyawa urea dan asam sitrat dalam pembuatan karbon nanodots. Didapatkan pedaran warna hijau saat larutan tersebut telah melalu proses pembakaran dan mendapat penyinaran dari sinar UV. Analisis untuk bioimaging ini dilakukan pada sampel biologis yaitu tumbuhan berupa kecambah kacang hijau. Kecambah kacang hijau ini dapat tumbuh pada air yang mengandung karbon nanodots. Komposisi perbandingan yang berhasil adalah 0.6 gr urea dan 0.2 gr asam sitrat. karena memiliki intensitas pedaran yang lebih banyak dibandingkan komposisi yang lainnya. Kata Kunci:Urea, Asam sitrat, Kecambah kacang hijau, Karbon nanodots



2



1 1.1



Pendahuluan Latar Belakang



Nano materials adalah langkah baru dalam perkembangan pemahaman dan pemanfaatan bahan. Dalam perkembangan ilmu pengetahuan sains langkah ini dimulai dengan pencampuran komposisi bahan-bahan kimia dan dapat dipastikan ini merupakan faktor utama dalam menentukan jenis material. Selanjutnya kita dapat menentukan bahwa pembuatan bahan ini dan setelah langkah-langkah fabrikasi dapat mempengaruhi . Juga zat-zat aditif kecil terbukti dapat juga memodifikasi bahan material yang lain. Akhirnya dengan ditemukannya nanoteknologi, kita dapat membuat partikel kecil untuk memperluas kemampuan kita dalam membuat dan memodifikasi sebuah bahan. Nanoteknologi serta evolusi sebagai revolusioner di alam ini. Telah banyak diaplikasikan dimana bahan yang sama secara bertahap ditingkatkan kualitasnya dengan menggunakan nanoteknologi. Selanjutnya untuk menentukan bahan pembuatan material tersebut dan sebelum proses pembuatan bahan tersebut kita harus mengetahui unsur-unsur atau zat-zat apa saja yang terkandung didalamnya. Juga kandungan terkecil apa saja yang dapat kita ubah atau ganti dengan unsur-unsur yang lain. Dalam beberapa tahun terakhir ini, berbagai bentuk nanomaterial mempunya banyak macam jenisnya, terutama pada nanomaterial berbasis karbon: karbon nanotube, nanodiamonds, fullerenes, dan nanomaterial karbon lainnya yang sudah berkembang pesat tidak hanya untuk kepentingan penelitian saja tetapi juga sebagai aplikasi teknologi. Salah satu topik yang menarik yaitu munculnya nanopartikel karbon yang berpendar (FCNPs) dikarenakan memiliki potensi besar dalam bidang nanobioteknologi dan nanokatalis. Dibandingkan dengan semikonduktor inorganik kuantum dots, FCNPs memiliki sifat yang baik seperti dapat dimodifikasi dengan mudah, memiliki toksisitas yang rendah dan potostabilitas yang tinggi terhadap photobleacing [1,3] Secara khusus, memiliki pendaran yang cerah (peningkatan pendaran hasil kuantum) diamati setelah pasivasi oleh ikatan kovalen dari kelompok organik.[3] . Metode sintesis karbon nanodots diklasifikasikan kedalam dua bagian utama yaitu metode top-down dan bottom-up. Pada pendekatan metode top-down sendiri dibagi lagi menjadi beberapa metode yaitu metode pelepasan muatan, metode ablasi laser dan metode oksidasi elektrokimia. Sedangkan pada pendekatan bottom-up dibagi menjadi beberapa metode lagi diantaranya metode pembakaran atau pemanasan, metode sintesis pendukung dan metode microwave pirolisis. Peoses sintesis karbon nanodots menggunakan metode microwave memiliki keunggulan yaitu dapat disintesis dari bahan prekursor yang sederhana atau simpel (dapat disintesis dari campuran urea dan asam sitrat), proses sintesisnys lebih cepat, daya yang diperlukan cukup rendah hanya sekitar 500 Watt untuk menghidupkan microwave rumah dan ukuran partikel karbon nanodots yang dihasilkan pun berukuran nano kira-kira antara 2,75 sampai 0,45 nm dan 3,65 sampai 0,6 nm[4,5]



3



1.2



Perumusan masalah



Rumusan Masalah pada laporan ini adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana menSintesis karbon nanodots menggunakan microwave. 2. Bagaimana pedaran warna yang dihasilkan.



1.3



Pembatasan masalah



Batasan masalah pada laporan ini adalah sebagai berikut : 1. Mendeteksi sintesis karbon nanodots menggunakan microwave. 2. Memprediksi pedaran warna yang dihasilkan.



4



2 2.1



Tinjauan Pustaka Karbon Nanodots



Karbon atau zat arang merupakan unsur kimia yang mempunyai simbol C dan nomor atom 6 pada tabel periodik. Sebagai unsur golongan 14 pada tabel periodik, karbon merupakan unsur non-logam dan bervalensi 4 (tetravalen), yang berarti bahwa terdapat empat elektron yang dapat digunakan untuk membentuk ikatan kovalen. Terdapat tiga macam isotop karbon yang ditemukan secara alami, yakni 12 C dan 13 C yang stabil, dan 14 C yang bersifat radioaktif dengan waktu paruh peluruhannya sekitar 5730 tahun. Karbon merupakan salah satu dari di antara beberapa unsur yang diketahui keberadaannya sejak zaman kuno. Istilah ”karbon” berasal dari bahasa Latin carbo, yang berarti batu bara. Karbon memiliki beberapa jenis alotrop, yang paling terkenal adalah grafit, intan, dan karbon amorf.Sifat-sifat fisika karbon bervariasi bergantung pada jenis alotropnya. Sebagai contohnya, intan berwarna transparan, manakala grafit berwarna hitam dan kusam. Intan merupakan salah satu materi terkeras di dunia, manakala grafit cukup lunak untuk meninggalkan bekasnya pada kertas. Intan memiliki konduktivitas listik yang sangat rendah, sedangkan grafit adalah konduktor listrik yang sangat baik. Di bawah kondisi normal, intan memiliki konduktivitas termal yang tertinggi di antara materi-materi lain yang diketahui. Semua alotrop karbon berbentuk padat dalam kondisi normal, tetapi grafit merupakan alotrop yang paling stabil secara termodinamik di antara alotrop-alotrop lainnya. Semua alotrop karbon sangat stabil dan memerlukan suhu yang sangat tinggi untuk bereaksi, bahkan dengan oksigen. Keadaan oksidasi karbon yang paling umumnya ditemukan adalah +4, manakala +2 dijumpai pada karbon monoksida dan senyawa kompleks logam transisi lainnya. Sumber karbon anorganik terbesar terdapat pada batu kapur, dolomit, dan karbon dioksida, sedangkan sumber organik terdapat pada batu bara, tanah gambut, minyak bumi, dan klatrat metana. Karbon dapat membentuk lebih banyak senyawa daripada unsur-unsur lainnya, dengan hampir 10 juta senyawa organik murni yang telah dideskripsikan sampai sekarang. Karbon adalah unsur paling berlimpah ke-15 di kerak Bumi dan ke-4 di alam semesta. Karbon terdapat pada semua jenis makhluk hidup, dan pada manusia, karbon merupakan unsur paling berlimpah kedua (sekitar 18,5%) setelah oksigen. Keberlimpahan karbon ini, bersamaan dengan keanekaragaman senyawa organik dan kemampuannya membentuk polimer membuat karbon sebagai unsur dasar kimiawi kehidupan. Unsur ini adalah unsur yang paling stabil di antara unsur-unsur yang lain, sehingga dijadikan patokan dalam mengukur satuan massa atom. Nanodots Carbon telah berhasil menjadi sebuah trobosan baru dalam teknologi material hal ini disebabkan karena keunggulan mereka dalam sifat kelarutan air, inertness kimia, toksisitas rendah, kemudahan fungsionalisasi dan ketahanan terhadap photobleaching. Dalam ulasan ini, dengan memperkenalkan sintesis dan foto dan elektron-sifat (C-dot).



2.2



Urea



Sekitar 90% urea industri digunakan sebagai pupuk kimia. Urea dalam bentuk butiran curah (prill) digunakan dalam pertanian sebagai pupuk kimia pemasok unsur nitrogen. Di tanah, urea akan terhidrolisis dan melepaskan ion amonium. Kandungan N pada urea adalah 46%, tetapi yang tergunakan oleh tanaman biasanya separuhnya. Karena penting dalam pembangunan pertanian, pupuk urea seringkali disubsidi oleh pemerintah suatu negara, termasuk Indonesia. Di pasaran Indonesia, pupuk urea dipasarkan dalam dua bentuk: bersubsidi (berwarna merah muda, digunakan untuk bantuan pembangunan) dan tidak bersubsidi (berwarna putih, untuk dipasarkan secara komersial). Pupuk urea dihasilkan sebagai produk samping pengolahan gas alam atau pembakaran batu bara. Karbon dioksida yang dihasilkan dari kegiatan industri tersebut lalu dicampur dengan amonia melalui proses Bosch-Meiser. Dalam suhu rendah, amonia cair dicampur dengan es 5



kering (karbondioksida) menghasilkan amonium karbamat. Selanjutnya, amonium karbamat dicampur dengan air ditambah energi untuk menghasilkan urea dan air.



2.3



Asam Sitrat



Asam sitrat merupakan asam organik lemah yang ditemukan pada daun dan buah tumbuhan genus Citrus (jeruk-jerukan). Senyawa ini merupakan bahan pengawet yang baik dan alami, selain digunakan sebagai penambah rasa masam pada makanan dan minuman ringan. Dalam biokimia, asam sitrat dikenal sebagai senyawa antara dalam siklus asam sitrat yang terjadi di dalam mitokondria, yang penting dalam metabolisme makhluk hidup. Zat ini juga dapat digunakan sebagai zat pembersih yang ramah lingkungan dan sebagai antioksidan. Asam sitrat terdapat pada berbagai jenis buah dan sayuran, namun ditemukan pada konsentrasi tinggi, yang dapat mencapai 8% bobot kering, pada jeruk lemon dan limau (misalnya jeruk nipis dan jeruk purut). Rumus kimia asam sitrat adalah C6H8O7 (strukturnya ditunjukkan pada tabel informasi di sebelah kanan). Struktur asam ini tercermin pada nama IUPAC-nya, asam 2-hidroksi-1,2,3propanatrikarboksilat.



2.4



Microwave



Gelombang mikro atau microwave adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi super tinggi (Super High Frequency, SHF), yaitu di atas 3 GHz (3x109 Hz). Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, akan muncul efek pemanasan pada benda tersebut. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, makanan menjadi panas dan masak dalam waktu singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam oven microwave. Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada radar. radar digunakan untuk mencari dan menentukan jejak suatu benda dengan gelombang mikro dengan frekuensi sekitar 1010 Hz.



2.5



Kecambah Kacang Hijau



Kecambah atau taoge adalah tumbuhan (sporofit) muda yang baru saja berkembang dari tahap embrionik di dalam biji.Tahap perkembangannya disebut perkecambahan dan merupakan satu tahap kritis dalam kehidupan tumbuhan. Kecambah biasanya dibagi menjadi tiga bagian utama: radikula (akar embrio), hipokotil, dan kotiledon (daun lembaga). Dua kelas dari tumbuhan berbunga dibedakan dari cacah daun lembaganya: monokotil dan dikotil. Tumbuhan berbiji terbuka lebih bervariasi dalam cacah lembaganya. Kecambah pinus misalnya dapat memiliki hingga delapan daun lembaga.Beberapa jenis tumbuhan berbunga tidak memiliki kotiledon, dan disebut akotiledon.



3



Metode Eksperimen



3.1



Alat dan bahan yang digunakan antara lain:



1. 3 buah gelas kimia 250 ml 2. Spatula 3. Gelas Ukur 4. Urea 5. Asam Sitrat 6. Air 7. Neraca Digital 6



8. Microwave



3.2



Prosedur percobaan



1. Mempersiapkan semua alat yang diperlukan dalam keadaan bersih dan steril. 2. Menimbang Asam sitrat dan Urea, dengan variasi massa: • A. Urea 0.2 gram dengan Asam sitrat 0.6 gram • B. Urea 0.2 gram dengan Asam sitrat 0.2 gram • C. Urea 0.6 gram dengan Asam sitrat 0.2 gram 3. Melarutkan bahan tersebut dengan air sebanyak 5 ml. 4. Memanaskan larutan tersebut dalam microwave dengan waktu selama 5menit 5. Amati hasilnya.



4



Diagram Alir



7



5 5.1



Pembahasan Data Penelitian



Berikut merupakan gambar sebagian dari hasil percobaan yang telah kami lakukan:



8



5.2



Analisis Data



Pada percobaan mengenai sintesis karbon nanodots ini kita menggunakan urea ((NH2 )2 CO), 60 gram/mol) dan asam sitrat (C6 H8 O7 , 192.13 gram/mol), dalam persamaan reaksi kimia maka kita akan kita dapatkan:



((NH2 )2 CO) + C6 H8 O7 +



11 O2 −→ 2NH2 (OH) + 7CO2 + 3H2 O 2



Tabel Perbandingan: Senyawa ((NH2 )2 CO) (C6 H8 O7



mol 1 1



massa (gr) 60 192.13



Pada percobaan kali ini tim kami menggunakan variasi massa dalam komposisi bahannya dengan waktu pemanasan atau pembakaran sama yaitu: Urea (grm) 0.2 0.1 0.6



Asam Asetat (grm) 0.6 0.1 0.2



Waktu (menit) 5 5 5



Massa Setelah dibakar (grm) 0.18 0.01 0.34



Seperti pada gambar no.1 yang merupakan pengukuran massa setiap senyawa menggunakan neraca digital. Prekursor dibuat dengan cara melarutkan urea dan asam sitrat dengan perbandingan berat antara urea dan asam sitrat seperti tabel di atas. Selama proses pemanasan didalam microwave prekursor berubah warna, yaitu dari transparan (gambar no.2) menjadi warna kecoklatan (gambar no.4). Ini manandakan terjadinya ikatan kimia dari karbon nanodots. Dengan perbandingan komposisi massa seperti yang tercantup didalam tabel diatas dengan waktu sintesis selama 5 menit didapat pedaran warna hijau seperti tampak pada gambar no.5. Dari ketiga sampel yang kami uji dengan penyinaran sinar UV, Maka komposisi urea dan asam sitrat yang memiliki pedaran wahna hijau paling baik adalah perbandingan massa 3:1 untuk urea dan asam sitrat. Sementara untuk perbandingan massa 1:1 dan 1:3 untuk urea dan asam sitrat pedaran yang dihasilkan kurang tampak. Pada perbandingan urea dan asam sitrat 1:1 senyawa ini memiliki puncak-puncak paling tinggi, hal ini menunjukan bahwa urea dan asam sitrat yang larut dapat terbakar dengansempurna, sedangkan pada perbandingan massa urea dan asam sitrat 1:3 karbon nanodots terbentuk dari asam sitrat, hal ini dapat dilihat dari jumlah banyaknya massa asam sitrat yang lebih banyakdan karbon yang terbentuk merupakan nanodots yang terbentuk merupakan karbon padatan grafit. dan untuk perbandingan urea dan asam sitrat 3:1 karbon nanodots terbentuk dari urea hal ini sesuaidengan massa urea lebih banyak dari asam sitrat selain itu urea dapat mencegah terbentuknya karbon padatan grafit. Analisis untuk bioimaging ini dilakukan pada sampel biologis yaitu tumbuhan berupa kecambah kacang hijau. Kecambah kacang hijau ini dapat tumbuh pada air yang mengandung karbon nanodots. Karbon nanodots ini tidak membahayakan pertumbuhan kecambah kacang hijau, hal ini menunjukan bahwa karbon nanodots rendah toksisitas. Pada kecambah kacang hijau ini menunjukan eksistasi pedaran pada panjang gelombang tertentu ketika disinari dengan sinar UV. Pedaran dari kecambah yang dihasilkan sesuai dengan pedaran cairan karbon nanodots seperti ditunjukan pada gambar no.8. Pada pengujian kecambah tersebut, dapat kita ketahui bahwa efek yang dihasilkan dari karbon nanodots tersebut terhadap pertumbuhan kecambah. dari Warna daun, Lebar dan panjang daun, kepadatan batang kecambah dan tinggi dari batang kecambah tersebut dapat kita lihat di gambar no.12, yang mana tinggi batang kecambah ternyata tidak lebih panjang dari kecambah yang ditanam dalam medium kapas dan air biasa sedangkan untuk 9



kepadatan batang yang menggunakan larutan karbon nanodots ternyata lebih padat dari kecambah yang ditanam dalam medium kapas ukuran lebar daun pun lebih besar untuk kecambah yang ditanam dalam medium kapas biasa dan warna daun untuk yan gditanam dalam medium nanodots lebih segar dibandng yang didalam medium kapas.



10



6



Kesimpulan



Pengujian sintesis karbon nanodots menggunakan microwave telah dilakukan, dan ada beberapa pengujian yang berhasil dan tidak berhasil. pengujian berhasil hanya pada karbon nanodots yang memiliki komposisi urea 0.6 gr dan asam sitrat 0.2 gr atau perbandingan masa 3:1 untuk urea dan asam sitrat. Karbon nanodots ini berhasil memiliki pedaran sampai warna hijau sedangkan yang lain tidak begitu tampak, dan dapat pula kita simpulkan bahwa karbon nanodots ini baik digunakan untuk pupuk tanaman karena bada beberapa kelebihan yang dapat ditimbulkan dari karbon nanodots ini.



11



References [1]



Li, Haito, et al. ”Synthesis of Fluorescent Carbon Nanoparticeles Directly from Active Carbon Via a One-Step Ultrasonic Treatment. ”Mater. Res. Bulletin 46, vol. 10, No. 013(October 2010): 147-151.



[2]



Li, Haito, et al. ”One-Step Ultrasonic Synthesis of Water-Soluble Carbon Nanoparticles with Exellent Photolumenescente Properties. ”Carbon 49, vol. 10, No. 004(October 2010): 605-609.



[3]



Li, Haito, et al. ”Fluorescent Carbon Nanoparticles: Electrochemical Syntesis and their pH Sensitive Photoluminescence Properties. ”J.Chem, vol. 35, No. 10(September 2011): 2666-2670.



[4]



Zhai, Xinyun, et al. ”Highly Luminescent Carbon Nanodots by Microwave-assisted Pyrolysis. ”Chem.Commun,vol.48,No.10(June 2012):7955-7957.



[5]



N, Sheila, et al. ”Luminescent Carbon Nanodots: Emergent Nanolights.” Angew. Chem. Int.Ed,vol.49,No10 (August 2010):6726-6744.



[6]



Hoon Kim, Sang.et al.”Formation of Nanodots and Nanostripes of Carbon Nitride on Silicon by Plasma and Thermal Treatments.” Korean J.Chem.Eng,vol.23,No.2(November 2005):325-328.



12