Abstrak—Telah dilakukan sintesis titanium dioksida menggunakan  metode  logam-terlarut  asam.  Metode  ini menggunakan  logam  Ti  dan  HCl  37%  sebagai  bahan  dasar. Serbuk Ti  dilarutkan ke dalam HCl 37% sambil diaduk di atas magnetic stirrer selama 1,5 jam pada temperatur 60-70°C hingga larutan berwarna ungu kehitam-hitaman. Selanjutnya, dikeringkan  pada  temperatur  100°C.  Serbuk  hasil  pengeringan dikalsinasi  pada  temperatur  200,  400,  600,  700,  dan  800°C. Serbuk  hasil  kalsinasi  diuji  dengan  XRD,  selanjutnya  pola difraksi  serbuk  hasil  kalsinasi dianalisis  secara  kualitatif  dan kuantitatif. Secara kualitatif yaitu dengan mencocokkan puncak- puncak  pola  difraksi  dengan  pola  difraksi  pada  database menggunakan  search match! dan  diketahui fasa  yang  terbentuk adalah  fasa  anatas  dan  rutil.  Analisis  selanjutnya  yaitu  secara kuantitatif yang pertama menggunakan perangkat lunak Rietica untuk  mengetahui  berat  relatif  fasa  serbuk  titanium  dioksida, didapatkan fraksi berat relative fasa rutil 100% pada temperatur kalsinasi 200, 400, dan 800°C, dan analisis kuantitatif yang kedua dengan perangkat lunak MAUD didapatkan ukuran kristal rutil terkecil adalah 6 nm pada temperatur 200°C dan ukuran kristal rutil terbesar pada temperatur 800°C yaitu 264 nm.
Kata Kunci— TiO 2 , anatas, rutil, metode logam-terlarut asam.

## I. PENDAHULUAN
ITANIUM dioksida adalah salah satu material yang telah menarik perhatian para peneliti terutama berkaitan dengan ukuran  partikelnya,  karena  ukuran  pertikel  suatu  material merupakan salah  satu  faktor  penting  yang  mempengaruhi tingkat  efektifitas  performa  dari  material  tersebut terutama pada pakrtikel yang berukuran kurang dari 100 nanometrik.
Titanium  dioksida  memilki  tiga  bentuk  polimorf  yaitu anatas,  rutil,  dan  brukit[1]. Fasa  rutil  secara  termodinamik lebih  stabil  daripada  anatas,  struktur  rutil  terlihat  menjadi stabil secara termodinamik di bawah kondisi pellet, walaupun dalam  eksperimen  termodinamik menunjukkan  bahwa  anatas dapat  menjadi  lebih  stabil  daripada  rutil  ketika  kristalnya hanya  beberapa  nanometer.  Fasa  anatas  adalah  bentuk metastabil,  apabila  diberi  perlakuan  pemanasan  dapat bertransformasi  menjadi  rutil.  Pada  tekanan  dan  temperatur ruangan  untuk  sistem  makrokristalin,  fasa  rutil  secara termodinamik lebih stabil apabila dibandingkan dengan anatas dan  brukit,  tetapi  kestabilan  termodinamik bergantung  pada ukuran  partikel  yang  berkonstribusi  terhadap  energi  bebas permukaan [2].
Analisis  komposisi  fasa  dibagi  menjadi  dua  yaitu  analisis
kualitatif dan analisis kuantitatif. Analisis kualitatif digunakan untuk  menentukan  fasa  apa  saja  yang  terdapat  dalam  suatu material  atau  biasa  disebut  dengan  identifikasi  fasa  yaitu pencocokan  pola  difraksi terhitung  atau  puncak hasil  difraksi material  yang  diuji  dengan  data  terukur  yang  didapat  dari database menggunakan Powder  Diffraction File (PDF) untuk mengetahui  fasa  apa  yang  terbentuk  dari  material  yang  kita uji.  Identifikasi  fasa  dapat  dilakukan  dengan  menggunakan software yaitu  dengan peak  search (menentukan  posisi puncak)  dan search  match! pencarian  posisi  puncak  dan pencocokan  terhadap  basis  data[3].  Analisis  kuantitatif digunakan untuk mengetahui informasi lebih lanjut mengenai material  yang  kita  uji  dengan  data  difraksi  sinar-x,  misalnya intensitas  pola  difraksi  suatu  fasa  dalam  suatu  campuran bergantung pada konsentrasi fasa dalam suatu campuran[4]

## II. M ETODOLOGI PENELITIAN
Serbuk  logam  murni  Ti  sebagai  bahan  dasar  dan  sampel dilarutkan ke dalam HCl 37%, sambil diaduk pada temperatur 60-70°C  selama  1,5  jam  pada  temperatur  60-70°C  hingga larutan  berwarna  ungu kehitam-hitaman  yang  diduga  sebagai larutan  TiCl 4 .  Setelah  itu,  larutan  TiCl 4 dikeringkan  pada temperatur  100°C  hingga  benar-benar  kering. Larutan  yang telah mengering dan menjadi serbuk dimortar dan selanjutnya dikalsinasi dengan variasi temperatur 200, 400, 600, 700, dan 800°C dengan waktu tahan masing-masing 1 jam. Serbuk hasil kalsinasi  diuji  menggunakan  XRD  dan  didapatkan  pola difraksi setelah itu diidentifikasi fasa yang terkandung dengan pencocokkan  puncak  difraksi  serbuk  hasil  kalsinasi menggunakan perangkan  lunak search  match! .  Selanjutnya, pola difraksi serbuk hasil kalsinasi dianalisis secara kuantitati yaitu menentukan  komposisi fasanya menggunakan perangkat lunak Rietca.
Metode yang digunakan untuk menganalisis komposisi fasa adalah metode ‘ZMV’ relatif dengan menggunakan persamaan perhitungan fraksi berat relatif:
(1)
dengan Wi fraksi  berat  relatif  fasa i (%), s faktor  skala Rietveld, Z adalah  jumlah  rumus  kimia  dalam  sel  satuan, M adalah berat fasa dan V adalah volume sel satuan.

## Sintesis Titanium Dioksida (TiO 2 ) Menggunakan Metode Logam-Terlarut Asam
Ella Agustin Dwi Kiswanti dan Suminar Pratapa Fisika, FMIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail : suminar_pratapa@physics.its.ac.id
T
Analisis  kuantitatif  selanjutnya  adalah  menggunakan MAUD guna  menentukan  ukuran  kristal pada  masing-masing fasa titanium dioksida.

## III. H ASIL DAN PEMBAHASAN
Sampel-sampel serbuk yang telah dikalsinasi dikarakterisasi menggunakan  XRD  untuk  mengetahui fasa  yang  terbentuk dari  titanium  dioksida.  Identifikasi  fasa  serbuk  titanium dioksida ditampilkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Pola Difraksi Sinar-X (Radiasi CuKα 1,2 ) Sampel-Sampel Serbuk Hasil Sintesis Serbuk Titanium Dioksida
Secara  umum,  pola  XRD  pada  serbuk  titanium  dioksida teramati  adanya  fasa  rutil  (kode  basis-data  nomor  21-1276) dan  anatas  (kode  basis-data  nomor  21-1272) dan  terlihat bahwa  semua  sampel,  kecuali  yang  dikalsinasi  800°C, mengindikasikan fasa  rutil  yang  dominan  dibanding  fasa anatas. Hal ini ditandai dengan intensitas relatif fasa rutil yang lebih  tinggi  daripada  fasa  anatas.  Variasi  tinggi  intensitas relatif  tersebut juga  menandai  adanya  perbedaan  komposisi fasa pada sampel-sampel yang dimaksud.
Seiring  meningkatnya  temperatur  kalsinasi  terlihat intensitas fasa rutil semakin meninggi hingga pada temperatur 800°C  fasa  yang  terbentuk  ada  fasa  rutil  seluruhnya.  Hal  ini sesuai  dengan  laporan  penelitian  dari  (Ghamsari  dkk,  2013) yang mensintesis titanium dioksida menggunakan metode sol- gel  pada  temperatur  ruangan,  bahwa  fasa  rutil  terbentuk  dari proses  pemanasan  dan  transformasi  fasa  anatas  ke  rutil menjadi  lengkap  ketika  mencapai  temperatur  kalsinasi 800ºC[5].
Untuk memulai dalam penghalusan ( refinement) menggunakan  perangkat  lunak Rietica adalah  dengan membuat  model data terhitung  yang dipilih dari  data  struktur kristal ICSD yang sesuai dengan fasa pada titanium dioksida, yaitu  data  ICSD Rutile 64987 dan Anatase 63711.  Menurut Kisi  hasil  penghalusan  yang  dilakukan  pada  data  difraksi sinar-x  tersebut  dapat  diterima  apabila  kesesuaian  nilai-nilai parameter Figures-of-Merit  (FoM )  telah  tercapai,  yaitu  nilai R-profile (R p ), R-weighted  profile ( R wp ), R-expected (R exp ) kurang  dari  20%  dan  nilai GoF kurang  dari  4% seperti  pada Tabel  1.  Selain  itu,  tingkat  kesesuaian  antara  pola  difraksi terukur  dan  pola  difraksi  terhitung  dikatakan  cukup  baik
apabila tidak terjadi fluktuasi yang signifikan pada plot selisih antara pola  difraksi  data  terukur  dan  terhitung  sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Tabel 1 Hasil luaran Figures-of-Merits (FoM) sampel-sampel serbuk titanium dioksida
Gambar 2 Hasil penghalusan menggunakan perangkat lunak Rietica serbuk TiO 2 pada kalsinasi 800ºC.
Dari  keluaran Rietica diperoleh  hasil  yang  dapat  dilihat secara  langsung  berupa  fraksi  berat  relatif  dari  kedua  fasa tersebut  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  3.  Berdasarkan gambar  tersebut  diketahui  fraksi  berat relatif  fasa  anatas  dan fasa  rutil  adalah  sebesar  13%  dan  87%  pada  temperatur pengeringan,  yang  kemudian  pada  temperatur  kalsinasi  200 dan  400°C  fraksi  berat  relatif  fasa  rutil  adalah  100%,  yang kemudian  pada  temperatur  kalsinasi  600  dan  700°C terdapat fasa  anatas  dengan  komposisi  2%  dan  1%  hingga  pada temperatur kalsinasi  800°C  terbentuk  fasa  rutil  seluruhnya yaitu  100%. Hal  ini  menandakan  bahwa  transformasi  fasa terjadi adanya pengaruh penambahan temperatur kalsinasi dan sesuai  dengan  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Widhayani (2011) yang membuat serbuk titanium dioksida menggunakan metode kopresipitasi.
Temperatur FoM GoF Rp (%) Rwp (%) Rexp (%) Pengeringan 1,69 14,62 18,54 14,28 200°C 1,73 16,36 22,3 16,98 400°C 1,70 17,09 22,21 17,04 600°C 1,46 16,45 25,09 20,75 700°C 1,28 15,78 23,52 20,75 800°C 1,34 14,45 23,44 20,28
Gambar 3 Grafik fraksi berat relatif fasa sampel TiO 2
Penghalusan  parameter  terhadap  hasil  pola  difraksi sinar-x pada  perangkat  lunak  MAUD  dapat  diterima  apabila memenuhi  nilai  kesesuaian  yaitu  apabila  nilai sigma <  2% menurut  Kisi[6],  yang ditampilkan pada  Tabel 2.  Selain  nilai sigma <  2%  hasil  penghalusan  juga  ditandai  dengan  tidak adanya nilai fluktuatif pada plot selisih yang signifikan antara pola difraksi  terhitung  dengan  pola  difraksi  terukur  yang seperti  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  4,  sedangkan  hasil estimasi  ukuran  kristal  yang  diperoleh,  ditampilkan  pada Tabel 3.
Gambar  4 Plot  hasil  penghalusan  MAUD  sampel  TiP10  setelah kalsinasi pada temperatur 800 .
Tabel  2 Nilai Figure  of  Merits (FoM)  hasil  penghalusan menggunakan perangkat lunak MAUD
Temperatur FoM Sig Rw (%) Rwnb (%) Rb (%) Rexp (%) Pengeringan 1,21 17,26 15,21 13,58 14,28 200°C 1,31 22,33 25,87 17,34 17,01 400°C 1,21 20,64 24,04 15,38 17,07 600°C 1,14 23,11 23,82 15,87 20,34 700°C 1,17 23,28 25,30 14,35 19,90 800°C 1,19 24,35 31,08 16,10 20,46
Tabel  3 Estimasi  ukuran  kristal  sampel-sampel  serbuk  TiO 2 hasil penghalusan menggunakan perangkat lunak MAUD
Gambar 5 Grafik distribusi ukuran kristal sampel TiO 2
Dari hasil estimasi perhitungan ukuran kristal pada Tabel 3 menunjukkan rentang ukuran kristal serbuk titanium dioksida yang  dihasilkan  adalah  dalam rentang  antara  6  hingga  264 nm. Variasi ukuran terjadi akibat adanya perlakuan pemberian variasi temperatur kalsinasi yang menyebabkan ukuran kristal yang  dihasilkan  semakin  bertambah  besar  seiring  naiknya temperatur  kalsinasi  yang  diberikan. Hasil  yang  sama  juga ditunjukkan  oleh  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Widhayani [7]. Tabel  3  memperlihatkan  sampel  pada  temperatur pengeringan,  ukuran  kristal  yang  dihasilkan  sebesar  9  nm. Sementara pada  sampel  yang  dikalsinasi  pada  temperatur 800°C,  ukuran  kristalrutil 800°C, ukuran  kristal  rutil  adalah sebesar  264  nm.  Hasil  luaran  dari  penghalusan  yang  telah dilakukan menggunakan perangkat lunak MAUD dapat dilihat secara  langsung  melalui  distribusi  ukuran  kristal  yang  dilihat pada Gambar 5.
Gambar  5  memperlihatkan  grafik  distribusi  ukuran  kristal anatas  dan  kristal  rutil  dengan  variasi  suhu  kalsinasi. Distribusi  ukuran  kristal  terlihat  kehomogenan  distribusi kristal  terlihat  pada  sampel  temperatur  pengeringan  hingga sampel  kalsinasi  400°C.  Setelah  itu,  tampak  bahwa  dengan peningkatan temperatur kalsinasi menyebabkan ukuran kristal
Serbuk Temperatur Ukuran Kristal Rutil (nm) Anatas * (nm) TiNP Pengeringan 9 (1) 100( 951) 200°C 6 (0) 400°C 11(0) 600°C 22(1) 98 (202) 700°C 96 (32) 114(61) 800°C 264(0)
*  Ukuran  kristal  anatas  dengan  kandungan  rendah (intensitas  puncak  difraksi  rendah)  tidak  ditampilkan karena reliabilitas analisis menjadi tidak memadai.
fasa  anatas  dan  rutil  semakin  membesar  dan  menyebabkan distribusi ukuran kristal semakin tidak homogen.

## IV. K ESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan:
1. Sintesis  titanium  dioksida  dengan  metode  logam- terlarut  asam  telah  berhasil  dilakukan  dan menghasilkan  dua  fasa  titanium  dioksida  yaitu  anatas dan rutil.
2. Fasa rutil terbentuk dengan fraksi berat relatif sebesar 100% pada temperatur kalsinasi 800°C.
3. Ukuran kristal anatas dan rutil yang didapatkan adalah ada pada rentang 6-264 nm.
4. Pembuatan  fasa  rutil  paling  efektif  menggunakan metode  logam  terlarut  asam  adalah  dengan  kalsinasi 200°C  dan  waktu  tahan  1jam,  didapatkan  ukuran kristalnya 6 nm.
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis  mengucapkan  terima  kasih  yang  sebesar-besarnya kepada chairatul umamah yang telah membantu penulis dalam analisis rietveld dan  rekan-rekan  sesama  laborandi laboratorium Fisika Material di jurusan Fisika ITS

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Othner,  Kirk.  1983.  Encyclopedia  of  Chemical  Technology  Third Edition Vol 23. John Willey and Son; New York.
[2] Carrato,  V.  2011.  Synthesis  of  TiO2  rutile  nanoparticles  by  PLA  in Solution. Departement of Chemistry, University of Genova. Italia
[3] Pratapa,  S.,  (2004). Bahan  Kuliah  Difraksi  Sinar-X .  Jurusan  FMIPA ITS.Surabaya
[4] Sutrisno.  (2006). Analisis  Kuantitatif  untk  Campuran  Corundum  dan Periclas  dengan  Efek  Mikroabsorsi. Jurusan  Fisika.  Surabaya,  Institut Teknologi Sepuluh Nopember. S2.
[5] Ghamsari, S., Radiman, S., Hamid, M.A.A., Mahsyid, S., Rahmani, S., (2013).  Room  temperature  synthesis  of  highly  crystalline  TiO2 nanoparticles. Materials Letters 92, 287–290.
[6] L. Lutteroti. MAUD: Material Analysis using Diffraction . 2006 [cited 2009, 5 March 2009]; Available from: http://www.ing.unitn.it/~maud.
[7] Widhayani,  Dyah  Ayu Agustin.  2010.  Sintesis  Titanium Dioksida (TiO2) dengan metode kopresipitasi dari serbuk Titanium terlarut dalam HCl. Jurusan Fisika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya.