## IDENTIFIKASI GUGUS FUNGSI DAN KANDUNGAN MINERAL LEMPUNG PACITAN DENGAN SPEKTROSKOPI INFRA RED (IR)
X-RAY DIFFRACTION (XRD )

## Pangoloan Soleman
Dosen Fakultas Tarbiyah dan Keguruan UIN SUSKA Riau Solemanriau@yahoo.co.id

## ABSTRACT
Clay  is  natural  mineral  from  silicate  family  like  crystal  which  has  approximately  2  micrometer.  There  are  two component unit of atom in clay mineral. One consists of oxygen or hidroksida with alumunium, iron or magnesium that coordinated in octahedral system. Others, it is tetrahedral system from silicon with oxygen or hidroksida. Based on IR analysis, it can be known that metal─OH bending vibrations it can be seen at 912,3 cm ─1 wavelength. On the other bands between 694,3 and 754,1 cm ─1 that are Si─O bending vibrations. X-Ray Diffraction (X-RD) analysis be seen  main  peak  at  2  =  5,70 o (d 001 =15,48  Å)  and  2  =  20,02 o (d 001 =4,43  Å).  That  are  for  smectite  mineral  kind montmorillonite as main unit in clay from Pacitan
Keywords : Lempung, Clay, Montmorillonit, IR, XRD
1. PENDAHULUAN
Lempung dapat didefinisikan sebagai campuran  partikel-partikel  pasir,  debu  dan bagian-bagian  tanah  liat  yang  mempunyai  sifat- sifat  karakteristik  yang  berlainan  dalam  ukuran yang  kira-kira  sama.  Salah  satu  ciri  partikel- partikel tanah liat adalah mempunyai muatan ion positif  yang  dapat  dipertukarkan.  Material  ini mempunyai daya serap dengan berubahnya kadar kelembapan. Tanah liat mempunyai luas permukaan yang sangat besar (Mahida, 1984).
Lempung adalah mineral alam dari keluarga silikat  yang  berbentuk  kristal  dengan  struktur berlapis berukuran lebih kecil dari 2 mikrometer. Menurut Grim (1968) terdapat dua unit penyusun yang  terlibat  dalam  kisi-kisi  atom  pada  sebagian besar  mineral  lempung.  Satu  unit  tersusun  dari oksigen atau hidroksida dengan alumunium, besi atau magnesium yang terkoordinasi dalam sistem oktahedral. Penggabungan dari unit-unit oktahedral  ini  dapat  membentuk  struktur  lapis oktahedral  seperti  terlihat  pada  gambar  1. Sedangkan  unit  pembangun  yang  lain  adalah sistem  tetrahedral  dari  silikon  dengan  oksigen atau  hidroksi.  Rangkaian  unit-unit tetrahedral  ini juga  dapat  membentuk  struktur  lapis  tetrahedral seperti  terlihat  pada  gambar  2.  Diantara  lapisan terdapat kation-kation yang berfungsi
menyeimbangkan  muatan  negatif  yang  ada  pada bidang lapisnya.

## Gambar 1. Lembaran oktahedral

## Gambar 2. Lembaran Tetrahedral
Pengelompokan  lempung  dapat  didasarkan atas  struktur  dan  komposisinya  (Pinnavaia, 1983).  Berdasarkan  strukturnya  lempung  dibagi menjadi  3  golongan  yaitu:  kristalin  ( crystalline minerals ),  amorf  ( amorphous )  dan  campuran ( mixed  layered ).  Sementara  itu  mineral  kristalin dibedakan  menjadi  mineral  berlapis  ( layered mineral ) dan mineral berserabut ( fibrous minerals ).  Menurut  Theng  (1977),  berdasarkan perbandingan struktur tetrahedral dan
oktahedralnya, mineral berlapis dibedakan menjadi  3  yaitu:  (1).  mineral  tipe  1:1,  mineral yang terdiri dari satu lapisan oktahedral dan satu lapisan tetrahedral, misalnya kaolin dan sepentin, (2). mineral tipe 2:1, mineral yang terdiri dari dua lapisan  oktahedral  dan  satu  lapisan  tetrahedral, misalnya  monmorillonit,  mika  dan  vermikulit, (3).  mineral  tipe  2:1:1,  mineral  yang  merupakan jenis  2:1  dengan  satu  lapisan  oktahedral tambahan  yang  tersusun  berselang  seling, misalnya  klovit.  Dalam  kelompok  mineral tersebut, monmorillonit adalah kelompok mineral yang  paling  menarik  karena  kemampuannya untuk  mengembang  (swelling)  dan  mempunyai kapasitas  penukar  ion  yang  tinggi  sehingga mampu  mengakomodasi  kation  antar  lapisnya dalam  jumlah  besar  (Ogawa,  1992  ;  Wijaya 2000). Struktur montmorillonit dapat dilihat pada gambar 3.

## Gambar 3. Struktur Montmorillonit
Lempung  bentonit  merupakan  partikel- partikel dengan sifat koloid yang tinggi, lempung plasis yang pertma kali ditemukan di Fort Benton (Wyoming, Amerika Serikat). Lempung bentonit mempunyai  sifat  yang  khas  yaitu  mampu mengembang  menjadi  beberapa  kali  lipat  dar volume  awalnya  bila  ditempatkan  dalam  air (Grim,  1968).  Lempung  bentonit  adalah  jenis lempung yang tersusun dari mineral montmorillonit yang tidak murni,  Kristal lempung  bentonit  berbentuk  seperti  lempeng dengan  kisi  menyerupai  phirophilit  dan  setiap unit  lapisnya  memiliki  muatan  permukaan negatif.  Lempung  bentonit  mempunyai  warna yang  beragam,  tetapi  biasanya  kuning  sampai kuning  kehijau-hijauan.  Dalam  keadaan  kering lempung  bentonit  berwarna  krem  dengan  titik lebur berkisar 1330-1430 0 C.
Kandungan  montmorillonit  dalam  lempung bentonit  biasanya  melebihi  90%,  sedangkan menurut  Grimshaw  dan  Searli  (1960),  struktur kimia monmorillonit secara umum dapat ditulis:
Kation  group  A  adalah  kation  yang  terdapat dalam struktur oktahedral, kation group B adalah kation  dalam  struktur  tetrahedral.  Sedangkan anion group C terdiri dari oksigen dan hidroksil. Kation  group  D  adalah  kation  yang  terabsorbsi oleh monmorillonit dan dapat ditukar dengan ion lain.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Tanah lempung  alam  yang  telah  dikeringkan kemudian  digerus  dan  diayak.  Lempung  yang lolos  80  mesh  dan  tidak  lolos  200  mesh digunakan  untuk  penelitian.  Lempung  ini kemudian  dicuci  dengan  akuades,  selanjutnya disaring  dan  dikeringkan  dalam  oven  pada temperatur 110 – 120 o C selama 2 jam. Lempung ini  digerus  dan  diayak  dengan  ayakan  80  mesh. Sampel ini digunakan untuk analisis gugus fungsi menggunakan metode spektroskopi infra red (IR) dan analisis kandungan mineralnya menggunakan metode  difraksi  sinar-X  (XRD)  serta  analisis komposisi  kimia  senyawa  penyusun  lempung dengan metode X-Ray Fluoresence (XRF).

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Lempung  alam  umumnya  ditemukan  dalam bentuk  campuran  beberapa  jenis  lempung.  Oleh karena  itu  aplikasi  komersial  lempung  alam biasanya  didasarkan  pada  dominansi  satu  jenis lempung  tertentu  dibandingkan  jenis  lempung yang  lain.  Bentonit  misalnya,  merupakan lempung  alam  dengan  kandungan  lempung  jenis monmorillonit  lebih  dari  85  %  (Riyanto,1994). Analisis  kandungan  mineral  lempung  alam  dari Pacitan  ini  akan  dilakukan  dengan  3  cara  yaitu berdasarkan  hasil  spektrofotometri  inframerah dan  analisis  komposisi  kimia  senyawa  penyusun lempung  menggunakan  difraksi  sinar-X  dan X- Ray Fluoresence .
Metoda Spektrofotometri Infrared (IR) Salah satu kajian mineralogi lempung adalah dengan spektroskopi inframerah. Spektrum serapan  inframerah  suatu  mineral  mempunyai pola  yang  khas.  Spektrum  serapan  inframerah dapat  digunakan  untuk  identifikasi  mineral tersebut  serta  menunjukkan  gugus  fungsional utama di dalam struktur senyawa yang diidentifikasi.  Analisis  dengan  spektroskopi inframerah  dilakuan  untuk  mengetahui  jenis vibrasi antara atom-atom dalam mineral lempung alam.  Analisis  dilakukan  pada  daerah  bilangan gelombang  400-4000  cm -1 karena  biasanya spektra  yang  karakteristik  akan  muncul  pada daerah  tersebut.  Fungsi  utama  dari  spektrometri infra  merah  adalah  untuk  mengenal  struktur molekul  khususnya  gugus  fungsional  beserta lingkungannya.  Metode  pelet  KBr  paling  luas digunakan untuk analisis infra merah bagi sampel padatan  mineral  lempung.  Dilakukan  dengan menumbuk sampel (0,1 – 2% berat) dengan KBr, kemudian  mencetaknya  menjadi  pelet  transparan untuk  kemudian  dianalisis.Hasil  analisis  dengan spektrofotometer  inframerah  terhadap  lempung alam disajikan dalam gambar 4.

## Gambar 4. Spektra inframerah lempung alam Tulakan Pacitan
Dari  gambar  4  terlihat  bahwa  lempung  alam mempunyai puncak serapan pada daerah bilangan gelombang  468,7;  538,1;  694,3;  754,1;  912,3; 1008,7; 1629,7; 3431,1; 3622,1 dan 3697,3 cm -1 . Daerah  400-1200  cm -1 dinamakan  juga  daerah sidik  jari  ( finge  print  region ).  Puncak-puncak yang muncul pada daerah ini anatara lain 1008,7; 912,3; 754,1; 694,3; 538,1; 468,7; dan 426,2 cm - 1 . Puncak serapan yang paling tajam pada daerah 1008,7 cm -1 adalah karakteristik vibrasi ulur dari Si-O.  Hal  ini  diperkuat  oleh  Farmer  dan  Russell (1964)  yang  melaporkan  bahwa  puncak  serapan
untuk montmorillonit Wyoming (Amerika Serikat)  muncul  pada  bilangan  gelombang  1048 cm -1 . Sedangkan Flanigen et.al (1971) menyatakan serapan kuat pada daerah 950 – 1250 cm -1 merupakan vibrasi ulur dari T-O (dimana T = Si atau Al) yang melibatkan gerakan utama dari atom  oksigen.  Hal  yang  sama  juga  ditegaskan oleh  Madejova  (2002)  yang  mencatat  puncak serapan khas Si-O dari montmorillonit, nontronit, hektorit  dan  saponit  berturut-turut  muncul  pada bilangan  gelombang  1030,  1019,  1012  dan  1009 cm -1 .
Munculnya puncak pada bilangan gelombang 912,3  cm -1 merupakan  vibrasi  tekuk  OH  yang berikatan  dengan  kation.  Serapan  754,1  cm -1 adalah  serapan  untuk  vibrasi  tekuk  Si-O  yang tegak lurus sumbu optik. Sedangkan puncak pada bilangan  gelombang  694,3  cm -1 merupakan vibrasi  tekuk  Si-O  yang  sejajar  dengan  sumbu optik.  Katti  (2002)  juga  melaporkan  bahwa vibrasi  tekuk  OH  dengan  kation  terjadi  pada daerah 918, 888 dan 847 cm -1 , sedangkan puncak di  bilangan  gelombang  778  cm -1 adalah  vibrasi tekuk Si-O yang tegak lurus dengan sumbu optik dan 671 cm -1 merupakan vibrasi tekuk Si-O yang sejajar dengan sumbu optik.
Vibrasi  tekuk  Si-O-Al  (Al  oktahedral) muncul  pada  bilangan  gelombang  538,1  cm -1 , sedangkan  468,7  cm -1 merupakan  vibrasi  tekuk Si-O-Si.  Menurut  Komadel  (2003)  vibrasi  tekuk Si-O-Al  terjadi  pada  daerah  serapan  520  cm -1 yang  mana  merupakan  pita  yang  sangat  sensitif dengan  kehadiran  Al  di  lapis  oktahedral sedangkan  Madejova  (2002)  mengamati  vibrasi tekuk Si-O-Al terjadi pada serapan 520 cm -1 dan vibrasi  tekuk  Si-O-Si  pada  bilangan  gelombang 470 cm -1 .
Adanya  serapan  pada  daerah  bilangan gelombang 1629,7 cm -1 merupakan vibrasi tekuk -OH  dari  molekul  air  terserap.  Hal  ini  sampir sama  dengan  yang  diamati  oleh  Grim  (1968) dalam Darwanta (2002) yang menyatakan bahwa H 2 O  yang  terserap  memberikan  serapan  pada daerah  3400  dan  1640  cm -1 yang  sesuai  dengan vibrasi  dari  H 2 O.  Menurut  Katti  (2002)  bahwa serapan  pada  1635  cm -1 adalah  vibrasi  tekuk  H- O-H.
Munculnya  serapan  pada  daerah  bilangan gelombang  3697,3  dan  3622,1  menunjukkan adanya  vibrasi  ulur  dari  –OH,  sedangkan  vibrasi pada 3431,1 cm -1 merupakan vibrasi H-O-H yang membentuk  ikatan  hidrogen  dengan  air.  Hal  ini juga  ditegaskan  oleh  Madejova  (2002)  bahwa munculnya  puncak  pada  bilangan  gelombang 3669;  3653  dan  3620  cm -1 merupakan  vibrasi ulur –OH dari silanol atau yang terdapat diantara lembaran  tetrahedral  dengan  oktahedral,  begitu juga  dengan  Katti  (2002)  melaporkan  serapan pada  3634  cm -1 adalah  vibrasi  tekuk  O-H sedangkan  pada  bilangan  gelombang  3433  cm -1 merupakan  vibrasi  H-O-H  yang  membentuk ikatan  hidrogen  dengan  air.  Dapat  disimpulkan bahwa  kandungan  utama  lempung  alam  Tulakan Pacitan  adalah  montmorilonit  dengan  melihat adanya  kesesuaian  puncak-puncak  pada  spektra inframerah  lempung  alam  Tulakan  Pacitan dengan  lempung  montmorilonit  hasil  peneliti lain.
Metode X-Ray Difraction (XRD)
Pada  umumnya  lempung  alam  terdiri  dari campuran  berbagai  macam  mineral  lempung yang bercampur bersama-sama. Analisis lempung alam  dengan  difraksi  sinar-X  dilakukan  untuk mengetahui  jenis  mineral  penyusun  lempung alam  yang  ditunjukkan  oleh  munculnya  puncak pada  daerah  2  dan  tingkat  kristalinitas  struktur komponen penyususun lempung yang ditunjukkan oleh tinggi atau rendahnya intensitas puncak. Pola difraksi sinar-X dari lempung alam ditampilkan pada difraktogram gambar 5.

## Gambar 5. Spektra difraksi sinar-X lempung
Tulakan Pacitan.
(S = Smectite, Ch = Klorite, M = Mika, F = Feldspar, Q = Kuarsa)
Hasil analisis difraksi sinar-X dapat diidentifikasi  puncak-puncak  difraktogram  dari lempung  sesuai  jenis  mineralnya.  Dengan membandingkan  harga  d hkl yang  ada  pada lempung  alam  dengan  harga  d hkl mineral  yang terdapat  dalam Mineral  Powder Diffraction  File maka  mineral-mineral  penyusun  lempung  alam yang dipakai pada penelitian ini dapat diketahui.
Pada  difragtogram  terlihat  adanya  puncak utama  pada  daerah  2  =  5,70 o (d 001 =15,48  Å) yang  merupakan  puncak  d 001 untuk  mineral smectit  jenis  montmorillonit  dan  juga  muncul pada  daerah  2  =  20,02 o (d 001 =4,43  Å). Munculnya  puncak  pada  daerah  2  =9,85 o dan 2  =17,73 o menunjukkan  adanya  mika  yang diduga  berjumlah  sedikit  karena  intensitasnya rendah.  Adanya  puncak  pada  daerah  2  =22,20 o dan  2  =26,64 o berturut-turut  merupakan  puncak dari  mineral  feldspar  dan  kuarsa  dengan intensitas lebih rendah jika dibandingkan dengan intensitas  smectit,  sehingga  dapat  disimpulkan bahwa lempung alam Tulakan Pacitan mengandung  mineral  montmorillonit  sebagai komponen utama.

## Metode X-Ray Fluoresence (XRF)
Karakterisasi berikutnya yaitu dengan metoda  fluoresensi  sinar-X  untuk  menentukan komposisi  kimia  senyawa  penyusun  lempung alam.  Komposisi  kimia  hasil  analisa ditampilkan pada  tabel  1.  Berdasarkan  hasil  analisa  dengan metoda fluoresensi sinar-X dari tabel 1 diperoleh data  persentase  komposisi  SiO 2 adalah  sebesar 58,810 % dan Al 2 O 3 sebesar 13,510 %, sehingga diduga  bahwa  komponen  utama  penyusun lempung  alam  Tulakan  Pacitan  adalah  mineral silikat aluminat.

## Tabel 1. Komposisi kimia lempung alam
Tulakan Pacitan *) Kelimpahan senyawa Komposisi (% berat) SiO 2 58,810 Al 2 O 3 13,510 MgO 3,090 CaO 2,733 Fe 2 O 3 2,130 K 2 O 0,549
Kelimpahan senyawa Komposisi (% berat) TiO 2 0,244 Na 2 O 0,130 P 2 O 5 0,072 F <0,050 MnO 0,017 SO 2 0,010 Cl <0,002 LOI 18,350 *) komposisi senyawa diukur menggunakan X-
Ray Fluoresence
Berdasarkan  analisa  dengan  metoda  difraksi sinar-X diperoleh informasi komponen penyusun lempung  alam  Tulakan  Pacitan  terdiri  dari mineral  montmorilonit,  mika,  feldspar  dan kuarsa,  dimana  mineral  montmorilonit  sebagai komponen  utama  penyusun  lempung  alam Tulakan  Pacitan.  Data  komposisi  kimia  hasil analisis  dengan  metoda  fluoresebsi  sinar-X, diduga  bahwa  komponen  utama  penyusun lempung  alam  Tulakan  Pacitan  adalah  mineral silika  alumina.  Dari  hasil  identifikasi  dengan menggunakan  metoda  difraksi  sinar-X  dan fluoresensi  sinar-X  dapat  disimpulkan  bahwa komponen  utama  penyusun  lempung  alam Tulakan Pacitan adalah mineral montmorillonit.

## 4. KESIMPULAN
Dari  hasil  analisis  spektroskopi infrared dapat  disimpulkan  gugus-gugus  fungsional  yang terdapat dalam lempung Pacitan antara lain Si-O, -OH,  Si-O-Al  dan  Si-O-Si.  Sedangkan  jenis mineralnya  dari  hasil  analisis X-Ray  Difraction dan
Smectite, Klorite, Mika, Feldspar dan Kuarsa yang  didominasi  oleh  mineral  smectite  jenis montmorillonit sebagai komponen utama.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Darwanta,  2002,  “Sintesis  dan  Karakterisasi
Lempung  Terpilar-Al  Serta  Aplikasinya Sebagai  Katalis  Hidrorengkah  Fraksi  Berat Minyak  Bumi”,  Tesis  S-2,  Universitas Yogyakarta.
Flanigen,  E.M.,  Khatami,  H.,  1971,  “Infrared Structural  Studies  of  ZeoliteFramework, Molecullar Sieve  Zeolite-I”,  American Society  Adv.  In  Chemistry  Series  No.  101, Washington, 201-226.
Grim  R.E.,  1968”,  Clay  Mineralogy”,  second
Edition, Me Graw Hill Book Company, New York
Katti,K.,  and  Katti  D.,  2001,  “Effect  of  Clay-
Water Interactions on Swelling in Montmorillonite  Clay”,  Departement  of Civil  Engineering  and  Construction  North Dakota State University, Fargo.
Komadel,  P.,  2003,  “Chemically  Modified smectites“,  Slovac  Academy  of  Sciences, Slovakia, Clay Mineral, 38, 127 -138.
Madejova,  J.,  2003,  “FTIR  Techniques  in  Clays Mineral  Studies“,  Slovac  Academy  of Sciences, Slovakia, 31, 1 – 10.
Mahida,  U.  N.  1984.  ”Pencemaran  Air  dan
Pemanfaatan Limbah Industri”. CV Rajawali, Jakarta.
Ogawa,  M.  and  Kuroda,  K.,  1997,  “Preparation
of Inorganic Nanocomposites through Intercalation of Organoammonium Ions into Layered  Silicates”,  Bull.  Chem.  Soc.  Jpn., 70, 2593-2618.
Pinnavaia,  T.J.,  1983,  “Intercalated  Clay Catalyst”, Science, 220 – 365.
Pinnavaia, T.J., Galarneau, A. H., and Barodawalla,  A.  F.,  1998,  “Porous  Clay
Heterostructure by Gallery Templated Synthesis”, United State Patent, 5, 834-391.
Riyanto,  A.,  1994,  “  Bahan  Galian  Industri Bentonit”,  Direktoral  Jendral  Pertambangan Umum, Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral, Bandung.
Wijaya,  Karna,  2000,  “Sintesis  Lempung Monmorilonit  Terpilar  Berbahan  Baku Bentonit  Alam  Indonesia  dan  Aplikasinya Sebagai Katalis, Bahan Foto-Fungsional dan Adsorben”,  Universitas  Gadjah  Mada, Yogyakarta.