Besi Oksida

Besi merupakan unsur terbanyak keempat yang terkandung dalam kerak bumi.

Sifat sifat fisik besi antara lain:

1.      Logam berwarna putih keperakan

2.      Nomor atom 26 dan termasuk golongan logam transisi (golongan VIII) dalam SPU.

3.      Berat atom 55,847 g/mol.

4.      Titik leleh 1536^oC dan titik didih + 3000 ^oC.

5.      Densitas 7,874 g/cm³ untuk padatan murni.

Besi dalam larutan dapat berada dalam bentuk ion Fe(II) dan Fe(III) (Considine dan Considine, 1984).

Garam-garam besi (II) diturunkan dari besi (II) oksida atau FeO. Garam- garam ini dalam larutan mengandung kation Fe²⁺ dan berwarna agak hijau. Ion besi (II) dapat mudah dioksidasikan menjadi besi (III), sehingga merupakan zat pereduksi kuat. Semakin kurang asam larutan itu, semakin nyata efek tersebut baik dalam suasana basa, netral atau oksigen dari atmosfer, sehingga akan mengoksidasikan ion besi (II). Oleh karena itu larutan besi (II) harus sedikit asam bila akan disimpan atau digunakan dalam jangka waktu lama (Vogel, 1979). Besi (II) akan membentuk endapan besi (II) hidroksida dalam suasana basa dan reaksinya :

Fe²⁺ + 2OH^- à Fe(OH)₂ à 2Fe(OH)₃ à Fe₂O₃ + 3H₂O

Endapan Fe(OH)₂  membentuk FeO pada suhu rendah , reaksinya :

Fe(OH)₂ à FeO + H₂O

FeO dapat teroksidasi sebagian menjadi Fe₃O₄ dan oksida tersebut stabil pada suhu tinggi, reaksinya :

4FeO à Fe₃O₄ + Fe                                                            (Patnaik, 2003)

Garam-garam besi (III) diturunkan dari besi (III) oksida atau Fe₂O₃. Garam ini bersifat lebih stabil daripada garam besi (II). Garam tersebut dalam larutan berwarna kuning muda karena mengandung kation Fe³⁺.

Besi (III) akan membentuk endapat besi (III) hidroksida dalam suasana basa, reaksi yang terjadi adalah :

Fe³⁺ + 3OH^- à Fe(OH)₃

Fe(OH)₃à Fe₂O₃ + 3H₂O

Fe₂O₃ + 6H⁺ à 2Fe³⁺ + 3H₂O                                            (Vogel, 1979)

Mineral oksida besi yang sering ada dalam tanah adalah geotit (a-FeOOH), lepidokrosit (g-FeOOH), hematit (a-Fe₂O₃), maghemit (g-Fe₂O₃), dan ferihidrit (5Fe₂O₃.9H₂O) (Huang dan Schnitzer, 1986).

Reaksi pembentukan besi oksida dari ion logam besi dapat dipengaruhi beberapa faktor diantaranya pH dan konsentrasi ion logam besi dalam larutan. Reaksi pembentukan besi oksida dari larutan ion logam Fe²⁺ melalui pembentukan Fe(OH)₂. Pembentukan ini hanya dapat berlangsung dalam suasana basa atau netral. Hal yang membedakan adalah pada suasana basa akan membentuk endapan Fe(OH)₂ yang berwarna hijau kehitaman, sedangkan pada suasan netral hanya akan membentuk larutan berwarna kehijauan (green rust). Dalam suasana asam tidak dapat terbentuk Fe(OH)₂ karena reaksi pembentukan besi oksida pada suasana asam hanya mungkin melalui larutan ion logam Fe³⁺. Banyak sedikitnya ion logam besi baik sebagai ion Fe²⁺ maupun Fe³⁺ dalam larutan yang dapat membentuk besi oksida, tergantung dari besarnya kemampuan ion logam besi tersebut untuk bereaksi dengan ion OH^- dalam larutan. Semakin pekat konsentrasi, semakin besar kemampuan untuk bereaksi. Ion besi sebagai Fe²⁺ dalam reaksi pembentukan besi oksida dapat memberikan efek yang berbeda dalam suasana asam, netral maupun basa, sehingga pengaruh pH dapat dikaji dengan lebih jelas. Garam besi (II) sebagai FeCl₂, karena memiliki kestabilan ikatan yang lebih rendah dibandingkan dengan FeSO₄, dengan urutan kekuatan ion  yaitu Cl^- < SO₄^2-, sehingga ikatan FeCl₂ lebih mudah putus dan reaksi pembentukan besi oksida lebih mudah berlangsung (Rochelle, Cornell dan Schwertmann, 2003). Konsentrasi ion Fe²⁺ yang digunakan dalam penelitian berdasarkan harga Ksp Fe(OH)₂ sebesar 4,8x 10^-16 (Vogel, 1979), dengan memperhitungkan pada suasana netral belum terjadi pembentukan endapan besi hidroksida.

Penelitian mengenai pengembanan besi oksida ke dalam material yang memiliki kerangka aluminosilikat telah banyak dilakukan, diantaranya pengembanan dalam material zeolit. Spesies besi oksida yang teremban dalam zeolit tersebut antara lain FeO dan FeOOH (Wahyuni, dkk, 2001) dan Fe₂O₃ (Bovin, Carlsson, Karlsson, Oku, Okamoto, Ohnishi dan Terasaki, 1999). Proses pengembanan besi oksida ke dalam material yang memiliki kerangka aluminosilikat dan silikat dapat melalui beberapa tahapan dengan metode pengembanan yang sesuai. Metode yang dapat dilakukan untuk proses pengembanan, salah satunya adalah pertukaran ion.

Pertukaran ion (ion exchange) adalah proses pertukaran kation-kation dalam pori kristal pengemban dengan katalis logam dari larutannya. Interaksi antara pengemban dengan larutan yang mengandung ion logam akan membuat ion logam tersebut tertarik ke dalam sistem pori (Augustine, 1996). Pertukaran ion merupakan tahapan awal dalam proses pengembanan. Salah satu reaksi pertukaran ion yang terjadi pada material jenis zeolit (Z^-) adalah sebagai berikut

Na⁺(Z^-) + Fe(OH)⁺ ↔ Fe(OH)⁺(Z^-) + Na⁺              (Wahyuni, dkk, 2001)

Pendistribusian logam yang diembankan agar merata dilakukan dengan tahapan pengeringan, kalsinasi, oksidasi dan reduksi. Pengeringan bertujuan untuk menghilangkan pelarut yang digunakan pada tahapan deposisi prekursor (penempelan logam pada permukaan pengemban). Kalsinasi dimaksudkan untuk

membersihkan sampel dari pengotor organik dan air. Sampel yang masih mengandung air, akan mengakibatkan pertumbuhan kristal pada saat reduksi dan dapat mengganggu dalam proses pengembanan. Oksidasi bertujuan agar logam (yang diembankan) akan membentuk oksida yang terdistribusi lebih baik dalam pengemban, karena pada saat kalsinasi, kemungkinan masih terjadi penumpukan logam, yang menyebabkan dispersi logam tidak merata. Reduksi dapat mengubah logam-logam yang telah teremban yang masih berupa senyawa-senyawa oksida maupun senyawa garamnya menjadi logam murni. (Augustine, 1996).

Karakterisasi besi oksida yang teremban dalam material berpori dapat ditentukan dengan beberapa metode antara lain dengan menggunakan difraksi sinar X (XRD) seperti .

Hasil analisis data XRD akan menunjukkan bahwa nanopartikel besi oksida dapat diembankan pada zeolit. Hal ini diketahui dengan hilangnya puncak dari zeolit (gambar 3 dan 4). Hilangnya puncak zeolit ini disebabkan besi oksida yang terbentuk pada pori zeolit, mendesak kerangka aluminosilikat pada zeolit. Puncak baru yang muncul (gambar 4) terkarakterisasi sebagai besi oksida, yang teremban pada zeolit (Yee dan Yaacob, 2003).