PENENTUAN KADAR KALSIT DAN DOLOMIT DENGAN METODE SPEKSTOSKOPI SERAPAN ATOM (AAS) DI BUKIT KAPUR KAWAH DOLOK TINGGI RAJA , SUMATERA UTARA

BAB I : PENDAHULUAN

Batu kapur merupakan salah satu potensi batuan yang banyak terdapat di Indonesia.

Pegunungan kapur di Indonesia menyebar dari barat ke timur mulai dari pegunungan di Jawa

Tengah hingga ke Jawa Timur, Madura, Sumatra, dan Irian Jaya.

Di pulau Sumatera khususnya Provinsi Sumatera Utara terdapat Cagar Alam Bukit

Kapur Kawah Dolok Tinggi Raja yang berada di desa tinggi raja, kecamatan silau kahean,

kabupaten simalungun, sumatera utara sekitar 120 km dari kota medan dengan luas

Keseluruhan adalah 167 hektare . Potensi sumber daya alam Cagar Alam Dolok Tinggi Raja

yang bisa dimanfaatkan diantaranya panorama alam berupa sumber mata air panas , endapan

kapur, danau laparan yang mata airnya dari air panas lewat bawah tanah yang juga

mengandung belerang, kesejukan udara pegunungan, keunikan, keindahan alam serta mutu

kondisi lingkungan sumber daya alam hayati dan ekosistemnya.

Secara umum batu kapur disusun oleh kalsit dan dolomit.Apabila batu kapur tersusun

atas mineral dolomit yang dominan jika terdapat bangunan akan kuat karena dolomit lebih

resisten dibandingkan kalsit, dikarenakan kalsit mudah lamt maka dapat minimbulkan

saluran/sungai/gua dibawah tanah. Pada analisis petrografi terhadap batu kapur sangat sulit

membedakan antara kalsit dan dolomit. Kedua mineral tersebut relatip mudah larut dalam air

pada tekanan parsie1 P = 10-3bar, kelarutan kalsit 100 mgr/lt dan dolomit 90 mgr/lt,

sedangkan tekanan parsiel P = 10-1 bar, kelarutan kalsit 500 mgr/lt dan dolomit 480 mgr/lt .

Pada kondisi pH = 7 Kedua mineral tersusun atas unsur Ca dan Mg mempunyai sifat fisik dan

optik relatif sarna sehingga sui it dibedakan, bentuk susunan geometris molekul heksagonal

sistem/ trigonal sub sistem sp3d2, dan struktur kristal simetri rhombohidral dan oktahedral.

Untuk mengatasi kendala tersebut metoda pelarut kimia merupakan salah satu altenatif.

Terdapat beberapa metoda kimia untuk menentukan kadar kalsit dan dolomit dalam batu

kapur, antara lain metoda pelarutan (dissolution method) AAS, titrasi dan noda kimia

(staining method). Untuk noda kimia batuan dibuat sayatan tipis kemudian diolesi larutan

kimia CU(N03)2, alizarin red yang hasilnya, jika kalsit memberikan wama merah dan dolomit

tak berwama. Kelemahan analisis secara noda kimia adalah bahan Cu(N03)2,Alizarin red

cukup mahal dan beracun sehingga dalam kajian ini digunakan metoda pelarutan dengan

AAS hasil yang diperoleh lebih tepat dan akurat.

BAB II : ISI

2.1 Cagar Alam Bukit Kapur Kawah Dolok Tinggi Raja

Cagar Alam Dolok tinggi Raja terletak didalam kawasan Hutan Lindung Sianak-anak

I + II. Kawasan Hutan Lindung ini ditetapkan masing-masing tahun 1916 dan 1918. Karena

keunikan yang dimiliki areal Cagar Alam Dolok Tinggi Raja ini, maka dengan keputusan

Zelfbestuur Besluit ZB tanggal 18 April 1924 Nomor 24 resmi menjadi cagar alam dengan

nama “Cagar Alam Dolok Tinggi Raja”. Cagar Alam Bukit Kapur Kawah Dolok Tinggi

Raja yang berada di desa tinggi raja, kecamatan silau kahean, kabupaten simalungun,

sumatera utara sekitar 120 km dari kota medan dengan luas Keseluruhan adalah 167 hektare .

Secara umum topografi kawasan bergelombang dengan bukit-bukit terjal mengelilingi

kawasan. Berdasarkan pengamatan dilapangan geologi tanah di kawasan Cagar Alam Dolok

Tinggi Raja sebagian besar termasuk kedalam struktur tanah laterit berkapur dengan humus

yang tipis (terutama pada kawasan yang dekat dengan endapan kapur), dengan PH tanah 6,5 –

diatas 7. Batuan Induk adalah tanah kapur padas dengan tekstur suspensi dan struktur adhesif,

tidak mudah menyimpan air. Sumber air tawar di Cagar Alam Dolok Tinggi Raja tidak ada.

Sungai-sungai yang mengalir di areal cagar alam sudah dapat dianggap air tawar walaupun

masih terasa adanya koloid belerang dan yang utama masih mengandung kadar kapur agak

tinggi, jadi kalau dipergunakan untuk mandi perlu pengendapan terlebih dahulu.

Potensi sumber daya alam Cagar Alam Dolok Tinggi Raja yang bisa dimanfaatkan

diantaranya panorama alam berupa sumber mata air panas , endapan kapur, danau laparan

yang mata airnya dari air panas lewat bawah tanah yang juga mengandung belerang,

kesejukan udara pegunungan, keunikan, keindahan alam serta mutu kondisi lingkungan

sumber daya alam hayati dan ekosistemnya.

2.2 Batu Kapur

Batu kapur mengandung kalsit dan dolomit yang disusun oleh unsur-unsur Ca, C,O

dan Mg. Pada tabel periodik, Ca dan Mg terdapat dalam satu golongan, yaitu golongan alkali

tanah. Kedua unsur tersebut karakternya relatif sama, mempunyai konfigurasi elektron pada

blok S2 energi untuk melepaskan elektron pada kulit terluar hampir sarna, dan mudah

membentuk ion sehingga keberadaan cenderung bersama-sama membentuk asosiasi unsur.

Di alam kedua unsur tersebut tidak stabil, sedangkan pada kondisi stabil dalam bentuk

ion Ca2+ dan Mg2+. Pada proses geokimia sebagian besar unsur Ca bersenyawa dengan unsur

Cdan O, maka terbentuk mineral kalsit; bila senyawa tersebut terdapat unsur Mg maka

terbentuk mineral dolomit. Susunan senyawa dalam mineral kalsit (CaC03) dengan komposisi

Ca = 40,04 %; C=12,0 %; 0=47,96 % atau CaO = 56,03 %; CO2 = 43,96 %, sedangkan

mineral dolomit [CaMg(C03h] dengan komposisi Ca=21,73%, Mg=13,18%, C=13,03%,

0=52,06%, CaO=30,4%, MgO=21,7%, CO2 =47,9%

Sumber Calsium (Ca) dan Magnesium (Mg) di alam . Di kerak bumi, rata-rata

kandungan Calsium (3,6%) dan Magnesium (1,93 %). Sebagian mineral pembentuk batuan

sebagai sumber Ca dan Mg diantaranya seperti pada Tabel 1 di

bawah ini .

Karena proses kimia dan fisika batuan/mineral menjadi lapuk, mengakibatkan unsur-

unsur kimia pembentuk mineral terurai. Unsur-unsur tersebut akan termobilisasi sesuai

dengan sifatnya masing-masing. Seperti dalam tabel periodik, unsur Ca dan Mg terdapat

dalam satu golongan, sehingga mempunyai sifat kimia dan fisikanya relatif sarna, sehingga

cenderung dijumpai pada kondisi yang relatif sarna.

Mineral yang mengandung Ca dan Mg pada umumnya lebih mudah lapuk

dibandingkan mineral lainnya . Karena pelapukan, kadar Ca dan Mg dalam mineral (batuan)

cenderung menjadi koloid bersama-sama air. Berkurang/bertambahnya Ca dan Mg dalam

batuan disebabkan karena:

1. terbawa air akibat perkolasi

2. diserap oleh organisme (flora dan fauna)

3. diserap oleh partikel-partikel tanah liat

4. di daerah beriklim kering karena tidak ada pencucian (flushing) oleh air

Pada curah hujan rendah, pencucian kecil, sehingga terdapat kandungan kalsium dan

magnesium terjadi pengurangan kecil dan diendapkan sebagai mineral-mineral kalsium

karbonat, kalsium sulfat, magnesium sulfat .

Klasifikasi Batu kapur berdasarkan pembentukannya . Proses pembentukan batu

kapur dapat dikelompokan menjadi 3:

1. Batu kapur organik, merupakan kumpulan dari sisa flora dan fauna yang telah mati

(fosil) dan terendapkan. Di masa hidupnya flora dan fauna, memerlukan unsur-unsur

Ca, Mg, 0 dan C yang terdapat dalam air. Proses kimia yang terjadi pada flora dan

fauna setelah mati menjadi fosil dan terbentuklah sistem kristal mineral tanpa

merubah bentuk fisik fosil. Secara mineralogi fosil tersebut tersusun oleh mineral

kalsit (CaC03) dan atau dolomit CaMg(C03)2. Pada umumnya fosil fauna mengandung

kalsit bermagnesium dengan kadar 4 %-16 % mol MgC03 , sedangkan fosil flora

sekitar 7,7 %- 28,75 % mol MgcoF] . Bila mineral kalsit atau dolomit sebagian besar

berukuran kecil (± 0,2 mikron atau lebih) disebut lumpur karbonat, karena berukuran

kecil, mempunyai sifat optik dan fisik yang relaif sarna, maka kedua mineral tesebut

sulit dibedakan. Karena proses geologi kumpulan fosil tersebut menjadi batukapur .

2. Batu kapur endapan kimia, terbentuk dari kristalisasi larutan yang jenuh mengandung

larutan Ca dan atau Mg. Umumnya bentuk kristalnya baik, ukuran relatif besar.

Dalam air senantiasa terdapat unsur CO2, sehingga terjadi proses pengendapan kimia,

pembentukan mineral kalsit dan dolomit secara kimia sebagai berikut:

Ca ( HCO3 )2 CaCO3 + H2O + CO2

CaCO3 + CO2 + H2O Ca ( HCO3 )2

Ca2+ + 2( HCO3) Ca ( HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2

CaC03 mengendap sebagai kristal mineral kalsit. Reaksi tersebut akan berjalan terus

selama persyaratan kondisi fisika kimia terpenuhi, dan akan terjadi akumulasi

sehingga terbentuk batu kapur yang lazim disebut batu kapur kristalin. Bila unsur-

unsur tersebut di atas ada penambahan garam Mg maka akan terbentuk mineral

dolomit dengan reaksi sebagai berikut:

Mg2+ + Ca(HCO3)2 CaMg(CO3)2 + 2H+

3. Batu kapur sedimen mekanik adalah batu kapur yang terbentuk dari rombakan batu

kapur yang telah ada. Karena proses fisika dan kimia batuan tersebut menjadi lapuk

kemudian tertranspotasi oleh air dan diendapkan di tempat lain dan mengalami proses

geologi menjadi batu kapur klastik. Unsur utama adalah CaC03 (kalsit) dan

CaMg(C03)2 (dolomit), umumnya batuan ini dicirikan dengan adanya frakmen dan

matrik dan lebih mudah dikenali .

Batu kapur umumnya berwama putih kadang-kadang kelabu, kemerahan. Batu kapur

mudah dikenali dengan meneteskan HCI 10% dengan reaksi kimia:

CaCO3 + 2 HCI CaCl2 + CO2 + H2O

gas carbon dioksida (C02) mengeluarkan asap dan berbuih. Apabila batu kapur

banyak mengandung mineral dolomit, umumnya lapisan soil tipis., karena dolomite

lebih resisten dibandingkan kalsit .

Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi terbentuknya kalsit dan dolomit bersama-

sama adalah :

1. Sifat Kimia Ca dan Mg

• Dalam sistem periodik termasuk logam alkali tanah (golongan II)

• Kedua unsur mudah membentuk ion, energi ionisasi

Ca = 6, III eV,

Mg = 7,644 eV

• Konfigurasi elektron pada blok S2, Elektron valensi I bilangan oksidasi 2

• Energi ikat Mg = 919 Kllmol dan Ca = 817 Kllmol

Dengan sifat kimia Ca dan Mg yang hampir mirip kecenderungannya untuk

bersama-sarna membentuk mineral kasit dan dolomit.

2. Estimasi Geometri molekul CaC03

Elektron valensi Ca 2

Elektron Valensi CaCO3 0

Elektron Valenci C 4

Elektron Valensi 3O 6

Jumlah Elektron 12

Jumlah elektron berpasangan 12/2 = 6

Susunan elektron : ( sp3d2) hexagonal sistem / trigonal piramid sub

sistem mempunyai bilangan koordinasi 6 terdiri dari 2 PEl dan 4 PEB, artinya

jumlah 6 anion yang mengelilingi kation yang disebut hexagonal sistem

dengan struktur kristal disebut oktahedral. Bilangan koordinasi dari kation

ditentukan oleh rasio radius kation dan anion. Kekuatan muatan yang

disumbangkan oleh Ca adalah 2/6=113 kepada anion (C03)2- .

`

CaCO3 mempunyai orbital hibriditasi sp3d2 dengan susunan electron

2PEI ( pasangan electron ikat) dan 4 PEB ( pasangan electron bebas) bentuk

struktur molekul trigonal bipiramid. CaCO3 terdiri atom Ca sebagai pusat

dikelilingi CO2- dengan bilangan koordinasi 6 membentuk mineral CaC03. Ion

Mg2+ lebih mudah mengisi pasangan electron bebas Ca untuk berikatan karena

Mg mempunyai energi ikat lebih besar dibandingkan Ca sehingga terbentuk

mineral CaMg(C03)2 / dolomit

Pemanfaatan batu kapur dalam kehidupan sehari-hari adalah untuk

batu pondasi bangunan, bata (batu kumbung), pengeras jalan, dan serbuk

kapur. Di samping itu batukapur digunakan pula sebagai bahan mentah dalam

industri semen Portland, semen Roma, kalk zandsteen, dan semen alam.

Dalam industri keramik, batukapur dipakai sebagai bahan mentah dalam

pembuatan gelas, alat-alat dari gelas, dan email. Dalam industri gula, batu

kapur digunakan untuk pembuatan kalsium. Sedang dalam industri kimia, batu

kapur digunakan untuk pembuatan gas CO2, CaC, CaO, dan CaCl2. Di

samping itu batukapur juga digunakan untuk pemberi warna pada industri

minyak, untuk bahan-bahan kedokteran, pasta, pencegah penyakit tanaman,

dan pupuk. Pada industri logam, batukapur dipakai untuk merendahkan titik

lebur(flux), bahan-bahan tahan api, dan bahan cetak ofset (litografi).

2.3 Metode Analisis Spektroskopi Serapan Atom ( AAS )

Spektrofotometri serapan atom (AAS) adalah suatu metode analisis

yang didasarkan pada proses penyerapan energi radiasi oleh atom-atom yang

berada pada tingkat energi dasar (ground state). Penyerapan tersebut

menyebabkan tereksitasinya elektron dalam kulit atom ke tingkat energi yang

lebih tinggi. Keadaan ini bersifat labil, elektron akan kembali ke tingkat energi

dasar sambil mengeluarkan energi yang berbentuk radiasi.

Dalam AAS, atom bebas berinteraksi dengan berbagai bentuk energi seperti

energi panas, energi elektromagnetik, energi kimia dan energi listrik. Interaksi

ini menimbulkan proses-proses dalam atom bebas yang menghasilkan absorpsi

dan emisi (pancaran) radiasi dan panas. Radiasi yang dipancarkan bersifat

khas karena mempunyai panjang gelombang yang karakteristik untuk setiap

atom bebas.Adanya absorpsi atau emisi radiasi disebabkan adanya transisi

elektronik yaitu perpindahan elektron dalam atom, dari tingkat energi yang

satu ke tingkat energi yang lain.

Keuntungan metoda AAS adalah:

•Spesifik

•Batas (limit) deteksi rendah

•Dari satu larutan yang sama, beberapa unsur berlainan dapat diukur

•Pengukuran dapat langsung dilakukan terhadap larutan contoh

(preparasi contoh sebelum pengukuran lebih sederhana, kecuali bila

ada zat pengganggu)

•Dapat diaplikasikan kepada banyak jenis unsur dalam banyak jenis

contoh.

•Batas kadar-kadar yang dapat ditentukan adalah amat luas (mg/L

hingga persen)

Jenis Atomisasi pada AAS ada 2 , antara lain :

A. Atominasi nyala

Tujuan Atomisasi nyala adalah untuk mendapatkan atom-atom netral. Atomisasi dapat

dilakukan dengan nyala api (paling banyak digunakan) atau tanpa nyala. Pemilihan pasangan

fuel-oksidan sangat tergantung dari temperatur nyala yang diperlukan untuk proses atomisasi,

meskipun faktor-faktor yang mereduksi pembentukan oksida logam juga penting. Juga

diusahakan agar latar belakang emisi dari nyala tidak mengganggu analisa.

Fungsi dari atomisasi nyala yaitu:

a. Mengubah zat yang diperiksa dari larutan atau bentuk padat menjadi bentuk gas

penguapan.

b.  Mengubah molekul dalam bentuk uap menjadi atom atomisasi.

c. Pada FES untuk mengeksitasi uap atom/molekul sehingga menghasilkan radiasi emisi.

d. Komponen-komponen dari gas-gas pembentuk nyala membatasi daerah analisa pada

panjang gelombang di luar daerah resapan atmosfer, yaitu pada panjang gelombang di atas

210 nm.

Perbandingan dari bahan bakar dan oksidan juga menentukan suhu dan komposisi nyala

gas yang terjadi. Bila jumlah oksidan lebih banyak dari bahan bakan maka nyala yang terjadi

disebut oxidising flame dan bila sebaliknya disebut reducing flame. Nyala jenis mana yang

dipakai tergantung dari sifat unsur yang diperiksa. Misalnya unsur-unsur yang cenderung

untuk membentuk oksida yang stabil (Al,Si, Ti, dan Lantanida) diperlukan nyala dengan suhu

tinggi dengan lingkungan yang dapat mereduksi, misalnya nyala asetilendinitrogen

monoksida.

B. Sistem Atomisasi Dengan Elektrothermal (Tungku)

Sistem nyala api ini lebih dikenal dengan nama GFAAS. GFAAS dapat mengatasi

kelemahan dari sistem nyala seperti, sensitivitas, jumlah sampel dan penyiapan sampel. Ada

tiga tahap atomisasi dengan tungku yaitu:

a.    Tahap pengeringan atau penguapan larutan

b.    Tahap pengabuan atau penghilangan senyawa-senyawa organik dan

c.    Tahap atomisasi

Unsur-unsur yang dapat dianalsis dengan menggunakan GFAAS adalah sama dengan

unsur-unsur yang dapat dianalisis dengan sistem nyala. Beberapa unsur yang sama sekali

tidak dapat dianalisis dengan GFAAS adalah tungsten, Hf, Nd, Ho, La, Lu, Os, Br, Re, Sc,

Ta, U, W, Y dan Zr, hal ini disebabkan karena unsur tersebut dapat bereaksi dengan graphit.

Petunjuk praktis penggunaan GFAAS:

1.    Jangan menggunakan media klorida, lebih baik gunakan nitrat.

2.    Sulfat dan fosfat bagus untuk pelarut sampel, biasanya setelah sampel ditempatkan

dalam tungku.

3.   Gunakan cara adisi sehingga bila sampel ada interferensi dapat terjadi pada sampel

dan standard.

BAB III : METODE PENELITIAN

3.1 Alat dan Bahan

Bahan

• 5 contoh batu kapur dari Cagar Alam Bukit Batu Kapur Tanah Tinggi Raja

• Asam nitrat ( HNO3 ) p.a

• Asam Flourida ( HF ) p.a

• Asam per chlorat ( HClO4) p.a

alat

• Alat timbangan

• Furnace ( tungku pembakaran )

• 1 Unit AAS

3.2 Prosedur Kerja

Pengambilan sampel

Pengambilan sampel dilakukan secara Acak dan memberikan pengkodean di

setiap parit pengambilan .

Prosedur Kerja

1.Lima contoh batuan diberi kode dan dipreparasi sampai kehalusan -100 mesh

2. Menimbang 1 gram dari setiap contoh secara duplo ( 2 kali pengulangan )

3. Melarutkan masing-masing contoh dengan pelarut asam kuat campuran (HClO3,

HF dan HNO3)

4. Mengukur kadar Ca, Mg pada setiap contoh batuan dengan metoda AAS

5. Menghitung kandungan/ jumlah mineral kalsit dan dolomit dalam batu kapur.

6. Evaluasi dan interpretasi kadar kasit dan dolomit terhadap hasil analisis petrografi

3.3