sintesis dan karakterisasi senyawa kompleks dari mn
TRANSCRIPT
1
SINTESIS DAN KARAKTERISASI SENYAWA KOMPLEKS
DARI Mn(NO3)2 DAN Co(NO3)2 DENGAN CAMPURAN LIGAN 8-
HIDROKSIKUINOLINA DAN ANION DISIANAMIDA
Tri Silviana Purwanti1, I Wayan Dasna
1, dan Neena Zakia
1.
1Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Malang
Email: [email protected],[email protected],[email protected]
Abstrak : Sintesis senyawa kompleks I dari Mn(NO3)2 dan Co(NO3)2
(senyawa kompleks II) berturut-turut dengan campuran ligan oksina dan dca-
pada perbandingan stoikiometri sebesar 1 : 2 : 2 telah disintesis melalui metode
reaksi langsung. Uji titik lebur menunjukkan lebih dari 300ºC. Pada analisis
DHL menunjukkan kedua kompleks netral. Pada analisis EDX diperoleh
perbandingan atom Mn : O yaitu 1 : 8 sedangkan rasio atom Co : N adalah 1 : 8.
Senyawa kompleks I dan II berturut-turut memiliki rumus empiris
C22H14N8O2Mn dan C22H14N8O2Co. Berdasarkan data karakterisasi diperoleh
rumus molekul dari senyawa kompleks I dan II berturut-turut
[Mn(C9H7NO)2(N(CN)2)2] dan [Co(C9H7NO)2(N(CN)2)2]. Analisis IR
menunjukkan puncak-puncak khas dari ligan oksina (gugus fungsi O-H dan C-
O) dan dca- (gugus fungsi C N) pada senyawa kompleks I dan II.
Kata Kunci : sintesis, karakterisasi, senyawa kompleks, Mn(NO3)2, Co(NO3)2,
oksina, dca-, campuran ligan.
Abstract : Complex compound I of Mn(NO3)2 and Co(NO3)2 (Complex II)
with mixed ligand oxine and dca- with stoichiometric ratio 1: 2 : 2 can be done
through the method of direct reaction. The melting point higher than 300°C. Test
electrical conductivity (EC) indicates that the complexes are neutral test
electrical conductivity (EC) indicates that the complexes are neutral. analysis
from EDX showed the ratio of Mn : N from EDX analysis is 1 : 8 and for Co : N
is 1 : 8. (4) The structure complexes are [Mn(C9H7NO)2(N(CN)2)2] (Complex I)
and [Co(C9H7NO)2(N(CN)2)2] (Complex II). IR analysis of both complexes
shows that the complexes contain of oxine ligand as showed by the O−H group
and anion dca (C≡N).
Key Words : Mn(NO3)2, Co(NO3)2, 8-hydroxyquinoline, anion dicyanamide, and
complex compound, mixed ligand.
Garam nitrat dari Mn(II) dan Co(II) dapat membentuk senyawa kompleks
dengan ligan yang memiliki atom donor N. Dua ligan donor N yang banyak
diteliti adalah 8-hidroksikuinolina (oksina) dan anion disianamida (dca-). Oksina
merupakan turunan dari kuinolina (quin). Hasil penelitian senyawa kompleks dari
Mn(II) dengan ligan oksina yaitu [Mn(C9H6NO)2].0,75 CH3OH (Nida, 2007).
Kompleks disintesis dari Mn(NO3)2 dengan ligan oksina pada perbandingan
stoikiometri sebesar 1 : 2. Pada kompleks tersebut dua ligan oksina dikoordinasi
pada Mn(II) melalui atom donor N dan O sehingga membentuk kompleks sepit.
Senyawa kompleks berwarna hitam, memiliki titik lebur lebih dari 300°C yang
berbeda dengan reaktannya. Struktur kompleks hasil sintesis oleh Nida (2007)
diberikan pada Gambar 1.
2
Gambar 1 Struktur [Mn(C9H6NO)2].0,75 CH3OH (Nida, 2007)
Penelitian lain yang mensintesis campuran ligan quin dan dca- seperti
[Mn(C9H7N)2(N(CN)2)2] dan [Co(C9H7N)2(N(CN)2)2] (Anggraini, 2012). Kedua
senyawa kompeks disintesis dari Mn(NO3)2 dan Co(NO3)2 dengan perbandingan
stoikiometri sebesar 1 : 2 : 2. Struktur kedua kompleks berturut-turut diberikan
pada Gambar 2 dan 3.
Gambar 2 Struktur [Mn(C9H7N)2(N(CN)2)2] (Anggraini, 2012)
3
Gambar 3 Struktur [Co(C9H7NO)2(N(CN)2)2] (Anggraini, 2012)
Contoh penelitian lain yaitu senyawa kompleks Co(biz)2(dca)2 (biz = 2,2’-
biimidazoline, dca = dicyanamide) (Mohamadau dkk., 2003) yang ditunjukkan
pada Gambar 1.11. Co(II) berperan sebagai ion pusat yang memiliki bilangan
koordinasi sebesar 6 berikatan dengan dua ligan biz dan dua anion dca sehingga
membentuk struktur oktahedral. Struktur ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4 Struktur Co(biz)2(dca)2 (Mohamadau dkk., 2003)
Berdasarkan hasil penelitian dari Anggraini (2012) ditunjukkan bahwa
Mn(II) dan Co(II) mampu berkoordinasi dengan atom donor N dari ligan quin dan
dca-. Ligan oksina memiliki kemiripan struktur dengan quin, maka senyawa
kompleks dari ion Mn(II) dan Co(II) menggunakan oksina dapat disintesis.
Senyawa kompleks dari Mn(NO3)2 dan Co(NO3)2 dengan campuran ligan oksina
dan dca- pada perbandingan mol sebesar 1 : 2 : 2 belum pernah dilaporkan.
Metode Penelitian
1. Sintesis Senyawa Kompleks I Mn(NO3)2.4H2O (0,04 g, 1 mmol) dilarutkan dalam MeOH (7 mL), diaduk
dengan pengaduk magnet hingga homogen selama 30 menit pada temperatur
kamar. Larutan oksina (0,04 g, 2 mmol) dilarutkan dalam MeOH (7 mL)
ditambahkan tetes demi tetes ke dalam larutan Mn(NO3)2. Campuran larutan
Mn(NO3)2 dan oksina diaduk kembali hingga homogen selama 90 menit pada
temperatur kamar. Larutan dca (0,03 g, 2 mmol) dilarutkan dalam MeOH (7 mL)
ditambahkan tetes demi tetes ke dalam campuran tersebut, diaduk kembali hingga
homogen selama 150 menit pada temperatur kamar. Kristalisasi dilakukan dengan
cara dipindahkan larutan ke dalam gelas kimia 50 mL. Gelas kimia yang berisi
campuran larutan ditutup dengan aluminium foil yang dilubangi dengan jarum
pentul dan diuapkan secara perlahan pada suhu kamar. Setelah empat belas hari,
kristal yang terbentuk dicuci dengan metanol lalu disaring menggunakan kertas
saring.
4
2. Sintesis Senyawa Kompleks II
Co(NO3)2.4H2O (0,03 g, 1 mmol) dilarutkan dalam MeOH (7 mL), diaduk
dengan pengaduk magnet hingga homogen selama 30 menit pada temperatur 50-
60°C dalam penangas minyak. Larutan oksina (0,03 g, 2 mmol) yang dilarutkan
dalam MeOH (7 mL) ditambahkan tetes demi tetes ke dalam larutan Co(NO3)2.
Larutan campuran Co(NO3)2 dan oksina diaduk kembali hingga homogen selama
90 menit pada temperatur 50-60°C dalam penangas minyak. Larutan dca (0,02 g,
2 mmol) yang dilarutkan dalam MeOH (7 mL) ditambahkan tetes demi tetes ke
dalam campuran larutan tersebut, diaduk kembali hingga homogen selama 150
menit pada temperatur 50-60ºC dalam penangas minyak. Kristalisasi dilakukan
dengan cara dipindahkan larutan ke dalam gelas kimia 50 mL. Gelas kimia yang
berisi larutan campuran tersebut ditutup dengan aluminium foil yang dilubangi
dengan jarum pentul dan diuapkan secara perlahan pada suhu kamar. Setelah tujuh
hari, kristal yang terbentuk dicuci dengan metanol lalu disaring menggunakan
kertas saring.
Hasil
1. Hasil Sintesis Senyawa Kompleks I dan II
Hasil sintesis senyawa kompleks I terbentuk kristal prisma berwarna hitam
yang muncul pada hari ke empat belas, sedangkansenyawa kompleks II
menghasilkan kristal balok berwarna hitam muncul pada hari ke tujuh. Hasil
analisis SEM dan permukaan dari kedua kristal hasil sintesis berturut-turut
ditunjukkan pada Gambar 5 dan 6.
Gambar 5 Senyawa Kompleks I Hasil Analisis SEM
5
Gambar 6 Senyawa Kompleks II Hasil Analisis SEM
2. Hasil Uji Titik Lebur
Kemurnian suatu senyawa kompleks dapat diketahui melalui uji titik lebur.
Uji titik lebur digunakan untuk memastikan bahwa senyawa yang dihasilkan
adalah senyawa baru, bukan ligan ataupun garamnya. Data hasil uji titik lebur dari
senyawa reaktan dan senyawa kompleks I dan II dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Hasil Uji Titik Lebur Senyawa Reaktan dan Sintesis Senyawa Kompleks I dan II
Titik lebur senyawa kompleks hasil sintesis tidak dapat ditentukan dengan tepat
karena pada temperatur 300ºC kristal belum menunjukkan perubahan fasa karena
keterbatasan alat.
3. Hasil Uji Daya Hantar Listrik (DHL)
Daya hantar listrik (DHL) adalah ukuran kemampuan suatu zat
menghantarkan arus listrik. Pengukuran DHL digunakan untuk mengetahui
senyawa kompleks hasil sintesis bersifat netral atau ionik. Kompleks netral jika
mendekati DHL pelarut sedangkan ionik jika mendekati DHL reaktan (garam).
Data uji Daya Hantar Listrik senyawa komples I dan II ditunjukkan di Tabel 2.
Senyawa Titik Lebur (°C) Titik Lebur (°C)
Mn(NO3)2
Co(NO3)2
Oksina
Natrium Disianamida
Senyawa Kompleks I
Senyawa Kompleks II
37ºC (Merck Index)
100ºC (Merck Index)
74-75ºC (Merck Index)
300ºC (Merck Index)
> 300ºC
> 300ºC
> 300ºC
> 300ºC
6
Tabel 2 Hasil Uji Daya Hantar Listrik Senyawa Kompleks I dan II
Larutan Harga DHL (μS/cm)
Metanol
Mangan (II) nitrat
Kobalt (II) nitrat
Senyawa Kompleks I
Senyawa Kompleks II
1,64
839
425
9,21
6,75
Pada Tabel 2, senyawa kompleks I dan II larut dalam metanol. Kedua
senyawa hasil sintesis juga mempunyai DHL yang mendekati DHL pelarut, maka
dapat disimpulkan bahwa kedua senyawa kompleks tersebut termasuk kompleks
netral.
4. Analisis EDX
Hasil analisis EDX dapat menunjukkan data secara kualitatif dan
kuantitatif. Analisis EDX secara kualitatif menghasilkan spektrum EDX yang
dinyatakan sebagai histogram seperti pada Gambar 7 dan 8 menunjukkan jenis
unsur-unsur yang terkandung dalam senyawa kompleks I dan II.
Gambar 7 Spektrum EDX Senyawa Kompleks I
Gambar 8 Spektrum EDX Senyawa Kompleks II
7
Secara kualitatif, spektrum pada Gambar 6 menunjukkan beberapa puncak
yang menggambarkan komposisi atom-atom penyusun senyawa kompleks yaitu
atom C, N, O, dan Mn sedangkan spektrum pada Gambar 7 menunjukkan adanya
atom-atom penyusun senyawa kompleks adalah atom C, N, O, dan Co. Secara
kuantitatif, komposisi atom-atom penyusun senyawa kompleks diperlihatkan pada
Tabel 3 dan 4.
Tabel 3 Komposisi Atom-Atom Penyusun Senyawa Kompleks I
Unsur Persentase Massa (%Wt) Persentase Atom (%At)
Teoritis EDX Teoritis EDX
C 62,49 64,34 66,67 68,35
N 26,52 25,94 24,24 23,80
O 7,57 7,69 6,06 5,79
Mn 13,00 12,67 3,03 2,95
Tabel 4 Komposisi Atom-Atom Penyusun Senyawa Kompleks II
Unsur Persentase Massa (%Wt) Persentase Atom (%At)
Teoritis EDX Teoritis EDX
C 54,89 53,76 66,67 65,12
N 23,28 25,82 24,24 23,54
O 6,65 6,79 6,06 5,97
Co 12,45 11,98 3,03 2,98
5. Analisis IR
Spektrum IR dari senyawa kompleks I dan II berturut-turut dapat dilihat
pada Gambar 9 dan 10. Bilangan gelombang pada kompleks hasil sintesis
termasuk dalam rentang yang dimiliki ligan oksina dan anion dca. Bilangan
gelombang pada kompleks hasil sintesis dapat dilihat pada Tabel 5.
Gambar 9 Spektrum IR Ligan dari Senyawa Kompleks I
8
Gambar 10 Spektrum IR Ligan dari Senyawa Kompleks II
Tabel 5 Bilangan Gelombang Gugus Fungsi pada Spektrum IR Senyawa Kompleks I dan
II
Gugus
Fungsi
Bilangan Gelombang
(cm-1
)
Secara
Teori
Oksina Dca Senyawa Kompleks I Senyawa kompleks II
C - O 1300-1050 1207,44 1232,43 1172,72
C N 2260-2100 2218,14 2170,70 2156,42
O - H 3600-3000 3122,75 3407,98 3383,14
Berdasarkan pada Tabel 5, hasil analisis IR menunjukkan bahwa dalam
kompleks terdapat kedua ligan. Gugus O-H pada senyawa kompleks I dan II
terdapat pada daerah berturut-turut 3407,98 cm-1
dan 3383,14 cm-1
. Gugus fungsi
C-O pada senyawa kompleks I dan II terdapat puncak pada daerah berturut-turut
1232,43 cm-1
dan 1172,72 cm-1
. Gugus fungsi C N yang dimiliki anion dca pada
senyawa kompleks I dan II muncul puncak pada daerah berturut-turut 2170,7 cm-1
dan 2156,42 cm-1
.
Pembahasan
Sintesis senyawa kompleks I dan II dengan campuran ligan oksina dan dca-
pada perbandingan stoikiometri sebesar 1 : 2 : 2 berturut-turut menghasilkan
kristal berbentuk prisma dan balok yang keduanya berwarna hitam. Berdasarkan
data EDX dapat diprediksi struktur dan rumus empiris senyawa kompleks melalui
perbandingan komposisi atom-atom penyusunnya. Rumus empiris dari analisis
EDX pada senyawa kompleks I dan II berturut-turut C22H14N8O2Mn dan
C22H14N8O2Co. Prediksi struktur 1 senyawa kompleks I dan II berturut-turut
ditunjukkan pada Gambar 11 dan 12 berdasarkan penelitian dari Anggraini
(2012).
9
Gambar 11 Prediksi Struktur 1 Senyawa Kompleks I
Gambar 12 Prediksi Struktur 1 Senyawa Kompleks II
Prediksi struktur 2 senyawa kompleks I dan II berdasarkan penelitian oleh
Mohamadau dkk (2003). Struktur berturut-turut ditunjukkan pada Gambar 13 dan
14.
Gambar 13 Prediksi Struktur 2 Senyawa Kompleks I
N(7)
O(1)
N(5)
N(3)
O(2)
N(1)
Mn
10
Gambar 14 Prediksi Struktur 2 Senyawa Kompleks II
Ligan oksina memiliki kemiripan struktur dengan quin, sehingga prediksi
struktur yang diplih adalah Gambar 11 dan 12 berdasarkan penelitian dari
Anggraini (2012). Struktur senyawa kompleks yang dibuat dilakukan pendekatan
komputasi menggunakan Software HyperChem 8.03. Hasil perhitungannya
Software HyperChem 8.03 didapatkan besar energi bebas senyawa kompleks I dan
II. Suatu senyawa kompleks lebih stabil jika energi bebas yang dihasilkan makin
negatif. Energi bebas prediksi struktruk senyawa kompleks I dan II dapat dilihat
pada Tabel 7.
Tabel 7 Energi Bebas Prediksi Struktur Senyawa Kompleks I dan II
Senyawa Kompleks Harga ∆G (kj/mol)
Senyawa Kompleks I
Senyawa kompleks II
- 67229,262
- 68207,261
Hasil perhitungan energi bebas Tabel 7. senyawa kompleks II mempunyai
energi bebas lebih besar dari senyawa kompleks I. Reaksi pada senyawa kompleks
II lebih mudah berlangsung dibandingkan senyawa kompleks I.
Selain menghitung energi bebas, Software HyperChem 8.03 dapat
digunakan untuk mengetahui panjang ikatan dan sudut ikatan dari senyawa
kompleks I dan II. Data panjang dan sudut ikatan senyawa kompleks I dan II
ditunjukkan pada Tabel 8.
Tabel 8 Panjang Ikatan dan Sudut Ikatan Senyawa Kompleks I dan II
Parameter Senyawa Kompleks I Parameter SenySe Senyawa Kompleks II Seny
Panjang
Ikatan
Mn-N(1)
Mn-N(4)
Mn-N(5)
Mn-N(6)
Mn-O(1)
Mn-O(2)
2,241ºA
2,246 ºA
2,529 ºA
2,242 ºA
1,934 ºA
1,454 ºA
Panjang
Ikatan
Co-N(1)
Co-N(4)
Co-N(5)
Co-N(6)
Co-O(1)
Co-O(2)
1,901ºA
1,913ºA
1,915ºA
1,910ºA
1,889ºA
1,896ºA
N(5)
O(1)
N(7)
N(1)
O(2)
Co
N(3)
11
Sudut Ikatan
N(4)-Mn-N(6)
N(5)-Mn-N(1)
81,010°
74,389º
Sudut Ikatan
N(4)-Co-N(6)
N(5)-Co-N(1)
99,038°
82,155º
Berdasarkan Tabel 8. senyawa kompleks I memiliki panjang ikatan pada
Mn-N(1) lebih besar dibandingkan panjang ikatan Co-N(1), sebaliknya sudut
ikatan pada Mn-N(1) lebih kecil dibandingkan sudut ikatan Co-N(1). Hal ini
sesuai dengan jari-jari ion Mn2+
lebih besar dari Co2+
, sedangkan makin besar
panjang ikatan maka sudut ikatan makin kecil. Panjang ikatan Mn-N(5) lebih
besar dibandingkan panjang ikatan Mn-N(6) sedangkan sudut ikatan pada N(5)-
Mn-N(1) lebih kecil daripada sudut ikatan N(4)-Mn-N(6), begitu pula pada
senyawa kompleks II. Panjang ikatan yang dimiliki senyawa kompleks I dan II
dibandingkan dengan panjang ikatan penelitian Anggraini (2012) dapat dilihat
pada Tabel 9.
Tabel 9 Panjang Ikatan dan Sudut Ikatan Senyawa Kompleks Mn(C9H7N)2[N(CN)2]2
Parameter Mn(quin)2(dca)2
Panjang Ikatan
Mn-N(1) 2,230°A
Mn-N(4) 2,354°A
Sumber: Anggraini (2012)
Panjang ikatan pada senyawa kompleks hasil sintesis dibandingkan
dengan penelitian sebelumnya yaitu [Mn(C9H7N)2(N(CN)2)2] dan
[Co(C9H7N)2(N(CN)2)2] (Anggraini, 2012). Struktur [Mn(C9H7N)2(N(CN)2)2] dan
[Co(C9H7N)2(N(CN)2)2] dicantumkan berturut-turut pada Gambar 1.4 dan 1.5
untuk mendukung prediksi struktur senyawa kompleks I dan II. Panjang ikatan
senyawa kompleks I yaitu Mn-N(5) pada oksina lebih besar daripada panjang
ikatan Mn-N(6) pada dca-, sesuai dengan panjang ikatan Mn-N(4) pada quin lebih
besar daripada panjang ikatan Mn-N(1) pada dca- oleh Anggraini (2012). Panjang
ikatan pada oksina lebih besar daripada dca-, hal ini sesuai dengan panjang ikatan
pada quin yang lebih besar dari panjang ikatan dca-. Berdasarkan Anggraini
(2012) dipilih prediksi struktur dapat dilihat berturut-turut pada Gambar 11 dan
12.
Berdasarkan analisis IR menunjukkan bahwa dua ligan yaitu oksina dan
dca- terdapat dalam senyawa kompleks hasil sintesis. Berdasarkan pada Tabel 3.6
gugus fungsi O-H pada oksina yaitu 3122,75 cm-1
, sedangkan senyawa kompleks
I dan II terdapat puncak pada daerah berturut-turut 3407,98 cm-1
dan 3383,14
cm-1
. Gugus fungsi C-O pada oksina 1207,44 cm-1
, pada senyawa kompleks I dan
II terdapat puncak berturut-turut 1232,43 cm-1
dan 1172,72 cm-1
. Oksina terdapat
pada senyawa kompleks I dan II, hal ini dibuktikan nilai bilangan gelombang
gugus O-H dan C-O senyawa kompleks I dan II bergeser dibandingkan ligan
oksina. Dca- pada spektrum IR diamati dengan gugus fungsi C N yaitu 2218,14
cm-1
. Senyawa kompleks I dan II berturut-turut pada daerah 2170,7 cm-1
dan
2156,42 cm-1
, pada kedua senyawa kompleks nilainya bergeser menunjukkan
12
bahwa terdapat dca- dalam kompleks tersebut. Hasil analisis IR menunjukkan
bahwa kedua kompleks terdapat kedua ligan yang ditunjukkan dengan gugus
fungsi O-H dan C-O yang mengindikasikan ligan oksina, sedangkan gugus C N
mengidentikasikan dca-.
Kesimpulan
Senyawa kompleks I dapat disintesis dari Mn(NO3)2 dengan campuran
ligan oksina dan dca- menggunakan pelarut metanol pada perbandingan
stoikiometri sebesar 1 : 2 : 2 menghasilkan kristal prisma berwarna hitam.
Senyawa kompleks II berhasil disintesis dari Co(NO3)2 berhasil disintesis dengan
campuran ligan, pelarut dan perbandingan yang sama dengan senyawa kompleks I
menghasilkan kristal balok berwarna hitam. Kedua senyawa kompleks tersebut
memiliki titik lebur lebih dari 300°C dan merupakan kompleks netral, hasil
analisis EDX diperoleh perbandingan atom Mn : O yaitu 1 : 8 sedangkan rasio
atom Co : N adalah 1 : 8. Berdasarkan data karakterisasi diperoleh rumus molekul
dari senyawa kompleks I dan II berturut-turut [Mn(C9H7NO)2(N(CN)2)2] dan
[Co(C9H7NO)2(N(CN)2)2]. Analisis IR menunjukkan puncak-puncak khas dari
ligan oksina (gugus fungsi O-H dan C-O) dan dca- (gugus fungsi C N) pada
senyawa kompleks I dan II.
Daftar Rujukan
Anggraini, N. 2012. Sintesis dan Karakterisasi Senyawa Kompleks dari Mn2+
dan
Co2+
dengan Ligan Kuinolina dan Disianamida. Skripsi tidak diterbitkan.
Malang: FMIPA Universitas Negeri Malang.
Nida, S. 2007. Sintesis, Karakterisasi, Penentuan Struktur dengan Difraksi Sinar-
X Kristal Tunggal Senyawa Kompleks dari Garam Mn(NO3)2.4H2O dengan
Ligan 8-Hidroksikuinolina. Skripsi Tidak Diterbitkan. Malang. FMIPA
Universitas Negeri Malang.
Mohamadau, A., Van Alvada, G.A., Kooijman, H., Weiczorek, B., Spek, A.L. &
Reedijk, J. 2003. The Binding Mode of the Ambidentate Ligands
Dicyanamide to transition Metal Ions can be Tuned by Bisimidazoline
Ligands with H-bonding Donor Property at the Rare Side of the Ligand.
New. J. Chem. 27: 983-988.