BAB
2
KAJIAN
PUSTAKA
A.
Material
Organik
Di alam banyak terdapat material-
material yang dapat difungsikan sebagai bahan yang lebih berguna dari
sebelumnya. Seperti halnya material organik yang merupakan material yang
berasal dari alam seperti hewan dan tumbuhan berkaitan dengan organisme
(makhluk hidup). Hasil penelitian pada abad ke-18 menyimpulkan bahwa ada perbedaan
yang nyata antara senyawa organik dan anorganik yaitu senyawa organik lebih
rumit strukturnya dan membentuk rantai karbon. Seorang ilmuan dari swedia
bernama Berzellius (1815) menyatakan bahwa pembentukan senyawa organik
mengikuti hukum-hukum kimia yang berbeda dengan yang berlaku dalam pembentukan
senyawa anorganik. Hal ini memberikan pengertian bahwa senyawa organik hanya
dapat terjadi bila ada pengaruh dari daya yang dimiliki oleh makhluk hidup
(teori vis vitalis) dan senyawa organik
tidak bisa dibuat melalui experiment di laboraturium. Pada tahun 1828
seorang ilmuan jerman Friedrich Wohler berhasil membuat ammonium sianat menjadi
urea di laboratorium. Telah diketahui bahwa ammonium sianat merupakan senyawa
anorganik sedangkan urea adalah senyawa organik. Hal ini membuktikan bahwa
senyawa organik dapat dibuat dalam laboraturim. Kebenaran ini diperkuat dengan
adanya pandangan Kolbe (1845) dalam sintesis asam asetat dan unsur-unsurnya,
serta sintesis metana oleh Berthelot (1846) (Drs. Parlan, Msi dan Drs. Wahjudi,
3-4. 2005)
Dari kajian terhadap sejumlah besar
senyawa organik mengandung unsur carbon dengan unsur tambahan yang biasanya
menyertai bahan ini adalah nitrogen, oksigen, sulfur,halogen dan fosfor.
Senyawa organik memiliki sifat ketika terkena pengaruh panas akan
terdekomposisi, memiliki titik leleh rendah, senyawa organik tidak kental dan
tidak berwarna (seperti etanol, karbon tetraklorinida), terdapat juga yang
kental dan tidak menguap ( seperti gliserol). Titik didih zat cair yang titik
didihnya tinggi bila didistilasi pada tekanan atmosfer dapat mengalami
dekomposisi parsial atau menyeluruh. Oleh karena itu zat-zat tersebut harus
didistilasi pada tekanan rendah (1-10 mmHg). Sebagian senyawa organik tidak
dapat larut dalam air tetapi larut dalam pelarut- pelarut organik (alkohol,
eter, aseton, dan sebagainya) dan reaksinya cenderung lambat. Senyawa organik
dapat dklasifikasikan dengan beberapa cara misalnya atas dasar struktur atom
karbonnya seperti ikatan tunggal, rangkap dan tripel.
Kebanyakan dari bahan organik ini bersifat
isolator, tetapi baru-baru ini bahan organik digunakan sebagai bahan konduktor,
ferroelektrik dan semikonduktor dalam aplikasi elektronik (Anne arkenbout,
2010). Aplikasi material elektronik yang menggunakan bahan organik seperti yang
diaplikasikan pada fleksibel display dan OLED (Organik Light Emitting Diodes)
(Anna arkenbout, 2010). Material organik ini lebih banyak di dominasi oleh
unsur karbon yang terhubung oleh ikatan kovalen. Ikatan kovalen adalah ikatan
yang selalu melibatkan elektron yang berpasangan (dengan spin yang berlawanan)
yang mengakibatkan hanya sedikit elemen yang mempunyai elektron yang seimbang
untuk mencapai momen magnetik total. Elemen yang masuk dalam kategori ini
adalah elemen-elemen transisi yang kulit-kulit subvalensinya tidak terisi
seperti besi, kobalt dan nikel merupakan elemen yang paling dikenal.
Ikatan atom karbon dapat terdiri dari
satu, ganda, dan tripel ikatan. Ikatan kovalen terbentuk diantara dua atom yang
sama-sama ingin menangkap elektron (sesama atom bukan logam).
CH3-C≡CH3 Ikatan
Triple
CH3-CH=CH2 Ikatan
rangkap
CH3- CH2C-CH3 Ikatan Tunggal
Bahan-bahan organik dapat dibagi menjadi dua kelompok: molekul-molekul kecil dan polimer.
Polimer adalah rantai yang sangat panjang satuan berulang dari molekul organik kovalen terikat (monomer)
yang membentuk struktur yang teratur. Pada penelitian ini akan membahas tentang
kelompok yang satunya yaitu molekul-molekul kecil seperti atom yang membentuk
kristal. Dalam kristal molekul tersusun dengan baik dengan interaksi vander
waals atau ikatan hydrogen.
Material
organik ini memiliki keuntungan pengolahan yang mudah, biaya yang rendah, dan
mempunyai fleksibelitas serta tidak perlu menggunakan peralatan berteknologi
tinggi untuk mengolahnya.
B.
Material Anorganik
Selain material organik terdapat
juga material anorganik yang merupakan semua yang tidak mengandung rantai
karbon. Material ini banyak digunakan untuk aplikasi seperti besi, dan baja
untuk kontruksi bangunan dan silikon untuk bahan elektronika. Material
Anorganik ini cenderung memiliki ketahanan yang kuat dan bahan rumah tangga
yang tahan lama . Material ini tidak larut dan memiliki temperature leleh yang
tinggi (Anne Arkenbout,2010). Oleh karena itu bahan anorganik yang digunakan untuk
aplikasi elektronik didasarkan pada evaporasi formal dan litografi yaitu
membutuhkan peralatan berteknologi tinggi. Untuk transportasi listrik dalam perangkat elektronik
biasanya menggunakan logam seperti tembaga, aluminium dan emas. Pada material
anorganik ini banyak ditemukan interaksi van der waals, ionik, kovalen atau
logam. Komponen anorganik dalam penelitian ini menggunakan interaksi ionik.
Ikatan ionik ini terjadi ketika ion logam transisi (muatannya positif) dan
halogen ( muatannya negative) saling tarik-menarik membentuk kisi-kisi di bawah
temperature leleh.
Semua
material anorganik memiliki sifat magnetik tetapi tidak semua semua jenis
magnet dapat digunakan untuk aplikasi elektronik. Dalam aplikasi elektronik
bahan magnetik digunakan untuk mengirim atau menyimpan data serta transpormasi
daya (Anna Ankerbout, 2010). Jenis magnet yang cocok dengan aplikasi ini adalah
bahan yang bersifat ferromagnetik. Bahan ferromagnetik adalah gejala terjadinya
perubahan polarisasi listrik secara spontanpada material tanpa gangguan medan
listrik luar. Bahan ferromagnetik merupakan kelompok material dielektrik yang
dicirikan dengan kemampuan untuk membentuk kurva histerisis yaitu kurva yang
menghubungkan antara medan listrik dan polarisasi. Contoh
bahan ferromagnetik adalah besi, nikel , kobalt dll.
Pada bahan ferromagnetism terdapat dua hal
penting yang harus terpenuhi yaitu, adanya dipole magnetik dan interaksi yang
dapat menyeimbangkan momen dipole dari bahan tersebut. Dapat diambil contoh
unsur logam transisi dengan subkulid- d pada ion netral. Orbital terluar dari
subkulid d dipengaruhi oleh bidang kristal sehingga pergerakan dibatasi yang
menyebabkan ikatan tidak stabil. Dalam kenyataanya momen magnetik dari ion
logam transisi bergantung pada kulit d yang berpasangan. Hal ini dapat
dijelaskan bahwa jumlah elektron dalm kulit-d dari logam transisi adalah sama
dengan jumlah golongan dikurangi dengan bilangan oksidasi dari ion logam.
Misalnya Mn termasuk dalm golongan 7, dalam hibrida Mn memiliki ion 2+ sehingga
menjadi Mn2+. Dengan demikian jumlah electron di kulit-d 7-2= 5.
Seperti terlihat pada gambar 2.2 dibawah
ini.
Gambar 2.1 menjelaskan kelima elektron
menempati orbitalnya sesuai dengan aturan hund. Masing-masing orbital diisi
dengan satu orbital. Dalam kristal masing-masing logam transisi dikelilingi
oleh anion yang disebut ligan. Ligan ini mempengaruhi energy dari orbital d,
sehingga sebagian terdegenerasi dan sebagian menghilang.
Material anorganik sudah sering
diteliti sebelumnya dengan menggunakan berbagai metode, seperti metode
kopresipitasi, presipitasi, sonokimia, spin coating.
C.
Material
Organik-anorganik hybrid
Material organik-anorganik hybrid
merupakan menggabungkan ketahanan bahan anorganik dengan proses organik, dengan
menggabungkan unsur organik dan anorganik pada skala molekul (Anne Arkenbout, 2010). Unsur organik dan
anorganik masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan seperti yang dijelaskan
pada uraian di atas. Maka dari itu pada penelitian ini mencoba untuk
menggabungkan yang terbaik dari kedua material organik dan anorganik serta
mengekplorasi kemungkinan organik-anorganik hybrid untuk aplikasi elektronik
dengan menggabungkan antara sifat ferromagnetism dan semikonduktor. Bahan ini
nantinya akan menjadi multiferoik yang merupakan gabungan dari dua bahan yang
berbeda sifatnya dan memiliki fungsi ganda sebagai menyimpan dan memproses data
yang kuat (Afrida Nur Afifa, 2008).
Gambar 2.2 Tabel periodik,semua material di dominasi oleh
material anorganik. Dan material yang mengandung rantai karbon adalah material
organik seperti yang ada dalam lingkaran hitam.
D. Klasifikasi material
organik anorganik hibrid
Material
organik-anorganik ini diklasifikasikan berdasarkan konektivitas komponen
organik dan anorganik dalam bahan kristal hybrid. Hanya terdapat ikatan kovalen
dan ion, untuk jenis ikatan lainnya tidak termasuk seperti ikatan hydrogen dan
van de waals. Klasifikasi ini dapat dilihat pada table 2.1 di bawah ini. In
dimensi dari material anorganik.
Table 2.3
klasifikasi dari Kristal material organik dan anorganik oleh Cheetham et al.
Dan klasifikasi dasar dari hubungan
dimensi anorganik In serta hubungan dimensi logam-organik-logam
diadaptasi dari Cheetham et al.
Ketika material
memiliki kelompok I2, berarti kelompok ini memiliki hubungan 2
dimensi yang akan membentuk lembaran yang teratur. On menunjukkan
hubungan logam-organik-logam, seperti kelompok O3 dimana logam
terikat dengan logam lain melalui molekul organik dalam tiga dimensi. Kelas I0O0
, I0O1 dan
I0O2 . Seperti yang akan dijelaskan pada gambar 2. 2 di
bawah ini.
Gambar 2.4 kotak
hitam menunjukkan komponen anorganik dan lingkaran komponen organik yang
dihubungkan dengan garis yang menunjukkan interaksi ionik atau kovalen.
Subklas I0On
(n ≥ 1) biasanya
disebut dengan polimer koordinasi, karena terdiri dari
logam-organik-logam-organik dalam satu garis lurus. Berbeda dengan polimer
konvensional yang membentuk bahan kristal. Selain itu polimer koordinasi
memiliki perbedaan dengan konvensional pada konektivitasnya yaitu polimer
tradisional memiliki dimensi 1, sedangkan untuk polimer koordinasi bisa
membentuk 1, 2, dan 3 dimensi. Hal ini tergantung dari ukuran komponen organic
pada material anorganik yang dapat
direfleksikan pada material hybrid.
Pada material I1-3O0
adalah kelas material organik anorganik hybrid yang berhubungan dengan
material anorganik untuk interaksi magnetik yang kuat. Walaupun begitu material
terbaik yang memberikan tingkat magnetik dengan temperature tinggi.
E. Magnetik pada material organik anorganik hybrid I1-3O0
Pada
materialorganik anorganik hybrid I1-3O0 interaksi ion magnetik antara ion yang satu dengan yang lainnya saling
berdekatan. Interaksi magnetik yang kuat yang memungkinkan material
tersebut sebagai aplikasi elektronik. Hal ini dipengaruhi secara langsung oleh
perubahan interaksi seperti pada karboksilat sulfonat, fosfonat nitro, dan
material anorganik, dikarenakan jarak yang dekat antara pusat logam.
1. Interkalasi
Interkalasi
ini terdiri dari lembaran material anorganik, dan material organik yang
bergerak menyusup diantara tangga. Penambahan material organik ini akan
membentuk organik anorganik hybrid, seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.5
dibawah
Gambar 2.5 skema dari proses interkalasi. Kotak hitam merupakan
material anorganik dan lingkaran merupakan komponen organik.
Interkalasi yang
terjadi pada material magnetik yaitu pada senyawa dengan bahan dasar
phosphorous trichalcochenides (MPS3) (dengan M = logam transisi)
yang berinterkalasi dengan (P2S6)4-.
2. Jembatan oksigen
Jembatan oksigen material hybrid
pada magnetik logam transisi dihubungkan oleh grup fosfonat, karboksilat, nitro
atau sulfonat seperti pada gambar 2.6
dibawah ini,
Gambar 2.6 bermacam-macam grup dari ligan yang digunakan
untuk jembatan oksigen material organik anorganik hybrid.
Pada ion logam
dikelilingi oleh octahedron dari atom hydrogen.masing-masing atom oksigen
berpasangan dengan atom oksigen lainnya, sebagian octahedron yang berbeda
adalah atom N, S, C atau P. Atom N, S, C atau P dihubungkan dengan dengan grup
R yang terdiri atas atom setengah penuh dari atom hydrogen menuju molekul
organik yang lebih besar, seperti rantai alkil atau cincin benzene. Pada gambar
2.4 adalah anorganik hybrid yang membentuk 2 dimensi yang tersusun teratur.
3.
Jembatan
halida
Jembatan halida organik anorganik
hybrid terdiri dari array anorganik ion logam yang dihubungkan melalui atom
hydrogen tunggal. Komponen anorganik dapat membentuk bermcam-macam struktur dan
dimensi, seperti struktur perovskite pada gambar 2.7 dibawah
Gambar 2.7 O0I2 jembatan halogen
anorganik hybrid yang berbentuk perovskite 2 dimensi.
Ion logam merupakan koordinat oktahedral dengan atom halogen
yang terhubung pada ujung-ujungnya membentuk lembaran perovskite. Struktur
perovskite memiliki 2 bentuk formula dengan muatan ion positif RNH3+
sebagai material anorganik. R dapat merubah dari atom hydrogen menjadi molekul
organik yang lebih besar, seperti rantai phenylethil atau alkana sampai n = 14.
Penelitian tentang material organik
anorganik hybrid sudah pernah pernah di teliti sebelumnya yang diaplikasikan
sebagai PABX telephone dan system intercom yang menoba membuat rangkaian untuk
mengimplementasikan baterai feed (B), supervision (S), dan Hybrid (H) dengan hybrid sebagai
film tebal (Elli Herlia Effendi, 1995), sebagai hybrid lapisan sirkuit dari pengaruh luar dan pengaruh buruknya
lingkungan dengan bentuk film tebal (Elli Herlia E, Lia Muliani, 1996). Selain
film tebal hybrid juga sudah
diaplikasikan pada film hybrid untuk
pembuatan rangkaian gelombang mikro (Gandi Sugandi, Elli Herlia E, Lia Muliani,
1995) dan juga material organic-
inorganic hybrid dalam bentuk nano (
Yushiki Chujo, 2007).
Material organik anorganik hybrid CuCl4
(C6H5CH2CH2NH3)2
sudah pernah diteliti sebelumnya oleh Anne Arkenbout yaitu MX3+1 (Y-NH3) 1+ x
di mana M adalah ion magnetik transisi-
logam divalen, X adalah ion halida dan Y adalah molekul (terkonjugasi) kecil
organik yang
didasarkan pada unsur Fe,
Co, Ni merupakan logam transisi yang mengkrital dalam tiga struktur yang
berbeda.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar