SINTESIS NANODOTS

Lida Maulida (1211703021)

1

Jurusan FisikaFakultas Sains dan Tekhnologi

Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung,Indonesia

2013

1Lida Maulida, lidamaulida23.blogspot.com: maulidalida23@gmail.com

Laporan Praktikum Experimen Fisika II

Abstract

Carbon Nanodots is the development of nano technology that utilizes existing mate-rials to be re-created so that the quality is better, mixing the composition of chemicalsand this certainly is a major factor in determining the type of mass memvariasikamaterial.Dengan urea compound and citric acid in manufacture of carbon nanodots.Pedaran obtained when the green color of the solution has been through the process ofcombustion and gets irradiation of UV light. For bioimaging analysis was performed onthe biological sample is a plant mung bean sprouts. Mung bean sprouts can be grownin water containing carbon nanodots. Successful composition ratio is 0.6 g urea and0.2 g of citric acid. pedaran because it has more intensity than the other compositions.Keyword: Urea, Citric Acid, mung bean sprouts, Carbon nanodots

Abstrak

Karbon Nanodots merupakan perkembangan dari teknologi nano yan memanfaatkanmaterial-material yang ada untuk bisa kembali dibuat agar kualitasnya lebih baik,pencampuran komposisi bahan-bahan kimia dan dapat dipastikan ini merupakan faktorutama dalam menentukan jenis material.Dengan memvariasika massa senyawa urea danasam sitrat dalam pembuatan karbon nanodots. Didapatkan pedaran warna hijau saatlarutan tersebut telah melalu proses pembakaran dan mendapat penyinaran dari sinarUV. Analisis untuk bioimaging ini dilakukan pada sampel biologis yaitu tumbuhanberupa kecambah kacang hijau. Kecambah kacang hijau ini dapat tumbuh pada airyang mengandung karbon nanodots. Komposisi perbandingan yang berhasil adalah 0.6gr urea dan 0.2 gr asam sitrat. karena memiliki intensitas pedaran yang lebih banyakdibandingkan komposisi yang lainnya.Kata Kunci:Urea, Asam sitrat, Kecambah kacang hijau, Karbon nanodots

2

1 Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Nano materials adalah langkah baru dalam perkembangan pemahaman dan pemanfaatanbahan. Dalam perkembangan ilmu pengetahuan sains langkah ini dimulai dengan pencampu-ran komposisi bahan-bahan kimia dan dapat dipastikan ini merupakan faktor utama dalammenentukan jenis material. Selanjutnya kita dapat menentukan bahwa pembuatan bahanini dan setelah langkah-langkah fabrikasi dapat mempengaruhi . Juga zat-zat aditif kecilterbukti dapat juga memodifikasi bahan material yang lain. Akhirnya dengan ditemukan-nya nanoteknologi, kita dapat membuat partikel kecil untuk memperluas kemampuan kitadalam membuat dan memodifikasi sebuah bahan. Nanoteknologi serta evolusi sebagai revo-lusioner di alam ini. Telah banyak diaplikasikan dimana bahan yang sama secara bertahapditingkatkan kualitasnya dengan menggunakan nanoteknologi.Selanjutnya untuk menentukan bahan pembuatan material tersebut dan sebelum prosespembuatan bahan tersebut kita harus mengetahui unsur-unsur atau zat-zat apa saja yangterkandung didalamnya. Juga kandungan terkecil apa saja yang dapat kita ubah atau gantidengan unsur-unsur yang lain.Dalam beberapa tahun terakhir ini, berbagai bentuk nanomaterial mempunya banyak macamjenisnya, terutama pada nanomaterial berbasis karbon: karbon nanotube, nanodiamonds,fullerenes, dan nanomaterial karbon lainnya yang sudah berkembang pesat tidak hanya un-tuk kepentingan penelitian saja tetapi juga sebagai aplikasi teknologi.Salah satu topik yang menarik yaitu munculnya nanopartikel karbon yang berpendar (FC-NPs) dikarenakan memiliki potensi besar dalam bidang nanobioteknologi dan nanokatalis.Dibandingkan dengan semikonduktor inorganik kuantum dots, FCNPs memiliki sifat yangbaik seperti dapat dimodifikasi dengan mudah, memiliki toksisitas yang rendah dan poto-stabilitas yang tinggi terhadap photobleacing [1,3] Secara khusus, memiliki pendaran yangcerah (peningkatan pendaran hasil kuantum) diamati setelah pasivasi oleh ikatan kovalendari kelompok organik.[3].Metode sintesis karbon nanodots diklasifikasikan kedalam dua bagian utama yaitu metodetop-down dan bottom-up. Pada pendekatan metode top-down sendiri dibagi lagi menjadibeberapa metode yaitu metode pelepasan muatan, metode ablasi laser dan metode oksidasielektrokimia. Sedangkan pada pendekatan bottom-up dibagi menjadi beberapa metode lagidiantaranya metode pembakaran atau pemanasan, metode sintesis pendukung dan metodemicrowave pirolisis.Peoses sintesis karbon nanodots menggunakan metode microwave memiliki keunggulan yaitudapat disintesis dari bahan prekursor yang sederhana atau simpel (dapat disintesis daricampuran urea dan asam sitrat), proses sintesisnys lebih cepat, daya yang diperlukan cukuprendah hanya sekitar 500 Watt untuk menghidupkan microwave rumah dan ukuran partikelkarbon nanodots yang dihasilkan pun berukuran nano kira-kira antara 2,75 sampai 0,45 nmdan 3,65 sampai 0,6 nm[4,5]

3

1.2 Perumusan masalah

Rumusan Masalah pada laporan ini adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana menSintesis karbon nanodots menggunakan microwave.

2. Bagaimana pedaran warna yang dihasilkan.

1.3 Pembatasan masalah

Batasan masalah pada laporan ini adalah sebagai berikut :

1. Mendeteksi sintesis karbon nanodots menggunakan microwave.

2. Memprediksi pedaran warna yang dihasilkan.

4

2 Tinjauan Pustaka

2.1 Karbon Nanodots

Karbon atau zat arang merupakan unsur kimia yang mempunyai simbol C dan nomor atom6 pada tabel periodik. Sebagai unsur golongan 14 pada tabel periodik, karbon merupakanunsur non-logam dan bervalensi 4 (tetravalen), yang berarti bahwa terdapat empat elek-tron yang dapat digunakan untuk membentuk ikatan kovalen. Terdapat tiga macam isotopkarbon yang ditemukan secara alami, yakni 12C dan 13C yang stabil, dan 14C yang bersifatradioaktif dengan waktu paruh peluruhannya sekitar 5730 tahun. Karbon merupakan salahsatu dari di antara beberapa unsur yang diketahui keberadaannya sejak zaman kuno. Istilah”karbon” berasal dari bahasa Latin carbo, yang berarti batu bara.Karbon memiliki beberapa jenis alotrop, yang paling terkenal adalah grafit, intan, dan kar-bon amorf.Sifat-sifat fisika karbon bervariasi bergantung pada jenis alotropnya. Sebagaicontohnya, intan berwarna transparan, manakala grafit berwarna hitam dan kusam. In-tan merupakan salah satu materi terkeras di dunia, manakala grafit cukup lunak untukmeninggalkan bekasnya pada kertas. Intan memiliki konduktivitas listik yang sangat ren-dah, sedangkan grafit adalah konduktor listrik yang sangat baik. Di bawah kondisi normal,intan memiliki konduktivitas termal yang tertinggi di antara materi-materi lain yang dike-tahui. Semua alotrop karbon berbentuk padat dalam kondisi normal, tetapi grafit meru-pakan alotrop yang paling stabil secara termodinamik di antara alotrop-alotrop lainnya.Semua alotrop karbon sangat stabil dan memerlukan suhu yang sangat tinggi untuk bereaksi,bahkan dengan oksigen. Keadaan oksidasi karbon yang paling umumnya ditemukan adalah+4, manakala +2 dijumpai pada karbon monoksida dan senyawa kompleks logam transisilainnya. Sumber karbon anorganik terbesar terdapat pada batu kapur, dolomit, dan karbondioksida, sedangkan sumber organik terdapat pada batu bara, tanah gambut, minyak bumi,dan klatrat metana. Karbon dapat membentuk lebih banyak senyawa daripada unsur-unsurlainnya, dengan hampir 10 juta senyawa organik murni yang telah dideskripsikan sampaisekarang.Karbon adalah unsur paling berlimpah ke-15 di kerak Bumi dan ke-4 di alam semesta.Karbon terdapat pada semua jenis makhluk hidup, dan pada manusia, karbon merupakanunsur paling berlimpah kedua (sekitar 18,5%) setelah oksigen. Keberlimpahan karbonini, bersamaan dengan keanekaragaman senyawa organik dan kemampuannya membentukpolimer membuat karbon sebagai unsur dasar kimiawi kehidupan. Unsur ini adalah unsuryang paling stabil di antara unsur-unsur yang lain, sehingga dijadikan patokan dalam men-gukur satuan massa atom.Nanodots Carbon telah berhasil menjadi sebuah trobosan baru dalam teknologi material halini disebabkan karena keunggulan mereka dalam sifat kelarutan air, inertness kimia, toksisi-tas rendah, kemudahan fungsionalisasi dan ketahanan terhadap photobleaching. Dalamulasan ini, dengan memperkenalkan sintesis dan foto dan elektron-sifat (C-dot).

2.2 Urea

Sekitar 90% urea industri digunakan sebagai pupuk kimia. Urea dalam bentuk butiran curah(prill) digunakan dalam pertanian sebagai pupuk kimia pemasok unsur nitrogen. Di tanah,urea akan terhidrolisis dan melepaskan ion amonium. Kandungan N pada urea adalah 46%,tetapi yang tergunakan oleh tanaman biasanya separuhnya.Karena penting dalam pembangunan pertanian, pupuk urea seringkali disubsidi oleh pe-merintah suatu negara, termasuk Indonesia. Di pasaran Indonesia, pupuk urea dipasarkandalam dua bentuk: bersubsidi (berwarna merah muda, digunakan untuk bantuan pemban-gunan) dan tidak bersubsidi (berwarna putih, untuk dipasarkan secara komersial).Pupuk urea dihasilkan sebagai produk samping pengolahan gas alam atau pembakaran batubara. Karbon dioksida yang dihasilkan dari kegiatan industri tersebut lalu dicampur denganamonia melalui proses Bosch-Meiser. Dalam suhu rendah, amonia cair dicampur dengan es

5

kering (karbondioksida) menghasilkan amonium karbamat. Selanjutnya, amonium karbamatdicampur dengan air ditambah energi untuk menghasilkan urea dan air.

2.3 Asam Sitrat

Asam sitrat merupakan asam organik lemah yang ditemukan pada daun dan buah tumbuhangenus Citrus (jeruk-jerukan). Senyawa ini merupakan bahan pengawet yang baik dan alami,selain digunakan sebagai penambah rasa masam pada makanan dan minuman ringan. Dalambiokimia, asam sitrat dikenal sebagai senyawa antara dalam siklus asam sitrat yang terjadidi dalam mitokondria, yang penting dalam metabolisme makhluk hidup. Zat ini juga dapatdigunakan sebagai zat pembersih yang ramah lingkungan dan sebagai antioksidan.

Asam sitrat terdapat pada berbagai jenis buah dan sayuran, namun ditemukan padakonsentrasi tinggi, yang dapat mencapai 8% bobot kering, pada jeruk lemon dan limau(misalnya jeruk nipis dan jeruk purut).Rumus kimia asam sitrat adalah C6H8O7 (strukturnya ditunjukkan pada tabel informasi disebelah kanan). Struktur asam ini tercermin pada nama IUPAC-nya, asam 2-hidroksi-1,2,3-propanatrikarboksilat.

2.4 Microwave

Gelombang mikro atau microwave adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi su-per tinggi (Super High Frequency, SHF), yaitu di atas 3 GHz (3x109 Hz).Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, akan muncul efek pemanasan pada bendatersebut. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, makanan menjadi panas danmasak dalam waktu singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam oven microwave.Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada radar. radar digunakan untuk mencari danmenentukan jejak suatu benda dengan gelombang mikro dengan frekuensi sekitar 1010 Hz.

2.5 Kecambah Kacang Hijau

Kecambah atau taoge adalah tumbuhan (sporofit) muda yang baru saja berkembang daritahap embrionik di dalam biji.Tahap perkembangannya disebut perkecambahan dan meru-pakan satu tahap kritis dalam kehidupan tumbuhan. Kecambah biasanya dibagi menjaditiga bagian utama: radikula (akar embrio), hipokotil, dan kotiledon (daun lembaga). Dua ke-las dari tumbuhan berbunga dibedakan dari cacah daun lembaganya: monokotil dan dikotil.Tumbuhan berbiji terbuka lebih bervariasi dalam cacah lembaganya. Kecambah pinus misal-nya dapat memiliki hingga delapan daun lembaga.Beberapa jenis tumbuhan berbunga tidakmemiliki kotiledon, dan disebut akotiledon.

3 Metode Eksperimen

3.1 Alat dan bahan yang digunakan antara lain:

1. 3 buah gelas kimia 250 ml

2. Spatula

3. Gelas Ukur

4. Urea

5. Asam Sitrat

6. Air

7. Neraca Digital

6

8. Microwave

3.2 Prosedur percobaan

1. Mempersiapkan semua alat yang diperlukan dalam keadaan bersih dan steril.

2. Menimbang Asam sitrat dan Urea, dengan variasi massa:

• A. Urea 0.2 gram dengan Asam sitrat 0.6 gram

• B. Urea 0.2 gram dengan Asam sitrat 0.2 gram

• C. Urea 0.6 gram dengan Asam sitrat 0.2 gram

3. Melarutkan bahan tersebut dengan air sebanyak 5 ml.

4. Memanaskan larutan tersebut dalam microwave dengan waktu selama 5menit

5. Amati hasilnya.

4 Diagram Alir

7

5 Pembahasan

5.1 Data Penelitian

Berikut merupakan gambar sebagian dari hasil percobaan yang telah kami lakukan:

8

5.2 Analisis Data

Pada percobaan mengenai sintesis karbon nanodots ini kita menggunakan urea ((NH2)2CO),60 gram/mol) dan asam sitrat (C6H8O7, 192.13 gram/mol), dalam persamaan reaksi kimiamaka kita akan kita dapatkan:

((NH2)2CO) + C6H8O7 +11

2O2 −→ 2NH2(OH) + 7CO2 + 3H2O

Tabel Perbandingan:

Senyawa mol massa (gr)((NH2)2CO) 1 60

(C6H8O7 1 192.13

Pada percobaan kali ini tim kami menggunakan variasi massa dalam komposisi bahannyadengan waktu pemanasan atau pembakaran sama yaitu:

Urea (grm) Asam Asetat (grm) Waktu (menit) Massa Setelah dibakar (grm)0.2 0.6 5 0.180.1 0.1 5 0.010.6 0.2 5 0.34

Seperti pada gambar no.1 yang merupakan pengukuran massa setiap senyawa menggunakanneraca digital. Prekursor dibuat dengan cara melarutkan urea dan asam sitrat denganperbandingan berat antara urea dan asam sitrat seperti tabel di atas. Selama proses pem-anasan didalam microwave prekursor berubah warna, yaitu dari transparan (gambar no.2)menjadi warna kecoklatan (gambar no.4). Ini manandakan terjadinya ikatan kimia dari kar-bon nanodots. Dengan perbandingan komposisi massa seperti yang tercantup didalam tabeldiatas dengan waktu sintesis selama 5 menit didapat pedaran warna hijau seperti tampakpada gambar no.5. Dari ketiga sampel yang kami uji dengan penyinaran sinar UV, Makakomposisi urea dan asam sitrat yang memiliki pedaran wahna hijau paling baik adalah per-bandingan massa 3:1 untuk urea dan asam sitrat.Sementara untuk perbandingan massa 1:1 dan 1:3 untuk urea dan asam sitrat pedaran yangdihasilkan kurang tampak. Pada perbandingan urea dan asam sitrat 1:1 senyawa ini memi-liki puncak-puncak paling tinggi, hal ini menunjukan bahwa urea dan asam sitrat yang larutdapat terbakar dengansempurna, sedangkan pada perbandingan massa urea dan asam sitrat1:3 karbon nanodots terbentuk dari asam sitrat, hal ini dapat dilihat dari jumlah banyaknyamassa asam sitrat yang lebih banyakdan karbon yang terbentuk merupakan nanodots yangterbentuk merupakan karbon padatan grafit. dan untuk perbandingan urea dan asam sitrat3:1 karbon nanodots terbentuk dari urea hal ini sesuaidengan massa urea lebih banyak dariasam sitrat selain itu urea dapat mencegah terbentuknya karbon padatan grafit.Analisis untuk bioimaging ini dilakukan pada sampel biologis yaitu tumbuhan berupa ke-cambah kacang hijau. Kecambah kacang hijau ini dapat tumbuh pada air yang mengandungkarbon nanodots. Karbon nanodots ini tidak membahayakan pertumbuhan kecambah ka-cang hijau, hal ini menunjukan bahwa karbon nanodots rendah toksisitas. Pada kecambahkacang hijau ini menunjukan eksistasi pedaran pada panjang gelombang tertentu ketika disi-nari dengan sinar UV. Pedaran dari kecambah yang dihasilkan sesuai dengan pedaran cairankarbon nanodots seperti ditunjukan pada gambar no.8.Pada pengujian kecambah tersebut, dapat kita ketahui bahwa efek yang dihasilkan darikarbon nanodots tersebut terhadap pertumbuhan kecambah. dari Warna daun, Lebar danpanjang daun, kepadatan batang kecambah dan tinggi dari batang kecambah tersebut da-pat kita lihat di gambar no.12, yang mana tinggi batang kecambah ternyata tidak lebihpanjang dari kecambah yang ditanam dalam medium kapas dan air biasa sedangkan untuk

9

kepadatan batang yang menggunakan larutan karbon nanodots ternyata lebih padat darikecambah yang ditanam dalam medium kapas ukuran lebar daun pun lebih besar untukkecambah yang ditanam dalam medium kapas biasa dan warna daun untuk yan gditanamdalam medium nanodots lebih segar dibandng yang didalam medium kapas.

10

6 Kesimpulan

Pengujian sintesis karbon nanodots menggunakan microwave telah dilakukan, dan ada be-berapa pengujian yang berhasil dan tidak berhasil. pengujian berhasil hanya pada karbonnanodots yang memiliki komposisi urea 0.6 gr dan asam sitrat 0.2 gr atau perbandinganmasa 3:1 untuk urea dan asam sitrat. Karbon nanodots ini berhasil memiliki pedaran sam-pai warna hijau sedangkan yang lain tidak begitu tampak, dan dapat pula kita simpulkanbahwa karbon nanodots ini baik digunakan untuk pupuk tanaman karena bada beberapakelebihan yang dapat ditimbulkan dari karbon nanodots ini.

11

References

[1] Li, Haito, et al. ”Synthesis of Fluorescent Carbon Nanoparticeles Directly from ActiveCarbon Via a One-Step Ultrasonic Treatment. ”Mater. Res. Bulletin 46, vol. 10, No.013(October 2010): 147-151.

[2] Li, Haito, et al. ”One-Step Ultrasonic Synthesis of Water-Soluble Carbon Nanoparticleswith Exellent Photolumenescente Properties. ”Carbon 49, vol. 10, No. 004(October2010): 605-609.

[3] Li, Haito, et al. ”Fluorescent Carbon Nanoparticles: Electrochemical Syntesis and theirpH Sensitive Photoluminescence Properties. ”J.Chem, vol. 35, No. 10(September 2011):2666-2670.

[4] Zhai, Xinyun, et al. ”Highly Luminescent Carbon Nanodots by Microwave-assistedPyrolysis. ”Chem.Commun,vol.48,No.10(June 2012):7955-7957.

[5] N, Sheila, et al. ”Luminescent Carbon Nanodots: Emergent Nanolights.” Angew. Chem.Int.Ed,vol.49,No10 (August 2010):6726-6744.

[6] Hoon Kim, Sang.et al.”Formation of Nanodots and Nanostripes of Car-bon Nitride on Silicon by Plasma and Thermal Treatments.” KoreanJ.Chem.Eng,vol.23,No.2(November 2005):325-328.

12