Kimia Anorganik Kehidupan

Fakta tentang Zeolit

Zeolit merupakan senyawa aluminosilikat terhidrasi yang memiliki kerangka struktur tiga dimensi (3D), mikroporous, dan merupakan padatan kristalin dengan kandungan utama silikon, aluminium, dan oksigen serta mengikat sejumlah tertentu molekul air di dalam porinya.

Penemuan zeolit di dunia dimulai dengan ditemukannya Stilbit pada tahun 1756 oleh seorang ilmuwan bernama A. F. Constedt. Constedt menggambarkan kekhasan mineral ini ketika berada dalam pemanasan terlihat seperti mendidih karena molekulnya kehilangan air dengan sangat cepat. Sesuai dengan sifatnya tersebut maka mineral ini diberi nama zeolit yang berasal dari kata ‘zein’ yang berarti mendidih dan ‘lithos’ yang berarti batuan.

Pada tahun 1784, Barthelemy Faujas de Saint seorang profesor geologi Perancis menemukan sebuah formulasi yang cantik hasil penelitiannya tentang zeolit yang dipublikasikan dalam bukunya “Mineralogie des Volcans”. Akhirnya berkat jasanya, pada tahun 1842 zeolit baru tersebut dinamai Faujasit.

Gambar 1. Faujas de Saint dan Faujasit

Zeolit telah dipelajari oleh para ahli mineral selama lebih dari 250 tahun. Berikut ini diberikan tahun ditemukannya mineral zeolit :

Semenjak awal tahun 1940-an, ilmuwan Union Carbide telah memulai penelitiannya untuk mensintesis zeolit dan mereka berhasil mensintesis zeolit A dan X murni pada tahun 1950, dan setelah itu banyak ditemukan zeolit sintesis jenis baru.

Bila ditinjau dari sisi struktur, zeolit merupakan senyawa aluminosilikat dengan klasifikasi sebagai berikut :

1. [AlO4]- dan [SiO4]- saling berhubungan pada sudut-sudut tetrahedralnya membentuk Al, Si framework 3D yang berpori.
2. Muatan pada framework dinetralkan dengan mengikat kation-kation monovalen atau divalen di dalam porinya.
3. Memiliki kemampuan sebagai penukar kation.
4. Mengikat molekul air di dalam pori-porinya.

Gambar 2. Kerangka Zeolit

Karena sifat unik dari zeolit, maka zeolit banyak digunakan untuk berbagai aplikasi di industri diantaranya zeolit digunakan di industri minyak bumi sebagai ‘cracking’, di industri deterjen sebagai penukar ion, pelunak air sadah dan di industri pemurnian air, serta berbagai aplikasi lain.

Referensi
1. Curracao, Antonio., Understanding Zeolit Framework, Department of chemistry and Biochemistry, University of Bern
2. www.lenntech.com/zeolite-structure
3. Bell, R. G., What Are Zeolite?, United Kingdom, 2001
4. www.kopo.mpg.de/kopo/institut/arbeitsbereiche/scmith/research-e.htm

Air, si Cantik Yang Tersia-sia

Baru-baru ini Indonesia mengalami rentetan bencana yang berkaitan dengan air, mulai dari banjir hingga yang terakhir adalah kekeringan. Sebenarnya istilah bencana kekeringan tidak tepat juga karena kenyataannya negara kepulauan kita dikelilingi oleh air, namun tepat adanya jika kita menyebut krisis air bersih. tentu saja terjadi krisis air terutama di pulau Jawa yang berpenduduk padat dan memiliki lokasi industri demikian banyak oleh karena masih sedikit kepedulian kita terhadap zat yang cantik dan vital tersebut. Bahkan lahan tempat sumber-sumber airpun dijarah atas nama pembangunan sehingga pembangunan berwawasan lingkungan hanya tinggal menjadi istilah yang hebat namun hampa.

Bukan Sembarang Cairan

Kita yang awam mengenal air sebagai kebutuhan paling pokok, bahkan tampaknya lebih pokok daripada kebutuhan primer apapun. siapapun tak akan dapat bertahan tanpa air. sehari-hari kita berinteraksi dengan air namun alangkah miskinnya pengetahuan kita tentang air membuat kita kurang menghargainya lebih dari sekedar barang yang cair dan penting. Tak kenal maka tak sayang, maka mari kita berkenalan sedikit lebih intim dengan “water, the beautiful thing” agar semakin tumbuh kecintaan kita terhadapnya sehingga kita bisa lebih menghargainya.

Melihat air yang jernih bagaikan melihat permata berlian yang berkilauan. Sesungguhnya air yang cair itu adalah kumpulan trilyunan molekul H₂O. Dalam dunia kimia dikenal H sebagai atom hidrogen dan O sebagai atom oksigen. Jadi H₂O adalah satu molekul air yang mengandung satu atom oksigen dan 2 atom hidrogen. Padahal kita tahu bahwa pada tekanan atmosfer, oksigen dan hidrogen berwujud gas tapi ketika mereka bersatu saling mengikat janji bisa berubah wujudnya menjadi cair. Berkat kecerdasan kimiawan masa lalu kita dapat melakukan perhitungan begini, dalam 18 gram atau kurang lebih 18 mililiter air terkandung 6,022 x 10²³ molekul H₂O. Jadi, jika satu milyar adalah 10 maka bilangan tadi bermakna 602,2 ribu milyar milyar dan bilangan tersebut dikenal sebagai konstanta Avogadro. Itu baru 18 mililiter air, bayangkan jika kita meneguk segelas air atau mandi atau bahkan mengisi kolam renang, berapa banyak jumlah molekul air yang telah kita gunakan atau bahkan kita buang !!

Molekul Air yang cantik dan Istimewa

Jika kita melihat bentuk molekul air, maka semakin terbukalah rahasia mengapa zat ini demikian istimewa. Sesungguhnya jika gas oksigen dan gas hidrogen bertemu untuk membentuk molekul air, reaksi yang terjadi sangatlah berbahaya karena bisa timbul panas yang tinggi bahkan ledakan karena oksigen adalah gas yang dibutuhkan untuk pembakaran dan hidrogen adalah gas yang mudah terbakar. Tapi untunglah Tuhan telah menyediakan air semenjak penciptaan sehingga kita tidak perlu membuat air dengan ledakan. Kurang lebih dibebaskan energi berupa panas sebesar 242 kilo Joule untuk membuat air sebanyak 18 gram dari 22,4 liter atau 2 gram gas hidrogen dan .11,2 liter atau 16 gram gas oksigen pada suhu 0 derajat Celcius dan tekanan satu atmosfer. Mari kita lihat bentuk molekul air yang berhasil diamati dengan berbagai percobaan dan perhitungan yang rumit.

Bentuk molekul air tersebut dan terutama sifat elektroniknya menjadikan air memiliki sifat fisika dan kimia yang fantastis. Apakah sifat elektronik itu ? Dalam pemahaman kimia dan fisika, semua sifat-sifat atom dan molekul ditentukan oleh perangai dan keadaan elektron yang mengelilingi inti atom. Ternyata alam mengajarkan kita lebih banyak lagi tentang berbagi dan bekerja sama. Ikatan yang terjadi antara dua atom hidrogen dan satu atom oksigen menjadi satu molekul air disebut ikatan kovalen. Yaitu ikatan antar atom yang terjadi karena setiap atom menyumbangkan elektron yang dimiliki untuk saling berpasangan dan digunakan bersama membentuk satu ikatan. Namun, karena oksigen memiliki kelebihan pasangan elektron, maka elektron yang tidak membentuk ikatan tersebut dikatakan sebagai “pasangan elektron bebas“. Adanya elektron bebas yang bersifat sangat negatif menjauhkan kedudukannya dari dua atom hidrogen sehingga ikatan H₂O membengkok sebesar 107.5 derajat. Sedangkan keadaan alamiah atom oksigen yang bersifat negatif dan atom hidrogen yang bersifat positif menimbulkan pengkutuban atau perbedaan muatan. Kedua keadaan itulah yang menjadikan molekul air bersifat polar, artinya molekul air memiliki perbedaan muatan yakni negatif pada sisi pasangan elektron bebas dan positif pada sisi atom hidrogen. Kepolaran air bisa berarti segalanya dan amatlah besar faedahnya. Kepolaranlah yang menjadikan air dapat menghantarkan arus listrik. Berkat sifat air yang polar, dia bisa melarutkan berbagai macam zat lain, misalnya darah, protein, vitamin, garam dan lain-lain. Kenyataannya, air merupakan pelarut universal yang paling ramah terhadap lingkungan. Demikian sebaliknya, air terpisah dari minyak dan lemak karena adanya perbedaan kepolaran. Coba bayangkan jika air dan minyak dapat bercampur, betapa susahnya membersihkan tumpahan minyak di laut lepas !!. Walaupun demikian, sering kali sifat air sebagai pelarut universal malah merugikan dirinya sendiri karena dia mudah sekali tercemari oleh beraneka ragam materi kimia maupun biologi sehingga sulit untuk membersihkannya lagi, apalagi ditambah dengan ketidakkepedulian kita untuk menjaga kemurniannya.

Adanya perbedaan muatan menjadikan ikatan antar molekul air sendiri cukup kuat sehingga pada suhu ruangan dia berbentuk cair, dibandingkan dengan bensin yang segera menguap. Aksi tarik menarik antara atom hidrogen di satu molekul air dengan pasangan elektron bebas pada molekul air yang lain disebut ikatan hidrogen dan oleh sebab itu diperlukan suhu 100^o Celcius untuk mengubah keadaan cair menjadi uap. Air dikatakan memiliki nilai kalor spesifik yang tinggi, artinya diperlukan energi yang cukup besar untuk menjadikannya mendidih sebaliknya air dapat melepaskan panas perlahan-lahan ke lingkungan. Berkat sifat tersebut iklim di bumi tetap stabil demikian juga tubuh kita memiliki suhu yang konstan karena kurang lebih 70% permukaan bumi dan 60% tubuh mahluk hidup terdiri dari air.

Begitu banyak keistimewaan air sehingga manfaatnya pun demikian luas mencakup berbagai aspek seperti kimia, fisika, biologi hingga agama, budaya, seni, bahkan ekonomi dan politik. Jika penelitian terakhir menunjukkan banyak situ-situ di sekitar Jakarta mulai menghilang itu berarti telah terjadi kesalahan dalam pengelolaan lingkungan. Bukan tidak mungkin suatu saat nanti Jakarta akan benar-benar kehabisan mata air dan harus memproduksi air bersih dengan teknologi yang lebih mahal dan lebih rumit akibat kelalaian kita bersama. Sungguh, air yang cantik dan sangat penting dalam kehidupan kita itu memang materi yang paling melimpah di bumi. Air diciptakan dan dicurahkan bukan berarti untuk disia-siakan, maka sekarang saatnya untuk kita lebih menghargai air sebagai ciptaan Tuhan yang paling indah.

Fosfor Putih pada Penyerangan Israel ke Gaza

Penyerangan Israel ke Gaza baru-baru ini, Januari 2009, menambah pelajaran berharga pada kita semua. Seperti pisau, pada suatu saat dan situasi biasa merupakan alat yang bermanfaat (misal: untk menyiapkan makanan bagi keluarga kita) namun pada saat dan situasi yang berbeda bisa menjadi alat yang merusak dan bahkan bisa membunuh. Demikian juga bahan kimia, ditangan Israel fosfor putih yang sebenarnya bermanfaat telah menjadi alat/bahan yang efektif untuk memerangi Palestina.

Mengapa demikian?

Fosfor putih pada dasarnya sangat berguna untuk kehidupan. Dalam industri banyak digunakan untuk memproduksi asam fosfat dan senyawa kimia lain yang berguna pada pembuatan pupuk, bahan tambahan makanan, farmasi, pengolahan air, pakan ternak, senyawa pembersih dan perapuhan logam anti karat. Dalam konsentrasi kecil fosfor putih digunakan pada kembang api. Tetapi karena sifat kimia fisiknya yaitu ketika berada di udara terbuka dengan mudah akan terbakar dan mengeluarkan asap, maka sifat ini kemudian dimanfaatkan oleh militer (misal: Israel dan Amerika) untuk menghalau musuh-musuhnya.

Apakah sebenarnya fosfor putih itu dan bagaimana sifat-sifatnya?

Fosfor adalah unsur nonlogam bersimbol P dengan nomor atom 15 dan berat atom 30,97376. Biasanya digunakan dalam pembuatan asam fosfat, perunggu, suar, teknik perapian, korek api, racun tikus, dll. Alotrop fosfor ada beberapa: fosfor putih (kuning), fosfor merah, dan fosfor hitam yang masing-masing memiliki sifat kimia fisik yang berbeda.

Fosfor putih (white phosphorus) adalah alat pembakar yang memproduksi asap dan suar yang berasal dari allotrop unsur fosfor. Material ini merupakan padatan putih (tak berwarna atau kuning) beracun yang bersifat seperti malam, lembut, berbau seperti bawang putih, meleleh pada 44,5 ^oC, larut dalam karbon disulfida, tidak larut dalam air dan alkohol. Unsur ini bereaksi secara cepat dengan oksigen sehingga akan terbakar dengan sendirinya di udara. Dikenal juga sebagai fosfor kuning.

Alotrop sendiri adalah keadaan dimana suatu unsur dapat memiliki lebih dari satu bentuk atau struktur yang stabil biasanya pada daerah temperatur yang berbeda, contohnya adalah bentuk kristal yang berbeda dari karbon, grafit, dan intan. Dikenal juga dengan istilah alotriomorfisme, alotropisme.

Apa yang terjadi ketika manusia terpapar dengan fosfor putih?

Meskipun belum ada penelitian yang mendalam tentang efek fosfor putih pada kesehatan manusia, tetapi dari beberapa fakta yang terjadi pada pekerja yang berhubungan dengan unsur ini menunjukkan bahwa jika terpapar dengan fosfor putih dapat menyebabkan terbakar, iritasi,kerusakan hati, ginjal, paru-paru atau tulang, yang terparah adalah kematian.

Badan-badan yang berwenang di Amerika (NIOSH, OSHA, ACGIH) telah menentukan ambang batas paparan di tempat kerja selama 8 jam kerja adalah 0,1 miligram fosfor putih per meter kubik udara (http://www.atsdr.cdc.gov/tfacts103.html).

Jadi bisa dibayangkan apa yang terjadi di Palestina saat ini. Sungguh sangat disayangkan sesuatu yang sesungguhnya bermanfaat menjadi bersifat merusak ketika berada di tangan yang salah.

Satu hal yang harus menjadi bahan pemikiran adalah bahwa penggunaan fosfor putih dalam perang tidak dilarang. Hal ini karena statusnya dalam Konvensi Senjata Kimia; Chemical Weapons Convention (CWC); bahan ini tidak termasuk dalam list senjata kimia. Kalau melihat akibatnya dalam perang itu hal ini patutlah dipertanyakan. Why………………..???

Dekomposisi Hidrogen dari Air Dengan Natrium

Hidrogen menawarkan keuntungan sebagai sumber energi yang ramah lingkungan dan tanpa polusi. Hidrogen paling banyak diproduksi dari gas alam (48%), dan merupakan elemen paling ringan di dunia (berat atom = 1 g/mol), sehingga kemampuan difusinya sangat tinggi. Bisa juga digunakan sebagai bahan bakar reaktor fusi (masih tahap pengembangan), dan sebagai sumber bahan baku pembuatan HidroCarbon (BBM Sintetis). Salah satu kendala untuk produksi hidrogen adalah sumber gas alam sendiri adalah sumber energi yang tak dapat diperbaharui, cadangannya pun semakin menipis, dan harganya terus naik, apakah ada cara lain untuk mendapatkan hidrogen? Bagaimana mendapatkannya? Banyak caranya, diantaranya dengan elektrolisis air, namun kendalanya adalah biaya yang sangat mahal. Apakah ada cara lainnya… Ada, yaitu dengan Natrium/Sodium.

Natrium banyak tersedia dan melimpah jumlahnya di lautan Bumi sebagai NaCl (garam), Natrium adalah elemen yang sangat reaktif, biaya produksi natrium pada tahun 1997 adalah US$ 0.30/kg - US$0.45/kg, cukup murah. Pada kondisi standar, logam natrium jika direaksikan dengan air akan menghasilkan gas hidrogen dengan reaksi sebagai berikut:

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂ …………………………..(1) Eksotermal

2H₂ + O₂ → 2H₂O ……………………………….(2) Autoignition

Reaksi tersebut bersifat eksotermal yang menghasilkan panas, sehingga gas hidrogen secara otomatis terbakar, ini disebabkan karena gas hidrogen mengalami proses autoignition akibat perpindahan panas dari reaksi ke lingkungan. Yang menjadi pertanyaan adalah, apakah mungkin gas hidrogen dari reaksi ini dipanen? Jawabnya mungkin…

Gas Hidrogen memiliki Flammability Limit dengan kisaran volume 4 - 75 % di udara, dan memiliki Autoignition Point pada suhu 585 ⁰C, reaksi pembakaran selalu membutuhkan oksigen, begitu juga dengan Hidrogen, dengan reaksi sebagai berikut:

2H₂ + O₂ → 2H₂O ……………………………….(3)

Proses Autoignition Hidrogen pada reaksi Natrium dengan Air dapat dicegah dengan cara menyingkirkan oksigen pada sistem tertutup sehingga Flammability Limit dan Autoignition tidak berlaku, bagaimana caranya? Dengan metode hampa dan gas inert (Nitrogen).

Nitrogen memiliki titik didih pada -195.79 ⁰C, pada kondisi cair nitrogen memilki suhu dibawah - 195.79 ⁰C. Pelepasan gas nitrogen secara cepat kedalam sistem tertutup dapat menggantikan posisi oksigen. Pada kondisi standar, suhu kamar 25 ⁰C, Nitrogen cair akan mendidih dengan sangat cepat, tuangkan nitrogen cair (suhu < - 196 ⁰C) dari tabungnya kedalam wadah logam (yang bersuhu + 25 ⁰C), maka nitrogen cair akan mendidih dengan sangat cepat namun tidak lama, bisa ditambahkan air agar lebih lama mendidihnya, gas inilah yang akan dimanfaatkan untuk menyingkirkan oksigen.

Pada saat kondisi sistem (tertutup) telah dihampakan (vacum), segera isi dengan gas nitrogen, kemudian reaksikan natrium dengan air, akan menghasilkan gas hidrogen dan natrium hidroksida (produk samping), karena berada pada kondisi inert, reaksi autoignition hidrogen bisa dicegah, sekalipun efek eksotermall terus terjadi. Karena berat atom hidrogen = 1, maka hidrogen akan selalu mengisi ruang yang paling atas, difusifitasnya pun sangat cepat, tidak lupa juga hidrogen harus melewati kondensor agar suhunya turun (akibat proses eksotermal), setelah dingin bisa dikumpulkan dan dikompresi lalu hidrogen siap dipanen, sehingga proses ini memungkinkan untuk dilakukan.

Bisa juga untuk menurunkan efek eksotermalnya, sebelum direaksikan natrium dicelupkan dulu ke nitrogen cair ( < - 195.79 ⁰C), baru kemudian direaksikan dengan air, diharapkan efek eksotermalnya sedikit berkurang karena suhu natrium yang berada pada kisaran - 195 ⁰C.

Selain itu produk sampingnya yang berupa NaOH memiliki nilai jual juga, sehingga proses ini sangat menguntungkan.

Resiko Toksik pada Air Botol?

Peneliti geokimia di Jerman mengklaim bahwa botol-botol plastik secara terus menerus melepaskan unsur antimonium (Sb) ke dalam air minum.

Tim peneliti yang dipimpin oleh Bill Shotyk di University of Heidelberg menguji air-air yang dikemas dalam botol di daerah yang sama di Canada.

Air yang dikemas dalam botol polietilen tereftalat (PET) mengandung hingga 375 ppt antimonium, sedangkan air dalam botol polipropilen mengandung hanya 8,2 ppt antimonium. Tiga bulan kemudian, air dalam botol PET mengandung hingga 626 ppt antimonium. PET dibuat dengan menggunakan katalis antimonium.

Kelompok peneliti Shotyk menguji air tanah yang berasal dari daerah yang sama di Canada, dengan menggunakan alat penganalisis biji es yang sangat sensitif. Kadar antimonium yang mereka temukan sangat rendah (2 ppt). Laporan-laporan terdahulu melaporkan kandungan rata-rata 300 ppt.

"Saya tidak yakin berapa banyak lab di luar sana yang benar-benar bisa mengukur berapa banyak antimonium yang terdapat dalam air tanah, kebanyakan orang memiliki batas deteksi yang jauh di atas nilai alami pada air tanah," kata Shotyk.

Kadar antimonium dalam air botol yang diteliti ini lebih rendah dari kadar pengkontaminasi maksimum yang dianjurkan oleh EPA Amerika Serikat, yakni 6 bagian per juta. Shotyk lebih khawatir bahwa antimonium terus menerus terlepas ke dalam air dalam kemasan botol. "Yang ingin saya tunjukkan bukan bahwa air-air botol ini terkontaminasi oleh antimonium," kata dia, "tetapi hal yang penting adalah bahwa antimonium secara terus menerus dilepaskan dari botol ke dalam air".

David Coggan, seorang ahli epidemiologi dari unit epidemiologi lingkungan MRC di Southampton, Inggris, menunjukkan sikap yang berhati-hati dalam menanggapi temuan ini. Hasil yang ditunjukkan oleh Shotyk masih memerlukan penyelidikan lebih lanjut sebelum implikasi kesehatannya bisa dibahas, kata dia, sebagian karena masih sedikit yang diketahui tentang toksisitas antimonium. "Penting untuk memikirkan tentang rentang dosis berapa yang akan didapatkan oleh orang yang meminum air tersebut," kata Coggan. Meski demikian, Shotyk yang menemukan temuan ini tidak lagi meminum air yang dikemas dalam botol-botol PET.

Air Berperan Sebagai Katalis Dalam Proses Peledakan

Bahan mentah yang paling berlimpah di bumi telah diketahui dapat memperlihatkan sebagai bahan kimia yang tidak semestinya ketika diletakkan pada kondisi yang sangat ekstrim.

Baru-baru ini, para ilmuwan di Laboratorium Nasional Awrence Livermore telah memperlihatkan sesuatu hasil penelitian yang menarik bahwa air, jika diletakkan pada pada suhu kamar panas, berperan sebagai katalisasi complex dalam reaksi bahan peledak yang tak terbayangkan sebelumnya. Sebelumnya katalis hanya dapat berupa platinum dan enzim tapi untuk air sangat jarang sekali.

Letusan berasal dari bahan peledak yang terbuat dari oksigen dan hydrogen yang dapat memproduksi air pada suhu 1000 derajat dan bertekanan lebih dari 100,000 atm.

Dengan menggunakan prinsip terdahulu dari stimulasi atomistic peledakan bahan bakar tingkat tinggi PETN (penta erythritol tetranitrate) tim ilmuwan ini telah menemukan hal tersebut di air, ketika atom hydrogen bekerja sebagai reduktor dan hydrogen sebagai oksidator, atom-atom ini bertindak sebagai kelompok dinamik yang membawa oksigen selama reaksi berlangsung.

Dalam simulasi molekul dinamik dengan menggunakan Blue Gene super komputer Laboratorium , Wu dan Larry Fried, Lin Ynag, Nir Goldman dan Sorin Bastea telah menemukan atom hydrogen (H) dan hidroksida (OH) di air yang membawa oksigen dari gudang nitrogen menuju bahan bakar karbon (dengan suhu bertemperatur antara 3000-4200 Kelvin). Pada kondisi seperti itu, air bekerja sebagai produk akhir dan katalis kimia yang sangat penting.

Untuk molekul berkekuatan bahan peledak tinggi yang terbuat dari karbon, nitrogen, oksigen dan hydrogen seperti PETN, 3 produk utama gas nya adalah air, karbon dioksida dan molekul nitrogen.

Tim ilmuwan ini telah menemukan bahwa nitrogen kehilangan oksigen lebih banyak daripada hydrogen dan karbon walaupun konsentrasi air telah mencapai keseimbangan.

” Air merupakan bagian dari energi. Mekanisme katalis secara keseluruhan berbeda dengan komposisi sebelumnya yang hanya sebagai produk akhir ” kata Wu. Penemuan terbaru ini bermaksud agar para ilmuwan mempelajari keadaan yang terjadi di planet Uranus dan Neptunus. Dimana airnya yang mempunyai bentuk yang luar biasa.

Material Kaca Berkarakter Ganda : Cermin dan Transparan

Pada tahun 1996, sekelompok peneliti di Belanda menemukan sejenis material yang dapat di ubah-ubah dari keadaan transparan ke reflektif (cermin) dan atau sebaliknya dengan mengekspos material termaksud dalam gas hidrogen. Peneliti menemukan bahwa film tipis dari metal yang dinamakan yttrium dan lanthanum , dengan bantuan hidrogen, kemudian membentuk senyawa hidrida metalik yang bersifat mengkilap. Jika ditambah lebih banyak lagi hidrogen ia menjadi transparan. Transformasi dari transparan ke reflektif (cermin) dapat dilakukan dengan memompa hidrogen diatas film pada tekanan yang berbeda.

Agar perubahan dari kaca transparan ke cermin dapat dilakukan dengan baik maka peralatannya perlu dioperasikan secara elektris, dan komponen materialnya harus berbentuk benda padat.

Rob Armitage dan rekan-rekannya dari the Lawrence Berkeley National Laboratory, di California, AS menjelaskan cara kerja alat yang dioperasikan dengan tombol . Cermin terdiri dari enam lapisan yang kompleks dan tersimpan pada gelas atau kaca. Lapisan tersebut merupakan logam campuran magnesium dan gadolinium, yang yang dapat bersifat reflektif apabila mengandung sedikit atau tanpa hidrogen tetapi akan menjadi transparan dengan kandungan hidrogen yang tinggi.

Atom hidrogen yang mempengaruhi fase transisi atau fase pergantian dari transparan ke cermin tersebut diatas disimpan dalam lapisan tungsten trioxide yang memiliki muatan positif . Jika lapisan magnesium-gadolinium diberi muatan relatif negatif; terhadap film tungsten trioxide, hidrogen didorong kedalam logam campuran, dan akan menjadi terang. Pada waktu yang bersamaan tungsten trioxide , yang berwarna biru, pudar warnanya ketika hidrogen terbuang. Diantara dua lapisan terdapat ; film tipis palladium yang dapat ditembus oleh hidrogen dan dapat membantu mentransformasikan atom hidrogen bermuatan positif kedalam salah status yang netral , sehingga dapat dikombinasikan dengan logam campuran pada saat membentuk senyawa hidrida. Pada saat voltase atau tegangan berbalik, hidrogen kembali ke lapisan tungsten trioxide, dan logam campuran berubah menjadi cermin kembali.

Para peneliti mengatakan bahwa cermin benda padat yang diuraikan tersebut diatas dapat stabil dalam keadaan transparan untuk beberapa jam. Secara prinsip film logam campuran dapat berubah dari transparan ke cermin hanya dalam beberapa menit saja sehingga cukup prospektif untuk diterapkan.

Cermin dengan tombol listrik serupa di atas mungkin akan berguna bagi teknologi komunikasi optik. Sebagai contoh, pancaran cahaya yang memuat informasi data tertulis dalam pulsa optikal mungkin dapat disalurkan atau dialirkan kembali dari satu serat optik ke serat yang lainnya dengan mentransformasikan kaca jendela transparan ke kaca jendela yang dapat bersifat reflektif serupa cermin.

Merubah batuan besi menjadi bahan anti kanker

Ada banyak bahan kimia yang sedang dikembangkan oleh para peneliti saat ini karena prospeknya untuk di gunakan sebagai zat anti kanker. Fokus terbesar adalah penelitian terhadap senyawa-senyawa dari tumbuhan baik darat maupun tumbuhan laut yang bersifat aktif terhadap sel kanker. Senyawa-senyawa ini pada umunya merupakan turunan flavanoid. Sayangnya, untuk menemukan senyawa aktif tersebut dibutuhkan waktu yang agak lama karena harus diekstrak dari berbagai sumber, dikarakterisasi, diuji aktivitasnya kemudian baru disintesis untuk memperbanyak jumlahnya.

Pada dua dekade belakangan, ahli Biomaterial mulai mempelajari material-material anorganik untuk diaplikasikan sebagai anti kanker. Magnetit (Fe₃O₄) adalah senyawa yang paling menjanjikan untuk bidang ini. Magnetit merupakan salah satu jenis oksida besi yang paling umum dikenal dan terdapat cukup banyak di alam. Sesuai namanya, senyawa ini bersifat magnet (magnet alam pertama yang ditemukan manusia). Strukturnya sangat unik yaitu spinel terbalik karena sebenarnya senyawa ini merupakan gabungan dari dua oksida besi yaitu FeO dan Fe₂O₃

yang dihubungkan oleh jembatan oksigen. Struktur seperti ini menghasilkan resultan momen magnet yang nyata serta kemampuan untuk transfer elektron ke ion tetangga secara simultan.

Struktur kristal magnetit dan salah satu foto SEM partikel magnetit

Agar magnetit tepat sasaran saat menyerang sel kanker, biasanya zat ini dimasukkan ke dalam tubuh bersama-sama dengan obat-obatan tertentu. Setelah magnetit diserap oleh sel kanker, maka tubuh pasien diberi medan magnet seragam dari luar dalam rentangan frekuensi yang tidak membahayakan (noninvasive). Momen magnet dari magnetit nanokristal dalam tubuh akan menjadi searah mengikuti arah momen medan luar sampai pada suatu titik dimana dia tidak lagi terpengaruh (kejenuhan magnetisasi). Ketika medan luar dihilangkan pada kondisi ini, momen magnet magnetit akan kembali secara perlahan-lahan ke kondisi awalnya. Peristiwa ini disebut relaksasi magnetik dan selalu menghasilkan panas sebagai akibat perubahan energi. Panas yang dihasilkan dalam sel kanker tersebut tidak berbahaya bagi manusia tapi sangat mematikan bagi sel kanker karena dia terkena secara langsung sehingga menyebabkan kematian sel kanker tersebut (sel kanker mati pada suhu 43°C).

Banyak metoda telah dikembangkan untuk mensintesis magnetit agar memiliki struktur nanokristal. Ini merupakan syarat utama agar bisa digunakan sebagai bahan anti kanker karena jika magnetit memiliki struktur nanokristal dia akan memperlihatkan sifat superparamagentik serta mudah diserap ke dalam sel. Metoda tersebut antara lain dekomposisi kimia, transfer fasa , sonolisis, dan hidrotermal. Sayangnya semua metoda yang ada masih menggunakan prekursor berupa bahan kimia murni yang harganya relatif mahal dan seringkali memerlukan atmosfir nitrogen dalam prosesnya.

Baru-baru ini saya dibawah bimbingan Dr. Syukri Arief, M.Eng berhasil mensintesis magnetit nanokristal secara langsung dari batuan besi yang banyak terdapat di Sumatera Barat tanpa memerlukan atmosfer inert. Batuan besi tersebut diproses secara hidrotermal sederhana sampai menghasilkan magnetit dengan kekristalan yang tinggi dan bersifat superparamagnetik. Idenya berawal dari usaha untuk meningkatkan nilai ekonomis batuan besi di beberapa kabupaten yang ada di sumatera barat. Selama ini batuan besi ditambang oleh perusahaan swasta untuk kemudian dijual mentah dengan harga murah ke Cina dan India. Tidak jarang kedua negara tersebut menjual kembali hasil olahan batuan tersebut berupa besi baja ke negara kita dengan harga yang lebih tinggi. Dengan adanya penelitian ini diharapkan usaha-usaha untuk pemanfaatan sumber daya tambang yang ada di Sumatera Barat akan lebih banyak lagi.

Daftar kepustakaan:

1. Yan, Aiguo;Liu, Xiaohe;Qiu Ghuanzhou;Wu, Hongyi;Yi, Ran;Zhang, Ning;Xu,Jing, Solvothermal synthesis and characterization of size-controlled Fe3O4 nanoparticles. Journal of Alloy and Compounds. (2007). In Press.

2. Gary Wulfsberg, Inorganic Chemistry, 2000, University Science Books, 691.

3. Xinchao Wei and Roger C. Viadero Jr, Synthesis of magnetite nanoparticles with ferric ion recovered from acid mine drainage: Impllications for environmental engineering, Journal of Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2007, 294 : 280-286.

4. Zhu,Hongliang;Yang,Deren;Luming,Zhu, Hydrothermal growth and characterization of magnetite (Fe₃O₄) thin films, Journal of Surface and Coatings Thecnology, 2007, 201 : 5870-5874.

Beberapa fakta seputar kaca

Kaca adalah salah satu produk industri kimia yang paling akrab dengan kehidupan kita sehari-hari. Tetapi seberapa banyakkah yang kita ketahui tentang senyawa unik ini? Inilah beberapa fakta tentang kaca.

Dipandang dari segi fisika kaca merupakan zat cair yang sangat dingin. Disebut demikian karena struktur partikel-partikel penyusunnya yang saling berjauhan seperti dalam zat cair namun dia sendiri berwujud padat. Ini terjadi akibat proses pendinginan (cooling) yang sangat cepat, sehingga partikel-partikel silika tidak “sempat” menyusun diri secara teratur. Dari segi kimia, kaca adalah gabungan dari berbagai oksida anorganik yang tidak mudah menguap , yang dihasilkan dari dekomposisi dan peleburan senyawa alkali dan alkali tanah, pasir serta berbagai penyusun lainnya. Kaca memiliki sifat-sifat yang khas dibanding dengan golongan keramik lainnya. Kekhasan sifat-sifat kaca ini terutama dipengaruhi oleh keunikan silika (SiO₂) dan proses pembentukannya.

Beberapa sifat-sifat kaca secara umum adalah:

• Padatan amorf (short range order).
• Berwujud padat tapi susunan atom-atomnya seperti pada zat cair.
• Tidak memiliki titik lebur yang pasti (ada range tertentu)
• Mempunyai viskositas cukup tinggi (lebih besar dari 10¹² Pa.s)
• Transparan, tahan terhadap serangan kimia, kecuali hidrogen fluorida. Karena itulah kaca banyak dipakai untuk peralatan laboratorium.
• Efektif sebagai isolator.
• Mampu menahan vakum tetapi rapuh terhadap benturan.

Sebagaimana bahan-bahan yang sangat banyak digunakan dalam peradaban modern, riwayat penemuan kaca tidaklah jelas sama sekali. Salah satu rujukan yang paling tua mengenai bahan ini dibuat oleh Pliny, yang menceritakan bagaimana pedagang-pedangang phoenisia purba menemukan kaca tatkala memasak makanan. Periuk yang digunakannya secara tidak sengaja diletakkan di atas massa trona di suatu pantai. Penyatuan yang terjadi antara pasir dan alkali menarik perhatian dan orang Mesir telah berusaha menirunya. Sejak tahun 6000 atau 5000 sebelum Masehi, orang mesir telah membuat permata tiruan dari kaca dengan ketrampilan yang halus dan keindahan yang mengesankan. Kaca jendela sudah mulai disebut-sebut sejak tahun 290. Silinder kaca jendela tiup ditemukan oleh para pendeta pada abad kedua belas. Dalam abad tengah, Venesia memegang monopoli sebagai pusat industi kaca. Di jerman dan inggris, kaca baru mulai dibuat pada abad ke-16. Secara keseluruhan sebelum tahun 1900, industri ini merupakan seni yang dilengkapi oleh rumus-rumus rahasia yang dijaga ketat. Proses pembuatannya-pun bersifat empiris dan hanya berdasarkan pada pengalaman.

Pada tahun 1914, di Belgia dikembangkan proses Fourcault untuk menarik kaca plat secara kontiniu. Selama 50 tahun berikutnya para ilmuwan dan insinyur telah berhasil menciptakan berbagai modifiklasi terhadap proses penarikan kaca dengan tujuan untuk memperkecil distorsi optik kaca lembaran (kaca jendela) dan menurunkan biaya pembuatan.

Reaksi yang terjadi dalam pembuatan kaca secara ringkas adalah sebagai berikut:
Na₂CO₃ + aSiO₂ ? Na₂O.aSiO₂ + CO₂
CaCO₃ + bSiO₂ ? CaO.bSiO₂ + CO₂
Na₂SO₄ + cSiO₂ + C ? Na₂O.cSiO₂ + SO₂ + SO₂ + CO

Walaupun saat ini terdapat ribuan macam formulasi kaca yang dikembangkan dalam 30 tahun terakhir ini namun gamping, silika dan soda masih merupakan bahan baku dari 90 persen kaca yang diproduksi di dunia.

Kuarsa (SiO₂), salah satu bentuk polimorfi silika
Secara umum, kaca komersial dapat dikelompokkan menjadi beberapa golongan:

1. Silika lebur. Silika lebur atau silika vitreo dibuat melalui pirolisis silikon tetraklorida pada suhu tinggi, atau dari peleburan kuarsa atau pasir murni. Secara salah kaprah, kaca ini sering disebut kaca kuarsa (quartz glass). Kaca ini mempunyai ciri-ciri nilai ekspansi rendah dan titik pelunakan tinggi. Karena itu, kaca ini mempunyai ketahanan termal lebih tinggi daripada kaca lain. Kaca ini juga sangat transparan terhadap radiasi ultraviolet. Kaca jenis inilah yang sering digunakan sebagai kuvet untuk spektrometer UV-Visible yang harganya sekitar dua jutaan per kuvet.
2. Alkali silikat. Alkali silikat adalah satu-satunya kaca dua komponen yang secara komersial, penting. Untuk membuatnya, pasir dan soda dilebur bersama-sama, dan hasilnya disebut Natrium silikat. Larutan silikat soda juga dikenal sebagai kaca larut air (water soluble glass) banyak dipakai sebagai adhesif dalam pembuatan kotak-kotak karton gelombang serta memberi sifat tahan api.
3. Kaca soda gamping. Kaca soda gamping (soda-lime glass) merupakan 95 persen dari semua kaca yang dihasilkan. Kaca ini digunakan untuk membuat segala macam bejana, kaca lembaran, jendela mobil dan barang pecah belah.
4. Kaca timbal. Dengan menggunakan oksida timbal sebagai pengganti kalsium dalam campuran kaca cair, didapatlah kaca timbal (lead glass). Kaca ini sangat penting dalam bidang optik, karena mempunyai indeks refraksi dan dispersi yang tinggi. Kandungan timbalnya bisa mencapai 82% (densitas 8,0, indeks bias 2,2). Kandungan timbal inilah yang memberikan kecemerlangan pada “kaca potong” (cut glass). Kaca ini juga digunakan dalam jumlah besar untuk membuat bola lampu, lampu reklame neon, radiotron, terutama karena kaca ini mempunyai tahanan (resistance) listrik tinggi. Kaca ini juga cocok dipakai sebagai perisai radiasi nuklir.
5. Kaca borosilikat. Kaca borosilikat biasanya mengandung 10 sampai 20% B₂O₃, 80% sampai 87% silika, dan kurang dari 10% Na₂O. Kaca jenis ini mempunyai koefisien ekspansi termal rendah, lebih tahan terhadap kejutan dan mempunyai stabilitas kimia tinggi, serta tahanan listrik tinggi. Perabot laboratorium yang dibuat dari kaca ini dikenal dengan nama dagang pyrex. Kaca borosilikat juga digunakan sebagai isolator tegangan tinggi, pipa lensa teleskop seperti misalnya lensa 500 cm di Mt. Palomer (AS).
6. Kaca khusus. Kaca berwarna , bersalut, opal, translusen, kaca keselamatan,fitokrom, kaca optik dan kaca keramik semuanya termasuk kaca khusus. Komposisinya berbeda-beda tergantung pada produk akhir yang diinginkan.
7. Serat kaca (fiber glass). Serat kaca dibuat dari komposisi kaca khusus, yang tahan terhadap kondisi cuaca. Kaca ini biasanya mempunyai kandungan silika sekitar 55%, dan alkali lebih rendah.

DAFTAR PUSTAKA :
Barsounan, Michael. 1997. FUNDAMENTALS OF CERAMIC. The Mc-Graw Hill inc. Singapore.
Austin, Goerge T. 1984. SHEREVE’S CHEMICAL PROCESS INDUSTRIES.The Mc-Graw Hill inc.

Belerang: Superkonduktor yang diharapkan

Unsur belerang dapat ditemukan dalam beberapa bentuk allotropi, dua diantaranya adalah monoklinik dan rhombik belerang seperti gambar yang tertera di bawah ini.

Kanan : Rhombik belerang ; Kiri : Monoklinik Belerang

Kedua-duanya baik monoklinik dan rhombik belerang terbentuk dari delapan atom belerang yang membentuk molekul siklik.

Molekul siklik dari belerang padat (S₈)

Rupa dari sulfur pada suhu dan tekanan biasa memiliki sifat isulator arus listrik. Walaupun, penelitian belerang pada tekanan tinggi menunjukkan bukti terjadinya transisi ke struktur berbeda yang merupakan fase logam (superkonduktivitas sering dikaitkan dengan perubahan struktur dari satu struktur kristal logam ke struktur logam lainnya, dimana struktur yang kedua menyimpang dari struktur sebelumnya). Elektromagnet khusus yang didasari oleh superkonduktif material digunakan secara luas di ilmu kedokteran untuk magnetik resonance imaging (MRI). Secara umum, superkonduktif material hanya menunjukkan sifat ini pada temperatur yang sangat rendah, lebih rendah daripada temperature hidrogen cair (20K).

Sifat dari belerang ini sangatlah penting karena fase logamnya memiliki suhu kritis yang sangat tinggi yang melampaui superkonduktivitas dari unsur-unsur benda padat lainnya yang telah diteliti. Lebih lanjut, suhu kritis ini meningkat dengan bertambahnya tekanan, merupakan sifat yang luarbiasa. Sebagai contoh, selenium dan telurium, yang merupakan satu golongan dengan belerang, menunjukkan sifat yang berbeda. Belum ada yang tahu bagaimana menjelaskan fenomena tersebut. Makna dari hasil penelitian tersebut adalah bahwa belerang membuka kesempatan untuk pengembanhan dari percobaan teori superkonduktivitas. Para peneliti sedang merencanakan untuk meningkatkan tekanan guna mempelajari sifat yang luarbiasa ini. [SS]

Raksa atau Merkuri, Bahaya dan Penanganannya

Berita di Kompas, 5 September 2002 kemarin menyatakan, sebagian besar sungai di Kalimantan Selatan (Kalsel), baik yang besar maupun yang kecil, terutama di tiga kabupaten/kota, yakni Tanah Laut, Kota Baru, dan Banjar, kini tercemar air raksa. Cemaran ini akibat kegiatan para penambang emas, baik oleh perorangan maupun perusahaan, yang diduga ilegal. Yang juga memprihatinkan, konsumen bisa dengan mudah membeli air raksa. Bahkan, dalam beberapa jam saja empat sampai lima ton air raksa habis diborong konsumen.

Tulisan singkat ini memaparkan air raksa bahaya-bahayanya dan batas-batas standar yang ditetapkan oleh badan-badan kesehatan dan lingkungan dunia atau Amerika. Apakah raksa itu? Air raksa adalah logam yang ada secara alami, satu-satunya logam yang pada suhu kamar berwujud cair. Logam murninya berwarna keperakan, cairan tak berbau, mengkilap. Bila dipanaskan sampai suhu 357 oC air raksa akan menguap. Selain untuk kegiatan penambangan emas, logam merkuri digunakan dalam produksi gas khlor dan soda kaustik, termometer, tambal gigi, dan baterai.

Air raksa, sering disebut merkuri, dapat berada dalam berbagai senyawa. Bila bergabung dengan khlor, belerang atau oksigen merkuri akan membentuk garam yang biasanya berwujud padatan putih. Garam merkuri sering digunakan dalam krim pemutih dan krim antiseptik. Merkuri anorganik (logam dan garam merkuri) terdapat di udara dari deposit mineral, dan dari area industri. Merkuri yang ada di air dan tanah terutama berasal dari deposit alam, buangan limbah, dan aktivitas volkanik.

Merkuri dapat pula bersenyawa dengan karbon membentuk senyawa organo merkuri. Senyawa organomerkuri yang paling umum adalah metil merkuri, yang terutama dihasilkan oleh mikroorganisme (bakteri) di air dan tanah. Karena bakteri itu kemudian terikut (termakan) oleh ikan, maka di ikan cenderung konsentrasi merkurinya akan tinggi. Nah, dari buangan di sungai Kalimantan ini dapat saja dalam waktu beberapa tahun kemudian akan terakumulasi di ikan, kemudian dampaknya akan ada pada generasi berikutnya. Ingat kasus Minamata di Jepang.

Bagaimana orang dapat terkontaminasi merkuri? Ada beberapa cara: memakan ikan atau hewan air lainnya yang telah terkontaminasi metilmerkuri; terkontaminasi karena lepasnya merkuri dari penambal gigi (banyak pihak mengganggap kasus yang sangat jarang), menghirup udara yang mengandung merkuri dari tumpahan, atau limbah industri (orang-orang pekerja tambang yang tersebut dalam berita Kompas itu, penulis rasa rawan terhadap kontaminasi ini).

Efek merkuri pada kesehatan terutama berkaitan dengan sistem syaraf, yang sangat sensitif pada semua bentuk merkuri. Metilmerkuri dan uap merkuri logam lebih berbahaya dari bentuk-bentuk merkuri yang lain, sebab merkuri dalam kedua bentuk tersebut dapat lebih banyak mencapai otak. Pemaparan kadar tinggi merkuri, baik yang berbentuk logam, garam, maupunmetilmerkuri dapat merusak secara permanen otak, ginjal, maupun janin.

Pengaruhnya pada fungsi otak dapat mengakibatkan tremor, pengurangan pendengaran atau penglihatan dan pengurangan daya ingat. Pemaparan dalam waktu singkat pada kadar merkuri yang tinggi dapat mengakibatkan kerusakan paru-paru, muntah-muntah, peningkatan tekanan darah atau denyut jantung, kerusakan kulit, dan iritasi mata. Badan lingkungan di Amerika (EPA) menentukan bahwa merkuri klorida dan metilmerkuri adalah bahan karsiogenik.

Anak-anak lebih rentan daripada orang dewasa terhadap merkuri. Merkuri di ibu yang mengandung dapat mengalir ke janin yang sedang dikandungnya dan terakumulasi di sana. Juga dapat mengalir ke anak lewat susu ibu. Akibatnya, pada anak dapat berupa kerusakan otak, retardasi mental, buta, dan bisu. Bahkan, masalah pada pencernaan dan ginjal juga dapat terjadi.

Oleh karena itu, merkuri harus ditangani dengan hati-hati, dijauhkan dari anak-anak dan wanita yang sedang hamil. Standard yang ditetapkan badan-badan internasional untuk merkuri adalah sebagai berikut: di air minum 2 ppb (2 gr dalam 1.000.000.000 (satu milyar gr air atau kira-kira satu juta liter)). Di makanan laut 1 ppm (1 gram tiap 1 juta gram) atau satu gram dalam 10 ton makanan. Di udara 0,1 mg (miligram) metilmerkuri setiap 1 m3, 0,05 mg/m3 logam merkuri untuk orang-orang yang bekerja 40 jam seminggu (8 jam sehari). Nah, penulis mengira di Kalimantan, kalau benar peredarannya begitu bebas dan saya takut juga ditangani tidak semestinya batas-batas di atas pasti terlampaui.

Bisakah dites apakah para pekerja terkontaminasi merkuri? berdasarkan catatan sampel darah dan urin dari sesorang dapat digunakan untuk mengetahui hal ini. Kadang diambil juga sampel rambut untuk diketahui kadar merkurinya pula.

Mudah-mudahan pihak pemerintah daerah di Kalimantan segera turun tangan untuk mencegah bahaya yang lebih besar, yang saya yakin akan terjadi untuk semua lapisan dan akan melibatkan jumlah yang besar.

Teknologi Baru Pengolahan Air Membersihkan Air dengan Katalis

Baru-baru ini, Tim peneliti dari Hitachi mengumumkan bahwa mereka berhasil menemukan teknologi baru dalam pengolahan air. Mereka telah berhasil mengembangkan

teknologi katalis untuk menguraikan zat organik yang terkandung dalam air. Katalis yang digunakan adalah katalis yang aktif setelah dikenai sinar ultraviolet. Dikatakan bahwa lebih dari 90 persen zat organik termasuk Dioksin bisa diuraikan dengan cara ini.

Kelebihan teknologi ini dibandingkan dengan teknologi yang ada selama ini adalah cukup menggunakan katalis tanpa menggunakan zat tambahan. Beaya proses ini jauh

lebih murah dibandingkan dengan teknologi yang ada saat ini, misalnya dibandingkan dengan menggunakan membran. Di samping itu, proses penguraian zat organik dengan teknologi ini memerlukan waktu yang relatif singkat.

Kelemahan dari teknologi ini adalah ambang konsentrasi polutan yang masih relatif kecil, dibawah 100 ppm. Sehingga, untuk air limbah yang memiliki tingkat konsentrasi zat organik sangat tinggi diperlukan proses pendahuluan untuk menurunkan kandungan zat organiknya.

Katalis adalah zat yang bisa mempercepat atau memacu terjadinya suatu reaksi. Dalam hal ini adalah reaksi penguraian zat organik. Untuk proses pengolahan air ini, katalis yang dipakai adalah Titan Oksida. Titan Oksida menjadi oksidator kuat setelah disinari sinar ultraviolet. Titan Oksida yang telah aktif tersebut akan mengoksidasi zat-zat organik ada.

Alat pembersih air yang dirancang oleh Hitachi memiliki bentuk yang sederhana. Yaitu berupa reaktor berbentuk silinder dengan sumber sinar ultraviolet pada bagian tengahnya. Sedangkan katalis ditempelkan pada dinding dalam silinder dengan zat perekat. Air limbah cukup dilewatkan pada reaktor silinder tersebut dan zat organik yang terkandung di dalamnya akan diuraikan oleh katalis yang di dinding silinder.

Saat ini, Indonesia sedang menghadapi masalah serius tentang air bersih. Kelihatannya kita bisa menaruh harapan pada pengembangan teknologi ini.

Kimia Anorganik Unsur dan Senyawa

Karbon Dioksida, Misteri Sebuah Senyawa

Fakta tentang karbon dioksida

Karbon dioksida atau CO₂, semua orang mengenal senyawa ini sebagai gas, tak berbau, tak berwarna, tak beracun dan berasal dari setiap mekanisme pembakaran maupun metabolisme. Gas Karbon dioksida pertama kali diamati keberadaannya oleh Van Helmont, tahun 1577. Secara statistik alamiah, gas ini tidak melimpah di muka bumi dan konstan persentasenya. Sejak lama orang tidak memberi perhatian terhadap sifat-sifat gas tersebut. Pemanfaatan gas CO₂ salah satunya adalah dapat diubah fasenya menjadi padat dan disebut “dry ice“, digunakan dalam industri pengawetan hingga industri film maupun sinetron (memberi efek kabut di film serem atau sinetron misteri).

Cerita dibalik si misterius CO₂

Lalu mengapa sekarang orang-orang terutama ilmuwan meributkan gas tak bersalah ini ??! Sebenarnya gas CO₂ memang tak bersalah, tapi kitalah yang membuat kesalahan. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi sering kali tidak sejalan dengan kehendak alam. Sejak dimulainya revolusi industri di Inggris hingga revolusi telekomunikasi jaman sekarang telah terjadi peningkatan persentase CO₂ di muka bumi akibat aktivitas produksi dan konsumsi. Mulailah dikenal istilah “Green House Effect“, yaitu meningkatnya kadar CO₂ di atmosfer menjadikan bumi tambah panas, memberikan efek “Global Warming” dan selanjutnya “Global Climate Change“. Lha, apa hubungan CO₂ dengan panas ?, Begini, Karena kebetulan sifat CO₂ yang menyerap energi panas dari radiasi sinar infra merah yang dipancarkan matahari, akibatnya makin terakumulasilah energi panas tersebut dimuka bumi bahkan bisa mencairkan es kutub lho ! Ditambah lagi penggunaan senyawa CFC (Chloro Fluoro Carbon) sebagai pelarut, material gas pendingin dalam refrigerator dan foaming agent dalam industri polimer ternyata malah “memakan” ozone yang melindungi bumi dari radiasi sinar ultra violet matahari yang berenergi tinggi. Ironisnya fakta lain tentang CFC menjadikan orang tetap menggunakan CFC, yaitu dia ternyata gas yang tidak terlalu berbahaya terhadap mahluk hidup, tidak mudah terbakar, dan punya sifat-sifat unik karena variasi kandungan atom klor dan fluornya. Tapi bumi sudah panas ditambah lagi bumi semakin terbuka terhadap pancaran energi tinggi UV yang mematikan, menjadikan kalangan terutama para ilmuwan kalang kabut mencari solusi agar bumi ini tetap menjadi tempat yang nyaman dihuni paling tidak sampai menjelang kiamat.

Sejelek-jeleknya CO₂, masih lebih jelek orang yang tidak perduli lingkungan dan hanya mengeruk keuntungan dengan menyiksa alam serta korupsi gila-gilaan. Yang paling menderita dari dampak di atas adalah penduduk bumi awam yang tidak mengerti apa-apa, padahal kita punya hak hidup yang sama. Nah, patutlah kita cukup berterima kasih kepada beberapa ilmuwan yang mencurahkan hidupnya bagi penyelamatan bumi ini. Akhirnya ditemukan fakta-fakta lain dari CO₂ yang kemungkinan bisa dimanfaatkan demi kebaikan.

Apa to kebaikan CO₂ ituh ?

Akhir-akhir ini mulai luas dikenal istilah “Green Chemistry” atau lebih menarik lagi “Green, Benign and Sustainable Chemistry“. Istilah itu sebenarnya adalah gerakan pembaharuan dalam dunia riset dipelopori oleh para ilmuwan setengah gila yang melawan arus aliran trend riset, karena pada awalnya riset lebih banyak berkutat pada eksploitasi sumber daya bumi daripada menyelamatkannya. Seiring dengan semakin ditekannya penggunaan material CFC sebagai pelarut, maka dicarilah alternatif pengganti yang memiliki sitaf-sifat serupa tapi lebih ramah terhadap lingkungan. Mulailah ilmuwan melirik manfaat lain dari CO₂ dari sekedar gas tak berdosa menjadi gas yang tak berdosa sekaligus bermanfaat yaitu sebagai pelarut superkritis. CO₂ sebagai fluida superkritis ??? Wah, buat kita-kita yang awam mungkin sulit membayangkan, nah akan diulas sedikit tentang sifat-sifatnya. CO₂ sebagai fluida superkritis sebenarnya adalah gas yang dinaikkan temperaturnya mencapai temperatur kritis (temperatur tertinggi yang dapat mengubah fase gas menjadi fase cair dengan cara menaikkan tekanan), dan memiliki tekanan kritis (tekanan tertinggi yang dapat mengubah fase cair menjadi fase gas dengan cara menaikkan temperatur) sehingga sifat-sifatnya berada di antara sifat gas dan cairan. Nah, bingung bukan ??! Biar lebih jelas silahkan lihat diagram supercritical fluids (SCF) ini.

Sebagai pelarut superkritis, CO₂, telah cukup banyak dimanfaatkan dibidang penelitian dan industri. Keuntungan lain adalah kita tidak perlu membuat CO₂ melainkan cukup menyaringnya dari udara sekitar kita. Walaupun teknologinya masih mahal, bukan berarti tidak bisa dimanfaatkan secara nyata. Dibidang isolasi dan pengolahan bahan alam, CO₂ superkritis dimanfaatkan sebagai pelarut dalam proses ekstraksi maupun de-ekstraksi senyawa-senyawa aktif dari tumbuhan untuk pengobatan, atau senyawa-senyawa penting untuk industri makanan, misalnya ekstraksi minyak atsiri lemon, jahe, beta-carotene dari tumbuh-tumbuhan atau de-ekstraksi caffein pada kopi. Namun pengembangan lebih lanjut rupanya masih terhambat oleh miskinnya pengetahuan tentang sifat-sifat maupun fasa-fasa campuran CO₂ superkritis dengan bahan terlarut dan perilaku senyawa terlarut di dalamnya.

Dibidang pertambangan minyak bumi, bahkan penggunaan CO₂ yang dicairkan sangat besar. Fluida ini dialirkan ke dalam sumber-sumber minyak yang mulai menipis cadangannya untuk mengangkat cadangan minyak tersisa. Masalah utamanya adalah fluida ini kekentalannya rendah sehingga tidak mampu mengangkat minyak secara maksimum. Pengembangan aditif yang mampu meningkatkan kekentalan (viscosity) fluida CO₂ belum mampu bekerja optimum karena kelarutan aditif-aditif tersebut yang sulit diperkirakan.

Suatu perkembangan lebih menggembirakan dalam industri polimer kembali mengangkat kepopuleran CO₂. Dupont, sebuah perusahan terkemuka dalam inovasi industri kimia telah mampu memproduksi semacam busa atau dikenal ‘foamed thermoplastic’ yang populer disebut ‘fluoropolimer’ berkat ditemukannya polimer ‘perfluoroalkil akrilat’ oleh Desimone dan rekan tahun 1992. Fluoropolimer ini benar-benar larut dalam CO₂ setelah sebelumnya digunakan pelarut dan surfaktan berbasis fluor. Permasalahannya adalah pengembangan ‘foamed polymer’ yang benar-benar menggunakan CO₂ sebagai agen pembuih tidak terlalu berhasil. Walaupun Dow, suatu perusahaan terkemuka juga dibidang industri polimer, telah memproduksi polistiren berbasis keseluruhan CO₂ sebagai agen pengembang, namun muncul kesulitan teknis lain dalam polimer berbasis keseluruhan CO₂, misalnya pecahnya gelembung akibat cepatnya difusi CO₂ di dalam larutan polimer atau soal bagaimana membuat polimer yang memiliki daya hantar panas rendah.

Sesungguhnya masih banyak kegunaan yang bisa digali dari gas CO₂ sebagai material ramah lingkungan. Misalnya dalam industri pelapisan material menggunakan polimer yang dapat larut dalam CO atau pembuatan partikel koloid dalam industri farmasi menggunakan pelarut CO₂. Kenyataan bahwa gas CO, O₂ dan H₂ benar-benar dapat bercampur dan larut dalam CO₂ sebenarnya memberikan kemungkinan untuk melakukan reaksi karbonilasi, oksidasi maupun hidrogenasi dalam pelarut CO₂. Namun kendala dalam aplikasi teknologi-teknologi tersebut secara massal membuat kaum industriawan masih enggan untuk benar-benar beralih menggunakan CO₂.

Silanetion tidak tersubstitusi yang pertama berhasil diidentifikasi

Senyawa-senyawa yang berikatan rangkap silikon-sulfur (silanetion) merupakan golongan senyawa yang menarik. Senyawa ini dianggap terdapat di angkasa luar. Beberapa silanetion tersubstitusi, RR’Si=S, yang distabilkan oleh gugus alkil (R) sebelumnya telah disintesis dan strukturnya ditentukan dengan menggunakan kristalografi sinar-X. Tetapi silanetion yang tidak tersubstitusi (H₂Si=S) − analog golongan kedua dari formaldehida − belum pernah ditemukan sebelumnya. Peneliti di Jerman untuk pertama kalinya telah mengidentifikasi silanetion tidak-tersubstitusi ini.

Sebuah tim yang dipimpin oleh Sven Thorwirth di Max Planck Institute for Radioastronomy, Bonn, mampu mengkarakterisasi molekul yang sulit dipahami ini dengan menggunakan spektroskopi mikrowave. "Di alam semesta, silikon dan sulfur merupakan unsur yang sangat melimpah," kata Thorwirth. Silanetion tidak tersubstitusi ini merupakan "sebuah molekul luar angkasa yang tidak diragukan keberadaannya" yang bisa terdapat dalam kulit debu yang mengelilingi bintang-bintang sekarat (dying stars), paparnya.

Thorwirth menggunakan spektroskopi mikrowave − yang mengukur perbedaan antara radiasi elektromagnetik yang diserap oleh sebuah molekul dan yang diemisikan − untuk mencari molekul tersebut. Perbedaan radiasi terkait dengan rotasi molekul ini, dan digunakan untuk mengidentifikasi spesies-spesies molekuler dan isotop-isotop. Tim ini kemudian mengolah hasil eksperimental mereka dengan perhitungan-perhitungan kimia kuantum tingkat tinggi. Dengan menjelaskan signifikansi penelitian ini, Thorwirth mengatakan bahwa "data ini menjadi basis laboratorium yang diperlukan untuk pencarian-pencarian radio-astronomi di masa mendatang untuk molekul ini di angkasa."

Penelitian ini disambut baik oleh Paul Davies, seorang anggota dari kelompok spektroskopi laser infra-merah di Universitas Cambridge, Inggris, yang mengatakan bahwa kombinasi antara spektroskopi dan perhitungan tingkat tinggi ini "seharusnya dapat diterapkan untuk mengungkap spektra dari molekul-molekul yang sangat rumit, sehingga memungkinkan realisasi potensi penuh dari spektroskopi mikrowave.

Penangkapan Hidroksimetilena dalam Matriks Argon Padat

Dalam sebuah perkembangan fundamental yang penting, pemburu molekul telah menambahkan satu lagi ke dalam daftar molekul yang telah berhasil diisolasi diantara sekian banyak koleksi senyawa efemeral yang telah ada. Untuk pertama kalinya, para kimiawan telah berhasil untuk menangkap dan mempelajari singlet karbena hidroksimetilen yang ‘licin’. (Nature 2008, 453, 906).

Perburuan terhadap hidroksimetilen, atau HCOH, telah menjadi perburuan yang membingungkan. Studi teoritis mengindikasikan bahwa molekul ini cukup stabil untuk diisolasi, namun hingga kini semua usaha untuk menangkap karbena mengalami kegagalan.

Untuk menyingkirkan karbena yang lain, para peneliti yang dikepalai oleh Peter R. Schreiner dari Justus Liebig University, Jerman dan Wesley D. Allen dari Univeristy of Georgia, pertama-tama memanaskan asam glioksalat dalam kondisi vakum tinggi. Didalam kondisiini, asam glioksalat mengeliminasi CO2 untuk menghasilkan HCOH, dimana para kimiawan kemudian memerangkapnya dalam sebuah matriks argon padat pada temperatur 11 K.

Hidroksimetilen tidak berada dalam fasa yang mampu diisolasi dalam waktu yang lama. karben akan mengatur dirinya sendiri untuk menjadi formaldehida dengan waktu paruh selama dua jam. Manuver ini mengejutkan para peneliti karena pada suhu 11 K tidak ada energi termal yang cukup untuk HCOH mengatasi rintangan tinggi dari reaksi pengaturan kembali. Pada akhirnya, tim ini menyimpulkan bahwa hidrogen hidroksil memotong rintangan ini melalui pembuatan terowongan kuantum.

Dalam sebuah wawancara yang menertai laporan penelitian ini, Markku Rasanen dari University of Helsinki, Finlandia mencatat bahwa penemuan ini ‘akan mampu memberikan sinar baru terhadap sisi kimia dari senyawa-senyawa yang menarik ini, dan bahkan mampu menunjukkan jalan menuju penemuan reaksi-reaksi baru’.

Melakukan Reaksi Anorganik Ionik Pada Media CO₂ Superkritis

Ketika karbon dioksida dipanaskan diatas temperatur kritisnya (31^oC), pada tekanan yang lebih besar dari 72,8 atm, CO₂ akan membentuk cairan superkritis. Cairan superkritis ini memiliki sifat-sifat baik dari larutan maupun gas. CO₂ superkritis dapat digunakan sebagai pelarut dan seiring dengan waktu, kepopulerannya sebagai pelarut makin dikenal karena sifatnya yang aman, ramah lingkungan, dan murah dibandingkan dengan beberapa pelarut organik yang kini umum digunakan di dunia industri ⁽¹⁾. Sebagai contoh, CO₂ superkritis kini digunakan untuk melarutkan kafein dalam bijih kopi untuk menghasilkan kopi dengan kafein rendah (decaff coffee). Teknik lama untuk mendekafeinasi bijih kopi antara lain menggunakan berbagai pelarut organik seperti metilen klorida atau klorofom yang memiliki tingkat toksisitas tertentu. Keuntungan dari penggunaan CO₂ superkritis ialah segi pembuangan yang relatif murah dan efek lingkungan yang relatif ramah, walaupun dari segi instrumentasi jauh lebih mahal. Selain itu, dalam aplikasi praktis, beberapa masalah kondisi kerja dengan suhu diatas suhu kritis relatif sedikit karena larutan CO₂ memiliki suhu dan tekanan kritis yang lebih rendah dibandingkan dengan CO₂ murni.

Satu masalah dengan penggunaan CO₂ superkritis sebagai pelarut adalah ketidakmampuannya untuk melarutkan senyawa polar, seperti air dan senyawa ionik. Masalah ini dipecahkan dengan perancangan sebuah surfaktan, amonium karboksilat perfloro polieter (PFPE), dengan rumus umum :

F₃C-[OCF₂CF(CF₃))n(OCF₂)m]OCF₂COO-NH₄⁺

dimana n=~2 dan m=~3. Surfaktan ini adalah sebuah padatan mengkilat dengan massa molekul relatif rata-rata nya adalah 740. Surfaktan ini mampu mendispersikan air menjadi tetesan kecil dalam CO₂ cair ^(2,3). Dalam CO₂ superkritis, PFPE berperilaku menyerupai sabun dalam air, namun misel yang terbentuk berkebalikan dengan misel yang terbentuk oleh sabun dan air. Misel sabun dan air memiliki permukaan hidrofilik dan inti hidrofobik. Dalam misel PFPE dengan air, permukaan yang dibentuk adalah hidrofobik dan intinya adalah hidrofilik. Dengan PFPE, ujung hidrofilik (COO^-) dari molekul membentuk sfera (sphere) yang mengelilingi air, dan ekor hidrofobik (perfloroeter) melarut dalam CO₂ superkritis, seperti gambar dibawah.

©1997 American Chemical Society

Representasi skematik diatas menggambarkan lingkungan air dalam misel terbalik atau mikroemulsi. Mikroemulsi ini menunjukkan kemungkinan lingkungan dimana air dapat ditemukan. Air terikat atau air interfasial (Type 1) diasosiasikan dekat dengan gugus kepala ionik (direpresentasikan dengan lingkaran putih) dari molekul surfaktan PFPE. Air ruah (bulk) (Type 2) terletak di dalam inti membentuk tetes air. Lingkungan ketiga adalah lingkungan bebas air dimana ini melarut dalam ‘minyak’ atau fasa CO₂ superkritis dan tidak diasosiasikan dengan lingkungan mikroemulsi.

Dalam CO₂ superkritis, interaksi ini menstabilkan air yang tak hingga, dimana ini disebut mikroemulsi. Air dalam mikroemulsi memiliki sifat yang sama dengan air ruah, dan melarutkan senyawa polar dan ionik. Sebagai contoh, kalium permanganat (KMnO₄) tidak larut dalam CO₂ superkritik biasa, namun ia akan larut dengan adanya mikroemulsi air. Selain itu, larutan KMnO₄ ini memiliki karakteristik warna ungu dari ion permanganat dan spektrum UV-visible memiliki kesamaan dengan KMnO₄ dalam air ruah ^(2,3). Pengukuran dengan sistem elektroda pH biasa menunjukkan bahwa air di dalam mikroemulsi bersifat asam, dengan pH 3. Ini diakibatkan pembentukan asam karbonat oleh karbon dioksida dan air. Ini berarti bahwa semua reaksi dalam medium ini akan berada dalam kondisi asam, sebuah faktor yang harus diperhitungkan ketika menjelaskan studi kinetik atau kemungkinan mekanisme reaksi.

Kehadiran dari mikroemulsi memungkinkan reaksi-reaksi tertentu terjadi, dimana pada kondisi CO₂ superkritik biasa tidak akan terjadi. Sebagai contoh, natrium nitroprusida (Na₂[Fe(CN)₅(NO)] .2H₂O) larut dalam air, namun tidak larut dalam CO₂ superkritis. Hidrogen sulfida (H₂S) larut baik dalam CO2 superkritis biasa namun tidak begitu larut dalam air. Karena natrium nitroprusida tidak larut dalam CO₂ superkritis maka tidak akan ada reaksi yang tterjadi anatara kedua senyawa ini dalam CO₂ superkritis biasa. Ketika kedua senyawa ini dilarutkan dalam CO₂ superkritis dengan mikroemulsi, reaksi berikut akan terjadi yang diiringi dengan perubahan warna merah menjadi kuning :

[Fe(CN)₅(NO)]₂^- + HS^- -> [Fe(CN)₅N(O)SH]₃^-

Situasi yang sama muncul pula dengan kalium dikromat (K₂Cr₂O₇) dan sulfur dioksida (SO₂). Karakteristik kelarutan kedua senyawa ini sendiri menyerupai contoh sebelumnya secara berturutan. Ketika kedua senyawa ini diarutkan dilarutkan dalam CO₂ superkritis dengan mikroemulsi, kalium dikromat akan dirubah menjadi kromium (III) sulfat [Cr₂(SO₄)₃] ⁽²⁾. Reaksi ini tidak terjadi dalam CO₂ superkritis biasa, karena spesi-spesi ionik yang terlibat tidak larut dalam medium ini.

Kemungkinan untuk melarutkan senyawa ionik anorganik dalam CO₂ superkritis dengan mikroemulsi membuka beberapa kemungkinan untuk melakukan tipe-tipe reaksi baru dalam medium ini. Karena banyak gas seperti O₂, CO, Cl₂, SO₂ lebih larut dalam CO₂ superkritis dibandingkan media larutan biasa maka reaksi yang homogen dan efisien dapat dilakukan antara gas dan spesi ionik. Karena ini dan berbagai kemungkinan baru, maka popularitas CO₂ superkritis sebagai medium pelarut diprediksikan akan semakin meningkat ⁽⁴⁾.

Daftar Pustaka

1. “Supercritical Carbon Dioxide: Uses as an Industrial Solvent”, a fact sheet put out by the Institute for Local Self-Reliance.
2. M. J. Clarke, L. Kristi, K. P. Harrison, S. M. Howdle, 1997, Water in supercritical carbon dioxide microemulsions: Spectroscopic investigation of a new environment for aqueous inorganic chemistry, Journal of the American Chemical Society, 119: 6399.
3. M. Roubi, 1997, Colorful inorganic chemistry coaxed into supercritical CO₂, Chemical and Engineering News, Issue of August 11, 40.
4. “New Role for Supercritical Carbon Dioxide” on the page maintained by Chemistry and Industry News (URL asli: http://ci.mond.org/9603/960307.html, namun sudah tidak ada

Kompleks Mg(I) yang Pertama Berhasil Dibuat

Beberapa kimiawan telah berhasil membuat senyawa-senyawa magnesium(I) yang stabil untuk pertama kalinya - sebuah terobosan untuk sebuah logam yang sifat-sifat kimianya, begitu juga logam-logam golongan 2 lainnya seperti beryllium dan kalsium, dikendalikan oleh bilangan oksidasi +2. Dua kompleks baru, yang ciri khasnya adalah dua ion magnesium(I) yang terikat pada sebuah pusat Mg₂²⁺, berhasil dibuat untuk pertama kalinya oleh Cameron Jones, Andreas Stasch dan rekan-rekannya di Universitas Monash, Australia.

Jones dan Stasch membuat kompleks yang pertama dengan mengikatkan ligan-ligan berbasis-guanidin yang besar ke magnesium. Ligan-ligan ini sebelumnya dibuat oleh kelompok peneliti ini juga. Dari sebuah prekursor dimana dua ion magnesium(II), dengan ligan besar yang terikat padanya, yang dipisahkan oleh dua jembatan atom iodin, mereka menambahkan logam kalium pereduksi dalam jumlah berlebih untuk membuat senyawa target.

“Cukup mengejutkan bagi kami bahwa kami dapat membuat kompleks ini hanya dengan reduksi sederhana,” ungkap Jones kepada Chemistry World. “Biasanya jika digunakan kalium untuk mereduksi, maka reduksi yang terjadi akan berlebihan (sampai menjadi logam magnesium). Jika kita menghentikan reaksi setelah 24 jam, maka akan diperoleh senyawa yang diinginkan”. Tim peneliti ini selanjutnya menggunakan kondisi-kondisi yang sama untuk membuat kompleks kedua dengan menggunakan ligan tipe diketiminat “Nacnac” yang telah banyak diteliti.

Robert Mulvey, kepala kimia anorganik di Universitas Strathclyde, UK, sangat terkesan dengan hasil penelitian ini. “Fakta bahwa metode sintetik yang digunakan, reduksi dari sebuah pereaksi Grignard dengan unsur kalium, sangat sederhana untuk bisa menghasilkan temuan baru,” ungkap Mulvey kepada Chemistry World. Hasil ini adalah sebuah hasil sensasional yang tidak diragukan lagi akan meningkatkan aktivitas penelitian di bidang kimia Mg(I).”

Untuk menguatkan bahwa mereka benar-benar berhasil membuat sebuah kompleks magnesium(I), Jones pertama-tama harus membuktikan bahwa mereka tidak sekadar mengganti jembatan iodin dengan atom hidrogen - sebab jika ini terjadi, itu berarti atom-atom magnesium tetap berada pada bilangan oksidasi +2.

“Bukti terakhir yang akan ditunjukkan adalah kompleks yang dijembatani oleh hidrogen, tetapi kami belum mampu melakukannya. Jadi kami menggunakan kristalografi, kimia teori, dan spektroskopi untuk membuktikan bahwa yang terdapat pada kompleks benar-benar adalah magnesium(I). Dan kami juga telah menunjukkan bahwa kompleks-kompleks ini bertindak sebagai agen pereduksi untuk berbagai substrat tak jenuh, yang juga akan kami publikasikan.”

Jones mengatakan dia sekarang ingin membuat kompleks-kompleks dari unsur tetangga magnesium di Golongan 2, yakni beryllium dan kalsium, pada bilangan oksidasi +1. “Kami juga sedang melirik kompleks-kompleks dengan tiga atau lebih magnesium yang terikat bersama,” ungkap Jones.

Air Oksida

Hidrogen peroksida (H₂O₂) dalam larutan encer sudah tidak asing lagi dikenal sebagai salah satu penghuni lemari obat, tetapi ada sebuah molekul yang rumit, air oksida atau oxywater, yang mempunyai rumus molekul yang sama dengan hidrogen peroksida. Perbedaan air oksida dan hidrogen peroksida terletak hanya pada posisi dari sebuah protonnya:

Para ahli teori beberapa waktu belakangan ini yakin bahwa air oksida dapat diamati. Namun jangan berharap dulu seseorang akan datang dan memberikan sebotol air oksida kepada Anda. Diperkirakan air oksida lebih tidak stabil dibanding dengan hidrogen peroksida; perbedaan ketidakstabilannya sangat besar yaitu 47 kcal mol-1 (144 kJ mol-1) di dalam fase gas. Ini berarti tetapan kesetimbangan untuk perubahan hidrogen peroksida menjadi air oksida sangat kecil yaitu hanya 10^-35. Selain itu, laju perubahan air oksida menjadi hidrogen peroksida diperkirakan sangat besar.

Karena ketidakstabilan air oksida, para ahli kimia harus mencari jalan dengan metode tidak langsung untuk mendeteksinya. Detlef Schroder dan rekan kerjanya di Technical University of Berlin, dengan menggunakan mass spectrometry, sudah mendapatkan bukti keberadaan air oksida yang sangat singkat.

Di samping perhatian secara umum pada molekulnya yang rumit, beberapa dorongan untuk menyelidiki air oksida muncul akibat kemungkinan peran air oksida sebagai perantara di dalam pergerakan oksigen baik secara biologis maupun abiologis dari hidrogen peroksida. Kebanyakan penelitian secara teori tentang air oksida, dan juga penelitian secara eksperimen oleh Schroeder di atas, meneliti air oksida dalam fase gas. Namun, air oksida di dalam bentuk larutan kemungkinan jauh lebih stabil relatif terhadap hidrogen peroksida. Kestabilan ini meningkatkan kemungkinan terlibatnya air oksida dalam proses kimia di dalam larutan.

Berilium: Kawan atau Lawan?

Berilium banyak digunakan dalam teknologi-teknologi yang ada sekarang ini, mulai dari mobil dan komputer sampai alat prostetik gigi. Popularitas berilium terkait dengan sifat-sifatnya yang unik antara lain ringan, enam kali lebih keras dari baja, memiliki titik leleh tinggi (1285C) dan kapasitas penyerapan panas, dan tidak bersifat magnetik serta tahan korosi. Berilium juga digunakan untuk tenaga nuklir dan aplikasi senjata. Pada tahun 2000 Amerika Serikat menggunakan 390 ton berilium, dengan total biaya yang diperkirakan $140 juta.

Akan tetapi, logam ini memiliki efek kesehatan negatif: pada individu yang rentan, keterpaparan terhadap berilium menyebabkan sebuah penyakit paru-paru yang disebut penyakit berilium kronis (CBD) - sebuah kondisi yang melemahkan, tidak dapat disembuhkan, dan sering fatal. Dengan meluasnya penggunaan berilium, efek negatif ini sangat memerlukan pemahaman yang lebih baik tentang sifat-sifat kimia berilium pada kondisi-kondisi biologis dan bagaimana hal ini menyebabkan penyakit dan penyembuhannya serta terapi yang potensial.

Sebuah antigen berilium (tengah) terikat ke molekul HLA pada sebuah sel penampak antigen dan dibawa ke sel T, sehingga memicu respon kekebalan

Diduga bahwa respon kekebalan terhadap berilium terpicu ketika unsur yang dihirup tanpa sadar dideteksi oleh sel-sel penampak antigen (APC, lihat gambar). Spesies berilium yang tidak diketahui berfungsi sebagai antigen yang terikat ke molekul HLA (antigen leukosit manusia) pada permukaan APC. Antigen berilium selanjutnya dibawa ke sel T (sel darah putih dengan peranan utama dalam respon kekebalan). Penelitian sekitar 6 tahun yang lalu di Los Alamos menghasilkan gambaran yang lengkap dari spesiasi berilium pada kondisi-kondisi biologis, termasuk interaksinya dengan protein dan konsekuensi imunologi yang ditimbulkan.

Melalui penelitian beberapa kompleks molekul kecil dari berilium, ditemukan bahwa berilium memiliki kecenderungan tinggi untuk menggantikan atom-atom hidrogen pada ikatan hidrogen yang kuat. Ikatan-ikatan ini, yang sering terbentuk antara asam-asam amino yang mengandung gugus karboksilat dan alkohol, membantu memberikan kerangka-dasar yang mendukung struktur dan fungsi protein. Dengan memperluas model ini ke sistem biologis yang nyata, terlihat bahwa berilium menggantikan keseluruhan atom ikatan hidrogen kuat (12 atom) pada transferrin, sebuah protein transport zat besi yang ditemukan dalam plasma darah. Ini merupakan sebuah jalur potensial bagi berilium untuk memasuki sel dengan reseptor-reseptor transferrin. Penelitian-penelitian ini membuka paradigma baru untuk pengikatan berilium dalam sistem biologis yang sebenarnya.

Terkait dengan kecenderungannya untuk menggantikan atom-atom dalam ikatan hidrogen, berilium diketahui membentuk kelompok-kelompok polimetalik dengan gugus-gugus karboksilat. Sehingga telah diduga bahwa berilium juga akan membentuk kelompok-kelompok pada protein yang memiliki banyak residu karboksilat di sekitarnya. Sebuah temuan yang menarik adalah bahwa molekul HLA dari pasien CBD mengandung jumlah residu karboksilat yang lebih besar dibanding molekul HLA dari orang yang tidak menderita CBD. Dan penelitian dengan NMR ⁹Be menunjukkan kelompok atom berilium yang dijembatani karboksilat itu sebagai sebuah gambaran struktural menyeluruh dari antigen (lihat gambar).

Penelitian dengan menggunakan microarray telah memberikan wawasan lain tentang mekanisme-mekanisme yang mengatur respon kekebalan berilium. Gen-gen perlekatan sel dan chemokin (protein-protein kecil yang memediasi migrasi sel) diregulasi dengan baik dalam sel-sel yang diperlakukan dengan berilium. Ini menunjukkan sebuah mekanisme yang melibatkan gradien-gradien chemokin untuk menarik sel-sel imun ke tempat inflamasi. Disamping itu, sel-sel imun yang diperlakukan dengan berilium menunjukkan pensinyalan intraseluler yang berubah dan pelepasan sitokin ketika merespon terhadap lipopolisakarida - sebuah toksin yang ditemukan dalam membran sel terluar bakteri. Ini menunjukkan bahwa keterpaparan lebih dulu terhadap berilium bisa merubah respon kekebalan host terhadap infeksi bakteri selanjutnya. Implikasi bahwa molekul-molekul perlekatan sel dan chemokin terkait dengan CBD berpotensi memberikan kemungkinan untuk menggunakan molekul-molekul yang merusak regulasi molekul-molekul imun ini untuk menghambat perkembangan gejala-gejala penyakit.

Sebuah pendekatan multidisiplin yang berbasis molekuler untuk meneliti CBD telah berhasil mengidentifikasi spesies-spesies berilium yang relevan, interaksinya dengan protein dan peranan potensialnya dalam penyakit. Ini tidak hanya bisa mengarah pada penyembuhan dan terapi yang potensial untuk CBD, tetapi juga memberikan wawasan tentang mekanisme-mekanisme logam lain dan penyakit-penyakit autoimun.