SILIKA GEL

Silika Gel

Grace Davison adalah ilmuwan yang menjadi pelopor dalam studi silika. Silika gel dipatenkan pada tahun 1919. Tahun 1923 Davidson memulai produksi komersial yang pertama. Sejak saat itu, Davidson menggunakan teknologi dan inovasi untuk memperluas kegunaan dari silika gel sintetik.

Silika gel adalah senyawa kimia yang tersusun dari silikon dan oksigen yang membentuk globula- globula SiO₄^4- tetrahedral dalam suatu pola secara acak dan membentuk kerangka tiga dimensi yang ukurannya lebih besar, dengan ukuran partikel 1,25µm (Osick, 1982 ).

Rumus kimia silika gel secara umum adalah SiO₂.xH₂O. Silika gel mempunyai struktur yang berlubang, tidak berbentuk (amorf) yang tersusun dari SiO₂ dengan porositas tinggi sekitar 800 m²/g, yang berguna menyerap air setiap saat, yang membuat silika gel berfungsi sebagai pengering (drying agent), dan ketika jenuh dengan air silika gel dapat diregenerasi (dikeringkan) dengan pemanasan sampai 150⁰C (300 ⁰F). Porositas silika gel akan mengalami peningkatan dengan naiknya luas permukan pada silika gel.

 Partikel silika gel seperti bola dengan diameter bervariasi yaitu antara 2-10 nm. Area luas permukaan spesifik silika gel antara 300-1000 m²/g^-1, volume lubang 0,3- 2,0 cm³g^-1 dan rata-rata pori lubang 2-2,5 (Thompson, 2008).

Gambar 2.1 Penataan SiO₄ Tetrahedral Silika Gel (Kaim dan Schwederski, 1994).

     Matriks dari partikel silika gel primer adalah inti yang terdiri dari atom silikon yang terikat bersama silikon lain oleh adanya oksigen dengan ikatan silokskan (ikatan silikon-oksigen-silikon), sehingga pada permukaan tiap partikel primer terdapat gugus –OH yang tidak terkondensasi yang berasal dari monomer asam silikat. Gugus –OH yang dikenal sebagai gugus silanol inilah yang memberikan sifat polar pada silika gel dan merupakan sisi aktif dari silika gel.

1.      Sifat permukaan silika gel

Terdapat dua jenis gugus hidroksil pada permukaan silika gel, yakni:

a.       Gugus –OH bebas, disebut tipe A memiliki jarak antara gugus –OH dengan gugus –OH lainnya 0,5-0,52 nm.

b.      Gugus –OH terikat, disebut tipe B, tipe ini dapat berinteraksi melalui ikatan hidrogen dan memilki jarak antara gugus –OH dengan gugus –OH lainnya 0,25-0,26 nm.

Gambar 2.2 Gugus –OH bebas dan –OH terikat pada silika gel

Gugus silanol bebas berfungsi sebagai donor maupun akseptor elektron, sedangkan gugus siloksan berperan dalam proses adsorpsi molekul. Permukaan silika gel bersifat hidrofilik, pada permukaan silika gel yag kurang hidrofilik maka dibutuhkan modifikasi jika akan digunakan untuk adsorpsi, pemisahan senyawa polar dan nonpolar, dan apabila digunakan untuk pencampuran silika dengan bahan hidrofobik. Modifikasi gugus silanol bebas pada silika gel lebih mudah dilakukan melalui substitusi gugus OH dengan gugus lain. (Kondo, 1996).

     Kelarutan silika gel dipegaruhi oleh pH, dimana pada pH 2-9 kelarutan silika gel relatif rendah yaitu sekitar 100-140 mg/L dan akan meningkat drastis pada pH di atas 9, selain itu juga harga pH larutan pada lingkungan silika gel dapat  mempengaruhi keadaan muatan listrik permukaan silika gel. Secara umum, pada keadaan lingkungan asam, permukaan silika gel memiliki muatan netto positif, pada keadaan lingkungan basa, permukaannya memiliki uatan netto negatif  (Kaim dan Schwederski, 1994; Tan, 1991). Pada pH larutan di atas 9 silika gel larut menurut reaksi  di bawah ini (Ishizaqi, 1998)

                                         

     Silika gel yang memiliki gugus silanol dan siloksan tanpa modifikasi terlebih dahulu hanya dapat digunakan untuk adsorpsi ion logam keras seperti Na⁺,Mg²⁺, Ca²⁺, dan Fe³⁺ (Jansen, 1992). Keterbatasan silika gel dalam proses adsorpsi dapat diatasi melalui modifikasi pada permukaannya dengan impregnasi dan organofungsionalisasi molekul- molekul organik yang memiliki gugus yang dapat berikatan dengan golongan logam lunak. Impregnasi dan organofungsionalisasi molekul- molekul organik pada permukaan silika gel dua proses yang berbeda. Impregnasi melibatkan interaksi secara fisik, sedangkan organofungsionalisai molekul terikat secara kimia (Filho dkk, 1995).

     Modifikasi permukaan silika gel lebih tepat dilakukan dengan proses organofungsionalisasi, karena melalui ikatan kimia dan kovalen yang terjadi antara gugus organik dengan silika gel. Organifungsionalisasi merupakan pengimobilisasian senyawa orgaik yang memiliki afinitas yang baik terhadap atom Si maupun atom O (Ishizaki, 1998).          

      Pemilihan silika gel sebagai padatan pendukung untuk proses adsorpsi  karena silika gel memiliki beberapa sifat unik yang tidak dimiliki oleh senyawa anorganik lainnya, seperti inert, hidrofilik, sifat adsorpsi dan pertukaran ion yang baik, kestabilan mekanika dan termal tinggi, tidak mengembang dalam larutan organik maupun anorganik, dapat digunakan kembali, tidak reaktif terhadap pelrut organik, serta adanya gugus silanol dan siloksan yang terdapat pada permukaannya memungkinkan silika gel dimodifikasi permukaannya secara kimia melalui reaksi dengan kedua gugus aktif tersebut (Mahan dan Helcombe, 1992).