SENYAWA KOMPLEKS BESI

SENYAWA KOMPLEKS BESI

Besi adalah logam paling banyak, dan dipercayai sebagai unsur kimia ke sepuluh paling banya di alam. Jumlah besi yang besar di bumi disangka menyumbang kepada medan magnet bumi.

Simbolnya Fe ringkasan ferrum nama latin bagi besi. Besi adalah logam yang dihasilkan dari bijih besi, dan jarang ditemui dalam keadaan bebas.

Dalam industri, besi dihasilkan dari bijih, kebanyakan hematit (Fe₂O₃), melalui reduksi oleh karbon pada suhu 2000⁰C.

2 C + O₂ → 2 CO

3 CO + Fe₂O₃ → 2 Fe + 3 CO₂

Besi yang dihasilkan dapat digunakan dalam sintesis senyawa-senyawa yagn mengandung Fe.

Beberapa senyawa kompleks dengan atom pusat Fe adalah :

1. Fe^III (2,2-bipryridine)(HPO₃)(H₂PO₄) ]

a. Pembuatan

Reaksi hidrotermal dari campuran yang mengandung bubuk besi, asam fosfat, 2,2’-bipyridine dan air pada suhu 125⁰C selama 7 hari.

Pada sintesis tersebut 0,108 g bubuk besi dilarikan dalam 7 ml air. Kemudian ditambahkan 0,636 g H₃PO₃. Akhirnya 0,909 g 2,2-bipiridine (2,2’-bpy) ditambahkan dan dikocok sampai hmogen selama 30 menit pada suhu kamar. Campuran akhir dngan komposisi 1 Fe : 4 H₃PO₃ : 3(2,2-bpy) : 200 H₂O dipindahkan ke dalam 23 ml asam dan dipanaskan pada suhu 125⁰C selama 7 hari.

Hasilnya mengandung jumlah yang besar kristak tak berwarna kemudian disaring, cuci dengan air dan keringkan. Produk ini mengandung 70% Fe. pH awal dan akhir reaksi adalah 2.

Sintesis hidrotermal memberikan metode yang cepat untuk membuat senyawa hibrid organik dan anorganik. Komponen-komponen organik dan anorgnaik tersebut mungkin dilengkapi satu sama lain dengan material tertendu utnuk meningktakan mutu struktur padatan baru dan untuk beberapa kasus bagi struktur komposit.

Pada komplkes [Fe^III(22-bpy)(HPO₃)(H₂PO₄)], penggunaan molekul 2,2-bipiridine sebagai ligand menghaslkan kondisi dimana secara tradisional ikatan Fe dengan p dalam oktahedral menghasilkan rangkaian struktur 1 dimensi.

b. Pembuatan Struktur Kristal

kristal tunggal tak berwarna yang dihasilkan dengan hati-hati diseleksi dibawah mikroskop terpolarisasi dan melekat pada lapisan kaca tipis dengan perekat cyanocrylate.

Struktur kristak ditentukan dengan difraksi sinar x. Data penentuan struktur yang dihasilkan ditampilkan pada tabel 1.

Tabel 1. Data Kristal [Fe^III(C₁₀N₂H₈)(HPO₃)(H₂PO₄)]

Rumus Empiris	Fe1P2O7C10N2H11
Berat Molekul	392,03
Cristal	Monoklin
Volume (A03) a. (A0) b. (A0) c. (A0)	657,93 10,541 6.430 10.617
Suhu (K)	293

Unit asimetri dari [Fe^III(22-bpy)(HPO₃)(H₂PO₄)] mengandung 19 atom nonhidroge, dengan 1 Fe dan 2 atom P berdiri sendiri.

Kecuali untuk atom oksigen, O(3), semua atom lain pada unit asimetris berada pada bidang kaca. Atom besi berada pada koordinat oktahedral dengan 2 atom nitrogen dari ligan 2,2’-bpy dan 4 atom oksigen.

Ikatan Fe-O berjarak 1,959 A⁰ dan ikatan Fe-N rata-rata 2,177 A⁰. Atom besi dihubungkan kepada 2 atom pasfor melalui ikatan Fe-O-P. dua buah atom P, P(1) dan P (2) memiliki hubungan pseudo-tetrahedral dan teetrahedral dengan atomoksigen.

P (1) dihubungkan denga besi melalui 3 ikatan P-O -Fe dan memiliki ikatan P-H ujung. P (2) dihubungkan dengan 2ikatan P-O-Fe dan memiliki 2 ikatan P-O ujung.

Ikatan P-O memiliki jarak rata-rata 1,499 A⁰ terhadap atom oksigen yang tidak mengikat atom hidrogen dan 1,577 A⁰terhadap atom oksigen yang mengikat atom hidrogen.

Struktur kompleks ini terdiri dari sebuah jaringan oktahedral FeO₄N₂ dan unit pseudo-tetrahedral HP(1)O₃, yang keras, dihubungkan melalui puncak-puncaknya terhadap 4 anggota cincin. Anggota cincin–cincin tersbut dihubungkan untuk membentuk rangkaian struktur satu dimensi. P(2)O₂(OH)₂ dan 2,2 bpydcangkokan ke dalam struktur satu molekul. Dimensi ini 6’ ikatan dnegan atom Fe pusat (Gambar 2).

Pengamatan sifat magnetik menunjukkan bahwa [Fe^III(22-bpy)(HPO₃)(H₂PO₄)] bertindak antiferomagnetik pada suhu rendah.

2. Kompleks M [TCNQ]_y

M [TCNQ]_y [M = Mn, Fe, Ca, Ni ; TCNQ = 7,7,8,8 tetracyano-p-quinodimetane]

Sekelompok molekul dengan sifat magnet dngan rumus umum M[TCNQ]_y [M = Mn, Fe, Ca, Ni ; TCNQ = 7,7,8,8 tetracyano-p-quinodimetane] telah disentesis dari Ma(CCO)_b dan [M(NCMe)₆][SbF₆]₂.

Pada tahun 1985, molekul organik pertama dengan sifat magnet yang ditemukan adalah [Fe(C₅Me₅)₂][TCNE] yang ditemukan sebagai ferumagnetik dibawah suhu kritis 4.8 K. hal berikutnya dibuat dengan sintesis dari V [TCNE]_y z CH₂Cl₂ yang bersifat magnet ada suhu kritis Tc»400 K. Lebih jauh dibuat dengan penggunaan bahan dasar natural yang mudah menguap dengan cara CVD (Chemical Vapor Deposition).

Rekasi Fe (CO)₅dengan TCNE sebaik TCNQ menghasilkan Fe[TCNE]₂ dan Fe[TCNQ]₂, magnet pada suhu 100 dan 35 K. TCNQ (7,7,8,8-tetracyano-p-gulnodimetane) sudah dipelajari secara luas, terutama aplikasinya dalam konduktor organik.

Gambar 1. 7,7,8,8-tetracyano-p-quinodimetane (TCNQ)

N

N

N

N

a. Pembuatan

Reaksi dari TCNQ dan V(CO)₆ tidak harus berasal/ berawal dengan transfer elektron, tapi dengan subtitusi ligand melalui serangan nukleofilik dari TCNQ melepaskan CO.

Analog dengan reaksi ini, M[TCNQ]_y (M=Fe,Ni,CO) dapat disentesis dari Ma(CO)_b dan TCNQ, menurut persamaan 1 walaupun mekanismenya tidak diketahui.

Persamaan 1

1/a Ma (CO)_b + 2 TCNQ → m[TCNQ]_y + b/a CO

Reaksi Fe [TCNQ]₂ 2CH₂Cl₂ dari Fe (CO)₅ dan TCNQ juga telah dilaporkan. Rute reaksi redoks dari material target dihindari dengan persamaan 2.

[M(NCME)₆][SbF₆]₂ + 2[n. BO₄N][TCNQ] → M[TCNQ]_y + 2[N-BO₄N][SbF₆] + 6 MeCN

y » 2 M = Mn. Fe, Co, Ni

Semua reaksi ( 1 & 2 ) berjalan cepat.

b. Struktur

Reaksi yang terjadi pada persamaan 1 & 2 berakhir dalam pembentukan bubuk amorf.

Difraksi dari bubuk ini diajukan terhadap material, namun tidak ada difraksi yang dapat diobservasi. Sifat magnetik yang tinggi dapat diobeservasi pada beberapa material amorf, yang sama dengan data obeservasi untuk sistem M [TCNE]_y.

Walaupun struktur dari material ini tidak diketahui, namun diajukan bahwa S = ½ [TCNQ] hibridisasi sp dengan ikatan N dari beberapa ion logam, dengan demikia menyediakan pasangan magnetik yagn rapi.

3. Kompleks Fe^(II) - Cr^(III) Oksalat

Ligan oksalat sangat mneraik untuk diteliti karena mempunyai empat atom donor yang dapat berfungsi sebagai jembatan. Jembatan oksalat merupakan mediator yang baik untuk interaksi diantara ion-ion logam. Ion-ion logam dengan ligan oksalat dapat membentuk kompleks polimer homonuklir atau heteronuklir.

Kompleks polimer saat ini banyak diminati untuk diteliti karena pemanfaatan senyawa ini sabagai material magnet.

Struktur ligan oksalat berkoordinasi dengan ion logam dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1. Struktur K₂[Co(C₂O₄)₂]

a. Pembuatan

Sebagai sumber besi (II) digunakan garam klorida, FeCl₂.4H₂O.

Ø Sintesis FeCl₂. 4H₂O

5,24 gram FeCl₃ dilarutkan dalam 20 ml etanol, setelah itu pada larutan ini ditambah 2,63 gram serbuk Fe dan 3 ml HCL 10 M sambil dipanaskan sampai temperatur 70 ⁰C. Setelah reaksi sempurna campuran ini disaring untuk memisahkan dari kelebihan serbuk besi. Filtratnya dimasukkan dalam wadah tertutup dan didinginkan. Kristal putih kehijauan terbentuk dengan segera, kristal ini disaring dengan kaca masir G-4 sambil dialiri gas N₂. Kristal kering putih kehijauan dikeringkan dalam vakum sambil dialiri gas N₂.

Ø Sintesis K₃[Cr(C₂O₄)₃]. 3H₂O

Sebanyak 5.52 gram H₂C₂O₄.2H₂O dilarutkan dalam 10 ml aquadest dengan pengadukan. Kedalam larutan ini ditambahkan 1.83 gram K₂Cr₂O₇ sambl diaduk dengan kuat hingga terbentuk gelembung-gelembung gas. Setelah reaksi sempurna pada larutan ini ditambah 2.09 gram K₂C₂O₄. 2H₂O sambil diaduk hingga larut. Larutan tersebut didinginkan dalam penangas es kemudian ke dalam larutan tersebut ditambahkan 10 ml etanol hingga terbentk endapan. Padatan ini disaring, dicuci dengan etanol dan dikeringkan dalam deksikator. Endapan yang sudah kering direkristalisasi dengan metode dua pelarut, yaitu dilarutkan dlam air kemudian dikristalkan dengan penambahan etanol.

Ø Sintesis [(C₄H₉)₄N][Fe^IICr^III(C₂O₄)₃]

Sebanyak 0.48 gram K₃[Cr(C₂O₄)₃]. 3H₂O hasil sintesis diatasi dilarutkan dalam 5 ml aquadest. Kedalam larutan ini ditambahkan 0.29 gram FeCl₂.4H₂O yang telah dilarutkan dalam 3 ml aquadest sambil dialiri gas N₂. Setelah reaksi sempurna, larutan ini ditambah 0.32 gram [(C₄H₉)₄N] Br yang telah dilarutkan dalam 3 ml aquadest. Endapan yang terbentuk disaring, dikeringkan dalam desikator.

Sintesis kompleks [(C₆H₉)₄N][Fe^IICr^III(C₂O₄)₃] dilakukan dalam atmosfir nitrogen untuk mencegah besi (II) teroksidasi menjadi besi (III). Perbandingan mol FeCl₂ : K₃[Cr(C₂O₄)₃] [(C₄H₉)₄N]Br adalah 1.5 : 1 : 1.

Kompleks polimer yang terbentuk berwarna hijau kekuningan, dan rendemen yang diperoleh sebesar 74%. Kompleks yang dihasilkan memiliki rumus kimia [(C₆H₉)₄N][Fe^IICr^III(C₂O₄)₃].H₂O.

b. Sifat Magnet

Sifat magnet kompleks polimer [(C₆H₉)₄N][Fe^IICr^III(C₂O₄)₃].H₂O sangat menerik. Pada temperatur ruang senyawa kompleks menunjukkan momen magnet 6.59 BM. Ini sesuai dengan momen magnet diantara ion-ion logam Fe^(II) dan Cr^(III). Nilai momen magnet teoritis kompleks diperoleh dari resultan momen magnet interaksi ion-ion logam.

KESIMPULAN

Besi dialam ditemukan sebagai unsur kimia ke sepuluh paling banyak. Hal ini menyumbang kepada medan magnet bumi. Beberapa komleksi besi juga memiliki sifat magnet. senyawa kompleks Fe(II)-Cr(III) dengan ligan oksalat memiliki rumus kimia [(C₆H₉)₄N][Fe^IICr^III(C₂O₄)₃].H₂O. Ligan oksalat pada kompleks tersebut berfungsi sebagai jembatan antra ion besi (II) dengan khrom (III). Kompleks tersebut berwarna hijau kekuningan dan bersifat paramagnet pada temperatur ruang. Pengukuran suseptibilitaspada temperatur 80-300K menghasilkan peningkatan suseptibilitas pada temperatur makin rendah yang menunjukkan kompleks yang terbentuk bersifat feromagnet.

Kelompok molekuil sebagai magnet dengan rumus M [TCNQ], dimana M = Mn, Fe, Co, Ni ; TCNQ = 7,7,8,8-tetraciano-p-quinodimetana) telah disintesis dari 2 rute reaksi dari dan material awalnya Ma(CO)_b dan [M(NCME)₆][S_bF₆]₂.

Walaupun struktur dari material ini belum diketahui. Diajukan bahwa hibridisasi sp. atom nitrogen dari grup CN pada S = ½ [TCNQ] 6’ ikatan dengan ion logam, hal ini menyebabkan sifat magnet.

Sintesis hydrotermal memberikan metode yang baik untuk persiapan senyawa hidrid organik-anorganik. Komponen-komponen organik dan anorganik tersebut mungkin dilengkapi satu sama lain dengan material ttt untuk meningkatkan mut struktur padatan baru.

Pada kompleks [Fe^III(22-bpy)(HPO₃)(H₂PO₄)], penggunaan molekul 2.2 bipiridine sebagai ligan menghasilkan kondisi dimana secara tradisional ikatan Fe dengan P dalam oktahedral menghasilkan rangkaian struktur dalam 1 dimensi.

senyawa kompleks Fe(II)-Cr(III) dengan ligan oksalat memiliki rumus kimia [(C₆H₉)₄N][Fe^IICr^III(C₂O₄)₃].H₂O. Ligan oksalat pada kompleks tersebut berfungsi sebagai jembatan antra ion besi (II) dengan khrom (III). Kompleks tersebut berwarna hijau kekuningan dan bersifat paramagnet pada temperatur ruang. Pengukuran suseptibilitaspada temperatur 80-300K menghasilkan peningkatan suseptibilitas pada temperatur makin rendah yang menunjukkan kompleks yang terbentuk bersifat feromagnet.

DAFTAR PUSTAKA

Mandal, S ; Pati, Swapan ; Green, A, Marli ; Natarajan, Srinivasan. Chem. Mater. 2005, 17, 638-634.

Martak, Fahimah ; Onggo, Djulia ; Ismunandar ; Bijaksana, Satria. Seminar Nasional MIPA. Universitas Indonesia Depok. 2005.