Cecair ionik (Ionic liquids), oleh-oleh dari COIL-3

Beberapa waktu lalu penulis diajak wisata intelektual oleh pimpinan grup riset ke Cairns, Queensland, dalam rangka Congress on Ionic Liquids 3 (COIL-3). Cecair ionik bukan lagi mainan kimiawan di laboratorium, kini, kalangan industri telah melirik potensinya sebagai salah satu material masa depan. Berikut ini secara singkat akan dijabarkan beberapa titik penting yang perlu dipelajari bagi pemula maupun awam di bidang cecair ionik (ionic liquids).

Definisi

Cecair ionik (Ionic liquids) apa perbedaannya dengan larutan ionik ??? Sebelumnya perlu diingat bahwa istilah cecair ionik diambilalih dari komunitas sains di Malaysia yang berusaha men-domestik-an istilah ionic liquids (ILs) yang kebetulan belum ada padanan sempurnanya dalam bahasa Indonesia.

Cecair ionik secara umum dapat didefinisikan sebagai senyawa garam murni yang keseluruhannya terdiri dari komponen ionik (kation dan anion) yang mencair atau meleleh pada suhu dibawah 100 oC. Sedangkan larutan ionic adalah campuran zat yang terdiri dari garam yang terlarut dan terionisasi sempurna menghasilkan kation dan anion dalam pelarut air. Jadi tampak jelas perbedaannya yaitu cecair ionik adalah cairan ionik sejak semula sedangkan larutan ionik perlu dilarutkan dalam air agar membentuk ion-ion. Istilah dan definisi cecair ionik masa kini sebenarnya adalah pengembangan dari istilah masa lalu, lelehan ionik. Bayangkan suatu garam misalnya NaCl (garam dapur) yang meleleh pada suhu 800 oC.

Cecair ionik bukanlah senyawa yang sungguh-sungguh baru karena zat ini telah dikenal struktur dan karakteristiknya sejak 1914, yaitu dengan diperkenalkannya ethylammonium nitrat, [EtNH3][NO3] yang memiliki titik leleh sekitar 12 oC [1], tetapi dia meraih kepopuleran semenjak dilakukannya penelitian yang bertujuan mencari material cair yang bisa menghantarkan listrik dengan baik (konduktor). Perhatikan bahwa cecair ionik sering dinotasikan menggunakan tanda kurung siku untuk menyatakan pemisahan ionnya. Misalnya [EtNH3][NO3] terdiri dari [EtNH3]+ sebagai kation dan [NO3] sebagai anion. Pada masa kini cecair ionik banyak disintesis dari senyawa organik dan beberapa diantaranya memiliki titik leleh maupun titik glass (glass temperature) dibawah 0 oC.

Contoh-contoh cecair ionik

Gambar berikut ini menampilkan beberapa contoh cecair ionik yang telah dikenal luas di kalangan kimiawan.

Contoh-contoh kombinasi cecair ionik

Contoh-contoh kombinasi cecair ionik

Kation cecair ionik umumnya diperoleh dari alkilasi (penambahan gugus hidrokarbon atau alkil) suatu senyawa trialkil amin maupun trialkil phosphin. Prinsipnya, hampir semua senyawa trialkil amin maupun alkil phosphin (baik yang alifatik maupun siklik) bisa dikuartenarisasi (ditambahkan gugus alkil sehingga memiliki muatan positif akibat defisit elektron pada atom pusatnya). Sedangkan anion bisa diperoleh otomatis dari residu senyawa yang telah kehilangan gugus alkilnya akibat diberikan kepada kation. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada skema reaksi berikut ini.

skema sintesis cecair ionik jalur alkilasi

skema sintesis cecair ionik jalur alkilasi

Cecair ionik bisa pula diperoleh melalui reaksi penukaran anion serupa reaksi penukaran anion pada larutan garam inorganik. Misalnya cecair ionik etilmetilimidazolium klorida yang direaksikan dengan natrium tetrafluoroborat dalam pelarut aseton akan diperoleh etilmetilimidazolium tetrafluoroborat dan produk samping natrium klorida yang mengendap dan dipisahkan lewat penyaringan. Karena proses sintesa yang mudah dan bisa dikerjakan dalam skala besar menjadikan cecair ionik sebagai salah satu bidang kajian yang sangat populer dewasa ini.

Metode kedua untuk mendapatkan cecair ionik

Metode kedua untuk mendapatkan cecair ionik

Karakteristik yang paling cemerlang dari cecair ionik adalah sifat “non-volatility“-nya alias tidak menguap walaupun dipanaskan pada suhu cukup tinggi dibawah titik urainya. Hal ini disebabkan oleh karakter ioniknya yang memiliki ikatan elektrostatik sangat kuat sehingga biarpun berbentuk cair nyaris tidak memiliki tekanan uap (berbeda dengan cairan normal yang memiliki kesetimbangan tekanan uap pada permukaan cairnya). Sifat lain yang istimewa adalah memiliki daya hantar listrik yang baik, kemudian sifat fisiknya bisa diatur atau dimodifikasi menurut jenis kation maupun anion, misalnya, kekentalan, titik lelehnya, kepolarannya, daya melarutkannya dan lain-lain.

Masa depan dan aplikasi

Beberapa masa silam, cecair ionik dianggap sebagai zat yang mahal dan sangat sulit diterapkan di dunia industri nyata. Ada masa saat dunia intelektual sedang booming dengan isyu green chemistry, cecair ionik dianggap zat dewa, zat yang bisa menjawab tantangan tersebut. Tapi pemikiran tersebut perlahan mulai bergeser dan disadari bahwa cecair ionik sudah dekat pada dunia industri, demikian juga, tidak semua cecair ionik bersifat ramah lingkungan, karena proses sintesisnya sering kali tidak ramah lingkungan. Cecair ionik juga memiliki toksisitas dan apabila terurai bisa melepaskan banyak material beracun.

Pernak pernik cecair ionik

Pernak pernik cecair ionik

BASF, suatu industri kimia besar dari Amerika Serikat memperkenalkan suatu proses yang disebut BASILTM (Biphasic Acid Scavenging utilizing Ionic Liquids). Dalam proses tersebut, 1-metilimidazol (suatu amin) digunakan sebagai agen penangkap sekaligus penetral asam inorganik sehingga membentuk cecair ionik yang mudah dipisahkan dari produk reaksi. Sejak 2002, proses BASIL digunakan dalam proses massal produksi alkoksifenilphosphin (suatu bahan baku fotoinisiator).

Aplikasi cecair ionik sesungguhnya demikian luas mencakup bidang-bidang sintesa organik, inorganik, ilmu material, farmasi, bioteknologi, elektrokimia, teknologi proses, teknologi lingkungan dan lain-lain. Kisah aplikasi akan dituliskan di lain kesempatan.

Penulis sendiri aktif bekerja dengan cecair ionik dalam aplikasinya sebagai material penjerap gas-gas [2] dan material untuk katalis. Dalam bidang katalis ini, cecair ionik digunakan sebagai material penyangga katalis dalam kopling reaksi antara CO2 dan etilen oksida [3,4]. Produk dari reaksi tersebut adalah etilen karbonat yang merupakan bahan baku penting isosianat dan poliuretan. Teknologi ini bahkan telah diuji hingga skala pilot oleh suatu perusahaan petrokimia di Korea Selatan.

Tautan penting portal cecair ionik

Pustaka

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Ionic_liquid

[2] Jelliarko Palgunadi, Je eun Kang, Dinh Quan Nguyen, Jin Hyung Kim, Byoung Koun Min, Sang Deuk Lee, Honggon Kim, Hoon Sik Kim, ‘Solubility of CO2 in dialkylimidazolium dialkylphosphate ionic liquids’, Thermochimica Acta, in Press, 2009.

[3] Jelliarko Palgunadi, O-Sung Kwon, Hyunjoo Lee, Jin Yong Bae, Na-Young Min, Hoon Sik Kim, ‘Ionic Liquid-derived zinc tetrahalide complexes: Structure and application to the coupling reactions of alkylene oxides and CO2’, Catalysis Today, 98, 2004, 511-514.

[4] Hoon Sik Kim, Palgunadi Jelliarko, Je Seung Lee, So Young Lee, Honggon Kim, Sang Deuk Lee and Byoung Sung Ahn, ‘Decomposition of ethylene carbonate in the presence of ionic liquid-based zinc tetrahalide catalysts’, Applied Catalysis A: General, 288, 2005, 48-52.

Jelliarko Palgunadi
Green Chemistry Lab
Kyung Hee University, Rep. of Korea

Pertanyaan dan diskusi bisa disampaikan di kolom komentar

7 comments on “Cecair ionik (Ionic liquids), oleh-oleh dari COIL-3

  1. Vready Roeslim says:

    Dear Bp Jelliarko,

    Senang sekali saya dapat melihat artikel2 singkat bp mengenai Ionic Liquids(begitu saya lebih suka menyebutnya daripada cecair ionic atau cairan ionic), maklum ini hanya sekedar kebiasaan sj.

    Saya pernah menggeluti Ionic Liquids di tahun 2000-2001, sewaktu selesai masa study saya di Jerman. Kebetulan saya sempat bekerja di Merck KGaA Darmstadt-Germany di bawah koordinasi Professor Urs-Welz Biermann (sekarang Presiden of CHILL, China Ionic Liquids Labolatory, Dalian-China).
    Pada waktu itu Prof. Welz-Biermann memimpin project dalam divisi New Business Chemicals dan banyak bekerjasama dengan QUILL. Darisanalah saya sempat mengenai Prof. Seddon dalam kunjungannya bbrp. kali ke Merck – Darmstadt.

    my interest:
    Saya sekarang mulai aktiv lagi sejak Januari 2009 dengan thema besar Green Chemistry yang menyangkut penggunaan Ionic Liquids in industrial scale.

    my opinion:
    Indonesia masih merupakan negeri yang potensial untuk pengembangan technology ke depan, hanya sj perlu didukung dengan perkembangan negeri ini sendiri.

    my activity:
    Saya juga sedang mensosialisasikan IL di Indonesia untuk kalangan industry dan akademis, dalam forum2 diskusi2 seperti ini. Tujuannya agar orang Indonesia cukup dekat dengan perkenbangantrend teknologi.
    Saya harap dapat terbentuk network untuk tukar info dan share.
    Bp dapat mengikuti discussion ttg. Ionic Liquids di
    saya di http://www.cr4globalspec.com/section/chemical-material-science/Ionic Liquids

    • Dear Mas Roeslim,

      Terima kasih sudah membaca beberapa artikel saya tentang ionic liquids dan saya juga senang sekali bisa bertemu dengan orang-orang langka dari indonesia yang bergelut dibidang ionic liquids. Mungkin baru 4 atau 5 orang Indonesia yang sungguh-sungguh mendalami bidang ini.

      Oh ya, jika anda mengunjungi website http://www.aails.com/, itu adalah hasil karya grup Prof. Welz-Biermann di CHILL, China, mungkin berguna untuk anda juga.

      Thema besar semacam kimia hijau saya pikir masih agak jauh dari konteks teknologi kimia di Indonesia, tapi jika kita mulai dari riset dan pengembangan di bidang fine chemistry (katalis), bioproses atau farmasi, mungkin akan cepat diterima oleh kalangan industri di Indonesia.

      Ok, kita bisa lanjut diskusi kapan saja, saya akan senang sekali jika Mas Roeslim bersedia berbagi pengetahuan selama di jerman dan mungkin kita bisa mengembangkan ionic liquids di Indonesia bersama-sama.

      Salam !!

  2. Vready Roeslim says:

    Dear Bp Jelliarko,

    Thanks for ur prompt reply.

    Sy se-7 pndpt bp ttg. effect Go Green yang sangat lambat terasa di iklim perindustrian Indonesia maupun di masyarakat.
    Saya sedang mempelajari IL dlm hub dengan paper industry.
    Pulping process yang memakai byk sekali chemicals, non environmental friendly vs Green process for Cellulose & Lignin Degradation dengan memakai IL.
    Intro:
    Pulping process utk memisahkan lignin denga cellulose sangat tidak ramah lingkungan -emmisi gas beracun yang tinggi-, juga menghasilkan byk sekali co-products, diantaranya ‘Black Liquor’ dan melibatkan konsume energy yang tinggi.Process alternative dengan using IL. Pls tk a look at:

    New process uses ionic liquid to dissolve wood
    By Lisa Gibson

    Posted June 1, 2009, at 10:48 a.m. CST

    Untuk pulping process lihat di:
    http://www.lignin.info
    http://www.paperloop.com

    salam,
    vready roeslim

  3. Vready Roeslim says:

    Oya lupa saya,

    Bp bisa ref. saya dengan bbrp. orang yang juga work on IL spy. jadi satu network. Tks b4.

    vready

  4. Wah..tulisan yang menarik tentang ionic liquids (saya lebih suka menyebutnya demikian, daripada cecair ionic)..Kebetulan, riset saya dibidang ionic liquids, mulai dari sintesis dan karakterisasi, hingga ke aplikasi ionic liquids. Semoga bisa saling berbagi informasi mengenai ionic liquids.

    Good luck all..

  5. Fauzi says:

    bahasannya menarik pak..

    saya ingin bertanya pak, IL (cecair ionik) bisa di aplikasikan kedalam baterai lithium tidak ya pak?
    lalu, saya masih bingung nih, bagaimana cara membuat cecair ionik tersebut?

    maaf jika pertanyaan terlihat seperti pertanyaan orang bodoh, saya sungguh2 ingin tahu lebih jauh ttg hal ini pak..

    thanks.

  6. novie says:

    Reblogged this on Kimia Lingkungan and commented:
    Hasil diskusi dengan dosen ITB soal penangkapan CO2 dan mereka sedikit membicarakan soal cecair ionik. Penasaran ingin mengetahui soal ini dan benar memang menarik untuk dibaca topik ini.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s