Pidato Pengukuhan Prof. Dr. Rer.nat. Nuryono M.s

 
PERANAN KIMIA DALAM PENGEMBANGAN 
TEKNOLOGI MATERIAL BERBASIS SILIKA 
 
 
 

 
 
 
 

UNIVERSITAS GADJAH MADA 
 
 

Pidato Pengukuhan Jabatan Guru Besar  
pada Ilmu Kimia 
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam 
Universitas Gadjah Mada 
 
 
 
 
 
 
 

Oleh: 
Prof. Dr. rer.nat. Nuryono, M.S. 

PERANAN KIMIA DALAM PENGEMBANGAN 
TEKNOLOGI MATERIAL BERBASIS SILIKA 
 
 
 

 
 
 
 

UNIVERSITAS GADJAH MADA 
 
Pidato Pengukuhan Jabatan Guru Besar  
pada Ilmu Kimia 
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam 
Universitas Gadjah Mada 
 
 
Diucapkan di depan Rapat Terbuka Majelis Guru Besar 
Universitas Gadjah Mada 
pada tanggal  13 Juli 2010 
Di Yogyakarta 
 
 
 
 

Oleh: 
Prof. Dr. rer.nat. Nuryono, M.S. 

PERANAN KIMIA DALAM PENGEMBANGAN  
TEKNOLOGI MATERIAL BERBASIS SILIKA 
 
Pendahuluan 
Sebagaimana kita ketahui bahwa Indonesia dikenal sebagai 
salah satu negara yang memiliki sumber daya alam (SDA) sangat 
melimpah dan belum semua dapat dimanfaatkan secara maksimal. 
Secara umum pemanfaatan SDA dapat didasarkan pada komposisi dan 
sifatnya. Sebagai contoh pasir putih (kuarsa), tanah diatomeae dan abu 
sekam padi (ASP) dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan 
karena kandungan silika yang tinggi, dan oleh karena itu, material itu 
dapat digunakan sebagai sumber silika pada pembuatan material 
sintetik.  
Silika adalah suatu polimer anorganik yang tersusun atas unsur 
silikon dan oksigen dengan rumus kimia SiO2. Sesungguhnya, tidak 
hanya terdapat dalam ketiga jenis material di atas, tetapi secara umum 
dalam kerak bumi terkandung sekitar 63,2% silika, atau sekitar 27,6% 
silikon dan oksigen 46,4%; di samping unsur lain seperti almunium 
5%, besi 5%, kalsium 3,6% natrium 2,8, kalium 2,6%, dan hidrogen 
0,14%. Di alam, silikon sulit didapatkan sebagai unsur dengan 
kemurnian tinggi karena memiliki afinitas tinggi terhadap oksigen dan 
atom lain dengan elektronegativitas tinggi. (White, 2005). 
Secara kimia, ikatan antara oksigen dengan silikon bersifat 50% 
kovalen dan 50% ionik dan sangat kuat. Di alam silikon berada 
bersama-sama dengan unsur lain membentuk senyawa yang disebut 
silikat, yaitu senyawa yang mengandung tetrahedral silika, di mana 
silikon dikelilingi oleh empat atom oksigen. Oksigen memiliki 
kemampuan berikatan dengan dua atom sehingga setiap oksigen masih 
mampu mengikat atom lain seperti dengan atom yang lebih 
elektropositif atau dengan atom silikon lain yang menghasilkan 
jembatan siloksan (Si-O-Si). Jika setiap atom oksigen terikat oleh dua 
atom silikon maka dimungkinkan terbentuk cincin, rantai, lapisan, 
atau jejaring yang kemudian dapat disebut material silika (Mazumder,  
 
 

2000). Ikatan antara silikon dan oksigen yang karakteristik itu 
mengakibatkan silika memiliki sifat yang unik, dapat didesain menjadi 
berbagai struktur dan dapat bermanfaat secara luas di berbagai bidang.  
 
1.  Silika Alami sebagai bahan penguat (reinforcement agent
1.1  Silika dalam batuan cagar budaya 
Kita mengenal dua di antara sekian banyak benda cagar budaya 
yang ada di Indonesia dan memiliki nilai sejarah, yaitu candi 
Borobudur dan Prambanan. Meskipun candi itu dibangun pada abad 9-
10 tetapi sampai sekarang sebagian besar komponen masih utuh dan 
dapat direnovasi menjadi bangunan yang megah. Hal ini merupakan 
salah satu bukti sejarah bahwa manusia Indonesia di masa lalu 
memiliki tingkat ekspresi yang tinggi dalam mengaktualisasikan 
spiritual mereka. Pertanyaannya adalah mengapa benda itu tidak rusak 
dan berbeda dengan benda lain yang berasal dari kayu atau dari bahan 
lain. Bagi kimiawan tentu jawabannya karena komposisi dan struktur 
kimia bahan tersebut berbeda sehingga sifatnya pun juga berbeda.  
Candi Borobudur dan Prambanan dibangun dari batuan andesit 
dengan komponen silika cukup tinggi, 52-63 % (Blatt dkk., 1996), yaitu 
suatu mineral yang sangat stabil dan tidak mudah mengalami 
pelapukan. Meskipun demikian karena dalam batuan itu juga 
terkandung komponen lain yang tidak sestabil silika, kita masih 
dituntut untuk berusaha mencegah terjadinya pelapukan yang dialami 
oleh cagar budaya itu. Kondisi lingkungan juga sangat berpengaruh 
pada tingkat pelapukan batuan. Sebagai contoh batuan candi yang ada 
di daerah Dieng, Jawa Tengah memiliki tingkat kerusakan lebih tinggi 
dibandingkan batuan yang sama di daerah lain. Adanya sumber gas 
panas  bumi yang mengandung gas oksida sulfur membuat lingkungan 
di sekitarnya mengandung gas asam dan secara kimia dapat merusak 
batuan candi. Dalam hal ini, peranan kimia sangat penting dalam 
upaya untuk mencegah dan mengurangi tingkat pelapukan batuan 
cagar budaya, misalnya melalui identifikasi faktor, laju pelapukan dan 
penemuan bahan kimia pencegah kerusakan. Tentu kita semua 
berharap agar warisan leluhur kita masih tetap dapat dinikmati oleh 
generasi yang mendatang. 

 
1.2 Silika dalam semen 
Selain batuan andesit, material yang memanfaatkan sifat keras 
silika adalah semen. Semen merupakan salah satu material bangunan 
yang sangat penting dan telah lama digunakan untuk berbagai aplikasi 
seperti gedung, jalan, dam, dan jembatan. 
Semen terdiri dari beberapa senyawa yang kompleks, namun ada 
4 senyawa yang paling penting yaitu trikalsium silikat (C3S) atau 
3CaO.SiO2, dikalsium silikat (C2S) atau 2CaO.SiO2, trikalsium 
aluminat (C3A) atau 3CaO.Al2O3  dan tetrakalsium aluminoferit 
(C4AF) atau 4CaO.Al2O3.Fe2O3.  Dua senyawa yang pertama (C3S dan 
C2S) mencapai 7080 % dari jumlah semen sehingga memberikan 
sifat yang dominan. Pada saat pembuatan beton semua bahan  seperti 
air, semen, dan agregat dicampur. Bahanbahan beton seperti air dan 
semen akan terjadi reaksi kimia, dan reaksi kedua bahan tersebut 
membentuk gel sebagai bahan pengikat agregat. C3S dan C2S segera 
mulai berhidrasi dan menghasilkan panas. Hasil utama dari proses di 
atas adalah C3S2H3  atau C-S-H yang biasa disebut tobermorite, 
berbentuk gel (gelatine) yang dapat mengkristal dan Ca(OH)2 atau 
kalsium hidroksida yang diragukan sumbangannya pada pengerasan 
semen, bahkan senyawa ini dalam waktu lama cenderung melemahkan 
kekuatan beton (Priyosulistyo, 1999).  
Untuk itu, dalam proses pembuatan beton sering ditambahkan 
material aditif (pozzolan) yang berfungsi untuk mengikat kapur padam 
aktif yang masih bebas dalam beton dan membentuk kalsium silikat 
hidrat (tobermorite) atau yang sama dengan hasil hidrasi semen. 
Adanya kapur bebas membuat beton berpori dan mudah ditembus air, 
sedangkan kalsium silikat hidrat merupakan zat yang padat dan kuat. 
Dengan penambahan pozolan,  yang tidak lain juga merupakan 
material kaya silika amorf, Ca(OH)2 dapat terikat dan terbentuk C-S-H 
gel baru yang dapat meningkatkan kekuatan beton. Ke depan, 
penelitian diarahkan pada kajian material alam yang kurang bernilai 
ekonomi seperti abu sekam padi, abu layang batu bara dan/atau tanah 
diatomeae serta bahan-bahan kaya silika lain untuk diproses agar 
memiliki sifat pozolan.  

1.3. Silika dan asbes 
Material alami lain yang memiliki komponen utara silika adalah 
asbes (asbestos). Material ini lebih dikenal sebagai serat silikat alam 
yang terdistribusi meluas dalam suatu batuan dan endapan di berbagai 
belahan dunia. Asbes merupakan material unik karena di samping 
memiliki sifat yang dapat digunakan dan bermanfaat, tetapi juga 
memiliki dampak negatif bagi kesehatan.  
Sejauh ini dikenal sebanyak enam macam mineral asbes yaitu 
krisolit, krosidolit, amosit, antofilit, aktinolit dan tremolit. Keenam 
mineral asbes itu dibedakan menjadi dua kelompok yaitu amfibol dan 
sepentin. Krisolit adalah satu-satunya mineral yang masuk dalam 
asbes serpentin dan yang lain termasuk mineral amfibol. Tiga bentuk 
yang paling umum digunakan berdasarkan warnanya, yaitu kristolit 
disebut asbes putih, amosit sebagai asbes coklat dan asbes biru untuk 
krosidolit. 
Secara kimia, unit struktur dasar amfibol adalah (Si4O11)-6 dan 
ditambah gugus samping yang bertanggung jawab untuk keseluruhan 
strukturnya. Kelompok mineral serpentin memiliki rumus 
Mg3Si2O5(OH)4. Struktur serpentin berada dalam bentuk silikat 
lembaran sedangkan krisotil sangat fleksibel dan sedikit rapuh  jika 
dibanding amfibol. Serat amfibol umumnya lebih rapuh (mudah pecah 
menjadi serat halus) dan menyesuaikan pada deformasi struktur 
selama perlakuan mekanik.   
Sifat asbes, yaitu tingginya fleksibilitas,  kekuatan tarik, 
ketahanan panas, stabilitas kimia, rendahnya konduktivitas dan tidak 
mudah terbakar, menjadi dasar penggunaan di berbagai aplikasi 
industri. Dari enam jenis yang dikenal, hanya tiga bentuk telah secara 
meluas digunakan, yaitu krisolit, amosit dan krosidolit. Sekitar 90% 
asbes yang telah ditambang dan digunakan adalah kristolit. Produk 
industri yang telah mengandung asbes antara lain isulasi termal dan 
akoustik, spray coating (sebagai proteksi api), partisi dengan penguat 
asbes (asbestos reinforced insulation board), produk semen dengan 
penguat asbes, produk plastik (seperti keramik lantai vinil), tekstil, 
material friksi (kampas rem), gasket dan atap eternit.  
 

1.3.1 Resiko dari paparan asbes 
Di balik penggunaan asbes, beberapa fakta menunjukkan adanya 
resiko kesehatan dari terpaparnya asbes. Orang yang memiliki resiko 
tertinggi adalah pekerja yang berhubungan langsung dengan asbes 
seperti penambang asbes, pengangkut asbes, pekerja pabrik yang 
menggunakan asbes seperti tekstil. Penggunaan dalam jumlah besar 
untuk produk bangunan berarti bahwa pekerja bangunan memiliki 
resiko tinggi selama proses konstruksi. Di beberapa negara seperti 
Inggris, Amerika dan Australia menurun tajam menjelang tahun 1970 
setelah diketahui adanya resiko penggunaan asbes (Anonim, 2008). 
Meskipun demikian produk asbes yang telah digunakan tetap masih 
memiliki potensi resiko dan perlu pengelolaan yang baik. 
Untuk menetapkan secara pasti mineral mana yang memiliki 
resiko pada kesehatan sangat sulit karena mineral silikat di alam yang 
memiliki berbagai komposisi dan struktur fisik, serta berbagai serat 
atau non-serat sering berada dalam deposit yang sama. Untuk itu, 
keenam jenis mineral serat yang berbeda dan telah dikomersialkan itu 
semua didefinisikan sebagai asbes yang memiliki resiko kesehatan.  
1.3.2 Efek kesehatan asbes 
Selain sifat yang dapat membuat asbes dapat dimanfaatkan,  
karakternya yang mudah hancur menjadi serat halus atau debu serat 
dan beterbangan di udara dalam waktu yang lama memiliki potensial 
berbahaya bagi pekerja. serat halus. Jika terhisap, serat asbes 
mengikuti aliran udara, terbawa dan terjebak dalam berbagai organ 
pernafasan dapat bertahan terhadap mekanisme pertahanan internal 
yang dilakukan oleh tubuh. Menurut Doll dan Peto (1985) debu asbes 
bergantung pada ukuran serat dan  yang paling berbahaya adalah debu 
dengan ukuran panjang antara 5 dan 100m, diameter kurang dari 1,5 
atau 2m, dengan rasio panjang terhadap diameter lebih dari 5:1. Serat 
dengan ukuran tersebut merupakan penyebab utama penyakit karena 
dapat terhisap dan mencapai bagian sensitif bagian dalam paru, yaitu 
alveoli. Untuk serat yang sangat pendek bukan merupakan 
karsinogenik, sebaliknya serat yang besar (diameter lebih besar dari  3 
m) akan mengendap di saluran udara dalam sistem pernafasan dan  
 

umumnya dapat dibersihkan oleh mekanisme eskalator cilia dan 
mucous bagian atas paru-paru. 
Tiga penyakit serius yang telah dikenal dan disebabkan oleh 
terpapar asbes adalah asbestosis: fibrosis (yang menimbulkan 
penebalan dan luka gores pada paru-paru); mesothelioma: kanker pada 
bagian lain saluran pernapasan seperti kanker pleura atau peritoneum 
dan kanker paru-paru: termasuk kanker batang tenggorokan. 
Penentuan resiko asbes terhadap kanker paru-paru tidak mudah dan 
menjadi rumit akibat banyaknya jumlah penderita kanker paru-paru 
yang ditengarai akibat faktor lain seperti merokok. Perhatian menjadi 
berkurang karena zat yang ditengarai karsinogen memiliki periode 
laten relatif lama semenjak terpapar sebelum gejala muncul, paling 
tidak 10 tahun dan mungkin sampai 30 atau 40 tahun (Anonim, 2008).  
Kanker paru-paru memiliki efek sinergistik antara paparan asbes 
dan rokok. Jika tidak ada efek sinergistik, resiko kanker paru akibat 
asbes dan akibat rokok diharapkan menjadi 16 kali lebih tinggi (yaitu 
11 + 5). Ternyata resiko yang teramati adalah 53 kali lebih tinggi 
(lebih dari 3 kali dari yang diharapkan jika dua faktor bekerja secara 
terpisah). Lee (2000) menyatakan bahwa asbes dan merokok memiliki 
cara yang berbeda dalam proses karsinogenik, tetapi jika digabung 
dapat meningkatkan potensi terkena kanker paru menjadi lebih tinggi. 
Di beberapa negara lain terutama Asia seperti India dan 
Indonesia beberapa produk asbes masih digunakan; bahkan menurut 
Jaringan Advokasi Tambang saat ini Indonesia masih mengimpor 
sebanyak 780 ribu ton asbes pertahun (pengguna nomer 6 terbesar di 
Asia). Batas ambang paparan debu asbes di ruang kerja yang 
ditetapkan untuk Indonesia adalah amosit 1,0 f/mL (fiber/mL), krisotil 
1,0 f/mL dan asbes bentuk lain: 4,0 f/mL. Organisasi Ketenaga-
kerjaan Internasional (ILO) ikut mengupayakan perbaikan kondisi 
kesela-matan dan kesehatan kerja di tempat kerja yang mengandung 
asbes. 
Peraturan pemerintah yang terkait dengan pengelolaan asbes 
masih terbatas. Salah satunya adalah Peraturan Menteri Tenaga Kerja 
dan Transmigrasi No PER-03/MEN/1985 tentang keselamatan dan 
kesehatan dalam pemakaian asbes. Dalam perturan itu dinyatakan 
bahwa pengusaha berkewajiban memonitor dan pengendalikan debu/ 

serat asbes di lingkungan kerja, termasuk memastikan adanya ventilasi 
dan teknik penyaringan; alat pelindung diri bagi pekerja; 
memasyarakatkan upaya kesehatan dan keselamatan; dan 
menyelenggarakan pemeriksaan kesehatan bagi pekerja. Pekerja 
berkewajiban memakai alat pelindung diri, berganti pakaian, dan 
menyimpan pakaian kerja dan alat pelindung diri di tempat khusus.  
Seyogyanya dalam situasi apapun, sistem pengelolaan secara 
komprehensif dengan melibatkan berbagai pihak yang terkait harus 
dilakukan untuk mencegah atau mengurangi terpaparnya pekerja dari 
asbes. Di Indonesia, sosialisasi terhadap pengelolaan asbes yang 
masih ada dan upaya pencegahan serta pengurangan resiko terpapar 
asbes bagi setiap orang yang terlibat, secara langsung maupun tidak 
langsung, masih sangat diperlukan. 
 
2. Silika 
Sintetik 
2.1  Material sumber silika 
Di samping silika alami, berbagai jenis silika dapat disintesis 
melalui proses kimia dengan bahan dasar material alami guna 
mendapatkan produk dengan daya guna lebih tinggi. Sebagaimana 
telah disebutkan di depan, material alami yang kaya akan silika antara 
pasir kuarsa, dan tanah diatomeae. Di samping itu, abu sekam padi 
yang mengandung silika berkisar antara 80-90%, bagi Indonesia juga 
merupakan sumber silika yang sangat potensial. Menurut Badan 
Statistik Pusat (BPS) produksi gabah kering giling nasional dapat 
mencapai sekitar 64,3 juta ton/tahun (Anonim, 2010).  Gabah kering 
mengandung  beras (70%), sekam (22%), dan rambut (8%).  Hal ini 
berarti bahwa sebanyak 14,15 juta ton sekam padi dapat dihasilkan 
setiap tahun untuk dimanfaatkan panasnya, atau 2,83,5 juta ton abu 
sekam padi terbuang; karena dalam sekam padi terkandung abu 
berkisar antara 2025%.  
2.2 Teknologi Sol-Gel 
Salah satu reaksi kimia yang banyak digunakan untuk 
memproduksi material silika adalah melalui sol-gel. Proses ini dapat 
digambarkan sebagai pembentukan suatu jaringan oksida melalui 
10 
reaksi polikondensasi yang progresif dari molekul prekursor (bahan 
baku) dalam medium cair, atau merupakan proses untuk membentuk 
material melalui suatu sol, pembentukan gel (gelation) dari sol dan 
diakhiri pelepasan pelarut. Proses sol-gel dapat dibagi menjadi 
beberapa tahap yang meliputi pembentukan larutan, pembentukan gel, 
penuaan (aging), pengeringan dan pemadatan (densification) (Brinker 
dan Scherer, 1990). Sol-gel menjadi teknik yang murah dan sederhana 
karena berlangsung pada temperatur rendah. 
Silika sintetik dapat diproduksi dalam beberapa bentuk seperti 
gelas, kristal gel, aerogel, silika pirogenik (fumed silika), dan silika 
koloidal (aerosil), keramik atau film atau coating tipis (Matijevic, 
1986). Berbagai aplikasi produk silika sintetik antara lain untuk 
bidang optik, elektronik energi, sensor fisika dan kimia, biosensor, 
pengontrol pelepasan obat, pemisahan kimia dan penyerap air. Silika 
dapat dibentuk menjadi fiber optik untuk telekomunikasi. Dalam 
bidang kelistrikan silika dapat melindungi silikon, penyimpan muatan, 
pemutus arus dan sebagai saluran pengontrol yang membatasi aliran 
arus. Dalam bentuk terhidrat, silika digunakan dalam pasta gigi 
sebagai abrasi keras untuk menghilangkan plak gigi. 
Silika kuarsa memberikan kelarutan maksimum dalam air pada 
temperatur 340 oC. Sifat ini digunakan untuk menumbuhkan kristal 
tunggal dalam proses hidrotermal di mana kuarsa alami dilarutkan 
dalam air sangat panas dalam tempat bertekanan yang lebih dingin 
pada ujungnya. Kristal 0,5-1 kg dapat ditumbuhkan selama 1-2 bulan 
(Holleman dan Wiberg, 2001). Kristal ini merupakan sumber kuarsa 
sangat murni untuk digunakan dalam bidang elektronik. 
Silikon dioksida bereaksi dengan oksida logam basa seperti 
natrium oksida, kalium oksida, timah hitam oksida, seng oksida atau 
campuran oksida membentuk silikat dan gelas karena sebagian ikatan 
Si-O-Si dalam silika rusak. Sebagai contoh reaksi antara natrium 
oksida dan SiO2 dapat memproduksi natrium ortosilikat, natrium 
silikat dan gelas yang sifatnya bergantung pada proporsi reaksi 
(Greenwood dan Earnshaw, 1984). Contoh gelas yang memiliki nilai 
komersial antara lain gelas soda api, gelas borosilikat, dan gelas timah 
hitam. Dalam hal ini, silika berfungsi sebagai pembentuk kerangka.  
Dalam teknologi membran, silika telah dapat dibuat membran 
11 
yang selektif terhadap gas hidrogen (Tsapatsis, 2008). Metode 
pembuatan membran ini terdiri atas sintesis lapisan silikat, pembuatan 
partikel menyerupai plat tipis dari lapisan silikat, dan deposisi partikel 
yang diikuti kalsinasi. Produk yang diperoleh dapat digunakan untuk 
memproduksi hidrogen murah dari gas sintetik pengolahan batubara, 
dan secara simultan dapat memproduksi aliran karbon dioksida pekat 
untuk dijerap dan disimpan. Di samping itu, silika dikembangkan ke 
dalam stuktur monolitik, yaitu satu spesies silika dengan banyak 
saluran pori yang menyerupai struktur spon (sponge structure). Silika 
monolitik yang dimodifikasi dengan C18 telah dibuat melalui 
polimerisasi atau kondensasi monomer / bahan baku di dalam pipa 
kolom yang digunakan untuk fasa diam dalam sistem HPLC (High 
performance liquid chromatography
) untuk pemisahan flavanoid 
dalamekstrak teh hijau. 
Tatangan ke depan penelitian adalah pada pengembangan 
nanomaterial silika, yaitu material yang memiliki dimensi  1-100 nm 
dan sifat berbeda dengan material dalam keadaan meruahnya melalui 
pendekatan nanoteknologi. Dalam hal ini kimia berperan dalam 
sintesis dan memberi kontribusi signifikan terhadap kemajuan terkini, 
terutama dalam mengontrol sifat-sifat unik nanomaterial. Riset 
nanomaterial dewasa ini difokuskan pada desain struktur, beberapa 
struktur  nanomaterial, yang dirancang melalui pendekatan rekayasa 
kristal (crystal engineering). Dengan rekayasa kristal berbagai jenis 
material seperti berpori dan berlapis dengan dimensi nano telah 
berhasil disintesis, diidentifikasi dan telah diterapkan dalam industri, 
bidang kedokteran, farmasi, pertanian dan sebagainya (Wijaya, 2010). 
 
2.3 Silika gel 
Contoh lain dari silika sintetik adalah silika gel. Silika jenis ini 
sering kita temukan dalam bentuk butiran yang dibungkus dan ditaruh 
dalam kaleng atau boks tempat makanan atau peralatan elektronik. 
Butiran itu bermanfaat untuk menyerap uap air agar dalam wadah 
tetap kering. Silika gel juga dihasilkan melalui proses sol-gel dengan 
prekursor (bahan baku) silikon alkoksida atau larutan silikat (water 
glass
). Berbeda dengan silika, silika gel berstruktur amorf yang terdiri 
12 
atas globula-globula SiO4 tetrahedral yang tersusun secara tidak 
teratur dan beragregasi membentuk kerangka tiga dimensi yang lebih 
besar (1-25 m) dan terdapat ikatan O-H di bagian terminal kerangka 
sehingga memiliki rumus kimia SiO2.xH2O (Oscik, 1982). Gugus 
silanol (Si-OH) inilah yang memberikan sifat polar pada silika gel 
dan merupakan sisi aktif dari silika gel. 
Luas permukaan spesifik dan volume pori silika gel dipengaruhi 
oleh pH saat pembentukan gel berlangsung. Silika gel mempunyai 
luas permukaan sebesar 300-800 m2/g, volume pori sebesar 0,46 mL/g 
dan diameter pori sebesar 22 . Silika gel yang dibuat dari ASP 
memiliki luas permukaan sekitar 258,06  m2/g.  
Hal yang membedakan antara prekursor natrium silikat dan 
silikon alkoksida pada pembentukan silika gel melalui proses sol-gel 
adalah (1) Pelarut yang digunakan dalam natrium silikat (water glass
adalah selalu air, sedangkan untuk silikon alkoksida biasanya 
digunakan air dan alkohol (pelarut organik). (2) Gugus reaktif dari 
sistem larutan natrium silikat adalah silanol (Si-OH), sedangkan pada 
silikon alkoksida dalam reaksi hidrolisis diperlukan konversi dari 
gugus Si-OR menjadi Si-OH. Sebagai konsekuensinya, transisi sol-gel 
dimulai pada sistem larutan silikat melalui perubahan pH dengan 
penambahan air pada sistem silikon alkoksida tersebut. (3) Sistem 
silikon alkoksida lebih kompleks jika dibandingkan sistem larutan 
silikat karena lebih banyak parameter yang berpengaruh pada reaksi 
sol-gel.  
Sebagaimana telah disebutkan bahwa serbuk silika gel dapat 
dimanfaatkan sebagai penyerap uap air di udara sehingga memperpan-
jang masa simpan bahan dan sebagai bahan campuran untuk membuat 
keramik. Perkembangan saat ini, silika gel merupakan bahan kimia 
yang pemanfaatan dan aplikasinya sangat luas, antara lain di bidang 
elektronik, mekanik, medis, dan seni. Silika gel yang memiliki gugus 
silanol dan gugus siloksan tidak hanya mengadsorpsi uap air tetapi 
juga dapat mengadsorpsi ion logam seperti Na+, Mg2+, Ca2+, dan Fe3+. 
Teknologi pengembangan saat ini  diarahkan pada modifikasi 
proses sol-gel melalui variasi kondisi pH larutan, komposisi media, 
keberadaan templat, penambahan ion logam untuk mengontrol 
porositas, jumlah gugus silanol (keasaman), dan struktur guna serta 
13 
penambahan senyawa aktif mendapatkan produk yang pemanfaatan-
nya maksimal. 
 
3. Modifikasi permukaan silika gel 
Modifikasi permukaan silika gel melalui berbagai cara, sebagai 
mana telah disebutkan di atas, dapat memperluas aplikasi produk 
silika yang dihasilkan.. Pada umumnya, proses modifikasi berhu-
bungan dengan keseluruhan proses yang bertujuan untuk mengubah 
komposisi kimia dan sifat permukaan. Modifikasi akan mempengaruhi 
secara signifikan sifat permukaan dan pemanfaatannya. Modifikasi 
lebih banyak dilakukan pada permukaan silika gel dibandingkan pada 
permukaan organik karena silika gel mempunyai banyak kelebihan 
yakni: (a) dapat diikatkan dengan berbagai macam organosilan, 
sehingga dapat diimobilisasikan dengan berbagai jenis gugus 
fungsional (b) gugus fungsional yang diimobilisasikan lebih mudah 
bereaksi, (c) tidak reaktif terhadap pelarut organik dan (d) tahan 
panas.  
Secara umum, modifikasi permukaan silika gel dapat dibedakan 
menjadi 2 jenis menurut senyawa yang digunakan yaitu: fungsio-
nalisasi organik dimana agen pemodifikasi berupa gugus organik dan 
fungsionalisasi anorganik yang mana gugus pemodifikasi dapat 
berupa senyawa organometalik atau oksida logam (Jal dkk., 2004). 
Agen pemodifikasi dapat berinteraksi dengan silika gel melalui 
interaksi fisik dan kimia. 
3.1 Modifikasi secara fisik 
Pengikatan secara fisik senyawa yang memiliki gugus 
fungsional pada silika gel dapat terjadi melalui impregnasi. Pada 
teknik ini antara molekul pemodifikasi dan permukaan silika gel  
hanya melibatkan interaksi fisika (Filho dkk., 1995). Keuntungan 
modifikasi secara fisik terletak pada kemudahan preparasi, namun jika 
molekul pemodifikasi yang digunakan larut dalam pelarut air, 
sedangkan penggunaan (misal proses adsorpsi) dilakukan dalam 
medium air, maka impregnasi bukanlah cara yang cocok, sehingga 
fungsionalisasi melalui ikatan kimia adalah cara yang tepat.  
14 
3.2 Modifikasi secara kimia  
Modifikasi secara kimia dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu 
melalui pengikatan senyawa pemodifikasi (grafting), proses sol-gel 
dan enkapsulasi.   
3.2.1 Teknik grafting  
Teknik konvensional untuk memodifikasi permukaan silika 
secara kimia dilakukan dengan mengembangkan reaksi antara gugus 
silanol dengan reagen silan yang berfungsi sebagai prekursor untuk 
imobilisasi molekul pemodifikasi (umumnya senyawa organik). 
Gugus fungsional yang diimobilisasikan  melalui reaksi dalam pelarut 
air antara lain  sulfonat dan merkaptobenzimidazol (Nuryono dkk., 
2008). Dalam proses itu, senyawa aktif yang memiliki gugus amin 
diikatkan pada permukaan silika gel yang telah mengandung 
penghubung epoksi dari senyawa -glisidoksipropiltrimetoksisilan 
(GPS). Adsorben yang diperoleh telah meningkatkan kapasitas 
adsorpsi Cd(II), Ni(II), dan Mg(II). Hasil yang diperoleh 
menunjukkan bahwa imobilisasi melalui reaksi heterogen 
meningkatkan kestabilan gugus aktif tetapi reaksi berlangsung lambat 
dan hanya sedikit senyawa yang terimobilisasi  
Pengikatan senyawa penghubung 3-merkapto-propiltrimetoksi-
silan (mps) pada silika gel kemudian diikuti dengan etilenimin (etn) 
dapat menghasilkan padatan terimobilisasi yang stabil dan mampu 
mengekstraksi Cu2+ pada medium air. Eter-mahkota 15crown5 dan 
18crown6 telah dimodifikasi pada permukaan silika gel untuk pengisi 
kolom kromatografi ion pada pemisahan beberapa logam alkali dan 
alkali tanah (Nuryono, 2001). 
Untuk pemisahan senyawa organik berdasarkan kepolaran, silika 
gel dapat dimodifikasikan dengan gugus alkil rantai panjang (misalnya 
Si-C18). Salah satu manfaat material ini adalah untuk pengisi kolom 
HPLC (High performance liquid chromatography) dan telah diguna-
kan untuk analisis zearalenon (salah satu jenis mikotoksin) dalam 
sampel pangan berbasis jagung di Indonesia (Nuryono dkk., 2005). 
Dari penelitian-penelitian di atas dapat ditarik kesimpulan 
bahwa modifikasi silika gel dengan menggunakan senyawa 
penghubung diikuti dengan pengikatan suatu senyawa organik akan 
15 
menghasilkan material yang stabil terhadap panas, stabil terhadap 
pelarut organik, dan dapat mengikat berbagai ion logam. Meskipun 
demikian, masalah yang dihadapi saat ini adalah bagaimana 
meningkatkan jumlah gugus aktif yang dapat terimobilisasi pada 
permukaan silika dan mendapatkan teknik modifikasi yang lebih 
sederhana.  
 
3.2.2 Modifikasi secara kimia melalui proses sol-gel  
Proses sol-gel telah banyak dikembangkan untuk memodifikasi 
silika gel menghasilkan hibrida, yaitu kombinasi oksida anorganik 
(terutama silika) dengan alkoksisilan. Modifikasi silika gel dengan 
ethilendiamin dari prekursor TEOS melalui proses sol-gel dapat 
digunakan sebagai adsorben untuk adsorpsi ion logam Cu(II), Hg(II) 
dan Co(II).  Modifikasi silika hasil dari pengolahan ASP dengan 
gugus sulfonat, yang memiliki sifat penukar kation, dilaporkan  
mampu meningkatkan kemampuan adsorpsi ion Ca(II), Pb(II) dan 
Ag(I) (Nuryono dkk., 2009).  
Dari beberapa teknik modifikasi silika gel yang telah dilakukan 
dapat ditarik kesimpulan bahwa modifikasi melalui proses sol-gel 
lebih sederhana dan cepat karena reaksi pengikatan berlangsung bersa-
maan dengan proses pembentukan padatan, sehingga jumlah gugus 
aktif yang terimobilisasi menjadi lebih banyak. Teknologi sol-gel 
merupakan salah satu solusi atas permasalahan yang disebutkan di 
atas. Tantangan ke depan dalam proses sol-gel adalah bagaimana 
meningkatkan kinerja produk, misalnya melalui penambahan surfak-
tan/tempate atau pencetakan (imprinting) molekular atau ionik, agar 
diperoleh produk yang sesuai dengan kegunaan dan yang dikehendaki. 
3.3 Enkapsulasi 
Kemampuan untuk menghasilkan silika gel pada temperatur 
ruang dan lingkungan berair membuka kemungkinan bagi proses sol-
gel untuk digunakan dalam enkapsulasi biomolekul. Dalam proses ini 
biomolekul terkurung dalam kerangka silika sehingga menjadi lebih 
stabil dan mobilitas terbatas. Dunn dkk. (1996) mengembangkan 
modifikasi proses sol-gel melalui dua tahap yang sesuai untuk kondisi 
16 
enkapsulasi biomolekul dalam matriks silika gel. Tahap pertama 
adalah menghidrolisis TMOS pada kondisi asam untuk menghidrolisis 
gugus alkoksida. Biomolekul dilarutkan dalam larutan buffer tertentu 
pada pH 7 dan ditambahkan dalam larutan hasil hidrolisis tersebut. 
Kondensasi akan terjadi dengan cepat dan jaringan silika akan 
terbentuk di sekitar biomolekul yang terjebak di dalam pori-pori gel. 
Semua proses ini terjadi pada temperatur ruang dalam beberapa menit 
dan sebagian besar protein tidak terdenaturasi. 
Padatan pengemban dengan reseptor biologi yang terimobilisasi 
di dalamnya telah diaplikasikan pada berbagai bidang kromatografi, 
reaktor enzim, dan biosensor. Salah satu aspek yang menantang 
adalah imobilisasi dan integrasi biomolekul pada matriks pengemban 
dengan tetap mempertahankan fungsi biomolekul. Berbagai teknik 
imobilisasi telah dilakukan antara lain, adsorpsi fisik, pengikatan 
kovalen, penjebakan (entrapment) dan enkapsulasi pada matriks 
polimer dan matriks anorganik. Tujuannya adalah untuk menghasilkan 
teknik imobilisasi dengan produk yang banyak, reprodusibel dan kuat. 
Dari hasil penelitian yang laporkan oleh Gill dan Ballesteros 
(2000) disimpulkan bahwa beberapa sifat atau fitur unik yang dimiliki 
oleh produk dari bioenkapsulasi sol-gel adalah memiliki ketahanan 
mekanik dan termal serta porositas yang tinggi. Porositas produk 
dapat dikontrol dengan membuat perbandingan dan pemilihan 
prekursor, modifikasi dan kondisi polimerisasi. Biomolekul yang 
terkurung dalam sol-gel secara permanen, tidak mudah terdenaturasi 
dan dapat disimpan lebih lama. 
Berikut ini beberapa contoh senyawa biomolekul yang telah 
berhasil dienkapsulasi dalam silika gel. Gill dan Ballesteros (2000) 
melaporkan bahwa antibodi katalitik, DNA, RNA, antigen, bakteri, 
jamur, tanaman, sel hewan dan protozoa telah dienkapsulasikan dalam 
silika. Enkapsulasi tersebut memungkinkan untuk diaplikasikan 
sebagai sensor optik dan elektrokimia, alat diagnosa, dan katalis.  
Escherichia Coli telah dienkapsulasi pada silika gel dengan 
menggunakan dua jenis prekursor yaitu TMOS dan natrium silikat. 
Dari hasil penelitian dilaporkan bahwa penggunaan prekursor natrium 
silikat lebih baik dibandingkan alkoksida karena dengan prekursor 
natrium silikat tidak terbentuk hasil samping berupa alkohol yang 
17 
dapat mendenaturasi protein dalam matriks silika. Limbah ASP yang 
merupakan sumber silika memiliki prospek yang menjanjikan untuk 
dimanfaatkan sebagai bahan dasar pembuat prekursor. Setelah 
didestruksi dengan natrium hidroksida dan dilarutkan dalam air ASP 
dapat menghasilkan larutan dengan komposisi utama natrium silikat 
Enkapsulasi enzim HRP-GOx (horseradish peroxidase-glucose 
oxidase) pada silika gel dengan prekursor larutan natrium silikat dari 
ASP mengakibatkan aktivitas enzim turun sampai 51% tetapi stabilitas 
terhadap perubahan pH dan temperatur semakin tinggi. Hasil 
penggunaan ulang menunjukkan bahwa enzim terenkapsulasi yang 
disintesis dapat digunakan untuk analisis kadar gula dalam serum 
secara berulang dan masih dapat digunakan selama 23 hari (Nuryono 
dkk., 2008). Enkapsulasi enzim glukosa oksidase (GOx) dapat untuk 
analisis klinis dalam mendiagnosis diabetes, bioteknologi dan industri 
makanan. Penggunaan enzim dehidrogenase laktat sebagai katalis 
tidak hanya dalam tubuh saja, tetapi juga dapat diaplikasikan untuk 
deteksi biosensor. Penentuan L-laktat terus berkembang khususnya 
dalam bidang kimia klinis, perusahaan susu, industri anggur, 
biteknologi, atau obat-obatan. Secara umum darah yang mengandung 
laktat dapat mengindikasikan adanya beberapa penyakit, seperti shock
penyakit jantung dan hati, diabetes dan pernafasan yang tidak normal. 
Enkapsulasi antibodi dalam silika gel mampu meningkatkan 
stabilitas antibodi dan digunakan secara berulang kali. Sebagai contoh 
antibodi aflatoksin B1 (AFB1). Antibodi ini diperoleh dari isolasi 
dalam serum kelinci yang telah diimunisasi AFB1 sebelumnya. AFB1 
adalah mikotoksin yang dihasilkan oleh jamur seperti Aspergillus 
Flavus
 yang tumbuh dalam berbagai komoditas pertanian (misalnya 
kacang tanah dan jagung). Silika gel yang terenkapsulasi antibodi 
AFB1 dapat mengadsorpsi secara selektif sehingga dapat digunakan 
untuk pengisi kolom pada prekonsentrasi atau pemisahan pada tahap 
preparasi sebelum analisis AFB1 dalam berbagai produk 
pangan/pakan..  
Beberapa contoh di atas menunjukkan bahwa teknologi bio-
material berbasis silika semakin berkembang secara luas baik dari sisi 
teknologi pembuatan maupun aplikasinya. Dengan pengembangan 
jenis prekursor dalam proses sol-gel, nanoteknologi, dan metode 
18 
enkapsulasi, maka dalam waktu dekat mendatang akan terjadi revolusi 
bioimobilisasi. 
Penutup 
Dari uraian singkat di atas ke depan masih banyak peluang 
untuk mengembangkan desain material berbasis silika agar didapatkan 
bahan baru yang memiliki nilai ekonomi dan teknologi lebih tinggi 
dengan memanfaatkan sumber daya alam lokal yang ada. Tahapan 
proses desain material mulai dari pengolahan bahan dasar kaya silika 
menjadi prekursor, proses sol-gel untuk mendapatkan silika gel atau 
melalui nanoteknologi, tahap modifikasi dan / atau enkapsulasi masih 
merupakan topik penelitian yang terbuka luas dan menjadi tantangan 
bagi para peneliti, di mana konsep kimia memiliki peranan penting 
untuk mendesain produk material baru yang lebih berdaya guna 
seperti di bidang bioteknologi, mikroelektronika, dan nanoteknologi. 
Pengembangan teknologi material ini penting bagi Indonesia dalam 
rangka mengangkat sumber daya alam lokal ke tingkat internasional. 
  
19 
Daftar Pustaka 
 
Anonim, 2008, Student  Manual:  Asbestos  And  Other  Fibres,  Gully 
Howard Technical Ltd and BP International Limited 
Anonim, 2010, Sinar Indonesia Baru, 3 Maret 2010 
Blatt, H. and Robert J. Tracy, 1996, Petrology, Freeman 
Brinker, C.J., and Scherer, W.J., 1990, Sol-Gel Science : The Physics 
and Chemistry of Sol-Gel Processing, Academic Press, San 
Diego 
Doll and Peto (1985): Asbestos; Effects on health of exposure to 
asbestos. Health and Safety Commission 1985 
Dunn, B., Miller, J.M, Dave, B.C., Valentine, J.S., and Zink, J.I., 
1996, Strategies of Encapsulating Biomolecules in Sol-Gel 
Matrices, Acta mater.46, pp. 737-741 
Filho, N.L.D., Gushikem, Y., and Polito, W.L., 1995, 2-Merkaptoben-
zotiazole Clays as Matriks for Sorption and Preconcentration of 
Some Heavy Metal from Aqueous Solution, Anal. Chim, Acta, 
306,. 
Gill, I., and Ballesteros, A., 2000, Bioencapsulation Within Synthetic 
Polymers (Part1); Sol-gel Encapsulated Biologicals, Tibtech, 18. 
Greenwood, N. N.; and Earnshaw, A. (1984), Chemistry of the 
Elements, Oxford: Pergamon, pp. 39399 
Holleman, A. F.and Wiberg, E. (2001), Inorganic Chemistry, San 
Diego: Academic Press. 
Jal, P.K., Patel, S., and Mirsha, B.K, 2004, Chemical Modification of 
Silika by Immobilization of Functional Groups for Extractive 
Concentration of Metal Ions, Talanta, 62, 1005-1028 
Lee, P.N (2000) Relation between exposure to asbestos and smoking 
jointly and the risk of lung cancer: Occupational Environmental 
Medicine 2001; pg58 November 2000 
Matijevic, Egon. (1986). "Monodispersed colloids: art and science". 
Langmuir 2: 12. 
Mazumder, B., 2000, Silikon and Its Compounds, Science Publishers, 
Inc., New Hamphire, USA 
Narsito, Nuryono, dan Suyanta, 2004, Kinetika Adsorpsi Zn(II) dan 
Cd(II) pada Silika Gel Termodifikasi Hasil Pengolahan Abu 
20 
Sekam Padi, Laporan Penelitian Dasar, Lembaga Penelitian 
UGM.  
Nuryono, 2001, Sintesis Silika Termodifikasi Eter-Mahkota 15C5 dan 
18C6 sebagai Fasa Diam pada Kromatografi Ion, Makalah 
disajikan dalam Seminar Nasional Kimia IX, Kimia Anorganik 
dalam Pemanfaatan Sumber Daya Alam Indonesia, Yogyakarta, 
21 Mei. 
Nuryono, Noviandi, C.T., Boehm, J., and Razzazi-Fazeli E., 2005, A 
Limited Survey of Zearalenone in Indonesian Maize-based Food 
and Feed by ELISA and High Performance Liquid 
Chromatography, Food Control, 16, 65-71 
Nuryono, Narsito, and Endang Astuti, Encapsulation of Horseradish 
Peroxidase-Glucose Oxidase (Hrp-Gox) in Silika Aquagel 
Synthesized from Rice Hull Ash for Enzymatic Reaction of 
Glucose, Indo. J. Chem., 2008, 8 (2), 169 – 176 
Nuryono, F. Nuzula, dan Narsito, 2008, Adsorpsi Cd(II), Ni(II) dan 
Mg(II) pada Silica Gel yang Terimobilisasi dengan 2-
Merkaptobenzimidazol, Alchemy, 7(1), 1-8 
Nuryono, and Narsito, 2009, Adsorption of calcium(II), lead(II) and 
silver(I) on  sulfonato-silica hybrid prepared from rice hull ash, 
Presented orally at the International Conference on Solution 
Chemistry (ICSC), 21 -25 August 2009 in Innsbruck, Austria  
Oscik, J., 1982, Adsorption, Ellis Horwood Limited, England 
Priyosulistyo, HRC., Sudarmoko, Bambang Supriyadi, Bambang 
Suhendro, dan P. Sumardi, 1999, Pemanfaatan Limbah Abu 
Sekam Padi Untuk Peningkatan Mutu Beton
, Laporan Penelitian 
Hibah Bersaing VI/2, Lembaga Penelitian UGM. 
Tsapatsis, M., (Principle Investigator), 2008, A New Concept for the 
Fabricationof Hydrogen Selective Silica Membranes, Project 
Facts, U.S Department of Energy Office and Fossil Energy, 
National Energy Technology Laboratory 
White., H.M., 2005, Geochemistry, John-Hopkins Univesity Press 
Wijaya, K., 2010, Nanomaterial Berlapis dan Berpori: Sintesis, 
Karakterisasi dan Peranannya Sebagai Material Multi Fungsi, 
Pidato Pengukuhan Guru Besar UGM, 10 Februari 2010 
  
21 
 

Leave a Reply