Logam Transisi

MAKALAH KIMIA ANORGANIK Peranan Logam Mangan bagi Makhluk Hidup dan Pengaruh Defisiensinya (judulnya hanya berupa usulan, bukan ini juga gpp kok) Disusun oleh: Kelompok 7 Agus Purnomohadi G84054299 (sisanya ketik sendiri ya?? Aq ga hafal nama lengkap kalian)

DEPARTEMEN BIOKIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008

Pendahuluan Mangan merupakan salah satu unsur yang paling banyak terdapat di dalam kerak bumi. Bijih mangan yang utama berasal dari pirolusit (MnO2) dan psilomelan (Ba,H2O)2Mn5O10. Mangan adalah logam berwarna putih keabu-abuan seperti besi dengan kilap metalik sampai submetalik, memiliki tingkat kekerasan antara 2 hingga 6, massa jenis 7.21 g/cm3 pada suhu ruang, massif, reniform, botriodal, stalaktit, serta kadang-kadang berstruktur fibrous dan radial. Mangan yang mengandung oksida lainnya namun berperan bukan sebagai mineral utama dalam deposit bijih mangan adalah bauksit, manganit, hausmanit, dan lithiofori. Sumber mangan yang mengandung karbonat adalah rhodokrosit, sedangkan sumber mangan yang mengandung silika adalah rhodonit. Deposit mangan dapat dibagi menjadi beberapa tipe, misalnya deposit hidrotermal, deposit sedimenter, deposit yang berasosiasi dengan aliran lava bawah laut, deposit metamorfosis, deposit laterit, dan akumulasi residu. Salah satu sumber mangan diperlihatkan pada Gambar 1. Pemanfaatan mangan di dunia sebagian besar digunakan untuk tujuan metalurgi, yaitu untuk proses produksi besi-baja, sedangkan penggunaan mangan untuk tujuan non-metalurgi antara lain produksi baterai kering, keramik dan gelas, dan kimia. Potensi cadangan bijih mangan di Indonesia cukup besar, namun terdapat di berbagai lokasi yang tersebar di seluruh Indonesia. Potensi tersebut terdapat di Pulau Sumatera dan Kepulauan Riau, Pulau Jawa, Kalimantan, Sulawesi, Nusa Tenggara, Maluku, dan Papua. Mangan tersebar di seluruh jaringan tubuh. Konsentrasi mangan tertinggi terdapat di hati, kelenjar tiroid, pituitari, pankreas, ginjal, dan tulang. Jumlah total mangan pada laki-laki yang memiliki berat 70 kg sekitar 12-20 mg. Jumlah pemasukan harian sampai saat ini belum dapat ditentukan secara pasti, meskipun demikian, beberapa penelitian menunjukkan bahwa jumlah minimal sekitar 2.5 hingga 7 mg mangan per hari dapat mencukupi kebutuhan manusia.

Gambar 1 Salah satu bijih mangan, yaitu psilomelan (Ba,H2O)2Mn5O10. Karakteristik Mangan Aspek Fisik Mangan berwarna putih keabu-abuan dan bersifat keras namun rapuh. Mangan sangat reaktif secara kimiawi dan terurai dengan air dingin secara perlahan-lahan. Mangan digunakan untuk membentuk banyak lakur yang penting. Kandungan mangan dalam baja dapat meningkatkan kualitas tempaan baik dari segi kekuatan, kekerasan, dan kemampuan pengerasan. Campuran mangan, aluminium, bismut, dan sejumlah kecil akan membentuk lakur yang bersifat feromagnetik. Logam mangan murni terdapat dalam bentuk alotropik dengan empat jenis. Salah satunya adalah jenis alfa yang stabil pada suhu luar biasa tinggi. Mangan jenis gamma dapat berubah menjadi alfa pada suhu tinggi, Mangan juga memiliki sifat fleksibel, mudah dipotong, dan ditempa. Aspek Kimia Mangan (II) d5 Sebagian besar larut di dalam air, penambahan gas oksigen pada larutan Mn2+ menghasilkan hidroksida berupa gelatin putih dalam udara yang cepat berubah menjadi gelap akibat reaksi oksidasi. Penambahan SH

akan −

menyebabkan MnS teroksidasi menjadi coklat dalam udara, pada pendidihan tanpa udara materi yang merah menjadi MnS kristal atau sulfatnya (MnSO4) sangat stabil dan digunakan untuk analisis Mn. Tetapan kesetimbangan bagi pembentukan kompleks mangan (II) relatif rendah karena ion Mn2+ tidak memiliki

energi penstabil medan ligan. Ion Mn2+ bisa menempati lubang tetrahedral dalam beberapa gelas tertentu, menyubstitusi Zn2+dalam ZnO. Hanya medan ligan yang paling kuat meningkatkan perpasangan seperti ion-ion [Mn(CN)6]4+ dan [Mn(CN)]62+ hanya memiliki 1 elektron tidak berpasangan. Mangan (III) d4 Ion mangan diperoleh melalui oksidasi elektrolitik atau oksida deosulfat. Mangan (III) dan (IV) penting untuk fotosintesis. Mangan (IV) d3, mangan (V) d2 Satu-satunya senyawa Mn V yang penting adalah mangan dioksida. Mangan dioksida inert terhadap kebanyakan KMnO4 dalam basa tapi tidak larut dalam Mn (IV). Mangan (VI) d1 dan Mn (VII) d0 Mangan VII paling baik dalam bentuk garam dari ion permanganat. Larutan ini tidak stabil, terurai dengan lambat namun dapat diamati dalam larutan asam, netral, ataupun sedikit basa. Penguraian larutan dalam gelap berlangsung sangat lambat. Berikut ini adalah beberapa reaksi yang dapat terjadi pada mangan (VI) dan mangan (VII). 4MnO4- + 4H+ → 3O2 + 2H2O + 4MnO2 Dalam larutan basa permanganat adalah pengoksida kuat. MnO4 + 2H2O + 3e → MnO2 + 4OH −

−

Dalam basa sangat kuat dan dengan MnO4 berlebih menghasilkan ion manganat −

MnO4 + e→ MnO4 −

2=

Dalam larutan asam permanganat tereduksi menjadi Mn

oleh zat pereduksi 2+

berlebih MnO4 +8OH +5e→ Mn +4H2O −

−

2+

Mineral mangan tersebar secara luas dalam bentuk seperti oksida, silikat, karbonat. Adanya senyawa mangan di dasar lautan merupakan sumber mangan

dengan kandungan 24 %, bersamaan dengan unsur lainnya dengan kandungan yang lebih sedikit. Kebanyakan senyawa mangan saat ini ditemukan di Rusia, Brazil, Australia, Afrika Selatan, Gabon, dan India. Irolusit dan rhodokhrosit adalah mineral mangan yang paling banyak dijumpai. Logam mangan diperoleh dengan mereduksi oksida mangan dengan natrium, magnesium, dan aluminum ataupun dengan proses elektrolisis. Tabel 1 Beberapa ciri mangan Ciri Jari-jari atom

1.35 Å

Volume atom

7.39 cm3/mol

Massa atom

54.938

Jari-jari kovalensi

1.17 Å

Struktur kristal

Cubic body center

Massa jenis

7.44 g/cm3

Konduktivitas listrik

0.5 x 106 ohm-1cm-1

Elektronegatifitas (skala Pauling)

1.55

Konfigurasi elektron

[Ar]3d5 4s2

Entalpi pembentukan

14.64 kJ/mol

Entalpi penguapan

219.74 kJ/mol

Konduktivitas kalor

7.82 Wm-1K-1

Kapasitas kalor

0.48 Jg-1K-1

Titik lebur

1518 K

Titik didih

2235 K

Potensial ionisasi

7.435 V

Bilangan oksidasi

7, 6, 4, 3, 2

Pemanfaatan Mangan Logam Mn merupakan logam penting dalam sistem biologi makhluk hidup. Mangan, kalsium, dan fosfor bersama-sama membentuk sistem tulang dan gigi. Mangan bermanfaat dalam pembentukan hemosianin dalam sistem darah dan

enzimatik pada hewan air. Mn tidak bersifat racun dan merupakan logam essensial, diserap oleh tubuh hewan air dalam bentuk ion, pada tubuh hewan, logam tersebut berikatan protein dan akan dikeluarkan jika kadarnya di dalam tubuh terlalu banyak. Jumlah Mn dalam tubuh hewan sangat kecil, konsentrasi paligh tinggi ditemukan pada tulang,hati, ginjal,pankreas. Sebagian besar mangan terdapat di dalam mitokondria.

Mangan

mengaktifkan banyak enzim, misalnya hidrolase, transferase, kinase, dan dekarboksilase. Mangan merupakan konstituen beberapa enzim. Salah satu metaloenzim mangan yang paling dikenal adalah piruvat karboksilase, yaitu enzim yang mengubah piruvat menjadi oksaloasetat. Beberapa enzim lainnya termasuk arginase, yang terlibat di dalam perubahan asam amino arginin menjadi urea, dan superoksida dismutase (SOD) mitokondria. Sebagian besar struktur dan fungsi mitokondria dipengaruhi oleh keadaan mangan. Mangan mengaktifkan enzim-enzim yang terkait dengan metabolisme asam lemak dan sintesis protein serta terlibat dalam fungsi neurologis. Mangan juga berfungsi mengatur sistem enzim dalam metabolisme karbohidrat dan nitrogen. Mangan memiliki peran yang sangat penting untuk pembentukan klorofil. Tanpa mangan, tanaman tidak dapat melakukan fungsi selnya (Anonim, 2004a). Mangan digunakan tanaman dalam bentuk kationnya. Ini merupakan aktivator untuk beberapa macam enzim di dalam proses pertumbuhan tanaman dan membantu besi di dalam pembentukan klorofil selama fotosintesis. Konsentrasi mangan yang tinggi barangkali dapat menahan penyerapan besi pada tanaman. Mangan biasanya digunakan bersama-sama seng dalam larutan encer. Jeruk dan tanaman buah-buahan yang lain sering diberi perlakuan dengan suplemen mangan dalam bentuk mangan sulfat. Penambahan suplemen mangan diperlukan jika tanaman mengalami kekurangan unsur ini (Trotter 2001). Mangan dioksida (sebagai pirolusit) juga digunakan sebagai pendepolarisasi pada sel kering baterai dan untuk menghilangkan warna hijau pada gelas yang disebabkan oleh pengotor besi. Mangan sendiri memberi warna lembayung pada kaca. Dioksidanya berguna untuk pembuatan oksigen dan klorin, dan dalam pengeringan cat hitam. Senyawa permanganat adalah oksidator yang kuat dan digunakan dalam analisis kuantitatif dan dalam pengobatan.

Toksisitas Mangan Laporan mengenai toksisitas mangan secara oral relatif jarang. Toksisitas mangan lebih sering diakibatkan oleh paparan kronis para pekerja pabrik besi dan baja, penambangan bijih mangan, pengelasan, pabrik kimia, baterai sel kering, dan industri bahan bakar minyak. Laporan pertama mengenai toksisitas mangan dibuat oleh Couper pada tahun 1837. Ia menjelaskan keadaan yang mirip dengan kelumpuhan pada pekerja penggilingan pirolusit. Perhatian yang lebih besar terhadap toksisitas mangan tumbuh pada tahun 1930-40an setelah munculnya laporan mengenai kondisi yang sama pada beberapa penambang. Gejala keracunan mangan dapat dideskripsikan dalam tiga tingkatan. Keracunan ringan mengakibatkan psikosis dan mencakup gejala-gejala berikut: astenia, anoreksia, insomnia, sakit pada otot, kegembiraan, halusinasi, gangguan ingatan, dan perilaku kompulsif. Gejala-gejala keracunan tingkat sedang mencakup gangguan berbicara, bergerak dengan canggung (kikuk), gaya berjalan tidak normal, keseimbangan yang buruk, hiperefleksia pada anggota tubuh bagian bawah, dan gemetar. Gejala keracunan tingkat berat memiliki kesamaan dengan Parkinson disease. Mekanisme neurotoksisitas mangan terjadi karena degenerasi neuronal pada berbagai area di otak dan kelainan neurotransmitter. Faktor-faktor yang mungkin meningkatkan kerentanan terhadap toksisitas mangan antara lain defisiensi besi, alkoholisme, infeksi kronis, dan penurunan ekskresi. Reduksi toksisitas

mangan,

selain

pengurangan

paparan,

dapat dibantu

penambahan nutrien antagonis seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.

dengan

Gambar 2 Beberapa nutrisi yang bersifat antagonis terhadap fungsi logam Mn di dalam tubuh. Akibat Defisiensi Mangan Defisiensi mangan telah dipelajari pada hewan, gejalanya dapat berbedabeda menurut spesies dan tingkat defisiensinya. Terdapat banyak kesamaan yang terdapat pada beberapa spesies, termasuk kelainan tulang, cacat postur, gangguan pertumbuhan, dan gangguan pada metabolisme karbohidrat dan lipid. Kondisi genetik yang umum disebabkan oleh defisiensi mangan menghasilkan gangguan pada otolit di telinga bagian dalam selama masa kehamilan. Kelainan pada tulang di antaranya chondrodystrophy, atau keterbelakangan pertumbuhan tulang. Perosis atau “tendon yang tergelincir” merupakan keadaan yang umum dikenali terdapat pada ayam dan bebek. Fungsi reproduksi pada pasien defisiensi mangan dicirikan dengan gangguan ovulasi, ovarian, dan degenerasi testikular, dan peningkatan kematian bayi. Mangan terlibat di dalam sintesis kolesterol; sehingga defisiensi dapat dihubungkan dengan kurangnya prekursor (kolesterol) untuk produksi hormonal yang normal. Mangan juga menunjukkan hubungan sinergis dengan kolin. Defisiensi salah satu ataupun keduanya dapat menyebabkan keadaan yang abnormal pada integritas membran sel dan mitokondria. Mitokondria hati yang diisolasi dari mencit menunjukkan kelainan pada krista dan menurunnya kecepatan oksidasi.

Gangguan metabolisme karbohidrat disebabkan oleh kelainan aktivitas glikosiltransferase.

Kelainan

pankreas

yang

mengakibatkan

sedikitnya

pemanfaatan glukosa memperlihatkan adanya hubungan bahwa mangan mungkin terlibat dalam pembentukan insulin ataupun aktivitasnya. Defisiensi mangan pada manusia diamati secara tidak sengaja pada pengaturan pola makan yang ketat. Gejalanya antara lain hipokolesterolemia, penurunan trigliserida dan fosfolipid, kehilangan berat badan, dermatitis sementara, dan nausea. Warna rambut penderita akan berubah dari hitam menjadi merah. Tujuan pengaturan pola makan ini sebenarnya untuk membatasi vitamin K untuk mempelajari perpanjangan waktu protrombin dan memperbaikinya dengan vitamin K. Meskipun demikian, ketika defisiensi mangan ditemukan dan digantikan dalam pola makan tersebut, waktu protrombin telah diperbaiki. Oleh karena protrombin adalah glikoprotein dan mangan mengaktivasi transferase, diduga mangan diperlukan dalam sintesis protrombin. Penelitian lain mengenai defisiensi mangan pada sukarelawan manusia telah dilaporkan. Subjek penelitian dilaporkan memiliki gejala ruam pada tubuh bagian atas, dan pangkal paha. Gejala-gejala ini didiagnosis sebagai Miliaria Crystallina atau biang keringat. Kadar kalsium dan fosfor serum menurun seperti halnya alkaline phosphatase, kolesterol, dan HDL serum yang juga ikut menurun ikut teramati pada defisiensi mangan. Kelainan lain yang dianggap berhubungan dengan defisiensi mangan telah dilaporkan. Epilepsi dapat menurunkan kadar mangan di dalam darah. Defisiensi mangan mungkin berhubungan dengan kelainan metabolisme seperti “maple syrup disease” dan fenilketonuria (PKU). Penderita sindrom Down yang telah dewasa yang sering memiliki dislokasi tulang paha sekunder dan epifisitis pada ujung femoral diduga mengalami defisiensi mangan. Beberapa kondisi yang terkait dengan mangan lainnya adalah kegagalan pembentukan intrauterin dan osteoporosis. Straus dan Saltman melaporkan kasus defisiensi mangan yang terjadi pada pemain basket yang menderita kerusakan tulang dengan masa penyembuhan yang lama dan ketidakstabilan sendi. Mereka tidak dapat mengukur kadar mangan pada serumnya, yang berasal dari pola makannya yang sangat terbatas. Suplementasi selama beberapa bulan akhirnya dapat mempercepat penyembuhan tulangnya

serta dapat mengembalikannya ke karir profesionalnya. Mereka juga mendapatkan penemuan yang sama pada pasien ortopedi dengan kerusakan pada proses penyembuhan tulangnya.