Sintesis dan Studi Kinerja Ligan H2AdBP dan H2SbBP Pada Ekstraksi Pelarut Y(III) Bagi Pemisahan Logam Tanah Jarang Dalam Pasir Monasit Bangka
SKRIPSI
Mohamad Jalaludin 10505067
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009
Sintesis dan Studi Kinerja Ligan H2AdBP dan H2SbBP pada Ekstraksi Pelarut Y(III) Bagi Pemisahan Logam Tanah Jarang Dalam Pasir Monasit Bangka
Synthesis and Performance Study of the H2AdBP and H2SbBP on the Solvent Extraction of Y(III) for the Separation of Rare Earth Metals in Bangka Monazite Sand
SKRIPSI Mohamad Jalaludin 10505067
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009
Surat Pernyataan Pelimpahan Hak Cipta dan Keaslian Hasil Karya Tulis (Skripsi)
Yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : Mohamad Jalaludin NIM : 10505067
Menyatakan bahwa skripsi dengan judul: Sintesis dan Studi Kinerja H2SbBP dan H2AdBP pada Ekstraksi Pelarut Y(III) Bagi Pemisahan Logam Tanah Jarang Dalam Pasir Monasit Bangka, di bawah bimbingan Prof. Dr. Buchari, adalah benar-benar skripsi hasil karya tulis berdasarkan data hasil eksperimen/perhitungan/permodelan penulis selama melakukan Tugas Akhir Sarjana di Program Studi Kimia FMIPA-ITB. Dengan ini penulis menyerahkan/melimpahkan Hak Cipta dari karya tulis Skripsi tersebut kepada Program Studi Kimia FMIPA-ITB.
Bandung,
Juni 2009
Mohamad Jalaludin NIM: 10505067
Abstract
4-Acyl-5-pyrazolone derivatives are known have characteristic as hard Lewis base. These ligands have a strong affinity with hard Lewis acids like rare earth metals. In this experiment, two 4-Acyl-5-pyrazolone derivatives have been synthesised using Jensen methode, those are 4-sebacoylbys(1-phenyl-3-methyl-5-pyrazolone) (H2SbBP) and 4-adipoylbys(1-phenyl-3methyl-5-pyrazolone) (H2AdBP). H2AdBP is yellow-brown colours powder mean while H2SbBP is a yellow colours powder. Characterisation of coumponds were established by measuring its melting point and Infra Red Spectra. The determination of melting point of H2AdBP and H2SbBP give 190.7ºC-197,6ºC and 132.9ºC-135ºC, respectively. The compounds have good solubility in chloroform. H2SbBP show a better performance than H2AdBP as ligand on the solvent extraction Y(III). The performance of ligands increase with increasing of pH and concentration. Extraction efficiency is studied with determining of the highest selectivity (α) of Ce(III) and Y(III), obtained when using H2AdBP as ligand with extraction condition pH 4.53. Key word : rare earth metals, sand monazite, H2AdBP, H2SbBP, solvent extraction
iii
Abstrak
Senyawa-senyawa turunan 4-asil-5-pirazolon dikenal sebagai ligan pengkelat yang memiliki sifat basa Lewis keras yang cocok digunakan untuk memisahkan logam tanah jarang (LTJ) yang memiliki sifat sebagai asam Lewis keras. Pada penelitian ini dilakukan sintesis 2 senyawa turunan dari 4-asil-5-pirazolon dengan menggunakan metode Jensen. Kedua senyawa yang disintesis pada penelitian ini adalah 4-sebakoilbis(1-fenil-3-metil-5-pirazolon) (H2SbBP) dan 4-adipoilbis(1-fenil-3-metil-5-pirazolon) (H2AdBP). H2SbBP hasil sintesis memiliki warna kuning dengan titik leleh 132,9ºC-135ºC, sedangkan H2AdBP hasil sintesis memiliki warna kuning kecoklatan dengan titik leleh 190,3ºC-197,6ºC. Kedua senyawa ini memiliki kelarutan yang sangat baik dalam kloroform. Sebagai ekstraktan dalam ekstraksi pelarut Y(III), H2SbBP memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan H2AdBP. Kinerja ligan sebagai ekstraktan meningkat seiring dengan naiknya konsentrasi ligan dari rentang konsentrasi 1,7 x 10-3 M - 8,5 x 10-3 M dan pH dari rentang pH 3-5. Nilai pH ekstraksi optimum Y(III) dengan ligan H2SbBP diperoleh pada kondisi pH 4,53. Nilai faktor pisah (α) tertinggi antara Y(III) dengan Ce(III) diperoleh ketika menggunakan ligan H2AdBP dengan kondisi pH ekstraksi 4,53. Kata Kunci : logam tanah jarang, pasir monasit, H2SbBP, H2AdBP, ekstraksi pelarut.
iv
Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung
Menerangkan bahwa Skripsi yang disusun oleh:
Nama : Mohamad Jalaludin NIM : 10505067
telah disetujui sebagai persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Kimia
Bandung,
Juni 2009
Pembimbing
Prof. Dr. Buchari NIP. 130518666
v
“Demi masa. Sesungguhnya manusia itu benar-benar dalam kerugian, Kecuali orang-orang yang beriman dan mengerjakan amal saleh dan nasehat menasehati supaya mentaati kebenaran dan nasehat menasehati supaya menetapi kesabaran.” (Q.S. Al’Ashr 103 : 1-3)
Tak semua imimpian dapat melebur menjadi nyata. Hanya impian yang disertai keyakinan yang dapat menjadi kenyataan . . . .
Kupersembahkan kepada: Ayah, Ibu, Kakakku tercinta dan saudara-saudaraku seaqidah dimanapun berada.
vi
Ucapan Terimakasih
Puji serta syukur tak henti-hentinya penulis haturkan kepada Allah SWT, tidak ada Tuhan kecuali Dia Yang Esa. Atas Kuasa dan Kehendak-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Shalawat dan salam semoga tercurah lestari kepada tauladan hidup mukmin, Nabi Muhammad SAW, keluarga, sahabat dan para penerus risalahnya hingga akhir zaman. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih yang setulus-tulusnya kepada Prof. Dr Buchari selaku pembimbing tugas akhir, yang dengan sabar dan penuh pengertian membimbing, mengarahkan dan memberikan dukungan moril kepada penulis sehingga selalu bersemangat dalam menyelesaikan tugas akhir ini. penulis juga mengucapkan terimakasih kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penyusunan skripsi ini: 1. Ayah, ibu dan kakak tercinta yang dengan sabar membantu, mendoakan, memberikan nasihat kepada penulis dengan penuh kasih dan sayang. 2. Dosen-dosen program studi kimia, staf dan pengajar Program Studi Kimia atas semua kebaikan bekal ilmu dan nasihat yang telah diberikan selama penulis melaksanakan studi. 3. Dr. Aminudin S yang telah membantu penulis dalam melakukan pengukuran FTIR. 4. Kang Asep Rohiman atas segala bantuan dan nasihatnya selama penulis menyelesaikan tugas akhir. 5. Untuk semua karyawan Program Studi Kimia atas segala bantuannya yang telah diberikan kepada penulis khususnya staf laboratorium analitik (Pak Dede, Pak Lanang, Pak Ajat dan Pak Encu), staf tata usaha (Pak Wandi, Ibu Tini dan Pak Handi) dan petugas penjaga gedung kimia (Pak Wins, Pak Yadi, dan Pak Budi) 6. Teman-teman satu bimbingan, Delvy, Sita, Kory, atas bantuan dan kerjasamanya. 7. Sahabat-sahabat terbaiku, Irfan Prabu, Khatta, Zakki, M.Koyimatu, Ariel, Athiya, Dedi, David, Azis, Lulu, Rifti, Agustina, Mayang dan Liza G (Miaw).
vii
8. Teman- teman di laboratorium kimia analitik, Han, Chaterine, Cristine, Gaos, Endah, Oq, Putri W, Nurfitri, Shelly, Lusi, Moci, Okah, Astuti, Miftha, Caca, Andi, Indra, Suganda, Rizki A, Isradj, Kang Amran, Pak Aman, Bu Irda, Pak Rusnadi dan semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu persatu. 9. Kimia angkatan 2005. 10. Nai, akhwat yang telah banyak memberikan inspirasi kepada penulis dengan kesederhanaan dan sikap hidupnya. 11. Saudara seperjuangan yang selalu memberikan nasihat dan doanya. Semoga Allah menjadikan kita generasi Falah. 12. Saudara-saudaraku di AMISCA dan KAMAMUKI. Semoga Allah SWT. membalas setiap kebaikan dengan kebaikan yang berlipat ganda.
Bandung, Juni 2009
Penulis
viii
Daftar Isi
Halaman HALAMAN JUDUL ................................................................................................................. i ABSTRACT....... ...................................................................................................................... iii ABSTRAK......... ...................................................................................................................... iv LEMBAR PENGESAHAN........................................................................................................v LEMBAR PERSEMBAHAN...................................................................................................vi UCAPAN TERIMA KASIH................................................................................................... vii DAFTAR ISI...... ...................................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR .............................................................................................................. xii DAFTAR TABEL .................................................................................................................. xiv DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................................xv 1 Pendahuluan ........................................................................................................................1 1.1
Latar Belakang .................................................................................................................1
1.2
Ruang Lingkup Kajian .....................................................................................................2
1.3
Tujuan Penelitian .............................................................................................................2
2 Tinjauan Pustaka ...................................................................................................................4 2.1
Logam Tanah Jarang (LTJ)..............................................................................................4
2.2
Monasit ............................................................................................................................5
2.3
Yttrium.............................................................................................................................7
2.4
Ekstraksi Pelarut ..............................................................................................................8
2.4.1
Koefisien Partisi (KD) .................................................................................................. 8
2.4.2
Angka Banding Distribusi ........................................................................................... 9
2.5
Spektrofotometer UV-Vis ................................................................................................9
ix
2.6
Senyawa Pirazolon dan Turunannya.............................................................................11
2.7
Ekstraksi ion Logam dengan Senyawa Kelat ................................................................12
3 Metodologi Penelitian .........................................................................................................14 3.1
Alat ................................................................................................................................14
3.2
Bahan .............................................................................................................................14
3.3
Langkah Kerja Penelitian ..............................................................................................15
3.4
Sintesis Ligan H2SbBP dan H2AdBP .............................................................................16
3.4.1
Sintesis ligan H2SbBP ................................................................................................ 16
3.4.2
Sintesis Ligan H2AdBP .............................................................................................. 16
3.5
Pembuatan Larutan Standar Yttrium .............................................................................17
3.6
Pembuatan Kurva Standar Yttrium ................................................................................17
3.7
Larutan Pengkompleks Yttrium .....................................................................................17
3.8
Pengaruh Konsentrasi Terhadap Angka Banding Distribusi Yttrium (DY(III)) ...............18
3.9
Pengaruh Derajat Keasaman (pH) Terhadap Angka Banding Distribusi Yttrium (DY(III)) .......................................................................................................................................18
3.10 Perlindian Konsentrat Pasir Monasit Bangka ................................................................19 3.10.1
Perlindian Monasit dengan Basa ............................................................................. 19
3.10.2
Pemisahan endapan cokelat .................................................................................... 19
3.10.3
Pemisahan Kristal Jarum......................................................................................... 19
3.10.4
Pemisahan Torium .................................................................................................. 20
4 Hasil dan Pembahasan ........................................................................................................21 4.1
Sintesis Ligan H2AdBP dan H2SbBP .............................................................................21
4.1
Karakterisasi H2AdBP dan H2SbBP ..............................................................................22
4.2
Analisis Kompleks Yttrium-Alizarin S..........................................................................28
4.3
Pengaruh Konsentrasi Ligan dan pH Terhadap Angka Banding Distribusi Yttrium (DY(III)). ...........................................................................................................................29
4.4
Perlindian Monasit Bangka............................................................................................38
4.5
Pemisahan Endapan Cokelat..........................................................................................39
x
4.6
Pemisahan Kristal Jarum ...............................................................................................39
4.7
Pemisahan Torium .........................................................................................................39
5 Kesimpulan dan Saran ........................................................................................................41 5.1
Kesimpulan ....................................................................................................................41
5.2
Saran ..............................................................................................................................41
DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................................................42 LAMPIRAN........ .....................................................................................................................44
xi
Daftar Gambar
Halaman Gambar 2.1 Unsur yttrium. ....................................................................................................... 7 Gambar 2.2 Pengurangan intensitas sinar karena absorpsi sinar oleh suatu molekul. ............ 10 Gambar 2.3 Struktur molekul alizarin sulfonat (Panahi, et al., 2008). ................................... 11 Gambar 2.4 Struktur molekul 4-asil-5-pirazolon. ................................................................... 12 Gambar 2.5 Struktur molekul 4-asilbis-5-pirazolon (H2AdBP n=4 dan H2SbBP n=8). ......... 12 Gambar 2.6 Skema ekstraksi pelarut ion logam oleh senyawa pengkelat . ............................ 12 Gambar 3.1 Diagram alir langkah kerja penelitian. ................................................................ 15 Gambar 3.2 Diagram alir perlindian konsentrat pasir monasit. .............................................. 15 Gambar 4.1 Mekanisme reaksi sintesis ligan H2AdBP (n=4) dan H2SbBP (n=8). ................. 21 Gambar 4.2 Persamaan reaksi sintesis ligan ........................................................................... 22 Gambar 4.3 Spektrum serapan IR H2SbBP. ............................................................................ 25 Gambar 4.4 Spektrum serapan IR H2AdBP. ........................................................................... 26 Gambar 4.5 Spektrum serapan IR MPP. ................................................................................. 26 Gambar 4.6 Spektrum serapan IR sebakoil klorida ................................................................ 27 Gambar 4.7 Spektrum serapan IR adipoil klorida................................................................... 27 Gambar 4.8 Kurva kalibrasi yttrium ....................................................................................... 28 Gambar 4.9 Pengaruh konsentrasi ligan H2SbBP terhadap DY(III)........................................... 31 Gambar 4.10 Pengaruh konsentrasi ligan H2AdBP terhadap DY(III) ........................................ 32 Gambar 4.11 Kurva log DY(III) terhadap log konsentrasi ligan H2SbBP dalam fasa organik .. 32 Gambar 4.12 Kurva log DY(III) terhadap log konsentrasi ligan H2AdBP dalam fasa organik.. 33 Gambar 4.13 Kurva hubungan DY(III) terhadap pH pada ekstraksi Y(III) menggunakan ligan H2SbBP ................................................................................................................. 34
xii
Gambar 4.14 Kurva hubungan DY(III) terhadap pH pada ekstraksi Y(III) menggunakan ligan H2AdBP................................................................................................................. 34 Gambar 4.15 Kurva hubungan log DY(III) terhadap pH pada ekstraksi Y(III) menggunakan ligan H2SbBP ........................................................................................................ 35 Gambar 4.16 Kurva hubungan log DY(III) terhadap pH pada ekstraksi Y(III) menggunakan ligan H2AdBP........................................................................................................ 35 Gambar 4.17 Kurva kinerja ligan H2SbBP dan H2AdBP pada pH 3-5 ................................... 36 Gambar 4.18 Kurva perbedaan nilai DCe(III) dengan DY(III) pada ekstraksi menggunakan ligan H2SbBP di daerah pH 2,5-5 .................................................................................. 37 Gambar 4.19 Kurva perbedaan nilai DCe(III) dengan DY(III) pada ekstraksi menggunakan ligan H2AdBP di daerah pH 2,5-5 .................................................................................. 37 Gambar 4.20 Hasil Perlindian konsentrat pasir monasit. ........................................................ 38
xiii
Daftar Tabel
Halaman Tabel 2.1 Nama-nama Unsur Logam Tanah Jarang.................................................................. 5 Tabel 2.2 Komposisi oksida LTJ (% berat) dalam sampel referensi monasit Bangka yang dianalisis secara spektrometri pendarflour sinar-X (XRF) ..................................... 6 Tabel 2.3 Karakteristik unsur yttrium ...................................................................................... 8 Tabel 4.1 Karakterisasi ligan H2AdBP dan H2SbBP............................................................... 23 Tabel 4.2 Hasil uji kelarutan H2SbBP dan H2AdBP ............................................................... 23 Tabel 4.3 Spektrum serapan IR untuk H2AdBP dan H2SbBP. ................................................ 25 Tabel 4.4 Nilai αY/Ce untuk ligan H2AdBP dan H2SbBP ......................................................... 38
xiv
Daftar Lampiran
Halaman LAMPIRAN A Foto Senyawa H2SbBP dan H2AdBP Hasil Sintesis ..................................... 45 LAMPIRAN B Kurva Kalibrasi Y(III) ................................................................................... 46 LAMPIRAN C Pengaruh Konsentrasi Ligan H2SbBP dan H2AdBP Terhadap Nilai DY(III) ... 47 LAMPIRAN D Pengaruh pH Terhadap Nilai DY(III) dengan Ligan H2SbBP dan H2AdBP .... 48 LAMPIRAN E Faktor Pemisahan (α) ..................................................................................... 49 LAMPIRAN F Spektrum Serapan IR Reagen dan Ligan Hasil Sintesis ................................ 51
xv
