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

iii

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-3-methyl-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

iv

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.

v

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

vi

“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:Kupersembahkan kepada:Kupersembahkan kepada:Kupersembahkan kepada:

Ayah, Ibu, Kakakku tercinta

dan saudara-saudaraku seaqidah dimanapun berada.

vii

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).

viii

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

ix

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

x

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

xi

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

xii

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

xiii

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

xiv

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

xv

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