Sintesis Senyawa Zirkonium Oksida (ZrO2)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan manusia semakin lama semakin bertambah di segala bidang termasuk

juga di dalamnya kebutuhan konsumsi dan alat transportasi sehingga manusia selalu

meningkatkan ilmu dan teknologi. Perkembangan teknologi dan industri yang pesat

dewasa ini ternyata membawa dampak bagi kehidupan manusia, baik yang bersifat positif

maupun negatif. Damapak yang besifat negatif sangat diharapkan oleh manusia dalam

rangka meningkatkan kualitas hidup. Namun dampak negatif tidak diharapkan karena

dapat menurunkan kualitas dan kenyaman hidup sehingga harus dapat diatasi dengan baik.

Salah satu dampak negatif yang ditimbulkan oleh kemajuan teknologi industri,

misalnya industri otomotif adalah pencemaran lingkungan sebagai akibat dari masuk atau

dimasukkannya benda dan zat asing dalam tatanan lingkungan tersebut. Selain dapat

menimbulkan pencemran terhadap daratn dan air, dapat juga menmbulkan pencemaran

terhadap udara. Salah satu penyebab pencemaran udara yang paling utama kendaraan

bermotor yang gas buangnya lebih cepat keluar dibandingkan dengan gas buangan yang

keluar dari cerobong asap pabrik.

Oleh karena itu peningkatan efisiensi bahan bakar serta pengurangan polusi yang

diakibatkan oleh pembakaran bahan bakar merupakan dua hal penting yang ingin dicapai

di industri otomotif. Hal tersebut dapat diwujudkan dengan mengontrol rasio campuran

yang tepat antara oksigen dengan bahan bakar. Untuk hal tersebut telah dikembangkan

teknologi sensor gas oksigen pada sistem pembuangan (exhaust system) kendaraan

bermotor. Sensor ini dapat mendeteksi apakah oksigen pada sistem pembakaran berlebih

atau kekurangan, sehingga membantu pengaturan kerja mesin menjadi lebih efisien. Gas

oksigen basil pembakaran dalam mesin memiliki temperatur yang tinggi (>500 °C).

Karena itu diperlukan material yang mempunyai titik lebur yang tinggi agar mampu

bekerja dalam lingkungan suhu yang sangat tinggi dan sensitif terhadap gas oksigen.

ZrO2 atau yang lebih sering disebut zirkonium merupakan bahan semikonduktor

keramik yang mempunyai sifat tahan korosi, memiliki titik lebur yang sangat tinggi (>2000

Page 1 of 12

Sintesis Senyawa Zirkonium Oksida (ZrO2)

°C), dan sensitif terhadap gas oksigen. Sifat-sifat ini membuat ZrO2 banyak dipakai

sebagai sensor gas oksigen di industri otomotif. Dalam industri manufaktur, secara luas

kita dapat menemukan zirkonia sebagai bahan baku dalam pembuatan tegel dan bahan

refraktori untuk pelapis tungku pelebur, kiln furniture, nozles, crucible, sebagai komponen

pada keramik advanced seperti oksigen sensor dan SOFC, aplikasi kesehatan (terutama

sebagai heads untuk hydroxyapatite), serta perhiasan. Beragamnya aplikasi Zirconia

(ZrO2) ini berkaitan dengan sifat-sifat khusus dan kemampuan yang dimilikinya, antara

lain: sifat refractorinessnya yang sangat tinggi yaitu sekitar 2750 derajat C untuk Zirconia

murni, kemudahannya dalam bertransformasi fasa untuk menghasilkan sifat mekanik yang

diinginkan, konduktansi ioniknya yang baik, serta kemudahannya untuk distabilkan oleh

oksida logam lain untuk memodifikasi sifat fisik, mekanik dan kimianya

Pemakaian zirkonia yang sangat luas disegala bidang menyebabkan zirkonia

disintesis dalam skala industry. Selain itu Pemakaian zirkonia dengan kualitas tinggi

sampai saat ini masih bergantung kepada produk impor. Padahal, Zirkon (ZrSiO4) sebagai

sumber utama zirkonia memiliki potensi cadangan di Indonesia yang cukup besar. Pasir

Zirkon (ZrSiO4) yang terdapat dalam jumlah banyak di Kalimantan Selatan sampai saat ini

masih belum dimanfaatkan secara optimal sehingga potensi yang cukup besar ini dapat

dimanfaatkan dan diolah secara optimal untuk mengahasilkan produk yang memiliki nilai

ekonomis.

1.2 Rumusan Masalah

Bagaimanakah proses sintesis senyawa zirkonia (ZrO2) serta penerapannya dalam

kehidupan sehari- hari?

1.3 Tujuan Penulisan

Untuk dapat mengetahui proses sintesis senyawa zirkonia atau ZrO2 untuk dapat

digunakan sebagai pemenuhan kebutuhan sehari-hari.

Page 2 of 12

Sintesis Senyawa Zirkonium Oksida (ZrO2)

1.4 Manfaat Penulisan

Memberikan informasi kepada masyarakat luas mengenai proses sintesis senyawa

zirconia sehingga dapat mengetahui aplikasi dari senyawa tersebut dalam kehidupan

sehari-hari

Page 3 of 12

Sintesis Senyawa Zirkonium Oksida (ZrO2)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Karakteristik Zirkonium

Zirconium adalah sebutan untuk logam berwarna putih abu-abu, berbentuk

Kristal(amorf), lunak, dapat ditempa dan diulur bila murni juga tahan terhadap udara

bahkan api. Logam yang ditemukan oleh M.H. Kalaproth pada tahun 1788 dalam bentuk

mineral zircon ini tidak ditemukan di alam dalam bentuk bebas tetapi sebagi oksida atau

silikat dalam kerak bumi dan bebatuan dalam kadar kecil. Logam ini memiliki lambing Zr

dengan nomor atom relative 91,224.

Unsur zirconium termasuk didalam golongan IVB pada sistem periodik. Unsur

dalam golongan ini disebut juga unusr transisi yaitu unsure blok d yang konfigurasi

elektronnya diakhiri oleh sub kulit d. Selain zirconium, unsure titanium, hafnium, serta

rutherfordium juga tergolong dalam golongan IV B. Untuk sifat- sifat unsure pada

golongan ini dapat dilihat dalam system periodic unsure dimana memiliki konfigurasi

electron terluar adalah (n-1)d2 ns2. Bilangan oksidasi yang sering dijumpai adalah +2,+3

dan +4, namun khusus untuk unsure Zr bilangan oksidasi nya yaitu +1. Bilangan oksidasi

+4 dikatakan lebih stabil dari yang lainnya. Hal ini dikarenakan bilsngsn oksidasi yang

lebih rendah mengalami disproporsionasi.

Zirconium melimpah keberadaanya di alam seperti zircon (hyacianth) dan zirkonia

(baddeleyit). Baddeleyit merupakan oksida zirconium yang tahan terhadap suhu yang

sangat tinggi sehingga dapat digunakan untuk pelapis tanur tinggi. Zirkonium terjadi secara

alami, terdapat 4 isotop yang stabil dan dari 1 radio isotop yang mempunyai waktu hidup

yang sangat panjang. Radio isotop kedua yang paling stabil adalah 93Zr yang mempunyai

waktu hidup yang paruh 1,53 juta tahun.

Pada keadaan di bawah normal zirconium tidak dapat bereaksi dengan air. Namun

dengan udara zirconium dapat bereaksi sehingga dapat menghasilkan ZrO2. Adapun reaksi

zirkonium dengan udara yaitu sebagai berikut:

Zr (s) + O2 (g) ZrO2 (g)

Page 4 of 12

Sintesis Senyawa Zirkonium Oksida (ZrO2)

Selain dapat bereaksi dengan udara, zirconium juga dapat bereaksi dengan halide sehingga

dapat membentuk zirconium (IV) halide.

2.2 Karakteristik Zirkonium Oksida

Zirconium oksida merupakan senyawa bentukan dari zirconium yang bereaksi

dengan udara. Dewasa ini penggunaan zirconium oksida dalam rangka pemenuhan

kebutuhan sehari-hari dan penekan tingkat pengeluaran emisi gas dari kendaraan bermotor.

Adapun syarat dari penggunaan zirconium oksida yaitu sebagai berikut:

Diguanakan pada suhu sampai 2400oC

Kepadatan tinggi

Konduktifitas termalnya rendah

Kimia inertness

Perlawanan terhadap logam cair

Ionic konduksi listrik

Ketahanan aus

Ketangguhan perpatahan tinggi

Kekerasan tinggi

Sifat fisika dan kimia zirconium oksida dapat disajikan dalam table seperti dibawah ini:

Zirconium Oxide, Y 2 O 3 stabil TZP

Mekanis SI / Metrik (Imperial) SI / Metrik (Imperial)

Kepadatan gm/cc (lb/ft 3 ) 6 (205.4)

Porositas % (%) 0 (0)

Warna — -- gading — --

Kekuatan lentur MPa (lb/in 2 x10 3 ) 900 (120.4)

Modulus elastis GPa (lb/in 2 x10 6 ) 200 (45)

Page 5 of 12

Sintesis Senyawa Zirkonium Oksida (ZrO2)

Modulus geser GPa (lb/in 2 x10 6 ) — -- — --

Bulk Modulus GPa (lb/in 2 x10 6 ) — -- — --

Poisson's Ratio — -- — -- — --

Kekuatan kompresi MPa (lb/in 2 x10 3 ) — -- — --

Kekerasan Kg/mm 2 1300 — --

Fracture ketangguhan K IC MPa•m 1/2 13 — --

Gunakan Suhu Maksimum

(tanpa beban) °C (°F) 1500 (2730)

Thermal

Konduktivitas termal W / m • ° K (BTU • di / ft 2

• jam • ° F) 2 (13.9)

Koefisien Thermal Expansion 10 –6 /°C (10 –6 /°F) 10.3 (5.7)

Specific Heat J/Kg•°K (Btu/lb•°F) — -- — --

Electrical

Kekuatan dielektrik ac-kv/mm (volts/mil) — -- — --

Konstanta dielektrik — -- — -- — --

Faktor disipasi — -- — -- — --

Rugi Tangent — -- — -- — --

Volume Resistivity ohm•cm >10 10 — --

Page 6 of 12

Sintesis Senyawa Zirkonium Oksida (ZrO2)

Back to top Kembali ke atas

Mineral utama yang didalamnya mengandung unsure zirconium adalah zircon silica

dan zirconium oksida. Kedua mineral ini dapat dijumpai dalam bentukan senyawa dengan

hafnium. Pada umumnya zircon mengandung unsure besi, kalsium sodium, mangan dan

unsure lainnya yang dapat menyebabkan warna pada zircon bervariasi. Zircon terbentuk

sebagai mineral aksesoris pada batuan yang mengandung batuan beku asam dan metamorf.

Zirconia (ZrO2) murni memiliki tiga macam struktur Kristal pada temperature yang

berbeda. Pada temperature yang sangat tinggi (>2370oC) material ZrO2 mempunyai

struktur berbentuk kubus. Pada temperature intermediet mempunyai struktur tetragonal

sedangkan pada temperature rendah yaitu dibawah 1170oC material ZrO2 berubah bentuk

menjadi struktur monoklin. Diantara ketiga struktur tersebut, struktur kubus yang paling

stabil pada berbagai rentang suhu sedangkan keramik dengan dua struktur yang lain

memiliki sifat mekanik yang jauh lebih baik dibandingkan dengan kedua struktur ZrO2

yang lainnya.

2.3 Sintesis senyawa anorganik

Semua proses secara luas dapat dibagi menjadi dua proses, metode fisik dan metode kimia.

Teknik kimia:

Presipitasi kimia

Teknik sol-gel

Polimer prekursor

Mikro emulsi

Hidrotermal sintesis

Pembakaran sintesis.

Proses Plasma Arc dc

Plasma rf Proses

Rapid plasma Solidification Teknologi

Electrode reaktif Submerged Arc

Physico-teknik kimia:

Page 7 of 12

Sintesis Senyawa Zirkonium Oksida (ZrO2)

Spray pirolisis

Kondensasi gas

Pengeringan beku

Metode ultrasonik.

2.3.1 Metode presipitasi kimia

Pembentukan suatu zat padat dapat dipisahkan dari suatu solusi, baik dengan mengubah zat

menjadi suatu bentuk larut atau dengan mengubah komposisi pelarut untuk mengurangi

kelarutan dari zat di dalamnya. Perbedaan antara curah hujan dan kristalisasi sebagian

besar terletak pada apakah penekanan pada proses yang kelarutan berkurang atau pada

bahwa dengan yang struktur zat padat menjadi terorganisir.

2. 3.2 Uap-fase sintesis

Pembentukan nanopartikel berlangsung dalam fase gas. Dalam teknik sintesis kondensasi

atom dan molekul dilaksanakan. Fasa uap sintesis bukanlah hal baru dan banyak

perusahaan multinasional telah menggunakan reaktor nyala selama beberapa dekade untuk

menghasilkan besar jumlah nanopartikel. Api reaktor digunakan untuk membentuk

berbagai nanopartikel tersebut karbon hitam dan titanium dioksida.

2.3. 3. Solusi sederhana metode pembakaran:

Dalam proses ini nitrat logam dan senyawa organik digunakan sebagai bahan bakar xidizer

dan masing-masing. Eksotermik pembakaran bahan bakar menyebabkan pembebasan

sejumlah besar energi yang digunakan untuk mengubah garam logam oksida logam.

Metode ini telah digunakan untuk persiapan nanosize alumina, ceria, yttria, zirkonia, CEO2

-ZrO2,t-ZrO2-Al2O3 dan Y2O3-ZrO2,dll. menggunakan logam sesuai nitrat, amonium nitrat

dan glisin redoks campuran. cepat (seketika) dan menghasilkan kemurnian tinggi, produk

kristalin yang homogen dengan yang diinginkan komposisi dan struktur.

Page 8 of 12

Sintesis Senyawa Zirkonium Oksida (ZrO2)

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Kegunaan persenyawaan Zr sreta cara mensintesisnya.

Kegunaaan utama mineral zirkon (ZrSiO4) yaitu sebagai logam refraktori dan ceramic

opacification. Zirkon juga digunakan sebagai penghias batu permata alami yang digunakan

pada intan. Zirkonium oksida diproses untuk menghasilkan cubic zirkonia. Ini berwujud

kristal bening berkilauan yang digunakan sebagai pengganti intan dengan harga yang lebih

rendah.

Kegunaan yang lain :

ü Zirkonium dapat menyerap panas yang lebih rendah sehingga industri tenaga nuklir

menggunakan zirkonium dalam mengisi reaktor nuklir sebagai pemantul.

ü Zirkonium digunakan secara meluas di industri kimia pada pipa yang terletak di

lingkungan korosif terutama pada temperatur tinggi.

ü Zirkonium karbonat digunakan sebagai lotion anti racun namun banyak orang alergi

terhadap produk ini.

ü Logam Zirkonium digunakan dalam teras reaktor nuklir karena tahan korosi dan tidak

menyerap neutron.

Ada dua cara untuk mensintesis ZrO2. Diantaranya:

3.1.1 Air suling sebanyak 200 ml diambil dalam satu liter beaker atas pengaduk magnetik

dengan konstan mengaduk. Kemudian NH4OH telah ditambahkan untuk

menyesuaikan pH sekitar 10.5, Setelah mempertahankan pH, 13,05 gm dari ZrOCl2

larutan ini ditambahkan dalam cara dengan pengadukan konstan dan juga

mempertahankan pH dari campuran reaksi. Kemudian nanopartikel yang dihasilkan

itu disaring dan dicuci dengan menyaring air panas selama 4-6 kali. Akhirnya,

nanopartikel disimpan di oven pada 1000C selama 12 jam diikuti oleh proses

mengapur 400 o C selama 2 jam.

Page 9 of 12

Sintesis Senyawa Zirkonium Oksida (ZrO2)

3.1.2.ZrO2-karbon nanotube (CNT) komposit telah berhasil disintesis melalui dekomposisi

Zr (NO3) 4.5H2O dalam karbon dioksida superkritis-larutan etanol dengan CNTs

tersebar pada suhu relatif rendah. Sampel yang dicirikan oleh analisis X-ray

fotoelekronnya spektroskopi (XPS), X-ray spektroskopi difraksi (XRD), mikroskop

elektron transmisi (TEM), dan energi-dispersive X-ray (EDX).

Kedua cara itu memanfaatkan sifat dari reaksi Zr dengan udara dan halide. Adapun reaksi

zirkonium dengan udara yaitu sebagai berikut:

Zr (s) + O2 (g) ZrO2 (g)

Selain dapat bereaksi dengan udara, zirconium juga dapat bereaksi dengan halide sehingga

dapat membentuk zirconium (IV) halide.

Page 10 of 12

Sintesis Senyawa Zirkonium Oksida (ZrO2)

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

4.1. Kesimpulan

Kegunaann zirkon adalah untuk bahan baku elektronik, keramik. Potensi zirkon

menyebar di Sumatera Selatan, Sumatera Utara, Kepulauan Riau, dan Kalimantan bagian

barat. Potensi ini mengikuti penyebaran kasiterit, yang dikenal dengan nama tin belt. Cara

mensintesis ZrO2 memanfaatkan sifatnya yang mampu bereaksi dengan udara serta halide.

4.2. Saran

Paper ini masih belum bisa menjelaskan dengan detail mengenai mekanisme reaksi

dari sintesis ZrO2 karena beberapa alasan terutama sangat minimnya sumber yang

membahas tentang sintesis zinkronia ini. Jadi diharapkan kedepannya akan lebih banyak

diteliti lagi tentang senyawa ini sehingga menjadi literature yang mumpuni untuk

mendukung/cakupan kajian tentang sintesis zinkronia.

Page 11 of 12

Sintesis Senyawa Zirkonium Oksida (ZrO2)

DAFTAR PUSTAKA

Eichler, A., and G. Kresse, 2003, On The Surface Termination Of Pure And Yttria Doped Zirconia Surfaces, 68.47.Gh,05.70.Np,47.15.Mb, PACS.

Fatimah,A., Wijaya, K., dan Setyawan, K.H., 2008, Synthesis of ZrO2-Montmorillonite and Application as Catalyst in Catalytic Cracking of Heavy Fraction of Crude Oil, Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis, 3 (1-3), 9-13

Fattah,T.M.A.,2009, Sintesis Zirconia dan Hafnia Tubes oleh Atomic Layer Deposition (ALD) Template Method Layer Deposition (Ald) Metode Template, VA 23.606, Newport News.

Giri,S., 2008, Synthesis And Characterization Of Zirconia Coated Silica Nanoparticles For Catalytic Reactions,Disertasi, National Institute Of Technology, Rourkela

J. Phys Chem B.,2006, Sintesis Zro2 Nanotube Karbon Komposit Dan Aplikasinya Sebagai Bahan Sensor Chemiluminescent Etanol, American Chemical Society, 110 (27) :13410-4.

JAMARUN, N., dan Emriadi,2002, Preparation Of Silica-Zirkonia-Karet Alam Composite Through Sol-Gel Process ,Disertasi, Universitas Andalas, Padang.

Sara, W., Oct. 29, 2009,< http://www.windusara.com/mengenal-american-diamond/> . 20 Maret 2010

Page 12 of 12