DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Transkripsi

1 PEMBUATAN NANOSILIKON DARI PASIR ALAM KECAMATAN TANJUNG TIRAM KABUPATEN ASAHAN SECARA MAGNESIOTERMIK DENGAN PENAMBAHAN NATRIUM KLORIDA SEBAGAI PENYERAP KALOR SKRIPSI SUWANDY DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

2 PEMBUATAN NANOSILIKON DARI PASIR ALAM KECAMATAN TANJUNG TIRAM KABUPATEN ASAHAN SECARA MAGNESIOTERMIK DENGAN PENAMBAHAN NATRIUM KLORIDA SEBAGAI PENYERAP KALOR SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains SUWANDY DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

3 PERSETUJUAN Judul : Pembuatan Nanosilikon Dari Pasir Alam Kecamatan Tanjung Tiram Kabupaten Asahan Secara Magnesiotermik Dengan Penambahan Natrium Klorida Sebagai Penyerap Kalor Kategor : Skripsi Nama : Suwandy Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi : Sarjana (S1) Kimia Departemen Fakultas : Kimia : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumataera Utara Komisi Pembimbing : Disetujui di Medan, Agustus 2015 Pembimbing 2, Pembimbing 1, Dra. Saur Lumban Raja,M.Si Dr. Andriayani, M.Si NIP NIP Disetujuioleh Departemen Kimia FMIPA USU Ketua, Dr. Rumondang Bulan,MS NIP

4 PERNYATAAN PEMBUATAN NANOSILIKON DARI PASIR ALAM KECAMATAN TANJUNG TIRAM KABUPATEN ASAHAN SECARA MAGNESIOTERMIK DENGAN PENAMBAHAN NATRIUM KLORIDA SEBAGAI PENYERAP KALOR SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, Juli 2015 Suwandy

5 PENGHARGAAN Namo Buddhaya saya ucapkan terima kasih atas segala berkat dan kasih karunia yang dilimpahkan-nya sehingga penulis diberikan kesanggupan dalam menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi ini dalam waktu yang telah ditetapkan-nya Dengan segala kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Dr.Andriayani selaku pembimbing I dan kepada Dra. Saur Lumban Raja, M.Si yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan selama penulisan tugas akhir ini serta kepada Dr. Nimpan Bangun, M.Sc yang telah mengajarkan pengetahuan tentang kimia serta dukungan dana dalam menyelesaikan penelitian hingga penulisan skripsi ini. Terima kasih kepada ibu Dr. Rumondang Bulan, MS dan bapak Albert Pasaribu, M.Sc selaku ketua dan sekretaris Departemen Kimia FMIPA-USU Medan dan seluruh dosen FMIPA-USU yang telah membimbing penulis selama perkuliahan. Penulis juga mengucapkan terima kasih sebesar besarnya kepada kedua orang tua, ibu Fong Chai Wan dan Alm. ayah Lau Tjen Siong dan juga kepada paman saya Harianto, bibi saya Lau Guan Kheng serta adik saya Sunardy yang telah memberikan dukungan moral maupun materil yang tiada terhitung nilainya. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada seseorang yang istimewa yang telah setia memberi dukungan selama penulisan skripsi ini Sisca Melia. Dan yang terakhir, penulis juga mengucapkan terimakasih kepada Laboran Laboratorium Ilmu Dasar USU, serta seluruh asisten Laboratorium Kimia Anorganik yang telah banyak membantu dalam proses penyusunan skripsi ini. Penulis

6 PEMBUATAN NANOSILIKON DARI PASIR ALAM KECAMATAN TANJUNG TIRAM KABUPATEN ASAHAN SECARA MAGNESIOTERMIK DENGAN PENAMBAHAN NATRIUM KLORIDA SEBAGAI PENYERAP KALOR ABSTRAK Telah dilakukan penelitian pembuatan nanosilikon dari pasir alam Kecamatan Tanjung Tiram, Kabupaten Asahan secara magnesiotermik dengan penambahan natrium klorida untuk menyerap kelebihan kalor yang dihasilkan oleh magnesium dan kelebihan kalor akibat berlebihnya waktu pemanasan dengan tujuan untuk mencegah partikel nanosilikon yang dihasilkan agar tidak meleleh dan membentuk aglomerasi, sehingga dihasilkan nanosilikon yang memiliki ukuran partikel yang lebih kecil. Dimana pasir yang akan digunakan terlebih dahulu dihaluskan dan diisolasi silikanya, kemudian silika yang diperoleh diultrasonik dengan NaCl dengan perbandingan mol 1:10. Silika kemudian direduksi dengan magnesium dengan perbandingan mol 1:2 sebanyak dua kali yaitu pada suhu 800 C selama 6 jam dan pada suhu 800 C selama 7 jam. Pengujian produk nanosilikon yang dihasilkan dilakukan dengan menggunakan difraktometer dan mikroskop transmisi elektron (TEM). Data yang diperoleh menunjukkan bahwa produk nanosilikon hasil reaksi selama 6 jam memiliki kemurnian 49,4% dengan ukuran partikel 42,585 nm 61,064 nm, dan dari data TEM juga menunjukkan bahwa ukuran partikel nanosilikon yang dihasilkan belum merata, sedangkan produk nanosilikon hasil reaksi selama 7 jam memiliki kemurnian 29% dengan ukuran partikel 47,180 nm 62,586 nm. Kata Kunci: Pasir alam, Magnesiotermik, Nanosilikon, Ultrasonik, Silika.

7 THE SYNTHESIS OF NANOSILICON FROM NATURAL SAND DISTRICT TANJUNG TIRAM REGENCY OF ASAHAN BY MAGNESIOTERMIC METHOD WITH SODIUM CHLORIDE AS CALOR ABSORBER ABSTRACT The research of synthesis nanosilicon from natural sand from District Tanjung Tiram Regency of Asahan by magnesiothermic method with sodium chloride as calor absorber have been done. The adding of natrium chloride aims to absorb the excess heat that was produced by magnesium and excess heat that was produced by excess heating time in order to prevent the nanosilicon s particle from melting and formed aglomeration, so the nanosilicon that have small particle could be obtained. The sand that would be used were pureed first and isolated the silica from it, after that, the silica were ultrasonicated with NaCl with 1:10 molar ratio. Silica that have been obtained were reducted twice by magnesium with 1:2 molar ratio. First, the silica were reducted at 800 C for 6 hours and the second the silica were reducted at 800 C for 7 hours. Product of nanosilicon were characterized by diffractometer and transmission electron microscop (TEM). The result showed that the product nanosilicon for 6 hours have purity 49,4% and its particle size was 42,585 nm 61,064 nm and from the TEM we got that the particle size of nanosilicon were uneven, while the nanosilicon for 7 hours have purity 29% and its particle size was 47,180 nm 62,585 nm. Keyword: Natural sands, Magnesiothermic, Nanosilicon, Ultrasonic, Silica..

8 DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran Daftar Singkatan Halaman i ii iii iv v vi viii ix xi xii Bab 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Permasalahan Pembatasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Lokasi Penelitian Metodologi Penelitian 5 Bab 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pasir Kuarsa Silika Silikon Nanosilikon Metode Reduksi Silika Struktur Kristal Karakterisasi Nanosilikon Difraksi Sinar X Mikroskop Transmisi Elektron Ultrasonik Cleaning Bath Ultrasonic 21 Bab 3. METODE PENELITIAN 3.1. Alat dan Bahan Alat alat Bahan bahan Prosedur Penelitian Preparasi Pasir Kuarsa Pemurnian Silika dari Pasir Kuarsa Ultrasonik Silika dengan NaCl Reduksi Silika Menjadi Nanosilikon Pemurnian Hasil Reduksi 24

9 Pemurnian Tahap I Pemurnian Tahap II Pemurnian Tahap III Pemurnian Tahap IV Bagan Penelitian Preparasi Pasir Kuarsa Pemurnian Silika dari Pasir Kuarsa Ultrasonik Silika dengan NaCl Reduksi Silika Hasil Ultrasonik Menjadi Nanosilikon Tahap Pemurnian Nanosilikon 29 Bab 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pembuatan Silikat dari Pasir Alam Ultrasonik Silika dengan NaCl Reaksi Silikat dengan Magnesium Reaksi Pada Suhu 800 C selama 6 jam Reaksi Pada Suhu 800 C selama 7 jam 50 Bab 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran 56 Daftar Pustaka 57 Lampiran 60

10 DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman Tabel 2.1. Sifat sifat silika Bentuk bentuk Silika Komposisi Silikat Hasil Pemurnian dari Pasir Alam Perhitungan Distribusi Ukuran Partikel Silikat Hasil Pemurnian dari Pasir Alam Tabel Perhitungan Penentuan nilai A Perhitungan Penentuan Nilai sin 2 θ dari persamaan C = sin2 θ 38 l Kandungan Nanosilikon dan Pengotor Hasil Reaksi pada Suhu 800 C selama 6 jam dengan Pencucian menggunakan HCl 2N Kandungan Nanosilikon dan Pengotor Hasil Reaksi pada Suhu 800 C selama 6 jam dengan Pencucian menggunakan campuran pelarut HCl 2N dan CH3COOH 25% Kandungan Nanosilikon dan Pengotor Hasil Reaksi pada Suhu 800 C selama 6 jam dengan Pencucian menggunakan campuran pelarut CH3COOH 25% dan HF 4,8% Perhitungan Distribusi Ukuran Partikel Nanosilikon Hasil Reaksi Pada Suhu 800 C selama 6 jam Perhitungan Nilai Bidang Refleksi Kristal Nanosilikon Hasil Reaksi pada Suhu 800 C selama 6 jam Perhitungan Konstanta Lattice Kristal Nanosilikon Hasil Reaksi Pada Suhu 800 C selama 6 jam Kandungan Nanosilikon dan Pengotor Hasil Reaksi pada Suhu 800 C selama 7 jam Distribusi Ukuran Partikel Nanosilikon hasil reaksi selama 7 jam pada Suhu 800 C Perhitungan Nilai Bidang Refleksi Kristal Nanosilikon Hasil Reaksi pada Suhu 800 C selama 7 jam Perhitungan Konstanta Lattice Kristal Nanosilikon Hasil Reaksi Pada Suhu 800 C selama 7 jam 55

11 DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman Gambar 2.1. Pasir Kuarsa Serbuk Nanosilikon Hasil analisis TEM nanosilikon Proses reduksi silika dengan karbon Struktur Kristal dalam sistem sumbu X, Y, Z Struktur Kristal Kubik berpusat Badan ( BCC) Struktur Kristal Kubik berpusat Muka ( FCC ) Struktur Sel Satuan Hexagonal Closed Packed Indikasi Miller mengenai bidang dalam kristal kubik Difraksi sinar X Skema Mikroskop Transmisi Elektron Fenomena kavitasi Gambar Indirect dan direct bath ultrasonic Difraktogram Silikat 115 mesh Hasil Pemurnian dari Pasir Alam Difraktogram nanosilikon hasil pencucian dengan HCl 2N Difraktogram nanosilikon hasil pencucian dengan campuran pelarut HCl 2N dan CH3COOH 25% Difraktogram nanosilikon hasil pencucian dengan campuran pelarut CH3COOH 25% dan HF 4,8% Foto TEM Partikel Nanosilikon Hasil reaksi pada suhu 800 C selama 6 jam 46

12 DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman Lampiran 1 Data JCPDS Silikat (Morris,1976) Data JCPDS Silikon (Morris,1976) Difraktogram Silikat Hasil Isolasi dari Pasir Alam Puncak Difraktogram Silikat Hasil Isolasi dari Pasir Alam Hasil Analisa Kuantitatif Silika Hasil Isolasi dari PasirAlamGeneral 65 6 Difraktogram Nanosilikon Hasil Reaksi Pada Suhu 800 C. selama 6 jam ( Hasil Pencuucian HCl 2N) Hasil Analisa Kuantitatif Nanosilikon Hasil Reaksi Pada suhu 800 C selama 6 jam ( Hasil Pencuucian HCl 2N) Difraktogram Nanosilikon Hasil Reaksi Pada Suhu 800 C selama 6 jam ( Hasil Pencucian HCl 2N dan CH3COOH 25%) Hasil Analisa Kuantitatif Nanosilikon Hasil Reaksi pada Suhu 800 C selama 6 jam ( Hasil Pencucian HCl 2N dan CH3COOH 25%) Difraktogram Nanosilikon Hasil Reaksi Pada Suhu 800 C selama 6 jam ( Hasil Pencucian CH3COOH 25% dan HF 4,8%) Hasil Analisa Kuantitatif Nanosilikon Hasil Reaksi pada Suhu 800 C selama 6 jam ( Hasil Pencucian CH3COOH 25% dan HF 4,8%) Difraktogram Nanosilikon Hasil Reaksi Pada Suhu 800 C selama 7 jam Hasil Analisa Kuantitatif Nanosilikon Hasil Reaksi ada Suhu 800 C selama 7 jam. 73

13 DAFTAR SINGKATAN BET = Brunaeur Emmet Teller SEM = Scanning Electron Microscopy TEM = Transmission Electron Microscopy XRD = X Ray Difraction CCD = Charged Coupled Deviced BCC = Body Centered Cubic FCC = Face Centered Cubic HCP = Hexagonal Closed Packed JCPDS = Join Committee on Powder Diffraction Standar