Sintesis dan Studi Kinerja Ligan H 2 AdBP dan H 2 SbBP Pada Ekstraksi Pelarut Y(III) Bagi Pemisahan Logam Tanah Jarang Dalam Pasir Monasit Bangka

Sintesis dan Studi Kinerja Ligan H 2 AdBP dan H 2 SbBP 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 H 2 AdBP dan H 2 SbBP pada Ekstraksi Pelarut Y(III) Bagi Pemisahan Logam Tanah Jarang Dalam Pasir Monasit Bangka Synthesis and Performance Study of the H 2 AdBP and H 2 SbBP 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 H 2 SbBP dan H 2 AdBP 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) (H 2 SbBP) and 4-adipoylbys(1-phenyl-3- methyl-5-pyrazolone) (H 2 AdBP). H 2 AdBP is yellow-brown colours powder mean while H 2 SbBP 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 H 2 AdBP and H 2 SbBP give 190.7ºC-197,6ºC and 132.9ºC-135ºC, respectively. The compounds have good solubility in chloroform. H 2 SbBP show a better performance than H 2 AdBP 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 H 2 AdBP as ligand with extraction condition ph 4.53. Key word : rare earth metals, sand monazite, H 2 AdBP, H 2 SbBP, 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) (H 2 SbBP) dan 4-adipoilbis(1-fenil-3-metil-5-pirazolon) (H 2 AdBP). H 2 SbBP hasil sintesis memiliki warna kuning dengan titik leleh 132,9ºC-135ºC, sedangkan H 2 AdBP 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), H 2 SbBP memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan H 2 AdBP. 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 H 2 SbBP diperoleh pada kondisi ph 4,53. Nilai faktor pisah (α) tertinggi antara Y(III) dengan Ce(III) diperoleh ketika menggunakan ligan H 2 AdBP dengan kondisi ph ekstraksi 4,53. Kata Kunci : logam tanah jarang, pasir monasit, H 2 SbBP, H 2 AdBP, 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 (K D )... 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 H 2 SbBP dan H 2 AdBP... 16 3.4.1 Sintesis ligan H 2 SbBP... 16 3.4.2 Sintesis Ligan H 2 AdBP... 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 (D Y(III) )... 18 3.9 Pengaruh Derajat Keasaman (ph) Terhadap Angka Banding Distribusi Yttrium (D Y(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 H 2 AdBP dan H 2 SbBP... 21 4.1 Karakterisasi H 2 AdBP dan H 2 SbBP... 22 4.2 Analisis Kompleks Yttrium-Alizarin S... 28 4.3 Pengaruh Konsentrasi Ligan dan ph Terhadap Angka Banding Distribusi Yttrium (D Y(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 (H 2 AdBP n=4 dan H 2 SbBP 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 H 2 AdBP (n=4) dan H 2 SbBP (n=8).... 21 Gambar 4.2 Persamaan reaksi sintesis ligan... 22 Gambar 4.3 Spektrum serapan IR H 2 SbBP.... 25 Gambar 4.4 Spektrum serapan IR H 2 AdBP.... 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 H 2 SbBP terhadap D Y(III)... 31 Gambar 4.10 Pengaruh konsentrasi ligan H 2 AdBP terhadap D Y(III)... 32 Gambar 4.11 Kurva log D Y(III) terhadap log konsentrasi ligan H 2 SbBP dalam fasa organik.. 32 Gambar 4.12 Kurva log D Y(III) terhadap log konsentrasi ligan H 2 AdBP dalam fasa organik.. 33 Gambar 4.13 Kurva hubungan DY(III) terhadap ph pada ekstraksi Y(III) menggunakan ligan H 2 SbBP... 34 xii

Gambar 4.14 Kurva hubungan D Y(III) terhadap ph pada ekstraksi Y(III) menggunakan ligan H 2 AdBP... 34 Gambar 4.15 Kurva hubungan log D Y(III) terhadap ph pada ekstraksi Y(III) menggunakan ligan H 2 SbBP... 35 Gambar 4.16 Kurva hubungan log D Y(III) terhadap ph pada ekstraksi Y(III) menggunakan ligan H 2 AdBP... 35 Gambar 4.17 Kurva kinerja ligan H 2 SbBP dan H 2 AdBP pada ph 3-5... 36 Gambar 4.18 Kurva perbedaan nilai D Ce(III) dengan D Y(III) pada ekstraksi menggunakan ligan H 2 SbBP di daerah ph 2,5-5... 37 Gambar 4.19 Kurva perbedaan nilai D Ce(III) dengan D Y(III) pada ekstraksi menggunakan ligan H 2 AdBP 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 H 2 AdBP dan H 2 SbBP... 23 Tabel 4.2 Hasil uji kelarutan H 2 SbBP dan H 2 AdBP... 23 Tabel 4.3 Spektrum serapan IR untuk H 2 AdBP dan H 2 SbBP.... 25 Tabel 4.4 Nilai α Y/Ce untuk ligan H 2 AdBP dan H 2 SbBP... 38 xiv

Daftar Lampiran Halaman LAMPIRAN A Foto Senyawa H 2 SbBP dan H 2 AdBP Hasil Sintesis... 45 LAMPIRAN B Kurva Kalibrasi Y(III)... 46 LAMPIRAN C Pengaruh Konsentrasi Ligan H 2 SbBP dan H 2 AdBP Terhadap Nilai D Y(III)... 47 LAMPIRAN D Pengaruh ph Terhadap Nilai D Y(III) dengan Ligan H 2 SbBP dan H 2 AdBP... 48 LAMPIRAN E Faktor Pemisahan (α)... 49 LAMPIRAN F Spektrum Serapan IR Reagen dan Ligan Hasil Sintesis... 51 xv