Sintesis ZrO2 dan aplikasi di kehidupan

Sintesis Senyawa Zirkonium Oksida (ZrO 2)

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Kebutuhan manusia semakin lama semakin bertambah di segala bidang termasuk juga juga di dalamn dalamnya ya kebutu kebutuhan han konsum konsumsi si dan alat alat transp transport ortasi asi sehing sehingga ga manus manusia ia selalu selalu menin meningka gkatka tkan n ilmu ilmu dan teknol teknologi ogi.. Perkem Perkemban bangan gan teknol teknologi ogi dan indust industri ri yang yang pesat 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 rangka meningkat meningkatkan kan kualitas kualitas hidup. hidup. Namun Namun dampak dampak negatif negatif tidak tidak diharapka diharapkan n karena karena dapat menurunkan kualitas dan kenyaman hidup sehingga harus dapat diatasi dengan baik. Salah Salah satu dampak negatif negatif yang ditimbulk ditimbulkan an oleh kemajuan kemajuan teknologi teknologi industri, industri, misalnya industri otomotif adalah pencemaran lingkungan sebagai akibat dari masuk atau dimasu dimasukka kkanny nnyaa benda benda dan zat asing asing dalam dalam tatana tatanan n lingk lingkung ungan an terseb tersebut. ut. Selain Selain dapat dapat menimbulkan pencemran terhadap daratn dan air, dapat juga menmbulkan pencemaran terhadap terhadap udara. Salah satu penyebab penyebab pencemara pencemaran n udara yang paling paling utama utama kendaraan kendaraan bermotor yang gas buangnya lebih cepat keluar dibandingkan dengan gas buangan yang keluar dari cerobong asap pabrik. Oleh karena itu itu peningkatan efisiensi efisiensi bahan bakar serta 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 tekno teknolog logii sensor sensor gas oksige oksigen n pada pada sistem sistem pembua pembuanga ngan n (exhau (exhaust st system system)) kendar kendaraan aan bermotor. Sensor ini dapat mendeteksi apakah oksigen pada sistem pembakaran berlebih atau kekurangan, sehingga membantu pengaturan kerja mesin menjadi lebih efisien. Gas oksige oksigen n basil basil pembak pembakara aran n dalam dalam mesin mesin memili memiliki ki temper temperatu aturr yang yang tinggi tinggi (>500 (>500 °C). °C). Karena Karena itu diperl diperluka ukan n mater materia iall yang yang mempu mempunya nyaii titi titik k lebur lebur yang yang tinggi tinggi agar agar mampu mampu bekerja dalam lingkungan suhu yang sangat tinggi dan sensitif terhadap gas oksigen. ZrO2 atau yang lebih sering sering disebut disebut zirkonium zirkonium merupakan merupakan bahan semikonduktor semikonduktor keramik yang mempunyai sifat tahan korosi, memiliki titik lebur yang sangat tinggi (>2000 Page 1 of 12


°C), °C), dan sensi sensitif tif terhad terhadap ap gas oksige oksigen. n. SifatSifat-sif sifat at ini membu membuat at ZrO2 ZrO2 banyak banyak dipaka dipakaii sebagai sebagai sensor sensor gas oksigen di industri industri otomotif. otomotif. Dalam Dalam industri industri manufaktur, 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 sebaga sebagaii heads heads untuk untuk hydrox hydroxyap yapati atite) te),, serta serta perhia perhiasan san.. Beraga Beragamny mnyaa aplika aplikasi si Zircon Zirconia ia (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 Pemaka Pemakaia ian n zirkon zirkonia ia yang yang sangat sangat luas luas disega disegala la bidang bidang menye menyebab babkan kan zirkon zirkonia ia disintesi disintesiss dalam dalam skala skala industry. industry. Selain itu Pemakaia Pemakaian n zirkonia zirkonia dengan dengan kualitas kualitas tinggi 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 (ZrO 2) serta penerapannya dalam kehidupan sehari- hari? 1.3 Tujuan Penulisan Untuk Untuk dapat dapat menge mengetah tahui ui proses proses sintes sintesis is senyaw senyawaa zirkon zirkonia ia atau atau ZrO2 untuk dapat digunakan sebagai sebagai pemenuhan kebutuhan kebutuhan sehari-hari. sehari-hari.

Page 2 of 12


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


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Karakteristik Zirkonium

Zircon Zirconium ium adalah adalah sebuta sebutan n untuk untuk logam logam berwar berwarna na putih putih abu-ab abu-abu, u, berben berbentuk tuk Kristal( Kristal(amor amorf), f), lunak, lunak, dapat dapat ditempa ditempa dan diulur diulur bila murni juga tahan terhadap terhadap udara bahkan api. Logam yang ditemukan oleh M.H. Kalaproth pada tahun 1788 dalam bentuk mineral zircon ini tidak tidak ditemukan di alam dalam dalam bentuk bebas tetapi tetapi sebagi oksida atau atau silikat dalam kerak bumi dan bebatuan dalam kadar kecil. Logam ini memiliki lambing Zr dengan nomor atom relative 91,224. Unsur zirconium zirconium termasuk termasuk didalam didalam golongan golongan IVB pada sistem sistem periodik. periodik. Unsur dalam dalam golong golongan an ini disebu disebutt juga juga unusr unusr trans transisi isi yaitu yaitu unsure unsure blok blok d yang yang konfi konfigur gurasi asi elektronnya diakhiri oleh sub kulit d. Selain zirconium, unsure titanium, hafnium, serta ruther rutherfor fordiu dium m juga juga tergol tergolong ong dalam dalam golong golongan an IV B. Untuk Untuk sifatsifat- sifat sifat unsure unsure pada pada golongan golongan ini dapat dilihat dalam system system periodic periodic unsure unsure dimana dimana memiliki memiliki konfigurasi 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 (baddeley (baddeleyit). it). Baddeleyi Baddeleyitt merupakan merupakan oksida zirconium 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 ZrO 2. Adapun reaksi zirkonium dengan udara yaitu sebagai berikut: Zr (s) + O2 (g)

ZrO2 (g) Page 4 of 12


Selain dapat bereaksi dengan udara, zirconium juga dapat bereaksi dengan halide sehingga dapat membentuk zirconium (IV) halide.

2.2 Karakteristik Zirkonium Oksida

Zirconium Zirconium oksida merupakan merupakan senyawa bentukan bentukan dari zirconium zirconium yang bereaksi bereaksi dengan dengan udara. udara. Dewasa Dewasa ini penggu penggunaa naan n zircon zirconium ium oksida oksida dalam dalam rangka rangka pemenu pemenuhan han 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 2400 oC

•

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 Meka Mekani niss

SI / Metr Metrik ik (Imp (Imper eria ial) l)

SI / Metr Metrik ik

(Imp (Imper eria ial) l)

gm/cc (lb/ft 3 )

6

(205.4)

Porositas

% (%)

0

(0)

Warna

Kepadatan

Kekuatan lentur

— --

MPa (lb/in 2 x10 3 )

gading 900

— -(120.4)

Page 5 of 12


Modulus elastis

GPa (lb/in 2 x10 6 )

200

(45)

Modulus geser


— --

— --

Bulk Modulus


— --

— --

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

— --

°C (°F)

1500

(2730)

2

(13.9)

Gunakan Suhu Maksimum (tanpa beban) Thermal Konduktivitas termal

W / m • ° K (BTU • di / ft • jam • ° F)

2

Koefisien Thermal Expansion

10 –6 /°C (10 –6 /°F)

10.3

(5.7)

Specific Heat

J/Kg•°K (Btu/lb•°F)

— --

— --

ac-kv/mm (volts/mil) (volts/mil)

— --

— --

Electrical Kekuatan dielektrik Konstanta dielektrik

— --

— --

— --

Faktor disipasi

— --

— --

— --

Rugi Tangent

— --

— --

— --

Volume Resistivity

ohm•cm

>10 10

— --

Back to top Kembali 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.

Page 6 of 12


Zirconia (ZrO2) murni memiliki tiga macam struktur Kristal pada temperature yang berbe berbeda. da. Pada Pada temper temperatu ature re yang yang sangat sangat tinggi tinggi (>2370 (>2370oC) materi material al ZrO2 mempunyai struktur berbentuk kubus. Pada temperature intermediet mempunyai struktur tetragonal sedangkan pada temperature rendah yaitu dibawah dibawah 1170oC material ZrO 2 berubah bentuk menjadi struktur monoklin. Diantara ketiga struktur tersebut, struktur kubus yang paling stabil stabil pada pada berbag berbagai ai rentan rentang g suhu suhu sedang sedangkan kan keram keramik ik dengan dengan dua strukt struktur ur yang yang lain lain memiliki sifat mekanik yang jauh lebih baik dibandingkan dengan kedua struktur ZrO 2 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: •

Spray pirolisis

•

Kondensasi gas

•

Pengeringan beku

•

Metode ultrasonik.

2.3.1 Metode presipitasi kimia

Page 7 of 12


Pembentukan suatu zat padat dapat dipisahkan dari suatu solusi, baik dengan mengubah zat menjadi suatu bentuk larut atau dengan mengubah komposisi pelarut untuk mengurangi kelaruta kelarutan n dari zat di dalamnya. dalamnya. Perbedaan Perbedaan antara antara curah hujan dan kristalis kristalisasi asi sebagian 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 atom dan dan mole moleku kull dila dilaks ksan anak akan an.. Fasa Fasa uap uap sint sintes esis is buka bukanl nlah ah hal hal baru baru dan dan bany banyak ak perusahaan multinasional telah menggunakan reaktor nyala selama beberapa dekade untuk mengh menghasi asilka lkan n besar besar jumlah jumlah nanopa nanoparti rtikel kel.. Api reakto reaktorr diguna digunakan kan untuk untuk memben membentuk tuk 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-m masing-masin asing. g. Eksotermi Eksotermik k pembakara pembakaran n bahan bakar menyebabk menyebabkan an pembebasa pembebasan n sejuml sejumlah ah besar besar energi energi yang yang diguna digunakan kan untuk untuk mengu mengubah bah garam garam logam logam oksida oksida logam. logam. Metode ini telah digunakan untuk persiapan nanosize alumina, ceria, yttria, zirkonia, CEO 2 -ZrO2,t-ZrO2-Al2O3 dan Y2O3-ZrO2,dll. menggunakan logam sesuai nitrat, amonium nitrat dan glisin redoks campuran. cepat (seketika) dan menghasilkan menghasilkan kemurnian kemurnian tinggi, produk kristalin yang homogen dengan yang diinginkan komposisi dan struktur.

BAB III

Page 8 of 12


PEMBAHASAN 3.1 Kegunaan persenyawaan Zr sreta cara mensintesisnya.

Kegunaaan utama mineral zirkon (ZrSiO4) yaitu sebagai logam refraktori dan ceramic opacification. 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 menggu ngguna naka kan n

zirk zirko oniu nium

dal dalam

meng engisi isi

reakt eaktor or

nukl nukliir

seba sebaga gaii

pem pemant antul. ul.

ü Zirkon Zirkonium ium diguna digunakan kan secara secara melua meluass di indust industri ri kimia kimia pada pada pipa pipa yang yang terlet terletak ak 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 deng dengan an

kons konsta tan n

meng mengad aduk uk..

Kemu Kemudi dian an

NH4 NH4OH

tel telah

dit ditambahk bahkaan

untu untuk k

menyesuaikan pH sekitar 10.5, Setelah mempertahankan pH, 13,05 gm dari ZrOCl 2 laru laruta tan n ini ini dita ditamb mbah ahka kan n dala dalam m cara cara deng dengan an peng pengad aduk ukan an kons konsta tan n dan dan juga juga mempertahankan pH dari campuran reaksi. Kemudian nanopartikel yang dihasilkan itu disaring dan dicuci dengan menyaring air panas selama 4-6 kali. Akhirnya, nanopa nanoparti rtikel kel disim disimpan pan di oven oven pada pada 1000C sela selama ma 12 jam jam diik diikut utii oleh oleh pros proses es mengapur 400 o C selama 2 jam. 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 terseb tersebar ar pada pada suhu suhu relati relatiff rendah rendah.. Sampel Sampel yang yang diciri dicirikan kan oleh oleh anali analisis sis X-ray X-ray fotoelekronnya spektroskopi (XPS), X-ray spektroskopi difraksi (XRD), mikroskop elektron transmisi (TEM), dan energi-dispersive X-ray (EDX).

Page 9 of 12


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


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 ZrO 2 memanfaatkan sifatnya yang mampu bereaksi dengan udara serta halide. 4.2. Saran

Paper ini masih belum bisa menjelaskan dengan detail mengenai mekanisme reaksi dari dari sintes sintesis is ZrO2 karena karena bebera beberapa pa alasa alasan n teruta terutama ma sangat sangat minim minimnya nya sumber sumber yang yang membahas tentang sintesis zinkronia ini. Jadi diharapkan kedepannya akan lebih banyak diteli diteliti ti lagi lagi tentan tentang g senya senyawa wa ini sehing sehingga ga menjad menjadii litera literatur turee yang yang mumpun mumpunii untuk untuk mendukung/cakupan kajian tentang sintesis zinkronia.

Page 11 of 12


DAFTAR PUSTAKA Eichler, A., A., and G. Kresse, 2003, 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 ZrO 2-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 B. ,2006 , Sintesis Zro2 Nanotube Karbon Komposit Dan D an Aplikasinya Sebagai Bahan Sensor Chemiluminescent Etanol , Etanol , American Chemical Society, 110 (27) :13410-4. JAMARUN, N., dan Emriadi,2002, Preparation Emriadi,2002, Preparation Of Silica-Zirkonia-Karet Alam Composite Through Sol-Gel Process ,Disertasi, Universitas Andalas, Padang. Sara, W., W., Oct. 29, 2009,< http://www.w http://www.windusara.com/me indusara.com/mengenal-american-diam ngenal-american-diamond/ ond/> > . 20 Maret 2010

Page 12 of 12

Sintesis ZrO2 dan aplikasi di kehidupan

Recommend Documents