Logam tanah jarang

Logam tanah jarang (LTJ) merupakan unsur yang terletak di dalam golongan lantanida dan termasuk tiga unsur tambahan yaitu Yttrium, Thorium dan Scandium . unsur yang termasuk dalam logam tanah jarang adalah sebagai berikut:

Symbol	Nama Unsur	No Atom	Symbol	Nama Unsur	No Atom
Y	Yttrium	39	Gd	gadolinium	64
Sc	Scandium	21	Tb	terbium	65
La	Lanthanum	57	Dy	dysprosium	66
Ce	Cerium	58	Ho	holmium	67
Pr	Praseodymium	59	Er	erbium	68
Nd	neodymium	60	Tm	thulium	69
Pm	promethium	61	Yb	ytterbium	70
Sm	Samarium	62	Lu	lutetium	71
Eu	Europium	63	Th	Thorium	90

Table 1 Nama-nama Unsur Logam Tanah Jarang

Pemasukkan yttrium, torium dan skandium ke dalam golongan logam tanah jarang dilakukan dengan alasan kesamaan sifat.

Logam tanah jarang tidak ditemukan di bumi sebagai unsur bebas melainkan dalam bentuk senyawa kompleks karbonat ataupun fosfat.

Sejarah

Sesuai namanya, unsur-unsur ini jarang ditemukan di bumi. Jika ditemukan selalu dalam jumlah yang sangat kecil. Kelompok logam ini pertama kali ditemukan pada tahun 1787 oleh seorang letnan angkatan bersenjata Swedia bernama Karl Axel Arrhenius. Ia mengumpulkan mineral hitam ytteribite dari penambangan feldspar dan quartzkuarsa di dekat Desa Ytterby, Swedia. Kemudian, mineral ini berhasil dipisahkan oleh J. Gadoli pada tahun 1794, dengan memperoleh mineral Ytterbite. Selanjutnya, nama mineral tersebut diganti menjadi Gadolinite.

Penemuan unsur baru ini, tentunya memicu penelitian yang membuahkan penemuan unsur-unsur logam tanah jarang lain.

Tahun 1804 Klaproth dan rekan-rekannya menemukan ceria yang merupakan bentuk oksida dari Cerium.
Tahun 1828, Belzerius memperoleh mineral thoria dari mineral thorite
Tahun 1842 Mosander memisahkan senyawa bernama yttria menjadi tiga macam unsur melalui pengendapan fraksional menggunakan asam oksalat dan hidroksida. Unsur tersebut adalah Yttria, Terbia dan Erbia.
Tahun 1878, berkat petunjuk M. Delafontaine, Boisbaudran mampumemperoleh samarium.
Tahun 1885, Welsbach memisahkan praseodymium dan neodymium yang terdapat pada samarium.
Tahun 1886, Boisbaudran memperoleh gadolinium dari mineral Ytterbia yang diperoleh J.C.G de Marignac tahun 1880
Pada 1907 dari Ytterbia yang diperoleh Marignac, L. de Boisbaudran mampu memisahkan senyawa tersebut menjadi Neoytterium dan Lutecium. P.T. Cleve mampu memisahkan tiga unsur dari erbia dan terbia yang dimiliki Marignac. Ia memperoleh Erbium, Holminium dan Thulium. L. De Boisbaudran, mampu memperoleh unsur lain bernama Dysporsia

Sumber

Logam tanah jarang tidak ditemukan berupa unsur bebas dalam lapisan kerak bumi (earth’s crust). Namun ia berbentuk paduan membentuk senyawa kompleks. Sehingga logam tanah jang harus dipisahkan terlebih dahulu dari senyawa kompleks tersebut. rare earth elemen yang harus dipisahkan terlebih dahulu.

Secara umum, rare earth ditemukan dalam bentuk senyawa kompleks phospat dan karbonat. Di bawah ini adalah beberapa contoh mineral logam tanah jarang yang ditemukan di alam.

- Bastnaesite (CeFCO₃). Merupakan sebuah fluoro-carbonate cerium yang mengandung 60–70% Oksida logam tanah jarang seperti Lanthanum and Neodymium. Mineral bastnaesite merupakan sumber logam tanah jarang yang utama di dunia. Bastnaesite dtemukan dalam batuan cabonatite, dolomite breccia, pegmatite dan amphibole skarn.
- Monazite ((Ce,La,Y,Th)PO₃) Merupakan senyawa phospat logam tanah jarang yang mengandung 50-70% Oksida LTJ. Monasite diambil dari mineral pasir berat yang merupakan hasil samping dari senyawa logam berat lain. Monasite memiliki kandungan thorium yang cukup tinggi. Sehingga mineral tersebut memiliki sifat radioaktiv. Thorium tersebut memancarakan radiasi berupa sinar . Sinar ini memiliki tingkat radiasi yang rendah. Sehingga dengan menggunakan slembar kertas saja, maka akan terhindar dari radiasi yang dipancarkan.
- Xenotime (YPO₄) merupakan senyawa ittrium phosphat yang mengandung 54-65% LTJ termasuk erbium, cerium dan thorium. Xenotipe juga mineral yang di temukan dalam mineral pasir berat seperti pegmatite dan batuan leleh (igneous rocks)
- zircon, merupakan senyawa a zirconium silicate yang didalamnya ditemukan thorium, ittrium dan cerium.

Dalam memperoleh mineral diatas, tidak bisa didapatkan dengan mudah. Karena jumlah mineral tersebut sangat terbatas. Telebih lagi, mineral diatas tidak terpisah sendiri,tetapi ia tercampur dengan mineral lain. Seperti contohnya pada kepulauan bangka Belitung, mineral ini merupakan hasil samping dari penambangan timah. Sehingga sebelum memperoleh mineral di atas, maka diperlukan proses pemisahan terlebih dahulu.

Mineral-mineral yang mendominasi dalam senyawa logam tanah jarang diatas adalah Lanthanum, Cerium, Neodymium. Sehingga mineral ini, menjadi ekonomis untuk dilakukan proses ekstraksi. Sehingga pemanfaatan ketiga mineral ini, sangat tinggi dibanding mineral logam tanah jarang lainnya.

Aplikasi Logam Tanah Jarang

Logam tanah jarang sudah banyak digunakan di berbagai macam produk. Penggunaan logam tanah jarang ini memicu berkembangnya material baru. Material baru dengan menggunakan Logam Tanah Jarang memberikan perkembangan teknologi yang cukup signifikan dalam ilmu material. Perkembangan material ini banyak diaplikasikan di dalam industri untuk menjadi meningkatkan kualitas produk mereka. Contoh perkembangan yang terjadi pada magnet. Logam Tanah Jarang mampu menghasilkan neomagnet, yaitu magnet yang memiliki medan magnet yang lebih baik dari pada magnet biasa. Sehingga memungkinkan munculnya perkembangan teknologi berupa penurunan berat dan volume speaker yang ada. Memungkinkan munculnya dinamo yang lebih kuat sehingga mampu mengerakkan mobil. Sehingga dengan adanya logam tanah jarang, memungkinkan munculnya mobil bertenaga listrik yang dapat digunakan untuk perjalanan jauh. Oleh karenanya mobil hybrid mulai marak dikembangkan.

Selanjutnya aplikasi logam tanah jarang ini dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Aplikasi	Unsur LTJ	Permintaan LTJ 2005	Pertumbuhan pemakaian Logam Tanah Jarang
Magnet	Nd, Pr, Dy, Tb, Sm	17,170 ton	motor listrik pada mobil hybrid Power steering elektrik Air conditioners Generator Hard Disk Drives
Baterai NiMH	La, Ce, Pr, Nd	7,200 ton	Baterai Mobil Hybrid Baterai Rechargeable
Auto Catalysis	Ce, La, Nd	5,830 ton	Gasoline and hybrids diesel fuel additive Untuk peningkatan standar emisi otomotif global
Fluid Cracking Catalysis	La, Ce, Pr, Nd	15,400 ton	Produksi minyak Peningkatan kegunaan minyak mentah
Phosphors	Eu, Y, Tb, La, Dy, Ce, Pr, Gd	4,007 tons	LCD TV dan monitor Plasma TV Energy efficient compact fluorescent lights
Polishing Powders	Ce, La, Pr, mixed	15,150 ton	LCD TV dan monitor Plasma TV dan display Silicon wafers and chips
Glass additives	Ce, La, Nd, Er, Gd, Yb	13,590 ton	Kaca optic untuk kamera digital Bahan fiber optic

Table 2 Pemanfaatan Logam tanah jarang di indutri

Dalam aplikasi metalurgi, penambahan logam tanah jarang digunakan dalam pembuatan Baja High Strength, low alloy (HSLA), baja karbon tinggi, superalloy, stainless steel. Karena logam tanah jarang memiliki kemampuan untuk meningkatkan kemampuan material berupa kekuatan, kekerasan dan peningkatan ketahanan terhadap panas. Cotohnya pada penambahan logam tanah jarang dalam bentuk additif atau alloy pada paduan magnesiaum dan alumunium, maka kekuatan dan kekerasan paduan tersebut akan meningkat dengan signifikan.

Pemanfaatan logam tanah jarang yang lain berupa pelat armor, korek gas otomatis, lampu keamanan di pertambangan, perhiasan, cat, lem. Untuk instalasi nuklir, logam tanah jarang digunakan dalam detektor nuklir dan pengkounter, rod kontrol nuklir.

Peluang Logam Tanah Jarang

Walaupun kita jarang mendengar nama logam tanah jarang, pemanfaatannya sudah sangat banyak di dunia industri. Berbagai macam pemanfaatan dari logam tanah jarang, menyatakan bahwa material ini merupakan material masa depan. Karena material ini menjadi pemicu lahirnya teknologi baru yang masih akan terus berkembang seperti LCD, magnet dan baterai hybrid. Hal ini mengakibatkan permintaan logam tanah jarang yang akan terus meningkat. Berdasarkan penelitian pasar oleh BBC report untuk Lynas Co. menyatakan bahwa permintaan logam tanah jarang akan terus meningkat hingga menjadi 10% pada tahun 2010 . Sehingga industri logam tanah jarang menjadi sebuah industri yang menjanjikan yang akan terus berkembang di masa depan.

Logam Tanah Jarang juga bersifat tidak tergantikan. Hal ini disebabkan sifat Logam Tanah Jarang yang unik. Sehingga sampai saat ini, tidak ada material lain yang mampu menggantikannya. Jika ada, kemampuan yang dihasilkan tidak sebaik material logam tanah jarang. Sifat logam tanah jarang yang digunakan sebagai material berteknologi tinggi dan belum ada penggantinya, membuat logam tanah jarang manjadi material yang vital

Negara Tiongkok merupakan produsen utama logam tanah jarang di dunia. Tahun 2005, mereka mampu memproduksi 43,000,000 ton. Kapasitas produksi ini merupakan 50% dari produksi logam tanah jarang dunia. Perkembangan logam Tanah jarang di China dimulai sejak tahun 1985. Saat itu, China sudah berhasil mengolah dua deposit logam tanah jarangnya. Depositnya di bayan Obo yang megandung iron-niobium-LTJ. Sehingga setelah mereka melakukan pemisahan besi dan niobium, maka didapatkan logam tanah jarang. Mereka mengolah Logam Tanah Jarang tersebut sehingga dapat dimanfaatkan.

Selanjutnya, dengan produksi logam tanah jarang yang besar tersebut, China mampu mendorong pertumbuhan teknologi industrinya. Kemudian dia mulai mendirikan industri elektronik nasional yang dapat bersaing dengan industri elektronik luar dengan kemampuannya menggunakan material Logam Tanah Jarang. Saat ini, China tidak hanya menguasai pasar barang elektronik seperti komponen komputer, televisi, monitor dan handycam. Tapi hampir semua lini industri dengan harga yang sangat kompetitif. Seperti industri baja, otomotif dan manufaktur lainnya.

Potensi besar dari logam tanah jarang tersebut akan sangat menguntungkan jika Indonesia turut serta untuk mengembangkannya. Terlebih lagi, pasir monasite sebagai sumber logam tanah jarang, hanya dijadikan sebagai sampah pembuangan timah. Sehingga sangat luar biasa keuntungan yang didapat, ketika sampah dijadikan material yang jika dilakukan pemprosesan lanjut memiliki nilai jual yang melebihi emas.

Tentunya proses pemanfaatan ini, membutuhkan bantuan dan dukungan dari pemerintah. Yaitu dengan penetapan regulasi yang mendukung pengolahan mineral logam tanah jarang seperti pembuatan sarana dan prasarana, perlindungan pemasaran sebagai inkubator awal industri nasional, dan yang utama bantuan permodalan untuk pendirian industri ini. Karena pendirian industri pertambangan yang kompetitif, memerlukan permodalan yang tinggi. Hal ini bertujuan untuk membeli peralatan berefisiensi tinggi sehingga menurunkan biaya (cost) produksi sehingga memiliki harga jual yang kompetitif.

Pemanfaatan logam tanah jarang ini mampu membuka Indonesia terhadap penguasaan dan pengembangan teknologi. Terutama teknologi elektronik yang selama berpuluh-puluh tahun ini masuk dan berkembangnya industri-industri elektronik asing selama di Indonesia, namun tidak menghasilkan transformasi teknologi elektronik yang signifikan. Kemudian adanya ini mampu meningkatkan kualitas industri metalurgi di Indonesia dengan dihasilkannya spesifikasi baja dan logam paduan baru tentunya dengan kualitas yang lebih baik. Kemudian masih banyak lagi manfaat besar yang dapat diperoleh Indonesia dari pengolahan logam ini yang mampu meningkatkan perkembangan teknologi di Indonesia

SIFAT-SIFAT UMUM

Secara tegas, keempat belas unsur diatas mengikuti La yang mana elektron-elektron 4f ditambahkan berurutan pada konfigurasi La. Istilah lantanida sendiri diambil dari kata unsur lanthanum yang mana unsur-unsur yang lainnya mengiuti unsur lanthanum ini. Unsur Lanthanum adalah prototip bagi kempat belas unsur berikutnya. Penurunan yang tajam dalam jari-jari atom dan ion dari unsur-unsur ini disebut dengan istilah pengerutan lantanida. Unsur-unsur lanthanida memiliki keelektropositifan yang tinggi dengan potensial M3+/M mulai dari -2,25 V (Lu) sampai -2,52 V (La). Yttrium, yang terletak di atas La dalam golongan III A memiliki ion +3 yang mirip dengan inti gas mulia; sehubungan dengan pengaruh pengerutan lanthanida, jari Y3+ dekat pada nilai bagi Tb3+ dan Dy3+. Akibatnya, Y terdapat pada mineral Lanthanida. Unsur yang lebih ringan dalam golongan IIIA ini yaitu Skandium. Meskipun ia memiliki jari-jari ionik yang lebih kecil dan memperlihatkan sifat kimia intermediat antara jari-jari ionik Al dan Y dan lantanida.

1 Valensi yang beragam

Lanthanida tertentu membentuk ion-ion +2 atau +4. Ion +2 mudah dioksidasi dan ion +4 mudah direduksi menjadi +3. Penjelasan yang sederhana bagi keberadaan valensi ini adalah bahwa kulit yang kosong terisi setengah atau terisi penuh sangat stabil. Fenomena yang mirip ini berhubungan dengan entalpi pengionan unsur deret transisi pertama dan kulit 3d yang terisi setengah menjadi penyebab atas kestabilan mangan (II). Bagi lanthanida, tingkat oksidasi IV untuk cerium memberikan Ce4+ dengan konfigurasi kulit f yang kosong dari f14. Konfigurasi f7 yang terisi setengah dari Gd3+ dibentuk oleh reduksi menghasilkan Eu2+ atau oksidasi menghasilkan Tb4+. Faktor-faktor lain yang terlibat, dengan demikian diperlihatkan oleh adanya banyak ion +2 yang distabilkan dalam kisi CaF2 dan Kompleks Pr4+ dan Nd4+.

2 Sifat Magnetik dan Spektra

Ion lanthanida yang memiliki elektron tidak berpansangan berwarna dan paramagnet. Terdapat perbedaan mendasar dari unsur grup d dalam hal bahwa elektron-elektron 4f adalah elektron dalam dan terlindung sangat efektif dari pengaruh gaya luar oleh tumpukan kulit 5s2 dan 5p6. Dengan demikian, hanya terdapat pengaruh yang benar-benar lemah dari medan ligan . Sebagai hasilnya, transisi elektron antara orbital-orbital f menimbulkan pita-pita serapan yang sangat sempit, sama sekali tidak mirip dengan pita lebar yang dihasilkan dari transisi d-d, dan sifat magnetik ion-ion sedikit dipengaruhi oleh kimiawi sekeliling.

3 Bilangan Koordinasi dan Stereokimia.

Ini adalah kekhasan ion M3+ bahwa bilangan koordinasi melampaui enam adalah biasa. Sangat sedikit unsur terkoordinasi enam diketahui, namun bilangan koordinasi 7,8,9 adalah penting. Dalam ion [Ce(NO3)6]2-, Ce dikelilingi oleh 12 atom oksigen dari gugus khelat NO3. Penurunan jari-jari dari La ke Lu juga memeliki pengaru h bahwa struktur kristal yang berbeda dan bilangan koordinasi yang berbeda dapat terjadi untuk bagian-bagian yang berbeda dari golongan lantanida. Sebagai contoh, atom logam dalam triklorida La-Gd terkoordinasi 9, sedangkan klorida dari Tb – Lu memiliki sejenis struktur AlCl3 dengan logam yang terkoordinasi oktahedral. Perbedaan yang miripdalam bilangan koordinasi terjadi bagi ion dalam larutan

Referensi

Prakash, S. Advance Chemistry of Rare Earth Elements. New Delhi: S. Chand. Co (PVT). 1975,
Moris, B. Rare Earths. PIRSA Minerals - Mineral Resource Potential - Rare Earth Elements.htm. 2006
Gordon B. Haxel, James B. Hedrick, and Greta J. Rare Earth Elements—Critical Resources for High Technology http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/rare_earths/. US Geological Survey
W., Christopher. S. Study of the Rare Earth Resources and Markets for the Mt. Weld Complex. Washingon : BBC Research.
http://www.mii.org/rareearths.html
Bayliss, Peter, A, A. Levinson. A system of nomenclature for rare-earth mineral species: Revision and extension. http://www.minsocam.org/. Department of Geology and Geophysics, The University of Calgary. Canada. 1988