KESIMPULAN DAN SARAN
TINJAUAN PUSTAKA
2.7 Unsur Pemadu pada Magnet NdFeB
Paduan merupakan perpaduan dari beberapa unsur pada skala mikrosopik, seperti pada penyusunan magnet NdFeB juga terdiri dari beberapa unsur pemadu yaitu Nd, Fe dan B.
2.5.1 Neodymium (Nd)
Neodymium (Nd) adalah unsur kimia yang pada tabel susunan berkala termasuk kedalam kelompok unsur lantanida dan dikenal sebagai unsur tanah jarang yang memiliki nomor atom 60 serta konfigurasi elektron terluarnya adalah [Xe] 6S2 4F4 . Unsur - unsur lantanida atau lanthanons dikenal dengan nama fourteen elements, karena jumlahnya 14 unsur, seperti Cerium (Ce), Praseodymium (Pr), Neodymium (Nd), Promhetium (Pm), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium(Ho), Erbium (Er), thulium (Tm), Yterbium (Yb) dan Lutetium (Lu).
Unsur–unsur tersebut ditemukan dialam dalam bentuk mineral yang merupakan campuran oksida, depositnya banyak ditemukan di Scandinavia, India, Unisoviet dan Amerika. Banyak jenis mineral yang mengandung unsur - unsur lantanida seperti La, Ce, Pr, Nd sebesar 90%, diikuti unsur - unsur lainnya seperti
16
yttrium (Yt) dan logam berat lainnya sebesar 10 %. Monazite dan jenis mineral lainnya mengandung unsur - unsur lantanida dengan tingkat oksidasi ±3 dan sedikit unsur europium yang umumnya memiliki tingkat oksidasi ±2. Pada tabel 2.2 adalah susunan elektron dan tingkat oksidasi unsur - unsur lantanida. Terlihat bahwa semua unsur - unsur lantanida membentuk ion - ion 3+.
Tabel 2.2 Elektron dan Tingkat Oksidasi
No Unsur Atom M2+ M3+ M3+ 1 La 4d 6S2 - [Xe] - 2 Ce 4f2 6S2 - 4f2 [Xe] 3 Pe 4f46S2 - 4f2 4f2 4 Nd 4f4 6S2 4f2 4f2 4f2 5 Lm 4f6 6S2 - 4f2 - 6 Pm 4f6 6S2 4f2 4f2 - 7 Pu 4f7 6S2 4f2 4f2 - 8 Gd 4f7 6S2 - 4f2 - 9 Tb 4f9 6S2 - 4f2 4f2 10 Dy 4f10 6S2 - 4f2 4f2 11 Ho 4f11 6S2 - 4f2 - 12 Er 4f12 6S2 - 4f2 - 13 Tm 4f13 6S2 4f2 4f2 - 14 Yb 4f14 6S2 4f2 4f2 -
Untuk beberapa unsur lantanida mempunyai tingkat oksidasi 2+ dan 4+, seperti Nd, Sm, Eu, Tm dan Yb mempunyai tingkat oksidasi 2+ sedangkan Ce, Pr, Nd, Tb dan Dy mempunyai tingkat oksidasi 4+, Lu dan Gd hanya membentuk tingkat oksidasi 3+, sebab masing – masing unsur memilki tingkat konfigurasi elektron yang stabil yaitu 4F14 dan 4F7. Khusus untuk unsur neodymium (Nd), unsur ini mempunyai tingkat oksidasi 4+ (Nd4+) dengan konfigurasi elektron f2 tetapi sangat tidak stabil untuk mencapai konfigurasi f0, f7, f14 yang stabil. Untuk Nd2+, f4 memberikan alasan yang kuat untuk meyakini bahwa walaupun kestabilan
17
f0, f7, f14 menjadi salah satu faktor thermodinamik dan kinetik yang sama atau sangat penting untuk menentukan kestabilan tingkat oksidasi.
2.5.2 Besi (Fe)
Besi merupakan logam kedua yang paling banyak di bumi ini yang membentuk 5% dari pada kerak bumi. Karakter endapan besi ini berupa endapan yang berdiri sendiri namun seringkali ditemukan berasosiasi dengan mineral logam lainya. Kadang besi sebagai kandungan logam tanah (residual), namun jarang memiliki nilai ekonomis yang tinggi. Kebanyakkan besi ini hadir dalam berbagai jenis senyawa oksida, endapan besi yang ekonomis umumnya berupa Magnetite, Hematite, Limonite, dan Siderite. Dari mineral-mineral bijih besi magnetite adalah mineral dengan kandungan Fe paling tinggi, tetapi terdapat dalam jumlah kecil. Sementara hematite merupakan mineral bijih utama yang dibutuhkan dalam industri besi.
Beberapa jenis endapan yang memungkinkan endapan besi bernilai ekonomis yaitu :
1. Magnetik: Magnetite dan Titaniferous magnetite. 2. Metasomatik kontak: magnetite dan specularite. 3. Pergantian/replacement: magnetite dan hematite. 4. Sendimentasi/placer: hematite, limonite, dan siderite.
5. Kosentrasi mekanik dan residual: hematite, magnetite, dan limonite. 6. Oksidasi: limonite dan hematite.
Tabel 2.3 Mineral-mineral bijih besi yang bernilai ekonomis.
MINERAL SUSUNAN KIMIA KANDUNGAN Fe% KLASIFIKASI KOMERSIAL Magnetite FeO2Fe3O4 72.4 Magnetik atau biji hitam Hermatite Fe2O3 70 Bijih merah
Limonite FeO3nH2O4 59 - 63 Bijih coklat
Siderite FeCO3 48.2
Spathic, black band, clay ironstone
18
2.5.3 Boron (B)
Boron yang telah dimurnikan adalah padatan hitam dengan kilap logam. Sel satuan kristal boron mengandung 12, 50, atau 105 atom boron, dan satuan struktural ikosahedral B12 terikat satu sama lain dengan ikatan 2 pusat 2 elektron (2c-2e) dan 3 pusat 2 elektron (3c-2e) antar atom boron seperti pada gambar 2.5. Ikatan tuna elektron (3 pusat 2 elektron) merupakan ikatan kimia yang mengalami kekurangan elektron, dimana 3 atom salain berbagi 2 elektron. Boron bersifat sangat keras dan menunjukkan sifat semikonduktor.
Gambar 2.5 Struktur kristal boron dengan sel satuan Ikosahedral
Kimia boron (boron hidrida) dimulai dengan riset oleh A. Stock yang dilaporkan pada periode 1912-1936. Walaupun boron terletak sebelum karbon dalam sistem periodik, hidrida boron sangat berbeda dari hidrokarbon. Struktur boron hidrida khususnya sangat tidak sesuai dengan harapan dan hanya dapat dijelaskan dengan konsep baru dalam ikatan kimia. Untuk kontribusinya dalam kimia anorganik boron hidrida, W. N. Lipscomb mendapatkan hadiah Nobel Kimia tahun 1976. Hadiah Nobel lain (1979) dianugerahkan ke H. C. Brown untuk penemuan dan pengembangan reaksi dalam sintesis yang disebut hidroborasi.
Karena berbagai kesukaran sehubungan dengan titik didih boron yang rendah, dan juga karena aktivitas, toksisitas, dan kesensitifannya pada udara, Stock mengembangkan metoda eksperimen baru untuk menangani senyawa ini dalam vakum. Dengan menggunakan teknik ini, ia mempreparasi enam boron B2H6, B4H10, B5H9, B5H11, B6H10, dan B10H14 dengan reaksi magnesium borida, MgB2, dengan asam anorganik, dan menentukan komposisinya. Namun, riset lanjutan ternyata diperlukan untuk menentukan strukturnya. Kini metoda sintesis
19
yang awalnya digunakan Stock menggunakan MgB2 sebagai pereaksi hanya digunakan untuk mempreparasi B6H10. Karena reaksi seperti litium tetrahidroborat (LiBH4), dan natrium tetrahidroborat (NaBH4) kini mudah didapat, dan diboron, B2H6, yang dipreparasi dengan reaksi 3LiBH4 + 4BF3.OEt2 → 2B2H6 + 3LiBF4 + 4Et2O, juga mudah didapat, boron yang lebih tinggi disintesis dengan pirolisis diboron. Teori baru diusulkan untuk menjelaskan ikatan dalam diboron, B2H6. Walaupun struktur yang hampir benar, yakni yang mengandung jembatan hidrogen, telah diusulkan tahun 1912, banyak kimiawan lebih suka struktur mirip etana (H3B-BH3), dengan mengambil analoginya dengan hidrokarbon. Namun Longuet-Higgins mengusulkan konsep ikatan tuna elektron yang 3 pusat 2 elektron dan bahwa strukturnya memang benar seperti dibuktikan dengan difraksi elektron tahun 1951 pada gambar 2.6 berikut ini :
Gambar 2.6 Struktur diboron.
Struktur ini juga telah dielusidasi dengan difraksi elektron, analisis struktur kristal tunggal sinar-X, spektroskopi inframerah, dan memang boron terbukti mengandung ikatan 3c-2e B-H-B dan B-B-B seperti pada gambar 2.7 berikut ini :
20
Boron diklasifikasikan menjadi tiga yaitu : Closo, Nido dan Arachno sesuai dengan struktur kerangka atom boron. Closo-boron [BnHn]2- memiliki struktur polihedral tertutup, n atom boron terikat pada n atom hidrogen, misalnya dalam oktahedral regular [B6H6]2- dan ikosahedral [B12H12]2-. Boron deret ini tidak mengandung ikatan B-H-B. Boron BnHn+4, seperti B5H9, membentuk struktur dengan ikatan B-B, B-B-B, dan B-H-B dan kehilangan sudut polihedral closo boron, dan disebut dengan jenis boron nido. Boron BnHn+6, seperti B4H9, memiliki struktur yang kehilangan dua sudut dari tipe closo dan membentuk struktur yang lebih terbuka. Kerangka juga dibangun oleh ikatan B-B, BB-B, dan B-H-B, dan jenis ini disebut boron jenis arachno. Sruktur-strukturnya diberikan pada Gambar 2.8 berikut ini :
(a). Closo (B6H6)2- (b). Nido (B5H9)
(c). Arachno (B4H10) (d). Closo (B12H12) = Atom Boron
= Atom Hidrogen
Gambar 2.8 Struktur Boron
Boron yang lebih tinggi juga merupakan senyawa yang tuna elektron yang sukar dijelaskan dengan struktur Lewis yang berbasiskan ikatan kovalen 2c -2e (Nurul A, 2011).
21
Pada gambar diatas menunjukkan bahwa atom dari Boron (B) yang bulat putih berikatan dengan Atom Hidrogen (H) yang bulat kecil hitam sehingga terjadi ikatan kimia (ikatan hidrogen) dengan atom B dan H.