bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Zirkonium dan hafnium adalah unsur yang sangat berguna dalam industri
nuklir. Zirkonium biasanya digunakan sebagai shielding material, sedangkan
Hafnium biasanya digunakan sebagai efisiensi control rods untuk mengambil
oksigen dan nitrogen (Hosseini dan Alizadeh, 2010). Zirkonium dan hafnium
terdapat di alam secara bersamaan dan membutuhkan proses ekstraksi untuk
memisahkan keduanya. Keberadaan zirkonium dan hafnium yang terkandung di
alam secara bersamaan disebabkan karena sifat dari kedua unsur tersebut yang
hampir sama. Di alam biasanya ditemukan zirkonium dalam bentuk Zr(IV) dan
Hafnium dalam bentuk Hf(IV) dengan perbandingan tertentu untuk keduanya.
Jika menginginkan Zr atau Hf dengan kemurnian yang tinggi, maka harus
dipisahkan antara kedua atom tersebut. Salah satu caranya yaitu dengan proses
ekstraksi.
Metode pemisahan yang biasa dilakukan adalah ekstraksi cair-cair, dimana
sampel yang mengandung Zr dan Hf dilarutkan terlebih dahulu dalam pelarut air.
Kebanyakan proses pelarutan tersebut dibantu dengan asam atau garam. Atom Zr
dan Hf akan membentuk senyawa kompleks dengan basa Lewis dari asam atau
garam yang ditambahkan dan air. Selanjutnya diekstraksi dengan menambahkan
larutan organik (non polar) ataupun ekstraktan, yang nantinya akan menggantikan
air sebagai ligan dalam senyawa kompleks yang terbentuk.
Senyawa amina seperti Aliquat 336, Alamine 336, Alamine 300 dapat
digunakan untuk memisahkan Zr dan Hf. Alamine 336 dan Alamine 300
merupakan senyawa yang paling baik untuk memisahkan logam Zr dan HF
dibanding senyawa amine lain (Banda dkk., 2012). Salim dan Hanan (2009) telah
melakukan penelitian ekstraksi Zr dengan Trioctylphosphine Oxide (TOPO) yang
ditambahkan Eriochrome Cyanine R (ECR) sebagai reagen. Penambahan reagen
akan meningkatkan jumlah logam yang terekstrak.
1
2
Kajian interaksi logam zirkonium dan hafnium dengan ligan pada proses
ekstraksi cair–cair telah dilakukan oleh Krisna dkk. (2004). Kajian yang dilakukan
menggunakan metode DFT yang kemudian dibandingkan dengan data eksperimen
dan di dapat bahwa fungsi B3LYP merupakan fungsi yang baik untuk kajian
interaksi tersebut. Zirkonium dan Hafnium akan memiliki perbedaan energi
interaksi. Energi interaksi ini yang dapat digunakan untuk menentukan logam
yang memiliki interaksi yang lebih kuat dan logam yang dapat terekstraksi lebih
mudah.
Permodelan pemisahan antara zirkonium dan hafnium dapat dilakukan
dengan metode DFT. Silanes dkk. (2005) telah memodelkan kompleks Ti, Zr dan
Hf dengan menggunakan metode DFT. Percobaan ini dilakukan untuk meneliti
perbedaan proses ekstraksi dari Ti, Zr dan Hf. Metode ini telah membantu
memprediksi karakteristik dari logam dan ekstraktan.
Zirkonium di alam biasanya ditemukan dalam bentuk silikat. Ketika
dilarutkan zirkonium membentuk kompleks dengan air. Zirkonium dalam air
dapat membentuk kompleks koordinat delapan. Jika zirkonium tersebut ingin
dipadatkan maka ditambahkan suatu garam atau asam sebagai ligan pengganti air.
Zirkonium dalam bentuk kristal biasanya ditemukan dalam bentuk koordinat
empat. Zirkonium bentuk kristal sukar terlarut dalam air tetapi dapat terlarut
dalam asam encer. Zirkonium yang dilarutkan dalam air akan membentuk
kompleks koordinat enam.
Kompleks yang akan diteliti dalam percobaan ini adalah kompleks
zirkonium dalam larutan asam encer. Larutan asam yang umum digunakan adalah
HCl. Struktur kompleks ion Zr(IV) kemudian dimodelkan dalam bentuk kompleks
koordinat enam dimana ion Zr(IV) tersebut berinteraksi dengan ion Cl- dan
molekul air.
Dalam penelitian ini, permodelan struktur ion Zr(IV) dan Hf(IV) dengan
ion Cl- dan organofosfor akan dilakukan dengan menggunakan metode DFT.
Hasil yang diharapkan adalah perbedaan interaksi antara ion Zr(IV) – ligan dan
ion Hf(IV) – ligan. Ligan yang dipilih sebagai model senyawa ekstraktan yaitu Cl dan organofosfor.
3
I.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana peranan jenis organofosfor yang digunakan terhadap energi total
dari kompleks Zr(IV) dan Hf(IV) dari hasil optimasi kompleks MCl4•LH2O
dan MCl4•2L dimana L adalah organofosfor?
2. Bagaimana peranan gugus R’ pada O=PR’3 terhadap muatan atom O dalam
senyawa organofosfor tersebut?
3. Bagaimana peranan muatan atom yang dimiliki oleh atom O pada O=PR’3
pada energi pembentukan kompleks Zr(IV) dan Hf(IV)?
4. Apakah organofosfor akan lebih cenderung membentuk ikatan dengan Zr(IV)
atau Hf(IV) jika dilihat dari energi interaksi kompleks dari keduanya?
I.3 Tujuan Penelitian
1. Mempelajari interaksi ion Zr(IV) dan Hf(IV) dengan organofosfor
menggunakan metode DFT.
2. Menentukan jenis organofosfor yang mempunyai interaksi lebih kuat dengan
ion Zr(IV) dan Hf(IV).
3. Mengetahui kompleks yang memiliki energi ikat kompleks paling kecil dan
kompleks yang paling stabil dari kompleks MCl4•2(H2O), MCl4•L(H2O), dan
MCl4•2L.
I.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini dapat menunjukkan keadaan Zr dan Hf dalam air dan
organofosfor bila diamati secara komputasi dengan melihat energi interaksi untuk
setiap keadaan yang ada. Penelitian juga dapat menunjukkan efisiensitas dari
cyanex dan turunannya sebagai ekstraktan serta hubungan subtituen dengan
kemampuan ekstraktan dalam berinteraksi dengan logam.
I.5 Batasan Masalah
Analisis dan pembahasan dibatasi pada analisis hubungan subtituen pada
senyawa organofosfor dan kaitannya dengan kemampuan senyawa tersebut
berinteraksi dengan ion logam Zr(IV) dan Hf(IV).