Logam tanah jarang
Logam tanah jarang (LTJ) atau Unsur tanah jarang adalah kumpulan 17 unsur kimia pada tabel periodik, terutama 15 lantanida ditambah skandium dan yttrium. Skandium dan yttrium dianggap sebagai logam tanah jarang karena sering ditemukan pada deposit-deposit bijih lantanida dan memiliki karakteristik kimia yang mirip dengan lantanida.
Meskipun namanya logam tanah jarang, tetapi logam-logam ini cukup melimpah jumlahnya di kerak bumi, dengan serium sebagai unsur paling melimpah ke-25 dengan 68 bagian per juta (mirip tembaga). Meski begitu, karena karakteristik geokimianya, logam tanah jarang ditemukan pada kondisi sangat tersebar dan sedikit ditemukan dalam jumlah yang banyak, sehingga nilai ekonominya kecil. Sumber-sumber deposit logam tanah jarang yang banyak dan bernilai ekonomis biasanya menyatu menjadi mineral tanah jarang. Mineral pertama yang ditemukan adalah gadolinit, senyawa kimia yang tersusun dari serium, yttrium, besi, silikon, dan unsur lainnya. Mineral ini diekstrak dari sebuah tambang di desa Ytterby di Swedia. Beberapa nama logam tanah jarang juga mendapatkan namanya dari lokasi tambang ini
Berikut ini adalah daftar 17 logam tanah jarang, nomor atom beserta simbol, asal namanya, dan penggunaan utama dari logam tersebut (lihat juga aplikasi teknologinya disini. Beberapa logam-logam ini dinamai dari ilmuwan yang menemukannya, dan beberapa lagi diambil dari tempat dimana logam tersebut ditemukan.
Kelompok logam ini pertama kali ditemukan pada tahun 1787 oleh seorang letnan angkatan bersenjata Swedia bernama Karl Axel Arrhenius. Ia mengumpulkan mineral hitam ytterbit dari penambangan feldspar dan quartz kuarsa di dekat Desa Ytterby, Swedia. Kemudian, mineral ini berhasil dipisahkan oleh J. Gadoli pada tahun 1794, dengan memperoleh mineral Ytterbit. Selanjutnya, nama mineral tersebut diganti menjadi gadolinit pada tahun 1800.
Penemuan unsur baru ini, tentunya memicu penelitian yang membuahkan penemuan unsur-unsur logam tanah jarang lain.Logam tanah jarang tidak ditemukan berupa unsur bebas dalam lapisan kerak bumi. Namun ia berbentuk paduan membentuk senyawa kompleks. Sehingga logam tanah harus dipisahkan terlebih dahulu dari senyawa kompleks tersebut.
Secara umum, logam tanah jarang ditemukan dalam bentuk senyawa kompleks fosfat dan karbonat. Di bawah ini adalah beberapa contoh mineral logam tanah jarang yang ditemukan di alam.Dalam memperoleh mineral di atas,didapatkan dengan mudah. Karena jumlah mineral tersebut sangat terbatas. Telebih lagi, mineral di atas 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 di atas 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.
Logam tanah jarang telah banyak digunakan pada 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 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 daripada 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.
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. Contohnya 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.
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
Secara tegas, keempat belas unsur di atas mengikuti La yang mana elektron-elektron 4"f" ditambahkan berurutan pada konfigurasi La. Istilah lantanida sendiri diambil dari kata unsur lanthanum yang mana unsur-unsur yang lainnya mengikuti 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 M/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 lantanida, jari Y dekat pada nilai bagi Tb dan Dy. Akibatnya, Y terdapat pada mineral Lantanida. 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.
Lantanida 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 3"d" yang terisi setengah menjadi penyebab atas kestabilan mangan (II). Bagi lantanida, tingkat oksidasi IV untuk cerium memberikan Ce dengan konfigurasi kulit "f" yang kosong dari "f". Konfigurasi "f" yang terisi setengah dari Gd dibentuk oleh reduksi menghasilkan Eu atau oksidasi menghasilkan Tb. Faktor-faktor lain yang terlibat, dengan demikian diperlihatkan oleh adanya banyak ion +2 yang distabilkan dalam kisi CaF dan Kompleks Pr dan Nd.
Ion lantanida yang memiliki elektron tidak berpasangan berwarna dan paramagnet. Terdapat perbedaan mendasar dari unsur grup "d" dalam hal bahwa elektron-elektron 4"f" adalah elektron dalam dan terlindung sangat efektif dari pengaruh gaya luar oleh tumpukan kulit 5"s" dan 5"p". 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 sifat kimia sekelilingnya.
Hal ini adalah kekhasan ion M bahwa bilangan koordinasi lebih dari enam adalah biasa. Sangat sedikit unsur terkoordinasi enam diketahui, namun bilangan koordinasi 7,8,9 adalah penting. Dalam ion [Ce(NO)], Ce dikelilingi oleh 12 atom oksigen dari gugus khelat NO.
Penurunan jari-jari dari La ke Lu juga memeliki pengaruh 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 AlCl dengan logam yang terkoordinasi oktahedral. Perbedaan yang mirip dalam bilangan koordinasi terjadi bagi ion dalam larutan
Skandium adalah unsur yang sangat biasa yang melimpah seperti As dan dua kali kelimpahan Boron. Meskipun demikian, ia tidak mudah tersedia, sebagian disebabkan oleh langkanya bijih yang kaya, dan sebagian lainnya karena sulitnya dalam pemisahannya. Ia mungkin dipisahkan dari Y dan lantanida yang mungkin bergabung dengan mineral Sc dengan cara penukar –kation yang menggunakan asam oksalat sebagai pengelusi.
Unsur-unsur lantanida, termasuk La dan Y, mula-mula dikenal sebagai Unsur Tanah jarang-keberadaannnya dalam campuran oksida. Mereka sebenarnya bukan unsur-unsur jarang dan juga kelimpahannya absolutnya relatif tinggi. Jadi, walaupun yang paling langka, Tm adalah sama umumnya dengan Bi, dan lebih umum daripada As, Cd, Hg atau Se. Sumber utamanya adalah mineral monazite, pasir gelap yang berat dengan komposisi beragam. Monazite sesungguhnya adalah lantanida ortofosfat, tetapi dapat mengandung sampai 30% thorium. La, Ce, Pr dan Nd biasanya terdapat sebanyak 90% kandungan lantanida suatu mineral dengan Y dan unsur-unsur yang lebih berat sebagai sisanya. Mineral yang mengandung lanthanida dalam tingkat oksidasi +3 biasanya sedikit sekali mengandung Eu yang disebabkan oleh kecenderungannya menghasilkan keadaan +2 dan seringkali terdapat dalam mineral golongan Ca.
Promethium terdapat hanya hanya dalam jumlah runutan bijih Uranium sebagai fragmen Fisi spontan dari U. Garam Pm merah jambu dalam jumlah miligram, dapat diisolasi dengan metode penukar-ion dari produk fisi dalam simpanan bahan bakar reaktor nuklir di mana Pm ("β"-, 2,64 tahun) dibentuk. Lantanida dipisahkan dari unsur lain dengan pengendapan oksalat atau fluorida dari larutan HNO, dan dari satu sama lain dengan penukar ion dalam resin.
Cerium dan Europium biasanya dipisahkan pertama kali. Cerium dioksidasi menjadi Ce (IV) dan kemudian diendapkan dari HNO 6M sebagai ceric iodat atau dipisahkan dengan ekstraksi pelarut. Europium direduksi menjadi Eu dan dipisahkan dengan pengendapan sebagai EuSO.
Perilaku penukar ion pertama-pertama tergantung kepada jari-jari ion terhidrasi. Seperti dengan alkali, ion terkecil secara kristalografi yaitu Lu memiliki jari-jari terhidrasi terbesar, sedangkan La memiliki jari-jari terhidrasi terkecil. Dengan demikian, La adalah yang paling kuat terikat dan Lu yang paling lemah ikatannya. Dan urutan elusinya adalah Lu menuju La. Kecenderungan ini dipertegas oleh penggunaan zat pengompleks pada pH yang tepat; ion dengan jari-jari terkecil juga membentuk komplek terkuat , dan dengan demikian , pilihan terhadap fase akua bertambah. Ligan pengompleks yang khas adalah α-hidroksiisobutirat, (CH