Logam tanah jarang (LTJ) atau unsur logam langka adalah kumpulan 17 unsur kimia pada tabel periodik, terutama 15 lantanida ditambah skandium dan itrium.[2] Skandium dan itrium dianggap sebagai logam langka karena sering ditemukan pada deposit-deposit bijih lantanida dan memiliki karakteristik kimia yang mirip dengan lantanida.
Meskipun namanya logam langka, 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 langka ditemukan pada kondisi sangat tersebar dan sedikit ditemukan dalam jumlah yang banyak, sehingga nilai ekonominya kecil.
Sumber-sumber deposit logam langka yang banyak dan bernilai ekonomis biasanya menyatu menjadi mineral tanah jarang.[3] Mineral pertama yang ditemukan adalah gadolinit, senyawa kimia yang tersusun dari serium, itrium, besi, silikon, dan unsur lainnya. Mineral ini diekstrak dari sebuah tambang di desa Ytterby, Swedia. Beberapa nama logam langka 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 di mana logam tersebut ditemukan.
Z Simbol Nama Etimologi Penggunaan
21 Sc Skandium dari bahasa Latin Scandia (Skandinavia), tempat di mana bijih ini pertama kalinya ditemukan. Campuran aluminium-skandium ringan yang dipakai untuk komponen pesawat terbang dan aditif untuk Lampu uap-merkuri.[4]
39 Y Itrium dinamai dari Ytterby, Swedia, tempat logam ini pertama ditemukan. Laser yttrium-aluminium garnet (YAG), yttrium vanadat (YVO4) untuk pembuatan europium pada TV fosfor merah, YBCO superkonduktivitas suhu tinggi, filter gelombang mikro yttrium iron garnet (YIG).
57 La Lantanum dari bahasa Yunani "lanthanein", artinya tersembunyi. Kaca dengan indeks refraktif tinggi, penyimpanan hidrogen, elektrode baterai, lensa kamera, katalis ''cracking'' katalitik cairan pada kilang minyak
58 Ce Serium diambil dari nama salah satu planet katai Ceres, dari nama Dewi Pertanian Romawi. Agen oksidasi kimia, bubuk pemoles, pewarna kuning pada kaca dan keramik, katalis untuk oven ''self-cleaning'', katalis ''cracking'' katalitik cairan pada kilang minyak, feroserium
59 Pr Praseodimium dari bahasa Yunani "prasios" dan "didymos". Magnet tanah jarang, laser, bahan inti untuk lampu karbon, pewarna pada kaca dan enamel, aditif untuk kaca didymium yang dipakai pada kacamata las,[4] produk feroserium (flint).
60 Nd Neodimium dari bahasa Yunani "neos" (baru) dan "didymos" (kembar). Magnet tanah jarang, laser, pewarna ungu pada kaca dan keramik, kapasitor keramik, kaca didimium
61 Pm Prometium dari mitologi Titan Prometheus. Baterai nuklir, cat berpendar
62 Sm Samarium dinamai dari Vasili Samarsky-Bykhovets, yang menemukan bijih tanah jarang samarskit. Magnet tanah jarang, laser, penangkap neutron, maser
63 Eu Europium dinamai dari benua Eropa. Fosfor merah dan biru, laser, lampu uap merkuri, agen relaksasi NMR. 64 Gd Gadolinium dinamai dari Johan Gadolin (1760–1852), sebagai persembahan atas dedikasinya pada logam tanah jarang. Magnet tanah jarang, laser, kaca dengan indeks refraktif tinggi atau garnet, tabung X-ray, memori komputer, penangkap neutron, agen kontras MRI, agen relaksasi NMR
65 Tb Terbium dinamai dari desa Ytterby, Swedia. Tambahan pada magnet berbasis neodimium, fosfor hijau, laser, lampu fluorescent, logam paduan magnetrostriktif seperti terfenol-D, sistem sonar, penstabil sel bahan bakar
66 Dy Disprosium dari bahasa Yunani "dysprositos" (susah untuk didapatkan). Tambahan pada magnet berbasis neodimium, laser, logam paduan magnetostriktif seperti terfenol-D, cakram keras
67 Ho Holmium dinamai dari kota Stockholm (dalam bahasa Latin, "Holmia"), kota dari salah satu penemunya. Laser, standar kalibrasi panjang gelombang untuk spektrofotometer optik, magnet
68 Er Erbium dinamai dari desa Ytterby, Swedia. Laser, baja vanadium, teknologi serat optik
69 Tm Tulium diambil dari asal usul Thule. Mesin X-ray jinjing, lampu halida-logam, laser
70 Yb Ytterbium dinamai dari desa Ytterby, Swedia. Laser inframerah, agen pereduksi kimia, suar pengecoh, baja nirkarat
71 Lu Lutesium diambil dari nama Lutetia, kota yang berganti nama menjadi Paris. Detektor pemindai PET, kaca dengan indeks refraktif tinggi, lampu LED
Sejarah
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.[5] 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. Tahun 1804 Klaproth dan rekan-rekannya menemukan seria yang merupakan bentuk oksida dari Serium. Tahun 1828, Belzerius memperoleh mineral thoria dari mineral thorit.
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. Sehingga, pada tahun 1842, ada 6 logam tanah jarang yang telah ditemukan, yaitu yttrium, cerium, lanthanum, didymium, erbium dan terbium.
Tahun 1879, berkat petunjuk Marc Delafontaine, Paul Émile Lecoq de Boisbaudran mampu memperoleh samarium dari mineral samarskit. Tahun 1885, Welsbach memisahkan praseodimium dan neodimium 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 Jean Charles Galissard de Marignac, de Boisbaudran mampu memisahkan senyawa tersebut menjadi Neoytterium dan Lutesium. 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 Disporsium.
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
Aplikasi logam tanah jarang
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.
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 di atas 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 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 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 lantanida, jari Y3+ dekat pada nilai bagi Tb3+ dan Dy3+. 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.
Valensi yang beragam
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 3d yang terisi setengah menjadi penyebab atas kestabilan mangan (II). Bagi lantanida, 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+.
Sifat magnetik dan spektra
Ion lantanida yang memiliki elektron tidak berpasangan 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 sifat kimia sekelilingnya. (*)
Editor : Indra Zakaria