makalah Timah dan selenium

BAB II

TIMAH (Sn)

2.1       Pendahuluan

                Timah merupakan logam dasar terkecil yang diproduksi, yaitu kurang dari 300.000 ton per tahun, apabila dibandingkan dengan produksi aluminium sebesar 20 juta ton per tahun (www.timah.com). Timah putih merupakan unsur langka, kelimpahan rata-rata pada kerak bumi sekitar 2 ppm, dibandingkan dengan seng yang mempunyai kadar rata-rata 94 ppm, tembaga 63 ppm dan timah hitam 12 ppm. Sebagian besar (80%) timah putih dunia dihasilkan dari cebakan letakan (aluvial), sekitar setengah produksi dunia berasal dari Asia Tenggara.

2.2       Pengertian Timah

            Timah adalah sebuah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki simbol Sn (bahasa Latin: stannum) dan nomor atom 50. Unsur ini merupakan logam miskin keperakan, dapat ditempa ("malleable"), tidak mudah teroksidasi dalam udara sehingga tahan karat, ditemukan dalam banyak aloy, dan digunakan untuk melapisi logam lainnya untuk mencegah karat. Timah diperoleh terutama dari mineral cassiterite yang terbentuk sebagai oksida.

               

§  Rumus kimia   : SnO₂

§  Warna              : ungu, anggur, hitam, cokelat kemerahan atau kuning

§  Skala Mohs     : 6-7

§  Bobot              : 6,4-7,1

§  Indeks bias      : tinggi sekitar 2,0

2.3       Sifat-Sifat Timah

2.3.1    Sifat Fisik

·         Berat Molekul                         : 134,69

·         Spesifik Gravitasi                    : 6,3

·         Titik Lebur (600 mm Hg)        : 1080^oC (1976^oF) terurai

·         Kelarutan                                : tidak larut dalam air, larut dalam asam dan alkali,

  sedikit larut dalam ammonium khlorida

·         Massa Atom Rata-rata                        : 118,71

·         Titik Didih                              : 2543 K (2270^oC)(4118^oF)

·         Koefisien Muai   Panjang        :  ^-1K N/A                                :

·         Konduktivitas Listrik              : 0,0917x10⁶/Ω cm

·         Konduktivitas Termal             : 0,666 W/cm K

·         Kerapatan                                : 7,31 g/cc @ 300K

·         Kekilapan                                : Sangat mudah dibentuk logam perak putih membentuk

  film  pelindung  pada  permukaannya  yang mencegah  

  oksigen

·         Entalpi atomisasi                     : 01,3 kJ/mol ^oC

·         Entalpi Fusion                         : 7,03 kJ/mol

·         Panas Penguapan                    : 290,4 kJ/mol

·         Flamebilitas Kelas                   : terbakar pada rokok (kecuali sebagai debu)

·         Titik Beku                               : 1080^oC (1976^oF)

·         Volume Molar                         : 16,31 cm³/mol

·         Refleksivitas Optik                 : 54%

·         Kondisi Fisik                           : Solid

·         Tekanan uap                            : 5,78x10^-21 Pa(232,06^oC)

·         Struktur Kristal                       : Tetragonal

2.3.2    Sifat Kimia

·         Elektrokimia Setara                 : 1,1071 g/amp-jam

·         Elektron Fungsi Kerja             : 4,42 eV

·         Elektronegativitas                   : 1,96 (Pauling) ; 1,72 (Rochow Allrod)

·         Panas Fusion                           : 7.029 kJ/mol

·         Potensional Ionisasi

§  Pertama   : 7.344

§  Kedua      : 14.632

§  Ketiga      : 30.502

·         Elektron valensi Potensi (-eV) : 83,5

2.3.3    Sifat Mekanik

·         Modulus Elastisitas

§  Massal        : 58,2/GPa

§  Kekakuan  : 18,4/GPa

§  Youngs      : 49,9/GPa

·         Skala Kekerasan

§  Brinell        : 51 MN m^-2

§  Mohs          : 1,5

2.4       Sumber Timah

Mineral ekonomis penghasil timah putih adalah kasiterit (SnO₂), meskipun sebagian kecil dihasilkan juga dari sulfida seperti stanit, silindrit, frankeit, kanfieldit dan tealit (Carlin, 2008). Mulajadi timah di daerah jalur timah yang membentang dari Pulau Kundur sampai Pulau Belitung dan sekitarnya diawali dengan adanya intrusi granit yang berumur ± 222 juta tahun pada Trias Atas. Magma bersifat asam mengandung gas SnF₄, melalui proses pneumatolitik hidrotermal menerobos dan mengisi celah retakan, dimana terbentuk reaksi: SnF₄ + H₂O -> SnO₂ + HF₂ (Pamungkas, 2006). Cebakan bijih timah merupakan asosiasi mineralisasi Cu, W, Mo, U, Nb, Ag, Pb, Zn, dan Sn. Busur metalogenik terbentuknya timah 100 - 1000 km. Terdapat tiga tipe kelompok asosiasi mineralisasi timah putih, yaitu stanniferous pegmatites, kuarsa-kasiterit dan sulfida-kasiterit (Taylor, 1979).

Urat kuarsa-kasiterit, stockworks dan greisen terbentuk pada batuan beku granitik plutonik, secara gradual terbentuk stanniferous pegmatites yang ke arah dangkal terbentuk urat kuarsa-kasiterit dan greisen (Taylor, 1979). Urat berbentuk tabular atau tubuh bijih berbentuk lembaran mengisi rekahan atau celah (Strong, 1990). Tipe kuarsa-kasiterit dan greisen merupakan tipe mineralisasi utama yang membentuk sumber daya timah putih pada jalur timah yang menempati Kepulauan Riau hingga Bangka-Belitung. Jalur ini dapat dikorelasikan dengan “Central Belt” di Malaysia dan Thailand (Mitchel, 1979).

Mineral utama yang terkandung di dalam bijih timah berupa kasiterit, sedangkan pirit, kuarsa, zirkon, ilmenit, galena, bismut, arsenik, stibnit, kalkopirit, xenotim, dan monasit merupakan mineral ikutan (http://www.tekmira.esdm.go.id). Timah putih dalam bentuk cebakan dijumpai dalam dua tipe, yaitu cebakan bijih timah primer dan sekunder. Pada tubuh bijih primer, kandungan kasiterit terdapat pada urat maupun dalam bentuk tersebar. Proses oksidasi dan pengaruh sirkulasi air yang terjadi pada cebakan timah primer pada atau dekat permukaan menyebabkan terurainya penyusun bijih timah primer. Proses tersebut menyebabkan juga terlepas dan terdispersinya timah putih, baik dalam bentuk mineral kasiterit maupun berupa unsur Sn. Proses pelapukan, erosi, transportasi dan sedimentasi yang terjadi terhadap cebakan bijih timah putih pimer menghasilkan cebakan timah sekunder, yang dapat berada pada tanah residu maupun letakan sebagai endapan koluvial, kipas aluvial, aluvial sungai maupun aluvial lepas pantai. Tubuh bijih primer yang berpotensi menghasilkan sumber daya cebakan timah letakan ekonomis adalah yang mempunyai dimensi sebaran permukaan erosi luas sebagai sumber dispersi.

Cassiterite

Cassiterite adalah mineral timah oksida dengan rumus SnO₂. Berbentuk kristal dengan banyak permukaan mengkilap sehingga tampak seperti batu perhiasan. Kristal tipis Cassiterite tampak translusen. Cassiterite adalah sumber mineral untuk menghasilkan logam timah yang utama dan biasanya terdapat dialam di alluvial atau aluvium.

Stannite

Stannite adalah mineral sulfida dari tembaga, besi dan timah. Rumus kimianya adalah Cu₂FeSnS₄ dan merupakan salah satu mineral yang dipakai untuk memproduksi timah. Stannite mengandung sekitar 28% timah, 13% besi, 30% tembaga, dan 30% belerang. Stannite berwarna biru hingga abu-abu.

Cylindrite

Cylindrite merupakan mineral sulfonat yang mengandung timah, timbal, antimon, dan besi. Rumus mineral ini adalah Pb₂Sn₄FeSb₂S₁₄. Cylindrite membentuk kristal pinakoidal triklinik dimana biasanya berbentuk silinder atau tube dimana bentuk nyatanya adalah gulungan dari lembaran kristal ini. Warna cylindrite adalah abu-abu metalik dengan spesifik gravity 5,4. Pertama kali ditemukan di Bolivia pada tahun 1893.

2.5       Pengolahan Timah

2.5.1    Penambangan

Penambangan timah putih dilakukan dengan beberapa cara, yaitu semprot, penggalian dengan menggunakan excavator, atau menggunakan kapal keruk untuk penambangan endapan aluvial darat yang luas dan dalam serta endapan timah lepas pantai. Kapal keruk dapat beroperasi untuk penambangan cebakan timah aluvial lepas pantai yang berada pada kedalaman sekitar 15 meter sampai dengan 50. Penambangan menggunakan cara semprot dilakukan terutama pada endapan timah aluvial darat dengan sebaran tidak luas dan relatif dangkal. Penambangan dengan menggunakan shovel/excavator dilakukan untuk menggali cebakan timah putih tipe residu, yang merupakan tanah lapukan bijih primer, umumnya berada pada lereng daerah perbukitan. Penambangan oleh masyarakat umumnya dilakukan dengan cara semprot. Banyak juga penambangan dalam sekala kecil terdiri dari satu atau dua orang, menggunakan peralatan sangat sederhana berupa sekop, saringan dan dulang, seperti penambangan oleh masyarakat di lepas pantai menggunakan sekop dengan panjang sekitar 2,5 meter, dan dilakukan pada saat air laut surut. Penambangan banyak dilakukan pada wilayah bekas tambang dan sekitarnya. Bahkan tailing yang semula dianggap sudah tidak ekonomis, kembali diolah untuk dimanfaatkan kandungan timah putihnya. Penambangan oleh masyarakat di lepas pantai selain menggunakan peralatan manual sederhana, menggunakan juga pompa hisap dan perahu.

2.5.2    Pengolahan

Untuk menghasilkan pasir timah kadar tinggi melalui beberapa tahapan proses pengolahan. Pasir timah di alam masih tercampur dengan butiran mineral-mineral lain. Timah dalam bentuk mineral kasiterit dipisahkan dari pengotor berupa mineral ringan dengan pemisahan fisik secara gravitasi. Pemisahan dilakukan dengan menggunakan sluice box, spiral, dan meja goyang. Pemisahan mineral bersifat magnetik dan bukan magnetik menggunakan separator magnetik. Pemisahan mineral bersifat konduktor dan bukan konduktor menggunakan separator tegangan tinggi. Proses untuk meningkatkan kadar bijih timah atau konsentrat yang berkadar rendah, dilakukan di Pusat Pencucian Bijih Timah (Washing Plant). Melalui proses tersebut bijih timah dapat ditingkatkan  kadar (grade) Sn-nya dari 20 - 30% Sn menjadi 72% Sn untuk memenuhi persyaratan peleburan. Proses peningkatan kadar bijih timah yang berasal dari penambangan di lepas pantai maupun di darat diperlukan untuk mendapatkan produk akhir berupa logam timah berkualitas dengan kadar Sn yang tinggi dengan kandungan pengotor (impurities) yang rendah. Hasil pemisahan konsentrat, selain diperoleh kasiterit untuk dilebur, diperoleh juga mineral-mineral ikutan. Mineral-mineral terutama zirkon, monasit, ilmenit dan xenotim merupakan produk sampingan dari hasil pemisahan secara fisik yang mempunyai prospek ekonomi untuk dimanfaatkan. Pemisahan kasiterit dari pengotor, meningkatkan nilai ekonomi mineral ikutan tersebut, meskipun belum semua mineral ikutan, ekonomis untuk dimanfaatkan.

Konsentrat hasil dari proses pemisahan mempunyai kadar Sn 72%, selanjutnya dilebur pada smelter timah putih. Bijih timah setelah dipekatkan lalu dipanggang sehingga arsen dan belerang dipisahkan dalam bentuk oksida-oksida yang mudah menguap. Kemudian bijih timah yang sudah dimurnikan itu direduksi dengan karbon. Timah cair yang terkumpul di dasar tanur kemudian dialirkan ke dalam cetakan untuk memperoleh timah batangan. Proses peleburan merupakan proses melebur bijih timah menjadi logam Timah. Untuk mendapatkan logam timah dengan kualitas yang lebih tinggi, maka harus dilakukan proses pemurnian terlebih dahulu dengan menggunakan suatu alat pemurnian yang disebut crystallizer. Produk yang dihasilkan berupa logam timah dalam bentuk balok atau batangan. Produk yang dihasilkan juga dapat dibentuk sesuai permintaan.

2. 6      Senyawa-Senyawa Timah

Senyawaan timah yang penting adalah organotin, SnO₂, Stanat, timah klorida, timah hidrida, dan timah sulfide.

2.6.1    Senyawaan Organotin

Seperti yang telah dijelaskan diatas senyawa organotin adalah senyawa yang dibangun dari timah dan substituen hidrokarbon sehingga terdapat ikatan C-Sn. Contoh beberapa senyawa organotin ini adalah:

·         Tetrabutiltimah, dipakai sebagai material dasar untuk sintesis senyawaan di- dan tributil.

·         Dialkil atau monoalkil-timah, dipakai sebagai stabilisator panas dalam pembuatan PVC.

·         Tributil-Timah oksida, dipakai untuk pengawetan kayu.

·         Trifenil-Timah asetat, merupakan kristal putih yang dipakai untuk insektisida dan fungisida.

·         Trifenil-timah klorida dipakai sebagai biosida

·         Trimetil-timah klorida, dipakai sebagai biosida dan sintesis senyawa organic.

·         Trifenil-timah hidroksida, untuk fungisida dan engontrol serangga.

·         dll

Senyawa organotin dibuat dari reagen Grignard dengan timahtetraklorida. Metode yang lain adalah dengan menggunakan reaksi Wurtz seperti senyawaan alkil natrium dengan tmah halide ataupun dengan menggunakan reaksi pertukaran antara timah halide dengan senyawaan organo-aluminium.

2.6.2    Timah Oksida

Merupakan senyawa anorganik dengan rumus kimia SnO₂. Oksida timah ini merupakan oksida timah yang paling penting dalam pebuatan logam timah. SnO₂ memiliki struktur kristal rutile dimana setiap 1 atom Sn berkoordinasi dengan 6 atom oksigen. SnO₂ tidak larut dalam air akan tetapi larut dalam asam dan basa kuat. SnO₂ larut dalam asam halide membentuk heksahalostanat seperti:

SnO₂ + 6 HI  ->  H₂SnI₆ + 2 H₂O

Atau jika dilarutkan dalam asam maka:

SnO₂ + 6 H₂SO₄ -> Sn(SO₄)₂ + 2 H₂O

SnO₂ larut dalam basa membentuk stanat dengan rumus umum Na₂SnO₃. SnO₂ digunakan bersama dengan vanadium oksida sebagai katalis untuk oksidasi senyawa aromatic, dipakai sebagai pelapis, ataupun sebagai bahan pembuatan organotin.

2.6.3    Timah(II) Klorida

SnCl₂ berupa padatan kristal berwarna putih, dapat membentuk dihidrat yang stabil. SnCl₂ dipakai sebagai reduktor dalam larutan asam, dan juga dalam cairan electroplating. SnCl₂ dibuat dengan cara reaksi gas HCl kering dengan logam Sn.

Sn + 2 HCl  ->  SnCl₂  + H₂

SnCl₂ memiliki satu pasangan electron bebas. Dalam bentuk fasa gas maka molekul SnCl₂ berbentuk bengkok, sedangkan pada bentuk padatan SnCl₂ membentuk rantai yang saling terhubung dengan jembatan klorida. Selain dipakai sebagai reduktor SnCl₂ juga dipakai sebagai katalis, reagen analisis untuk raksa, dan juga dipakai sebagai aditif makanan untuk mempertahankan warna dan sebagai antioksidan.

2.6.4    Timah(IV) Klorida

Disebut juga stani klorida atau timah tetraklorida merupakan senyawaan kimia dengan rumus SnCl₄. Pada suhu kamar SnCl₄ ini merupakan cairan yang tidak berwarna dan akan membentuk kabut jika terjadi kontak dengan udara. SnCl₄ dipergunakan sebagai senjata kimia dalam perang dunia ke-1, dipakai untuk memperkuat gelas, dan sebagai bahan dasar pembuatan organotin.

2.6.5    Timah Sulfida

Senyawaan timah dengan belerang terdapat sebagai SnS yaitu timah (II) sulfide dan ada dialam sebagai mineral herzenbergite. Pebuatan SnS adalah dibuat dengan mereaksikan belerang, SnCl₂ dan H₂S.

Sn + S -> SnS

SnCl₂ + H₂S -> SnS + 2 HCl

Sedangkan timah (IV) sulfide memiliki rumus SnS₂ dan terdapat dialam sebagai mineral berndtite. Senyawa ini mengendap sebagai padatan berwarna coklat dengan penambahan H₂S pada larutan senyawa timah (IV) dan banyak dipakai sebagai ornament dekoratif karena warnanya mirip emas.

2.6.6    Timah Hidrida

Hidrida dari timah disebut sebagai stannan dan rumus formulanya adalah SnH₄. Hidrida timah ini dapat dibuat dengan cara mereaksikan antara SnCl₄ dengan LiAlH₄. Stannan terdekomposisi secara lambat menghasilkan loga timah dan gas hydrogen. Hidrida timah ini sangat analog dengan gas metana CH₄.

2.6.7    Stanat

Dalam ilmu kimia stanat berkoporasi dengan senyawaan:

·         Ortostanat yang memiliki rumus kimia SnO₄^4- contoh senyawaannya adalah K₄SnO₄ atau Mg₂SnO₄.

·         Metastanat yaitu MSnO₃ atau M₂SnO₃ yaitu campuran oksida atau polimerik anoin.

·         Perlu dicatat bahwa asam stanit yang merupakan precursor stanat sebenarnya tidak terdapat dialam dan ini sebenarnya merupakan hidrat dari SnO₂. Istilah stanat juga dipakai untuk sufiks penamaan senyawa misalnya SnCl₆^2- hesaklorostanat.

2.7       Logam Paduan atau Alloy dari Timah

2.7.1    Timah  Solder

Karakteristik timah solder ditentukan oleh dua faktor utama, yaitu komposisi campuran logam dan jenis flux yang terkandung didalam timah solder. Timah solder terbuat dari campuran lebih dari satu jenis logam, atau dikenal dengan istilah alloy. Dua jenis logam yang lazim digunakan dibidang elektronika adalah timah (Sn) dan timbal (Pb), dengan berbagai macam perbandingan campuran. Perbandingan campuran ini dinyatakan melalui angka persentase perbandingan timah/timbal (Sn/Pb), sebagai contoh 60/40 dan 63/37. Jenis logam lain, seperti perak (Ag) dan tembaga (Cu), juga dapat ditambahkan dalam jumlah kecil (dikisaran 1% - 2%) untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu.

Perbandingan campuran timah dan timbal mempengaruhi karakteristik timah solder, antara lain kekuatan sambungan solder, kelancaran aliran timah solder cair, titik lebur timah solder dan mekanisme perubahan wujud timah solder dari padat menjadi cair dan sebaliknya.

Kekuatan Sambungan Solder

Kekuatan sambungan solder dinyatakan melalui dua parameter, yaitu kekuatan tarik (tensile strength) dan kekuatan robek (shear strength). Kekuatan tarik dan robek timah solder dengan perbandingan campuran 60/40 adalah 52MPa dan 39MPa, sedangkan untuk perbandingan campuran 63/37 adalah 54MPa dan 37MPa.

Dapat dilihat bahwa perbedaan kekuatan sambungan solder antara timah solder dengan perbandingan campuran 60/40 dan 63/37 tidaklah signifikan. Kedua perbandingan campuran ini, dari sudut kekuatan sambungan solder yang dihasilkan, cocok untuk digunakan dibidang elektronika. Perlu ditambahkan bahwa kekuatan dan kualitas sambungan solder dapat ditingkatkan dengan menambahkan campuran logam perak dalam jumlah kecil (berkisar diantara 1% - 2%).

Flux

Flux merupakan bagian yang tak terpisahkan dari proses penyolderan. Flux adalah senyawa yang bersifat korosif dan berfungsi untuk menghilangkan lapisan oksidasi dari permukaan benda yang disolder, mencegah pembentukan lapisan oksidasi baru saat disolder dan menurunkan ketegangan permukaan (surface tension) timah solder cair.

Lapisan oksidasi menghalangi timah solder membasahi permukaan benda yang disolder, akibatnya adalah sambungan solder tidak menempel, atau dikenal dengan istilah cold joint. Sedangkan ketegangan permukaan yang lebih rendah akan memudahkan timah solder cair untuk mengalir membasahi permukaan benda yang disolder. Akibat lain dari kesalahan penggunaan flux adalah timah solder cair lengket dan tertarik oleh ujung alat solder, sehingga sambungan solder tidak rata dan berujung runcing.

Jenis-Jenis Flux

Flux, berdasarkan jenisnya, dapat digolongkan kedalam dua kategori, yaitu rosin dan senyawa asam (acid). Rosin terbuat dari getah pohon pinus atau konifer yang telah dibersihkan dan diolah. Flux senyawa asam haruslah dicuci bersih setelah proses penyolderan. Jika tidak, sisa flux yang tertinggal dan bersifat korosif akan merusak sambungan solder, kaki komponen dan permukaan papan cetak. Flux jenis ini juga bersifat menarik uap air dari udara sekitar (hygroscopic) dan jika dibiarkan akan menyebabkan arus pendek pada rangkaian elektronika.

Rosin, disisi lain, hanya aktif bekerja saat dipanaskan dengan alat solder. Setelah proses penyolderan selesai, flux rosin yang telah dingin kembali menjadi tidak aktif, tidak konduktif dan tidak korosif, sehingga dapat dibiarkan tinggal dipermukaan sambungan solder dan papan cetak tanpa perlu dicuci (no-clean flux). Selain flux rosin alami yang berasal dari getah pohon pinus, juga terdapat flux rosin buatan (synthetic rosin) dengan karakteristik menyerupai flux rosin alami.

Flux juga dapat dikategorikan berdasarkan tingkat keaktifannya, yaitu tidak aktif (inactive), aktif ringan (mildly active), aktif (active) dan sangat aktif (highly active). Flux tidak aktif hanya mencegah terbentuknya lapisan oksidasi baru saat sedang disolder. Sedangkan flux lainnya, selain mencegah, juga dapat membersihkan lapisan oksidasi yang telah terbentuk. Flux yang lebih aktif mampu membersihkan lapisan oksidasi yang lebih tebal dan noda-noda lain. Akan tetapi karena bersifat lebih korosif, flux jenis ini harus dibersihkan setelah proses penyolderan.

Kaki-kaki komponen elektronika yang baru lazimnya telah dilapisi dengan timah solder (tinned) dan dalam keadaan bersih. Oleh sebab itu, tidak diperlukan flux yang terlalu aktif. Flux yang tepat untuk digunakan dibidang elektronika adalah jenis rosin atau rosin sintetik aktif ringan yang tidak perlu dibersihkan (no-clean flux).

Flux Tambahan

Timah solder, terutama yang digunakan dibidang elektronika, sudah mengandung flux yang diisikan kedalam sejumlah saluran ditengah-tengah kawat timah solder (multi-core). Jumlah flux yang terkandung di dalam timah solder jenis ini biasanya berkisar diantara 1% - 4%, tergantung kepada jenis flux-nya. Jumlah saluran yang lebih dari satu ditujukan untuk memperbaiki dan meratakan penyebaran flux keseluruh permukaan benda yang disolder.

Flux tambahan juga tersedia dipasaran dan dapat dipakai jika benda yang disolder terlalu kotor dan timah solder cair gagal menempel. Akan tetapi, sebelum memutuskan untuk menggunakan flux tambahan, usahakan terlebih dahulu untuk membersihkan permukaan benda yang kotor dengan menggunakan sabut nilon atau ampelas yang sangat halus. Jika penggunaan flux tambahan tidak bisa dihindarkan, pastikan sisa-sisa flux dibersihkan setelah proses penyolderan.

2.7.2    Perunggu (Brons)

Paduan ini dikenal oleh manusia sejak lama sekali. Perunggu merupakan paduan antara Cu dan Sn dalam arti yang sempit. Tetapi dalam arti yang luas perunggu berarti paduan Cu dengan unsure logam lainnya selain dari Zn. Dibandingkan dengan tembaga murni dan kuningan perunggu merupakan paduan yang mudah dicor dan mempunyai kekuatan yang lebih tinggi, demikian juga ketahanan ausnya dan ketahanan korosinya oleh karena itu banyak dipergunakan untuk berbagai komponen mesin, bantalan, pegas, corak artistic,dsb.

 2.7.2.1  Perunggu timah putih

Sn adalah lebih mahal dari kuningan. Oleh karena itu kuningan dipergunakan sebagai bahan baku dan selanjutnya bahan yang dicampur 4-5% Sn dipergunakan untuk keperluan khusus sedangkan hampir semua paduan perunggu ini dalam industry dipakai dalam bentuk coran. Brons timah putih mempunyai sejarah yang lama sehingga dari penggunaannya paduan dasar dengan 8-12 % Sn dinamakan Gun Metal, paduan dengan 10% Sn dan 23 % Sn dinamakan Admiralty Gun Metal, sedangkan yang mengandung 18-23% Sn disebut ”Brons Bell” dan paduan yang mengandung 30-32% disebut ‘Brons kaca’.

2.7.2.2   Perunggu Posfor (brons posfor)

Pada paduan tembaga posfor berguna sebagai penghilang oksida, oleh karena itu penambahan posfor 0,05-0,5% pada paduan memberikan kecairan logam yang lebih baik. Brons posfor mempunyai sifat-sifat lebih baik dalam keelastisannya, kekuatan dan ketahanan terhadap aus. Ada tiga macam brons posfor yang dipergunakan dalam industry yaitu brons biasa yang tidak mempunyai kelebihan P yang tidak dipakai dalam proses menghilangkan oksida, brons posfor untuk pegas dengan kadar 0,05-0,15% yang ditambahkan kepada brons yang mengandung Sn kurang dari 10% dan brons posfor untuk bantalan yang mengandung 0,3-1,5% P ditambahkan kepada brons yang mengandung lebih dari 10% Sn.

2.7.2.3   Brons Aluminium

              Paduan yang dipergunakan dalam industry mengandung 6-7% Al dipergunakan untuk pabrikasi dan paduan dengan 9-10% Al dipergunakan untuk coran. Paduan ini mempunyai kekuatan yang baik dari pada brons timah putih dengan sifat mampu bentuk yang lebih dan ketahanan korosi yang baik, sehingga pengunaannya lebih luas. Tetapi mampu cornya kurang baik sehingga memerlukan teknik yang khusus pada pengecorannya.

2.7.2.4   Perunggu Bebas Seng

Perunggu bebas seng dinamakan juga perunggu tulen atau perunggu timah, yaitu perunggu tuang dari Cu ditambah 10%, 14%, atau 20% Sn tanpa campuran tambahan lain. Bahan itu digunakan untuk pentil yang harus mempunyai syarat tinggi terhadap korosi dan ketangguhan (10% Sn). Selain itu juga untuk bantalan-bantalan yang harus mempunyai syarat-syarat tinggi untuk sifat luncur (14% Sn) dan untuk bantalan-bantalan tekan dengan syarat tinggi untuk kekerasan (20% Sn).

2.7.2.5   Perunggu Bebas Seng Paduan Kepal

Mempunyai 1,5% sampai setinggi-tingginya 10% timah putih dan selain itu fosfor dalam persentase yang sangat kecil, yaitu setinggi-tingginya 0,35. Campuran ini dahulu dinamakan perunggu fosfor. Dipakai untuk profil-profil, batang-batang, kawat, pelat, dan pipa-pipa yang dicanai dan ditarik.

2.7.2.6   Perunggu Seng

Perunggu seng ialah perunggu tembaga timah dengan tambahan seng 2% sampai 7%. Bahan itu dipakai terutama untuk bantalan-bantalan (campuran tuang).

2.7.2.7   Perunggu silicon

Perunggu silicon baik sebagai paduan tuang maupun paduan kepal mempunyai kadar Si 0,5% samapai 4,5%. Selain dari itu ada bahan-bahan tambahan dari timah, nikel, mangan, besi, dan seng dalam bermacam-macam persenyawaan. Sebagian dapat dijadikan misalnya cupoder yang mempunyai tahan tarik dan kekerasan yang tinggi.

2.7.2.8   Perunggu Timbel

Perunggu timbel mempunyai kadar timbel (Pb) 5-35%. Jika perlu dengan tambahan Sn dan Ni sebagai blok-blok bantalan yang berupa lapisan tipis dalam bus bantalan.

2.8       Kegunaan Timah

Data pada tahun 2006 menunjukkan bahwa logam timah banyak dipergunakan untuk solder (52%), industri plating (16%), untuk bahan dasar kimia (13%), kuningan & perunggu (5,5%), industri gelas (2%), dan berbagai macam aplikasi lain (11%).

2.8.1    Logam Timah dan Paduannya

Logam timah banyak manfaatnya baik digunakan secara tunggal maupun sebagai paduan logam (alloy) dengan logam yang lain terutama dengan logam tembaga. Logam timah juga sering dipakai sebagai container dalam berbagai macam industri. Contoh-contoh paduan antara tembaga dan timah adalah:

·         Pewter, merupakan paduan antara 85-99% timah dan sisanya tembaga, antimony, bismuth, dan timbale. Banyak dipakai untuk vas, peralatan ornament rumah, atau peralatan rumah tangga.

·         Bronze adalah paduan logam timah dengan tembaga dengan kandungan timah sekitar 12%.

·         Fosfor Bronze adalah paduan bronze yang ditambahkan unsur fosfor.

2.8.2    Plating

Logam timah banyak dipergunakan untuk melapisi logam lain seperti seng, timbale dan baja dengan tujuan agar tahan terhadap korosi. Aplikasi ini banyak dipergunakan untuk melapisi kaleng kemasan makanan dan pelapisan pipa yang terbuat dari logam.

2.8.3    Superkonduktor

Timah memiliki sifat konduktor dibawah suhu 3,72 K. Superkonduktor dari timah merupakan superkonduktor pertama yang banyak diteliti oleh para ilmuwan contoh superkonduktor timah yang banyak dipakai adalah Nb₃Sn.

2.8.4    Solder

Solder sudah banyak dipakai sejak dahulu kala. Timah dipakai dalam bentuk solder merupakan campuran antara 5-70% timah dengan timbale akan tetapi campuran 63% timah dan 37% timbale merupakan komposisi yang umum untuk solder. Solder banyak digunakan untuk menyambung pipa atau alat elektronik

2.8.5    Pembuatan Senyawa Organotin

Senyawa organoti merupakan senyawa kimia yang terdiri dari timah (Sn) dengan hidrokarbon membentuk ikatan C-Sn. Senyawa ini merupakan bagian dari golongan senyawa organometalik. Senyawa ini banyak dipakai untuk sintesis senyawa organic, sebagai biosida, sebagai pengawet kayu, sebagai stabilisator panas, dan lain sebagainya.

2.8.6    Pembuatan Senyawaan Kimia Untuk Berbagai Keperluan

Logam timah juga dipakai untuk membuat berbagai maca senyawaan kimia. Salah satu senyawa kimia yang sangat penting adalah SnO₂ dimana dipakai untuk resistor dan dielektrik, dan digunakan untuk membuat berbagai macam garam timah. Senyawa SnF₂ merupakan aditif yang banyak ditambahkan pada pasta gigi. Senyaan timah, tembaga, barium, kalsium dipakai untuk pembuatan kapasitor. Dan tentu saja senyawaan kimia juga sering dipakai untuk pembuatan katalis.

2.8.7    Kegunaan Timah di Industri

·         Timah klorida (SnCl₂) : digunakan dalam pembuatan zat warna, polimer, dan tekstil; di silvering satu mirror; sebagai pengawet makanan; sebagai aditif dalam parfum digunakan dalam sabun, dan sebagai agen anti-Cumming dalam minyak pelumas

·         Timah oksida (SnO ₂): digunakan dalam pembuatan kaca jenis khusus, glasir keramik dan warna, parfum dan kosmetik, dan tekstil, dan sebagai bahan polishing untuk baja, kaca, dan bahan lainnya

·         Timah kromat (SnCrO₄ atau Sn (CrO₄) ₂ ): kekuning-kuningan-coklat senyawa cokelat digunakan sebagai zat pewarna untuk porselen dan porselen

2.8.8    Kegunaan Timah bagi Manusia

·         Melapisi logam lain

·         Kemasan makanan

·         Pelindung kayu

·         Casing telepon genggam

·         Konstruksi bangunan

·         Pelat Timah

·         Campuran Tambal Gigi

·         Lapisan timah pada stik golf & peningkatan penyedia amunisi untuk senjata olah raga

·         Tutup Botol Anggur

·         Logam Hijau

·         Industri farmasi

2.9       Bahaya Timah

2.9.1    Bahaya pada Kesehatan

•      Efek akut adalah:

–     Mata dan kulit iritasi

–     Headaches

–     Sakit perut 

–     Penyakit dan pusing 

–     Berat berkeringat 

–     Sesak napas 

–     Masalah buang air kecil 

•      Efek jangka panjang adalah: 

–     Depresi 

–     Kerusakan hati

–     Gangguan fungsi sistem kekebalan 

–     Kerusakan kromosom 

–     Kekurangan sel darah merah 

–     Kerusakan otak (menyebabkan kemarahan, gangguan tidur, pelupa dan sakit kepala)

2.9.2    Bahaya pada Lingkungan

•      Kaleng sebagai atom tunggal atau molekul tidak sangat beracun terhadap beberapa jenis organisme, bentuk racun adalah bentuk organik

•      Ada berbagai jenis timah organik yang dapat sangat bervariasi di toksisitas. Tributyltins merupakan komponen timah paling beracun untuk ikan dan jamur, sedangkan trifenyltin jauh lebih beracun bagi fitoplankton. 

2.10     Penanggulangan dari Bahaya Timah

Jumlah timah yang sedikit dalam makanan tidak berbahaya. Limit dalam makanan di Amerika Serikat adalah 300 mg/kg. Senyawa timah triakil dan triaril digunakan sebagai racun biologi (biocides) dan perlu ditangani secara hati-hati.

Jumlah kecil timah dalam makanan kaleng tidak berbahaya bagi manusia. Senyawa timah trialkil dan triaril berbahaya bagi makhluk hidup dan harus ditangani secara hati-hati. Timah juga digunakan dalam pembuatan grenjeng rokok (timah putih), pada longsongan peluru (timah hitam).

BAB III

SELENIUM (Se)

3.1  Selenium

Selenium adalah suatu unsur kimia yang memiliki lambing Se dan nomor atom 34. Dalam tabel periodik terletak pada golongan VI A. Selenium bersifat nonlogam. Kata selenium berasal dari nama Dewi Bulan, Selene.

Selenium ditemukan pada 1817 oleh Jöns Jakob Berzelius, yang menemukan unsur yang terkait dengan telurium (dinamai Bumi). Hal ini ditemukan sebagai produk sampingan dari produksi asam sulfat. Ini datang untuk melihat medis kemudian karena toksisitas pada manusia yang bekerja di industri. Hal ini juga diakui sebagai racun hewan penting.

Pada tahun 1954, petunjuk pertama dari fungsi biologis tertentu selenium ditemukan dalam mikroorganisme. Esensialitas terhadap kehidupan mamalia ditemukan pada tahun 1957. Pada 1970-an, ditunjukkan untuk hadir dalam dua set independen enzim. Hal ini diikuti oleh penemuan selenocysteine ​​dalam protein.

Selama tahun 1980-an, itu menunjukkan bahwa selenocysteine ​​dikodekan oleh TGA kodon. Mekanisme recoding telah dikerjakan pertama di bakteri dan kemudian pada mamalia (lihat unsur SECIS). Pertumbuhan konsumsi selenium secara historis didorong oleh pengembangan mantap menggunakan baru, termasuk aplikasi dalam peracikan karet, baja paduan, dan selenium rectifier. Selenium juga merupakan bahan penting dalam drum printer laser dan mesin fotokopi.

Pada tahun 1970, selenium dalam rectifier itu sebagian besar telah digantikan oleh silikon, namun penggunaannya sebagai fotokonduktor di dataran-kertas mesin fotokopi telah menjadi aplikasi terkemuka. Selama tahun 1980, aplikasi fotokonduktor menurun (meskipun masih penggunaan akhir-besar) sebagai mesin fotokopi lebih dan lebih menggunakan photoconductors organik yang diproduksi.

Pada waktu saat ini, penggunaan terbesar selenium di seluruh dunia dalam pembuatan kaca, diikuti oleh bahan kimia dan menggunakan dalam pigmen. Menggunakan elektronik, meskipun sejumlah aplikasi terus, terus menurun. Pada akhir 1990-an, penggunaan selenium (biasanya dengan bismut) sebagai aditif untuk pipa kuningan untuk memenuhi tidak ada standar lingkungan memimpin menjadi penting. Saat ini, total produksi dunia selenium terus meningkat sederhana.

Keterangan umum unsur
Deret kimia	Nonmetals
Golongan, periode, blok	16, 4, p
penampilan	Gray, metallic luster
Massa atom	78.96(3)  g/mol
Konfigurasi elektron	[Ar] 3d10 4s2 4p4
Jumlah elektron tiap kulit	2, 8, 18, 6

3.2 Sifat fisik, kimia, mekanik selenium

Ciri ciri fisik
Fase	Solid
Massa jenis (sekitar suhu kamar)	(gray) 4.81 g/cm3 (alpha) 4.39 g/cm3 (vitreous) 4.28 g/cm3
Massa jenis cair pada titik lebur	3.99 g/cm3
Titik lebur	494 K (221 °C, 430 °F)
Titik didih	958 K (685 °C, 1265 °F)
Titik kritis	1766 K 27.2 MPa
Kalor peleburan	(gray) 6.69 kJ/mol
Kalor penguapan	95.48 kJ/mol
Kapasitas kalor	95.48 kJ/mol

Sifat kimia
Strukturkristal	Hexagonal
Bilanganoksidasi	±2, 4, 6 (strongly acidic oxide)
Elektronegativitas	2.55 (skala Pauling)
Energi ionisasi (detil)	ke-1: 941.0 kJ/mol
	ke-2: 2045 kJ/mol
	ke-3: 2973.7 kJ/mol
Jari-jari atom	115pm
Jari-jari atom (terhitung)	103pm
Jari-jarikovalen	116pm
Jari-jari Van der Waals	190pm

Beberapa sifat kimia lainnya:

a)    Reaktif

b)    Mudah bereaksi dengan H₂, F₂, Cl₂, dan Br₂

c)    Bereaksi dengan asam nitrat dan asam sulfat

d)   Bereaksi dengan logam lainnya membentuk senyawa selenida, contoh: MgSe

e)    Bereaksi dengan O₂ membentuk api berwarna biru atau disebut SeO₂ (selenium dioksida) yang berbau busuk.

Sifat mekanik
Konduktivitas termal	(300 K) (amorphous) 0.519 W/(m·K)
Ekspansi termal	(25 °C) (amorphous) 37 µm/(m·K)
Kecepatan suara (kawat tipis)	(20 °C) 3350 m/s
Modulus Young	10 Gpa
Modulus geser	3.7 Gpa
Modulus ruah	8.3 Gpa
Nisbah Poisson	0.33
Skala kekerasan Mohs	2.0
Kekerasan Brinell	736 Mpa

3.3 Pembuatan

   Selenium jarang ditemukan dalam keadaan bebas di alam. Selenium ditemukan dalam beberapa mineral yang cukup langka seperti kruksit dan klausthalit. Beberapa tahun yang lalu, selenium didapatkan dari debu cerobong asap yang tersisa dari proses bijih tembaga sulfida. Sekarang selenium di seluruh dunia dihasilkan dari pemurnian kembali logam anoda dari proses elektrolisis tembaga. Selenium diperoleh dari memanggang endapan hasil elektrolisis dengan soda atau asam sulfat, atau dengan meleburkan endapan tersebut dengan soda  dan niter (mineral  yang mengandung kalium nitrat).

3.4 Paduan Selenium

Beberapa mineral selenium adalah:

·         Berzelianite (Copper Selenide)

·         Clausthalite (Lead Selenide)

·         Eucairite (Silver Copper Selenide)

·         Hakite (Copper Mercury Silver Antimony Selenium Sulfide)

·         Klockmannite (Copper Selenide)

·         Palladseite (Palladium Selenide)

·         Penroseite (Nickel Selenide)

·         Selen-tellurium  (Selenium Tellurium)

·         Tiemannite (Mercury Selenide)

·         Umangite (Copper Selenide)

3.5 Kegunaan selenium

3.5.1  Kegunaan selenium di industri

·      Digunakan sebagai tinta fotografi untuk memperbanyak salinan dokumen, surat dan lain-lain

·      di bawah titik cairnya, selenium adalah semi konduktor tipe p dan memiliki banyak kegunaan dalam penerapan elektronik

·      digunakan dalam industri kaca untuk mewarnai kaca dan lapisan email gigi yang berwarna rubi

·      digunakan sebagai bahan tambahan pembutan baja tahan karat.

·      Karena sifat-sifatnya fotovoltaik dan fotokonduktif, selenium digunakan dalam fotokopi, photocells, meter cahaya dan sel surya.

·      Lembar selenium amorf mengkonversi gambar x-ray, dalam xeroadiography dan solid-state, x-ray kamera panel datar

3.5.2 Kegunaan selenium bagi manusia

Selenium adalah mineral penting yang sangat dibutuhkan oleh tubuh sebagai antioksidan untuk meredam aktivitas radikal bebas. Selenium bekerja sebagai kofaktor untuk enzim yang terlibat dalam oksidasi asam lemak dan penghancuran asam amino.

Manfaat Selenium bagi tubuh:

·         Menangkal radikal bebas

Di dalam tubuh setiap orang terdapat kemampuan untuk melawan radikal bebas yang bias menghancurkan sel dan menimbulkan berbagai penyakit berbahaya seperti kanker, penyakit jantung, dan penuaan dini. Di dalam tubuh, selenium bekerjasama dengan vitamin E sebagai zat antioksidan.

·         Meningkatkan kekebalan tubuh

Selenium dapat memperbaiki system imunitas (kekebalan tubuh) dan berperan dalam fungsi kelenjar tiroid dan dalam setiap sel yang menggunakan hormone tiroid, dengan berpartisipasi sebagai kofaktor untuk tiga deiodinases diketahui hormon tiroid, yang mengaktifkan dan kemudian menonaktifkan berbagai hormon tiroid metabolitnya. Ini mungkin menghambat penyakit Hashimotos, di mana sel-sel tubuh sendiri tiroid diserang sebagai asing.

·        Mencegah HIV

      Selenium banyak terdapat pada ikan, telur, daging, sereal, kacang. diketahui dapat menghambat replikasi HIV. Selenium bergabung dengan protein dalam bentuk asam amino, yang disebut selenoprotein, Zat ini mengurangi tekanan tyang disebabkan oleh infeksi, dan memperlambat penyebaran infeksi.
Pada tahap pertama infeksi, HIV memproduksi berbagai protein yang memicu pengeluaran gen lain yang dibutuhkan virus untuk menopang dirinya. Salah satunya tat, yang juga membantu replikasi virus. Diyakini, tat mengincar dan menurunkan selenoprotein saat virus mulai menginfeksi. Untuk itu dilakukan penelitian yang meningkatkan selenoprotein di tubuh. Peneliti mengisolasi sel darah dari individu tanpa HIV, lalu menginfeksinya dengan HIV. Kemudian ditambahkan sejumlah kecil selenium ke kultur (biakan) sel. Hasilnya menunjukkan, penambahan selenium menghambat replikasi HIV sampai setidaknya 10x lipat, dibandingkan kultur sel yang tidak ditambahkan selenium. Ketika mereka mengurangi produksi selenoproein, ditemukan terjadi peningkatan replikasi virus 3,5x lipat. Kemungkinan, selenoprotein bekerja dengan merusak struktur kimia tat, yang pada akhirnya mengurangi kemampuan virus bereplikasi. Jika fungsi selenium telah dimengerti sepenuhnya, obat yang lebih efektif untuk HIV bisa diciptakan.

·         Mempertahankan elastisitas tubuh

Bersama vitamin E, selenium berfungsi mempertahankan elastisitas jaringan dan bila kadar selenium berkurang maka tubuh akan mengalami penuaan dini, yaitu kondisi sel yang rusak sebelum waktunya.

·         Mineral selenium merupakan zat yang mempunyai efek sebagai anti kanker dengan mengatasi kerusakan gen dan sistem kekebalan tubuh

·         Mengeluarkan logam berat dari dalam tubuh

·         Mineral selenium merupakan zat yang dapat melindungi kerusakan jantung dan pembuluh darah melalui kerja enzim glutathione peroxidase yang mencegah oksidasi lemak dan mengurangi perlengketan zat-zat pembeku darah (trombosit).

·         Dapat membantu menghambat oksidasi kolesterol sebagai pemicu terjadinya kekakuan dinding pembuluh darah dan penyumbatan aliran darah.

Orang dewasa dianjurkan untuk mengonsumsi, 55 mikrogram (mcg) selenium setiap hari. Namun perempuan dewasa yang sedang hamil dianjurkan meningkatkan asupan selenium menjadi 60 mcg per hari. Kebutuhan tersebut akan meningkat saat seorang ibu harus menyusui, menjadi sebesar 70 mcg per hari.

Selenium berasal dari kacang-kacangan, sereal, daging, ikan, dan telur. Dalam urutan konsentrasi, tingkat tinggi juga ditemukan di ginjal, tuna, kepiting, dan lobster.

3.6 Tingkat bahaya selenium

3.6.1 Kekurangan selenium

Gejala-gejala yang timbul akibat kekurangan selenium, bias dijelaskan dengan berkurangnya antioksidan dalam jantung, hati dan otot, yang mengakibatkan kematian jaringan dan kegagalan organ

Kekurangan selen dapat menurunkan daya kerja vitamin E hingga 50%. Penurunan daya kerja vitamin E dapat memicu penyakit yang lainnya seperti, myoglobinuria, atau kencing berwarna merah darah akibat mioglobin dalam otot melebur dalam darah.

Ada beberapa jenis penyakit yang terkait dengan kekurangan selen yaitu:

1. Penyakit Keshan.

Penyakit Keshan adalah sejenis penyakit kardiomiopati yang terutama memengaruhi anak usia 2-10 tahun. Kardiomiopati adalah penyakit melemahnya fungsi otot jantung yang dapat beresiko menimbulkan gangguan irama detak jantung (bias terlalu cepat, terlalu lambat, kadang teratur, kadang tidak teratur) dan juga beresiko menimbulkan kematian akibat serangan jantung mendadak.

2. Penyakit Kashin Beck

Penyakit Kashin-Beck merupakan penyakit osteoarthritis yang biasanya terjadi terutama pada remaja. Osteoarthritis yaitu penyakit yang timbul akibat terjadinya kemunduran fungsi sendi

3. Myxedematous Endemic Cretinism, yang menyebabkan retardasi mental

3.6.2 Kelebihan selenium

Kelebihan selenium dapat menimbulkan efek yang sangat berbahaya, yaitu karena mengonsumsi selenium melebihi dosis

Gejalanya terdiri dari

-          mual dan muntah

-          rambut dan kuku rontok

-          kerusakan saraf

Akibatnya:

·         menyebabkan gejala gastrointestinal, perubahan dermatologi, gangguan neuromuskuler-psikiatri, disfungsihati dan ginjal, trombositopenia, dll.

·         Gangguan fungsi endokrin, termasuk sintesis hormon tiroid.

·         Dapat menurunkan motilitas sperma.

·         Menyebabkan masalah perilaku seperti lekas marah atau kelelahan pada anak.

3.6.3 Bahaya selenium di lingkungan

Selenium dalam keadaan padat,  dalam jumlah yang cukup dalam tanah, dapat memberikan dampak fatal pada tanaman pakan hewan.  Terpapar dengan senyawa selenium di udara tidak boleh melebihi kadar 0.2 mg/m3 (selama 8 jam kerja perhari-40 jam seminggu)

Beberapa jenis tanaman dianggap indicator kadar selenium tinggi tanah, karena mereka membutuhkan tingkat tinggi selenium untuk tumbuh subur. Hal ini dimanfaatkan juga untuk mempertahankan diri dari herbivora. Beberapa tanaman yang bias digunakan sebagai indikator selenium yaitu genus Astragalus  (termasuk beberapa locoweeds), (Stanleya sp.), Aster kayu (Xylorhiza sp.), Dan goldenweed palsu (Oonopsis sp.)