Pembuatan Nanosilikon Dari Pasir Alam Kecamatan Tanjung Tiram Kabupaten Asahan Secara Magnesiotermik Dengan Penambahan Natrium Klorida Sebagai Penyerap Kalor

PEMBUATAN NANOSILIKON DARI PASIR ALAM KECAMATAN
TANJUNG TIRAM KABUPATEN ASAHAN SECARA
MAGNESIOTERMIK DENGAN PENAMBAHAN NATRIUM
KLORIDA SEBAGAI PENYERAP KALOR

SKRIPSI

SUWANDY
100802056

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

Universitas Sumatera Utara

PEMBUATAN NANOSILIKON DARI PASIR ALAM KECAMATAN
TANJUNG TIRAM KABUPATEN ASAHAN SECARA
MAGNESIOTERMIK DENGAN PENAMBAHAN NATRIUM

KLORIDA SEBAGAI PENYERAP KALOR

SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

SUWANDY
100802056

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

Universitas Sumatera Utara

PERSETUJUAN

Judul

Kategor
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas

: Pembuatan Nanosilikon Dari Pasir Alam Kecamatan
Tanjung Tiram Kabupaten Asahan Secara
Magnesiotermik Dengan Penambahan Natrium Klorida
Sebagai Penyerap Kalor
: Skripsi
: Suwandy
: 100802056
: Sarjana (S1) Kimia
: Kimia
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumataera Utara

Disetujui di

Medan, Agustus 2015
Komisi Pembimbing

:

Pembimbing 2,

Pembimbing 1,

Dra. Saur Lumban Raja ,M.Si
NIP. 195506231986011002

Dr. Andriayani, M.Si
NIP 196903051999032001

Disetujuioleh
Departemen Kimia FMIPA USU
Ketua,

Dr. Rumondang Bulan,MS

NIP. 195408301985032001

Universitas Sumatera Utara

PERNYATAAN

PEMBUATAN NANOSILIKON DARI PASIR ALAM KECAMATAN
TANJUNG TIRAM KABUPATEN ASAHAN SECARA MAGNESIOTERMIK
DENGAN PENAMBAHAN NATRIUM KLORIDA
SEBAGAI PENYERAP KALOR

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juli 2015

Suwandy
100802056

Universitas Sumatera Utara

PENGHARGAAN

Namo Buddhaya saya ucapkan terima kasih atas segala berkat dan kasih
karunia yang dilimpahkan-Nya sehingga penulis diberikan kesanggupan dalam
menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi ini dalam waktu yang telah
ditetapkan-Nya
Dengan segala kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada Dr.Andriayani selaku pembimbing I dan kepada Dra. Saur
Lumban Raja, M.Si yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan selama
penulisan tugas akhir ini serta kepada Dr. Nimpan Bangun, M.Sc yang telah
mengajarkan pengetahuan tentang kimia serta dukungan dana dalam menyelesaikan
penelitian hingga penulisan skripsi ini. Terima kasih kepada ibu Dr. Rumondang
Bulan, MS dan bapak Albert Pasaribu, M.Sc selaku ketua dan sekretaris Departemen
Kimia FMIPA-USU Medan dan seluruh dosen FMIPA-USU yang telah membimbing
penulis selama perkuliahan.
Penulis juga mengucapkan terima kasih sebesar – besarnya kepada kedua
orang tua, ibu Fong Chai Wan dan Alm. ayah Lau Tjen Siong dan juga kepada

paman saya Harianto, bibi saya Lau Guan Kheng serta adik saya Sunardy yang telah
memberikan dukungan moral maupun materil yang tiada terhitung nilainya.
Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada seseorang yang istimewa
yang telah setia memberi dukungan selama penulisan skripsi ini Sisca Melia.
Dan yang terakhir, penulis juga
mengucapkan terimakasih kepada Laboran
Laboratorium Ilmu Dasar USU, serta seluruh asisten Laboratorium Kimia Anorganik
yang telah banyak membantu dalam proses penyusunan skripsi ini.
Penulis

Universitas Sumatera Utara

PEMBUATAN NANOSILIKON DARI PASIR ALAM
KECAMATAN TANJUNG TIRAM KABUPATEN ASAHAN
SECARA MAGNESIOTERMIK DENGAN PENAMBAHAN
NATRIUM KLORIDA SEBAGAI PENYERAP KALOR

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian pembuatan nanosilikon dari pasir alam Kecamatan

Tanjung Tiram, Kabupaten Asahan secara magnesiotermik dengan penambahan
natrium klorida untuk menyerap kelebihan kalor yang dihasilkan oleh magnesium dan
kelebihan kalor akibat berlebihnya waktu pemanasan dengan tujuan untuk mencegah
partikel nanosilikon yang dihasilkan agar tidak meleleh dan membentuk aglomerasi,
sehingga dihasilkan nanosilikon yang memiliki ukuran partikel yang lebih kecil.
Dimana pasir yang akan digunakan terlebih dahulu dihaluskan dan diisolasi silikanya,
kemudian silika yang diperoleh diultrasonik dengan NaCl dengan perbandingan mol
1:10. Silika kemudian direduksi dengan magnesium dengan perbandingan mol 1:2
sebanyak dua kali yaitu pada suhu 800°C selama 6 jam dan pada suhu 800°C selama 7
jam. Pengujian produk nanosilikon yang dihasilkan dilakukan dengan menggunakan
difraktometer dan mikroskop transmisi elektron (TEM). Data yang diperoleh
menunjukkan bahwa produk nanosilikon hasil reaksi selama 6 jam memiliki
kemurnian 49,4% dengan ukuran partikel 42,585 nm – 61,064 nm, dan dari data TEM
juga menunjukkan bahwa ukuran partikel nanosilikon yang dihasilkan belum merata,
sedangkan produk nanosilikon hasil reaksi selama 7 jam memiliki kemurnian 29%
dengan ukuran partikel 47,180 nm – 62,586 nm.

Kata Kunci: Pasir alam, Magnesiotermik, Nanosilikon, Ultrasonik, Silika.

Universitas Sumatera Utara

THE SYNTHESIS OF NANOSILICON FROM NATURAL SAND
DISTRICT TANJUNG TIRAM REGENCY OF ASAHAN
BY MAGNESIOTERMIC METHOD WITH SODIUM CHLORIDE
AS CALOR ABSORBER

ABSTRACT

The research of synthesis nanosilicon from natural sand from District Tanjung Tiram
Regency of Asahan by magnesiothermic method with sodium chloride as calor
absorber have been done. The adding of natrium chloride aims to absorb the excess
heat that was produced by magnesium and excess heat that was produced by excess
heating time in order to prevent the nanosilicon’s particle from melting and formed
aglomeration, so the nanosilicon that have small particle could be obtained. The sand
that would be used were pureed first and isolated the silica from it, after that, the silica
were ultrasonicated with NaCl with 1:10 molar ratio. Silica that have been obtained
were reducted twice by magnesium with 1:2 molar ratio. First, the silica were reducted
at 800°C for 6 hours and the second the silica were reducted at 800°C for 7 hours.
Product of nanosilicon were characterized by diffractometer and transmission electron
microscop (TEM). The result showed that the product nanosilicon for 6 hours have

purity 49,4% and its particle size was 42,585 nm – 61,064 nm and from the TEM we
got that the particle size of nanosilicon were uneven, while the nanosilicon for 7 hours
have purity 29% and its particle size was 47,180 nm – 62,585 nm.
Keyword: Natural sands, Magnesiothermic, Nanosilicon, Ultrasonic, Silica.
.

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran
Daftar Singkatan

Bab 1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
1.2. Permasalahan
1.3. Pembatasan Masalah
1.4. Tujuan Penelitian
1.5. Manfaat Penelitian
1.6. Lokasi Penelitian
1.7. Metodologi Penelitian

Halaman
i
ii
iii
iv
v
vi
viii
ix
xi
xii

1
3
3
4
4
4
5

Bab 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pasir Kuarsa
2.2. Silika
2.3. Silikon
2.4. Nanosilikon
2.5. Metode Reduksi Silika
2.6. Struktur Kristal
2.7. Karakterisasi Nanosilikon
2.7.1. Difraksi Sinar X
2.7.2. Mikroskop Transmisi Elektron
2.8. Ultrasonik
2.8.1. Cleaning Bath Ultrasonic

6
7
9
10
11
14
17
17
19
20
21

Bab 3. METODE PENELITIAN
3.1. Alat dan Bahan
3.1.1. Alat – alat
3.1.2. Bahan – bahan
3.2. Prosedur Penelitian
3.2.1. Preparasi Pasir Kuarsa
3.2.2. Pemurnian Silika dari Pasir Kuarsa
3.2.3. Ultrasonik Silika dengan NaCl
3.2.4. Reduksi Silika Menjadi Nanosilikon
3.2.5. Pemurnian Hasil Reduksi

22
22
23
23
23
23
24
24
24

Universitas Sumatera Utara

3.2.5.1. Pemurnian Tahap I
3.2.5.2. Pemurnian Tahap II
3.2.5.3. Pemurnian Tahap III
3.2.5.4. Pemurnian Tahap IV
3.3. Bagan Penelitian
3.3.1. Preparasi Pasir Kuarsa
3.3.2. Pemurnian Silika dari Pasir Kuarsa
3.3.3. Ultrasonik Silika dengan NaCl
3.3.4. Reduksi Silika Hasil Ultrasonik Menjadi Nanosilikon
3.3.5. Tahap Pemurnian Nanosilikon
Bab 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pembuatan Silikat dari Pasir Alam
4.2. Ultrasonik Silika dengan NaCl
4.3. Reaksi Silikat dengan Magnesium
4.3.1. Reaksi Pada Suhu 800°C selama 6 jam
4.3.2. Reaksi Pada Suhu 800°C selama 7 jam

24
24
25
25
26
26
27
28
29
29

33
40
40
40
50

Bab 5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
5.2. Saran

56
56

Daftar Pustaka

57

Lampiran

60

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Nomor
Tabel

2.1.
2.2.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.

4.6.

4.7.

4.8.
4.9.
4.10.
4.11.
4.12.
4.13.
4.14.

Judul

Halaman

Sifat – sifat silika.
Bentuk – bentuk Silika.
Komposisi Silikat Hasil Pemurnian dari Pasir Alam
Perhitungan Distribusi Ukuran Partikel Silikat Hasil
Pemurnian dari Pasir Alam
Tabel Perhitungan Penentuan nilai �
2
Perhitungan Penentuan Nilai sin2θ dari persamaan � = �� 2 �
Kandungan Nanosilikon dan Pengotor Hasil Reaksi
pada Suhu 800°C selama 6 jam dengan Pencucian
menggunakan HCl 2N
Kandungan Nanosilikon dan Pengotor Hasil Reaksi
pada Suhu 800°C selama 6 jam dengan Pencucian
menggunakan campuran pelarut HCl 2N
dan CH3COOH 25%
Kandungan Nanosilikon dan Pengotor Hasil Reaksi
pada Suhu 800°C selama 6 jam dengan Pencucian
menggunakan campuran pelarut CH3COOH 25%
dan HF 4,8%
Perhitungan Distribusi Ukuran Partikel Nanosilikon
Hasil Reaksi Pada Suhu 800°C selama 6 jam
Perhitungan Nilai Bidang Refleksi Kristal Nanosilikon
Hasil Reaksi pada Suhu 800°C selama 6 jam
Perhitungan Konstanta Lattice Kristal Nanosilikon
Hasil Reaksi Pada Suhu 800°C selama 6 jam
Kandungan Nanosilikon dan Pengotor Hasil Reaksi
pada Suhu 800°C selama 7 jam
Distribusi Ukuran Partikel Nanosilikon hasil reaksi
selama 7 jam pada Suhu 800°C
Perhitungan Nilai Bidang Refleksi Kristal Nanosilikon
Hasil Reaksi pada Suhu 800°C selama 7 jam
Perhitungan Konstanta Lattice Kristal Nanosilikon
Hasil Reaksi Pada Suhu 800°C selama 7 jam

7
8
34
35
37
38

41

43

44
45
48
49
51
52
54
55

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Nomor
Gambar
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.11.
2.12.
2.13.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.

Judul

Halaman

Pasir Kuarsa.
Serbuk Nanosilikon.
Hasil analisis TEM nanosilikon.
Proses reduksi silika dengan karbon.
Struktur Kristal dalam sistem sumbu X, Y, Z.
Struktur Kristal Kubik berpusat Badan ( BCC).
Struktur Kristal Kubik berpusat Muka ( FCC ).
Struktur Sel Satuan Hexagonal Closed – Packed.
Indikasi Miller mengenai bidang dalam kristal kubik.
Difraksi sinar X.
Skema Mikroskop Transmisi Elektron.
Fenomena kavitasi.
Gambar Indirect dan direct bath ultrasonic
Difraktogram Silikat 115 mesh Hasil Pemurnian
dari Pasir Alam
Difraktogram nanosilikon hasil pencucian
dengan HCl 2N
Difraktogram nanosilikon hasil pencucian
dengan campuran pelarut HCl 2N dan CH3COOH 25%
Difraktogram nanosilikon hasil pencucian dengan
campuran pelarut CH3COOH 25% dan HF 4,8%
Foto TEM Partikel Nanosilikon Hasil reaksi
pada suhu 800°C selama 6 jam

5
9
10
11
13
14
14
15
16
18
19
20
33
41
42
43
46

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor
Lampiran
1
2
3
4
5
6
7
8

9

10

11

12
13

Judul

Halaman

Data JCPDS Silikat (Morris,1976).
Data JCPDS Silikon (Morris,1976).
Difraktogram Silikat Hasil Isolasi dari Pasir Alam.
Puncak Difraktogram Silikat Hasil Isolasi dari Pasir Alam.
Hasil Analisa Kuantitatif Silika Hasil Isolasi dari PasirAlamGeneral
Difraktogram Nanosilikon Hasil Reaksi Pada Suhu 800°C.
selama 6 jam ( Hasil Pencuucian HCl 2N).
Hasil Analisa Kuantitatif Nanosilikon Hasil Reaksi Pada
suhu 800°C selama 6 jam ( Hasil Pencuucian HCl 2N).
Difraktogram Nanosilikon Hasil Reaksi Pada Suhu 800°C
selama 6 jam ( Hasil Pencucian HCl 2N dan
CH3COOH 25%).
Hasil Analisa Kuantitatif Nanosilikon Hasil Reaksi
pada Suhu 800°C selama 6 jam ( Hasil Pencucian HCl 2N
dan CH3COOH 25%).
Difraktogram Nanosilikon Hasil Reaksi Pada Suhu 800°C
selama 6 jam ( Hasil Pencucian CH3COOH 25%
dan HF 4,8%).
Hasil Analisa Kuantitatif Nanosilikon Hasil Reaksi
pada Suhu 800°C selama 6 jam ( Hasil Pencucian
CH3COOH 25% dan HF 4,8%).
Difraktogram Nanosilikon Hasil Reaksi Pada Suhu 800°C
selama 7 jam.
Hasil Analisa Kuantitatif Nanosilikon Hasil Reaksi
ada Suhu 800°C selama 7 jam.

61
62
63
64
65
66
67

68

69

70

71
72
73

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SINGKATAN

BET

= Brunaeur – Emmet – Teller

SEM

= Scanning Electron Microscopy

TEM

= Transmission Electron Microscopy

XRD

= X – Ray Difraction

CCD

= Charged Coupled Deviced

BCC

= Body Centered Cubic

FCC

= Face Centered Cubic

HCP

= Hexagonal Closed Packed

JCPDS = Join Committee on Powder Diffraction Standar

Universitas Sumatera Utara