kuliah 3 pemisahan secara ekstraksi bagian 1 (2014)

7/21/2019 Kuliah 3 Pemisahan Secara Ekstraksi Bagian 1 (2014)

http://slidepdf.com/reader/full/kuliah-3-pemisahan-secara-ekstraksi-bagian-1-2014 1/45

Bahan Kuliah 3

ANALISIS PEMISAHAN SECARA

EKSTRAKSI (Bagian 1)

Prof. Drs. Manihar Situmorang, M.Sc., PhD

1

Jurusan Kimia FMIPAUNIVERSITAS NEGERI MEDAN

2014



Pendahuluan

Ekstraksi pelarut termasuk metode yang sangatpenting untuk memisahkan senyawa secara

selektif dari campurannya atau untuk

menghilangkan ketidak murnian dari larutan

2

Adalah berdasarkan perpindahan (transfer)

zat terlarut (solute) dari satu fasa larutan ke

fasa larutan yang lain

Keberhasilan metode ini adalah ditentukan

oleh perbedaan kelarutan senyawa di dalam

berbagai jenis pelarut



Pendahuluan

Dalam praktek, satu fasa adalah pelarut air (aqueous solution) dan fasa lain adalah

pelarut organik yang tidak larut dalam air

(immiscible)

3

Reprocessing nuklir

Pengolahan bahan tambang

Produksi senyawa organik, dan Industri

Lain-lain



Extraksi Pelarut

Ekstraksi pelarut diperlukan untukmemisahkan komponen kimia (senyawa) dari

campurannya

4



Pelarut Dalam Ektraksi

Pelarut yang umum digunakan (pelarut

universal) air

Kebanyakan pelarut organik tidak

5

(immicible) sehingga terbentuk dua

lapisan

Extraksi dilakukan untuk menarik zatterlarut dari pelarut air ke dalam

pelarut organik



Ektraksi Pelarut

Kemampuan ekstraksi tergantung pada

affinitas dan densitas pelarut

Bila affinitas pelarut organik lebih

6

esar ma a za er aru a an

berpindah dari air ke dalam pelarut

organik (atau sebaliknya)

Senyawa yg memiliki densitas besar

akan berada di lapisan bawah



Konsep Umum

Ekstraksi pelarut (Solvent extraction, SX )adalah distribusi zat terlarut di dalam dualarutan (liquid-liquid distribution) padalarutan yang tidak bercampur bila keduanyasaling bersinggungan

Wadah ekstraktor (separatory funnel)

7

, aq dan yang lainnya pelarut organic (Sorg)

Fasa organik umumnya berada di bagianatas

Senyawa A yg larut dalam satu pelarut,bila berdistribusi dan mencapaikesetimbangan, konsentrasi zat terlarutdalam fasa air adalah [A]aq dan dalamfasa organik adalah [A]org



Pelarut Organik DalamExtraksi

Organic solvent Gr.

Sp.

Density safety

Chloroform, CHCl3Dichlorometane CH Cl

1,49 1,50

1 325

Karsinogenik

Mudah men ua

8

Benzene, C6H6

Toluene, C6H5CH3

Metil Isobutyl Keton(MIBK),

CH3COCH(CH3)2

TriButyl phosfat (TBP),

(C4H

9O)

3PO

0,874

0,867

0,800

0,979

(40oC)&karsinogn

Karsinogenik



Pelarut Organik

Solvent SpecificGravity Solvent SpecificGravity

Pentane 0.626 Formic Acid 1.22

Petroleum ether 0.656 1,2-Dichloroethane 1.245

Hexane 0.659 Glycerin 1.261

Heptane 0.684 Carbon Disulfide 1.263

9

. , - .

Diethyl Ether 0.713 Methylene Chloride 1.326

Triethyl amine 0.728 Nitromethane 1.382

tert-Butyl MethylEther 0.741 2,2,2-Trifluoroethanol 1.393

Cyclohexane 0.779 Chloroform 1.498

tert-Butyl Alcohol 0.781 1,1,2-Trichlorotrifluoro-ethane 1.575

Isopropanol 0.785 Carbon Tetrachloride 1.594



Perhatian dalam Ekstraksi

Zat terlarut target (solute) tidak seluruhnya dapatdiekstraksi dalam satu kali ekstraksi, maka untukmeningkatkan hasil harus dilakukan ekstraksibeberapa kali

Ekstraksi harus dilakukan di dalam ekatraktor

10



Kesetimbangan Distribusi (KD)

Distribusi zat terlarut di antara dua pelarutyang tidak saling bercampur akanberkesetimbangan

S(aq)

S(org)

11

Tetapan kesetimbangan (KD) adalah harga

banding (rasio) konsentrasi/aktivitas zat

terlarut pada pelarut organik denganpelarut air



Tetapan Kesetimbangan = Koefisien distribusi (KD)

Bila harga KD telah diketahui, fraksi zat terlarut yang

aq

org

aq

org

DS

S

[S]

[S]K

a

a ……………………(1)


12

dicari

q = fraksi S yang tinggal dalam fasa air, dan

n = jumlah mol total S

1-q = fraksi S yang pindah dari fasa air ke fasa organik = fraksi

yang terekstraksi

aq

aqV

q.n[S] ……………………(2)

org

orgV

q).n(1[S]

……………………(3)




Substitusi pers. (2) dan (3) ke pers. (1), diperoleh:

org

aq

aq

org

Dq.V

q).V(1

q.m/V

q).m/V(1K

……………………(4)

Fraksi S yang tinggal dalam fasa air (q)

13

Fraksi S yang pindah ke fasa organik (1-q)

aqorgD

aq

V.VK

Vq

……………………(5)

aqorgD

orgD

aqorgD

aq

V.VK

.VK

V.VK

V1q1

……………………(6)




Ekstraksi kembali fasa air (dua kali ekstraksi),dengan volume pengekstraksi yang sama, fraksi Syang tinggal dalam fasa air adalah: q.q :

……………………(7)2

aqorgD

orgD)

V.VK

.VK (q.q

14

Ekstraksi berulang fasa air (n kali ekstraksi), denganvolume pengekstraksi yang sama, fraksi S yangtinggal dalam fasa air adalah: qn

aqorgD

orgD

aqorgD

aq

V.VK

.VK

V.VK

V1q1

……………………(8)




Persentasi zat terlarut yang pindah ke fasaorganik setelah n kali ekstraksi (%E)adalah

.VK norgDn … 9

15

.V.VK

.aqorgD

Untuk tujuan analisis, %E minimal 99,9%



Pada suhu tertentu, perbandingan konsentrasi zat

terlarut pada masing-masing pelarut selalu konstan.Perbandingan ini disebut sebagai Koefisien distribusi,KD or K

Ketentuan

16

e a pe aru 1 an pe aru 2 a ercampur

Misalnya, anggap senyawa memiliki koefisiendistribusi K = 2 antara pelarut1 dan pelarut2

Sebagai perjanjian, pelarut organik adalah (2) danair adalah (1)



(1) Bila dalam larutan ada senyawa terlarut 30 partikel,

terdistribusi pada volume yang sama anatar pelarut1dan pelarut2..

Contoh (K) (lanjutan)

17

(2) Bila dalam larutan ada senyawa terlarut 300 partikel,

dengan perbandingan distribusi yang sama pada

larutan 1 dan 2



(3) Bila volume pelarut2 dinaikkan menjadi 200 mL dan

100 mL pelarut1), maka 300 partikel akan terdistribusisebagai berikut

Contoh (K) (lanjutan)

18

Bila digunakan volume pengekstraksi

ditingkatkan maka senyawa yg diekstraksi

akan semakin meningkat



Apa yang terjadi apabila diekstraksi dua kali

menggunakan 100 mL pelarut2? (Gambar 4)

Bandingkan dengan menggunakan jumlah

pelarut sama (200 ml) sekali ekstraksi

(Gambar 3)

Efisiensi ekstraksi

19

100mL 100mL200100

Gambar 4

f



Bila dilakukan ekstraksi ke 2 dengan 100 mLPelarut2 akan diperoleh 66.6 partikel (≡67

patikel) yang diekstraksi (Gambar 5)

Efisiensi ekstraksi

20

100mL 100mL6733

Figure 5 100

Efi i i k t ki



Dengan menggunakan

200 mL pelarut2 senyawayg diekstraksi 240partikel. Satu kaliekstraksi menggunakan200 mL dihasilkan 240

partikel

Efisiensi ekstraski (lanj)

21

Dalam hal ini masih ada100 mL pelaru1, yangmengandung 100partikel. Kemudian

dilakukan ekstraksi kedua dengan 100 mLpelarut2 dengan K=2,maka diperoleh lagisebanyak 67 partikel

E t ti Effi i



sebanyak 67 partikel telah

diekstraksi pada ekstraksi ke

dua menggunakan

pelarut2.maka total partikel yg

terekstraksi adalah 200 + 67 =

267 artikel, aitu lebih besar

Extraction Efficiency (Cont)

22

dari 240 partikel

menggunakan volume yg

sama 200 mL pelarut2

Terbukti lebih efisien

menggunakan dua kali

ekstraksi dengan volume yg

lebih kecil dibanding sekali

ekstraksi

E t ti Effi i



Dengan menggunakan dua kali ekstraksi

dengan 1/2 volume pengekstraksi lebih effisien

dibanding sekali ekstraksi dengan 1 volume. Hal

yg sama, ekstraksi menggunakan tiga kali

ekstraksi dengan 1/3 volume akan lebih effisien,


23

empa a e s ra s engan a an e

effisien, lima kali ekstraksi dengan 1/5 volume

akan lebih effisien, dst.

E t ti Effi i



Semakin banyak jumlah ekstraksi menggunakan

volume yg lebih sedikit akan menghasilkan

senyawa yg terkestraksi lebih banyak

Untuk mendapatkan efisiensi yg maksimum

maka ekstraksi lebih baik dilakukan ekstraksi


24

berkali-kali menggunakan volume pengekstraksi

lebih kecil



Contoh Soal 1

1. Zat terlarut A memiliki koefisien distribusi antara

benzena dengan air adalah 3. Misalkan 100 mL

larutan A 0,01 M dalam air diekstraksi dengan

25

benzena. Hitunglah berapa banyak fraksi A yang

masih tertinggal dalam fasa air, bila dilakukan:

a) Satu kali ekstraksi dengan menggunakan 500 mL

benzena

b) Lima kali ekstraksi dengan menggunakan

masing-masing 100 mL benzena.



Jawaban Soal 1

a) Satu kali ekstraksi, fraksi yang tinggal dalamfasa air (q)

%2,6062,0

100Vaq

q

26

. aqorgD

b) Lima kali ekstraksi, Fraksi yang tinggal dalamfasa air (q5)

%098,00,00098)100(3x100)

100()V.VK

V( 55

AqOrgD

Aq5

q



Contoh Soal 2

2. Diketahui koefisien distribusi untuk kelat logam

yang berpartisi antara air dengan kloroform adalah

6,4. Hitunglah berapa banyak fraksi kelat logam

27

yang diekstraksi dari 25 mL ligan logam 4,3.10- M

a) satu kali ekstraksi menggunakan 10 mL

kloroform

b) dua kali ekstraksi menggunakan masing-masing10 mL kloroform



Jawaban Soal 2

a) Satu kali ekstraksi, Fraksi yang terekstraksi darifasa air (1-q)

71,9).10025(6,4x10)

25(1).100

V.VK

V(1q).100(1%E

aqorgD

aq

28

b) Dua kali ekstraksi, Fraksi yang terekstraksi darifasa air (1-q2)

0}.10)V.VK

V({1).100q(1%E 2

aqorgD

aq2

92,1%}.100)25(6,4x10)

25({1 2

Karena %E 99,9%, ekstraksi belum bisa diakhiri.Ekstraksi minimal enam kali



Hukum Distribusi

Sifat kimia zat terlarut (solute) mempengaruhidistribusinya

Asam benzoat (HB) dari fasa air yang akandiekstraksi ke fasa benzena, akan mengalami

29

, ,distribusi (KD)

aq

org

D[HB]

[HB]K ……………………(10)

Dalam pelarut air, HB mengalami ionisasi

HB(aq) H+(aq) + B-

(aq)



Hukum Distribusi

Tetapan ionisasi (Ka)

aq

aqaq

a

[HB]

].[B][HK

……………………(11)

30

Dalam pelarut benzena: HB mengalami dimerisasi

2HB(Org) HB.HB(Org)

Tetapan dimerisasi (Kd)……………………(12)

g

g

d K Or 2

Or

]HB[

]HB.HB[



Hukum Distribusi (lanjutan)

Distribusi asam benzoat (HB) di antara keduafasa dinyatakan dengan perbandingandistribusi (rasio distribusi, D)

……………………(13)orgorgorg benzoat 2[HB.HB][HB]

,C

D

31

C benzoat, org = Konsentrasi analitik benzoat pada fasa organik

C benzoat, aq = Konsentrasi analitik benzoat pada fasa air

aqaqaq benzoat ][B[HB],C

Dalam pelarut benzena: HB mengalami

dimerisasi

2HB(Org) HB.HB(Org)




Tetapan dimerisasi (Kd)……………………(12)

g

g

d K Or 2

Or

]HB[

]HB.HB[

Distribusi asam benzoat HB di antara kedua fasa

32

dinyatakan dengan perbandingan distribusi (rasiodistribusi, D)

C benzoat, org = Konsentrasi analitik benzoat pada fasa organik

C benzoat, aq = Konsentrasi analitik benzoat pada fasa air

……………………(13)

aqaq

orgorg

aq benzoat

org benzoat

][B[HB]

2[HB.HB][HB]

,C

,CD




Substitusi pers. (10), (11) dan (12) ke pers. (13)

)

K

(1[HB]

.[HB]2.K (1[HB]

[HB]

K [HB]

.[HB]2.K [HB]D

a

a

orgdorg

aq

org2

dorg

33

……………………(14)

aq

)][H

K (1

.[HB]2.K (1K D

a

orgdD




Rasio distribusi (D) HB yang tidak mengalamidimerisasi, adalah

……………………(15)K

1

K D

a

D

34

][H

Rasio distribusi HB akan berubah denganperubahan pH

Suasana asam (pH rendah), D naik HB beradapada fasa organik

Suasana basa (pH tinggi), D turun HB beradapada fasa air

C t h S l 3



Contoh Soal 3

3. Satu gram Asam benzoat dilarutkan dalam

100 mL air, kemudian diekstraksi dengan

100 mL eter. Jika KD = 100 dan Ka = 6,5 x

35

10-5. Hitung perbandingan distribusi pada:

a) pH 3

b) pH 5

c) pH 7

Bagaimana bila pH 4 dan 6 ?



Jawaban Soal 3

Asam benzoat tidak mengalami dimerisasidalam eter

a) Pada pH 3,0 9,9310.5,6

1

100

)K

(1

K D

3

5a

D

36

b) Pada pH 5,0 3,13

10

10.5,61

100D

5

5

c) Pada pH 7,0 15,0

10

10.5,61

100D

7

5



Ekstraksi Logam

Ekstraksi logam dipergunakan untukmemisahkan ion logam dari campurannya

Ion logam dalam fasa air dibuat menjadi

37

ligan organik, kemudian diekstraksi ke dalam

fasa organik

Ligan yang sering digunakan:Dithizon (diphenylthiocarbazone)

Oxine (8-hydroxyquinoline)

Cufferon

Ekstraksi Logam



Ligan organik merupakan asam lemahmonovalen (HL) yang kehilangan proton bilaberikatan dengan ion logam

HL(aq) H+(aq) + L-

(aq) aq

aqaq

a[HL]

].[L][HK

…. (16)

an ][ML

g

38

(aq)n

aq

n ].[L][M

(aq) (aq) (aq) …… (17)

Substitusi pers. (16) ke (17)

aqnn

a

n

aqnn

.[HL]β.K

].[H][MLM

…… (18)

Ekstraksi Logam



Koefisien distribusi ligan pada kedua fasa adalah

HL(aq) HL(Org) …… (19)aq

Org

HLD,[HL]

[HL]

K

…… (20) Substitusi pr (18) ke (19)aqnn

a

n

aqnn

.[HL]β.K

].[H][MLM

g

39

Koefisien distribusi kompleks pada kedua fasa adalah

MLn(aq) ML (org) …… (21)aqn

n

MLD, ][ML

]org[ML

K n

Ekstraksi Logam



Substitusi pr. (21) ke (20) …… (22)aqnn

aMLD,

n

orgnn

.[HL].ββ.K

].[H][ML

Mn

… (23) Substitusi pr. (19) ke (22)orgnn

aMLD,

n

orgn

n

HLD,n

.[HL].ββ.K

].[H].[MLK M

n

g

40

Rasio distribusi logam (DM) dalam fasa organikdan air

…… (24)

aqn

orgn

aqLogam,

orgLogam,

M ][M

][ML

C

CD

Clogam, org = konsentrasi analitik logam pada fasa organik

Clogam, aq = konsentrasi analitik logam pada fasa air

Ekstraksi Logam



Substitusi pers. (23) ke (24)

…… (25)nn

HLD,

org

nn

aMLD,

M].[HK

.[HL].ββ.K D N

n

n

EXM

org.[HL]K D

…… (26)

g

41

Plot log. DM terhadap pH akan menghasilkanpersamaan garis lurus

(Slop = n, Intersep = log Kex + n Log [HL]org. )

…… (27)n.pHn.Log[HL]LogK LogD orgexM

Ekstraksi Logam



Selektivitas ligan dapat ditingkatkandengan variasi pH

Logam kompleks yang akan

st a s oga

42

e s ra s arus ne ra abermuatan)

Logam kompleks bermuatan tidak

mudah larut dalam pelarut organik

A lik i Ek t k i L



Anion dari ligan mengganti ikatan kordinasi

logam dengan air dan terbentuk celat

kovalen netral

Aplikasi Ekstraksi Logam

43

Variasi pH dapat meningkatkan selektivitas

pemisahan

Pelarut organik harus mampumengekstraksi ion logam tanpa gangguan

dan tidak membentuk emulsi

B b J i C l t



Beberapa Jenis Celat

Jenis celat Ekstraksi

OXINE

TTA (Theonyltrifluo-

Al, Bi, Cu, Ni, Sn, Zn

Untuk ekstraksi logam

44

PBHA

PAN

ACETYLACETONE

Mo, Sn, Ti, V, W, Zr

Bi, Cd, Cu, Pd, Sn, Hg,

Co, Pb, Fe, Ni, Zn

Al, Be, Cr, Co, Cu, Fe,

Mo, Zn

Tugas Pribadi 2



Gunakan EBSCO atau Proquest, download 1

jurnal ilmiah internasional (Terbit Tahun 2012-2014) memuat analisis Ekstraksi pelarut

Buatlah ringkasan artikel tersebut (500-1500kata) dengan struktur makalah terdiri atas:

Tugas Pribadi 2

45

, ,

• Isi (Pendahuluan, Metode, Hasil, Kesimpulan)

• Lampirkan halaman depan jurnal yg diunduh

di akhir tugas• Dikumpulkan Minggu ke 6 (Hard Copy)

Hindari plagiarism dan duplikasi denganmahasiswa lain (Dianggap nol)

kuliah 3 pemisahan secara ekstraksi bagian 1 (2014)

Documents