Pembelajaran 3.1 : Prosese ekstraksi
1. Capaian pembelajaran :
Setelah menyelesaikan proses pembelajaran 3.1 pada modul ini, mahasiswa diharap kan memiliki kemampuan :
a. Menjelaskan prinsip dasar dari proses ekstraksi
b. Memahami tentang prinsip-prinsip berbagai proses ekstraksi
Untuk membantu Anda dalam mencapai tujuan-tujuan tersebut, dalam modul ini akan disajikan uraian, latihan (pengayaan) dan rambu-rambu jawaban serta soal evaluasi. Agar anda dapat belajar dengan baik dalam mempelajari modul ini, lakukanlah hal-hal berikut : a. Pelajarilah dengan cermat semua uraian yang tercantum dalam masing-masing proses
pembelajaran.
b. Kerjakanlah soal-soal latihan (pengayaan) yang terdapat dalam setiap proses pembelajaran dengan berusaha tanpa melihat dahulu rambu-rambu jawabannya. Setelah Anda selesai mengerjakan soal-soal tersebut, cocokkanlah pekerjaan anda dengan rambu-rambu jawaban yang tersedia. Bila pekerjaan Anda masih jauh menyimpang dari rambu-rambu jawaban, hendaknya Anda tidak berputus asa untuk mempelajarinya kembali.
c. Dalam setiap proses pembelajaran diakhiri dengan intisari (rangkuman) yang merupakan sari pati dari uraian yang telah disajikan. Bacalah dengan seksama isi rangkuman tersebut sehingga pengalaman belajar Anda benar-benar mantap.
d. Evaluasi (tes formatif) yang disusun setelah rangkuman merupakan tes yang diberikan untuk mengukur penguasaan Anda dalam pokok bahasan yang telah dipaparkan dalam proses pembelajaran. Hasil anda dalam tes formatif tersebut digunakan sebagai dasar penentuan apakah Anda sudah dapat melanjutkan ke proses pembelajaran berikutnya ataukah masih perlu mengulang. Seberapa jauh tingkat penguasaan Anda, dapat Anda hitung sendiri dengan rumus sederhana yang dicantumkan pada setiap akhir tes formatif.
Selamat Belajar, Semoga Sukses !
Proses ekstraksi untuk definisi pemisahan kimia merupakan cara memisahkan zat terlarut melalui dua buah pelarut (biasanya cair) yang dapat melarutkan zat tersebut namun kedua pelarut ini tidak dapat saling melarutkan. Sampel dilarutkan dalam ‘rafinat’ yang berada dalam kotak dengan ‘ekstraktan’ sehingga terjadi perpindahan molekul zat terlarut karena perbedaan kelarutan di dalam kedua jenis pelarut. Dengan demikian, pemisahan cara kimia terjadi secara alami dalam dua pelarut cair-cair. Pada pembahasan teoretis mengenai ekstraksi, biasanya zat terlarut diekstrak oleh pelarut organik dari fase air. Dengan demikian, penjelasan mengacu pada fase organik sebagai ekstraktor utama.
Dalam proses ekstraksi ada beberapa peristiwa yang dapat menggambarkan terjadinya peristiwa mikro yang mungkin ada dalam sistem. Beberapa peristiwa itu adalah :
a. Distribusi dari senyawa-senyawa yang dapat larut dalam dua jenis pelarut yang tidak dapat bercampur. Jika interaksi zat terlarut berjalan normal dan tidak ada penyimpangan maka distribusi solute akan mengikuti harga konstanta distribusinya. Namun yang sering terjadi adalah perubahan distribusi karena banyaknya kemungkinan interaksi antara pelarut dan zat terlarut.
b. Interaksi kimia pada fase air. Dalam pelarut polar seperti air kemungkinan senyawa organik yang polar untuk bermuatan dalam pelarut air sangat besar. Dengan demikian, interaksi yang terjadi di fase air harus diperhitungkan karena jumlah komponen akan berkurang karena adanya interaksi. Permainan pH biasanya membantu mengatasi penyimpangan, namun dalam hal ini pH juga harus diperhitungkan dalam perhitungan-perhitungan.
c. Interaksi kimia pada fase organik. Biasanya senyawa yang diambil lebih larut dalam pelarut organik dibandingkan dengan pelarut air. Dalam kenyataanya, dimerisiasi adalah gejala utama yang sering terjadi pada solute yang berupa senyawa organik polar seperti asam-asam organik dalam pelarut organik.
Hukum Distribusi dan Parameter-parameter Ekstraksi
Dalam proses ekstraksi, baik ekstraksi modern dan terutama yang konvensional, kelarutan dalam pelarut tertentu merupakan konsep kunci yang merupakan dasar dari metode ini. Perbedaan kelarutan dari bermacam-macam bahan merupakan dasar dari klasifikasi metode ekstraksi. Penggunaan metode ini juga didasarkan pada perbedaan
kelarutan. Hukum distribusi dalam hal ini adalah perbandingan kelarutan suatu senyawa dalam dua pelarut yang berbeda yang dapat dirumuskan dalam rasionya.
Rumusan paling umum untuk menggambarkan distribusi zat terlarut dalam dua pelarut yang tidak bercampur sering dinyatakan dalam persamaan berikut ini :
12 D A K A =
Dalam persamaan ini konsentrasi zat terlarut di pelarut pertama dibandingkan dengan konsentrasi senyawa yang sama di pelarut kedua. Adapun fase dari kedua pelarut ini biasa cair, padat, maupun gas. Konstanta distribusi sangat bergantung pada keadaan. Selain bergantung pada kedua jenis pelarut, konstanta distribusi juga dipengaruhi oleh temperatur dan tekanan udara. Jika temperature dinaikkan biasanya mobilitas molekuler senyawa maupun pelarut akan bertambah dan hal ini pasti mengubah harga konstanta karena berubahnya kelarutan. Demikian pula jika terjadi interaksi molekular antara pasangan pelarut atau antara pelarut-pelarut dan zat terlarut yang hendak dipisahkan. Hal ini berhubungan dengan jumlah serta konsentrasi dari senyawa yang menjadi dasar perhitungan konstanta distribusi.
1. Angka Banding Distribusi
Pada kenyataannya, derivasi hukum distribusi sering dilakukan untuk pembagian zat terlarut dalam dua buah pelarut cair. Sering kali yang digunakan adalah pelarut organik dan pelarut anorganik yang merupakan pelarut polar, biasanya adalah air. Dengan demikian, hukum distribusi sering dirumuskan kembali sebagai :
D org A K aq A =
Adapun harga KD tidak tetap karena beberapa zat terlarut mengalami perubahan
kelarutan dengan mudah jika kondisi sistem berubah. Senyawa yang mudah terion konsentrasinya akan berkurang jika dilarutkan dalam pelarut air, dan berkurangnya konsentrasi ini merupakan fungsi konstanta ionisasinya. Di lain pihak, sebuah senyawa organik dalam pelarut organik juga sering mengalami interaksi molekuler, berupa kecenderungan untuk membentuk dimer atau trimer. Dengan demikian biasanya terminologi konstanta distribusi diganti dengan angka banding distribusi, dan dinotasikan dengan D saja. Selanjutnya dalam perhitungan-perhitungan kimia lebih sering digunakan angka banding distribusi karena jarang sekali ada sistem yang mempunyai konstanta distribusi tetap terus-menerus dalam tiap keadaan. Untuk tujuan
praktis sebagai ganti harga KD atau D lebih sering digunakan istilah persen ekstraksi (%E) yaitu :
massa zat yang terekstraksi
% E = X 100
massa zat mula-mula
Contoh yang sering dignakan untuk melukiskan perubahan harga konstanta distribusi menjadi angka banding distribusi ini adalah ekstraksi asam benzoat dengan menggunakan pelarut benzena dan air. Contoh asam benzoat dipilih karena dapat menjelaskan interaksi dengan pelarut yang dapat mengubah kelarutan dan dengan demikian mengubah pula angka perbandingan konsentrasi dalam kedua jenis pelarut. Dalam air asam benzoat merupakan asam lemah dan terion sebagian. Dengan menambahkan asam klorida ionisasi dapat dikurangi. Dalam pelarut organik seperti eter asam benzoat akan berinteraksi secara molekuler membentuk dimernya. Perbandingan konsentrasi asam benzoat dalam air asam (dengan penambahan HCl) dan dalam pelarut organik eter dapat dituliskan sebagai:
HB et
K
D = HB aq
Dimana HB et adalah konsentrasi asam benzoat dalam eter dan HB aq adalah konsentrasi asam benzoat dalam air. jika air tidak diasamkan, maka asam benzoat yang merupakan asam organik (asam lemah) akan terdisosiasi menurut persamaan
HBH++B− yang mempunyai harga konstanta ionisasi asam sebagai berikut : B H K a HB − + + =
Karena adanya ionisasi ini maka harga konsentrasi HB dalam air akan berkurang karena molekul asam benzoat akan terurai sebagian. Konsekuensinya konstanta distribusi harus dikoreksi dan faktor Ka harus dimasukkan. Di lain pihak, jika pelarut organik yang
tadinya adalah eter digantikan oleh pelarut organic lain yaitu benzena, partikel asam benzoat akan mengalami dimerisasi, yakni dua molekul akan bergabung menjadi satu. Hal ini adalah gejala normal untuk asam benzoat dalam pelarut benzena, namun dimerisasi ini juga akan mengurangi konsentrasi asam benzoat dalam pelarut organik tersebut. Asam benzoat akan membentuk dimer parsial 2HBHB HB. dan mempunyai harga konstanta dimerisasi seperti digambarkan dibawah ini :
. 2 HB HB K d HB =
Jika semua keadaan tersebut diperhitungkan dalam menghitung konstanta distribusi, maka didapat besaran baru yang diberi nama rasio distribusi D (perbandingan distribusi), dan dapat ditulis sebagai berikut:
. ,
. ,
as benzoat tot org D as benzoat tot aq = atau : 2 HB HB. HB org org D HB aq B aq + = − + Karena HB K B a H − = + dan 2 . K
HB HB = d HB maka dengan substitusi semuanya dalam satu persamaan, akan didapatkan persamaan baru:
(
)
(
)
2 1 2 2 1 1 2 1 K K HBHB org d HB org HB org d
D K HB aq d K HB aq d HB aq H H aq K KD d HB D Ka H + + = = + + + + + = + +
Dalam ekspresi baru untuk harga D ini dapat dilihat bahwa pH memainkan peranan penting dalam menentukan harga D. Dan hal ini juga berarti rasio distribusi dapat diubah dengan mengubah-ubah derajat keasaman sistem atau pH. Dalam larutan asam, maka harga D besar, dan asam benzoat berada lebih banyak dalam pelarut organik, dan sebaliknya. Dalam sistem-sistem ekstraksi harga D bisa sama dan identik dengan harga Kd jika zat terlarutnya sama sekali tidak mempunyai interaksi secara fisik dan
kimia sama sekali. Walaupun demikian proses ekstraksi tidak pernah sederhana karena tiap senyawa mempunyai kemungkinan berinteraksi dengan pelarut yang dipilih.
2. Faktor Pemisahan
Parameter faktor pemisahan digunakan seperti halnya perbandingan volatilitas relatif pada pemisahan dengan metode destilasi. Faktor pemisahan bisa disederhanakan sebagai kelarutan relative dua buah senyawa dalam masing-masing pelarut. Jika ada dua (misalnya A dan B) atau lebih senyawa yang hendak diekstraksi, bilangan ini menyatakan perbandingan relatif antar-keduanya untuk terambil sebagai fase terekstraksi. Jika konsentrasi awal dari campuran dua buah senyawa dalam
sampel adalah A dan B dengan perbandingan awal CA/CB maka sesaat setelah proses
ekstraksi berlangsung maka perbandingan konsentrasi keduanya di fase organik adalah CAϴA/CBϴB. Dalam hal ini ϴA dan ϴB fraksi terekstraksi untuk masing-masing
senyawa. Pemisahan akan diukur dari perbandingan fraksi terekstraksi ϴA/ϴB yang
terus akan berubah sesuai dengan beberapa kali ekstraksi dilakukan. Perbandingan ini disebut dengan faktor pemisahan.
3. Inti Sari
Ekstraksi pelarut adalah proses pemisahan suatu kompoen dari suatu campuran berdasarkan proses distribusi terhadap dua macam pelarut yang tidak saling bercampur. Rumusan paling umum untuk menggambarkan distribusi zat terlarut dalam dua pelarut yang
tidak bercampur sering dinyatakan dalam persamaan berikut ini :
12 D A K A = Hukum distribusi dirumuskan sebagai :
D org A K aq A = 4. Latihan
Hitunglah persen ekstraksi, jika diketahui koefisien distribusi (KD) = 8,0 ; 1000 mg
Vitamin C yang terlarut dalam 100 mL air akan diekstraksi ke dalam 100 mL eter dengan 1X ekstraksi ?
5. Evaluasi
1. Pada proses ekstraksi, maka ekstraksi yang paling besar % ekstraksinya adalah jika : a. Ekstraksi 1X dengan pelarut 100 mL
b. Ekstraksi 2X dengan pelarut masing-masing 50 mL c. Ekstraksi 3X dengan pelarut masing-masing 33,3 mL d. Ekstraksi 4X dengan pelarut masing-masing 25 mL e. Ekstraksi 5X dengan pelarut masing-masing 20 mL
2. Pada ekstraksi suatu logam sebagai senyawa kelat, maka angka banding distribusinya (D) adalah :
a. Berbanding lurus dengan konstanta ekstraksi. b. Berbanding terbalik dengan konstanta disosiasi c. Berbanding lurus dengan konsentrasi H+
d. Berbanding terbalik dengan konsentrasi ligan kelat dalam fasa organic e. Semua benar
3. Jika diketahui koefisien distribusi (KD) = 8,0 ; Vitamin C yang terlarut dalam 100 mL
air akan diekstraksi ke dalam 100 mL eter dengan 1X ekstraksi, maka persen ekstraksinya adalah : a. 98,7% b. 11,1% c. 80% d. 88,9% e. 1,3%
4. Limaratus mg asambenzoat yang terdapat dalam 250 mL air diekstraksi ke dalam pelarut kloroform. Jika persen ekstraksinya 30%, maka jumlah asam benzoate yang tersisa di dalam air adalah :
a. 150 mg b. 30 mg c. 70 mg d. 350 mg e. 75 mg
Cocokkanlah jawaban Anda dengan Kunci Jawaban Tes Formatif yang terdapat di bagian akhir modul ini. Hitunglah jawaban yang benar. Kemudian, gunakan rumus berikut untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 1.
Tingkat penguasaan: 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝐽𝑎𝑤𝑎𝑏𝑎𝑛 𝑌𝑛𝑎𝑔 𝐵𝑒𝑛𝑎𝑟
𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑆𝑜𝑎𝑙 𝑥 100%
Arti tingkat penguasaan:
90 - 100% = baik sekali 80 - 89% = baik 70 - 79% = cukup < 70% = kurang
