makalah kimfis

MAKALAH KIMIA FISIKA

PEMICU:

Fenomena Permukaan : Antar fasa Cair-cair dalam Proses

Ekstraksi

Kelompok 5:

Etri Dian Kamila 1206212533

Mariana 1206212331

Nindya Bestari 1206255122

Sandra Monica 1206212432

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK, 2013

Fenomena Permukaan : Antar Fasa Cair-Cair Dalam Proses Ekstraksi

Fenomena Permukaan Antara Fasa Cair-Cair

Sekarang kita mempertimbangkan diagram suhu-komposisi untuk sistem yang

terdiri dari pasangan cairan dari sebagian larut, yang merupakan cairan yang tidak

bercampur sama sekali dalam semua proporsi suhu. Contohnya adalah heksana

dan nitrobenzena. Prinsip interpretasi yang sama berlaku untuk diagram uap-

cair. Ketika P = 2, F '= 1 (yang menandakan penerapan utama tekanan konstan),

dan pemilihan suhu menunjukkan bahwa

komposisi fase cair bercampur adalah tetap. Ketika P = 1 (sesuai dengan sebuah

sistem di mana dua cairan sepenuhnya campuran), baik suhu dan komposisi dapat

disesuaikan.

a) Pemisahan Fasa

Ketika dua lapisan dicampur, kita harus memisahkan mereka. Kita dapat

memisahkan dua lapisan dengan menuangkan lapisan berdensitas lebih rendah ke

kontainer terpisah. Kita akan menemukan bahwa cara ini sulit untuk dilakukan

secara bersih. Dengan campuran air-eter, kita akan mendapatkan eter yang

tertinggal di atas air dan air yang ada di atas lapisan eter. Untuk membuat separasi

dua cairan dalam ekstraksi cair-cair, kimiawan menggunakan separatory funnel

atau corong pemisah.

Gambar.1 Corong Pemisah

Setelah memastikan bahwa stopcock pada bagian bawah tertutup (berada

dalam posisi horizontal), campuran reaksi yang sudah komplit termasuk air dan

eter dituangkan ke dalam corong pemisah. Lapisan air yang lebih rendah akan

tersaring ke labu dengan membuka stopcock. Saat permukaan antara kedua

lapisan memasuki stopcock, stopcock segera ditutup. Eter kemudian dapat

disaring dengan labu yang berbeda, Bagaimanapun, karena biasanya ada tetesan

air yang menganduk garam inorganik melekat pada dinding corong pemisah atau

mengambang di dalam eter, kimiawan biasanya meletakkan lapisan organik dalam

corong pemisah dan mengekstrakssinya dengan sejumlah volume air murni

distilasi. Membuang sisa material yang tidak diinginkan seperti ini disebut dengan

“pencucian”. Ekstraksi dan pencucian tidak terlalu efektif kecuali kedua lapisan

dicampur dengan kuat untuk menghasilkan kontak permukaan maksimum antara

kedua lapisan yang saling tidak larut tersebut sehingga substansi dapat ditarik atau

diekstrak dari lapisan satu ke lapisan yang lain. Untuk melakukan ini, corong

pemisah disumbat. Dengan satu tangan memegang atas corong sehingga dan jari-

jari menahan stopcock, corong pemisah dinaik-turunkan. Corong pemisah dapat

dikocok untuk mencampurkan kedua lapisan. Buka stopcock dengan tangan yang

satu lagi untuk melepaskan tekanan yang biasanya terbentuk dari tekanan uap eter

atau pelarut lain. Lepaskan sesering mungkin dan arahkan corong menjauh dari

diri kita ketika mengocok larutan. Pelarut ekstraksi biasanya memiliki tekanan

uap tinggi (titik didih rendah) sehingga tekanan uap dibuat dari hasil campuran

kedua lapisan. Dalam beberapa percobaan laboratorium, sumbat pada corong

pemisah beberapa kali lepas untuk membentuk uap.

Gambar.2 Metode yang sesuai untuk melepaskan corong

Maka dari itu, pencampuran sangat penting karena kedua larutan harus

saling kontak satu sama lain komponen terlarut dapat diekstraksi pada lapisan

kedua. Ketika kedua lapisan saling tidak larut tersebut dicampur, dengan corong

terbuka, saring lapisan terbawah ke dalam labu erlenmeyer bersih dengan perlahan

memutar stopcock seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Setiap lapisan dapat

dengan mudah dipisahkan menggunakan metode ini. Lagi, beberapa kali ekstraksi

harus dilakukan untuk benar-benar bisa mengekstraksi material. Biarkan lapisan

organik, uapkan pelarut, dan komponen yang telah dipisahkan pun tertinggal.

Untuk separasi skala mikro, pipet separasi lapisan bersifat konvensional

dan biasanya kehilangan beberapa persen produk. Karena kedua pelarut sudah

terlebih dahulu berada dalam tabung reaksi, pelarut dapat dicampur dan

dipisahkan langsung dari tabung reaksi, daripada mentransfer sedikit volume

pelarut ke gelas dan kehilangan produk. Gunakan pipet Pasteur untuk mencampur

kedua lapisan. Ini dapat dicapai dengan mudah dengan menarik cairan naik dan

turun dengan pipet. Jangan mengguncang atau memutar tabung. Metode

pencampuran ini tidak akan mengizinkan kedua lapisan untuk tercampur

sempurna dan menurunkan tingkat keberhasilan ekstraksi. Ketika lapisan

dicampur, gunakan pipet untuk menarik naik lapisan bawah seperti yang

diperlihatkan dalam gambar 7 di bawah ini.

Gambar.3 Ekstraksi Pipet Skala Mikro

Lapisan eter dan air kini terpisah. Normalnya, dua atau lebih ekstraksi eter

akan diselesaikan untuk memastikan penghilangan komponen secara sempurna.

Baik separasi skala makro dan skala mikro merupakan contoh tipikal dari

bagaimana ekstraksi cair/cair dapat digunakan untuk memisahkan material

inorganik larut dalam air dari produk organiknya. Akhirnya, eter dan pelarut

organik lainnya kemudian dapat diuapkan, menyisakan campuran produk organik

dengan masih terdapat sisa material reaktan dan produk sampingan (biasa disebut

produk mentah). Hasil tersebut dapat dimurnikan dengan rekristalisasi atau

sublimasi.

Misalkan sejumlah kecil cairan B ditambahkan ke sampel cairan A lain

pada suhu T'. Larut sepenuhnya, dan sistem biner tetap satu fasa. Karena lebih

banyak B ditambahkan, tahapan mengarah pada yang tidak lebih larut. Sampel

sekarang terdiri dari dua fase dalam kesetimbangan dengan satu sama lain (P = 2),

yang paling melimpah salah satunya yang terdiri dari A jenuh dengan B, yang satu

jumlah kecil B jenuh dengan A. Dalam diagram suhu-komposisi ditarik pada

Gambar. 1, Komposisi pembentukkan diwakili oleh titik a' dan yang terakhir

dengan titik a". Kelimpahan relatif dari dua fase diberikan oleh aturan tuas.

Gambar. 4 Suhu-komposisi diagram untuk heksana dan nitrobenzena di 1

atm. Daerah di bawah kurva sesuai dengan komposisi dan suhu di mana cairan

yang sebagian larut. Bagian atas kritis suhu, Tuc, adalah suhu di atas yang dua

cairan yang dapat larut dalam semua proporsi.

Sumber: Atkins, Peter dan Julio de Paula. 2006. Physical Chemistry, Eight

Edition. New York: W. H. Freeman and Company.

Ketika B lebih banyak ditambahkan, A larut di dalamnya sedikit.

Komposisi dari dua fase dalam kesetimbangan tetap menjadi a' dan a" karena P =

2 menunjukkan bahwa F' = 0, dan karena bahwa komposisi fase bersifat tetap

pada suhu dan tekanan tetap. Namun, jumlah satu fase meningkat dengan

mengorbankan yang lain. Tingkatannya adalah dicapai ketika begitu banyak B

hadir yang dapat melarutkan semua A, dan sistem beralih ke fase tunggal.

Penambahan B lebih banyak sekarang hanya mencairkan larutan, dan kemudian di

atasnya tetap satu fasa.

Komposisi dua fase pada kesetimbangan bervariasi dengan suhu.

Untuk heksana dan nitrobenzena, mencapai peningkatan suhu kelarutan

mereka. Sistem dua fasa karena itu akan menjadi kurang luas, karena setiap fase

dalam kesetimbangan adalah kaya dalam komponen minor: fase A-kaya lebih

kaya dalam B dan fase-B lebih kaya di A. Kita dapat membangun seluruh diagram

fasa dengan mengulangi pengamatan pada temperatur yang berbeda dan

menggambar amplop dari daerah dua fase.

b) Solusi Suhu Kritis

Solusi suhu kritis atas, Tuc, adalah suhu tertinggi di mana pemisahan fasa

terjadi. Di atas suhu kritis atas dua komponen sepenuhnya larut. Suhu ini ada

karena gerakan termal yang lebih besar mengatasi setiap keuntungan energi

potensial dalam molekul dari satu jenis yang dekat bersama-sama. Salah satu

contoh adalah sistem nitrobenzena / heksana ditunjukkan pada Gambar. 1. Contoh

dari larutan padat adalah sistem paladium / hidrogen, yang menunjukkan dua fase,

satu yang solid larutan hidrogen di paladium dan lainnya hidrida paladium,

sampai 300 ° C tetapi membentuk satu fasa pada suhu tinggi (Gambar. 2).

Gambar. 5 Diagram fase untuk paladium

dan hidrida paladium, yang memiliki

temperatur kritis atas pada 300 ° C.



Penafsiran termodinamika suhu larutan kritis atas berfokus pada energi

Gibbs pencampuran dan variasi dengan suhu. Kami melihat bahwa model

sederhana dari hasil solusi nyata dalam energi Gibbs pencampuran yang

berperilaku. Asalkan parameter β yang diperkenalkan pada persamaan 5.30 lebih

besar dari 2, energi Gibbs pencampuran memiliki dua minimal (Gambar.

3). Akibatnya, untuk β> 2 kita bisa mengharapkan pemisahan fasa terjadi. Hal

yang sama menunjukkan bahwa komposisi yang sesuai dengan minima yang

diperoleh dengan mencari kondisi di mana ∂ΔmixG/∂x = 0, dan manipulasi

sederhana dari persamaan 5.31 menunjukkan bahwa kita harus memecahkan

Gambar. 6 Variasi suhu pencampuran energi Gibbs dari sistem yang sebagian

larut pada suhu rendah. Sebuah sistem komposisi di wilayah ini P = 2 membentuk

dua fase dengan komposisi sesuai dengan dua minima lokal kurva.



Gambar.7 Lokasi fase batas yang dihitung atas dasar parameter model β



Gambar. 8 Diagram suhu-komposisi untuk air dan trietilamina. Sistem ini

menunjukkan suhu kritis yang lebih rendah pada 292 K. Label

menunjukkan interpretasi dari batasnya.



Solusi yang diplot pada Gambar. 7. Kita melihat bahwa, sebagai β

menurun, yang dapat diartikan sebagai peningkatan suhu memberikan gaya

antarmolekul tetap konstan, maka dua minima bergerak bersama-sama dan

bergabung ketika β = 2.

Beberapa sistem menunjukkan suhu solusi kritis yang lebih rendah, Tlc, di

bawah ini yang mereka campurkan dalam semua proporsi dan atas dimana mereka

membentuk dua tahap. Contohnya adalah air dan tretilammina (Gambar. 5).

Dalam hal ini, pada suhu rendah, dua komponen lebih larut karena mereka

membentuk kompleks lemah, pada suhu tinggi kompleks terputus dan dua

komponen menjadi kurang larut.

Beberapa sistem memiliki kedua suhu solusi atas dan kritis yang lebih

rendah. Itu terjadi karena, setelah kompleks lemah telah terganggu, yang

menyebabkan sebagian

miscibility, gerak termal pada suhu tinggi menyeragamkan campuran kembali,

sama seperti dalam kaus cairan sebagian larut biasa. Yang paling terkenal

contohnya adalah nikotin dan air, dimana yang sebagian larut antara 61°C dan

210°C.

c) Distilasi Cairan Sebagian Larut

Pertimbangkan sepasang cairan yang sebagian larut dan membentuk

azeotrop rendah mendidih. Kombinasi ini cukup umum karena kedua sifat

mencerminkan kecenderungan dari dua jenis molekul untuk menghindari satu

sama lain. Ada dua kemungkinan: satu dimana cairan menjadi sepenuhnya larut

sebelum mereka mendidih, yang lain di mana mendidih terjadi sebelum

pencampuran selesai.

Gambar. 9. Diagram suhu-komposisi untuk air dan nikotin, yang memiliki suhu

kritis kedua atas dan bawah. Perhatikan suhu tinggi untuk cairan (Terutama air):

diagram sesuai dengan sampel di bawah tekanan.



Gambar. 10. Diagram suhu-komposisi untuk sistem biner dimana suhu kritis atas

kurang dari titik didih di semua komposisi. Campuran membentuk azeotrop

rendah mendidih.



Gambar. 11 Diagram suhu-komposisi untuk sistem biner yang mendidih sebelum

dua cairan yang sepenuhnya larut.



Gambar.11 menunjukkan diagram fase untuk dua komponen yang menjadi

sepenuhnya larut sebelum mereka mendidih. Distilasi komosisi campuran a1

menyebabkan komposisi uapb1, yang terkondensasi ke larutan fase tunggal yang

tercampur seluruhnya di b2. Pemisahan fasa terjadi hanya ketika distilat ini

didinginkan ke titik dalam dua fase wilayah cair, seperti b3. Deskripsi ini hanya

berlaku untuk penurunan pertama distilat. Jika distilasi diteruskan, komposisi

cairan yang tersisa berubah. Pada akhinya, ketika seluruh sampel telah menguap

dan terkondensasi, komposisi tersebut kembali ke a1.

Gambar.12 menunjukkan kemungkinan kedua, di mana tidak ada solusi

kritis atas suhu. Distilat yang diperoleh dari kopmposisi cairan awalnya a1

memiliiki komposisi b3 dan merupakan campuran dua fase. Salah satu fase

memiliki komposisi b3 'dan yang lainnya memiliki komposisi b3 ".

Perilaku sistem komposisi diwakili oleh isopleth e pada Gambar. 8

menarik. Sebuah sistem di e1 membentuk du fase, dimana bertahan (tapi dengan

mengubah proporsi) sampai dengan titik didih di e2. Uap dari campuran ini

memiliki komposisi yang sama sebagai cairan (cairan merupakan

azeotrop). Demikian pula, kondensasi uap

komposisi e3 memberikan cairan dua fase komposisi keseluruhan yang sama. Pada

tahap

suhu, campuran menguap dan mengembun seperti zat tunggal.

Ekstraksi Cair-Cair

a) Pengertian Ekstraksi

Ekstraksi secara kasarnya adalah menarik sesuatu dari sesuatu yang lain.

Seorang pengacara mengekstraksi kebenaran dari seorang kriminal, atlet mencoba

mengekstraski energi dari otot-ototnya, dan kimiawan mengekstraksi senyawa

dari padatan atau cairan menggunakan pelarut encer atau pelarut organik.

Pada zaman dahulu, ekstraksi kuno merupakan proses pemasakan dan

pembuatan teh atau kopi. Setiap cangkir teh dan kopi mengandung ekstraksi

padat/cair, yaitu ekstraksi senyawa organik dari biji kopi atau daun teh (padat)

dari air panas (cair). Molekul polar yang memiliki massa molar (Mr) lebih rendah,

seperti kafein, larut dalam air panas dan dibuang dari material lemak, protein, dan

selulosa bermassa molar tinggi yang tidak larut dalam air. Lebih dari 200

senyawa diekstraksi dari padatan ke dalam teh atau kopi. Kopi dekafeinasi

(hampir seluruh kafein sudah terbuang) juga merupakan contoh ekstraksi

padat/cair. Pabrik kopi mengekstraksi kafein dari kopi untuk memenuhi

permintaan masyarakat modern akan versi minuman kopi dekafeinasi.

Lebih dari berabad-abad, manusia telah melakukan ekstraksi padat/cair

dengan memasak daun, buah, dan akar dari tumbuhan-tumbuhan umum. Pada

prosesnya, mereka mengekstraksi senyawa berdasarkan aktivitas farmakologi.

Banyak dari senyawa-senyawa ini digunakan untuk tujuan medis. Sebagai contoh,

Serturner pertama kali mengekstraksi morfin dari benih pohon apiun pada tahun

1805. Narkotika jenis ini dan beberapa turunannya, termasuk codeine, sekarang

ini digunakan untuk penghilang rasa sakit. Sayangnya, turunannya yang lain

seperti heroin, disalahgunakan oleh para pengguna.

Gambar.12. Morfin, Codeine, dan Heroin

Ketika ektraksi padat/cair merupakan teknik yang biasa digunakan untuk

membuat minuman dan mengisolasi produk hayati, ekstraksi cair/cair merupakan

metode yang sering digunakan dalam laboratorium organik. Reaksi organik

menghasilkan sejumlah produk sampingan , beberapa ada yang organik dan ada

yang inorganik. Reaksi tersebut tidak berlangsung 100% sehingga reaktan akan

masih tersisa pada produk akhir reaksi. Arti kata “kerja” dalam kimia organik

bukan melakukan reaksi, tetapi lebih kepada pembuatan campuran reaksi, yang

mana merupakan separasi dan purifikasi dari produk yang diinginkan dari

campuran produk sampingan dan sisa sebagai reaktan. Ektraksi cair/cair biasanya

merupakan tahap awal pada reaksi sebelum purifikasi akhir dari produk dengan

rekristalisasi, distilasi, dan sublimasi.

Ekstraksi digunakan dalam banyak reaksi sintesis. Salah satu dari reaksi

sintesis yang akan dipelajari adalah reaksi Grignard yang meliputi adisi fenil

reagen dari benzophenone membentuk triphenylmethanol.

Reaksi akhir mengandung produk, pelarut eter dan larutan asam klorida (HCl),

dan kemungkinan masih tersisa benzophenone. Karena air dan eter saling tidak

larut, kita akan mendapatkan dua lapisan terpisah, satu larutan asam, dan eter

organik lain. Densitas eter lebih rendah daripada air sehingga eter akan berada

pada lapisan teratas. Secara sederhana, kita dapat menguapkan air dan eter untuk

membuang keduanya. Permasalahan terletak pada produk sampingan inorganik,

MgCl2, yang tidak menguap dan kristalnya akan dicampur dengan kristal produk

organik triphenylmethanol. Prinsip like-dissolve-like, yang menyatakan bahwa

senyawa polar hanya akan larut dalam pelarut polar dan senyawa non polar hanya

larut dalam pelarut non polar, membantu dalam memahami campuran reaksi eter-

air dua fasa, garam inorganik ion magnesium yang harus diselesaikan dalam fasa

cair, dan produk organik yang tidak larut dalam air, triphenyl methanol harus

berada dalam fasa eter organik.

Ekstraksi menggunakan perbedaan solubilitas dari molekul-molekul ini

untuk secara selektif menarik produk ke dalam fasa organik. Walaupun dua

lapisan tersebut tidak saling larut, keduanya bekerja sama untuk memisahkan dan

menyeleksi senyawa yang akan diisolasi. Dengan memisahkan dua lapisan ini,

kita dapat memisahkan garam inorganik dari material organiknya. Hampir pada

semua kasus, ekstraksi dapat digunakan untuk memisahkan atau “partisi” ionik

atau substansi massa molar rendah polar ke dalam fasa cair dan substansi yang

tidak terlalu polar dan tidak larut air ke dalam fasa organik cair tidak larut.

Fenomena ini dipengaruhi oleh koefisien distribusi.

Pemisahan zat-zat terlarut antara dua cairan yang tidak saling mencampur

antara lain menggunakan alat corong pisah. Ada suatu jenis pemisahan lainnya

dimana pada satu fase dapat berulang-ulang dikontakkan dengan fase yang lain,

misalnya ekstraksi berulang-ulang suatu larutan dalam pelarut air dan pelarut

organik, dalam hal ini digunakan suatu alat yaitu ekstraktor sokshlet. Metode

sokshlet merupakan metode ekstraksi dari padatan dengan solvent (pelarut) cair

secara kontinu. Alatnya dinamakan sokshlet (ekstraktor sokshlet) yang digunakan

untuk ekstraksi kontinu dari sejumlah kecil bahan. Istilah-istilah berikut ini

umumnya digunakan dalam teknik ekstraksi:

1. Bahan ekstraksi: Campuran bahan yang akan diekstraksi

2. Pelarut (media ekstraksi): Cairan yang digunakan untuk melangsungkan ekstraksi

3. Ekstrak: Bahan yang dipisahkan dari bahan ekstraksi

4. Larutan ekstrak: Pelarut setelah proses pengambilan ekstrak

5. Rafinat (residu ekstraksi): Bahan ekstraksi setelah diambil ekstraknya

6. Ekstraktor: Alat ekstraksi

7. Ekstraksi padat-cair: Ekstraksi dari bahan yang padat

8. Ekstraksi cair-cair (ekstraksi dengan pelarut = solvent extraction): Ekstraksi dari

bahan ekstraksi yang cair

9. Ekstraksi asam/basa

Pada ekstraksi tidak terjadi pemisahan segera dari bahan-bahan yang akan

diperoleh (ekstrak), melainkan mula-mula hanya terjadi pengumpulan ekstrak

dalam pelarut.

Ekstraksi akan lebih menguntungkan jika dilaksanakan dalam jumlah

tahap yang banyak. Setiap tahap menggunakan pelarut yang sedikit. Kerugiannya

adalah konsentrasi larutan ekstrak makin lama makin rendah, dan jumlah total

pelarut yang dibutuhkan menjadi besar, sehingga untuk mendapatkan pelarut

kembali biayanya menjadi mahal.

Semakin kecil partikel dari bahan ekstraksi, semakin pendek jalan yang

harus ditempuh pada perpindahan massa dengan cara difusi, sehingga semakin

rendah tahanannya. Pada ekstraksi bahan padat, tahanan semakin besar jika

kapiler-kapiler bahan padat semakin halus dan jika ekstrak semakin terbungkus di

dalam sel (misalnya pada bahan-bahan alami).

Ekstraksi dibagi menjadi dua, yaitu:

1. Ekstraksi padat-cair

Pada ekstraksi padat-cair, satu atau beberapa komponen yang dapat larut

dipisahkan dari bahan padat dengan bantuan pelarut. Pada ekstraksi, yaitu ketika

bahan ekstraksi dicampur dengan pelarut, maka pelarut menembus kapiler-kapiler

dalam bahan padat dan melarutkan ekstrak. Larutan ekstrak dengan konsentrasi

yang tinggi terbentuk di bagian dalam bahan ekstraksi. Dengan cara difusi akan

terjadi kesetimbangan konsentrasi antara larutan tersebut dengan larutan di luar

bahan padat.

Syarat-syarat yang harus dipenuhi untuk mencapai unjuk kerja ekstraksi

atau kecepatan ekstraksi yang tinggi pada ekstraksi padat-cair, yaitu:

a. Karena perpindahan massa berlangsung pada bidang kontak antara fase padat dan

fase cair, maka bahan itu perlu sekali memiliki permukaan yang seluas mungkin.

b. Kecepatan alir pelarut sedapat mungkin besar dibandingkan dengan laju alir bahan

ekstraksi.

c. Suhu yang lebih tinggi (viskositas pelarut lebih rendah, kelarutan ekstrak lebih

besar) pada umumnya menguntungkan unjuk kerja ekstraksi.

2. Ekstraksi cair-cair

Pada ekstraksi cair-cair, satu komponen bahan atau lebih dari suatu

campuran dipisahkan dengan bantuan pelarut. Ekstraksi cair-cair terutama

digunakan, bila pemisahan campuran dengan cara destilasi tidak mungkin

dilakukan (misalnya karena pembentukan azeotrop atau karena kepekaannya

terhadap panas) atau tidak ekonomis. Seperti ekstraksi padat-cair, ekstraksi cair-

cair selalu terdiri dari sedikitnya dua tahap, yaitu pencampuran secara intensif

bahan ekstraksi dengan pelarut dan pemisahan kedua fase cair itu sesempurna

mungkin. Pada makalah ini akan dijelaskan lebih lanjut mengenai ekstraksi cair-

cair. Ekstraksi cair-cair merupakan salah satu cara pemisahan campuran cair yang

pada kondisi tertentu memiliki beberapa keunggulan bila dibandingkan dengan

cara pemisahan lain, seperti distilasi atau adsorpsi. Keunggulan tersebut antara

lain ialah proses dapat berjalan pada kondisi ruang dengan kebutuhan energi yang

relatif kecil. Ekstraksi cair-cair saat ini telah digunakan pada skala komersial

misalnya di industri petroleum dimana proses ini dimanfaatkan untuk

penghilangan senyawa-senyawa aromatik, sulfur, lilin dan resin pada pembuatan

minyak pelumas.

Pemisahan campuran fasa cair dapat terjadi akibat perpindahan salah satu

senyawa dalam campuran ke fasa cair lain yang kontak dengan campuran cair

tersebut. Agar proses berjalan dengan cepat, kontak antara kedua cairan tersebut

harus intim yaitu memiliki luas area permukaan kontak sangat luas serta hambatan

perpindahan massa antar fasa cair-cair sangat rendah. Hal ini dapat dicapai bila

salah satu cairan terdispersi di dalam cairan yang lainnya. Cairan yang terdispersi

dalam bentuk tetesan disebut fasa terdispersi, sedangkan cairan yang lainnya yang

mendispersi disebut fasa kontinyu.

Ekstraksi cair-cair (liquid extraction, solvent extraction): solute dipisahkan

dari cairan pembawa (diluen) menggunakan solven cair. Campuran diluen dan

solven ini adalah heterogen ( immiscible, tidak saling campur), jika dipisahkan

terdapat 2 fase, yaitu fase diluen (rafinat) dan fase solven (ekstrak). Perbedaan

konsentrasi solute di dalam suatu fasa dengan konsentrasi pada keadaan

setimbang merupakan pendorong terjadinya pelarutan (pelepasan) solute dari

larutanyang ada. Gaya dorong (driving force) yang menyebabkan terjadinya

proses ekstraksi dapatditentukan dengan mengukur jarak system dari kondisi

setimbang.

Fase rafinat = fase residu, berisi diluen dan sisa solut.

Fase ekstrak = fase yang berisi solut dan solven.

(a)

(b)

Gambar. 13 (a) Proses ekstraksi cair-cair dan (b) aplikasi ekstraksi cair-cair.

Sumber: Wibawa Dwi Kusuma, Indra. 2007. Ekstrasi cair-cair. Jurnal.

Universitas Lampung: Lampung.

Dalam hal yang paling sederhana, bahan ekstraksi. Yang cair dicampur

berulang kali dengan pelarut segar dalam sebuah tangki pengaduk (sebaiknya

dengan saluran keluar di bagian bawah). Larutan ekstrak yang dihasilkan setiap

kali dipisahkan dengan cara penjernihan (pengaruh gaya berat).

Yang konstruksinya lebih menguntungkan bagi proses pencampuran dan

pernisahan adalah tangki yang bagian bawalmya runcing (yang dilengkapi dengan

perkakas pengaduk, penyalur bawah, maupun kaca Intip yang tersebar pada

seluruh ketinggiannya).

Alat tak kontinu yang sederhana seperti itu digunakan misalnya untuk

mengolah bahan dalam jurnlah kecil,atau bila hanya sekali-sekali dilakukan

ekstraksi. Untuk Pemisahan.

Yang dapat dipercaya antara fasa berat dan fasa ringan, sedikit-sedikitnya

diperlukan sebuah kaca intip pada saluran keluar di bagian bawah tangki

ekstraksi.

Selain itu penurunan lapisan antar fasa seringkali dikontrol secara

elektronik (dengan perantara alat ukur konduktivitas), secara optik (dengan

bantuan detektor cahaya 289 hatas) atau secara mckanik (dengan pelampung atau

benda apung). Peralatan ini mudah digabungkan dengan komponen pemblokir dan

perlengkapan alarm, yang akan menghentikan aliran keluar dan/atau memberikan

alarm, segera setelah lapisan tersebut melampaui kedudukan tertentu. Agar fasa

ringan (yang kebanyakan terdiri atas pelarut organik) tidak masuk ke dalam

saluran pembuangan air,pencegahan yang lebih baik dapat dilakukan dengan

memasang bak penampung (bak penyangga) dibelakang ekstraktor.

Pada ekstraksi cair-cair, satu komponen bahan atau lebih dari suatu

campuran dipisahkan dengan bantuan pelarut. Proses ini digunakan secara teknis

dalam skala besar misalnya untuk memperoleh vitamin, antibiotika, bahan-bahan

penyedap, produk-produk minyak bumi dan garam-garam. logam. Proses ini pun

digunakan untuk membersihkan air limbah dan larutan ekstrak hasil ekstraksi

padat cair. Ekstraksi cair-cair terutama digunakan, bila pemisahan campuran

dengan cara destilasi tidak mungkin dilakukan (misalnya karena pembentukan

aseotrop atau karena kepekaannya terhadap panas) atau tidak ekonomis. Seperti

halnya pada proses ekstraksi padat-cair, ekstraksi caircair selalu terdiri atas

sedikitnya dua tahap, yaitu pencampuran secara intensif bahan ekstraksi dengan

pelarut, dan pemisahan kedua fasa cair itu sesempurna mungkin.

Pada saat pencampuran terjadi perpindahan massa, yaitu ekstrak

meninggalkan pelarut yang pertarna (media pembawa) dan masuk ke dalam

pelarut kedua (media ekstraksi). Sebagai syarat ekstraksi ini, bahan ekstraksi dan

pelarut tidak. saling melarut (atau hanyadalam daerah yang sempit). Agar terjadi

perpindahan masa yang baik yang berarti performansi ekstraksi yang besar

haruslah diusahakan agar terjadi bidang kontak yang seluas mungkin di antara

kedua cairan tersebut. Untuk itu salah satu cairan distribusikan menjadi tetes-tetes

kecil (misalnya dengan bantuan perkakas pengaduk). Tentu saja pendistribusian

initidak boleh terlalu jauh, karena akan menyebabkan terbentuknya emulsi yang

tidak dapat lagi atau sukar sekali dipisah. Turbulensi pada saat mencampur tidak

perlu terlalu besar. Yang penting perbedaan konsentrasi sebagai gaya penggerak

pada bidang batas tetap ada. Hal ini berarti bahwa bahan yang telah terlarutkan

sedapat mungkin segera disingkirkan dari bidang batas. Pada saat pemisahan,

cairan yang telah terdistribusi menjadi tetes-tetes hanis menyatu kembali menjadi

sebuah fasa homogen dan berdasarkan perbedaan kerapatan yang cukup besar

dapat dipisahkan dari cairan yang lain. Kecepatan pembentukan fasa homogen

yang diikuti dengan menentukan output sebuah ekstraktor cair-cair. Kuantitas

pemisahan persatuan waktu dalam hal ini semakin besar jika permukaan lapisan

antar fasa di dalam alat semakin luas. Sama haInya seperti pada ekstraksi padat-

cair,alat ekstraksi tak kontinu dan kontinu yang akan dibahas berikut ini seringkali

merupakan bagian dari suatu instalasi lengkap. Instalasi tersebut biasanya terdiri

atas ekstraktor yang sebenarnya (dengan zona-zona pencampuran dan pemisahan)

dan sebuah peralatan yang dihubungkan di belakangnya (misalnya alat penguap,

kolom rektifikasi) untuk mengisolasi ekstrak atau memekatkan larutan ekstrak dan

mengambil kembali pelarut.

Pertimbangan pemakaian proses ekstraksi sebagai proses pemisahan antara

lain:

(1) Komponen larutan sensitif terhadap pemanasan jika digunakan distilasi meskipun

pada kondisi vakum.

(2) Titik didih komponen-komponen dalam campuran berdekatan.

(3) Kemudahan menguap (volatility) komponen-komponen hampir sama.

Untuk mencapai proses ekstraksi cair-cair yang baik, pelarut yang

digunakan harus memenuhi kriteria sebagai berikut (Martunus & Helwani,

2004;2005):

a. Kemampuan tinggi melarutkan komponen zat terlarut di dalam campuran.

b. Kemampuan tinggi untuk diambil kembali.

c. Perbedaan berat jenis antara ekstrk dan rafinat lebih besar.

d. Pelarut dan larutan yang akan diekstraksi harus tidak mudah campur.

e. Tidak mudah bereaksi dengan zat yang akan diekstraksi.

f. Tidak merusak alat secara korosi.

g. Tidak mudah terbakar, tidak beracun dan harganya relatif murah.

Berdasarkan sifat diluen dan solven, sistem ekstraksi dibagi menjadi 2

sistem :

a. Immiscible extraction, solven (S) dan diluen (D) tidak saling larut.

b. Partially miscible, solven (S) sedikit larut dalam diluen (D) dan sebaliknya,

meskipun demikian, campuran ini heterogen, jika dipisahkan akan terdapat fase

diluen dan fase solven.

Skema sistem itu :

Gambar. 14 Skema sistem ekstraksi.



Suatu unit ekstraksi, selalu diikuti unit pemungutan solven agar dapat

digunakan kembali ( solvent recovery unit), seperti gambar di bawah ini:

Gambar. 15 Skema unit ekstraksi yang diikuti unit pemungutan solven.



Ditinjau dari cara kontak kedua fase, maka ekstraktor dibagi menjadi 2 yaitu:

1. Kontak kontinyu ( continuous contactor) seperti Rotary Disc Contactor, Packed

bed extractor, spray tower.

2. Kontak bertingkat ( stage wise contactor) seperti menara plat/tray, mixer-settler.

(a) (b) (c) (d)

(e)

Gambar.16 (a)(b) Spray tower, (c)(d) Baffle-plate coloumn, dan (e) Sieve tray

extractor.



Aspek penting dalam memilih pelarut untuk ekstraksi adalah memilih dua pelarut

yang tidak saling larut satu sama lain. Beberapa pasangan pelarut ekstraksi

cair/cair yang umum adalah air-diklorometana, air-eter, dan air-heksana.

Perhatikan bahwa setiap kombinasi terdapat air. Sebagian besar ekstraksi meliputi

air karena air memiliki kepolaran yang tinggi dan tidak larut dengan banyak

pelarut organik. Selain itu, komponen yang akan kita ekstraksi, harus larut dalam

pelarut organik, tetapi tidak larut dalam air. Senyawa organik seperti benzena

sangat mudah untuk diekstraksi dari air karena kelarutannya dalam air yang

sangat rendah. Bagaimana pun, senyawa seperti etanol dan metanol tidak akan

terpisah dengan teknik ekstraksi cair/cair karena keduanya larut dalam pelarut air

dan pelarut organik.

Ada pula faktor penting yang harus diperhatikan ketika memilih pelarut

ekstraksi. Seperti yang sudah disebutkan sebelumnya, kedua pelarut haruslah

saling tidak larut satu sama lain. Biaya, toksisitas, apakah mudah terbakar atau

tidak harus dipertimbangkan. Volatilitas pelarut organik juga harus penting.

Pelarut dengan titik didih rendah seperti eter lebih sering digunakan untuk

mengisolasi dan mengeringkan material yang terisolasi dengan mudah. Jika eter

digunakan (bp = 35 oC), evaporasi untuk mengoleksi padatan berlangsung cepat.

Pertimbangan-pertimbangan dalam pemilihan pelarut yang digunakan adalah:

(1) Selektifitas (factor pemisahan = β)

Agar proses ekstraksi dapat berlangsung, harga β harus lebih besar dari satu. Jika

nilai β =1 artinya kedua komponen tidak dapat dipisahkan.

(2) Koefisien distribusi

Pada contoh tipikal ekstraksi cair/cair yang akan dijelaskan berikut,

produk merupakan molekul organik besar yang tidak sangat larut dalam air. Lain

halnya dengan produk yang berat molekulnya rendah atau berupa molekul kecil.

Dia akan lebih sulit untuk larut dalam air. Sehingga, produk tidak seluruhnya

“bergerak” ke dalam lapisan organik, tetapi juga larut sebagian dalam lapisan cair.

Untuk material organik yang larut air, seperti asam asetat atau gula, sebagian

besar zat terlarut akan berada dalam fasa air. Pengukuran kuantitatif dari

bagaimana sebuah senyawa organik berdistribusi antara fasa organik dan fasa cair

disebut sebagai koefisien distribusi atau koefisien partisi, yang mana merupakan

ratio, K, dari solubilitas (kelarutan) komponen terlarut yang larut dalam fasa

organik dan kelarutan material yang terlarut padda fasa cair. (Ingat bahwa K

independen terhadap jumlah aktual dari campuran kedua pelarut).

K = koefisien distribusi

K merupakan ratio perbandingan konsentrasi komponen terlarut

dari dua pelarut yang berbeda saat sistem mencapai kesetimbangan. Pada

kesetimbangan, molekul terlarut berdistribusi ke dalam pelarut yang mana

molekul tersebut lebih mudah untuk larut. Material inorganik dan larut dalam air

akan tertinggal dalam fasa air dan molekul organik akan tetap berada pada fasa

organik. Dengan menggunakan pelarut yang benar, molekul akan secara spesifik

diseleksi dan diekstraksi dari pelarut yang lain.

Karena koefisien distribusi merupakan ratio, kecuali jika nilai K sangat

besar, tidak semua zat terlarut akan tertinggal pada fasa organik dalam sekali

ekstraksi. Biasanya dua, tiga, atau empat kali ekstraksi dari fasa cair dengan

pelarut organik dapat memisahkan produk yang diinginkan dari fasa cair.

Keefektifan dari ekstraksi volume kecil berkali-kali versus ekstraksi satu volume

besar dapat didemonstrasikan dari kalkulasi sederhana. Bayangkan satu kali

ekstraksi dapat memurnikan 90% senyawa. Ekstraksi kedua dengan pelarut yang

sama akan dapat menarik 90% lagi dari material yang tersisa. Secara efektif, 99%

senyawa akan diambil dari dua kali ekstraksi. Banyak ekstraksi kecil aakan lebih

efisien dari satu kali ekstraksi besar. Fenomena ini dapat diekspresikan secara

matematis dalam persamaan,

Persamaan ini meliputi fraksi material yang diekstraksi dari pelarut B di

mana n adalah jumlah ekstraksi yang dilakukan, K adalah koefisien distribusi, VA

adalah volume pelarut A, dan VB adalah volume pelarut B.

Koefisien distribusi berperan besar dalam menentukan kemujaraban obat.

Sebelum obat diserap oleh sel otak, obat harus melewati palang otak-darah. Obat

harus memiliki kelarutan yang cukup terhadap air untuk dapat larut dalam darah

dan dibawa ke otak. Bagaimana pun, untuk melewati dinding sel yang

mengandung banyak lipid lemak yang tidak larut air dengan sidat kelarutan yang

sama terhadap pelarut organik, obat harus memiliki kelarutan pelarut organik

pula. Membran selmenggunakan prinsip dasar kelarutan yang sama dengan proses

ekstraksi. Membran sel (seperti ditunjukkan pada gambar 3) menganduk kepada

ionik dan bagian tengah yang hidrofobik dan non polar.

Gambar.17 Diagram Sederhana Membran Sel

Kepala ionik lipid mengorientasi dirinya pada lingkungan air membentuk

interior yang sangat non polar. Ion-ion seperti K+ dan Ca

+ tidak dapat melewati

interior sel secara langsung karena interior yang non polar tidak mampu

menyokong ion-ion tersebut. Ekstraksi menggunakan efek partisi yang sama ini

untuk mengisolasi senyawa organik. Seperti pada contoh biologis ini, dalam

proses ektraksi senyawa organik akan memilih di mana dia akan tinggal

berdasarkan koefisien distribusi. Desain obat sintesis berpengaruh pada

pentingnya memiliki koefisien distribusi yang mengizinkan transportasi dalam

darah dan membran organik.

(3) Recoverability (kemampuan untuk dimurnikan)

Pemisahan solute dari solvent biasanya dilakukan dengan cara distilasi,

sehingga diharapkan harga “relative volatility” dari campuran tersebut cukup

tinggi.

(4) Densitas

Perbedaan densitas fasa solvent dan fasa diluent harus cukup besar agar

mudah terpisah. Perbedaan densitas ini akan berubah selama proses ekstraksi dan

mempengaruhi laju perpindahan massa.

(5) Tegangan antar muka (interfasia tension)

Tegangan antar muka besar menyebabkan penggabungan (coalescence)

lebih mudah namun mempersulit proses pendispersian. Kemudahan

penggabungan lebih dipentingkan sehingga dipilih pelarut yang memiliki

tegangan antar muka yang besar.

(6) Chemical reactivity

Pelarut merupakan senyawa yang stabil dan inert terhadap komponen-

komponen dalamsystem dan material (bahan konstruksi).

(7) Viskositas

Tekanan uap dan titik beku dianjurkan rendah untuk memudahkan

penanganan dan penyimpanan.

(8) Pelarut tidak beracun dan tidak mudah terbakar.

3. Ekstraksi Asam/Basa

Ada pula tiga kasus spesial dari ekstraki cair/cair yang sangat berguna untuk

mengisolasi dan memurnikan amina, asam karboksilat, dan fenol. Ketiga gugus

fungsi ini dapat diinterkorversikan dari organik non-ionik yang larut menadi ionik

larut dalam air dengan mengubah pH.

Ekstraksi padat/cair atau cair/cair bergantung pada kelarutan zat terlarut

sebagai material yang diekstraksi. Dalam ekstraksi asam/basa, molekul yang

diekstraksi akan ditransformasikan sehingga molekul tersebut memiliki kelarutan

yang baru. Satu contoh spesifik adalah asam benzoat yang merupakan sebuah

asam organik. Asam benzoat larut dalam hampir semua pelarut organik termasuk

diklorometana dan eter. Namun, asam benzoat dapat dengan mudah mengamalami

deprotonasi dengan basa untuk memberukan spesi ionik bermuatan yang sangat

larut dalam air.

Dengan mengkonversi asam benzoat menjadi garam sodium asam benzoat,

kelarutan kemudian menurun. Sekarang garam sodium lebih larut dalam ait dan

akan bermigrasi ke lapisan air. Karena pelarut yang dipilih saling tidak larut satu

sama lain, lapisan pelaru dapat dipisahkan dengan mudah. Walaupun separasi

telah selesai, kita tidak lagi memiliki asam benzoat. Untuk memperoleh senyawa

aslinya, garam harus diprotonasi dengan asam kuat inorganik. Saat asam benzoat

dibuat dengan menambahkan asam, dia akan mengalami presipitasi di dalam air

untuk menghasilkan senyawa murni asam benzoat. Metode ini efektif damlam

campuran asam-asam organik kuat, asam organik lemah, basa, dan senyawa

netral. Kita dapat menggunakan asam/basa fungsional pula.

Dengan mengubah pH dari fasa air dalam ekstraksi cair/cair, koefisien

distribusi dapat berubah secara drastis yang dapat menarik molekul ke dalam

kedua fasa organik dan fasa air. Asam karboksilat, fenol, dan amina dapat dengan

mudah diseparasi dari senyawa komponen. Bagaimana pun, seluruh gugus

fungsional tersebut tidak dapat dipengaruhi dari perubahan pH larutan sehingga

mereka akan selalu berdistribusi antara dua lapisan dengan cara yang sama karena

koefisien distribusi mereka tidak dipengaruhi oleh pH. Gambar 8 akan

menerangkan detail dari reaktan yang diperlukan untuk memisahkan asam

benzoat, anilin, dan fenol.

Gbr. 8. Persamaan Ekstraksi Asam/Basa

Ekstraksi asam/basa merupakan salah satu teknik yang lebih sulit

dipahami dalam kimia organik. Cara yang paling mudah untuk lebih mengerti

teknik ini adalah dengan membuat diagram alir untuk mengikuti spesi mana yang

telah dibuat dan di mana molekul terletak atau tinggal. Jika kita dapat

membayangkan perubahan molekul dan bergerak ke lapisan yang sesuai, kita

dapat menyelesaikan separasi yang tidak diketahui secara mudah. Gambar 9

merupakan diagram alir dari separasi sebuah asam organik kuat, asam organik

lemah, basa organik, dan komponen netral. Jika kita dapat mengikuti langkah-

langkah tersebut, separasi yang tidak diketahui akan lebih mudah untuk dipahami.

Diagram Alir dari Ekstraksi Asam/Basa

Baik ekstraksi asam/basa, padat/cair, atau cair/cair, ekstraksi merupakan

alat organik yang berguna untuk memisahkan untuk memisahkan campuran

komponen. Dari obat-obatan terdahulu yang diekstraksi dari pohon dan tanaman

hingga farmakologi modern, ekstraksi masih digunakan untuk memisahkan dan

memurnikan molekul organik.

REFERENSI

Atkins, Peter dan Julio de Paula. 2006. Physical Chemistry, Eight Edition. New York:

W. H. Freeman and Company.

Kusumo, Priyono. 2007. Pemakaian Distribusi TetesanFasa terdispersi untuk Evaluasi

Unjuk Kerja Proses Ekstraksi Cair-cair Menggunakan Kolom Isian. Jurnal. Serat

Acitya-jurnal Ilmiah, UNTAG Semarang.

Wibawa Dwi Kusuma, Indra. 2007. Ekstrasi cair-cair. Jurnal. Universitas Lampung:

Lampung.

Penn State Department of Chemistry. 2011. Liquid/Liquid Extraction.

http://courses.chem.psu.edu/chem36/Experiments/PDF%27s_for_techniques/Liqu

id_Liquid.pdf (diakses 6 November 2013).

makalah kimfis

Documents