makalah kimfis
DESCRIPTION
tugas makalah kimia fisikaTRANSCRIPT
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.
Sumber: Atkins, Peter dan Julio de Paula. 2006. Physical Chemistry, Eight
Edition. New York: W. H. Freeman and Company.
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.
Sumber: Atkins, Peter dan Julio de Paula. 2006. Physical Chemistry, Eight
Edition. New York: W. H. Freeman and Company.
Gambar.7 Lokasi fase batas yang dihitung atas dasar parameter model β
Sumber: Atkins, Peter dan Julio de Paula. 2006. Physical Chemistry, Eight
Edition. New York: W. H. Freeman and Company.
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.
Sumber: Atkins, Peter dan Julio de Paula. 2006. Physical Chemistry, Eight
Edition. New York: W. H. Freeman and Company.
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.
Sumber: Atkins, Peter dan Julio de Paula. 2006. Physical Chemistry, Eight
Edition. New York: W. H. Freeman and Company.
Gambar. 10. Diagram suhu-komposisi untuk sistem biner dimana suhu kritis atas
kurang dari titik didih di semua komposisi. Campuran membentuk azeotrop
rendah mendidih.
Sumber: Atkins, Peter dan Julio de Paula. 2006. Physical Chemistry, Eight
Edition. New York: W. H. Freeman and Company.
Gambar. 11 Diagram suhu-komposisi untuk sistem biner yang mendidih sebelum
dua cairan yang sepenuhnya larut.
Sumber: Atkins, Peter dan Julio de Paula. 2006. Physical Chemistry, Eight
Edition. New York: W. H. Freeman and Company.
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.
Sumber: Wibawa Dwi Kusuma, Indra. 2007. Ekstrasi cair-cair. Jurnal.
Universitas Lampung: Lampung.
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.
Sumber: Wibawa Dwi Kusuma, Indra. 2007. Ekstrasi cair-cair. Jurnal.
Universitas Lampung: Lampung.
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.
Sumber: Wibawa Dwi Kusuma, Indra. 2007. Ekstrasi cair-cair. Jurnal.
Universitas Lampung: Lampung.
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).