PEMISAHAN DAN PEMURNIAN ZAT CAIR Distilasi dan Titik Didih I. Tujuan 1.1 Mengetahui prinsip destilasi dan pengertian campuran azeotrop 1.2 Dapat mengkalibrasi thermometer dan dapat merangkai peralatan destilasi 1.3 Dapat terampil melakukan destilasi 1.4 Melakukan destilasi untuk pemisahan dan pemurnian 1.5 Melakukan analisis kemurnian cairan dengan indeks bias. II. Prinsip Pemisahan dan pemurnian komponen campuran zat cair berdasarkan perbedaan titik didih cairan pada tekanan tertentu yang melibatkan penguapan campuran dan diikuti dengan proses pendinginan. III. Teori Dasar A. Distilasi 1. Pengertian Distilasi Distilasi adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan titik didih atau kemudahan menguap volatilitas bahan dengan menggunakan panas sebagai pemisahan dalam distilasi, campuran zat dididihkan sehingga menguap dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dahulu. Metode ini termasuk sebagai unit operasi kimia jenis pemindahan massa. Penerapan proses ini didasarakan pada teori, bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Model ideal pada distilasi didasarkan pada Hukum Roult, yaitu : P A = P A. X A, dan Hukum Dalton, yaitu : X A = P A (P A + P B + )
kombinasi kedua hukum ini menunjukkan bahwa untuk campuran ideal fraksi mol dalam uap lebih tinggi daripada dalam larutan. Konsep pemisahan dengan cara distilasi merupakan sintesa pengetahuan dan peristiwa-peristiwa: a. kesetimbangan fasa b. perpindahan massa c. perpindahan panas d. perubahan fasa akibat pemanasan (penguapan) e. perpindahan momentum Distilasi adalah sistem perpindahan yang memanfaatkan perpindahan massa. Masalah perpindahan massa dapat diselesaikan dengan dua cara yang berbeda. Pertama dengan menggunakan konsep tahapan kesetimbangan (equilibrium stage) dan kedua atas dasar proses laju difusi (difusional forces). Distilasi dilaksanakan dengan rangakaian alat berupa kolom/menara yang terdiri dari piring (plate tower/tray) sehingga dengan pemanasan komponen dapat menguap, terkondensasi, dan dipisahkan secara bertahap berdasarkan tekanan uap/titik didihnya. Proses ini memerlukan perhitungan tahap kesetimbangan. Ketika sistem berada dalam kesetimbangan, karena banyak molekul zat cair yang memasuki fasa uap dan kemudian kembali lagi dari fasa uap menjadi cair, maka dapat terukur tekanan uapnya. Jika sistem tetap bertahan dalam kesetimbangan, bahkan ketika energinya dinaikkan, banyak molekul dalam fasa cair akan memiliki energi yang mencukupi untuk berubah menjadi fasa uap. Walaupun banyak molekul yang juga kembali dari fasa uap ke dalam fasa cair, namun jumlah molekul dalam fasa uap bertambah dan tekanan uap akan naik. Jumlah molekul dalam fasa uap sangat bergantung pada suhu, tekanan dan kekuatan gaya tarik antarmolekul di dalam fasa cair dan volume sistem. 2. Pengaruh Zat Pengotor Pengaruh zat pengotor pada titik didih sangat bergantung pada sifat zat pengotor, sehingga akan dijumpai pengaruh yang besar bila residu yang volatile masih tetap ada. Umumnya, sejumlah kecil zat pengotor akan memberikan pengaruh yang kecil pada titik didih jika dibandingkan pengaruhnya terhadap titik leleh. Dengan demikian, titik didih tidak
memberikan arti yang sama seperti titik leleh untuk karakterisasi bahanbahan dan kemurniannya. 3. Azeotrop Larutan non-ideal dapat menunjukan perilaku yang lebih rumit. Campuran yang menunjukan penyimpangan relatif besar dari hukum Raoult (yaitu jika gaya tarik zat terlarut-pelarut sangat kuat) akan memiliki titik didih maksimum. Larutan pada maksimum ini disebut azeotrop didih-maksimum; contohnya adalah larutan yang terbentuk oleh sistem H 2 O/HCl. Maksimum titik didih dalam hal ini terjadi pada 108,8 o C dan tekanan 1 atm untuk komposisi 20,22% HCl berdasarkan massa. Campuran yamg memperlihatkan penyimpangan positif besar dari perilaku ideal dapat menunjukan titik didih minimum. Etil alkohol dan air membentuk azeotrop seperti ini dengan titik didih normal 78,17 o C dan komposisi 4% air berdasar massa. Dalam hal ini, gaya tarik antara sesama molekul etil alkohol dan antara sesama molekul air lebih kuat daripada gaya tarik antara etil alkohol dan air, sehingga larutan mendidih pada suhu yang lebih rendah dari komponen murninya. 4. Macam-macam Distilasi
a. Distilasi Sederhana Pada distilasi sederhana, dasar pemisahannya adalah perbedaan titik didih yang jauh atau dengan salah satu komponen bersifat volatil. Jika campuran dipanaskan maka komponen yang titik didihnya lebih rendah akan menguap lebih dahulu. Selain per bedaan titik didih, juga perbedaan kevolatilan, yaitu kecenderungan sebuah substensi untuk menjadi gas. Distilasi ini digunakan pada tekanan atmosfer satu. Aplikasi distilasi sederhana digunakan untuk memisahkan campuran air dan alkohol. b. Distilasi Fraksionisasi Fungsi distilasi fraksionisasi adalah memisahkan komponenkomponen cair, dua atau lebih dari suatu larutan berdasrakan perbedaan titik didihnya namun perbedaan titik didih antar zatnya hampir sama. Sewaktu campuran dipanaskan, kedua zat cair akan menguap. Akan teteapi dengan titik didih lebih tinggi akan terkondensasi sewaktu melewati kolom atas. Uap etanol akan didinginkan akan diperoleh etanol murni. Metode ini menghasilkan tingkat kemurnian yang lebih tinggi.
c. Distilasi Uap Distilasi uap digunakan pada campuran senyawa-senyawa yang memiliki titik didih mencapai 200 C atau lebih. Sifat yang fundamental dan distilasi uap adalah dapat mendistilasi campuran senyawa di bawah titik didih dan masing-masing senyawa campurannya. Selain itu distilasi uap dapat digunakan untuk campuran yang tidak larut dalam air di semua temperatur tetapi dapat didistilasi dengan air. Aplikasi dari distilasi uap adalah untuk mengekstrak beberapa produk alam seperti minyak eucalyptus dari pohon eucalyptus, minyak sitrus dari lemon, dan untuk ekstraki minyak parfum dari tumbuhan.
d. Distilasi Vakum Distilasi vakum biasanya digunakan jika senyawa yang ingin didistilasi tidak stabil, dengan pengertian dapat terdekomposisi sebelum atau mendekati titik didihnya atau campuran yang meiliki titik didih di atas 150 C. Metode distilasi ini tidak dapat digunakan pada pelarut dengan titik didih yang rendah jika kondensornya menggunakan air dingin karena komponen yang menguap tidak dapat dikondensasi oleh air. Untuk mengurangi tekanan digunakan pompa vakum atau aspirator. Aspirator berfungsi sebagai penurun tekanan pada destilasi ini.
B. Kalibrasi Termometer 1. Definisi Kalibrasi Pengertian kalibrasi menurut ISO/IEC Guide 17025:2005 dan Vocabulary of International Metrology (VIM) adalah serangkaian kegiatan yang membentuk hubungan antara nilai yang ditunjukkan oleh instrument ukur atau sistem pengukuran,atau nilai yang diwakili oleh bahan ukur, dengan nilai-nilai yang sudah diketahui yang berkaitan dari besaran yang diukur dalam kondisi tertentu. Dengan kata lain, kalibrasi adalah kegiatan untuk menentukan kebenaran konvensional nilai penunjukan alat ukur dan bahan ukur dengan cara membandingkan terhadap standar ukur yang sudah memenuhi standar nasional maupun internasional. 2. Tujuan dan Manfaat Kalibrasi Tujuan Kalibrasi adalah: a. Menjamin hasil-hasil pengukuran sesuai dengan standar nasional maupun internasional. b. Untuk mencapai ketertelusuran pengukuran. Hasil pengukuran dapat dikaitkan/ditelusur sampai ke standar yang lebih tinggi/teliti (standar primer nasional dan internasional), melalui rangkaian perbandingan yang tak terputus. Manfaat kalibrasi adalah :
a. Menjaga kondisi instrumen ukur dan bahan ukur agar tetap sesuai dengan spesifikasinya. b. Untuk mendukung sistem mutu yang diterapkan di berbagai industri pada peralatan laboratorium dan produksi yang dimiliki. 3. Kalibrasi termometer Kalibrasi termometer adalah suatu kegiatan untuk menetapkan skala termometer dengan menggunakan tanda serta acuan tertentu. Terdapat empat langkah untuk melakukan kalibrasi termometer : a. Menentukan titik tetap bawah, disebut juga titik suhu terendah. Suhu yang digunakan biasanya adalah suhu pada saat air membeku atau titik lebur es untuk air murni, pada tekanan 1 atm. Contoh untuk termometer Celsius adalah 0 0 C sedangkan suhu yang lebih rendah dari 0 0 dinamakan suhu minus atau suhu dibawah titik beku. b. Menentukan titik tetap atas, titik tetap atas digunakan pada saat air murni mendidih untuk tekanan 1 atm. Dan ditetapkan sebagai titik acuan tinggi termometer tersebut sebagai contoh adalah untuk skala termometer Celsius adalah 100 0 C untuk titik didih air. c. Membagi sama rata untuk tiap-tiap bagian termometer jarak antara titik bawah sampai titik atas. d. Memperluas jangkauan termometer caranya dengan menambah skala lebih rendah dari titik bawah dan juga menambah sakala lebih tinggi dari titik atas. C. Titik Leleh Titik leleh adalah temperatur dimana zat padat berubah wujud menjadi zat cair pada tekanan satu atmosfer. Dengan kata lain, titik leleh merupakan suhu ketika fase padat dan cair sama-sama berada dalam kesetimbangan. Perubahan tekanan tidak mempengaruhi titik leleh suatuzat mengalami perubahan yang berarti. Pengaruh ikatan hidrogen terhadap titik leleh tidak begitu besar karena pada wujud padat jarak antarmolekul cukup berdekatan dan yang paling berperan terhadap titik leleh adalah berat molekul zat dan bentuk simetris molekul. Titik leleh senyawa organik mudah untuk diamati sebab temperatur dimana pelelehan mulai terjadi hampir sama dengan temperatur dimana zat telah habis meleleh semuanya. Dalam menentukan titik leleh suatu zat, adapun faktor-faktor yang mempengaruhi cepat atau lambatnya zat tersebut meleleh adalah :
IV. 1. Ukuran kristal Ukuran Kristal sangat berpengaruh dalam menentukan titik leleh suatu zat. Apabila semakin besar ukuran partikel yang digunakan, maka semakin sulit terjadinya pelelehan. 2. Banyaknya sampel Banyaknya sampel suatu zat juga dapat mempengaruhi cepat lambatnya proses pelelehan. Hal ini dikarenakan, apabila semakin sedikit sampel yang digunakan maka semakin cepat proses pelelehannya, begitu pula sebaliknya jika semakin banyak sampel yang digunakan maka semakin lama proses pelelehannya. 3. Pengemasan dalam kapiler a. Pemanasan dalam suatu pemanas harus menggunakan bara api atau panas yang bertahan. b. Adanya senyawa lain dapat mempengaruhi range titik leleh. Alat dan Bahan 1. Alat : Gelas kimia 500 ml, Thermometer, Alat destilasi lengkap, Batu didih, Refraktrometer. 2. Bahan : - Bongkahan kecil es Pemerian rasa, dan tidak berbau. - Aquadest Pemerian Titik didih Bobot Jenis ph larutan : 7 Stabilitas Kegunaan - Metanol Pemerian RM/BM Kelarutan : Cairan, Jernih tidak berwarna, tidak mempunyai : Cairan, Jernih tidak berwarna, tidak mempunyai rasa, dan tidak berbau. : 100 0 C : 1 gr/cm 3 atau 1 gr/ml : Stabil diudara : Sebagai pelarut, media distribusi : Cairan tidak berwarna, gliserin, bau khas : CH3OH/34,00 : Dapat bercampur dengan air, membentuk cairan jernih tidak berwarna Penyimpanan : Dalam wadah tertutup Kegunaan : Sebagai pereaksi
V. Prosedur V.1 Distilasi Biasa Peralatan distilasi sederhana telah dipasang. Lalu dimasukan 400 VI. ml campuran metanol : air (1:1) dimasukan ke dalam labu distilasi (jumlah maksimun setengah volume labu) Beberapa batu didih dimasukan ke dalam labu dan mulai dilakukan pemanasan dengan api yang diatur perlahan naik sampai mendidih. Atur pemanasan gar supaya destilat menetes secara teratur dengan kecepatan satu tetes per detik, amati dan catat suhu dimana tetesan pertama mulai jatuh. Penampung diganti dengan yang bersih, kering dan beri label untuk penampung setilat murni, yaitu destilat yang suhunya sudah mendekati suhu didih sebenarnya sampai suhunya kosntan. Dicatat suhu dan volume distilat secara teratur setiap selang jumlah penampungan destilat tetentu, misalnya setiap 5 ml penampungan destilat sampai sisa yang didistilasi tinggal sedikt ( jangan sampai kering). V.2 Distilasi Bertingkat Dipasang peralatan bertingkat ddimasukkan 400 ml, dicampurkan Methanol-air (1:1) kedalam labu ( maksimum setengah labu). Dimaasukkan beberapa potong batu didih kedalam labu, dilakukan proses distilasi sampai proses pengerjaan distilasi sederhana. Hasil Pengamatan Pada Suhu 70 o Indeks Bias air : 1,333 Indeks Bias Etanol : 1,361 Destilasi Sederhana : 1,338 nd Destilasi Bertingkat : 1,335 nd
VII. Pembahasan Pada percobaan kali ini yaitu pemurnian zat cair dengan distilasi yang bertujuan untuk memisahkan campuran etanol dan air. Etanol dan air memiliki titik didih yang berbeda, metanol memiliki titik didih pada suhu 65 0 C sedangkan air pada suhu 100 0 C. Hal yang pertama dilakukan adalah membuat rangkaian alat destilasi. Rangkaian alat destilasi harus dirangkai dengan benar dan sesuai prosedur. Pada kondensor digunakan air yang mengalir berfungsi sebagai pendingin. Air pada kondensor dialirkan dari bawah ke atas, hal ini bertujuan supaya air dapat mengisi seluruh bagian pada kondensor sehingga akan dihasilkan proses pendinginan yang sempurna. Lubang aliran air dihubungkan dengan selang dan ujungnya disimpan di bak cuci agar air yang mengalir tidak berceceran kemana-mana. Lubang penghubung pada kondensor diolesi sedikit vaselin tujuannya untuk merekatkan alat atau rangkaian alat destilasi, karena tanpa vaselin alat tidak bisa dirangkai dan untuk memudahkan melepas rangkaian nantinya dan juga supaya uapnya tidak keluar. Campuran metanol : air dimasukan ke dalam labu distilasi kemudian dimasukan batu didih. Penambahan batu didih bertujuan Meratakan panas, sehingga panas menjadi homogen pada seluruh bagian larutan, Mencegah terjadinya proses bumping pada saat pemanasan, Untuk menghindari titik lewat didih. Pada beberapa kasus, air tidak mendidih pada suhu 100 o C. a. Tekanan uap larutan tetap optimal sehingga memperapat panas destilasi. b. Larutan dapat mendidih dan menguap pada suhu yang seharusnya.
Kemudian dilakukan pemanasan secara perlahan, jika pemanasan langsung dilakukan dengan suhu yang sangat tinggi, larutan akan mendidih sangat cepat, dihawatirkan tidak akan terlihat suhu tetesan pertama distilat, yang paling parah jika distilasi tidak terkontrol akan terjadi ledakan karena sifat metanol yang mudah terbakar. Setelah diamati, tetesan pertama distilat terjadi pada suhu lebih dari 60 o C menghasilkan sekitar 10 ml sebagai pengotor. Distilat yang dihasilkan berupa metanol, karena dari campuran metanol-air yang titik didihnya lebih rendah adalah metanol. Berdasarkan prinsip percobaan ini yaitu pemisahan campuran zat cair berdasarkan perbedaan titik didih, maka yang pertama kali mendidih akan menguap dan terjadi distilasi. Ketika metanol menguap, uapan dari metanol akan bergerak ke arah pendingin (kondensor). Hal ini dapat terjadi karena suhu dan tekanan udara di labu distilasi lebih tinggi daripada suhu dan tekanan di kondensor, sehingga udara uap metanol akan bergerak ke dalam pendingin atau kondensor. Di dalam kondensor, yang selalu dialiri oleh air dari bawah ke atas sehingga suhunya tetap rendah dan dapat melakukan pendinginan dengan baik, uap metanol tersebut akan mengalami pengembunan (perubahan zat dari gas menjadi cair). Pada saat inilah uap metanol akan berubah kembali menjadi metanol dalam bentuk zat cair. Metanol dalam bentuk cair akan mengalir ke dalam erlenmeyer karena pendingin atau kondensor diposisikan miring ke bawah, sehingga metanol, berdasarkan sifat zat cair yang mengalir dari tempat tinggi ke tempat yang rendah, akan mengalir sepanjang kondensor dan kemudian akan tertampung di dalam erlenmeyer. Faktor-faktor penting yang mempengaruhi ketajaman pemisahan dalam proses destilasi adalah : a. Perbedaan komposisi yang mungkin ada diantaranya cairan uap pada keadaan keseimbangan. b. Efektivitas kontak dari uap dan cairan biasa dinyatakan dalam plat teoritis atau HETP. c. Perbandingan kondensat yang kembali kearah kolom fraksinasi atau refluks ratio.
d. Kecepatan uap yang naik ke kolom atau kecepatan aliran destilat. Untuk mengidentifikasi kemurnian dari kedua komponen, yaitu Ethanol dan Air, maka dilakukan pengukuran indeks bias terhadap masing-masing cairan. Komponen pertama, yaitu Etanol, mempunyai nilai indeks bias 20 sebesar 1,333 (n D ) sedangkan komponen kedua yaitu Air 1,333 juga. Dan setelah di destilasi sederhana mempunyai nilai indeks bias (n D 20 ) sebesar 1,338 dan pada destilasi bertingkat 1,335 (n D 20 ). VIII. Kesimpulan 1. Kalibrasi termometer bertujuan untuk memastikan bahwa alat yang akan digunakan tidak rusak atau ketelitiannya sesuai dengan standar yang ditetapkan. 2. Pemiasahan komponen campuran zat cair dengan distilasi berdasarkan prinsip perbedaan titik didih. 3. Titik didih metanol dari hasil percobaan adalah 68 o C 4. Dan setelah di destilasi sederhana mempunyai nilai indeks bias (n D 20 ) sebesar 1,338 dan pada destilasi bertingkat 1,335 (n D 20 ). IX. Daftar Pustaka Dirjen POM. 1979. Farmakope Indonesia Edisi Ketiga. Jakarta: DepKes.
Achmadi, Suminar. 2001. Prinsip-prinsip kimia modern edisi ke empat jilid 1. Jakarta : Erlangga Al-anshori, Jamaludin. 2007. Penuntun Praktikum Kimia Organik. Bandung : Unpad Sutresna, Nana. 2007. Cerdas Belajar Kimia. Jakarta : Grafindo Media Pratama Departemen Teknik Kimia ITB. 2008. Modul 2.05 Distilasi. Bandung : ITB Tim Laboratorium Kimia Organik. 2010. Penuntun Praktikum Kimia Organik. Bandung : ITB Tim Asisten Laboratorium Farmasi. 2013. Modul Praktikum Kimia Organik. Bandung : STFI