LARUTAN DAN KELARUTAN PADA KRISTAL Mata Kuliah: Pertumbuhan Kristal Oleh: Muhamad Nurissalam 1327011010 PROGRAM PASCASARJANA JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2014
MENGHASILKAN VARIASI BENTUK KRISTAL PENDAHULUAN KRISTAL YANG BAIK PELARUT EFISIEN DAN MURAH KELARUTAN YANG TEPAT MENGHASILKAN VARIASI BENTUK KRISTAL BIAYA MURAH
Larutan dan Titik lebur pelarut Larutan (gas, cair atau padat homogen) Campuran Homogen Zat terlarut Pelarut dalam jumlah lebih banyak Zat terlarut dalam jumlah lebih sedikit Contoh: KNO3 dicampur dengan sedikit air
Seleksi Pelarut mudah didapatkan relative lebih murah kelebihan mudah didapatkan relative lebih murah Air pelarut universal rentang cairan tinggi (~4 - 100C) melarutkan substansi ionik dengan baik kekurangan pelarut tidak baik untuk senyawa kovalen tidak begitu baik untuk reaksi reaksi redoks reaksi asam basa kadang ikut berpengaruh hidrolisis terhadap reagen dapat terjadi
Hasil baik Pelarut Kristalisasi Melarutkan pengotor Pemilihan pelarut Berdasarkan tingkat kepolaranya Campuran beberapa Pelarut Melarutkan pengotor Tidak bereaksi dengan kristal Sifat sifat pelarut Mudah di hilangkan dari kristal Tidak mudah menguap/terbakar
Jenis Jenis Pelarut Non Polar Polar aprotik Butanol (18) Polar Protik Heksana (2) Air (80) DMSO (47) Benzena (2,3) Asam format (58) DMF (38) Metanol (33) Toluena (2,4) Asetonitril(37) Heksana (4,3) Etanol (30) Aseton (21) Kloroform (4,8) Propanol (20) DCM (9,1) Etil Asetat (6,0) Butanol (18) THF (7,5) As. Asetat (6,2) Polar Protik
Kelarutan berbagai Pelarut Pelarut Polar Saling Larut Pelarut Polar Pelarut non Polar Pelarut non Polar Saling Larut Pelarut Non Polar Pelarut Polar Tidak Larut
TIDAK BEREAKSI DENGAN GASKET Pelarut Berbahaya DAPAT DIPISAHKAN PEMILIHAN PELARUT TERJERAT RACUN KRISTAL STABIL TIDAK TERURAI TIDAK TEROKSIDASI TIDAK BEREAKSI DENGAN GASKET
KOMPOSISI LARUTAN 10 persen larutan natrium sulfat Persentasi Konsentrasi KOMPOSISI LARUTAN 10 persen larutan natrium sulfat 10g dari Na2SO4 dalam 100 g air massa per satuan massa pelarut 10g dari Na2SO4 dalam 100 g larutan massa per satuan volume pelarut 10g dari Na2SO4 10H2O dalam 100 g air massa per satuan volume Larutan 10g dari Na2SO4 10 H2O dalam 100 g larutan
Jika 10 g anhidrat Na2SO4 dalam 100 g air yang dimaksudkan deskripsi dari konsentrasi larutan, kemudian akan menjadi setara dengan. 9.1 g Na2SO4 dalam 100 g larutan 20.6 g Na2SO4 10 H2O dalam 100 g larutan 26.0 g Na2SO4 10 H2O dalam 100 g air
INTERKONVERSI BERBAGAI KOMPOSISI
FRAKSI MOL Hubungan antara komposisi fraksi dan dinyatakan dalam mol di unit lain diberikan oleh
MENINGKAT OLEH NAIKNYA SUHU KORELASI KELARUTAN MENINGKAT OLEH NAIKNYA SUHU KELARUTAN ZAT ADA PENGECUALIAN
Kurva kelarutan untuk beberapa garam dalam air: (a) kurva halus, (b) menunjukkan terjadinya perubahan fase
Teori Hasil kristal PELARUT YANG HILANG KARENA KRISTALISASI Bentuk Kristal Ukuran KRistal Sulitnya mencari pelarut yang sesuai dan kompetitif Resiko menghilangkan pelarut terjerat Efisiensi penghilangan pelarut
Perhitungan pelarut hilang C1: konsentrasi awal larutan Kg garam anhidrat per Kg pelarut C2 : konsentrasi akhir larutan Kg garam anhidrat per Kg pelarut W: Massa Pelarut (Kg) V : Pelarut hilang karena penguapan R: rasio Mr hidrat per Mr anhidrat Y: Kristal Hasil
Perhitungan pelarut hilang Total pelarut hilang: Y = W. C1 Pelarut tidak hilang: Y = W (C1 – C2) Pelarut hilang sebagaian: Y = W (C1 – C2(1-V) Total kehilangan bebas pelarut: Y = W.R.C1 WR (C1 – C2) Tidak ada pelarut hilang Y = 1 – C2(R – 1) W.R (C1 – C2 (1-V) Kehilangan pelarut sebagian: Y = 1 – C2(R – 1)
Contoh soal Contoh soal: Hitungalah hasil kristal teori dari kristal murni dari larutan 100Kg dari Na2SO4 (Mr= 142) dalam 500 Kg air suhu 10oC. Kelarutan pada suhu tersebut sebesar 9 Kg dari garam anhidratnya per 100 Kg air, dan kristal anhidrat (Mr= 322). Asumsi 2 persen air hilang karena penguapan pada proses.
Jawab W.R (C1 – C2 (1-V) Kehilangan pelarut sebagian: Y = 1 – C2(R – 1) 500. 2,27 . (0,2-0,09). ( 1-0,02) = R = 322/ 142 = 2,27 C1 = 0,2 Kg per Kg air C2 = 0,09 Kg per Kg air W = 500 Kg air V = 0,02 Kg per Kg hilang 1 – 0,09 (2,27-1) = 143 Kg Na2SO4. 10 H2O
Larutan Ideal dan Non Ideal Interaksi Pelarut dan zat terlarut sangat identik Larutan ideal Jika terlarut dan pelarut membentuk sebuah larutan ideal, kelarutan diperkirakan bisa menjadi persamaan van 't hoff: x adalah mol zat terlarut, t adalah suhu larutan (K), tf adalah suhu campuran (titik leleh) zat terlarut (K), ∆Hf adalah molal enthalpy fusi terlarut ( j mol-1) dan R adalah gas konstan ( 8, 314 j mol -1K-1 )
Aktifitas kekuatan ion Sifat ion larutan Sifat Koligatif Larutan elektrolit Larutan Non elektrolit µ= µoc RT Ln c Dimana c adalah konsentrasi sedangan z adalah valensi
Contoh soal Hitunglah kekuatan ionik dari campuran NaCl dan CaCl2 I = ½ ([Na+. 12]+[Ca2+ . 22]+[Cl- . 12]) = ½ (0,1 . 1)+(0,1 . 4)+ (0,3 . 1) = 0,4 mol/L
Asosiasi disosiasi Pada larutan elektrolit, faktor Vant Hoff (i) sangat menentukan sifat koligatif larutan. Dimana i dalam persamaan diungkapkan sebagai berikut: i = 1 + (n-1)α Non elektrolit Elektrolit kuat Elektrolit lemah i = 1 α = 0 i = n α = 1 i = 1 + (n-1)α 0<α <1
Hasil Kali Kelarutan jika satu molekul elektrolit dalam larutan membentuk x kation dan y anion dalam persamaan: MxAy xMz+ + yAz- Dimana z adalah valensi dari iion. Larutan (c+)x (c-)y = konstanta = Kc Pada saat setimbang c+ dan c- pada konsentrasi yang sama maka di kenal dengan c*. Besarnya C* ditentukan sesuai senyawa elektrolitnya, bervelens 1,2, atau 3.
Contoh soal Jika diketahui hasil kali kelarutan AgBr, PbI2, Al(OH)3 berturut turut adalah 4,1 . 10-13, 9,3 . 10-9, 1,1. 10-15. Hitunglah kelarutan pada temeperatur yang sama dengan perhitungan Kc nya. AgBr C* = (4,1 . 10-13)1/2 = 6,4 . 10-7mol/L PbI2 C* = ((7,5 . 10-9)/4 )1/3 = 1,2 . 10-3 mol/L Al(OH)3 C* = ((1,1 . 10-15)/27)1/4 = 8,0 . 10-5 mol/L\
Terjadi penambahan kelarutan relatif jika zat terlarut dilarutkan dalam pelarut yang mengandung ion. Pada gambar ini menunjukkan bahwa terjadi penambahan kelarutan oleh adalanya ikatan ion pada larutanya.
Kenaikan relatif dari kelarutan dengan penambahan ikatan ion Kenaikan relatif dari kelarutan dengan penambahan ikatan ion. (a) BaSO4 dalam larutan KNO3, (b) AgCl dalam larutan KNO3
Ukuran Partikel dan Kelarutan Hubungan kelarutan dan ukuran partikel Di mana c (r) adalah kelarutan partikel dari ukuran (radius) r, c* adalah keseimbangan normal kelarutan dari substansi, R adalah gas konstan, mutlak t adalah suhu, ῤ adalah kepadatan padat, m adalah massa molar dari padat dalam larutan dan γ merupakan ketegangan antarmuka padat dalam kontak dengan larutan. v adalah jumlah ion dengan asumsi v =1 pada larutan non elektrolit.
Contoh BaSO4 pada 250C; T= 298K, Mr= 233, v =2, ῤ =4500, γ= 0,13, R 8,3 . 103, 1µm, kristal r = 5. 10-7, c/c* = 1,005 (penambahan 0,5%), for 0,1 µm c/c* = 1,06 (artinya ada penambahan 6% dan untuk 0,01 µm c/c* = 1,72 ( artinya ada penambahan 72%).
Efek kelarutan terhadap ukuran partikel
Efek Kelarutan Oleh Pengotor Larutan murni hanya di Laboratorium Industri menggunakan pelarut kurang murni (alasan biaya produksi) Adanya Pengotor Kemungkinan tidak bereaksi Efek pengotor mempengaruhi karakteristik Kemungkinan pengotor bereaksi membentuk kompleks Menjenuhkan larutan Dapat mengubah sistem kristal Tidak Menjenuhkan larutan
Pengukuran kelarutan Teknik pengukuran kelarutan sudah banyak dilakukan Tidak ada metode satu untuk semua kasus Informasi awal begitu penting Persyaratan Hemat Kurang dari 1% pelarut hilang
Prediksi Kelarutan Pengukuran berulang kali untuk nilai kelarutan Keakuratan data yang tinggi Mencari kelarutan yang tepat Persyaratan Hemat
Supersolubility Penjenuhan Pendinginan secara pelan pelan Pelarut yang berlebih dipisahkan dari endapan Penjenuhan
tiga zona 1. Stabil (zona tersebut tak jenuh) di mana kristalisasi adalah mustahil. 2. The metastable zona, antara kurva kelarutan dan kejenuhan, di mana kristalisasi spontan adalah mustahil. Jika kristal benih sedang ditempatkan sedemikian sebuah larutan metastable, akan terjadi pada pertumbuhan itu. 3. Tidak stabil adalah zona di mana kristalisasi spontan adalah mungkin, tapi tidak tak terelakkan.
Solubility±supersolubility diagram
Struktur Larutan Air Pelarut yang unik Zat terlarut dalam air mengubah sifat zat cai Sifat elektrolit Gaya antar molekul Perlunya memperhatikan struktur larutan
Penutup Demikianlah penyajian dari makalah berisi tentang kajian pelarut dan kelarutan yang merupakan hasil intisari pada Bab 3 dari buku yang berjudul “Crystallization” yang merupakan karya hebat dari J.W. Mullin, emeritus Professor of Chemical Engineering, University of London. Semoga Bermanfaat.
TERIMA KASIH