Ekstraksi Pelarut

EKSTRAKSI PELARUT

Definisi

Merupakan suatu proses pemisahan dimana satu zat terlarut atau lebih akan terdistribusi (terpartisi) diantara dua larutan yang tidak saling bercampur.Misalnya pelarut yang digunakan adalah air dan pelarut organik.Alat yang digunakan : corong pisahDapat juga digunakan alat pengekstraksi yang lebih modern seperti Counter Current Craig

Ekstraksi pelarut ini merupakan suatu cara pemisahan yang penting dalam analisa kimia. Dengan cara ini suatu logam misalnya dapat dipisahkan dari logam lain yang mengganggu.

Ekstraksi pelarut ini selain digunakan untuk keperluan analisis, juga penting dalam pembuatan senyawa2 dalam laboratorium kimia organik, biokimia maupun kimia anorganik.

Hukum Distribusi Nernst (1891)

Suatu zat terlarut X akan mendistribusikan dirinya diantara dua pelarut yang saling tidak bercampur sedemikian rupa, sehingga setelah kesetimbangan distribusi tercapai, perbandingan konsentrasi2 X di dalam kedua fasa, pada suhu yang konstan, akan merupakan suatu tetapan, dengan syarat X mempunyai berat molekul yang sama pada kedua fasa

Bila suatu zat X yang terlarut dalam pelarut 1 dikocok dengan pelarut 2 yang saling tidak bercampur di dalam corong pisah, maka sebagian zat X akan terdistribusi pada pelarut 2. Proses ini merupakan proses yang bolak-balik (setimbang). Setelah kesetimbangan tercapai maka :

[X]1 / [X]2 = KD

KD = koefisien distribusi

Prinsip Ekstraksi Cair-Cair

Proses Ekstraksi

6

Perbandingan Distribusi (D)

D menyatakan perbandingan distribusi semua spesies yang ada dalam masing-masing fasa.Contoh : Asam benzoat (HBz) merupakan asam lemah yang di dalam air dapat terionisasi :

HBz H⇌ + + Bz-

Hubungan D dengan KD

Rumus ini menyatakan hubungan antara D, KD, Ka asam lemah dan pH fasa air. Oleh karena pada umumnya asam-asam lemah mempunyai nilai Ka dan KD yang berbeda satu sama lain, maka pemisahan campuran asam-asam lemah dapat dilakukan dengan cara ekstraksi pelarut yaitu dengan jalan mengatur pH fasa air.

Ekstraksi Logam

Aplikasi paling penting dari eksraksi pelarut adalah untuk pemisahan kation-kation logam. Molekul organik yg tidak bermuatan cenderung untuk terlarut dalam fasa organik sedangkan anion yang bermuatan dari molekul yang terionisasi tertinggaldalam fasa air ( like dissolves like). Ion-ion logam tidak terlarut dalam fasa organik, agar bisa larut muatannya harus dinetralkan.

Eks. Logam....

Ada 2 cara untuk menetralkan muatannya :1. Pembentukan Kompleks Asosiasi Ion

Kompleks ini dibentuk dengan mereaksikan ion logam dengan suatu ligan netral sehingga membentuk ion kompleks yang bermuatan positif. Ion kompleks yang bermuatan positif ini kemudian membentuk pasangan ion atau kompleks asosiasi ion yang tidak bermuatan dengan suatu anion.

...lanjutan

Mn+ + bB ↔ MBbn+

ligan ion kompleks positif

MBbn+ + nX- ↔ ( MBb

n+, nX-) anion kompleks asosiasi ion

atau kompleks pasangan ionyang tak bermuatan

Contoh : [Cu(2,9-dimetil fenantrolin)2+, ClO4

-]

...lanjutan

Kemungkinan cara lain terbentuknya kompleks pasangan ion :

Mn+ + (n + a) X- ↔ MXn+aa-

ligan anion kompleks

MXn+aa- + aY+ ↔ (aY+, MXn+a

a-) kation kompleks asosiasi ion atau kompleks

pasangan ion yang tak bermuatan

Contoh : (H+, FeCl4-) dan {(C6H5)4As+, ReO4

-}

Eks. Logam....

2. Pembentukan kompleks khelat (kompleks sepit)Ion logam membentuk kompleks dengan ligan pembentuk kompleks khelat yang bermuatan negatif menghasilkan kompleks yang tidak bermuatan. Ligan yg bisa membentuk kompleks khelat pada umumnya adalah ligan dari senyawa organik. Contoh oksin, kupferon, ditizon dll.Terkadang dapat juga dipakai kompleks koordinasi monodentat. Contohnya ligan Cl- yg bisa membentuk kompleks tidak bermuatan dg Ge yaitu GeCl4.

Proses Ekstraksi

Kebanyakan zat pembentuk khelat merupakan asam lemah yang terion dalam air. Proton yang terbentuk akan digantikan oleh ion logam ketika kompleks khelat terbentuk sehingga muatan dari senyawa organik akan menetralkan muatan ion logam. Pada prakteknya, zat pengompleks ditambahkan ke fasa organik. Proses ekstraksi dapat diikuti dengan 4 langkah kesetimbangan.

Kesetimbangan yg terlibat dalam proses ekstraksi

1. (HR)o ⇌ (HR)a

2. HR ⇌ H+ + R-

3.

4. (MRn)a ⇌ (MRn)o

Berdasarkan 4 kesetimbangan di atas maka dapat diturunkan rumus :

K pada rumus di atas disebut Kekstraksi yg merupakan nilai K dari kesetimbangan reaksi keseluruhan, yaitu : (Mn+)a + n (HR)o ↔ (MRn)o + n (H+)aJika rumus di atas dijadikan bentuk logaritma, maka :log D = log Kekstraksi n + n log [HR]o - n log [H+]a

log D = log Kekstraksi + n log [HR]o + n pH Bila dibuat kurva antara log D (sumbu x) dengan pH (sumbu Y) maka akan didapatkan garis lurus dengan slope = n dan intersept = log Kekstraksi n + n log [HR]o

Berdasarkan rumus di atas dapat disimpulkan bahwa efisiensi ekstraksi dapat diatur dengan:1. Merobah konsentrasi pengompleks2. Merobah pH

Disamping itu juga dapat disimpulkan bahwa : Semakin stabil kompleks khelat yang

terbentuk (Kf besar), efisiensi ekstraksi akan semakin besar- Semakin besar nilai Ka, efisiensi ekstraksi juga semakin besarNilai Kf dan Ka harus menjadi pertimbangan dalam melakukan suatu ekstraksi.

Efisiensi pemisahan kompleks khelat (β)

Jadi efisiensi pemisahan hanya bergantung pada konstanta pembentukan kompleks dan kelarutan kompleksnya. Urutan kestabilan kompleks beberapa logam :Pd > Cu > Ni > Pb > Co > Zn > Cd > Fe > Mn > Mg

Persen Ekstraksi (% E)

Nilai D tidak tergantung pada perbandingan volume pelarut yang digunakan. Namun fraksi zat terlarut yang terekstraksi tergantung pada perbandingan volume kedua pelarut. Semakin besar volume pelarut organik yang digunakan maka akan semakin banyak zat terlarut yg akan terekstraksi ke fasa organik.

% ekstraksi.....

Contoh soal

Berapakah perbandingan nilai D untuk ion logam A dan B yang akan memungkinkan ekstraksi dari 99 % logam A ke dalam CHCl3 sebagai komplek khelat ditizon sementara 99 % logam B tetap berada dalam fasa air, jika volume fasa air dan CHCl3 sama besar?

Contoh soal

Twenty milliliters of an aqueous solution of 0,1 M butyric acid is shaken with 10 mL ether. After the layers are separated, it is determined by titration that 0,5 mmol butyric acid remains in aqueous layer. What is the distribution ratio, and what is the percent extracted?(Key : D = 6.0, % E = 75 %)

Untuk meningkatkan selektifitas ekstraksi dapat dilakukan dengan penambahan masking agents, yg sering digunakan adalah : EDTA dan ion sianida . Contoh ion Cu2+ dan ion VO2

2+ dapat membentuk kompleks dengan oksin namun jika ditambahkan EDTA, maka Cu2+ akan membentuk kompleks yg lebih stabil dengan EDTA, sehingga ion Cu2+ dan ion VO2

2+ dapat dipisahkan.

• Jika pada ekstraksi pertama masih ada logam lain yang ikut terekstraksi maka dapat dilanjutkan dengan melakukan Back Extraction yaitu ekstraksi kembali ke fasa air.

• Aplikasi penting dari ekstraksi pelarut ini adalah pada penentuan logam secara spektrofotometri dalam daerah tampak, dimana kebanyakan logam membentuk kompleks berwarna dengan senyawa organik.

Multiple Batch Extractions(Ekstraksi berganda)

Apabila pemisahan yang sempurna tidak bisa dicapai dalam satu tahap ekstraksi maka persentase ekstraksi dapat ditingkatkan dengan memperbesar volume larutan pengekstrak. Namun akan lebih efektif apabila dilakukan ekstraksi berganda dengan menggunakan porsi volume yang lebih kecil tetapi volume totalnya tetap sama. Misal 1x ekstraksi dengan volume 100 mL dijadikan 5x ekstraksi dengan volume masing2 20 mL.

Efisiensi EkstraksiUntuk menentukan banyaknya zat yang masih tertinggal setelah dilakukan ekstraksi dapat digunakan rumus :

dimana Xn = jml zat yg tertinggal setelah n kali ekstraksiXo = jml zat awal sebelum ekstraksiVa = volume fasa airVo = volume fasa organikD = angka banding distribusin = jumlah kali ekstraksi

Contoh soal

40 mg I2 dilarutkan dalam 100 mL air, kemudian diekstraksi dengan pelarut CS2, pada suhu dimana D I2 antara CS2 dan air adalah 400. Tentukan berapa g I2 tertinggal dalam air jika :

a. diekstraksi 1x dg 50 mL CS2

b. diekstraksi 2x dg masing2 25 mL CS2

Ekstraksi Contercurrent menurut Craig