BAB IPENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Telah kita ketahui bahwa materi terdiri dari unsur, senyawa, dan
campuran. Campuran dapat dipisahkan melalui beberapa proses
pemisahan campuran secara fisika dimana didasarkan pada sifat
fisikanya seperti titik didih dan titik beku. Pemisahan campuran
berdasarkan titik didih dapat dilakukan dengan cara destilasi
sedangkan pemisahan campuran berdasarkan titik beku dilakukan
dengan proses kristalisasi.Kristalisasi merupakan metode pemisahan
campuran berupa larutan menjadi padatan atau Kristal melalui proses
pendinginan maupun pemanasan.
Dalam kehidupan sehari-hari kita sering menggunakan garam dapur
dan gula pasir. Kedua bahan tersebut memiliki wujud berupa Kristal.
Bahan-bahan tersebut awalnya berupa larutan yang kemudian melalui
proses kristalisasi menjadi Kristal padat. Pada pembuatan garam
dapur dari air laut, mula-mula air laut ditampung dalam suatu
tambak, kemudian dengan bantuan sinar matahari dibiarkan menguap.
Setelah proses penguapan, dihasilkan garam dalam bentuk kasar dan
masih bercampur dengan pengotornya, sehingga untuk mendapatkan
garam yang bersih diperlukan proses rekristalisasi (pengkristalan
kembali). Pada pembuatan gula putih dari tebu. Batang tebu
dihancurkan dan diperas untuk diambil sarinya, kemudian diuapkan
dengan penguap hampa udara sehingga air tebu tersebut menjadi
kental, lewat jenuh, dan terjadi pengkristalan gula. Kristal ini
kemudian dikeringkan sehingga diperoleh gula putih atau gula
pasir.
Oleh sebab itu, untuk lebih memahami mengenai pengertian
kristalisasi, prinsip dasar kristalisasi, mekanisme kristalisasi,
komponen dasar kristalisasi, keunggulan, kelemahan, dan
penerapannya dalam kehidupan sehari-hari, maka disusunlah makalah
ini.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang melatarbelakangi penulisan makalah
ini adalah sebagai berikut.1. Apa pengertian kristalisasi?2.
Bagaimana pemisahan campuran berdasarkan titik beku pada senyawa
volatil dan non volatil?3. Apa saja prinsip dalam kristalisasi?4.
Bagaimana mekanisme proses kristalisasi?5. Apa saja factor-faktor
yang mempengaruhi proses terbentuknya kristal dalam kristalisasi?6.
Apa saja produk penerapan dari proses kristalisasi?
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.1.
Mengetahui pengertian kristalisasi2. Mengetahui pemisahan campuran
berdasarkan titik beku pada senyawa volatil dan non volatil3.
Memahami prinsip dalam kristalisasi4. Memahami mekanisme proses
kristalisasi5. Memahami faktor-faktor yang mempengaruhi proses
terbentuknya kristal dalam kristalisasi6. Mengetahui produk
penerapan dari proses kristalisasi
BAB IIPEMBAHASAN
2.1 Pengertian Kristalisasi
Kristalisasi adalah proses pembentukan bahan padat dari
pengendapan larutan, melt (campuran leleh), atau lebih jarang
pengendapan langsung dari gas. Kristalisasi juga merupakan teknik
pemisahan kimia antara bahan padat-cair, di mana terjadi
perpindahan massa (mass transfer) dari suat zat terlarut (solute)
dari cairan larutan ke fase kristal padat. Dasar metode ini adalah
kelarutan bahan dalam suatu pelarut dan perbedaan titik beku.
Kristalisasi ada dua cara yaitu kristalisasi penguapan dan
kristalisasi pendinginan.
Kristalisasi penguapan dilakukan jika zat yang akan dipisahkan
tahan terhadap panas dan titik bekunya lebih tinggi daripada titik
didih pelarut. Pemisahan secara kristalisasi dilakukan untuk
memisahan zat padat dari larutannya dengan jalan menguapkan
pelarutnya. Zat padat tersebut dalam keadaan lewat jenuh akan
membentuk kristal. Contoh Kristalisasi penguapan dilakukan oleh
para petani garam. Pada saat air pasang, tambak-tambak garam akan
terisi air laut. Pada saat air surut maka air laut yang sudah
mengisi tambak garam akan tetap berada di tempat itu.
Adanya pengaruh sinar matahari mengakibatkan komponen air dari
air laut dalam tambak akan menguap dan komponen garamnya akan tetap
dalam larutan. Jika penguapan ini terus berlangsung, lama-kelamaan
garam tersebut akan membentuk kristal-kristal garam tanpa harus
menunggu sampai airnya habis. Kristalisasi pendinginan dilakukan
dengan cara mendinginkan larutan. Pada saat suhu larutan turun,
komponen zat yang memiliki titik beku lebih tinggi akan membeku
terlebih dahulu, sementara zat lain masih larut sehingga keduanya
dapat dipisahkan dengan cara penyaringan. Zat lain akan turun
bersama pelarut sebagai filtrat, sedangkan zat padat tetap tinggal
di atas saringan sebagai residu.
2.2 Pengantar Pemisahan Campuran Berdasarkan Titik
BekuDalamkimiadanteknik kimia,proses pemisahandigunakan untuk
mendapatkan dua atau lebih produk yang lebih murni dari suatu
campuransenyawa kimia.Sebagian besarsenyawa kimiaditemukan di alam
dalam keadaan yang tidak murni. Biasanya, suatu senyawa kimia
berada dalam keadaan tercampur dengan senyawa lain. Untuk beberapa
keperluan seperti sintesis senyawa kimia yang memerlukan bahanbaku
senyawa kimia dalam keadaan murni atau proses produksi suatu
senyawa kimia dengan kemurnian tinggi, proses pemisahan perlu
dilakukan. Proses pemisahan sangat penting dalam bidang teknik
kimia. Suatu contoh pentingnya proses pemisahan adalah pada proses
pengolahanminyak bumi dan pengkristalan garam maupun gula putih.
Secara mendasar, proses pemisahan dapat diterangkan sebagai
prosesperpindahan massa. Proses pemisahan sendiri dapat
diklasifikasikan menjadi proses pemisahan secara mekanis atau
kimiawi. Pemilihan jenis proses pemisahan yang digunakan bergantung
pada kondisi yang dihadapi. Pemisahan secara mekanis dilakukan
kapanpun memungkinkan karena biaya operasinya lebih murah dari
pemisahan secara kimiawi. Untuk campuran yang tidak dapat
dipisahkan melalui proses pemisahan mekanis (seperti pemisahan
minyak bumi), proses pemisahan kimiawi harus dilakukan.Untuk proses
pemisahan suatu campuran heterogen, terdapat empat prinsip utama
proses pemisahan, yaitu: Sedimentasi Flotasi Sentrifugasi
FiltrasiProses pemisahan suatu campuran homogen, prinsipnya
merupakan pemisahan dari terbentuknya suatu fasa baru sehingga
campuran menjadi suatu campuran heterogen yang mudah dipisahkan.
Fasa baru terjadi / terbentuk dari adanya perbedaan sifat fisik dan
kimiawi masing-masing komponen. Berbagai metode yang digunakan
untuk terjadinya suatu fasa baru sehingga campuran homogen dapat
dipisahkan adalah: Absorpsi Adsorpsi Kromatografi Kristalisasi
Rekristalisasi Destilasi Evaporasi EkstraksiSenyawa volatil
memiliki titik didih yang lebih rendah dibandingkan senyawa non
volatil sehingga senyawa volatil akan lebih mudah menguap terlebih
dahulu (lebih suka dalam wujud gas) dibandingkan senyawa non
volatil. Oleh sebab itu, titik beku senyawa volatil lebih tinggi
(lebih negatif) dibandingkan senyawa volatil, sementara itu
kristalisasi baru dapat berlangsung melalui proses pendinginan
dibawah titik leleh suatu senyawa. Jika titik beku suatu senyawa
lebih tinggi, maka kemampuan senyawa tersebut untuk mencapai titik
bekunya akan semakin sulit sehingga sulit untuk mengkristal. Dari
penjelasan tersebut, maka senyawa volatil sangat sulit untuk
mengalami kristalisasi, sehingga dalam pembahasan proses
kristalisasi ini hanya dijelaskan pada senyawa non volatil
saja.
2.3 Prinsip KristalisasiPrinsip pembentukan kristal adalah :1
Kondisi lewat jenuh untuk suatu larutan seperti larutan gula atau
garam2 Kondisi lewat dingin untuk suatu cairan atau lelehan (melt)
seperti air atau lemak.Pemisahan dengan teknik kristalisasi
didasari atas pelepasan pelarut dari zat terlarutnya dalam sebuah
campuran homogen atau larutan, sehingga terbentuk kristal dari zat
terlarutnya. Proses ini adalah salah satu teknik pemisahan
padat-cair yang sangat penting dalam industri, karena dapat
menghasilkan kemurnian produk hingga 100%.Kristal dapat terbentuk
karena suatu larutan dalam keadaan atau kondisi lewat jenuh
(supersaturated). Kondisi tersebut terjadinya karena pelarut sudah
tidak mampu melarutkan zat terlarutnya, atau jumlah zat terlarut
sudah melebihi kapasitas pelarut. Sehingga kita dapat memaksa agar
kristal dapat terbentuk dengan cara mengurangi jumlah pelarutnya,
sehingga kondisi lewat jenuh dapat dicapai. Proses pengurangan
pelarut dapat dilakukan dengan empat cara yaitu, penguapan,
pendinginan, penambahan senyawa lain dan reaksi kimia.Pemisahan
dengan pembentukan kristal melalui proses penguapan merupakan cara
yang sederhana dan mudah kita jumpai, seperti pada proses pembuatan
garam.Air laut dialirkan kedalam tambak dan selanjutnya ditutup.
Air laut yang ada dalam tambak terkena sinar matahari dan mengalami
proses penguapan, semakin lama jumlah berkurang, dan mongering
bersamaan dengan itu pula kristal garam terbentuk. Biasanya petani
garam mengirim hasilnya ke pabrik untuk pengolahan lebih
lanjut.Pabrik gula juga melakukan proses kristalisasi, tebu
digiling dan dihasilkan nira, nira tersebut selanjutnya dimasukkan
kedalam alat vacuum evaporator. Dalam alat ini dilakukan pemanasan
sehingga kandungan air di dalam nira menguap, dan uap tersebut
dikeluarkan dengan melalui pompa, sehingga nira kehilangan air
berubah menjadi kristal gula.Ketiga teknik yang lain pendinginan,
penambahan senyawa lain dan reaksi kimia pada prinsipnya adalah
sama yaitu mengurangi kadar pelarut didalam campuran homogeen.
Untuk membentuk kristal, fase cairan (liquid) harus melewati
kondisi kesetimbangan dan menjadi lewat jenuh (untuk larutan) atau
kondisi lewat dingin (untuk lelehan).Kondisi tersebut dapat
tercapai melalui pendinginan di bawah titik leleh suatu komponen
(misalnya air) atau melalui penambahan sehingga dicapai kondisi
lewat jenuh (misalnya garam dan gula)
2.4 Mekanisme Kristalisasi2.4.1 Supersaturasi (Supersaturated
State) PendinginanSolubilitas padatan dalam cairan akan
menurunseiring dengan penurunan suhu (pendinginan)
untuklarutanyangdipengaruhisuhu. PenguapansolvenKonsentrasi larutan
menjadi makin pekat Penambahanlarutanlain (non solven)
Menurunkansolubilitas padatan
Ketika suatu cairan atau larutan telah jenuh, terdapat
termodinamika yang mendorong kristalisasi. Molekul-molekul
cenderung membentuk kristal karena pada bentuk kristal, energi
sistem mencapai minimum. Selama nukleasi atau pembentukan inti
kristal, molekul dalam wujud cair mengatur diri kembali dan
membentuk klaster yg stabil dan mengorganisasikan diri membentuk
matriks kristal.
2.4.2 Nukleasi (Nucleation)Laju nukleasi ialah banyaknya
partikel baru yang terbentuk per satuan waktu per satuan volume
magma atau larutan induk bebas zat padat. Besaran ini merupakan
parameter kinetic pertama yang mengendalikan distribusi ukuran
kristal.Ada beberapa pengerian nukleasi :
Nukleasi PrimerNukleasi ialah lahirnya suatu benda yang sangat
kecil, merupakan suatu fase baru di dalam fase yang telah ada,
dimana fase yang telah ada itu homogen dan lewat jenuh. Pada
dasarnya fenomena nukleasi sama dengan kristalisasi dari larutan,
kristalisasi dari cairan, kondensasi tetesan kabut didalam uap yang
lewat dingin dan pembangkitan gelembung di dalam zat cair panas
lanjut. Nukleasi merupakan akibat fluktuasi local yang berlangsung
cepat pada skala molekul di dalam fase homogeny yang berada di
dalam keseimbangan metastabil. Fenomena dasarnya disebut nukleasi
homogen yang terbatas pada pembentukan partikel baru di dalam suatu
fase tanpa terpengaruh oleh suatu zat padat termasuk dinding bejana
atau partikel submikroskopik paling kecil sekalipun.Variasi
nukleasi homogen terjadi bila partikel zat padat asing masih
mempengaruhi proses nukleasi dengan mengkatalisis laju pertambahan
nukleasi pada suatu keadaan lewat jenuh tertentu atau memberikan
suatu laju tertentu pada lewat jenuh dimana nukleasi homogeny hanya
akan berlangsung sesudah memakan waktu yang lama sekali. Proses ini
disebut nukleasi heterogen.
Nukleasi SekunderPembentukan inti yang dapat dikatakan
dipengaruhi oleh kristal-kristal mikroskopik yang sudah ada di
dalam magma dinamakan nukleasi sekunder. Ada dua macam nukleasi
sekunder, yang pertama disebabkan geser fluida dan tumbukan antara
sesama kristal yang ada/dinding kristalisator/ impeller putar/daun
agitator.
Nukleasi Geser FluidaNukleasi jenis ini diketahui berlangsung
pada kondisi tertentu dan diperkirakan juga berlangsung pada
kondisi lain. Bila larutan lewat jenuh bergerak dengan kecepatan
agak tinggi melewati permukaan kristal yang sedang tumbuh, tegangan
geser (shear stress) pada lapisan batas dapat menyebabkan embrio
atau inti tersapu dan muncul sebagai kristal baru. Inti tersebut
seharusnya menjadi bagian dari kristal yang sedang tumbuh tadi.
Nukleasi KontakNukleasi sekunder dipengaruhi oleh intensitas
pengadukkan, jenis ini merupakan nukleasi yang paling banyak
terdapat dalam kristalisator industry Karen aterjadi pada lewat
jenuh rendah, dimana laju pertumbuhan kristal adalah optimum untuk
menghasilkan kualitas yang baik. Nukleasi kontak sebanding dengan
pangkat satu lewat jenuh, bukan pangkat 20 lebih seperti nukleasi
primer sehingga mudah dikendalikan tanpa mengalami operasi yang tak
stabil. Dalam nukleasi dan pertumbuhan digunakan satuan mol sebagai
pengganti satuan massa.
2.4.3 Pertumbuhan Kristal (Growth)
Fase ini sangat dipengaruhi oleh konsentrasi dari larutan, suhu,
energi yang dipakai untuk berada pada tahap ini (misalnya agitasi)
dan tambahan eksternal (memakai molekul kristal kembali seeding
agent).
Kristalisasi dari sebuah larutan dibagi menjadi dua langkah
proses. Langkah pertama adalah pemisahan fase atau kelahiran
kristal baru. Kedua adalah pertumbuhan kristal kedalam ukuran yang
lebih besar. Dua proses tersebut dikenal sebagai nukleasi dan
crystal growth. Pertumbuhan kristal bersama nukleasi dapat
mempengaruhi ukuran kristal yang kita peroleh.
Laju pembentukan inti (nukleasi) dapat dinyatakan dengan jumlah
inti yang terbentuk dalam satuan waktu. Bila laju pembentukan inti
tinggi, maka kristal yang terbentuk akan semakin banyak dan terdiri
dari partikel partikel kecil. Laju pembentukan inti ini tergantung
pada derajat lewat jenuh dari larutan. Semakin tinggi derajat lewat
jenuh maka semakin besar kemungkinan untuk membentuk inti baru
sehingga akan semakin besar laju pembentukan inti.
Pada proses kristalisasi, kristal dan cairan induk berada pada
waktu yang cukup lama sehingga mencapai keseimbangan dan cairan
induk itu jenuh pada suhu akhir proses. Perolehan kristal dapat
dihitung dari konsentrasi larutan awal dan kelarutan pada suhu
akhir. Jika selama proses terjadi penguapan yang cukup besar,
kuantitasnya harus diketahui atau dapat diperkirakan.
Bila laju pertumbuhan kristal lambat diperlukan waktu yang agak
panjang untuk mencapai keseimbangan. Hal ini sangat besar bila
larutan itu viskos atau dimana kristal itu mengumpul di dasar
kristalisator sehingga hanya sedikit saja permukaan kristal yang
terkena larutan lewat jenuh. Sehingga cairan induk akhir sangat
jenuh dan perolehan yang didapat akan lebih kecil dari hasil
perhitungan dari kurva kelarutan.
Jika kristal itu bebas air perhitungan lebih sederhana karena
zat padat tidaka mengandung pelarut. Bila hasil mengandung air
kristalisasi, air yang terdapat bersama kristal harus
diperhitungkan karena air ini tidak terkandung didalam larutan.
Data kelarutan ini biasanya diberikan sebagai bagian massa bahan
bebas air perseratus bagian dari massa pelarut total atau dalam
persen massa zat terlarut bebas air. Data tersebut tidak
memperhitungkan air kristalisasi. Kunci dalam perhitungan perolehan
zat terlarut bebas air ialah menyatakan semua massa dan konsentrasi
sebagai garam hidrasi dan air bebas. Oleh karena kuantitas yang
terakhir ini tetap berada dalam fase zat cair selama berlangsungnya
kristalisasi, konsentrasi atau kuantitas yang didasarkan atas air
bebas dapat dikurangkan untuk memberikan hasil yang benar.
2.5 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kristalisasi
a. Kondisi lewat dingin larutan Semakin dingin larutan waktu
induksi (waktu yg diperlukan sampai inti kristal terbentuk) akan
semakin pendek.b. SuhuPenurunan suhu akan menginduksi pembentukan
kristal secara cepat.c. Sumber inti kristalInti yg terbentuk pada
pembentukan tipe heterogen memiliki kecendrungan mempercepat
kristalisasid. Viskositas Ketika viskositas meningkat akibat
menurunnya suhu dan meningkatnya konsentrasi larutan, proses
pembentukan inti kristal akan terbatasi. Hal ini disebabkan
berkurangnya pergerakan molekul pembentuk inti kristal dan
terhambatnya pindah panas sebagai energi pembetukkan inti
kristal.e. Kecepatan PendinginanPendingingan yang cepat akan
menghasilkan inti kristal yg lebih banyak dibandingkan pendinginan
lambat.f. Kecepatan agitasiProses agitasi mampu meningkatkan laju
pembentukan inti kristal. Agitasi menyebabkan pindah massa dan
pindah panas berjalan lebih efisien.g. Bahan tambahan dan
pengotorBahan-bahan tambahan dapat berperan untuk membantu atau
menghambat pembentukan inti kristal.
h. Densitas massa kristalJumlah kristal yg terdapat dalam satu
unit volume yg terdapat dalam larutan akan berpengaruh pada tingkat
pertumbuhan setiap kristal.
2.6 Penerapan Kristalisasi
Salah satu aplikasi dalam bidang industri yaitu kristalisasi
karbohidrat. Beberapa monosakaria dan oligosakarida mempunyai rasa
manis sehingga seringkali digunakan sebagai bahan pemanis.
D-fruktosa dan maltosa jagung dijual dalam bentuk kristal, tetapi
merupakan bahan pemanis makanan yang penting. Sebagi standar
kemanisan dipergunakan rasa manis sukrosa. Permen dibuat dengan
mendidihkan campuran gula dan air bersama dengan bahan pewarna dan
pemberi rasa. Seni membuat permen dengan daya tahan yang memuaskan
terletak pada pembuatan produk dengan kadar air minimum dan dengan
sedikit saja kecenderungan untuk mengkristal.
Mulai
Dimasukkan gula, air dan coklat ke dalam panci
Dipanaskan bahan sambil diaduk dengan pengaduk dan didihkan
Dipindahkan panci dari api. Dihindarkan pergerakan yang tidak
sesuai
Ditambahkan Mentega tanpa adanya pengadukan
Diaduk campuran sampai mengental
Dituang ke dalam kertas lilin
Dimasukkan ke dalam kulkas dan dievaluasi
Selesai
Gambar A.1 Proses Kristalisasi Karbohidrat (Permen)
BAB III
3.1 KesimpulanAdapun kesimpulan yang didapatkan adalah sebagai
berikut.1. Kristalisasi dilakukan untuk memisahan zat padat dari
larutannya dengan jalan menguapkan pelarutnya dimana titik bekunya
lebih tinggi daripada titik didih pelarut.2. Senyawa volatil
memiliki titik didih yang lebih rendah dibandingkan senyawa non
volatil titik dan titik beku senyawa volatil lebih tinggi (lebih
negatif) dibandingkan senyawa volatil sehingga senyawa volatil
sangat sulit untuk mengalami kristalisasi.3. Prinsip dasar
kristalisasi adalah pemisahan pelarut dari zat terlarutnya dalam
sebuah campuran homogen atau larutan dengan cara penguapan,
pendinginan, penambahan senyawa lain dan reaksi kimia.4. Mekanisme
kristalisasi yaitu supersaturasi, nukleasi, dan pertumbuhan
kristal.5. Faktor-faktor yang memengaruhi kristalisasi adalah
kondisi lewat dingin larutan, suhu,sumber inti kristal, viskositas,
kecepatan pendinginan, kecepatan agitasi, bahan pengotor, dan
densitas massa kristal.6. Penerapan kristalisasi dalam kehidupan
sehari-hari misalnya dalam pembuatan garam dan pembuatan
permen.
DAFTAR PUSTAKA
Mahlizar. 2011. Kristalisasi Karbohidrat. http://
lizar.files.wordpress. com. Pdf. Diakses pada 12 November 2014
16