kristalisasi adalah proses pemisahan zat dari campurannya berdasarkan pembentukan bahan padat (kristal). Kristal adalah bahan padat dengan susunan molekul tersebut. €
Mekanisme pembentukan kristal : õ
Pembentukan inti Inti kristal adalah partikel-partikel kecil bahkan sangat kecil yang dapat terbentuk secara cara memperkecil kristal-kristal yang ada dalam alat kristalisasi atau dengan menambahkan benih kristal ke dalam larutan lewat jenuh.
õ
Pertumbuhan kristal Pertumbuhan kristal merupakan gabungan dari dua proses yaitu : &
Transportasi molekul-molekul atau (ion-ion dari bahan yang akan di kristalisasikan) dalam larutan kepermukaan kristal dengan cara difusi.proses ini berlangsung semakin cepat jika derajat lewat jenuh dalam larutan semakin besar.
&
Penempatan molekul-molekul atau ion-ion pada kisi kristal.semakin luas total permuakaan kristal , semakin banyak bahan yang ditempatkan pada kisi kristal persatuan waktu
€
Syarat-syarat kristalisasi : õ
Larutan harus jenuh Larutan yang mengandung jumlah zat berlarut berlebihan pada suhu tertentu, sehingga kelebihan itu tidak melarut lagi. Jenuh berarti pelarut telah seimbang zat terlarut atau jika larutan tidak dapat lagi melarutkan zat terlarut,artinya konsentrasinya telah maksimal kalau larutan jenuh suatu zat padat didinginkan perlahan-lahan,sebagian zat terlarut akan mengkristal,dalam arti diperoleh larutan super jenuh atau lewat jenuh.
õ
Larutan harus homogen Partikel-partikel yang sangat kecil tetap tersebar merata biarpun didiamkan dalam waktu lama.
õ
Adanya perubahan suhu Penurunan suhu secara drastis atau kenaikan suhu secara drastis drastis tergantung dari bentuk kristal yang didinginkan.
€
Metode-metode kristalisasi : õ
Pendinginan Untuk bahan-bahan yang kelarutannya berkurang drastis dengan menurunnya temperature,kondisi lewat jenuh dapat dicapai dengan pendinginan larutan panas yang jenuh. Contoh : Gula.
õ
Pemanasan Untuk bahan-bahan yang kelarutannya berkurang sedikit dengan menurunnya suhu.kondisi
lewat
jenuh
dapat
dicapai
dengan
penguapan
sebagai
pelarut.Contoh: Garam õ
Pemanasan dan pendinginan Metode ini merupakan gabungan dari dua metode di atas.larutan panas yang jenuh dialirkan kedalam sebuah ruangan yang divakumkan.sebagian pelarut menguap,panas penguapan diambil dari larutan itu sendiri,sehingga larutan menjadi dingin dan lewat jenuh.metode ini disebut kristalisasi vakum. Contoh : Garam.
õ
Penambahan bahan (zat) lain. Untuk pemisahan bahan organic dari larutan seringkali ditambahkan suatu garam.garam ini larut lebih baik daripada bahan padat yang diinginkan sehingga terjadi desakan dan membuat bahan padat menjadi terkristalisasi.
€
Proses kristalisasi pada pembekuan (fase cair-padat) õ
Dalam keadaan cair atom-atom tidak memiliki susunan teratur dan selalu mudah bergerak,temperaturenya relative lebih tinggi dan memiliki energi yang cukup untk mudah bergerak.
õ
Dengan turunnya temperature maka energi atom akan semakin rendah,makin sulit bergerak dan mulai mengatur kedudukannya relatif terhadap atom lain,mulai membentuk inti kristal pada tempat yang relative lebih tinggi.
õ
Inti akan menjadi pusat kristalisasi,dengan makin turun temperature makin banyak atom yang ikut bergabung dengan inti yang udah ada atau membentuk inti baru.
€
Ukuran kristal Ukuran kristal tergantung dari kecepatan pembentukan inti kristal (partikel kristal yang amat kecil,yang terbentuk secara spontan akibat dari keadaan larutan yang lewat jenuh) dan pertumbuhan kristal,artinya tergantung pada kondisi kristalisasi.
Dipandang dari asalnya, kristalisasi dapat dibagi menjadi 3 proses utama :
Kristalisasi dari larutan ( solution ) : merupakan proses kristalisasi yang umum dijumpai di bidang Teknik Kimia : pembuatan produkproduk kristal senyawa anorganik maupun organic seperti urea, gula pasir, sodium glutamat, asam sitrat, garam dapur, tawas, fero sulfat dll. Kristalisasi dari lelehan ( melt ) : dikembangkan khususnya untuk pembuatan silicon single kristal yang selanjutnya dibuat silicon waver yang merupakan bahan dasar pembutan chip-chip integrated circuit ( IC ). Proses Prilling ataupun granulasi sering dimasukkan dalam tipe kristalisasi ini. Kristalisasi dari fasa Uap : adalah proses sublimasi -desublimasi dimana suatu senyawa dalam fasa uap disublimasikan membentuk kristal. Dalam industri prosesnya bisa meliputi beberapa tahapan untuk mendapatkan produk kristal yang murni. Contohnya pemisahan suatu senyawa dari campurannya melalui tahapan proses : Padat cair uap padat kristalin. Contohnya:pemurnian anthracene, anthraquinon, camphor, thymol
Uranium hexafluoride, zirconium tetrachloride, sulphur Proses Kristalisasi Proses kristalisasi dimulai dengan menambahkan senyawa yang akan dimurnikan dengan pelarut panas sampai kelarutan senyawa tersebut berada pada level superjenuh. Pada keadaan ini, bila larutan tersebut didinginkan, maka molekul-molekul senyawa terlarut akan saling menempel, tumbuh menjadi kristal-kristal yang akan mengendap di dasar wadah. Sementara kotoran-kotoran yang terlarut tidak ikut mengendap. Pembentukkan kristal itu sendiri terdiri dari dua tahap yaitu: a. Tahap pertama adalah nukleasi primer atau pembentukkan inti, yaitu tahap dimana kristal-kristal mulai tumbuh namun belum mengendap. Tahap ini membutuhkan keadaan superjenuh dari zat terlarut. Saat larutan didinginkan, pelarut tidak dapat “menahan” semua za-zat
terlarut, akibatnya molekul-molekul yang lepas dari pelarut
saling menempel, dan mulai tumbuh menjadi inti kristal. Semakin banyak inti-inti yang bergabung, maka akan semakin cepat pula pertumbuhan kristal tersebut. b. Tahap kedua setelah nukleasi primer adalah nukleasi sekunder. Pada tahap ini petumbuhan kristal semakin cepat, yang ditandai dengan saling menempelnya inti-inti menjadi kristal-kristal padat. Syarat utama terbentuknya kristal dari suatu larutan adalah larutan induk harus dibuat dalam kondisi lewat jenuh (supersaturated). Yang dimaksud dengan kondisi lewat jenuh adalah kondisi dimana pelarut (solven) mengandung zat te rlarut (solute) melebihi kemampuan pelarut tersebut untuk melarutkan solute pada suhu tetap. Berdasarkan teori, solubilitas padatan dalam cairan akan menurun seiring dengan penurunan suhu (pendinginan). Seiring dengan penurunan suhu, saturasi akan meningkat sedemikian hingga, sampai tercapai kondisi supersaturasi. Pendinginan adalah salah satu dari 4 cara yang dapat digunakan untuk mencapai kondisi supersaturasi. Akan tetapi cara ini hanya dapat dilakukan jika, solubilitas padatan dalam larutan sangat dipengaruhi oleh suhu. Dan untuk senyawa Ce2(SO4)3 cara ini tidak berlaku, karena kelarutan senyawa ini dalam air akan berkurang dengan kenaikan suhu. Tiga metode lain yang dapat digunakan untuk mencapai kondisi supersaturasi adalah penguapan solven sehingga konsentrasi larutan menjadi makin pekat, penambahan senyawa lain, non solven, ke dalam larutan yang akan menurunkan solubilitas padatan dan re aksi kimia. C. Jenis-jenis Kristaliser Adapun beberapa jenis kristaliser yaitu sebagai berikut: 1. Kristaliser Tangki Kristaliser yang paling kuno. Larutan jenuh, panas dibiarkan berkontak dengan udara terbuka dalam tangki terbuka. 2. Scraped Surface Crystallizers Contoh kristaliser jenis ini adalah Swenson-Walker crystallizer. Berupa saluran dengan
lebar 2 ft, dengan penampang berbentuk sete ngah lingkaran. Bagian luar dinding dilengkapi dengan jaket pendingin dan sebuah pisau pengeruk yang akan mengambil produk kristal yang menempel pada dinding. 3. Forced Circulating Liquid Evaporator-Crystallizer Kristaliser jenis ini mengkombinasikan antara pendinginan dan evaporasi untuk mencapai kondisi supersaturasi. Larutan terlebih dulu dilewatkan pemanas HE, kemudian menuju badan kristaliser. Di sini terjadi flash evaporation, mengurangi jumlah pelarut dan meningkatkan konsentrasi solute, membawa ke kondisi supersaturasi. Selanjutnya larutan ini mengalir melalui area fluidisasi dimana kristal terbentuk melalui nukleasi sekunder. Produk kristal diambil sebagai hasil bawah, sedangkan larutan pekat direcycle, dicampur dengan umpan segar. 4. Circulating Magma Vacuum Crystallizer Pada tipe kristaliser ini, baik kristal ataupun larutan disirkulasi diluar badan kristal. Setelah dipanaskan larutan akan dialirkan ke badan kristaliser. Kondisi vakum menjadi penyebab menguapnya pelarut, sehingga menjadi lewat jenuh. 5. Continous Laminar Shear CrystallizerMerupakan cristalizer jenis nanostruktur dengan desain alat yang dilengkapi dengan system pendingin. Merupakan jenis kristalizer dengan umpan-umpannya sebaiknya berukuran besar dengan bentuk polimorpic yang berasal dari lelehan. Aplikasi dalam Industri Efek kristalisasi laminar sangat berguna dalam proses industri. Continous Laminar Shear Crystallizer untuk proses dan pembuatan coklat, mar garine, susu, dan pelembut makanan dengan temperature dan perlakuan alat yang digunakan untuk menghasilkan struktur kristal. Cara Kerja Laminar shear crystallizer didesain atas dasar dua konsentris dan silinder horizontal
yang ditunjukkan inner tube dan outer tube. Inner tube tetap sedangkan outer tube berotasi. Terdapat sebuah celah kecil dan konstan antara dua tube dimana menyediakan untuk ukuran besar. 6. Continuous Stirred Tank Reactor Crystallizer Pertumbuhan kristal dalam sebuah Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) Crystallizer dapat digunakan untuk meningkatkan ukuran pertambahan luas distribusi dari penyemaian populasi kristal dan juga dapat meningkatkan cakupan permukaan kristal. Cara ini menyediakan alat untuk mencapai tujuan dan mengontrol pertumbuhan dari distribusi ukuran kristal pada sebuah penyemaian populasi kristal ketika memakai tempat yang bersifat non-spontan nucleation. Pertumbuhan kristal pada penyemaian CSTR crystallizer didesain sebagai fungsi laju penambahan bibit kristal, bentuk bibit kristal, morfologi, dan laju pertumbuhan, serta waktu yang dibutuhkan dalam reactor. Laju penambahan reaktan memerlukan control untuk penyemaian populasi kristal yang ditentukan oleh parameter-parameter tersebut. Untuk memperoleh laju pertumbuhan kristal yang konstan di dalam CSTR crystallizer, maka penambahan laju reaktan harus nonlinier untuk ukuran bibit, laju pertumbuhan, waktu yang dibutuhkan serta bersifat linier untuk nomer bibit. Pemodelan tersebut memberi informasi control tentang proses pertumbuhan dalam penyemaian CSTR crystallizer.
