BAB I PENDAHULUAN
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.
1
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 dala m kristalisasi? 6. Apa saja produk penerapan dari proses kristalisasi?
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut. 1. Mengetahui pengertian kristalisasi 2. Mengetahui pemisahan campuran berdasarkan titik beku pada senyawa volatil dan non volatil 3. Memahami prinsip dalam kristalisasi 4. Memahami mekanisme proses kristalisasi 5. Memahami faktor-faktor yang mempengaruhi proses terbentuknya kristal dalam kristalisasi 6. Mengetahui produk penerapan dari proses kristalisasi
2
BAB II PEMBAHASAN
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
3
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 Beku
Dalam kimia dan teknik kimia, proses pemisahan digunakan untuk mendapatkan dua atau lebih produk yang lebih murni dari suatu
campuran senyawa
kimia.Sebagian besar senyawa kimia ditemukan 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 bahan baku 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 pengolahan minyak bumi dan pengkristalan garam maupun gula putih. Secara mendasar, proses pemisahan dapat diterangkan sebagai proses perpindahan 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
Filtrasi
4
Proses 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
Ekstraksi
Senyawa 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 Kristalisasi
Prinsip pembentukan kristal adalah : 1
Kondisi lewat jenuh untuk suatu larutan seperti larutan gula atau garam
5
2
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.
6
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 Kristalisasi 2.4.1
Supersaturasi (Super satur ated State)
Pendinginan Solubilitas padatan dalam cairan akan menurunseiring dengan penurunan suhu (pendinginan) untuklarutanyangdipengaruhisuhu.
Penguapansolven Konsentrasi larutan menjadi makin pekat
7
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)
8
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 Primer
Nukleasi 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 f ase 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 Sekunder
Pembentukan 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 Fluida
Nukleasi jenis ini diketahui berlangsung pada kondisi tertentu dan diperkirakan juga berlangsung pada kondisi lain. Bila larutan lewat jenuh bergerak dengan
9
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 Kontak
Nukleasi sekunder dipengaruhi oleh intensitas pengadukkan, jenis ini merupakan nukleasi yang paling banyak terdapat dalam kristalisator industry Karen aterj adi 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 ekster nal (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 din yatakan 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
10
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 l arutan 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
11
a. Kondisi lewat dingin larutan Semakin dingin larutan waktu induksi (waktu yg diperlukan sampai inti kristal terbentuk) akan semakin pendek. b. Suhu Penurunan suhu akan menginduksi pembentukan kristal secara cepat. c. Sumber inti kristal Inti yg terbentuk pada pembentukan tipe heterogen memiliki kecendrungan mempercepat kristalisasi d. 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 Pendinginan Pendingingan yang cepat akan menghasilkan inti kristal yg lebih banyak dibandingkan pendinginan lambat. f. Kecepatan agitasi Proses agitasi mampu meningkatkan laju pembentukan inti kristal. Agitasi menyebabkan pindah massa dan pindah panas berjalan lebih efisien. g. Bahan tambahan dan pengotor Bahan-bahan tambahan dapat berperan untuk membantu atau menghambat pembentukan inti kristal.
h. Densitas massa kristal Jumlah kristal yg terdapat dalam satu unit volume yg terdapat dalam larutan akan berpengaruh pada tingkat pertumbuhan setiap kristal.
2.6 Penerapan Kristalisasi
12
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.
13
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)
14
BAB III
3.1 Kesimpulan
Adapun 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.
15
DAFTAR PUSTAKA
Mahlizar. 2011. Kristalisasi Karbohidrat . http:// lizar.files.wordpress. com. Pdf. Diakses pada 12 November 2014
16
