LARUTAN DAN KELARUTAN PADA KRISTAL

(Tugas Mata Kuliah Pertumbuhan Kristal)

Oleh:

Nama : Muhamad NurissalamNPM : 1327011010

PROGRAM PASCASARJANA MAGISTER KIMIAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS LAMPUNGBANDAR LAMPUNG

2014

KATA PENGANTAR

Alhamdulilah, segala puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, Tuhan

yang maha Esa yang telah melimpahkan taufiq dan hidayah-Nya sehingga

penulis dapat menyelesaikan tugas makalah pada mata kuliah pertumbuhan

kristal. Seiring dengan terselesaikannya makalah ini penulis mengucapkan

banyak terima kasih kepada

1. Bpk. Pof. Suharso, Ph.D., dosen kami pada mata kuliah pertumbuhan

Kristal yang membimbing kami untuk menyelesaikan makalah ini.

2. Rekan rekan pascasarjana kimia pada pilihan kimia anorganik yang

memotivasi dan saling member masukan hingga terselesainya makalah ini

3. Keluarga besar, dan sahabat yang menjadi motivator sejati.

Penulis menyampaikan permohonan maaf apabila dalam penulisan makalah ini

terdapat kesalahan. Penulis juga berharap saran dan kritik yang bersifat

konsktruktif, sehingga dapat memberikan motivasi bagi penulis agar lebih baik

untuk kedepannya. Semoga makalah ini bermanfaat.

Metro, 10 Oktober 2014

Penulis

DAFTAR ISI

A. Pendahuluan ……………………………………………………….. 1

B. Larutan dan titik leleh ……………………………………………... 2

C. Seleksi pelarut ……………………………………………………… 3

D. Komposisi larutan ………………………………………………….. 7

E. Korelasi kelarutan …………………………………………………. 10

F. Teori hasil Kristal ………………………………………………….. 12

G. Larutan ideal dan non ideal ………………………………………… 15

H. Ukuran partikel dan kelarutan ……………………………………… 19

I. Efek Pengotor pada kelarutan ………………………………………. 20

J. Pengukuran kelarutan ………………………………………………. 21

K. Prediksi kelarutan …………………………………………………… 21

L. Sumber data kelarutan ………………………………………………. 23

M. Super kelarutan …………………………………………………….. .. 23

N. Struktur larutan ...................................................................................... 25

O. Penutup.................................................................................................... 26

LARUTAN DAN KELARUTAN

A. Pendahuluan

Larutan dan kelarutan mempunyai peran yang sangat penting dalam kristalisasi

dan rekristalisasi. Untuk mendapatkan kristal yang baik maka hal yang sangat

penting adalah bagaimana menentukan pelarut, dan kelarutan yang tepat sehingga

proses kristalisasi berjalan baik, apalagi mampu mendapatkan teknik krstalisasi

dengan pelarut yang murah dan aman tentunya menjadi hal yang sangat vital dan

diinginkan dalam menentukan produk kristal yang diinginkan. Pada makalah ini

membahas berbagai jenis larutan serta kelarutanya dalam kristalisasi.

B. Larutan dan Titik Lebur

Larutan (gas, cair atau padat homogen) adalah campuran dua atau lebih zat yang

dikenal dengan istilah pelarut dan zat terlarut, meskipun tidak ada hal yang

mendasari dari pembagian zat yang mana dari campuran disebut pelarut dan

terlarutnya hanya umumnya zat terlarut dalam jumlah yang lebih sedikit.

Misalnya, garam seperti kalium nitrat ditambahkan sedikit air pada suhu yang

rendah. Pada contoh ini air tidak dibenarkan sebagai pelarut walaupun terasa

kurang lazim mengatakan air terlarut dalam garam kalium nitrat. Dengan kata

lain bahwa garam larut dalam air garam, bahkan, mencair. Hal ini disebabkan

karena penggunaan kata mencair yang kurang tepat. Pada pencampuran kalium

nitrat ditambahkan sedikit air maka kalium nitrat sebagai pelarut sedangkan air

disebut zat terlarut

C. Seleksi pelarut

Secara umum air digunakan sebagai pelarut universal untuk industri kristalisasi

zat anorganik. Hal ini karena air mudah didapatkan dan relative lebih murah,

rentang cairan tinggi (~4 - 100C), melarutkan substansi ionik dengan baik.

Selain itu sebagian besar senyawa kimia larut dalam air. Sehingga digunakan

secara meluas di industri senyawa organik, digunakan untuk kristalisasi walaupun

pelarut lain harus digunakan. Pelarut air juga mempunyai beberapa kekurangan

diantaranya merupakan pelarut yang tidak baik untuk senyawa kovalen, tidak

begitu baik untuk reaksi reaksi redoks karena air sendiri mampu dan ikut reaksi

redoks, untuk reaksi asam basa kadang ikut berpengaruh, serta hidrolisis terhadap

reagen dapat terjadi.

Pada kristalisasi kriteria pelarut harus diperhatikan sehingga mendapatkan hasil

yang baik. Pemilihan pelarut hendaknya berdasarkan kepolarannya, dimulai dari

pelarut yang polar berurut ke pelarut yang non polar atau sebaliknya, jika cara

tersebut  tidak berhasil dengan baik, dapat dicoba dengan menggunakan campuran

beberapa macam pelarut.

Pelarut yang baik untuk rekristalisasi harus mempunyai sifat – sifat sebagai

berikut:

a. Pengotor harus sangat larut atau hanya sedikit larut dalam pelarut tersebut

b. Pelarut harus mudah dihilangkan dari kristal murninya

c. Tidak terjadi reaksi antara pelarut dengan zat yang dipisahkan

d. Pelarut harus tidak mudah menguap atau mudah terbakar

Campuran dua atau lebih pelarut terkadang memiliki sifat tertentu yang terbaik

untuk kristalisasi. Pelarut umumnya merupakan campuran dari beberapa

campuran dan telah terbukti kemampuanya dalam kriltalisasi seperti alkohol

dengan air, keton, eter, hidrokarbon chlorinated atau homolog, benzena dll dan

normal alkanes dengan hidrokarbon atau chlorinated hidrokarbon aromatik.

Kedua cairan yang kadang-kadang yang ditambahkan ke sebuah larutan untuk

mengurangi kelarutan sehingga mempercepat kristalisasi dan memaksimalkan

hasil produk. Campuran berbagai pelarut harus benar-benar larut dengan satu

sama lain

Berbagai senyawa organik berpotensi bertindak sebagai pelarut pada kristalisasi.

Pengelompokan umum pada pelarut ini adalah asam asetat dan ester, alkohol dan

keton, petrolium eter, chlorinated hidrokarbon, benzena homologi, dan beberapa

fraksi dari minyak bumi.

Tabel 1. Jenis-jenis Pelarut dan konstanta dielektrik

Jenis Pelarut Rumus kimia Titik

didih

Konstanta

Dielektrik

Massa

jenis

Pelarut Non-Polar

Heksana CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-

CH3

69 °C 2.0 0.655 g/ml

Benzena C6H6 80 °C 2.3 0.879 g/ml

Toluena C6H5-CH3 111 °C 2.4 0.867 g/ml

Dietil eter CH3CH2-O-CH2-CH3 35 °C 4.3 0.713 g/ml

Kloroform CHCl3 61 °C 4.8 1.498 g/ml

Etil asetat CH3-C(=O)-O-CH2-CH3 77 °C 6.0 0.894 g/ml

Pelarut Polar Aprotic

1,4-Dioksana /-CH2-CH2-O-CH2-CH2-

O-\

101 °C 2.3 1.033 g/ml

Tetrahidrofuran

(THF)

/-CH2-CH2-O-CH2-CH2-\ 66 °C 7.5 0.886 g/ml

Diklorometana

(DCM)

CH2Cl2 40 °C 9.1 1.326 g/ml

Asetona CH3-C(=O)-CH3 56 °C 21 0.786 g/ml

Asetonitril (MeCN) CH3-C≡N 82 °C 37 0.786 g/ml

Dimetilformamida

(DMF)

H-C(=O)N(CH3)2 153 °C 38 0.944 g/ml

Dimetil sulfoksida

(DMSO)

CH3-S(=O)-CH3 189 °C 47 1.092 g/ml

Pelarut Polar Protic

Asam asetat CH3-C(=O)OH 118 °C 6.2 1.049 g/ml

n-Butanol CH3-CH2-CH2-CH2-OH 118 °C 18 0.810 g/ml

Isopropanol (IPA) CH3-CH(-OH)-CH3 82 °C 18 0.785 g/ml

n-Propanol CH3-CH2-CH2-OH 97 °C 20 0.803 g/ml

Etanol CH3-CH2-OH 79 °C 30 0.789 g/ml

Metanol CH3-OH 65 °C 33 0.791 g/ml

Asam format H-C(=O)OH 100 °C 58 1.21 g/ml

Air H-O-H 100 °C 80 1.000 g/ml

Beberapa poin utama yang harus diperhatikan saat memilih pelarut untuk sebuah

kristalisasi. Pada proses kristalisasi, zat harus mudah larut dalam pelarut.

Pelarut dapat diklasifikasikan sebagai pelarut non-polar dan polar. Larutan polar

memiliki konstanta dielektrik tinggi, misalnya air, asam, alkohol, dan pada

pelarut non polar mengacu pada cairan konstanta dielektrik rendah, misalnya

hidrokarbon aromatik. Sebuah pelarut yang non-polar (misalnya antrasena)

biasanya lebih larut dalam sebuah pelarut yang non-polar (misalnya benzena) dari

dalam pelarut kutub (misalnya air). Namun, kesamaan antara pelarut kimia dan

zat terlarut harus dihindari, karena mereka akan saling melarutkan. Dalam semua

kemungkinan menjadi tinggi, dan kristalisasi mungkin terbukti sulit. itu harus

mencatat bahwa kristal kebiasaan sering dapat diubah oleh mengubah pelarut.

Berdasarkan sifat intermolecular , interaksi ikatan pelarut dibagi menjadi tiga

kelas utama:

1. Kutub protik misalnya air, metanol, asam asetat;

2. Dipolar aprotik, misalnya nitrobenzene, acetonitrile, furfural;

3. Aprotik, yang non-polar misalnya heksana, benzena, etil eter

Pada pelarut kutub protik molekul berinteraksi dengan membentuk ikatan

hidrogen kuat. Pada proses pengendapan, zat terlarut harus jenuh dalam ikatan ini

dan menggantinya dengan ikatan yang sama kekuatan untuk menjaga kelarutan,

karena itu, zat terlarut harus mampu membentuk ikatan hidrogen baik, karena zat

terlarut sendiri merupakan sebuah ikatan hidrogen sehingga diharapkan mampu

menyumbangkan atom hidrogen untuk membentuk ikatan hidrogen. Jika zat

terlarut adalah aprotik dan tidak dapat membentuk ikatan yang kuat dengan

molekul pelarut dan karena itu kelarutannya sangat rendah. Dalam pelarut aprotik

dipolar, yang ditandai oleh tingginya konstanta dielektrik, pelarut molekul

berinteraksi dengan interaksi dipol dipol. Jika zat terlarut juga dipolar dan

aprotik dapat berinteraksi mudah dengan molekul pelarut membentuk mirip

interaksi dipol dipol. Jika zat telarut adalah yang non-polar tidak dapat

berinteraksi dengan molekul pelarut sehingga tidak dapat larut. Pada zat terlarut

Protik akan larut pada pelarut aprotik dipolar, karena ikatan hydrogen yang kuat

terbentuk, mengganti ikatan hidrogen antara molekul zat terlarut dalam keadaan

padat. Jika pelarut bukan aprotik dipolar, namun, sebuah zat terlarut protik akan

memiliki kelarutan rendah karena ikatan hidrogen kuat di padat fase hanya bisa

digantikan oleh lemahnya interaksi dipol dipol antara molekul pelarut dan zat

terlarut. Dalam pelarut aprotik yang non-polar ditandai dengan rendahnya

konstanta dielektrik, molekul berinteraksi lemah (van der waals) zat terlarut yang

non-polar yang mudah larut. Dipolar dan kutub protik zat terlarut yang umumnya

ditemukan sangat rendah kelarutanya dalam pelarut ini kecuali kasus dimana

terbentuk senyawa kompleks yang non-polar.

Pelarut Berbahaya

Pemilihan pelarut pada kristalisasi harus mampu dikeluarkanan atau dipisahkan

dan tidak terjerat sehingga menjadi racun pada kristal. Setelah kristalisasi pelarut

harus bisa ditarik sehingga kristal menjadi murni. Pemilihan pelarut dalam

laboratorium harus dilakukan uji pendahuluan dan menafsirkan apakah kristal

yang di dapat pada posisi dimana. Sehingga lebih efisien jika dilakukan dalam

skala besar.

Pelarut harus stabil pada berbagai kondisi. Pelarut tidak terurai atau teroksidasi

dan tidak harus bereaksi dengan salah satu dari senyawa yang diinginkan. Ketika

pelarut organik sedang digunakan, perawatan harus diambil dalam memilih gasket

yang benar paling umum jenis bahan karet sintetis, elastomer dan banyak

misalnya, terjadi kerusakan setelah kontak yang lama antara chlorinated dengan

hidrokarbon. Zat terlarut dan pelarut harus mampu tidak bereaksi, meski

meskipun dalam berbagai kondisi. Tidak menutup kemungkinan kristal terhidrasi

setelah proses akhir, dan jika dilakukan rekristalisasi sulit dan mahal. Metanol,

etanol, benzena dan asam asetat yang juga dikenal untuk membentuk solvates

dengan zat-zat tertentu, dan hilangnya pelarut di pengeringan membebankan biaya

tambahan pada proses.

D. Komposisi Larutan

Komposisi sebuah larutan, dapat dinyatakan dalam banyak cara yang berbeda,

misalnya massa per satuan massa pelarut, massa per satuan massa dari larutan,

massa per satuan volume pelarut, dan seterusnya. Unit massa dapat merujuk ke

spesies terlarut itu sendiri atau untuk sebuah bentuk larutan, misalnya hidrat.

Untuk kinetika kristalisasi adalah beberapa teoritis untuk merekam komposisi di

sebuah basis molar, misalnya mol/L, sementara fraksi mol yang paling sering

digunakan untuk perhitungan termodinamika. fraksi massa yang umumnya

digunakan dalam konstruksi dari fase diagram, meskipun penggunaan fraksi mol

adalah direkomendasikan untuk representation dari timbal balik sistem pasangan

garam.

Untuk tujuan mengungkapkan massa keseimbangan pada item dari proses

tanaman, ada beberapa teknik dalam mengungkapkan massa komposisi larutan

unsolvated solute per satuan massa pelarut, terutama ketika perubahan temperatur

diharapkan. Ini menghindari kebutuhan untuk lebih lanjut perhitungan untuk

menjelaskan kepadatan perubahan.

Dalam pandangan sering perlu membuat interconversions dari komposisi unit itu

merekomendasikan, agar setiap kali solusi pengukuran konsentrasi yang dibuat,

kepadatan solusi pada suhu yang bersangkutan juga diukur dan tercatat.

Banyak metode hal di atas kelarutan dapat mengakibatkan penggunaan istilah

berpotensi menyesatkan istilah 'persentase konsentrasi'. Misalnya, ekspresi seperti

'10 persen larutan natrium sulfat' dapat diambil untuk berarti, tanpa lebih lanjut

definisi, salah satu dari berikut:

10g dari Na2SO4 dalam 100 g air

10g dari Na2SO4 dalam 100 g larutan

10g dari Na2SO4 10H2O dalam 100 g air

10g dari Na2SO4 10 H2O dalam 100 g larutan

Jika 10 g anhidrat Na2SO4 dalam 100 g air yang dimaksudkan deskripsi dari solusi

konsentrasi, kemudian ini akan menjadi setara dengan:

9,1g Na2SO4 dalam 100 gram pelarut

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

Yang memberikan beberapa ukuran besarnya mungkin salah tafsir. Untuk

membuat hal-hal lebih buruk lagi, istilah 'persen konsentrasi' ini sering diterapkan

pada volume dasar, misalnya 10 g Na2SO4 dari 100 ml air, larutan, dan seterusnya.

Tabel D.1 daftar interkonversi antara sejumlah komposisi larutan. Untuk

kenyamanan, ekspresi yang disusun dalam hal system larutan, tetapi hubungan

yang sepenuhnya umum jika persyaratan ' unsolvated zat ', digunakan' dan pelarut

diganti untuk ' anhydrous zat ', ' hidrat ', dan ' ', air masing-masing

Interconversions antara massa molar atau unit dan mereka berdasarkan fraksi mol

yang sedikit lebih kompleks daripada pada tabel D.1. Fraksi mol x komponen

tertentu dalam campuran dari beberapa zat yang diberikan oleh

Di mana m adalah massa komponen tertentu, dan m yang massa molar.

Hubungan antara komposisi fraksi dan dinyatakan dalam mol di unit lain

diberikan oleh:

Sejumlah besar istilah telah digunakan untuk mengungkapkan kelarutan relatif zat

terlarut dalam pelarut yang diberikan. Berikut, bersama-sama dengan beberapa

contoh dari kelarutan ( g/L ) pada temperatur lingkungan, yang paling sering

dihadapi:

E. Korelasi Kelarutan

Dalam sebagian besar kasus kelarutan zat terlarut dalam pelarut meningkat

dengan suhu, Tapi ada beberapa pengecualian terhadap aturan ini. Beberapa

kelarutan untuk berbagai garam dalam air yang akan ditampilkan di gambar E.1,

di mana semua konsentrasi yang dinyatakan sebagai kg zat anhidrat per 100 kg

air. Dalam gambar E.1. a natrium klorida adalah contoh yang bagus dari garam

yang kelarutan meningkat hanya sedikit dengan peningkatan temperatur,

sedangkan natrium asetat menunjukkan cukup cepat meningkat. Karakteristik

kelarutan pelarut dalam pelarut yang diberikan merupakan pilihan yang sangat

mempengaruhi dalam memilih metode kristalisasi. Ini akan menjadi tidak

berguna, misalnya untuk mendinginkan larutan jenuh panas dari natrium klorida

dengan harapan mendepositokan kristal dalam setiap kuantitas. Hasil yang wajar

hanya bisa dicapai dengan penguapan air, dan ini adalah apa yang dilakukan

dalam praktik. Di sisi lain, kristalisasi pendinginan secara langsung sangat tepat

untuk garam seperti tembaga sulfat, pendinginan dari 90 hingga 200C akan

menghasilkan sekitar 44 kg CuSO4 untuk setiap 100 kg air. Seperti fasa stabil

tembaga sulfat pada 20 0C adalah pada zat terlarut pentahydrate dan kelarutan

kristal sebenarnya menghasilkan komposisi menjadi sekitar 69 kg CuSO4 5H2O

untuk setiap 100 kg air.

Gambar E.1: Kurva kelarutan untuk beberapa garam dalam air: (a) kurva halus, (b) menunjukkan terjadinya perubahan fase.

Tidak semua kelarutan kurva yang halus, seperti yang bisa dilihat kurva E.1.b.

Sebuah ketidaksenimbungan pada kurva kelarutan menunjukkan fase berubah.

Misalnya, fase padat disimpan dari suatu larutan natrium sulfat di bawah 32.4 0C

akan terdiri dari decahydrate, sedangkan padat disimpan di atas temperatur ini

akan terdiri dari garam anhidrat. Kelarutan natrium sulfat anhidrat menurun

dengan peningkatan suhu. Ini efek negatif kelarutan, atau kelarutan terbalik, ini

juga ditunjukkan oleh zat seperti kalsium sulfat ( gipsum ), kalsium, barium dan

stronsium asetat, kalsium hidroksida, dll. Zat ini bisa menyebabkan kesulitan

dalam kristalisasi pada senyawa jenis tertentu dengan menyebabkan deposisi skala

pada heat-transfer permukaan.

Kelarutan kurva untuk dua fase yang berbeda bertemu di titik transisi, dan sistem

akan menunjukkan sejumlah titik. Misalnya, tiga bentuk ferrous sulfat dapat

disimpan dari larutan tergantung pada suhu: FeSO4.7H2O hingga 56 0C,

FeSO4.4H2O dari 560C untuk 64 0C dan FeSO4. H2O di atas 640C.

F. Teori Hasil Kristal

Jika data kelarutan untuk zat dalam pelarut tertentu yang diketahui, ini adalah hal

yang mudah untuk menghitung hasil maksimal murni kristal yang dapat diperoleh

dengan dan hilang karena pendinginan atau penguapan sebuah larutan yang

diberikan. Dihitung menghasilkan akan maksimal, karena asumsi harus membuat

pelarut utama dalam kontak dengan kristal disimpan hanya akan menjadi jenuh.

Umumnya, beberapa derajat supersaturation dapat diharapkan, tapi ini tidak dapat

diperkirakan. Hasil akan merujuk hanya untuk kuantitas kristal murni disimpan

dari larutan, tetapi sebenarnya menghasilkan bahan padat mungkin sedikit lebih

tinggi dari yang diperhitungkan, karena massa kristal selalu mempertahankan

beberapa pelarut utama bahkan setelah filtration. Ketika kristal kering mereka

menjadi dilapisi dengan lapisan materi yang sering kelas yang lebih rendah

daripada yang ada dalam sebagian besar kristal. Murni kristal kering massa

diproduksi secara komersial sangat sering hasilnya tidak memadai pelarut utama

penghapusan.

Mencuci dengan filter membantu untuk mengurangi pelarut utama dipertahankan

oleh massa kristal, tetapi selalu ada bahaya mengurangi pelarut di akhir

menghasilkan oleh pembubaran selama mencuci. Jika kristal mudah larut dalam

pelarut, kerja cairan lain di mana zat tersebut relatif insoluble dapat digunakan.

Alternatif, mencuci yang terdiri dari sebuah dingin, near-saturated solusi yang

murni zat dalam kerja pelarut dapat bekerja. Efisiensi mencuci tergantung

sebagian besar pada bentuk dan ukuran kristal.

Perhitungan hasil untuk kasus kristalisasi oleh pendinginan cukup mudah jika

konsentrasi dan kelarutan awal substansi di bagian bawah suhu yang dikenal.

Perhitungan dapat sedikit rumit jika beberapa pelarut hilang, sengaja atau tidak

sengaja, selama proses pendinginan, atau jika sendiri menghilangkan beberapa zat

pelarut, misalnya dengan mengambil air dari kristalisasi. Semua kemungkinan ini

yang diperhitungkan dalam persamaan berikut, yang dapat digunakan untuk

menghitung maksimum menghasilkan kristal murni di bawah berbagai kondisi

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

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) Pada persamaann 3.15 dapat digunakan secara umum

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:

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

W.R (C1 – C2 (1-V)Kehilangan pelarut sebagian: Y =

1 – C2(R – 1)

500. 2,27 . (0,2-0,09). ( 1-0,02)=

1 – 0,09 (2,27-1)

= 143 Kg Na2SO4. 10 H2O

G. Larutan Ideal dan Non Ideal

Sebuah larutan yang ideal adalah salah satu di mana interaksi antara terlarut dan

molekul pelarut ini identik. Dari definisi ini jelas bahwa yang benar-benar larutan

yang ideal yang paling tidak mungkin untuk ada. tapi konsep itu masih sangat

berguna sebagai referensi kondisi tertentu. Contohnya, jika terlarut dan pelarut

membentuk sebuah larutan ideal, kelarutan diperkirakan bisa menjadi persamaan

van 't hoff

Di mana x adalah mol zat terlarut fraksi dalam larutan, 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 )

Misalnya, kelarutan naftalena pada 20 oC dalam sebuah larutan ideal dapat

dihitung dari titik lebur (80oC) dan enthalpy fusi (18,8 kj mol-1) untuk

memberikan x = 0,269.

Pada prinsipnya, dengan melakukan perhitungan seperti rentang suhu, sebuah '

larutan ideal ' kelarutan kurva dapat dibangun, tapi hal ini penting untuk dicatat

bahwa setiap perhitungan kelarutan dinyatakan tanpa mengacu pada partikular

pelarut. Selanjutnya, asumsi ideality bagi kebanyakan solusi nyata ini umumnya

tidak dapat dibenarkan

G.1. Aktivitas dan Kekuatan Ionik

Sifat kolgatif larutan seperti penurunan tekanan uap, kanaikan titik didih,

penurunan titik beku dan tekanan osmotik sangat dipengaruhi oleh sifat ionik

dari zat terlarut dalam pelarut. Ada larutan yang bersifat elektrolit dan juga

non elektrolit. Untuk non elektrolit potensial kimia di berikan persamaan

sebagai berikut:

µ= µoc RT Ln c

dimana µ adalah potensial kimia, µoc adalah potensial standar, dan c adalah

konsentrasi molar. Sedangkan untuk kekuatan ionik, diberikan persamaan

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

G.2 Asosiasi dan 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

Faktor Vant Hoff ini sangat berperan besar menentukan besarnya konsentrasi

ditentukan dengan hubunagan ion. Jika dilihat dari persamaan tersebut maka

untuk larutan non elektrolit mempunyai hubungan i = 1, hal ini disebabkan nilai α

untuk non elektrolit sebesar 0, sehingga dalam persamaan didapatkan nilai i =1,

artinya tidak adanya jumlah ion berpengaruh pada larutan non elektrolit. Pada

larutan elektrolit kuat dimana α = 1, maka berlaku i=n, sedangkan pada elektrolit

lemah dimana 0< α <1, maka nilai i adalah memasukkan angka angka yang ada

dalam persamaan.

G.3 Hasil Kali kelarutan

Kelarutan dari larutan elektrolit dalam suhu tertentu menunjukkan sebuah Hasil

kali kelarutan (Kc), 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

Persamaan yang menghubungkan antara Kc dan pK adalah= pKc = - log 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.

Misalnya

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.

Gambar G.1. Kenaikan relatif dari kelarutan dengan penambahan ikatan ion. (a)

BaSO4 dalam larutan KNO3, (b) AgCl dalam larutan KNO3

H. Ukuran Partikel dan Kelarutan

Hubungan kelarutan dan ukuran partikel, awalnya diturunkan untuk tekanan uap

dalam cairan sistem uap oleh Thomson (insipirasi dari Kelvin di 1892) di 1871,

dimanfaatkan kemudian oleh Gibbs, dan diterapkan untuk cairan-padat sistem

oleh ostwald ( 1900 ) dan freundlich ( 1926 ) dapat dinyatakan dalam bentuk

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%).

Gambar H.1. Efek kelarutan terhadap ukuran partikel

I. Efek Kelarutan Oleh Pengotor

Larutan murni jarang ditemui di luar analitis laboratorium, dan biasanya

mempunyai kadar tingkat kemurnian tertentu. Larutan pada sektor industri, disisi

lain, yang hampir selalu tidak murni, dan adanya pengotor dapat sering memiliki

sebuah efek yang cukup besar di bagian karakteristik kelarutan zat terlarutnya.

Jika untuk sebuah larutan jenuh biner (padat) dan biner (cairan pelarut) sejumlah

kecil ketiga komponen c (juga larut dalam b) ditambahkan, salah satu dari empat

kondisi baru menndapat hasil. Pertama, tidak mungkin terjadi, meskipun ini

adalah perbandingan, dalam hal sistem tetap dalam aslinya jenuh. Kedua,

komponen c mungkin bereaksi atau sebaliknya menggabungkan atau bereaksi

secara kimia dengan dengan membentuk sebuah kompleks atau senyawa, dengan

demikian mengubah seluruh sifat system. Dalam kasus ketiga, kehadiran

komponen c dapat membuat solusi supersaturated sehubungan dengan zat

terlarunya, yang kemudian akan menjadi diendapkan. Keempat, larutan

mungkin menjadi takjenuh sehubungan dengan sebuah persyaratan 'salting-out'

dan ' salting-in ' yang umumnya digunakan untuk menggambarkan dua kasus,

terakhir ini terutama ketika elektrolit yang terlibat.

J. Pengukuran kelarutan

Teknik pengukuran kelarutan sudah banyak dilakukan kelarutan padatan dalam

cairan. Tidak ada metode satu untuk semua kasus, namun menyesuaikan untuk

kemungkinan jenis sistem. Pilihan Metode yang paling sesuai untuk kasus

tertentu telah dibuat dalam sistem properti, ketersediaan analitis dan aparatus

teknik-teknik, keterampilan tersebut dan pengalaman dari operator, presisi

tersebut diperlukan, dan seterusnya. Pengukuran yang akuran tergantung dari

informasi awal yang tepat. Pada beberapa kasus harus memenuhi persyaratan

yaitu apakah zat cukup hemat atau hemat larut dalam pelarut. Namun, industri

menuntut untuk penghematan dalam penggunaan pelarut. Ketepatan diharapkan

tidak kehilangan pelarut lebih dari 1%.

K. Prediksi dari kelarutan

Nilai kelarutan yang diukur kelarutannya, umumnya memberikan tingkat

kepercayaan jika diukur lebih dari satu kali. Pengukuran kelarutan dengan akurat

sangat diperlukan, namun, permintaan laboratorium sarana dan eksperimental

keterampilan dan dapat memakan waktu karena harus mencapai kesetimbangan

dan fakta bahwa jumlah besar dari individu pengukuran mungkin akan diperlukan

untuk menutupi i semua berkisar dari variabel. Akan selalu ada kebutuhan, karena

itu, untuk metode untuk memprediksi kelarutan yang dapat menghindari kesulitan

ini, tapi harus memberi tahu bahwa dalam menggunakan metode lain yang lebih

serius seperti beberapa masalah yang mungkin timbul kembali. Jumlah kelarutan

korelasi yang baik dan prediksi metode tersedia mulai dari teknik sederhana dari

interpolasi dan ekstrapolasi untuk beberapa prosedur, yang sangat kompleks

berdasarkan alasan, termodinamika yang memiliki kebutuhan komputasi yang

cukup.

Keberhasilan setiap metode dapat memilih sesuai keinginan dari sistem ke sistem.

Beberapa hanya dapat digunakan untuk penilaian kasar sementara yang lain bisa

menghasilkan data sebanding untuk dicapai pengukuran dengan sangat hati-hati.

Setiap sistem harus diperhatikan secara independen. Jika persamaan korelasi ini

didasarkan pada data yang memadai interpolation bisa dilakukan dengan wajar

keyakinan (misalnya lihat angka 3,2). Ekstrapolasi, di sisi lain, umumnya

inadvisable dan tidak akan pernah berusaha jika ada kecurigaan apapun pada fase

perubahan dapat dilakukan yang tidak diketahui.

Prediksi metode menggunakan hubungan teoritis didasarkan pada asumsi solusi

ideality dapat sangat tidak bisa diandalkan, seperti yang ditunjukkan oleh contoh

di bagian G yang menunjukkan bahwa asumsi dari ideality untuk ' sederhana '

kasus naftalena dilarutkan dalam pelarut organik dapat mengakibatkan kesalahan

hingga 200 % memperkirakan kelarutan

L. Data Sumber Kelarutan

Sumber utama utama data kelarutan padat cair, yaitu orang-orang yang

melaporkan pengukuran secara eksperimental dalam daftar sumber referensi,

adalah Stephen dan Stephen (1963), Seidell (1958) dan data kelarutan lainya pada

IUPAC serial (1980 91) yang pada akhir 1991 telah mencapai volume ke-48. Seri

mencakup gas cair, cair cair dan padat cair, tapi sampai sekarang kurang dari

seperempat dari volume diterbitkan yang dikhususkan untuk sistem cair yang

padat. Dalam semua ini publikasi, terner serta biner data yang dilaporkan dan

pelarut selain air. Blasdale (1927) dan Teeple (1929) memberikan data luas di

sebut dalam larutan garam yang relevan dengan brines alam dan kandungan garam

alami, mulai dari biner untuk quinary sistem yang kompleks. Kompilasi oleh

Wisniak dan Herskowitz (1984) adalah sumber referensi, tetapi tidak ada data

aktual yang disimpan.

Di antara sumber-sumber kedua data yang tersedia, yaitu penulis dari beberapa

sumber, kadang-kadang ' dihaluskan ', termasuk kompilasi dari nyvilt ( 1977 ),

dan broul, nyvilt dan Sohhnel ( 1981 ) dan appendices A4 dan A5 dalam buku ini.

M. Supersolubility

Larutan jenuh dalam kesetimbangan dengan termodinamika padat fase, pada suhu

tertentu. Hal ini sering dilakukan dengan mudah, misalnya dengan pendinginan

dari panas larutan secara perlahan-lahan, untuk mempersiapkan. Pelarut yang

berlebih dipisahkan dari endapan pada kesetimbangan kejenuhan. Larutan seperti

ini dikatakan jenuh. Keadaan supersaturation adalah sebuah persyaratan penting

untuk semua operasi. Kristalisasi Ostwald (1897) diperkenalkan pertama kali

persyaratan ' labile ' dan ' metastable ' supersaturation untuk mengklasifikasikan

larutan jenuh di mana spontan (primary) nucleation akan atau tidak akan terjadi, .

Pekerjaan miers dan ishak (1906, 1907) pada hubungan antara supersaturation dan

spontan menyebabkan kristalisasi diagram metastable representasi zona pada

subility- supersolubility diagram.

Gambar M.1 : solubility±supersolubility diagram

Kelarutan yang terus menurun terlihat pada kurva, ditentukan oleh salah satu dari

sesuai teknik dijelaskan dalam bagian 3.9, dapat terletak dengan presisi. Atas

terganggunya kurva supersolubility, yang mewakili konsentrasi dan temperatur di

mana kristalisasi tidak terkendali spontan terjadi, adalah bukan sebagai definisi

seperti yang dari kelarutan kurva. Posisinya di diagram adalah jauh terpengaruh

oleh, diantara hal-hal lain, tingkat dimana supersaturation adalah generated,

intensitas, Pengaruh pengotor dan suhu mempengaruhi kurva di atas. Terlepas

dari fakta bahwa kurva supersolubility adalah kurang jelas, tidak ada keraguan

bahwa sebuah wilayah metastability ada dalam kurva kelarutan. Diagram dibagi

menjadi tiga zona, salah satu weii. yang didefinisikan dan dua lainnya untuk

beberapa derajat variable:

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.

Jika larutan yang diwakili oleh titik a didinginkan tanpa kehilangan pelarut (baris

abc), kristalisasi spontan tidak dapat terjadi sampai kondisi titik diwakili oleh c

yang dihubungi. Pada titik ini, kristalisasi dapat spontan atau mungkin diinduksi

oleh pembenihan, agitasi atau mekanis shock. Pendinginan lebih lanjut untuk

beberapa titik d mungkin akan diperlukan sebelum kristalisasi dapat diinduksi,

terutama dengan zat sangat larut seperti natrium thiosulphate. Meskipun

kecenderungan untuk mengkristal meningkat sekali zona labile adalah penetrasi,

larutan mungkin telah menjadi begitu sangat kental seperti untuk mencegah

kristalisasi.

M. Struktur Larutan

Air adalah sebuah zat cair unik, paling berlimpah senyawa yang di bumi dan

mudah melarutkan. seperti air dari kristalisasi dalam batuan dan mineral dan ini

adalah konstituen penting dari semua organisme hidup. Sifat yang tidak biasa,

seperti titik didih yang tinggi dibandingkan dengan terkaitnya hydrides, suhu

kondiktivitas tinggi, konstanta dielektrik dan tegangan permukaan, rendah

enthalpy dari fusi, fenomena kepadatan, yang biasanya dijelaskan dengan asumsi

bahwa air cair sebuah struktur, hal ini tidak mungkin pada saat ini untuk

memutuskan meyakinkan antara berbagai model struktural yang telah diusulkan,

tapi tidak ada keraguan bahwa air cair mempertahankan sebuah struktur longgar

untuk jangka pendek yang dikelola oleh ikatan hidrogen dibuang tetrahedrally di

sekitar satu sama atom oksigen. Hidrogen cluster berikat mudah terbentuk, tapi

hidup mereka adalah pendek. Kehadiran zat terlarut dalam air sangat mengubah

sifat cair. Dalam larutan elektrolit, misalnya, gaya coloumb yang diberikan oleh

ion menyebabkan gangguan lokal dari struktur hidrogen terikat. Setiap ion

dikelilingi oleh dipol molekul air yang berorientasi tegas terikat dalam apa yang

dikenal sebagai 'hidrasi bola utama'. Untuk monoatomik dan monovalen ion-ion,

empat molekul air yang paling mungkin ada tetap pada lapisan.

N. 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.

DAFTAR PUSTAKA

Mullin, J.W. 1992. Crystallization. Third edition. Butterworth-Heinemann A division of Reed Educational and Professional Publishin Ltd. 610 hlm.