KRISTALISASI

Pustaka :

1. Ken Toyokura et all : ‘Crystallization’ Volume I & II , JACE

Design Manual Series, Tokyo 1982.

2. Ken Toyokura, R.C. Bennett & G.H. Dale : ‘Crystallization’ in

‘Encyclopedia of Chemical Processing and Design’ editor : Mc.

Ketta & Cunningham, Marcel Dekker Inc. New York, 1981.

3. J.W. Mullin ‘Crystallization’ ; Butterworths, London, 1972.

4. P.A. Schweitzer (ed.) : ‘ Handbook of Separation Techniques

for Chemical Enginers’; McGraw Hill Book, New York, 1979.

5. R.W. Rousseau (ed.) : ‘Handbook of Separation Process

Technology’ John Wiley & Sons, New York, 1987.

1

Kristalisasi adalah proses terbentuknya fasa padatan kristalinKristal adalah fasa padatan berbentuk tertentu/spesifik dimana permukaannya berupa kisi-kisi. Bentuk kristal yang spesifik ini disebut dengan kristal habit : contoh bentuk kubus, prisma, octahedron, rhombic dll.

2

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 produk-produk 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

Kristalisasi dari larutan saja yang akan dibicarakan dalam Mata kuliah Kristalisasi ini.

Kristalisasi merupakan proses separasi suatu solute dari larutannya membentuk fasa padatan kristalin, artinya solute dalam larutan akan berpindah dan menempel ke permukaan kristal induk, sehingga seolah-olah kristal induknya tumbuh membesar sesuai dengan bentuk habitnya.

Proses separasi dengan Kristalisasi mempunyai kelebihan a.l. : Dapat diperoleh kemurnian produk kristal dari solute yang cukup

tinggi hanya dalam satu stage/langkah operasi. Dengan design dan operasionalisasi kristaliser yang baik, dapat diperoleh kemurnian sampai lebih dari 99 % dengan mudah.

3

Produk akhir berupa padatan kristalin yang mempunyai bentuk habit, ukuran yang seragam sehingga meningkatkan daya tarik, kemudahan handling, packing dan penjualan ataupun prosesing lanjutannya.

Tetapi proses kristalisasi juga punya kelemahan antara lain :

Purifikasi multi komponen ( lebih dari satu ) dalam suatu larutan tidak bisa dilakukan dengan satu tahapan operasi.

Tidak memungkinkan separasi semua solute dari larutannya dalam satu tahapan operasi kristalisasi, karena terbentur pada sifat kelarutan solute itu sendiri.

Karena kristalisasi menyangkut proses pemisahan dan handling 2 macam fasa : cair dan padatan, maka proses kristalisasi digunakan apabila proses pemisahan dengan cara lain tidak memungkinkan lagi baik ditinjau dari segi teknis maupun ekonomis. Contoh proses kristalisasi lebih feasible dibanding proses distilasi untuk pemisahan campuran naphthalene-benzene; pemisahan ortho, metha dan para xylene.

Kristalisasi merupakan proses pemisahan/separasi solute dari fasa larutannya membentuk fasa padatan sendiri yang memakai fenomena dasar : mass transfer dan sebagai driving forcenya adalah beda konsentrasi solute di dalam larutan dengan di boundary layer permukaan kristal.

Suatu larutan yang terdiri dari solute ( zat terlarut ) dan solvent ( zat pelarut ) dapat mempunyai konsentrasi solute yang berbeda-beda, sehingga dikenal :

Larutan belum jenuh ( unsaturated solution ): larutan ini masih mampu menerima tambahan solute. Sehingga bila larutan ini ditambah zat padat, maka zat padat tersebut masih bisa melarut sebagian/semuanya.

Larutan jenuh = saturasi ( saturated solution ) : larutan ini pada kondisi stabil = setimbang = equilibrium, yang artinya jumlah

4

solute yang terlarut tepat pada batas kemampuan melarutkan dari solvent. Sehingga bila larutan ini ditambah lagi zat padat, tidak lagi bisa melarutkannya.

Larutan lewat jenuh ( supersaturated solution ) : konsentrasi solute di dalam larutan ini sudah melebihi kelarutannya, artinya konsentrasi solute dalam larutan tersebut sudah melewati konsentrasi jenuhnya.

Kelarutan suatu zat padat dalam suatu solvent adalah jumlah zat padat yang bisa melarut dalam suatu solvent ( menjadi solute ). Kelarutan suatu zat padat dalam suatu solvent berbeda-beda tergantung pada senyawanya serta suhu/temperature solventnya. Sehingga dikatakan kelarutan suatu zat padat dalam suatu solvent tergantung pada suhu. Ada kecenderungan, semakin tinggi suhu semakin besar pula zat padat yang bisa dilarutkan, sehingga dikatakan kelarutan zat padat dalam solvent merupakan fungsi suhu. Sering kita mendengar ( khususnya di kimia dasar kalau dikatakan Kalsium Karbonat ataupun Kalsium Sulfat selalu mengendap/tidak larut dalam air, pernyataan itu sebenarnya kurang tepat, karena sebenarnya kedua senyawa tersebut kelarutannya dalam air sangat kecil sekali, sehingga dianggap/diasumsikan kedua senyawa tersebut semuanya mengendap.

5

Kurva saturasi

Area supersaturasi Area Concentr. Unsaturasi

Suhu

Dengan pengertian diatas, maka proses kristalisasi adalah kebalikannya proses pelarutan. Kalau proses pelarutan terjadi mass transfer dari fasa padatan ke fasa larutan, maka dalam proses kristalisasi terjadi mass transfer dari fasa larutan ke fasa padatan yaitu berpindahnya solute dari fasa larutan ke fasa padatan permukaan kristal.Suatu kristal yang dimasukkan ke dalam suatu solvent, maka dipermukaan kristal tersebut ada suatu lapisan tipis yang disebut ‘boundary layer’. Dalam boundary layer ini selalu terjadi equilibrium solute concentration dimana konsentrasi solute konsentrasi larutan jenuh ( saturasi ) nya.

Karena itu agar proses kristalisasi bisa berlangsung, maka konsentrasi solute dalam larutan harus lebih tinggi dari pada konsentrasi jenuh/saturasi di boundary layer, agar bisa terjadi mass transfer ( = difusi ) solute dari larutan ke boundary layer. ( ingat dasar dari phenomena transfer : arah transfer selalu terjadi dari potensi driving force tinggi ke yang rendah ).

Molekul solute yang baru berdifusi masuk ke boundary layer ini akan mengubah equilibrium sehingga akan mendorong kembali terbentuknya kondisi equilibrium dengan cara mendorong solute excess tersebut untuk mengikatkan diri dengan molekul pembentuk kisi-kisi kristal. Dengan demikian terjadi penambahan lapisan/layer kristal baru dipermukaan kisi-kisi kristal yang lama.

6

Hal sebaliknya akan terjadi bila suatu kristal dimasukkan ke larutan yang belum jenuh, dimana akan terjadi transfer molekul dari kisi-kisi permukaan ke dalam larutan, sehingga dikatakan kristalnya melarut dalam solvent.

Csupersaturasi Permukaan kisi kristal & Boundary layer

Csaturasi

Cunsaturasi Konsentrasi : C solute

Gb. Grafik profil konsentrasi solute di luar kisi-kisi permukaan kristal.

Pada saat terjadi pengikatan antara molekul solute ke kisi-kisi permukaan kristal yang berupa ikatan electron, akan terjadi efek panas yang disebut panas kristalisasi. Dan hal yang sebaliknya akan terjadi saat terjadi pelarutan molekul fasa padatan dari kisi-kisi permukaan kristal akan terjadi panas pelarutan Secara kuantitatif, besarnya panas kristalisasi adalah panas pelarutan.

7

Driving force mass transfer proses kristalisasi adalah beda konsentrasi solute di dalam larutan dengan konsentrasi solute di boundary layer : C yaitu derajat supersaturasi larutan ( degree of supersaturation ) :

C = Clarutan - Cboundary layer

= Csuper-sat - Csaturasi

Semakin besar driving force : C , proses diffusi solute dari larutan ke permukaan kristal semakin cepat, maka semakin tinggi kecepatan kristalisasinya.Tetapi bila kecepatan kristalisasi terlalu cepat kristal tumbuh terlalu cepat, maka ada kemungkinan molekul solute yang lain (sebagai impuritas) akan ikut terseret masuk dan terperangkap didalam lapisan/layer baru yang terbentuk. Akibatnya kemurnian kristal produk akan berkurang.

Adanya impuritas yang terlalu banyak dalam larutan yang akan dikristalkan dan pengaturan kecepatan pengadukan akan menentukan ataupun dapat mengubah bentuk kristal produk ( habit modification ). Karena itu dalam industri sering harus dilakukan pemurnian larutan yang akan dikristalkan terlebih dahulu.

8

9