EKSTRAKSI PELARUT
A. Pendahuluan
1. Deskripsi Singkat
Bab ini akan membahas tentang ekstraksi pelarut
adalah teknik pemisahan menyangkut distribusi suatu zat terlarut
(solut) diantara dua fasa cair yang tidak saling bercampur. Tekinik
ekstraksi sangat berguna untuk pemisahan secara cepat dan besrsih baik
utuk zat organik maupun zat anorganik. Cara ini juga dapat digunakan
untuk analisis makro maupun mikro.
2. Relevansi
Pembahasan materi dalam bab ini sangat erat kaitannya dengan bab sebelumnya maupun bab selanjutnya. Dalam bab ini mahasiswa akan memahami dasar pemisahan cara ekstraksi pelarut serta berbagai macam ekstraksi pelarut yang digunakan dalam pemisahan kimia.
3. Tujuan
Setelah mempelajari bab ini mahasiswa diharapkan dapat :
- Menguasai dan memahami teori pemisahan dengan cara ekstraksi pelarut.
- Menjelaskan tentang koefisien distribusi dan angka banding distribusi
- Menjelaskan ekstraksi sederhana, ekstraksi kantinu(sampai habis) dan ekstraksi arah berlawanan.
B. Uraian
Ekstraksi
pelarut adalah teknik pemisahan dimana larutan konstituen dalam air
(umumnya), dibiarkan berhubungan dengan pelarut lain (umumnya pelarut
organik) dengan syarat bahwa pelarut kedua ini tidak bercampur dengan
pelarut yang pertama.
Dapat pula dikatakan bahwa ekstraksi
pelarut adalah teknik pemisahan menyangkut distribusi suatu zat
terlarut (solut) diantara dua fasa cair yang tidak saling bercampur.
Cara ini akan mengakibatkan bahwa beberapa konstituen akan pindah dari
pelarut pertama ke pelarut kedua. Untuk mempercepat pemisahan ini, maka
kedua larutan dimasukkan kedalam corong pemisah dan dikocok beberapa
lama. Cara mengocok inipun tidak perlu dilakukan terlalu keras, sekedar
membolak-balikkan corong beberapa kali sudah cukup untuk menghasilkan
pemisahan yang diinginkan. Teknik pemisahan ini dapat diterapkan
terhadap konsetrasi renik ataupun konsentrasi agak besar konstituen yang
bersangkutan
4.1. Dasar-dasar Hitungan
Agar
solut A terdistribusi antara dua fasa atau pelarut 1(organik) dan
2(air), yang saling tidak bercampur satu sama lain, harus berlaku hukum
distribusi Nernst sebagai berikut:

Kd
dinamakan koefisien distribusi atau koefisien partisi. Hukum ini hanya
dapat diterapkan terhadap larutan Sangat encer, karena dalam larutan
encer perbandingan keaktifan mendekati satu. Hukum ini juga tidak
berlaku apabila spesies yang terdistribusi mengalami disosiasi, asosiasi
ataupun pengkompleksan dalam masing-masing pelarut. Karena dalam
masing-masing pelarut selalau ada kemungkinan terjadinya disosiasi,
asosiasi ataupun pengkompleksan, koefisien distribusi ini tidak dapat
dipakai dengan sempurna. Lebih baik jika dipakai pembanding distribusi,
D, berupa angka banding konsentrasi analitik solut atau konstituen dalam
kedua pelarut yang saling tidak bercampur satu sama lain. Untuk sistem
sederhana tidak ada perbedaan antara koefisien distribusi ataupun
pembanding distribusi, karena hanya ada sebuah spesies.
Jika
misalnya yang diekstraksi adalah asam lemah dari larutannya dalam air
kedalam pelarut organik, maka harus dipakai pembanding distribusi sebagai berikut:


Dimana [A] adalah hasil penguraian HA dalam air, yang dapat diganti dengan
[A] = Ka [HA]/[H3O+]...................................(3)
Sehingga rumus D diatas disusun ulang menjadi,


Persamaan
terakhir ini dapat dipakai untuk menghitung pembanding distribusi dan
kuantitas HA terekstraksi dari larutan air dengan harga pH berbeda-beda.
Contoh soal jika koefisien distribusi HA antara air dan eter adalah 800, tetapan asamnya adalah 1,50 x 10-5
, hitung konsentrasi analitik HA yang tertinggal dalam air, estela 50
mL 0,0500M HA dalam air diekstraksi dengan 25,0 mL eter, jira pH larutan
mula-mula adalah a) 2,00 dan b) 8,00.
Solusi. Mula-mula harus dihitung harga D dengan rumus diatas, didapat untuk :
a) pH = 2,00
D = {Kd*[H3O+]/[ H3O+] + Ka} = 799 = Co/Ca .
Co dan Ca adalah berturut-turut konsentrasi analitik dalam organik dan air.
Setelah ekstraksi jumlah mmol total HA tidak berubah yaitu sebesar:
50,0 mL x 0,0500M = 2,5 mmol = 50,0 Ca + 25,0 x Co. Akhirnya didapat
50,0 Ca + 25,0 x 799 Ca = 2,5 mmol, atau Ca = 1,25 x 10-4 M
b) pH = 8,00
D = 0,533
Ca = 3,95 x 10-2 M.
4.2. Kesempurnaan Hasil Ekstraksi
Ekstraksi dapat dilakukan cukup satu kali saja, atau dapat juga dilakukan berulang kali. Jika misalnya dalam V0 mL larutan air terdapat A0 mmol HA yang diekstraksi kemudian memakai V0 mL pelarut organik, maka dalam keadaan kesetimbangan sisa mmol HA dalam air adalah A1 sedangkan (A0 – A1) mmol HA terdistribusi kedalam pelarut organik. Konsentrasi analitik HA dalam tiap lapisan pelarut adalah,
C0 = (A0 - A1) / V0 dan Ca = A1 - V0.
Berdasarkan hubungan D = C0/Ca didapat:
A1 = A0 x
…………………..………(4)

Jika
ekstraksi dilakukan satu kali lagi memakai volum pelarut organik yang
sama jumlahnya dengan yang dipakai pertama kali, akan didapat,
A2 = A0 x
…………………………..(5)

Persamaan
5 diatas adalah sisa mmol HA yang tertinggal dalam air setelah
ekstraksi dua kali. Secara umum jika dilakukan ekstraksi n kali, setiap
kali memakai jumlah V0 yang sama dapat diturunkan bahwa sisa HA tertinggal dalam air adalah,
An = A0 x
…………………………..(6)

Dengan memakai konsentrasi analitik awal dan akhir HA dalam air, rumus terakhir diatas dapat disusun ulang menjadi,
(Ca)n = (Ca)o x
…………………………(7)

Contoh soal. Pembanding distribusi I2 antara CCl4 dan H2O adalah 85,0. Hitung sisa konsentrasi I2 tertinggal jika 50,0 mL larutan 1,00 x 10-3 M I2 dalam air disekstraksi dengan a) 1 x 50,0 mL CCl4, b) 2 x 25 mL CCl4 dan c) 5 x 10 mL CCl4.
Solusi. Dipakai rumus (7) dan memperhatikan bahwa V0 pada setiap kali ekstraksi tidak sama.
a) (Ca)1 =
(1,0 x 10-3 M) = 1,16 .10-5 M

b) (ca)2 =
(1,0 x 10-3 M) = 5,28 .10-7 M

c) (ca)5 =
(1,0 x 10-3 M) = 5,29 .10-10 M

Hasil
hitungan diatas ini menunjukkan bahwa ekstraksi berulang memperbaiki
efisiensi ekstraksi tetapi hasil perbaikan ini menurun dengan cepat
dengan bertambahnya jumlah ekstraksi. Hitungan diatas membuktikan bahwa
ekstraksi lebih dari 5 kali tidak memperlihatkan perbaikan berarti dalam
efisiensi ekstraksi.
Berdasarkan
kesetimbangan distribusi antara pelarut yang saling tidak bercampur,
dapat dibedakan tiga prosedur pemisahan, yaitu a) ekstraksi bertahap
(sederhana), b) ekstraksi kontinyu (sampai habis) dan c) ekstraksi
dengan arah berlawanan.
a. Ekstraksi sederhana : Apabila
harga pembanding distribusi salah satu spesies dalam campuran cukup
menguntungkan (faktor D = 5 – 10 atau lebih besar), sedangkan nilai
pembanding distribusi spesies lainnya sangat tidak menguntungkan (faktor
D <0,001), style="">

Gambar 4.1 Corong Pisah
a) Ekstraksi Kontinyu (sampai habis)
Ekstraksi
sampai habis memungkinkan pemisahan komponen-komponen dalam campuran
yang mempunyai nilai pembanding distribusi kurang menguntungkan (D
<1)>Dipakai peralatan khusus, didalam
mana pelarut organik secara otomatis disuling, didinginkan dan dialirkan
secara terus menerus melalui lapisan air. Hasil ekstraksi setara dengan
beberapa ratus kali ekstraksi memakai pelarut murni organik, dapat
diperoleh dalam waktu kurang lebih satu jam memakai peralatan yang tidak terlalu banyak memerlukan perhatian.
b) Ekstraksi dengan arah berlawanan menurut Craig
Metoda
ekstraksi ini dikenal dengan metoda ekstraksi Craig. Metoda ini
merupakan salah satu dari berbagai cara untuk memisahkan dua zat atau
lebih, apabila perbandingan distribusi (D) dari zat-zat tersebut
perbedaannya kecil sekali. Proses ”counter current Craig” ini
merupakan fraksionasi secara bertahap dengan menggunakan peralatan
khusus. Alat yang digunakan pada prinsipnya terdiri dari sejumlah besar
(bisa 100 atau lebih) tabung-tabung pengekstrak yang identik, yang
berfungsi sebagai corong pemisah. Seperti yang disajikan pada gambar 4.2
tabung-tabung pengekstrak itu diberi nomor dari nol (0) dan seterusnya,
yang disimbulkan dengan r. Pada proses selanjutnya, setelah dilakukan
pengocokkan untuk mencapai kesetimbangan distribusi, maka fasa atas yang
lebih ringan dari pada fasa bawah dipindahan ke tabung nomor
berikutnya, yang sudah mengandung fasa bawah yang baru. Pengocokkan dan
pemindahan ini dilakukan berulang kali. Jumlah kali pemindahan
dinyatakan dengan n, yang bermula dari nol. Agar lebih jelas, marilah
kita ikuti contoh berikut, yaitu distribusi 1000 mg zat X, dengan Dx = 1, Va = V0, menurut skema yang tertera pada gambar 4.2, sampai 5 tahap pertama.
![]() |
0
|
1
|
2
|
3
|
4
| ||||||||||||||||||||||
![]() |
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||
![]() |
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||
![]() |
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||
![]()
|
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||
![]()
|
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||
Faktor total dalam tiap tabung pada n =4
|
0,0625
|
0,250
|
0,375
|
0,250
|
0,0625
|
Gambar 4.2. Skema Ekstraksi untuk Suatu Solut Tunggal Menurut Ekstraksi Arah Berlawanan dar Craig, Untuk D = 1 dan Volume kedua fasa sama
Dari
gambar 4.2 dapat dilihat pada langkah awal (n=0) 1000 mg zat terlarut
dalam fasa air ditambahkan fasa organik (misalnya eter) dengan volume
sama (Va = V0).
Setelah dikocok dan tercapai kesetimbangan distribusi, maka fasa atas
(fasa organik=fasa eter) akan berisi 500 mg zat X, demikian juga fasa
bawah (fasa air). Pada langkah selanjutnya fasa atas dipindahkan ke
tabung 1yang sebelumnya telah berisi fasa air, sedangkan pada tabung 0
diisi lagi fasa organik segar. Setelah kedua tabung dikocok dan tercapai
kesetimbangan, distribusi zat X dalam kedua tabung masing-masing adalah
250/250 (lihat gambar). Sekarang fasa atas tabung 1 dipindahkan ke
tabung 2 yang sebelumnya telah berisi fasa air, dan fasa atas tabung 0
dipindah ke tabung 1. Tabung 0 diisi lagi dengan fasa organik segar dari
reservoir. Setelah ke tiga tabung dikocok dan mencapai kesetimbangan,
maka distribusi zat X dalam ketiga tabung tersebut berturut-turut adalah
125/125; 250/250; 125/125. Begitu seterusnya langkah-langkah itu
dikerjakan sampai pada n = 4. Pada setiap langkah selalu diisi fasa
pelarut organik segar dari reservoir. Untuk n<50, style=""> rumus:

Dimana F n , r = fraksi solut yang terkandung dalam tabung ke r setelah n kali pemindahan.
D = perbandingan distribusi.
Simbol ! adalah fungsi faktorial. Contoh: 4! = 4 x 3 x 2 x 1 = 24
4.3. Ekstraksi Ion Logam sebagai Kelat
Pada
umumnya pereaksi organik pembentuk kelat merupakan asam-sam lemah yang
beraksi dengan ion-ion logam dan membentuk kompleks-kompleks netral yang
sangat mudah larut dalam pelarut organik seperti misalnya eter,
hidrokarbon, keton dan spesies terklorinasi seperti misalnya kloroform
ataupun tetraklor. Nilai pembanding distribusi untuk macam-macam
pereaksi ini sangat beragam untuk kation-kation dan dapat diatur
berdasarkan perubahan pH dan konsentrasi pereaksi; memungkinkan
dilakukannya pemisahan secara ekstraksi yang sangat berguna.
a). Pengaruh pH dan konsentrasi pereaksi terhadap pembanding distribusi
Beberapa
pereaksi pembentuk kelat terbukti sangat berguna untuk pemisahan
berdasarkan ekstraksi selektif ion logam dari larutan buffer dalam air
kedalam pelarut bukan air yang mengandung pereaksi ini. Proses ini
melibatkan berbagai spesies dan kesetimbangan, seperti yang terlihat
pada
![]() |
|

Kesetimbangan –kesetimbangan penting yang dipakai adalah:












Baik
pereaksi kelat organik maupun kompleks kelat logam netral sangat mudah
larut dalam pelarut organik sehingga koefisien distribusi Kd1 dan Kd2 mempunyai nilai numerik cukup besar. Lagipula, konsentrasi M n +
dalam lapisan organik bersifat non polar mendekati harga nol.
Keselektifan pereaksi ditentukan oleh nilai relatif tetapan pembentukkan
Kf dari berbagai kation. Dari persamaan (9) dapat dilihat bahwa konsentrasi spesies aktif L- bergantung pada pH. Dengan mengatur pH larutan, dapat diatur konsentrasi L- dan menentukan kation-kation manakah terektraksi dan kation manakah yang tidak terekstraksi.
Untuk
menentukan persamaan yang menggambarkan hubungan antara jumlah kation
terekstraksi dengan pH serta konsentrasi pereaksi pembentuk kelat,
dipakai pembanding distribusi; untuk sistem yang dibahas diatas menjadi :

Dengan Corg dan Caq dimaksudkan konsentrasi molar analitik M n + dalam fasa organik dan fasa air. Secara umum anggapan bahwa [ MLn (aq)] << [M n +(aq)]
cukup beralasan, mengingat bahwa 1) kelat logam tidak mudah larut dalam
air dan 2) kelat terlarut dalam air sebagian besar terurai.
Nilai
D tidak tergantung pada jumlah total logam dalam kedua fasa tetapi
bergantung pada konsentrasi HL dalam fasa organik maupun pada
konsentrasi ion hidronium dalam fasa air.
Jika CL menggambarkan konsentrasi molar asli HL dalam fasa organik maka sesuai neraca masa akan berlaku,
CL = [HL(org)] + [HL(aq)] + [L – (aq)+)] + n[ MLn(aq)] + n [HL n (org)]
Umumnya
ekstraksi dilakukan dengan memakai pereaksi pembentuk kelat dalam
jumlah berebihan dan ini mengakibatkan bahwa konsentrasi spesies HL
dalam lapisan organik jauh melampaui konsentrasi spesies lainnya yang
mengandung L. Neraca masa diatas disederhanakan menjadi:
CL = [HL(org)) ........................................... (13)
Jika persamaan (10) dikalikan dengan persamaan (11) dan dilakukan penyusunan ulang akan diperoleh,
[MLn(org)] = Kf x Kd2 x [Mn+(aq)][L-(aq)]n
Substitusi kedalam persamaan (12) akan menghasilkan

Dengan membagi persamaan (9) oleh persamaan (8) akan didapat hasil yang memungkinkan menyatakan [L- (aq)] dalam [H3O+] dan [HL(org) ] :
[ L- (aq) ] = Ka/Kd1 x
................................(15)

Substitusi persamaan terakhir ini dan persamaan (13) kedalam persamaan (14) menghasilkan hubungan yang diinginkan,


C. Latihan
Timbal membentuk kompleks netral PbI2 dengan ligan L- . Nilai Kex ditentukan lewat eksperimen dan didapat harga 2,0 x 104 sesuai distribusi kompleks ini antara air dan CCl4. 25,0 mL larutan 5,00 x 10-4 M Pb2+ dan 0,500 M HClO 4 dalam air diekstraksi dua kali dengan 10,0 mL CCl4 berkonsentrasi 0,0250 M dalam HL. Hitung persen Pb2+ yang tidak terekstraksi dalam fasa air.
D. Petunjuk Soal Latihan
Untuk
menjawab soal latihan, pelajari contoh-contoh yang sudah disajikan
dalam uraian bab ini. Pergunakan persamaan (16) untuk mencari D sehingga
% Pb2+ tak terktraksi adalah 0,23%.
E. Rangkuman
Ekstraksi
pelarut adalah teknik pemisahan dimana larutan konstituen dalam air
(umumnya), dibiarkan berhubungan dengan pelarut lain (umumnya pelarut
organik) dengan syarat bahwa pelarut kedua ini tidak bercampur dengan
pelarut yang pertama. Cara ini akan mengakibatkan bahwa beberapa
konstituen akan pindah dari pelarut pertama ke pelarut kedua. Untuk
mempercepat pemisahan ini, maka kedua larutan dimasukkan kedalam corong
pemisah dan dikocok beberapa lama. Teknik pemisahan ini dapat diterapkan
terhadap konsetrasi renik ataupun konsentrasi agak besar konstituen
yang bersangkutan.
Alat yang digunakan selain corong pemisah dapat juga berupa alat ekstraksi khusus untuk ekstraksi kontinyu, dan alat Counter Curent Craig
. Teknik ekstraksi dapat dibedaan menjadi a) ekstraksi sederhana, b)
ekstraksi kontinyu (ekstraksi sampai habis) dan c) ekstraksi arah
berlawanan.
Dalam
ekstraksi dikenal koefisien distribusi (Kd) dan pembanding distribusi
(D). Kd ini hanya dapat diterapkan terhadap larutan sangat encer, karena
dalam larutan encer perbandingan keaktifan mendekati satu. Hukum ini
juga tidak berlaku apabila spesies yang terdistribusi mengalami
disosiasi, asosiasi ataupun pengkompleksan dalam masing-masing pelarut,
sedangkan pembanding distribusi, D, berupa angka banding konsentrasi
analitik solut atau konstituen dalam kedua pelarut yang saling tidak
bercampur satu sama lain.
Salah
satu kegunaan penting dari ekstraksi adalah ekstraksi ion logam sebagai
kelat. Untuk dapat diekstraksi ion logam diubah dulu menjadi
kompleks-kompleks netral yang sangat mudah larut dalam pelarut organik
seperti misalnya eter, hidrokarbon, keton dan spesies terklorinasi
seperti misalnya kloroform ataupun tetraklor.
F. Tes Formatif
1. Apa yang dimaksud dengan ekstraksi pelarut?
2. Apa yang dimaksud dengan koefisien distribusi dan angka banding distribusi?
3. Tuliskan perbedaan a) ekstraksi sederhana, b) ekstraksi kontinyu dan c) ekstraksi arah berlawanan.
4. Bagaimanakan Pengaruh pH dan konsentrasi pereaksi terhadap pembanding distribusi dalam ektraksi ion logam sebagai kelat.
5. Gambarkan peralatan yang digunakan pada ekstraksi sederhana serta ilustrasi dari kedua fasa yang tidak saling bercampur.
G. Umpan Balik dan Tindak Lanjut
Untuk
mengetahui tingkat keberhasilan anda dalam menjawab soal-soal yang ada,
bandingkan hasil jawaban anda dengan kunci jawaban dibagian akhir modul
ini. Hitunglah jawaban yang benar, kemudian gunakan rumus di bawah
untuk mengetahui tingkat penguasaan anda terhadap materi ini, rumus :
Tingkat Penguasaan = Jumlah jawaban yang benar x 100 %
Jumlah soal tes formatif
Arti tingkat penguasaan yang anda capai ;
90 % - 100 % = Baik Sekali
80 % - 90 % = Baik
70 % - 80 % = Sedang
< style=""> = Kurang
Jika
anda mencapai tingkat penguasaan 80 % ke atas. Anda dapat melanjutkan
kegiatan belajar selanjutnya. Tetapi jika tingkat penguasaan anda masih
dibawah 80 % sebaiknya anda mengulang kegiatan belajar ini dengan
sungguh-sungguh, terutama bagian yang anda belum anda kuasai.
H. Jawaban Tes Formatif
1. Ekstraksi
pelarut adalah teknik pemisahan dimana larutan konstituen dalam air
(umumnya), dibiarkan berhubungan dengan pelarut lain (umumnya pelarut
organik) dengan syarat bahwa pelarut kedua ini tidak bercampur dengan
pelarut yang pertama.
2. Koefisien
distribusi adalah, jika solut A terdistribusi antara dua fasa atau
pelarut 1(organik) dan 2(air), yang saling tidak bercampur satu sama
lain, harus berlaku hukum distribusi Nernst sebagai berikut:

Kd dinamakan koefisien distribusi atau koefisien
Pembanding
distribusi, D, berupa angka banding konsentrasi analitik solut atau
konstituen dalam kedua pelarut yang saling tidak bercampur satu sama
lain.
3. Ekstraksi
Sederhana. Apabila harga pembanding distribusi salah satu spesies dalam
campuran cukup menguntungkan (faktor D = 5 – 10 atau lebih besar),
sedangkan nilai pembanding distribusi spesies lainnya sangat tidak
menguntungkan (faktor D <0,001),>
Ekstraksi Kontinyu. Ekstraksi
ini memungkinkan pemisahan komponen-komponen dalam campuran yang
mempunyai nilai pembanding distribusi kurang menguntungkan (D <1)>
Ekstraksi
Arah Berlawanan. Metoda ekstraksi ini dikenal dengan metoda ekstraksi
Craig. Metoda ini merupakan salah satu dari berbagai cara untuk
memisahkan dua zat atau lebih, apabila perbandingan distribusi (D) dari
zat-zat tersebut perbedaannya kecil sekali.
4. Dengan mengatur pH larutan, dapat diatur konsentrasi L- dan menentukan kation-kation manakah terektraksi dan kation manakah yang tidak terekstraksi.
5. Gambar dari perlatan corong pisah yang digunakan pada ekstraksi sederhana.

I. Daftar Pustaka
Hadisoebroto, D.N, 1990. Dasar-Dasar Analisis dan Pemisahan Kimia , Bandung, ITB.
Skoog, D.A, 1980. Principles of Instrumental Analysis. Tokyo: Holf Saunders Editions.
Skoog, D.A, 1982. Fundamental of Analytical Chemistry New York: Holtz Saunders Company.
Soebagio, dkk., 2003. Kimia Analitik II, Malang. Universitas Negeri Malang.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar