DESTILASI

3.1 Pendahuluan

Destilasi adalah suatu proses yang bertujuan untuk memisahkan suatu substansi yang mudah menguap dari substansi yang lain yang relatif tidak mudah menguap. Proses destilasi terdiri dari tiga tahap, yaitu:

1. Mengubah substansi dalam bentuk uapnya

2. Memindahkan uap yang telah terbentuk

3. Mengkodensasikan uap yang terbentuk menjadi cairannya kembali.

Perubahan fasa dalam proses destilasi dapat digambarkan sebagai berikut.

Cair Uap Cair

Pemanasan Pendinignan

Padat Cair Uap Cair padat

Pemanasan pemanasan Pendinginan Pendinginan

Gambar 3.1. Perubahan fasa dalam proses destilasi

Semua zat cenderung untuk melepaskan molekulnya dari permukaan untuk menjadi bentuk uapnya. Kemampuan untuk melepaskan molekul ini tergantung kepada tenaga kohesi dari senyawa yang bersangkutan. Makin besar tenaga ini makin kecil kemampuan senyawa tersebut untuk dapat melepaskan molekul dari permukaannya.

Apabila suatu cairan diletakkan dalam suatu wadah yang tertutup (diisi tidak penuh), maka cairan tersebut melepaskan molekul-molekulnya ke dalam ruangan yang ada di atasnya. Pada suatu saat jumlah molekul yang meninggalkan permukaan cairan besarnya sama dengan jumlah molekul yang kembali ke permukaan cairan. Dalam keadaan ini ruangan tersebut dikatakan telah jenuh dengan uap dari cairan. Tekanan uap dalam ruangan tersebut di katakan sebagai tekanan uap dari cairan yang bersangkutan pada temperatur pengamatan.

3.1.1 Titik Didih

Perlu dibedakan pengertian mengenai menguap dan mendidih. Menguap terjadi hanya pada permukaan cairan dan dapat terjadi pada setiap temperatur. Sedangkan mendidih dapat terjadi di setiap bagian dari cairan pada temperatur di mana tekanan uap cairan di tempat tersebut sama dengan tekanan udara di atas permukaan cairan ditambah dengan tekanan cairan yang ada diatasnya. Temperatur ini kemudian di dinamakan titik didih dari cairan tersebut.

3.1.2 Bumping

Temperatur pada bagian cairan yang letaknya jauh dari permukaan akan menunjukkan nilai yang lebih tinggi dari titik didih dari cairan tersebut. Kelebihan panas ini timbul karena adanya tekanan dari cairan yang ada diatas bagian tersebut. Cairan yang mempunyai temperatur yang lebih tinggi dari titik didihnya dikatan cairan yang mengalami superheating. Adanya perbedaan tekanan dan temperatur yang besar di antara bagian-bagian dari cairan dapat menimbulkan suatu percikan yang kuat/suatu ledakan. Peristiwa ini kemudian disebut bumping.

Terjadinya bumping ini bisa dihindari dengan beberapa cara misalnya:

1. Penambahan batu didik (pecahan porselin, teflon, pipa kapiler)

2. Pengadukan

3. Pemanasan yang merata (memanaskan dengan suatu penangas)

4. Mengisi labu tidak melebihi 2/3 nya.

3.2 Peralatan yang digunakan dalam proses destilasi

Peralatan utama yang digunakan dalam proses destilasi adalah :

1. Pemanas

2. Labu destilasi

3. Pendingin

4. Penampung

3.2.1 Pemanas

Pemanas berfungsi untuk memberikan energi pada bahan untuk mengubahnya dari fasa cair menjadi fasa uap atau dari fasa padat menjadi fasa cair dan akhirnya menajdi uap. Menurut sumber energi dan sifat-sifat penyebarannya, pemanas dapat digolongkan menjadi : (1) Penangas (bath), (2). Kompor listrik(electric stove), (3). Pembakar (burner). Jenis-jenis pemanas dapat dilihat pada Lampiran 1

3.2.1.1 Penangas (bath)

Penangas adalah suatu pemanas yang energi dari sumbernya merambat melalui media tertentu . Menurut jenis media, ada beberapa jenis penangas, yaitu: 1) Penangas air (water bath), 2). Penangas udara (air bath), 3). Penangas pasir (sand bath), 4. Penangas minyak (oil bath).

Sifat dari berbagai penangas dapat dilihat pada Tabel 3.1 berikut

Tabel 3.1. Sifat Dari Berbagai Penangas

Jenis Penangas	Media	Sumber energi	keuntungan	kerugian
Penangas air (water bath), Penangas udara (air bath), Penangas pasir (sand bath), Penangas minyak (oil bath).	Air Udara Pasir Minyak	Listrik dan gas Gas Gas Listrik	suhu dapat dibatasi < titk didih air Pemanasan tinggi dapat dicapai Idem Idem	Tidak dapat memanaskan di atas 100^oC Panas tinggi perlu kehati-hatihan Idem Sering karsinogenik

3.2.1.2 Kompor listrik (electric stove)

Sumber energi kompor listrik adalah panas yang duhasilkan dari daya listrik. Kompor listrik dapat digunakan untuk memanaskan sampai suhu tinggi

3.2.1.3 Pembakar (burner)

Pembakar adalah suatu alat yan memberikan energi berupa api langsung kepada substansi yang didestilasi. Pembakar yang umum digunakan dalam laboratorium adalah pembakar Bunsen, Teclu dan Fisher (Lampiran 1)

3.2.2 Labu destilasi

Labu destilasi berfungsi sebagai wadah substansi yang didestilasi. Menurut sifat substansi dan tujuan destilasi, labu destilasi dibagi atas : (1) Labu destilasi sederhana, (2) Labu Claisen, (3).Labu destilasi berleher banyak (Lampiran 2)

Labu destilasi sederhana tediri atas badan, leher dan pipa samping. Pemilihan labu destilasi didasarkan pada besar labu dan panjang leher labu. Berdasarkan besar labu, labu dipilih sedemikian rupa sehingga isi labu tidak akan kurang dari setengahnya dan tidak melebihi 2/3. Hal ini dimaksudkan untuk mencegah banyaknya cairan yang hilang dan menghindari kemungkinan terjadinya percikan. Hubungan panjang leher labu dengan titik didih cairan adalah:

T.D. 80°C à Labu leher panjang

T.D. 80°C – 120°C à Labu leher sedang

T.D. 100°C – 120°C à Labu leher pendek

Labu Claisen terdiri atas labu destilasi sederhana yang dilengkapi dengan leher samping. Labu Claisen digunakan untuk mendestilasi cairan yang berbuih bila dididihkan. Labu Claisen dibedakan atas labu Claisen sederhana dan kolom berfraksi.

Labu destilasi berleher banyak digunakan untuk destilasi cairan dengan tambahan alat-alat yang diperlukan, misalnya pengaduk, penetes, dan lain-lain. Biasanya labu destilasi berleher banyak terdiri dari berleher tiga dan berleher dua.

3.2.3 Pendingin

Pendingin adalah komponen adalah komponen alat destilasi yang berfungsi untuk mendinginkan fasa uap, supaya fasa uap tersebut berubah menjadi fasa cair. Pendingin terdiri dari: (1). Pendingin Liebig (Liebig kondensor), (2). Pendingin udara(Aircondensor), (3) Pendingin Allihin(Reflux condensor), (4). Pendingin Graham (Coil condensor), (5). Pendingin Fredrich. Gambar jenis pendingan dipaparkan pada Lampiran 3

Panjang pendingin Liebig seperti halnya dengan panjang leher labu, juga disesuaikan dengan titik didih dari cairan.

T.D. < 80°C à 80 cm

T.D. 80°C – 100° à 60 cm

T.D. 100°C – 120° C à 40 cm

T.D. 120°C – 150° C à 40 cm tanpa aliran air

T.D > 150° à Pendingin udara 60-80 cm.

3.2.4 Penampung

Penampung berfungsi sebagai tempat pengumpulan hasil pengembunan (destilat) dalam proses destilasi. Secara umum penampung destilat dapat berupa Erlemeyer, gelas piala atau gelas ukur.

Untuk cairan yang mudah menguap penampung dihubungkan dengan dengan pendingin dengan pertolongan adaptor. Macam adaptor adalah (1) biasa, (2), ganda dan (3) vakum. (Lampiran 4)

Untuk destilat yang mudah menguap, massa jenisnya lebih besar daripada air dan saling tak campur dengan air, maka destilat ditampung dalam erlemeyer yang berisi air. Untuk destilat yang mudah menguap, saling campur dengan air dan massa jenisnya lebih kecil dari air, maka destilat ditampung dalam labu hisap yang dihubungkan dengan slang yang ujungnya dimasukkan ke dalam air. Untuk cairan yang uapnya mudah terbakar dan beracun diusahakan agar uapnya tidak sampai keluar dari penampung yang dipakai.

3.3 Macam Destilasi :

Menurut sifat-sifat substansi yang akan dipisahkan dan tingkat kemurnian yang dituju, maka destilasi terdapat empat macam, yaitu : (1) Destilasi sederhana (Simple destilation), (2) Destilasi uap (Steam distillation), (3) Destilasi fraksi (Fraksional destilation), (4) Destilasi dengan penurunan tekanan (Vacuum destillation).

3.3.1 Destilasi sederhana

Destilasi sederhana digunakan untuk memisahkan substansi dari campurannya yang mempunyai perbedaan titik didih lebih besar dari 50°C. Pada destilasi sederhana, digunakan pemanas, labu destilasi dan pendingin yang sesuai dengan sifat-sifat fisika dan kimia cairan yang didestilasi. Peralatan destilasi sederhana dipaparkan pada Gambar 3.2 berikut.

Gambar 3.2. Peralatan Destilasi Sederhana

3.3.1.1 Proses destilasi sederhana

Pada destilasi sederhana, cairan yang dipanaskan akan mendidih pada badan labu destilasi itu. Makin lama, uap cairan itu akan naik ke arah leher labu, dan akan terlihat suatu lingkaran cairan yang disebut cincin sublimasi, yaitu suatu tempat terjadinya kesetimbangan antara fasa cair (disebelah atas) dan fasa uap (di sebelah bawah) cairan yang didestilasi itu. Setelah cincin sublimasi ini melewati pipa samping, maka fasa uap akan mengalir melewati pipa samping menuju ke pendingin, yang selanjutnya mengembun dan ditampung pada penampung. Untuk menunjukkan titik didih yang tepat, maka bola raksa termometer harus ditempatkan sejajar dengan tinggi pipa samping. Bila bola raksa dipasang terlalu tinggi, maka termometer akan menunjukkan titik didih yang terlalu tinggi, demikian juga sebaliknya.

3.3.1.2 Pendidihan

Jika suatu cairan dipanaskan, maka suhunya naik, dan bila tekanan uap cairan tersebut pada permukaannya sama dengan tekanan atmosfir, maka terjadilah pendidihan. Untuk mencapai tekanan uap sama dengan tekanan atmosfir, maka suhu pada dasar bejana tempat pendidihan harus lebih tinggi daripada titik didih cairan pada tekanan atmosfir, karena fasa uap yang terjadi pada dasar bejana harus melawan tekanan hidrostatik cairan tersebut. Oleh karena itu pada proses pendidihan sering terjadi gejolak dan percikan (bumping) yang dapat menimbulkan bahaya. Untuk mencegah percikan, maka dimasukkan batu didih berupa porselen berpori untuk meratakan panas ke seluruh bagian cairan.

3.3.1.3 Pengisian labu destilasi

Masukkan cairan dengan pertolongan corong bertangkai panjang, agar cairan tidak mengotori tangkai samping. Untuk mencegah bumping pada proses destilasi, maka volume cairan yang dimasukkan tidak boleh terlalu banyak dan masukanlah beberapa butir batu didih. Pada umumnya, volume cairan yang aman untuk destilasi adalah paling banyak separuh sampai dua pertiga volume labu destilasi. Jadi misalnya untuk labu destilasi 500 ml, cairan yang diisikan paling banyak 250-300 ml.

3.3.1.4 Pemanasan, pendinginan dan penghentian destilasi

Lakukanlah pemanasan dengan pelan dan teratur agar cairan mendidih dengan teratur pula. Aturlah pemanasan sehingga di peroleh kecepatan destilasi 1 – 2 ml. (30 – 60 tetes) per menit.

Alirkanlah air ke dalam pendingin dengan kecepatan sedemikian rupa sehingga selama destilasi berlangsung dinding luar dari pendingin tetap terasa dingin.

Destilasi dihentikan sebelum cairan di dalam labu habis. Hal ini perlu dilakukan untuk menghindari terjadinya peruraian dan kehangusan.

Bila cairan yang didestilasi mengandung sedikit kotoran maka mula-mula kita akan mendapatkan destilat I (low boiling fraction) yang mengandung kotoran dengan titik didih lebih rendah. Temperatur akan terus naik sempai suatu saat dicapai temperatur yang relatif konstan (bervariasi ± 2 – 3°C). dalam hal ini didapatkan destilat yang dikotori oleh kotoran yang mempunyai titik didih lebih tinggi (high boiling fraction).

3.3.1.5 Penampung

Untuk cairan yang mudah menguap penampung dihubungkan dengan pendingin dengan pertolongan adaptor(jangan lupa memberi split). Untuk cairan yang uapnya mudah terbakar diusahkan agar uapnya tidak sampai keluar dari penampung yang dipakai. Keluar di sini dimaksudkan keluar ke udara bebas. Begitu pula halnya untuk cairan yang mempunyai uap yang beracun.

3.3.2 Destilasi Uap Air (steam distillation)

Destilasi uap air adalah suatu metode destilasi yang bertujuan untuk memisahkan suatu substansi dari campurannya dengan pertolongan uap air. Destilasi uap air digunakan untuk memisahkan substansi-substansi yang tidak saling campur atau menurunkan titik didih komponen campuran yang titik didihnya tinggi, dengan adanya uap air itu.

Agar suatu substansi dapat dipisahkan dari campurannya dengan destilasi uap air, maka beberapa persyaratan harus dipenuhi, yaitu :

1. Substansi tersebut tidak/hampir tidak larut di dalam air.

2. Tidak mengalami peruraian karena kontak dengan air panas.

3. Mempunyai tekanan uap yang relatif tinggi pada 100⁰ C (minimal 5 mm Hg).

Pada destilasi uap air berlaku Hukum Dalton tentang Tekanan Parsial yang menyatakan bahwa : Bila dua atau lebih gas atau uap yang satu sama lain tidak bereaksi kimia dicampur pada suhu yang tetap, maka tiap gas menimbulkan tekanan yang sama seolah-olah gas itu berada sendirian dan jumlah tekanan-tekanan parsial gas-gas itu sama dengan tekanan total yang ditimbulkan oleh sistem campuran gas-gas itu.

Hukum Dalton itu dapat dirumuskan dengan persamaan :

P = P₁ + P₂ + P₃ + … + P_n .......................................3.1

Dengan P : tekanan total; P1, P2 dst : tekanan parsial komponen

Bila suatu campuran cairan yang tidak saling campur didestilasikan, maka titik didihnya adalah suhu ketika jumlah tekanan uapnya sama dengan tekanan atmosfir. Suhu ini akan lebih rendah daripada titik didih komponen yang terendah. Karena salah satu cairan itu adalah air, maka destilasi uap pada tekanan atmosfir akan menghasilkan pemisahan komponen yang lebih tinggi titik didihnya pada suhu dibawah 100°C; hal ini merupakan keuntungan yang besar, terutama bila senyawa itu terurai pada atau mendekati titik didihnya. Proses ini juga berguna untuk memisahkan komponen yang tidak mudah menguap atau yang tidak dikehendaki.

Bila suatu campuran senyawa yang tidak saling campur didestilasi, maka titik didih campuran itu akan konstan sampai salah satu komponen itu hampir seluruhnya terpisah (karena tekanan uap total tidak bergantung kepada jumlah relatif kedua cairan itu; kemudian titik didihnya naik sampai titik didih senyawa yang tersisa dalam labu destilasi.

Uap destilat yang mengalir dari campuran itu mengandung semua komponen yang perbandingan volumenya sama dengan perbandingan tekanan uap masing-masing. Komposisi uap destilat itu dapat dihitung sebagai berikut :

Bila Hukum Dalton berlaku, maka jumlah molekul masing-masing komponen dalam uap akan berbanding lurus dengan tekanan parsialnya. Jika p_A dan p_B adalah tekanan-tekanan parsial cairan A dan B pada titik didih campurannya, maka tekanan totalnya ialah :

P = p_A + p_B .........................................................(3.2)

Dan komposisi uapnya ialah :

n_B/n_B = p_A/p_B ..........................................................(3.3)

Dengan n_A dan n_B ialah jumlah mol kedua substansi itu dalam volume tertentu fasa uapnya. Sedangkan n_A = w_A/M_A dan n_B = w_B/M_A, dengan w adalah massa substansi dalam volume uap tertentu dan M adalah massa molekul. Dengan demi

kian :

…………………(3.4)

Massa-massa relatif kedua komponen pada fasa uap akan identik dengan massa-massa relatif dalam destilat, yaitu bahwa massa-massa kedua cairan yang tertampung berbanding lurus dengan tekanan uap dan massa molekulnya.

Persamaan (3.4) menunjukkan nilai destilasi uap air yang tinggi, karena makin kecil hasil kali M_Ap_A, makin besar harga w_B. Air mempunyai massa molekul kecil dan tekanan uap relatif sedang, sehingga harga M_Ap_A rendah. Hal ini memungkinkan substansi-substansi dengan massa molekul tinggi dan tekanan uap rendah dipisahkan secara ekonomis pada skala teknis.

Sebagai contoh adalah pemisahan campuran air dan bromobenzena. Titik didih normal bromobenzena ialah 155°C. Bila tekanan uap air dan bromobenzena diplot seperti pada Gambar 3.3, maka akan didapatkan tekanan uap campuran yang mencapai 760 mm Hg pada suhu 95,3°C. pada suhu ini p_A = 641 mm dan p_B = 119 mm. Massa molekul kedua cairan itu masing-masing adalah 18 dan 157. bila harga-harga ini disubsitusikan ke dalam persamaan 3.4 maka diperoleh

Dengan demikian setiap 6,2 gram air yang terkumpul pada penampung, akan didapat 10,0 gram bromobenzena

Gbr 21 heru hal 15

Gambar 3.3 Grafik Tekanan Uap Campuran Air dan Bromobenzena

3.3.2.1 Macam destilasi uap

Destilasi uap dapat dibedakan berdasarkan sumber uapnya, perbedaan ini penting dalam hal menarik minyak menguap dari bahan alam. Perbedaan destilasi uap dapat dilihat pada Tabel 3.2 berikut.

Tabel 3.2 Macam-macam Destilasi Uap

Macam Destilasi	Keuntungan	Kelemahan
Langsung dengan air dan uap Air dan uap Langsung dengan uap Langsung dengan air dan uap (modifikasi)	Bahan dapat dibubuk halus Uap selalu jenuh, tidak terjadi superheating Uap jenuh Untuk penentuan kuantitatif	Minyak tak dapat ditarik semua, terjadi penguraian & pengumpalan Untuk minyak yang t.d tinggi destilasi akan lama Superheating, bahan menjadi agak kering, hydrodifusi lama

3.3.2.2 Peralatant Destilasi Uap

Rangkaian peralatan destilasi uap ditunjukkan pada Gambar 3.4 berikut

Gambar 3.4 Rangkaian Peralatan Destilasi Uap

Beberapa alat-alat khusus yang dipasang dalam rangkaian peralatan destilasi adalah

1. Sumber Uap

Sumber uap dapat berupa ketel logam atau labu dari gelas yang berisi air dan dipanaskan dengan pembakar atau kompor listrik

2. Pipa pengaman

Pipa pengaman berfungsi untuk menjaga agar tidak terjadi kenaikan tekanan uap secara berlebihan yang dapat menimbulkan ledakan

3. Kran Uap

Kran uap berfungsi untuk menyamakan tekanan dalam sistem destilasi uap dengan tekanan atmosfir, yang penting dalam penghentian destilasi uap atau perbaikan bila terjadi kebuntuhan

4. Bola Percik

Bola percik berfungsi untuk menahan fasa cair dalam labu destilasi agar tidak memasuki pendingin, yang dapat mengotori destilat

3.3.2.3 Pelaksanaan destilasi uap

Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pelaksanaan destilasi uap

1. Rangkaian perlatan destilasi dipasang, mula-mula sumber uap, rangkaian pipa penghubung, labu destilasi dengan bola percik, pendingin Liebig, dan akhirnya penampung

2. Campuran bahan yang akan didestilasi dimasukkan ke dalam labu destilasi

3. Destilasi uap dijalankan sampai didapat destilat jernih yang terkumpul pada penampung. Harus diamati pada awal, bila air pada sumber uap keluar melewati pipa pengaman, yang menandakan ada kebuntuan, maka kran dibuka, slang pada pipa yang masuk ke dalam labu destilasi dilepas dan perbaiki kebuntuhan

4. Langkah untuk menghentikan proses destilasi uap sebagai berikut:

ü Buka kran sampai tekanan dalam sistem destilasi uap itu sama denagn tekanan atmosfer.

ü Mematikan api atau panas pada sumber uap dan menghentikan aliran air pada pendingin.

ü Alat-alat destilasi uap itu dibiarkan mendingin sampai bila dipegang tidak terasa terlalu panas.

ü Bongkar alat destilasi uap itu dengan arah kebalikan dari cara pemanasangannya.

3.3.3 Destilasi Fraksi

3.3.3.1 Pengertian dan tujuan destilasi Fraksi

Destilasi fraksi mempunyai dua arti yaitu : (1) Pengulangan berkali-kali destilasi sederhana untuk mendapatkan destilat yang relatif murni. (2) Destilasi yang menggunakan kolom fraksi. Tujuan destilasi fraksi untuk memisahkan komponen-komponen yang saling campur yang titik-titik didihnya berdekatan dari suatu larutan campuran.

Destilasi fraksi dapat digunakan untuk memisahkan hasil-hasil reaksi yang tidak dapat dipisahkan dengan reaksi kimia, misalnya dalam pembuatan etil asetat dari etanol dan asam asetat, yang hasilnya berupa campuran etil asetat, asam asetat, etanol dan air yang titik-titik didihnya saling berdekatan.

3.3.3.2 Teori destilasi fraksi

Perlu dimengerti mengenai beberapa istilah yang berhubungan erat dengan destilasi fraksi yaitu antara lain :

Larutan ideal : adalah suatu larutan yang mempunyai sifat-sifat

ü Tidak timbul efek panas ketika komponen-komponennya dicampur.

ü Tidak ada kontraksi volume waktu terbentuknya larutan

ü Tekanan uap dari tiap komponen adalah sama dengan tekanan uap murni dikalikan dengan molfraksi komponen dalam larutan.

Hukum Raoult :

Tekanan uap komponen dari suatu larutan yang merupakan suatu sistem cair-cair, besarnya adalah sama dengan tekanan uap murni komponen dikalikan dengan molfraksinya di dalam larutan yang bersangkutan.

Dengan suatu persamaan hukum Roult dapat dinyatakan sebagai berikut :

P_A = K X_A .......................................................................................(3.5)

P_A = Tekanan uap komponen A

X_A= Molfraksi komponen A

K = Suatu tetapan

Kalau X_A = 1 (berarti kita mempunyai suatu cairan A murni) maka :

P_A = K= P_A' ....................................................................................... (3.6) P_A' = Tekanan uap murni dari A

Penggabungan persamaan 3.5 dan 3.6 di atas akan mengakibatkan :

P_A = P_A' X_A..........................................................................................(3.7)

Suatu campuran yang terdiri dari komponen A dan B yang dapat membentuk suatu campuran yang ideal, maka hukum Roult :

P_A = P_A' X_A

P_B = P_B' X_B

P = P_A + P_B= P_A' X_A+ P_B' X_B _{…………………………………………………}(3.8)

P = Tekanan uap total

Mol fraksi komponen dalam bentuk uap berbanding langsung dengan tekanan uap komponen masing-masing. Hal ini terlihat jelas pada persamaan di bawah ini.

= Mol fraksi masing-masing komponen di dalam bentuk uapnya. Konsentrasi relatif dari komponen (misalkan B) di dalam uap dan cairan adalah :

..(3.9)

Bila PA' = PB' maka

= XB Hal ini berarti bahwa komponen B mempunyai mol fraksi di dalam cairan dan uap sama besar dengan kata lain campuran A dan B tidak bisa dipisahkan.

Bila PB' < PA' maka XB >

Ini berarti bahwa komponen B akan kembali ke labu dan komponen A akan keluar terlebih dahulu sebagai destilat.

Bila PB' < PA' maka XB <

Ini berarti komponen B akan keluar terlebih dahulu sebagai destilat dan komponen ke dalam labu.

3.3.3.2.1 Diagram tekanan uap komposisi

Suatu larutan ideal yang terdiri dari komponen A dan B mempunyai komposisi 1. Larutan ini akan mempunyai tekanan uap total P, dan setimbang dengan uapnya yang mempunyai komposisi 1^’. Oleh karena campuran ini merupakan suatu larutan yang ideal maka kurva A_mB adalah merupakan tekanan uap yang aditip. Sedangkan kurva dari komposisi uap yang setimbang dengan cairannya (A_m’B) berada di bawah garis A_mB. Campuran-campuran yang menunjukkan diagram seperti ini adalah : n heksana + heptana pada temperatur 30^oC; Etil bromida + otil iodida pada 30°C; n butyl khlorida + n butyl bromida pada 50°C; Etilena dibromida + propilena dibromida pada 85°C.

cairan

P m m’

A uap P_B

P_A’ P_B’

l l’

X_BX_A

Gambar 3.5. Diagram tekanan uap-komposisi

3.3.3.2.2 Deviasi Positif dan Deviasi Negatif

Kebanyakan campuran-campuran menunjukkan deviasi terhadap Raoult. Deviasi ini mungkin positif mungkin pula negatif. Artinya tekanan uap total campuran yang bersangkutan mungkin lebih besar atau mungkin lebih kecil dari pada bila dihitung menurut hukum Raoult.

Contoh campuran yang menunjukkan deviasi positif. Aseton + CS₂ pada temperatur 35⁰C. Dalam hal ini kurva tekanan uap total menunjukkan jumlah yang lebih besar dari pada perhitungan. Kurva menunjukkan harga maksimum. Contoh campuran yang menunjukkan deviasi negatif. Aseton + kloroform pada temperatur uap total lebih kecil dari perhitungan. Kurva menunjukkan harga yang minimum

+ khloro pada temperatur uap total lebih kecil dari perhitungan. Kurva menunjukkan harga yang minimum.

Gambar 3.6 Diagram (a) Deviasi Positif dan (b) Deviasi Negatif

3.3.3.2.3 Diagram Titik Didih – Komposisi

Di dalam diagram ini digambarkan hubungan antara titik didih campuran dengan komposisi campuran baik dalam bentuk cairannya maupun dalam bentuk uapnya. Diagram ini mempunyai tiga kelas, yakni:(1).Titik didih naik secara teratur diikuti dengan perubahan komposisi cairan yang menuju ke komponen yang mempunyai titik lebih tinggi, (2) Titik didih mencapai harga minimum, (3) Titik didih mencapai harga maksimum

3.3.3.2.3.1 Titik didih naik secara teratur

Larutan dengan komposisi x dipanaskan, maka tekanan uap akan naik sampai l. Tekanan uap ini sama dengan tekanan udara di atas permukaan cairan. Cairan mendidih pada temperatur t. komposisi uap pada destilasi ini adalah V. Ternyata uap ini lebih banyak terdiri dari komponen A yang mempunyai titik didih lebih rendah. Cairan yang tertinggal di dalam kabu lebih banyak terdiri dari komponen B yang mempunyai titik didih lebih tinggi.

Dengan demikian titik didih dari cairan ini akan semakin naik. Pada tI maka komposisi cairan adalah 1I, yang setimbang dengan bentuk uapnya yang mempunyai komposisi VI. Komposisi destilat yang ditampung antara t sampai tI adalah

. Jika destilat ini didestilasi lagi secara berulang-ulang akhirnya akan didapatkan destilat yang hanya terdiri dari A saja. Sedangkan yang tertinggal dilabu adalah B.

uap

cair

A 100% V V₁ l l₁ 100 % B

Gambar 2.7 Diagram titik didih naik secara teratur

3.3.3.2.3.2 Titik Didih Minimum

Pada destilasi cairan yang mempunyai komposisi 1 akan didapatkan uap dengan komposisi V. Sama halnya dengan yang diutarakan di atas titik didih cairkan akan semakin naik. Pada tI cairan yang mempunyai komposisi 1I akan setimbang dengan uapnya yang mempunyai komposisi Vi. Komposisi dari destilat, antara t sampai tI adalah.

Dengan cara mengulang berkali-kali mendestilasi kembali destilat ini akan diperoleh destilat yang terdiri dari cairan dengan komposisi AmB. Sedang yang tertinggal dilabu adalah A.

uap

A cairan

t_i

t td minimum

A 100% li l Vi V A_mB 100% B

Gambar 3.8 Diagram Titik Didih Minimum

3.3.3.2.3.3 Titik didih maksimum

Pada destilasi campuran yang mempunyai komposisi 1 pada t⁰ C akan di dapat uap yang setimbang dengan cairannya dimana komposisi uap ini adalah V. Titik didih akan semakin naik dan pada t_I cairan yang mempunyai komposisi 1_i akan seimbang dengan uapnya yang mempunyai komposisi V_i. Komposisi destilat t antara t sampai t_I adalah

t.d max

Uap

t_i

Cairan

A 100% V V_i l l_i A_mB 100 % B

Gambar 3.9 Diagram Titik Didih Maksimum

Dengan mendestilasi destilasi secara berulang-ulang akan didapat tekanan destilat yang terdiri dari D dan cairan yang tertinggal di dalam labu mempunyai komposisi AmB.

Ketiga destilasi fraksi di atas yang dilakukan dengan cara mengulang-ulang suatu destilasi sederhana adalah kurang menguntungkan. Destilasi fraksi ini akan lebih menguntungkan apabila dilakukan dengan memakai kolom fraksi.

3.3.3.3 Peralatan Destilasi Fraksi

Rangkaian alat destilasi fraksi ditunjukkan pada Gambar 3.10 berikut.

Gambar 3.10 Rangkaian alat destilasi Fraksi

3.3.3.3.1 Kolom Fraksi

Kolom fraksi berfungsi untuk memisahkan fasa-fasa uap komponen-komponen yang berbeda tekanan uapnya dengan memungkinkan adanya penguapan dan pengembunan berkali-kali sehingga komponen dengan tekanan uap lebih tinggi (titik didih lebih rendah) akan makin tinggi komposisinya pada tempat yang makin keatas, sehingga akhirnya akan terkondensasi lebih dahulu pada pendingin. Jenis-jenis kolom fraksi yang umum adalah kolom fraksi Vigreux, Dufton dan Hempel.

3.3.3.3.1.1 Kapasitas dan Efisiensi Kolom Fraksi

Kapasitas kolom fraksi adalah ukuran jumlah uap dan cairan yang dapat melewati kolom tersebut dengan cara aliran balik (counter current), yaitu uap ke atas dan cairan ke bawah, tanpa menyebabkan kemacetan atau kebanjiran.

Efisiensi suatu kolom fraksi adalah daya pemisah suatu bagian kolom itu dengan panjang tertentu. Efisiensi ini diukur dengan membandingkan kinerja kolom tersebut dengan kinerja yang diperhitungkan untuk suatu plat kolom yang secara teoretis sempurna. Suatu plat teoretis adalah sepotong kolom destilasi dengan panjang tertentu sehingga fase uap berkesinambungan dengan fasa cair, artinya uap yang meninggalkan “plat” itu komposisinya sama dengan uap yang masuk ke dalamnya, dan uap yang naik dari “plat” itu seimbang dengan cairan yang turun dari padanya.

Efektifitas suatu kolom fraksi bergantung baik kepada tingginya maupun kepada packing atau konstruksi dalamnya. Maka Efisiensi suatu kolom sering dinyatakan dalam height equivalent per theoretical plate (HETP). H.E.T.P adalah panjang kolom (yang diberi packing) yang sesuai dengan 1 theoretical plate. Makin kacil harga H.E.T.P makin efektif kolom tersebut. Harga H.E.T.P suatu kolom tergantung kepada beberapa faktor misalnya, diameter dari kolom, kecepatan destilasi, B.J. dari packing. Jumlah theoretical plate dari suatu kolom adalah panjang kolom dibagi dengan H.E.T.P.

Pada kolom fraksi Hempel, packing dapat berupa cincin-cincin gelas berlubang (Cincing Rasching), atau cincin porselen dengan partisi ditengahnya, yang tinggi dan diameternya sama (Cincin Lessing). Adanya partisipasi ini menambah efisiensi packing dengan bertambahnya luas permukaan.

Pemisahan yang baik didalam suatu proses destilasi fraksi tergantung pada beberapa hal yaitu, antara lain :

1. Kecepatan destilasi hendaknya sedemikian rupa hingga diperoleh destilat 1-2 ml per menit.

2. Reflux ratio diusahakan sama dengan jumlah theoretical plate dari kolom.

Reflux ratio adalah perbandingan antara jumlah cairan yang kembali ke kolom dengan jumlah cairan yang terkumpul pada penampung selama selang waktu yang sama

3. Hold up jangan lebih dari 10% dari cairan yang didestilasi.

Hold up adalah jumlah cairan dan uap yang tertahan didalam kolom dalam suatu waktu.

4. Kalau titik didih dari komponen sangat kecil hasil perpisahan dengan memakai “Simple apparatus for fractional distillation” sebaiknya didestilasi kembali untuk mendapatkan hasil yang lebih baik.

Pemilihan kolom didasarkan kepada besarnya selisih titik didih dari komponen yang akan dipisahkan.

v Perbedaan 10^oC – 50^oC : Simple apparatus for fractional distillation.

v Perbedaan 0,5^oC – 10^oC: Improved apparatus for fractional distillation.

v Perbedaan 0,5^oC : Moleculair distillation.

Simple apparatus for functional distillation :

Ø Untuk titik didih 100°C : dipakai yang mempunyai panjang 30 cm.

Ø Untuk titik didih 100°C –140°C :dipakai yang mempunyai panjang 20 cm

Ø Untuk titik didih 141°C –149°C:dipakai yang mempunyai panjang 10 cm

3.3.3.4 Cara pelaksanaan destilasi fraksi

Urutan pelaksanan destilasi fraksi adalah sebagai berikut:

1. Dilakukan pemasangan alat seperti pada gambar 25, dan dilengkapi dengan pemanas dan penampung, dan campuran yang didestilasi dimasukkan ke dalam labu destilasi.

2. Pemanasan dimulai dan air pendingin dijalankan.

3. Destilat pada jarak suhu tertentu terkumpul pada penampung, sampai pada suhu tertentu habis. Ini adalah fraksi pertama.

4. Penampung digantikan, dan suhu naik dengan cepat tanpa adanya destilat yang menetes, sampai pada suhu tertentu terjadi penetasan selanjutnya. Ini adalah fraksi kedua.

5. Demikian dilakukan berulang-ulang, tiap kali penampung digantikan dengan baru yang sampai tidak ada lagi destilat yang menetes. Maka selesailah destialsi fraksi itu.

3.3.4 Destilasi Vakum(Vacum Distillation).

Destilasi vakum ini satu-satunya destilasi yang tekannya dalam sistem tidak sama dengan tekanan atmosfir. Destilasi vakum dilakukan terhadap substansi-substansi organik yang mengalami peruraian sebelum mencapai titik didih normalnya.

Banyak zat-zat organik yang mengalami peruraian/kerusakan pada atau sebelum mencapai titik didihnya. Atau zat organik tersebut akan mengalami oksidasi oleh udara selama proses pemanasannya. Karena alasan-alasan ini perlu dicarikan suatu metode untuk dapat menurunkan titik didih dari senyawa tersebut, atau menghilangkan udara selama proses pemanasan. Sehubungan dengan hal ini pendestilasian zat-zat organik yang tergolong di dalam golongan ini dilakukan dengan destilasi dengan penurunan tekanan atau vacum distillation. Dengan turunnya tekanan di atas permukaan cairan maka turun pula titik didih dari cairan tersebut.

3.3.4.1 Peralatan Destilasi Vakum

Rangkaian peralatan destilasi vakum diberikan pada Gambar 3.11 berikut

Gambar 3.11 Rangkaian Perlatan Destilasi Vakum

Ada beberapa alat khusus yang dipasang pada rangkaian peralatan destilasi vakum, yakni:

1. Labu

Labu yang digunakan adalah labu Claisen, agar destilat tidak dikotori oleh percikan-percikan yang terjadi di dalam labu. Karena di dalam destialisasi ini bumping, muncratnya cairan sangat mudah terjadi, labu hendaknya jangan diisi lebih dari ½ bagiannya.

2. Pipa kapiler

Berlainan dengan destilasi biasa, untuk mencegah terjadinya bumping pada destilasi ini ke dalam labu dialirkan udara melalui pipa kapiler. Pemasukkan udara untuk mengaduk cairan dan untuk kendali tekanan

3. Termometer

Termometer yang dipakai hendaknya disesuaikan dengan titik didih dari cairan yang didestilasi.

4. Penampung

Lebih baik digunakan labu destilasi sebagai penampung, dari pada labu hisap yang karena bentuknya labu hisap kurang tahan terhadap pemacuan.

5. Manometer

Manometer digunakan untuk mengukur seberapa vakum destilasi itu akan dijalankan. Manometer yang digunakan dapat berupa manometer raksa (sekarang jarang digunakan) dan juga manometer logam.

6. Labu Penampung

Penampung pada destilasi vakum menggunakan labu bulat untuk menghindari bentuk segi pada labu yang lain.

7. Slang Vakum

Slang untuk destilasi vakum ini adalah slang khusus, biasanya slang untuk gas, untuk menghindari slang yang menyempit (Jawa: nglempet, Inggris: limped) bila digunakan slang biasa.

6. Pompa Hisap

Pompa hisap yang umum untuk destilasi vakum ialah pompa minyak (oil pump) yang kuat.

3.3.4.2 Cara menjalankan destilasi vakum

Urutan untuk menjalankan destilasi vakum adalah sebagai berikut:

1. Rangkaian alat destilasi vakum, dilengkapi dengan penangas atau pembakar, dan aliran air pendingin dijalankan.

2. Pompa hisap dijalankan, dan tekanan diatur dengan mengatur kran pada pipa kapiler dan manometer.

3. Pemanasan dimulai dan diatur dengan melihat pada termometer.

4. Destilat akan menetes pada penampung.

5. Bila destilasi vakum selesai, maka yang pertama kali dilakukan adalah membuka kran pada kapiler agar tekanan sama dengan tekanan udara luar.

6. Pemanasan dihentikan, aliran air pada pendingin dihentikan dan alat dibongkar.

3.3.4.3 Rotavapor

Kini telah diproduksi berbagai merek satu jenis perangkat destilasi vakum, yaitu Rotary Vacuum Evaporator, yang disingkat Rotavapor. Pada Rotavapor (Gambar 3.12) labu destilasi dapat diputar oleh elektromotor dan pendingin yang digunakan adalah pendingin spiral (pendingin Graham) yang dilengkapi dengan slang untuk mengatur aliran udara dan untuk memasukkan cairan yang akan didestilasi tanpa harus membongkar alatnya.

Prinsip utama rotavapor adalah penurunan tekanan sehingga pelarut dapat menguap pada suhu di bawah suhu didihnya (persamaan PV=nRT). Rotavapor umumnya digunakan untuk memekatkan suatu ekstrak dan pelarutnya yang terkumpul pada labu penampung dapat digunakan lagi.

Gambar 3.12 Rotavapor

Rabu, 05 Oktober 2011

Destilasi