PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Atep Afia Hidayat MP. KIMIA DASAR 1

Bahan Modul Kimia Industri

8

Material Murni dan Campuran –

Awal Mula Penentuan Struktur

Material murni dan campuran

Dalam banyak kasus kita tidak dapat menggunakan material tanpa pemurnian baik material itu

dari alam (misalnya, minyak mentah) atau yang disintesis di laboratorium. Pemisahan atau

pemurnian dengan metoda tertentu perlu dilakukan. Dalam buku ini telah dibahas sintesis

material telah dibahas, maka bab ini akan membahas pemurnian. Dalam praktek, sintesis dan

pemurnian tidak dapat dipisahkan satu sama lain. Kita akan melihat bahwa ketika metoda

pemisahan-pemurnian baru dikembangkan, kimia akan mendapat kemajuan yang besar.

Material dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok, murni dan campuran. Pernyataan ini

Anda telah dapatkan di halaman pertama buku SMA, dan nampak sebagai sesuatu yang jelas.

Namun, dalam kenyataan ini bukanlah hal sederhana. Pertama, sebagain besar material di

sekitar kita adalah campuran, dan sebagian besar adalah campuran multikomponen. Udara

adalah contoh yang baik. Komponen utama udara adalah nitrogen dan oksigen. Jadi udara

adalah campuran, bukan material murni. Lebih lanjut, akan diperlihatkan dengan analisis yang

rinci bahwa udara mengandung sejumlah kecil uap air, karbon dioksida dan beberapa gas

dalam jumlah kecil.

Dapat dinyatakan bahwa di dunia ini tidak ada material yang benar-benar murni. Anda mungkin

mengira bahwa air terdistilasi adalah air yang murni sempurna. Anda terlalu optimistik!

Sejumlah tertentu karbon dioksida masih terlarut dalam air ini. Selain itu sejumlah sangat kecil

ion natrium mungkin masih ada, ion ini mungkin berasal dari dinding alat distilasi. Diperlukan

cara tertentu untuk menghilangkan ion ini.

Mensintesis material tertentu atau mengekstraksi material dari alam memiliki tujuan teknologis

tertentu. Dalam banyak kasus material murni diperlukan. Jadi seni sintesis dan pemurnian

adalah dua sisi dari mata uang yang sama.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Atep Afia Hidayat MP. KIMIA DASAR 2

Analisis unsur

Tulisan yang diberikan di bagian selingan berikut menyarankan bahwa sukar untuk

mendefinisikan “bahan yang murni sempurna”. Cara yang lebih praktis adalah mendefinisikan

selisih dari murni sempurna. Harus ditambahkan bahwa, tanpa metoda yang tepat untuk

memperkirakan kemurnian, kita tidak dapat memutuskan keefektifan metoda pemurnian

tertentu. Singkatnya, tanpa itu tidak mungkin diputuskan apakah senyawa tertentu murni atau

tidak.

Ambil contoh senyawa organik. Sampai pertengahan abad 20, kriteria kemurnian senyawa

organik didasarkan atas beberapa percobaan: analisis unsur dan pengukuran sifat fisik seperti

titik leleh dan titik didih. Hasil analisis unsur harus sama dengan nilai hasil perhitungan

berdasarkan rumus molekul, dan konstanta fisik harus juaga sama dengan nilai yang dilaporkan

di literatur (kriteria ini hanya dapat digunakan untuk senyawa yang telah diketahui).

Analisis unsur senyawa organik dilakukan dengan cara sebagai berikut. Sejumlah massa

tertentu sampel dibakar dan karbon dioksida dan air yang dihasilkan dijebak dengan absorben

yang tepat, dan peningkatan massa absorben kemudian ditentukan. Peningkatan massa

absorben diakibatkan oleh karbon dioksida dan air yang diserap. Dari nilai ini jumlah karbon dan

hidrogen dalam sampel dapat ditentukan. Metoda pembakaran telah dikenal sejak dulu. Metoda

ini telah digunakan oleh Lavoisieur dan secara signifikan disempurnakan oleh Liebig. Metoda

modern untuk menentukan jumlah karbon dioksida dan air adalah dengan kromatografi gas

bukan dengan metoda penimbangan. Namun, prinsipnya tidak berubah sama sekali.

Harus dinyatakan bahwa kemungkinan percobaan mempengaruhi hasil tidak terhindarkan.

Pekerjaan menimbang tidak dapat bebas kesalahan (termasuk ketidakakuratan neracanya).

Selingan- Air murni sempurna

Buku teks kimia menyatakan bahwa hasil kali ion air murni adalah 10-14 (mol dm-3))2pada

25??C. Bila Anda mencoba menentukan hasil kali ion air murni yang diperoleh dari distilasi

biasa dengan mengukur hantarannya, Anda akan mendapatkan nilai yang lebih besar dari nilai

teroritis ini.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Atep Afia Hidayat MP. KIMIA DASAR 3

Fisikawan Jerman Friedlich Wilhelm Georg Kohlrausch (1840- 1910)

membanting tulang untuk mendapatkan data fisik yang akurat. Ia menyadari bahwa ia harus

sangat hati-hati dalam menentukan hantaran listrik untuk mendapatkan data yang sangat

akurat.

Ia membuat alat dari kuarsa (bukan gelas!) untuk mencegah kontaminasi dari alat gelas.

Dengan mengalirkan nitrogen yang dimurnikan, ia berulang-ulang mendestilasi air. Hantaran air

yang didapatkan sangat kecil, dari 1/100 sampai 1/1000 hantran air terdestilasi biasa. Dari nilai

hantaran yang ia dapatkan, ia menghitung nilai hasil kali ion air yang nilainya sama dengan nilai

hasil teori.

Menjebak karbon dioksida dan air juga merupakan prosedur yang sukar. Kontaminasi oleh

karbon dioksida dan air dari udara merupakan sumber kesalahan juga. Mempertimbangkan

semua hal ini, biasanya bila perbedaan antara hasil percobaan dan teori kurang dari 0,3%,

maka perbedaan itu dapat diterima. Ini merupakan contoh yang baik untuk definisi praktis

kemurnian.

Kriteria kemurnian empiris yang lain adalah uji titik-leleh-campuran. Metoda ini didasarkan atas

fakta berikut. Bila titik leleh campuran dua padatan dengan titik leleh yang sama ditentukan, titik

lelehnya akan menurun bila dua senyawa itu tidak identik. Uji ini dulunya merupan fondasi logis

kimia organik dalam perkembangan bidang ini terutama saat menambahkan anggota baru

dalam keluarga senyawa. Bila satu dari dua senyawa itu tidak murni, akan diamati penurunan

titik leleh.

Masalahnya waktu itu adalah bagaimana kimiawan dapat memperoleh sampel ya ng dapat

dianalisis dengan benar dan tidak menunjukkan penurunan titik leleh.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Atep Afia Hidayat MP. KIMIA DASAR 4

Kromatografi

Walaupun agak tidak terlalu jelas, kontribusi kromatografi pada perkembangan kimia modern

tidak dapat dipandang rendah. Tanpa teknik kromatografi, sintesis senyawa murni (atau hampir

murni) akan sangat sukar , dan dalam banyak kasus, hampir tidak mungkin.

Di awal abad ke-20, kimiawan Rusia Mikhail Semënovich Tsvet (1872-1919) menyiapkan kolom

yang diisi dengan serbuk kalsium karbonat, dan kedalamnya dituangkan campuran pigmen

tanaman yang dilarutkan dalam eter. Secara mengejutkan, pigmen memisahkan dan

membentuk lapisan berwarna di sepanjang kolom. Ia menamakan kromatografi pada teknik

pemisahan baru ini (1906). Kemudian kimiawan dari Swiss Richard Martin Willstätter (1872-

1942) menerapkan teknik ini untuk risetnya yakni khlorofil untuk menunjukkan manfaat teknik

ini, dan sejak itu banyak perhatian diberikan pada kromatografi.

Kromatografi adalah teknik untuk memisahkan campuran menjadi komponennya dengan

bantuan perbedaan sifat fisik masing-masing komponen. Alat yang digunakan terdiri atas kolom

yang di dalamnya diisikan fasa stasioner (padatan atau cairan). Campuran ditambahkan ke

kolom dari ujung satu dan campuran akan bergerak dengan bantuan pengemban yang cocok

(fasa mobil). Pemisahan dicapai oleh perbedaan laju turun masing-masing komponen dalam

kolom, yang ditentukan oleh kekuatan adsorpsi atau koefisien partisi antara fasa mobil dan fasa

diam (stationer).

Komponen utama kromatografi adalah fasa stationer dan fasa mobil dan kromatografi dibagi

menjadi beberapa jenis bergantung pada jenis fasa mobil dan mekanisme pemisahannya,

seperti ditunjukkan di Tabel 12.1

Tabel 12.1 Klasifikasi kromatografi

Kriteria Nama

Fasa mobil Kromatografi cair, kromatografi gas

Kromatografi adsorpsi, kromatografi partisi

Mekanisme Kromatografi pertukaran ion kromatografi gel

Fasa stationer Kromatografi kolom, kromatografi lapis tipis,kromatografi kertas

Beberapa contoh kromatografi yang sering digunakan di laboratorium diberikan di bawah ini.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Atep Afia Hidayat MP. KIMIA DASAR 5

a. Kromatografi partisi

Prinsip kromatografi partisi dapat dijelaskan dengan hukum partisi yang dapat diterapkan pada

sistem multikomponen yang dibahas di bagian sebelumnya. Dalam kromatografi partisi,

ekstraksi terjadi berulang dalam satu kali proses. Dalam percobaan, zat terlarut didistribusikan

antara fasa stationer dan fasa mobil. Fasa stationer dalam banyak kasus pelarut diadsorbsi

pada adsorben dan fasa mobil adalah molekul pelarut yang mengisi ruang antar partikel yang

ter adsorbsi.

Contoh khas kromatografi partisi adalah kromatografi kolom yang digunakan luas karena

merupakan sangat efisien untuk pemisahan senyawa organik (Gambar 12.3).

Kolomnya (tabung gela) diisi dengan bahan seperti alumina, silika gel atau pati yang dicampur

dengan adsorben, dan pastanya diisikan kedalam kolom. Larutan sampel kemudian diisikan

kedalam kolom dari atas sehingga sammpel diasorbsi oleh adsorben. Kemudian pelarut (fasa

mobil; pembawa) ditambahkan tetes demi tetes dari atas kolom.

Partisi zat terlarut berlangsung di pelarut yang turun ke bawah (fasa mobil) dan pelarut yang

teradsorbsi oleh adsorben (fasa stationer). Selama perjalanan turun, zat terlarut akan

mengalami proses adsorpsi dan partisi berulang-ulang. Laju penurunan berbeda untuk masing-

masing zat terlarut dan bergantung pada koefisien partisi masing-masing zat terlarut. Akhirnya,

zat terlarut akan terpisahkan membentuk beberapa lapisan.

Akhirnya, masing-masing lapisan dielusi dengan pelarut yang cocok untuk memberikan

spesimen murninya. Nilai R didefinisikan untuk tiap zat etralrut dengan persamaan berikut.

R = (jarak yang ditempuh zat terlarut) / (jarak yang ditempuh pelarut/fasa mobil).