Distilasi

Distilasi (^^,) 1 Maret 2008

A. TEORI Tujuan dari distilasi adalah memisahkan cairan yang lebih mudah menguap (volatil) dari zat-zat yang sukar menguap (non volatil) atau yang lebih umum adalah untuk memisahkan dua atau lebih cairan yang mempunyai titik didih berbeda dan dinyatakan sebagai distilasi fraksionasi. Pendekatan teoritis mengenai distilasi fraksionasi memerlukan pengetahuan mengenai hubungan antara titik didih atau tekanan uap campuran zat dan komposisinya. Dengan mengetahui kurva distilasi dapat diperkirakan apakah pemisahan memungkinkan dan dapat dilakukan dengan mudah atau sukar. Menurut hukum Raoult, untuk sistem cair-cair, tekanan uap suatu zat sebanding dengan fraksi mol zat yang ada dalam larutan dan dinyatakan dengan hubungan : P A = K XA

(1)

PA = tekanan uap zat A XA = fraksi mol zat A dalam larutan Bila XA = 1, berarti zat A murni sehingga PA = K = PoA yang merupakan tekanan uap zat A murni pada suhu tertentu, sehingga substitusi pada persamaan (1) mengahasilkan : PA = PoA XA

(2)

PoA = tekanan uap zat A murni Dengan kata lain hukum Raoult dapat dinyatakan sebagai berikut : Tekanan uap suatu komponen dalam larutan pada suhu tertentu sama dengan tekanan uap zat murni dikalikan dengan fraksi molnya dalam larutan. Untuk campuran komponen A dan B yang mudah menguap dan membentuk larutan ideal, didapatkan hubungan : PA = PoA XA dan PB = PoB XB

(3)

Tekanan total P menjadi : P = PA + PB = PoA XA + PoB XB

(4)

Tekanan uap di atas larutan sebanding dengan fraksi mol dalam fasa uap sehingga komposisi dalam fasa uap dapat dinyatakan dengan : XUA =

PA PA +

dan

PB

(5)

PB PA +

XUB =

PB (5)

Dengan demikian konsentrasi relatif dari masing-masing komponen dalam fasa uap dan cair, misalnya untuk komponen B adalah : XUB = XB

POB

PB . PA + PB

1 =

PB

XB +

POA

(6) XA

POB

Bila POA sama dengan POB , maka XUB sama dengan 1 karena dalam fasa cair, XA + XB = 1. XB O O Bila P B > P A maka konsentrasi B dalam fasa uap lebih besar daripada fasa cair dan sebaliknya bila POB < POA konsentrasi B dalam fasa uap lebih sedikit. Titik didih normal suatu cairan adalah suhu dimana tekanan uap cairan sama dengan tekanan atmosfer. Campuran dengan titik didih konstan disebut campuran azeotrop dan mempunyai komposisi tertentu. Contohnya : campuran 95% etanol dengan air akan membentuk azeotrop dengan titik didih minimum. Jenis-jenis distilasi : 1. Distilasi sederhana (Non-Fraksionasi) Distilasi ini digunakan bila sampel dikatakan hanya mengandung satu komponen yang mudah menguap atau mempunyai perbedaan titik didih yang tinggi. Pemurnian dengan distilasi sederhana dapat dilakukan dengan distilasi yang berulang-ulang (redistilasi)

2. Distilasi Vakum Distilasi Vakum disebut juga distilasi dengan tekanan rendah. Untuk mencegah penguraian senyawa-senyawa organik dianjurkan melakukan distilasi dengan metode ini. Distilasi ini terutama digunakan untuk sampel-sampel dengan titik didih diatas 180 oc. Dengan bantuan aspirator air, tekanan dapat diturunkan sampai 12-15 mmHg. Sedangkan dengan bantuan pompa vakum tekanan dapat diturunkan sampai 0.01 mmHg. Untuk terakhir ini diperlukan cold trap untuk keamanan dan jangan sekali-kali melepaskan keadaan vakum dengan melepaskan labu atau termometer. Sampel dimasukkan ke dalam labu distilasi, selanjutnya masukkan batu didih agar pendidihan berlangsung halus dan teratur. Pengontrolan suhu labu distilasi diperlukan supaya pendidihan berlangsung dengan baik. 3. Distilasi Fraksionasi Distilasi fraksionasi diperlukan untuk pemisahan dua atau lebih komponen yang mudah menguap atau yang mempunyai perbedaan titik didih yang rendah. Kolom fraksionasi memungkinkan adanya kesetimbangan antara turunnya cairan yang mengkondensasi dan naiknya uap, sehingga menghasilkan siklus penguapan kondensasi dalam jumlah banyak. Panjang dan jenis kolom fraksionasi yang diperlukan bergantung pada titik didih komponen-komponen yang akan dipisahkan. Pemisahan yang sesuai untuk komponenkomponen dengan perbedaan titik didih 15-20oc adalah dengan menggunakan vigorous. Untuk komponen-komponen dengan titik didih yang lebih dekat diperlukan “packed column” atau “Spinning Band Column”. Kondisi kesetimbangan harus dijaga dalam kolom fraksionasi pada setiap saat untuk memperoleh pemisahan yang baik. Istilah reflux digunakan untuk cairan yang menguap dan kembali ke labu semula sebagai kondensat. Perbandingan distilat dengan jumlah kondensat yang kembali ke labu distilasi (disebut refluks ratio) biasanya harus lebih besar dari satu dan umumnya antara 5-10 untuk komponen yang relatif mudah dipisahkan. Untuk menjaga refluks ratio dalam daerah ini diperlukan pengontrolan pemanasan labu distilasi. 4. Distilasi Uap Distilasi ini digunakan untuk cairan-cairan yang sama sekali tidak mau bercampur (immiscible) atau cairan yang bercampur (miscible) sangat terbatas. Campuran heterogen dari dua cairan ini (A dan B) tidak mengikuti hokum Raoult, tetapi masing-masing

komponen mempunyai tekanan uap parsial (POB atau POA) yang sama dengan tekanan uap zat murni pada suhu tertentu. Dengan kata lain, tekanan uap parsial masing-masing komponen dalam campuran heterogen hanya bergantung pada suhu. Bila POB + POA sama dengan tekanan atmosfer, campuran mendidih. Karena POB dan POA aditif, titik didih campuran selalu dibawah titik didih dari komponen yang lebih mudah menguap. Titik didih campuran dan komposisi distilat akan tetap konstan sampai salah satu komponen hampir sempurna dikeluarkan. Oleh karena salah satu komponen air, distilasi uap pada tekanan atmosfer akan menghasilkan pemisahan komponen-komponen dengan titik didih yang cukup tinggi pada suhu di bawah 100oc. Komposisi uap dapat dihitung dengan mudah sebagai berikut : jumlah molekul masingmasing komponen dalam fasa uap akan sebanding dengan tekanan uap parsialnya, contohnya tekanan uap dari zat murni pada suhu tersebut. Jika P A dan PB adalah tekanan uap dari dua zat cair A dan B pada tekanan titik didih campuran, maka tekanan total P : P = PA + PB Dan komposisi uap: mol A mol

berat

POA =

atau POB

B

A barat B

POA MA = POB MB

POA dan POB : tekanan parsial dari komponen A dan B pada suhu dimana distilasi berlangsung MA dan MB : bobot molekul A dan B Persamaan di atas menunjukan bahwa makin kecil harga POA MA, maka makin besar harga berat B. Air mempunyai bobot molekul yang relatif rendah dan tekanan uap yang tergolong sedang. Zat-zat dengan bobot molekul tinggi dan tekanan uap rendah dapat dipisahkan dengan metode ini secara ekonomis dalam skala besar.

B. CARA KERJA Distilasi sederhana 1. Siapkan unit distilasi sebagai berikut : sebagai labu distilasi gunakan labu bulat

berukuran 100 ml berleher pendek. Masukkan 2 buah batu didih yang bersih di dalam labu. 2. Siapkan sumbat gabus/karet yang dilubangi sesuai dengan ukuran thermometer

dan masukkan termometer ke dalam lubang sumbat. Selanjutkan tempatkan sumbat sedemikian sehingga bulb air raksa berada sedikit di bawah sambungan dengan kondensor. Hubungkan bagian atas labu distilasi dengan kondensor melalui sumbat berlubang yang sesuai dan masing-masing di-klem. 3. Selanjutnya hubungkan adaptor dengan ujung kondensor yang lain. 4. Siapkan sejumlah gelas ukur 10ml untuk menampung distilat yang diperoleh. 5. Masukkan ke dalam labu distilasi campuran 25ml metanol dengan 25 ml air,

gunakan corong bertangkai panjang untuk memasukkan cairan. 6. Panaskan labu dan atur pemasangan sehingga distilat yang diperoleh sebanyak 1 tetes setiap 2-5 detik. 7. Catat suhu setiap interval 2ml dan setiap 2ml distilat tersebut dilakukan

penimbangan (4 angka dibelakang koma) 8. Distilasi harus dihentikan sebelum cairan dalam labu distilasi habis atau kering.

(pada suhu 1000C atau mendekati) 9. Buatlah grafik suhu vs volume distilat untuk suatu sistem distilasi sederhana. Distilasi dengan tekanan rendah. 1. Ulangi percobaan yang sama seperti distilasi sederhana akan tetapi sistem diturunkan tekanannya dengan cara menghubungkan ujung kondensor dengan aspirator yang telah dihubungkan dengan pompa air. 2. Catat suhu sebagai fungsi volume distilat yang ditampung setiap interval 2 ml dan ditimbang beratnya. 3. Setelah distilasi selesai tentukan volume masing-masing distilat dengan teliti menggunakan gelas ukur.

4. Buatlah grafik suhu vs volume distilat untuk sistem distilat tekanan rendah

Bandingkankan kurva yang diperoleh dengan hasil sistem distilasi sederhana di atas. Buat kesimpulan. Distilasi fraksionasi (A) 1. Susunlah unit distilasi seperti di atas, akan tetapi tempatkan labu fraksionasi di bagian atas labu distilasi dengan menggunakan sumbat berlubang yang sesuai, tempatkan thermometer di atas labu fraksionasi dengan kedudukan bulb air raksa sedikit dibawah sambungannya dengan kondensor. 2. Masukkan 25ml methanol dan 25ml aquades ke dalam labu distilasi melalui corong, tambahkan batu didih dan panaskan. 3. Catat suhu sebagai fungsi dari volume distilat, yang ditampung tiap interval 2 ml dan timbang berat tiap 2 ml distilat. Bandingkan grafik ini dengan grafik yang diperoleh dengan distilasi sederhana. Simpulkan data yang anda peroleh. Distilasi Fraksionasi (B) 1. Siapkan unit distilasi seperti percobaan A, 2. Masukkan 25 ml etanol dan 25 ml air ke dalam labu distilasi dengan

menggunakan corong panjang. 3. Kumpulkan distilat dalam labu Erlenmeyer 50 ml berdasarkan fraksi suhu, yaitu:

Fraksi I

t < 830C

Fraksi II

83-890C

Fraksi III

89-950C

Fraksi IV > 950C Interval suhu tersebut diperoleh berdasarkan perbedaan titik didih etanol dalam air. Hindari penguapan alkohol dengan menutup masing-masing penampung. Setiap pengambilan fraksi distilat, distilasi tidak perlu dihentikan. 4. Bila suhu melebihi 950C, segera hentikan distilasi. Seluruh cairan yang masih

tersisa di labu distilasi merupakan fraksi IV. Setelah dingin, ukur volume dan berat masing-masing fraksi dicatat. 5. Bersihkan, keringkan labu distilasi dan lakukan redestilisasi dimulai dari fraksi I. 6. Tambahkan batu didih baru, tamping distilat pada Erlenmeyer I sampai suhu 830C

dan hentikan distilasi.

7. Setelah labu distilasi dingin. Tambahkan fraksi II ke dalam labu distilasi tersebut

dan lakukan redestilasi. Kumpulkan distilat sampai suhu 830C pada Erlenmeyer I kemudian segera hentikan distilasi. 8. Setelah labu distilasi dingin, tambahkan fraksi III ke dalam labu dan lakukan

redistilasi dan tampung distilat yang mendidih di bawah 830C pada Erlenmeyer I juga. Lakukan juga hal yang sama terhadap fraksi IV setelah labu distilasi dingin. 9. Setelah distilat yang dikumpulkan dalam Erlenmeyer I dingin, ukur volume dan berat distilat. 10. Setelah fraksi < 830C diambil dari fraksi IV, distilasi tidak perlu dihentikan,

distilasi dilanjutkan dan diambil fraksi 83-890C (2), fraksi 89-950C (3) dan fraksi 950C dengan cara seperti mengambil fraksi I, II, III,dan IV. 11. Tentukan volume dan berat distilat fraksi redistilasi fraksi I, II, III, dan IV.

12. Bandingkan volume distilat hasil distilasi, redistilasi dan awal. Serta bandingkan pula BJ etanol murni dan air. Distilasi uap 1. Siapkan sampel yang telah dipotong-potong dan dikeringkan (jahe sereh, kulit

jeruk daun cengkeh, cengkeh, kayu manis, bunga kenanga, daun minyak kayu putih, dll) sebanyak kurang lebih 1 kg, atau sesuai kapasitas alat. Masukkan air ke dalam tungku distilasi uap sampai batas (air tidak menggenangi sampel), selanjutnya masukkan sampel dan susun alat. 2. Distiliasi dapat dimulai. Jaga agar air kondensor tetap dingin, dengan penambahan

es atau penggantian air. 3. Amati dan catat setiap perubahan yang terjadi. Distilasi dapat dihentikan bila minyak atsiri yang didapat sudah tidak bertambah lagi. C. PERTANYAAN 1. Apakah tujuan distilasi? 2. Buatlah tabel jenis dan perbedaan distilasi! 3. Berapakah titik didih etanol?