Ekstraksi Cair-cair

Ekstraksi Cair-cair

Topic Progress:

Ekstraksi cair-cair adalah salah satu metode pemisahan yang paling sering digunakan untuk memisahkan larutan menurut perbedaan kelarutan di dua pelarut berbeda. Biasanya, salah satu pelarut akan bersifat polar (seperti air atau alkohol) dan pelarut lainnya bersifat non-polar (misalnya benzena, kloroform, etil asetat, diklorometana, dan lain sebagainya).

Prosedur (Mini-scale)

Simak prosedur ekstraksi cair-cair melalui channel YouTube Dr. Fung Fun Man, PhD, salah satu dosen saya di Department of Chemistry, National University of Singapore! (Diembed atas seizin beliau)

Video 1. Ekstraksi Cair-cair (YouTube: Fun Man Fung, Ph.D.)

Prinsip Kesetimbangan

Misalkan ke dalam suatu senyawa A yang larut dalam air ditambahkan pelarut organik. Reaksi distribusi suatu senyawa dari fasa air ke fasa organik dinyatakan dalam reaksi kesetimbangan:

$\ce {A(aq) <=> A(org)}$

Di mana reaksi kesetimbangan ini memiliki konstanta distribusi $K_D$:

$\ {K_D = \frac{[A(org)]}{[A(aq)]}}$

Rasio distribusi, $D$, menyatakan perbandingan konsentrasi zat terlarut total di kedua fasa:

$\ {D = \frac{S_{org, tot}}{S_{aq, tot}}}$

Ketika zat terlarut hanya terdiri dari satu jenis zat, nilai $K_D$ dan $D$ akan menjadi sama. Namun, ketika suatu senyawa tersebut dapat terionisasi, dapat membentuk dimer, atau berada dalam bentuk lain, maka nilai $D$ akan berubah.

Rasio Distribusi dan Efisiensi Ekstraksi

Efisiensi ekstraksi biasa dinyatakan dengan banyaknya zat terlarut yang berpindah fasa. Misal suatu zat diekstraksi dari pelarut air bervolume $V_{aq}$ ke pelarut organik bervolume $V_{org}$, kita tahu bahwa jumlah mol zat akan selalu tetap:

$\ {\displaystyle mol_{awal} = mol_{aq} + mol_{org} = S_{org, tot} V_{org} + S_{aq, tot} V_{aq}}$

Dari persamaan di atas, kita dapatkan:

$\ {\displaystyle S_{org, tot} = \frac{mol_{awal} – S_{aq, tot} V_{aq}}{V_{org}}}$

Sehingga kita dapatkan persamaan untuk rasio distribusi:

$\ {\displaystyle D = \frac{S_{org, tot}}{S_{aq, tot}} = \frac{\frac{mol_{awal} – S_{aq, tot} V_{aq}}{V_{org}}}{S_{aq, tot}}}$

Yang bisa juga kita tulis ulang:

$\ {\displaystyle D = \frac{V_{aq}}{mol_{aq}} \frac{mol_{awal} – mol_{aq}}{V_{org}}}$

Yang apabila ditata ulang akan menjadi:

$\ {D\,mol_{aq} V_{org} + mol_{aq} V_{aq} = mol_{awal} V_{aq}}$

Sehingga kita dapatkan rasio sisa zat yang masih berada di fasa air dengan massa keseluruhan, $q_{aq}$, sebagai berikut:

$\ {\displaystyle q_{aq} = \frac{mol_{aq}}{mol_{awal}} = \frac{V_{aq}}{D\,V_{org} + V_{aq}}}$

Sehingga, banyaknya zat yang berpindah fasa, $q_{org}$, dapat dinyatakan dengan:

$\ {\displaystyle q_{org} = 1 – \frac{V_{aq}}{D\,V_{org} + V_{aq}} = \frac{D\,V_{org}}{D\,V_{org} + V_{aq}}}$

Ekstraksi Berulang

Apabila dilakukan ekstraksi berulang dengan volume pelarut yang sama, didapatkan hubungan berikut:

$\ {\displaystyle q_{aq, n} = \left(\frac{V_{aq}}{D\,V_{org} + V_{aq}}\right)^n}$

Ekstraksi yang Melibatkan Asam dan Basa

Misal suatu asam lemah monoprotik diekstraksi ke fasa organik. Kita dapatkan hubungan berikut:

$\ {\displaystyle D = \frac{S_{org, tot}}{S_{aq, tot}} = \frac{[HA_{org}]}{[HA_{aq}]+[A^-_{aq}]}}$

Dari hubungan neraca massa, kesetimbangan asam basa, kita tahu bahwa:

$\ {\displaystyle [A^-_{aq}] = \frac{K_a[HA_{aq}]}{[H^+]}}$

Sehingga:

$\ {\displaystyle D = \frac{S_{org, tot}}{S_{aq, tot}} = \frac{[HA_{org}]}{[HA_{aq}]+\frac{K_a[HA_{aq}]}{[H^+]}}}$

Yang dapat disederhanakan menjadi:

$\ {\displaystyle D = K_D \frac{[H^+]}{[H^+] + K_a}}$

Atau dapat kita nyatakan juga:

$\ {\displaystyle D = K_D \chi _{HA}}$

Sehingga, dalam kasus asam-basa nilai $D$ bergantung pada fraksi dari spesi yang hendak diesktrak.