PERTUKARAN KATION
JERAPAN (ADSORPSI) KATION OLEH KOLOID
Karena koloid
lempung bermuatan negatif, kation tertarik kepada partikel lempung dan terikat secara elektrostatik pada permukaan lempung.
Fenomena ini dinamakan dengan jerapan kation.
Ion dengan ukuran hidratasi yang rendah, lebih dulu teradsorpsi. Urutan jerapan kation monovalen oleh lempung:
Cs > Rb
> K > Na > Li
Disebut
sebagai Lyotropic Series
REAKSI PERTUKARAN KATION
Reaksi
pertukaran kation juga melibatkan H+ sehingga istilah “Pertukaran Kation” lebih
tepat daripada “Pertukaran Basa”. Kation yang terjerap dapat ditukar oleh
kation lainnya, dan proses ini
dinamakan sebagai PERTUKARAN
KATION. Reaksi pertukaran ini berlangsung secara instant.
Ca – Tanah +
2NH4+
à (NH4)2 - Tanah + Ca2+
Jerapan dan
pertukaran kation ini mempunyai arti penting di dalam serapan hara oleh tanaman, kesuburan tanah, retensi hara dan pemupukan.
Kation yang terjerap biasanya tersedia untuk tanaman dengan menukarkannya dengan ion H+
hasil respirasi akar tanaman.
Hara yang ditambahkan
ke dalam tanah melalui pemupukan
akan diikat oleh permukaan koloid tanah dan
dapat dicegah dari pelindian, sehingga dapat menghindari kemungkinan pencemaran air tanah (ground
water).
KAPASITAS PERTUKARAN KATION (KPK)
KPK atau
Cation Exchange Capacity (CEC) merupakan
kapasitas tanah untuk menjerap atau menukar kation.
Biasanya dinyatakan dalam miliekuivalen/100 g tanah atau me %, tetapi sekarang diubah menjadi cmolc/kg tanah (centimoles of charge per
kilogram of dry soil
Nilai KPK tanah bervariasi bergantung kepada tipe and jumlah koloid di dalam tanah. Pada umumnya KPK koloid tanah adalah sebagai
berikut:
|
Koloid
Tanah
|
KPK (me %)
|
|
Humus
|
200
|
|
Vermikulit
|
100-150
|
|
Montmorilonit
|
70-95
|
|
Illit
|
10-40
|
|
Kaolinit
|
3-15
|
|
Seskuioksida
|
2-4
|
DAYA MENUKAR KATION
Kation yang berbeda
mempunyai kemampuan untuk menukar kation yang teradsorpsi.
Ion divalen biasanya dijerap lebih kuat dan lebih sulit ditukar daripada ion monovalen.
Ion Ba2+ dan
NH4+ :
Ba2+ terjerap
kuat oleh koloid tanah, tetapi
daya penukarannya lemahà
Pertukaran kation menggunakan Ba < jumlah Ba yang dijerap
NH4+ terjerap lebih lemah daripada Ba, tetapi daya
penukarannya kuat à
Pertukaran kation menggunakan NH4+ > jumlah
NH4+ yang dijerap
PERSAMAAN EMPIRIS PERTUKARAN KATION
Persamaan Freundlich
Persamaan adsorpsi
freundlich adalah salah satu metode untuk menunjukkan komposisi ionik di dalam larutan tanah.
Persamaan ini sangat cocok untuk reaksi adsorpsi dalam kisaran yang sempit.
x = k C 1/n , dimana:
x =
jumlah kation yang teradsorpsi per unit adsorbent (bahan
penjerap)
C = konsentrasi
keseimbangan dari kation yang ditambahkan
k,n = konstanta
Persamaan Langmuir
x/xo =
kC /
(1+kC)
x
= jumlah cation yang
diadsorpsi per unit berat penukar
xo =
kapasitas pertukaran total
C =
konsentrasi jumlah kation yang ditambahkan dalam mol per liter
k = koefiein afinitas
konstanta
k dapat ditentukan sbb.:
k = x / [C (xo - x)]
PERSAMAAN BERDASARKAN TEORI DONAN
Sistem
Donan adalah sistem yang mempunyai komposisi larutan I dan o, dipisahkan oleh membran semipermeable
(i = inside solution, o = outside solution)
Solution
i Solution
o
Na
+ Na
+
Cl
– Cl-
Na-lempung
Membran semipermeabel
Membran
hanya permeabel untuk ion N+ dan Cl-, sehingga hanya
ion-ion ini yang akan terdifusi dalam larutan i dan o hingga keseimbangan
tercapai. Pada saat keseimbangan tercapai hubungan antar ion adalah sbb:
(Na+)i (Cl-)i =
(Na+)s (Cl-)s
atau
(Na+)i / (Na+)s = (Cl-)s
/ (Cl-)i
Sistem Donan
terjadi di dalam tanah terutama dalam hubungannya dengan hubungan antara akar tanaman – larutan tanah.
Sistem Donan dapat menjelaskan fenomena pertukaran kation dan memprediksikannya
mirip dengan hukum aksi masa
:
[Na+]2 (Ca2+) / (Na+)2 [Ca2+] = k
Sistem
Donan mempunyai asumsi k = 1, oleh karena itu =
[Na+]2 (Ca2+) / (Na+)2 [Ca2+] = 1
atau :
[Na+] / (Na+) = [√Ca2+] / (√Ca2+)
KPK
EFEKTIF (CECe)
FIKSASI (SEMATAN) KATION
Dalamn
kondisi tertentu kation yang teradsorpsi terikat secara kuat oleh lempung sehingga tidak dapat dilepaskan
kembali oleh reaksi pertukaran. Kation ini disebut
KATION YANG TERFIKSASI
atau TERSEMAT
Walaupun
sembarang kation dapat mengalami fiksasi, tetapi yang paling penting adalah fiksasi K+ dan NH4+
yang terjadi dengan mekanisme yang sama.
Lapisan
(lattice) lempung yang mengembang
mempunyai lubang sebesar 1,40 Ǻ pada
permukaan intermiselar nya. K+ atau NH4+ memasuki ruang intermiselar ini, ion tersebut terperangkap didalam lapisan lempung. Ion tersebut menjadi tidak tertukar (NON EXCHANGEABLE) atau terfiksasi
Mineral lempung
yang banyak meyumbang fiksasi K+ dan NH4+ antara lain : mika, illit, montmorilonit, dan vermikulit. Permikutit, zeolit, feldspar dan glaukonit juga
diduga dapat mefiksasi K. Ada pendapat bahwa mineral dengan muatan interlayer yang kuat dan mempunyai
zona (wedge zone) yang mempunyai
selektifitas tinggi terhadap K akan banyak memfiksasi K
K yang terfiksasi
dapat dilepaskan kembali dan menjadi tersedia untuk tanaman.
Adanya asam humat dan asam
fulvat di dalam tanah dapat
mempercepat proses tersebut. Tisdale dan Nelson
(1975) berpendapat bahwa fiksasi K merupakan poses konservasi di alam.
Fiksasi K penting di dalam tanah pasiran untuk mencegah dari pelindian. Pemupukan
K+ dan NH4+ yang
terus menerus dapat menurunkan fiksasi K.
KEJENUHAN BASA (BASE SATURATION)
Kejenuhan
basa berhubungan erat dengan KPK tanah:
% Kejenuhan basa =
[Jumlah Kation
Tertukar (dlm me %) / KPK]
x 100
Contoh :
|
Kation
Tertukar
|
me %
|
|
Ca
|
10
|
|
Mg
|
5
|
|
K
|
10
|
|
Na
|
5
|
|
Jumlah
|
30
|
Jika
KPK tanah = 50 me %, maka
% kejenuhan basa = 30/50 x 100 = 60 %
Kejenuhan basa
biasanya dapat digunakan sebagai indikasi kesuburan tanah.
Tanah
sangat subur à
derajat kejenuhan basa ≥ 80%,
Tanah
kesuburan sedang à
derajat kejenuhan basa 50 % - 80 %
Tanah
tidak subur à
derajat kejenuhan basa ≤ 50 %
Pengapuran (liming) dapat
meningkatkan kejenuhan basa.
REAKSI PERTUKARAN KATION
I. Tujuan
a. Menentukan konsentrasi total kation di dalam air alami
b. Memahami Prinsip-prinsip reaksi pertukaran kation
c. Memahami faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi pertukaran kation
II. Teori
Kromatografi penukar kation merupakan metode yang tepat untuk mengukur total kation atau anion di dalam larutan berair. Jika air dilewatkan melalui kolom penukar kation dengan resin H+, maka kation-kation di dalam air akan akan menghalangi pertukaran dengan ion H+ dari resin. Ion hydrogen yang dibebaskan dihitung melalui titrasi dengan standar alkali. Di dalam analisis air dikenal satuan “keasaman mineral ekivalen” (sma) yang menyatakan konsentrasi total kation sebagai ppm dari CaCO3 (mg CaCO3 perliter air) (Tim Labor Kimia Fisika, 2010)
Resin penukar ion merupakan salah satu metoda pemisahan menurut perubahan kimia. Resin penukar ion ada dua macam yaitu resin penukar kation dan resin penukar anion. Jika disebut resin penukar kation maka kation yang terikat pada resin akan digantikan oleh kation pada larutan yang dilewatkan. Begitupun pada resin penukar anion maka anion yang terikat pada resin akan digantikan pleh anion pada larutan yang dilewatkan ( Wahono,2007 ).
Prinsip dari percobaan ini adalah mengganti atau mempertukarkan ion yang terikat pada polimer pengisi resinnya dengan ion yang dilewatkan. Selain itu jangan melakukan kesalahan ataupun kecerobohan sehingga dapat merusak peralatan yang digunakan ( Wahono,2007 ).
Pengertian Penukar Ion
Penukar ion dapat berupa suatu zat dan penukar itu sendiri adalah zat padat tertentu yang dapat membebaskan ionnya kedalam larutan ataupun menggantikan ion lain dari ion larutan. Berupa butiran, biasa disebut resin yang tidak larut dalam air. Dalam strukturnya, resin ini mempunyai gugus ion yang dapat dipertukarkan. Contoh : pengolahan air dengan penukaran ion untuk produksi uap didalam sebuah ketel uap. Air umumnya mengandung ion kalsium. Karena terjadi penguapan,konsentrasi kapur didalam ketel akan meningkat sehingga menimbulkan kerak. Kerak ini akan menyebabkan pemborosan bahan bakar,karena menghambat panas. Oleh karena itu kadar kapur harus seminimal mungkin. Salah satu caranya adalah dengan penukar ion dengan penukar resin yang mengandung gugus natrium. Air dilewatkan ke dalam tumpukan butiran resin.
Alat penukar ion organik banyak sekali digunakan pada industri-industri. Dan hanya terbagi menjadi dua macam yaitu :
a. Resin Penukar Kation
Adalah resin yang akan menukar atau mengambil kation dari larutan. Apabila yang dialirkan larutan garam, MX kedalam buret yang telah berisi resin penukar kation, maka akan terjadi suatu reaksi pertukaran :
MX (aq) + Res-H → HX (aq) + Res- M
b. Resin Penukar Anion
Adalah resin yang akan menukar dan mengambil anion dari larutan. Apabila dialirkan suatu larutan dalam buret yang telah berisi resin penukar anion, maka akan terjadi suatu reaksi penukaran :
MX (aq) + Res-H → H2O (aq) + Res-X
Resin penukar anion yang positif adalah gugus yang dapat terionisasi memberikan ionnya, misalnya penukar anion amkuartener, merupakan penukar anion yang sangat kuat, sedangkan resin penukar anion basa lemah yang mengandung gugus ion. Baik penukar anion maupun penukar kation dapat dianggap sebagai resin suatu senyawa asam atau basa yang tidak larut dan dapat berreaksi sebagai asam atau basa. Tetapi bagian yang terikat pada struktur atomnya tidak dapat lepas.
Ion yang dapat menggantikan muatannya dengan ion disebut counter ion, digunakan untuk penukar kation dalam kation dan penukar anion dalam anion. Tipe penukar ion dalam suatu reaksi tertentu, misalnya resin asam salah satu caranya adalah H+ atau muatan lain yang sama muatannya, penukar ion kita pilih sedemikian rupa sehingga ion yang digantikan adalah H+ atau OH-.
Dalam pertukaran ion, suatu larutan resin dibiarkan mengalir melewati suatu susunan bahan yang terbuat dari butiran zeolit atau suatu resin pertukaran ion. Ion-ion dalam larutan menjadi terikat pada bahan itu dan kemudian menggeser ion yang sama tandanya. Pertukaran ion digunakan dalam pelunakan ion. Pertukaran ion dalam desalinasi adalah sebagian pasangan dari salah satu proses lain.
Resin pertukaran ion organik menunjukkan sifat-sifat yang menguatkan untuk tujuan-tujuan pemisahan. Untuk memisahkan ion sering digunakan resin penukar anion, hal ini disebabkan pada kondisi tertentu ion-ion logam dapat membentuk senyawa komplek anion dengan ciri-cirinya ion yang bermuatan negatif, dan memiliki pasangan ion yang dapat disumbangkan untuk membentuk ikatan koordinasi yang baik ( Hiskia, 1994 ).
Resin penukar ion merupakan suatu polimer dengan berat molekul yang cukup tinggi dan memiliki gugus-gugus tertentu . Resin penukar kation mengandung gugus karboksilat, sufanoat, fenolat atau gugus lain dan sejumlah kation ekivalen. Resin penukar kation mengandung kation bebas yang dapat dipertukarkan dengan kation dalam suatu larutan. resin penukar kation dapat dipertukarkan dengan kation lain, seperti reaksi:
2(Res. SO3-)H+ + Na+(lar) —–> 2(Res. SO3-)Na+ + H+(lar)
Dalam reaksi diatas, kation H dapat ditukar dengan kation Na secara ekivalen. Pertukaran ion terjadi secara stoikiometri deimana setiap satu ion H diganti oleh satu ion Na. Sedangkan dua atom H diganti dengan satu ion Ca(II) dan seterusnya. Ion yang dapat ditukar merupakan ion lawan yang tidak terikat dengan kuat pada matrik polimer.
Apabila larutan NaCl dialirkan melalui kolom resin penukar kation, maka dapat terjadi peristiwa:
NaCl + H-Res —–> Na-Res + HCl
Reaksi kesetimbangan di atas menunjukkan bahwa H-Res menggambarkan resin dalam lingkar hidrogen. Dari reaksi tersebut terlihat bahwa jumlah ion Na+ diganti dengan jumlah ion H+ setara dengan jumlah Na+ tersebut. Kesimpulannya adalah bahwa meskipun dimasukkan larutan NaCl, larutan yang keluar adalah HCl.
Jumlah NaCl yang dapat diubah menjadi HCl, tergantung pada kapasitas resin dan jumlah resin yang terdapat dalam kolom. Apabila resin mencapai batas kapasitas penukaran, arah reaksi dapat dibalik (seperti diatas) yang disebut dengan proses regenerasi.
Resin penukar kation dapat dibagi menjadi dua yaitu asam kuat dan asam lemah. Resin penukar kation asam kuat misalnya yang mengandung gugus sulfanoat sehingga atom H dapat diganti oleh atom Na dari NaCl. Resin penukar kation asam lemah mengandung gugus karboksilat yang memerlukan larutan dengan pH>7 untuk dapat mengganti atom H.
III. Alat dan Bahan
a. Peralatan yang digunakan
1. Kolom penukar kation 1 buah
2. Erlemeyer 250 ml 3 buah
3. Erlemeyer 50 ml 1 buah
4. Pipet tetes 3 buah
5. Gelas ukur 10 ml 1 buah
6. Gelas ukur 50 ml 1 buah
7. Gelas ukur 100 ml 1 buah
8. Beaker glass 250 ml 2 buah
9. Spatula 2 buah
10. Statip 2 buah
11. Corong kaca 1 buah
12. Botol semprot 1 buah
13. Batang pengaduk 1 buah
14. Labu ukur 25 ml 1 buah
15. Labu ukur 50 ml 1 buah
16. Labu ukur 250 ml 1 buah
17. Labu ukur 500 ml 2 buah
b. Bahan Kimia yang digunakan
1. Resin penukar kation
2. NaOH 0,002 N
3. HCl 2 N dan 0,02 N
4. Indikator Phenil Phtalein
5. Indikator Methyl orange
MSDS BAHAN
A). HCl
Ø Identifikasi produk
Synonim: muriatic acid, asam klorida
Rumus molekul: HCl
CAS No: 7647-01-0
Ø Data fisik
Wujud: tak berwarna, atau cairan kuning terang
Titik leleh: -25 C
Titik didih: 109 C
Berat jenis : 1,1
Ø Toksikologi
Sangat korosif, jika terhirup dapat menimbulkan gangguan pernafasan yang serius atau fatal,cairannya dapat merusak kulit dan mata.
Ø Pertolongan pertama
Kontak dengan mata: Periksa dan lepaskan lensa kontak. Segera siram dengan air yang banyak selama 15 menit, segera bawa ke dokter
Kontak dengan kulit: Segera cbasuh kulit dengan air sekurang-kurangnya 15 menit.
Terhirup: Jika terhirup,bawa ke udara segar,jika tidak bernafas,berikan nafas buatan.Jika sulit benafas berikan pernafasan dengan oksigen.Segera bawa ke dokter.
B). NaOH
Ø Identifikasi produk
Synonim: kaustik soda,lye,sodium hydroxide,sodium hydrate.
CAS No: 1310-73-2
Berat molekul; 40
Rumus molekul : MaOH
Ø Data fisik
Wujud: warna putih,berupa kepingan tipis tidak berbau.
Kelarutan;111 g/ 100g air
Berat jenis: 2,13
Titik didih: 1390 C
Titik leleh; 318 C
Ø Toksikologi
Data iritasi kulit;pada tikus 500 mg/24 h,di investigasi sebagai mutagen.
Ø Pertolongan pertama
Terhirup: segera bawa ke udara bebas.
Kontak dengan mata: cuci dengan air selama 15 menit,lalu bawa ke dokter.
Kontak dengan kui : cuci kulit dengan sabun dan bilas dengan air selama lebih kurang 15 menit.segera bawa ke dokter.
C). Phenil Ptalein
Ø Identifikasi produk
Synonim: 3,3-bis(p-hydroxyphenyl) phthalide; 3,3-bis(4-hydroxyphenyl)-1(3H)-isobenzofuranore
CAS No: 77-09-8
Berat molekul: 318.33
Rumus kimia: C20H14O4
Ø Peringatan
Berbahaya..!! dapat menyebabkan kanker.
Ø Efek kesehatan
Terhirup : dapat menyebabkan batuk dan bersin
Penafasan: Sangat aktif,dalam jumlah (30-100 mg) dapat menyebabakan
Kontak dengan kulit : Tidak di temukan klasifikasinya,tetapi penghirupan mungkin berasal dari sentuhan permukaan dengan kulit.
Kontak dengan mata : iritasi pada penglihatan
Ø Pertolongan pertama
Terhirup: bawa ke udara segar,bawa ke dokter apabila terjadi iritasi.
Kontak dengan kulit : segera cuci dengan sabun dan bilas dengan air. Bawa ke dokter apabila terjadi iritasi.
Kontak dengan mata : bilas mata dengan air yang mengalir selama 15 menit. Bawa ke dokter apabila terjadi iritasi lebih lanjut.
D). Methyl orange
Ø Identifikasi produk
Synonyms: C.I. 13025, p-[[p-(dimethylamino)phenyl]azo]benzenesulfonic acid sodium salt, methyl orange, acid orange 52, orange III, C.I. acid orange 52, troplaeolin, orange 3, gold orange, helianthine b, kca methyl orange, helianthise
Molecular formula: 4-(CH3)2NC6H4:NC6H4-4-SO3Na
CAS No: 547-58-0
Ø Toksikologi
Sangat beracun apabila tertelan apabila tertelan,terhirup atau kontak dengan kulit.
IV. Skema Kerja
Masing-masing bahan berupa larutan dibuat terlebih dahulu sebelum percobaan di lakukan.
HCl 0,5 N dibuat dengan pengenceran dari HCl 11,3 N yang telah yang telah di encerkan menjadi HCl 1 N. HCl 0,02 N di buat dengan mengencerkan HCl 1 N. NaOH di buat dari padatan NaOH.
Larutan standar NaOH 0,02 N di siapkan
Zeolyte di masukkan ke dalam kolom penukar kation lebih kurang setinggi 10 cm.
HCl 0,5 N di lewatkan kedalam kolom hingga zeolyte terendam seluruhnyaselam 30 menit untuk membentuk resin ion H+
Kolom di cuci dengan aquadest sebanyak 20 mluntuk membebaskan kelebihan HCl
Sebanyak 2 ml effluent di ambil,kemudian di tambahkan dengan 3 tetes indicator PP dan di titrasi denga NaOH 0,02 N.
Air kran di masukkan ke dalam kolom dan di elusi.Sebanyak 2 ml effluent di ambil dan di tambahkan dengan 3 tetes indicator PP, kemudian di titrasi dengan NaOH 0,02 N.
Sebanyak 2 ml effluent di ambil lagi dan di tambahkan
dengan 3 tetes indicator methyl Orange
kemudian di titrasi dengan HCl 0,02 N.
Hitung nilai keasaman mineral ekuivalen air kran.
V. Data Hasil Pengamatan
HCl 0,5 N dibuat dengan pengenceran dari HCl 11,3 N yang telah yang telah di encerkan menjadi HCl 1 N. HCl 0,02 N di buat dengan mengencerkan HCl 1 N. NaOH di buat dari padatan NaOH.
Titrasi I (Dengan Indikator PP)
Volume effluent (aquades) = 2 mL
Konsentrasi NaOH = 0.02 N
Volume NaOH yang terpakai 15 ml
Titrasi II (Dengan Indikator PP)
Volume effluent (air kran) = 2mL
Konsentrasi NaOH= 0.02 N
Volume NaOH yang terpakai = 18 ml
Titrasi III (Dengan Indikator Metil Orange)
Volume effluent (air kran) = 2mL
Konsentrasi HCl= 0.02 N
Volume HCl yang terpakai = 15.8 ml
VI. Perhitungan
1. Perhitungan dalam pembuatan bahan
a. Pembuatan 250 mL HCl 1N dari 11,3N HCl
V1 = (N2 x V2)/N1
= (1N x 250mL)/11,3N
= 22,124 mL
b. Pembuatan 125 mL HCl 0,5N dari 1N HCl
V1 = (N2 x V2)/N1
= (0,5N x 125mL)/1N
= 62,5 mL
c. Pembuatan 250 mL HCl 0,02N dari 1N HCl
V1 = (N2 x V2)/N1
= (0,02N x 250mL)/1N
= 5 mL
d. Pembuatan larutan NaOH 500mL dari NaOH padat
Gr NaOH = N x V x Be
= 0,02 x 0,5 x 40
= 0,4 gram
2. Perhitungan untuk tugas
a. Menghitung nilai keasaman ekivalen aquades
= [NaOH] x V NaOH x 50 x 1000
V effluent yang dititrasi
= [0,02] x 15 x 50 x 1000
2
= 7500 ppm CaCO3
b. Menghitung nilai keasaman eqivalen air kran
= [NaOH] x V NaOH x 50 x 1000
V effluent yang dititrasi
= [0,02] x 18 x 50 x 1000
2
= 9000 ppm CaCO3
c. Faktor koreksi
FK = 500 x N HCl x V HCl
= 500 x 0,02 x 15,8
= 158 ppm CaCO3
VII. Pembahasan
Pada percobaan ini, praktikan dituntut agar dapat menentukan kosentrasi total kation dalam suatu sampel yang berwujut cairan, yaitu air karan yang terdapat di labor kimia fisika FMIPA-UR. Kosentrasi total kation dalam air kran dinyatakan dalam keasaman mineral yang terkandung di dalam air kran yang diselidiki.
Dari data yang diperoleh melalui perhitungan berdasarkan hasil pengamatan , ternyata nilai keasaman eqivalen air kran jauh lebih tinggi dibandingkan keasaman eqivalen aquades yang digunakan untuk menghilangkan kelebihan kation H+ dalam kolom. Dari sini dapat dilihat bahwa kosentrasi total kation dalam air kran besar. Selain itu menunjukkan bahwa didalam air kran banyak terdapat logam-logam dalam bentuk ion, sehingga dalam kosentrasi tinggi ion-ion logam ini tidak baik untuk kesehatan manusia serta dapat merusak alat-alat laboratorium.
Metoda yang digunakan dalam percobaan ini adalah kromatografi penukar kation, dengan fase diam yaitu resin penukar kation yaitu lempung yang telah diaktivasi. HCl 0,5 N dilewatkan melalui kolom selama 30 menit untuk membuat resin ion H+. Ketika suatu cairan yang mengandung logam dilewatkan melalui kolom, maka ion logam dari cairan tersebut akan bertukar dengan H+ yang telah diikat oleh resin. Sehingga Kosentrasi ion logam dalam cairan sebanding dengan kosentrasi ion H+ yang keluar dari kolom yang dapat dihitung dengan titrasi asam-basa dengan larutan standar NaOH 0,02 N.
Besarnya pertukaran ini dipengaruhi oleh fakto-faktor berikut ini:
a. Gaya yang mengikat ion kristal.
b. Kosentrasi ion-ion yang bertukar.
c. Efek kelarutan.
d. Ukuran kedua ion.
e. Kelonggaran ion-ion.
VIII. Tugas
1. Jelaskan pengertian penukar kation, sifat dan komposisinya?
Jawab :
Resin penukar kation adalah polimer tidak larut yang memiliki berat molekul tinggi. Bersifat asam jika mengandung gugus –COOH. Komposisinya memiliki gugus kelebihan proton ataupun kation yang dapt ditukarkan. Resin penukar kation memiliki gugus tertentu seperti karboksilat, sulfonat, fenolat atau gugus lain dan sejumlah kation dalam suatu larutan.
2. Prinsip apa yang digunakan dalam proses pertukaran ion?
Jawab:
Pertukaran ion terjadi secara stoikiometri. Setiap satuan ion H+ akan digantikan oleh suatu ion Na+ secara eqivalen. Sedangkan 2 ion H+ akan digantikan oleh ion Ca2+ dan seterusnya sesuai dengan biloks dari masing-masing logam.
3. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pertukaran ion dalam kolom?
Jawab :
Besarnya pertukaran ini dipengaruhi oleh fakto-faktor berikut ini:
a.Gaya
b. Kosentrasi ion-ion yang bertukar.
c. Efek kelarutan.
d. Ukuran kedua ion.
e. Kelonggaran ion-ion.
IX. Kesimpulan
ü Total kation di dalam larutan berair dapat diukur dengan menggunakan metode kromatografi penukar kation.
ü Total kation dalam air kran lebih banyak dibandingkan dengan aquades.
ü Lempung dapat digunakan untuk resin penukar kation.
ü Nilai keasaman eqivalen air kran adalah 9000 ppm CaCO3.
ü Nilai keasaman eqivalen aquades adalah 7500 ppm CaCO3.
ü Ion hydrogen yang keluar dari kolom dapat dihitung dengan metode titrasi alkali standar.
ü Alkalinitas sampel dapat diukur dengan mentitrasi sampel dengan HCl 0,02 N.
ü Tritrasi sampel dengan NaOH menggunakan indicator pp.
ü Tritrasi sampel dengan HCl menggunakan indicator metal orange
a. Menentukan konsentrasi total kation di dalam air alami
b. Memahami Prinsip-prinsip reaksi pertukaran kation
c. Memahami faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi pertukaran kation
II. Teori
Kromatografi penukar kation merupakan metode yang tepat untuk mengukur total kation atau anion di dalam larutan berair. Jika air dilewatkan melalui kolom penukar kation dengan resin H+, maka kation-kation di dalam air akan akan menghalangi pertukaran dengan ion H+ dari resin. Ion hydrogen yang dibebaskan dihitung melalui titrasi dengan standar alkali. Di dalam analisis air dikenal satuan “keasaman mineral ekivalen” (sma) yang menyatakan konsentrasi total kation sebagai ppm dari CaCO3 (mg CaCO3 perliter air) (Tim Labor Kimia Fisika, 2010)
Resin penukar ion merupakan salah satu metoda pemisahan menurut perubahan kimia. Resin penukar ion ada dua macam yaitu resin penukar kation dan resin penukar anion. Jika disebut resin penukar kation maka kation yang terikat pada resin akan digantikan oleh kation pada larutan yang dilewatkan. Begitupun pada resin penukar anion maka anion yang terikat pada resin akan digantikan pleh anion pada larutan yang dilewatkan ( Wahono,2007 ).
Prinsip dari percobaan ini adalah mengganti atau mempertukarkan ion yang terikat pada polimer pengisi resinnya dengan ion yang dilewatkan. Selain itu jangan melakukan kesalahan ataupun kecerobohan sehingga dapat merusak peralatan yang digunakan ( Wahono,2007 ).
Pengertian Penukar Ion
Penukar ion dapat berupa suatu zat dan penukar itu sendiri adalah zat padat tertentu yang dapat membebaskan ionnya kedalam larutan ataupun menggantikan ion lain dari ion larutan. Berupa butiran, biasa disebut resin yang tidak larut dalam air. Dalam strukturnya, resin ini mempunyai gugus ion yang dapat dipertukarkan. Contoh : pengolahan air dengan penukaran ion untuk produksi uap didalam sebuah ketel uap. Air umumnya mengandung ion kalsium. Karena terjadi penguapan,konsentrasi kapur didalam ketel akan meningkat sehingga menimbulkan kerak. Kerak ini akan menyebabkan pemborosan bahan bakar,karena menghambat panas. Oleh karena itu kadar kapur harus seminimal mungkin. Salah satu caranya adalah dengan penukar ion dengan penukar resin yang mengandung gugus natrium. Air dilewatkan ke dalam tumpukan butiran resin.
Alat penukar ion organik banyak sekali digunakan pada industri-industri. Dan hanya terbagi menjadi dua macam yaitu :
a. Resin Penukar Kation
Adalah resin yang akan menukar atau mengambil kation dari larutan. Apabila yang dialirkan larutan garam, MX kedalam buret yang telah berisi resin penukar kation, maka akan terjadi suatu reaksi pertukaran :
MX (aq) + Res-H → HX (aq) + Res- M
b. Resin Penukar Anion
Adalah resin yang akan menukar dan mengambil anion dari larutan. Apabila dialirkan suatu larutan dalam buret yang telah berisi resin penukar anion, maka akan terjadi suatu reaksi penukaran :
MX (aq) + Res-H → H2O (aq) + Res-X
Resin penukar anion yang positif adalah gugus yang dapat terionisasi memberikan ionnya, misalnya penukar anion amkuartener, merupakan penukar anion yang sangat kuat, sedangkan resin penukar anion basa lemah yang mengandung gugus ion. Baik penukar anion maupun penukar kation dapat dianggap sebagai resin suatu senyawa asam atau basa yang tidak larut dan dapat berreaksi sebagai asam atau basa. Tetapi bagian yang terikat pada struktur atomnya tidak dapat lepas.
Ion yang dapat menggantikan muatannya dengan ion disebut counter ion, digunakan untuk penukar kation dalam kation dan penukar anion dalam anion. Tipe penukar ion dalam suatu reaksi tertentu, misalnya resin asam salah satu caranya adalah H+ atau muatan lain yang sama muatannya, penukar ion kita pilih sedemikian rupa sehingga ion yang digantikan adalah H+ atau OH-.
Dalam pertukaran ion, suatu larutan resin dibiarkan mengalir melewati suatu susunan bahan yang terbuat dari butiran zeolit atau suatu resin pertukaran ion. Ion-ion dalam larutan menjadi terikat pada bahan itu dan kemudian menggeser ion yang sama tandanya. Pertukaran ion digunakan dalam pelunakan ion. Pertukaran ion dalam desalinasi adalah sebagian pasangan dari salah satu proses lain.
Resin pertukaran ion organik menunjukkan sifat-sifat yang menguatkan untuk tujuan-tujuan pemisahan. Untuk memisahkan ion sering digunakan resin penukar anion, hal ini disebabkan pada kondisi tertentu ion-ion logam dapat membentuk senyawa komplek anion dengan ciri-cirinya ion yang bermuatan negatif, dan memiliki pasangan ion yang dapat disumbangkan untuk membentuk ikatan koordinasi yang baik ( Hiskia, 1994 ).
Resin penukar ion merupakan suatu polimer dengan berat molekul yang cukup tinggi dan memiliki gugus-gugus tertentu . Resin penukar kation mengandung gugus karboksilat, sufanoat, fenolat atau gugus lain dan sejumlah kation ekivalen. Resin penukar kation mengandung kation bebas yang dapat dipertukarkan dengan kation dalam suatu larutan. resin penukar kation dapat dipertukarkan dengan kation lain, seperti reaksi:
2(Res. SO3-)H+ + Na+(lar) —–> 2(Res. SO3-)Na+ + H+(lar)
Dalam reaksi diatas, kation H dapat ditukar dengan kation Na secara ekivalen. Pertukaran ion terjadi secara stoikiometri deimana setiap satu ion H diganti oleh satu ion Na. Sedangkan dua atom H diganti dengan satu ion Ca(II) dan seterusnya. Ion yang dapat ditukar merupakan ion lawan yang tidak terikat dengan kuat pada matrik polimer.
Apabila larutan NaCl dialirkan melalui kolom resin penukar kation, maka dapat terjadi peristiwa:
NaCl + H-Res —–> Na-Res + HCl
Reaksi kesetimbangan di atas menunjukkan bahwa H-Res menggambarkan resin dalam lingkar hidrogen. Dari reaksi tersebut terlihat bahwa jumlah ion Na+ diganti dengan jumlah ion H+ setara dengan jumlah Na+ tersebut. Kesimpulannya adalah bahwa meskipun dimasukkan larutan NaCl, larutan yang keluar adalah HCl.
Jumlah NaCl yang dapat diubah menjadi HCl, tergantung pada kapasitas resin dan jumlah resin yang terdapat dalam kolom. Apabila resin mencapai batas kapasitas penukaran, arah reaksi dapat dibalik (seperti diatas) yang disebut dengan proses regenerasi.
Resin penukar kation dapat dibagi menjadi dua yaitu asam kuat dan asam lemah. Resin penukar kation asam kuat misalnya yang mengandung gugus sulfanoat sehingga atom H dapat diganti oleh atom Na dari NaCl. Resin penukar kation asam lemah mengandung gugus karboksilat yang memerlukan larutan dengan pH>7 untuk dapat mengganti atom H.
III. Alat dan Bahan
a. Peralatan yang digunakan
1. Kolom penukar kation 1 buah
2. Erlemeyer 250 ml 3 buah
3. Erlemeyer 50 ml 1 buah
4. Pipet tetes 3 buah
5. Gelas ukur 10 ml 1 buah
6. Gelas ukur 50 ml 1 buah
7. Gelas ukur 100 ml 1 buah
8. Beaker glass 250 ml 2 buah
9. Spatula 2 buah
10. Statip 2 buah
11. Corong kaca 1 buah
12. Botol semprot 1 buah
13. Batang pengaduk 1 buah
14. Labu ukur 25 ml 1 buah
15. Labu ukur 50 ml 1 buah
16. Labu ukur 250 ml 1 buah
17. Labu ukur 500 ml 2 buah
b. Bahan Kimia yang digunakan
1. Resin penukar kation
2. NaOH 0,002 N
3. HCl 2 N dan 0,02 N
4. Indikator Phenil Phtalein
5. Indikator Methyl orange
MSDS BAHAN
A). HCl
Ø Identifikasi produk
Synonim: muriatic acid, asam klorida
Rumus molekul: HCl
CAS No: 7647-01-0
Ø Data fisik
Wujud: tak berwarna, atau cairan kuning terang
Titik leleh: -25 C
Titik didih: 109 C
Berat jenis : 1,1
Ø Toksikologi
Sangat korosif, jika terhirup dapat menimbulkan gangguan pernafasan yang serius atau fatal,cairannya dapat merusak kulit dan mata.
Ø Pertolongan pertama
Kontak dengan mata: Periksa dan lepaskan lensa kontak. Segera siram dengan air yang banyak selama 15 menit, segera bawa ke dokter
Kontak dengan kulit: Segera cbasuh kulit dengan air sekurang-kurangnya 15 menit.
Terhirup: Jika terhirup,bawa ke udara segar,jika tidak bernafas,berikan nafas buatan.Jika sulit benafas berikan pernafasan dengan oksigen.Segera bawa ke dokter.
B). NaOH
Ø Identifikasi produk
Synonim: kaustik soda,lye,sodium hydroxide,sodium hydrate.
CAS No: 1310-73-2
Berat molekul; 40
Rumus molekul : MaOH
Ø Data fisik
Wujud: warna putih,berupa kepingan tipis tidak berbau.
Kelarutan;111 g/ 100g air
Berat jenis: 2,13
Titik didih: 1390 C
Titik leleh; 318 C
Ø Toksikologi
Data iritasi kulit;pada tikus 500 mg/24 h,di investigasi sebagai mutagen.
Ø Pertolongan pertama
Terhirup: segera bawa ke udara bebas.
Kontak dengan mata: cuci dengan air selama 15 menit,lalu bawa ke dokter.
Kontak dengan kui : cuci kulit dengan sabun dan bilas dengan air selama lebih kurang 15 menit.segera bawa ke dokter.
C). Phenil Ptalein
Ø Identifikasi produk
Synonim: 3,3-bis(p-hydroxyphenyl) phthalide; 3,3-bis(4-hydroxyphenyl)-1(3H)-isobenzofuranore
CAS No: 77-09-8
Berat molekul: 318.33
Rumus kimia: C20H14O4
Ø Peringatan
Berbahaya..!! dapat menyebabkan kanker.
Ø Efek kesehatan
Terhirup : dapat menyebab
Penafasan: Sangat aktif,dalam jumlah (30-100 mg) dapat menyebaba
Kontak dengan kulit : Tidak di temukan klasifikasinya,tetapi penghirupan mungkin berasal dari sentuhan permukaan dengan kulit.
Kontak dengan mata : iritasi pada penglihatan
Ø Pertolongan pertama
Terhirup: bawa ke udara segar,bawa ke dokter apabila terjadi iritasi.
Kontak dengan kulit : segera cuci dengan sabun dan bilas dengan air. Bawa ke dokter apabila terjadi iritasi.
Kontak dengan mata : bilas mata dengan air yang mengalir selama 15 menit. Bawa ke dokter apabila terjadi iritasi lebih lanjut.
D). Methyl orange
Ø Identifikasi produk
Synonyms: C.I. 13025, p-[[p-(dimethylamino)phenyl]azo]benzenesulfonic acid sodium salt, methyl orange, acid orange 52, orange III, C.I. acid orange 52, troplaeolin, orange 3, gold orange, helianthine b, kca methyl orange, helianthise
Molecular formula: 4-(CH3)2NC6H4:NC6H4-4-SO3Na
CAS No: 547-58-0
Ø Toksikologi
Sangat beracun apabila tertelan apabila tertelan,terhirup atau kontak dengan kulit.
IV. Skema Kerja
Masing-masing bahan berupa larutan dibuat terlebih dahulu sebelum percobaan di lakukan.
HCl 0,5 N dibuat dengan pengenceran dari HCl 11,3 N yang telah yang telah di encerkan menjadi HCl 1 N. HCl 0,02 N di buat dengan mengencerkan HCl 1 N. NaOH di buat dari padatan NaOH.
Larutan standar NaOH 0,02 N di siap
Zeolyte di masukkan ke dalam kolom penukar kation lebih kurang setinggi 10 cm.
HCl 0,5 N di lewatkan kedalam kolom hingga zeolyte terendam seluruhnyaselam 30 menit untuk membentuk resin ion H+
Kolom di cuci dengan aquadest sebanyak 20 mluntuk membebaskan kelebihan HCl
Sebanyak 2 ml effluent di ambil,kemudian di tambahkan dengan 3 tetes indicator PP dan di titrasi denga NaOH 0,02 N.
Air kran di masukkan ke dalam kolom dan di elusi.Sebanyak 2 ml effluent di ambil dan di tambahkan dengan 3 tetes indicator PP, kemudian di titrasi dengan NaOH 0,02 N.
Sebanyak 2 ml effluent di ambil lagi dan di tambah
Hitung nilai keasaman mineral ekuivalen air kran.
V. Data Hasil Pengamatan
HCl 0,5 N dibuat dengan pengenceran dari HCl 11,3 N yang telah yang telah di encerkan menjadi HCl 1 N. HCl 0,02 N di buat dengan mengencerkan HCl 1 N. NaOH di buat dari padatan NaOH.
Titrasi I (Dengan Indikator PP)
Volume effluent (aquades) = 2 mL
Konsentrasi NaOH = 0.02 N
Volume NaOH yang terpakai 15 ml
Titrasi II (Dengan Indikator PP)
Volume effluent (air kran) = 2mL
Konsentrasi NaOH= 0.02 N
Volume NaOH yang terpakai = 18 ml
Titrasi III (Dengan Indikator Metil Orange)
Volume effluent (air kran) = 2mL
Konsentrasi HCl= 0.02 N
Volume HCl yang terpakai = 15.8 ml
VI. Perhitungan
1. Perhitungan dalam pembuatan bahan
a. Pembuatan 250 mL HCl 1N dari 11,3N HCl
V1 = (N2 x V2)/N1
= (1N x 250mL)/11,3N
= 22,124 mL
b. Pembuatan 125 mL HCl 0,5N dari 1N HCl
V1 = (N2 x V2)/N1
= (0,5N x 125mL)/1N
= 62,5 mL
c. Pembuatan 250 mL HCl 0,02N dari 1N HCl
V1 = (N2 x V2)/N1
= (0,02N x 250mL)/1N
= 5 mL
d. Pembuatan larutan NaOH 500mL dari NaOH padat
Gr NaOH = N x V x Be
= 0,02 x 0,5 x 40
= 0,4 gram
2. Perhitungan untuk tugas
a. Menghitung nilai keasaman ekivalen aquades
= [NaOH] x V NaOH x 50 x 1000
V effluent yang dititrasi
= [0,02] x 15 x 50 x 1000
2
= 7500 ppm CaCO3
b. Menghitung nilai keasaman eqivalen air kran
= [NaOH] x V NaOH x 50 x 1000
V effluent yang dititrasi
= [0,02] x 18 x 50 x 1000
2
= 9000 ppm CaCO3
c. Faktor koreksi
FK = 500 x N HCl x V HCl
= 500 x 0,02 x 15,8
= 158 ppm CaCO3
VII. Pembahasan
Pada percobaan ini, praktikan dituntut agar dapat menentukan kosentrasi total kation dalam suatu sampel yang berwujut cairan, yaitu air karan yang terdapat di labor kimia fisika FMIPA-UR. Kosentrasi total kation dalam air kran dinyatakan dalam keasaman mineral yang terkandung di dalam air kran yang diselidiki.
Dari data yang diperoleh melalui perhitungan berdasarkan hasil pengamatan , ternyata nilai keasaman eqivalen air kran jauh lebih tinggi dibandingkan keasaman eqivalen aquades yang digunakan untuk menghilangkan kelebihan kation H+ dalam kolom. Dari sini dapat dilihat bahwa kosentrasi total kation dalam air kran besar. Selain itu menunjukkan bahwa didalam air kran banyak terdapat logam-logam dalam bentuk ion, sehingga dalam kosentrasi tinggi ion-ion logam ini tidak baik untuk kesehatan manusia serta dapat merusak alat-alat laboratorium.
Metoda yang digunakan dalam percobaan ini adalah kromatografi penukar kation, dengan fase diam yaitu resin penukar kation yaitu lempung yang telah diaktivasi. HCl 0,5 N dilewatkan melalui kolom selama 30 menit untuk membuat resin ion H+. Ketika suatu cairan yang mengandung logam dilewatkan melalui kolom, maka ion logam dari cairan tersebut akan bertukar dengan H+ yang telah diikat oleh resin. Sehingga Kosentrasi ion logam dalam cairan sebanding dengan kosentrasi ion H+ yang keluar dari kolom yang dapat dihitung dengan titrasi asam-basa dengan larutan standar NaOH 0,02 N.
Besarnya pertukaran ini dipengaruhi oleh fakto-faktor berikut ini:
a. Gaya yang mengikat ion kristal.
b. Kosentrasi ion-ion yang bertukar.
c. Efek kelarutan.
d. Ukuran kedua ion.
e. Kelonggaran ion-ion.
VIII. Tugas
1. Jelaskan pengertian penukar kation, sifat dan komposisinya?
Jawab :
Resin penukar kation adalah polimer tidak larut yang memiliki berat molekul tinggi. Bersifat asam jika mengandung gugus –COOH. Komposisinya memiliki gugus kelebihan proton ataupun kation yang dapt ditukarkan. Resin penukar kation memiliki gugus tertentu seperti karboksilat, sulfonat, fenolat atau gugus lain dan sejumlah kation dalam suatu larutan.
2. Prinsip apa yang digunakan dalam proses pertukaran ion?
Jawab:
Pertukaran ion terjadi secara stoikiometri. Setiap satuan ion H+ akan digantikan oleh suatu ion Na+ secara eqivalen. Sedangkan 2 ion H+ akan digantikan oleh ion Ca2+ dan seterusnya sesuai dengan biloks dari masing-masing logam.
3. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pertukaran ion dalam kolom?
Jawab :
Besarnya pertukaran ini dipengaruhi oleh fakto-faktor berikut ini:
a.
b. Kosentrasi ion-ion yang bertukar.
c. Efek kelarutan.
d. Ukuran kedua ion.
e. Kelonggaran ion-ion.
IX. Kesimpulan
ü Total kation di dalam larutan berair dapat diukur dengan menggunakan metode kromatografi penukar kation.
ü Total kation dalam air kran lebih banyak dibandingkan dengan aquades.
ü Lempung dapat digunakan untuk resin penukar kation.
ü Nilai keasaman eqivalen air kran adalah 9000 ppm CaCO3.
ü Nilai keasaman eqivalen aquades adalah 7500 ppm CaCO3.
ü Ion hydrogen yang keluar dari kolom dapat dihitung dengan metode titrasi alkali standar.
ü Alkalinitas sampel dapat diukur dengan mentitrasi sampel dengan HCl 0,02 N.
ü Tritrasi sampel dengan NaOH menggunakan indicator pp.
ü Tritrasi sampel dengan HCl menggunakan indicator metal orange
Tidak ada komentar:
Posting Komentar