Kromatografi kolom (resin penukar ion)

Kromatografi kolom (resin penukar ion)

• 1.
  1 BAB I PENDAHULUAN A. LatarBelakang Beraneka ragam bahan organik dan anorganik, memperagakan perilaku pertukaran ion, tetapi pada penelitian di laboratorium dimana keseragaman sangat penting, pertukaran ion yang sangat disukai biasanya adalah bahan-bahan sintesis yang dikenal sebagai resin pertukaran ion. Resin ini dibuat dengan memasukkan gugus yang dapat diionisasi ke dalam matriks polimer organik, yang paling utama adalah polistirena terhubung silang sebagai adsorben.1 Awalnya penukaran ion adalah silikat-silikat, tanah diatomea, aluminosilikat sintesis seperti zeolit. Penemuan ini suatu kebetulan. Thomas dan Way di Inggris memperhatikan sifat-sifat penukar basa suatu sampel tanah dengan menambahkan penyubur seperti amonium sulfat.pertukaran natrium, kalsium di dalam tanah membentuk kalsium aluminosilikat yang menunjukkan fenomena reaksi pertukaran ion. Penukar-penukar ion anorganik mempunyai penggunaan penting dalam pemisahan radiokimia. Garam-garam zirkonium tidak larut seperti tungstat dan posfat banyak dimanfaatkan dalam analisis kimia.2 Pemisahan secara kromatografi dengan mempergunakan resin penukar ion telah dilakukan oleh beberapa peneliti dalam usaha untuk memisahkan produk-produk reaksi fisi. Penukar kation, sintesis digunakan untuk memisahkan unsur-unsur anggota series lantanida dan aktinida . pemisahan senyawa organik seperti asam-asam amino telah dicapai dengan metode penukar ion.3 1Day dan Underwood, Analisis Kimia Kuantitatif(Jakarta: Erlangga, 2002), h. 530. 2Khopkar, Konsep Dasar Kimia Analitik,h. 114. 1Khopkar, Konsep Dasar Kimia Analitik (Jakarta: UI Press, 2010), h. 114. 1
• 2.
  2 Berdasarkan latar belakangdi atas, maka dilakukan percobaan kromatgrafi kolom (resin penukar ion). B. Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam percobaan ini yaitu bagaimana cara menentukan kapasitas resin penukar kation? C. Tujuan Percobaan Tujuan dilakukannya praktikum ini yaitu untuk menentukan kapasitas resin penukar kation.
• 3.
  3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Istilahpertukaran ion secara umum diartikan sebagai pertukaran dari ion-ion yang bertanda muatan (listrik) sama, antara suatu larutan dan suatu badan (bahan) yang padat serta sangat tidak dapat larut pada saat larutan itu bersentuhan. Zat padat itu (pertukaran ion) tentu saja harus mengandung ion-ion miliknya sendiridan agar pertukaran dapat berlangsung dengan cukup pesat dan ektensif sehingga mempunyai nilai praktis, zat padat itu harus mempunyai struktur molekuler yang terbuka dan permeable (dapat ditembusi) sehingga ion- ion dan molekul-molekul pelarut dapat bergerak keluar masuk dengan bebas. Banyak zat, baik alamiah maupun yang buatan, mempunyai sifat-sifat penukar ion, tetapi untuk pekerjaan analisis, yang paling menarik adalah pertukaran organik sintesis.4 Resin penukar ion itu harus berupa partikel yang berukuran kecil supaya memberi permukaan kontak yang luas, namun tidak boleh begitu halus sampai menimbulkan laju aliran yang sangat lambat. Kebanyakan pekerja analisis bahan- bahan 50-100 mesh atau 100-200 mesh akan memadai. Hal ini berarti diameter manic resin harus kurang dari sepersepuluh diameter kolom. Resin dengan rangkaian silang yang sedang atau tinggi jarang menunjukkan perubahan volume lebih lanjut dan apabila terkena perubahan kekuatan ionic yang egitu besar maka akan terjadi perubahan-perubahan volume yang berarti.5 4J. Basset,dkk, Buku Ajar Vogel Kimia Analisis KuantitatifAnorganik (Jakarta: EGC), h. 192. 5J. Basset,dkk, Buku Ajar Vogel Kimia Analisis KuantitatifAnorganik,h.105. 3
• 4.
  4 syarat-syarat dasar bagisuatu resin yang berguna adalah:6 a. Resin itu harus cukup terangkai silang sehingga kelarutannya dapat diabaikan. b. Resin harus cukup hidrofilik untuk memungkinkan difusi ion-ion melalui strukturnya dengan laju yang terukur (finite) dan berguna. c. Resin harus menggunakan cukup banyak gugus penukar ion yang dapat dicapai dan harus stabil kimiawi. d. Resin yang sedang mengembang harus lebih besar rapatannya daripada air. Karakteristik fasa gerak dalam kromatografi pada penukaran ion seperti yang diperlukan oleh jenis kromatografi lain. Fasa gerak harus melarutkan cuplikan, mempunyai kekuatan pelarut yang memberikan waktu retensi yang cocok, berinteraksi dengan solut sehingga memberikan harga selektivitas yang tepat. Fasa gerak dalam kromatografi penukaran ion adalah larutan dalam air yang dapat mengandung sedikit metanol atau pelarut organik lain yang bercampur dengan air. Pelarut ini juga mengandung senyawa-senyawa ionis dalam bentuk buffer. Kekuatan pelarut dan selektifitas ditentukan oleh jenis dan konsentrasi bahan-bahan tambahan ini. Ion-ion dari fasa gerak saling bersaing dengan ion analit untuk memperebutkan tempat paling penukar ion. Fasa diam dalam kromatografi penukar ion dapat berupa penukar ion asam sulfonat untuk kation atau penukar amin untuk anion.7 Prinsip dasar pemisahan dengan kromatografi kolom penukar ion adalah perbedaan kecepatan migrasi ionion di dalam kolom penukar ion. Apabila resin di masukkan ke dalam air, maka air akan terserap resin dan resin akan menggelembung, sedangkan gugus asamnya larut. Besarnya penggelembungan resin ditentukan oleh derajad ikatan silangnya, yaitu banyaknya % berat 6J. Basset,dkk, Buku Ajar Vogel Kimia Analisis KuantitatifAnorganik,h.195. 7Sumar Hendayana, Kimia Pemisahan Metode Kromatografi dan Elektroforesis Modern (Bandung: PT Remja Rosdakarya, 2010), h. 105-106.
• 5.
  5 divinilbenzen dalam resin.Semakin besar derajat ikatan silangnya akan semakin kuat ikatan resin dan semakin kecil penggelembungannya. Resin yang dimasukkan dalam air akan terionisasi menurut persamaan : Resin–SO3H Resin – SO3 - + H+ Ion H+ dalam gugus sulfonat dapat diganti oleh kation yang lain (Ce dan Nd). Reaksi pertukaran kation ini akan sangat tergantung pada afinitas kation terhadap gugus fungsi sulfonat. Afinitas atau kekuatan ikatan suatu kation pada gugus sulfonat akan sangat tergantung pada muatan kation dan jari-jari ion.8 Proses pertukaran ion dikerjakan dengan cara pembebanan ion-ion pada kolom penukar ion. Kemudian ionion yang terikat dalam resin dialiri dengan eluen yang mampu memberi kondisi keseimbangan yang berbeda-beda terhadap masing-masing ion yang terserap dalam resin. Keseimbangan yang berbeda ini mengakibatkan kecepatan migrasi ion dalam kolom resin tidak sama.9 Penukaran ion yang bernilai dalam analisis memilih beberapa keasaman sifat yaitu hamper tidak larut dalam air dalam pelarut organic dan mengandung ion-ion aktif atau ion-ion lawan yang akan bertukar secara reversibel dengan ion- ion lain dalam larutan yang mengelilinya tanpa disertai perubahan-perubahan fisika yang berarti dalam perubahan tersebut, penukaran ion ini bersifat kompleks dan sesungguhnya adalah sederhana. Polimer ini membawa sebuah muatan listrik yang tepat dinetralkan oleh muatan-muatan pada ion-ion lawannya (ion akttif). Ion-ion aktif ini berupa kation-kation dalam suatu penukar kation dan berupa anion-anion dalam suatu penukar anion sehingga suatu penukar kation terdiri 8Dwi Biyantoro, dkk, Pemisahan Ce dan Nd Menggunakan Resin Dowex 50w-x8 melalui proses Pertukaran ion,Vol. IX, No. 1 ( Januari 2006), h. 29-30. 9Dwi Biyantoro, dkk, Pemisahan Ce dan Nd Menggunakan Resin Dowex 50w-x8 melalui proses Pertukaran ion,h. 30.
• 6.
  6 suatu anion polimerikdan kation-kation aktif. Sementara suatu penukar anion adalah suatu kation polimerik dengan anion-anion aktif.10 Berbagai teori telah mengemukakan untuk mekanisme pertukaran yang dikelompokkan menjadi tiga yaitu pertukaran kisi Kristal, lapisan rangkap dan membran donnan. Teori kisi Kristal, Pauling dan Bragg menggambarkan suatu analogi antara resin penukar ion dan zat padat ionik. Apabila ditempatkan dalam medium dengan tetapan dielektrikum tinggi seperti air, gaya tarik menarik bersih yang mengikat ion pada kristal berkurang sampai pada suatu keadaan pertukaran ion ini dengan ion yang lain dalam larutan menjadi sedemikian mudah. Pertukaran demikian tergantung pada besarnya gaya yang mengikat ion pada kristal, konsentrasi ion-ion yang bertukaran, ukuran kedua ion, kelonggaran ion-ion kisi dan efek kelarutan. Teori lapisan rangkap, Gouy dan Stern menggambarkan lapisan rangkap terdiri atas lapisan dalam yang tetap serta lapisan muatan luar yang mudah bergerak dan menghambur. Lapisan-lapisan muatan berasal dari ion- ion yang terabsorpsi dan ion-ion tersebut berbeda dengan ion-ion yang terdapat pada lapisan bagian dalam. Lapisan ion ini berpengaruh terhadap sifat elektronika system koloid. Teori membran donnan berhubungan dengan distribusi tidak serasi ion-ion pada kedua sisi membran. Satu sisi mengandung elektrolit yang ion- ionnya tidak dapat menembus melalui membran.11 Asam arisulfonat merupakan asam kuat. Sehingga gugus-gugus ini terionisasi pada saat air menembus manic-manik resin: R __ SO3H  R __ SO3 -H+ Hal ini bertolak belakang dengan elektrolit biasa, anion terikat secara permanen pada matriks polimernya, anion ini tidak bisa bermigrasi melalui fasa berair di 10J. Basset,dkk, Buku Ajar Vogel Kimia Analisis KuantitatifAnorganik,h.192. 11Khopkar, Konsep Dasar Kimia Analitik,h. 117-119.
• 7.
  7 dalam pori-pori resindan tidak bias melepaskan diri dan bergerak keluar menuju larutan terluar.12 Penukar ion memiliki keuntungan dan kerugian, yaitu:13 a. Keuntungannya antara lain: 1. Mudah dioperasikan. 2. Harga faktor dekontaminasinya cukup tinggi bila dibandingkan cara kimia biasa. 3. Dibandingkan dengan proses ekstraksi pelarut, pertukaran ion lebih efisien. 4. Bila resin mengalami kejenuhan sementara dapat diregenerasi, yaitu pengusiran kembali ion-ion dalam gugus nmgsional dcngan aSc1m basa yang lebih kuat. 5. pemungutan radionuklida lebih selektif dan kuantitatif. b. Kerugiannya antara lain: 1. Harga mahal. 2. Harga peralatan mahal. Hal ini dapat diimbangi karena resin penukar ion dapat diregenerasi sehingga dapat dipakai beberapa kali. 3. Stabilitas terhadap sultu terbatas Operasi pertukaran ion pada umumnya dilakukan pada suhu kamar. tadi dengan fotometri nyala atau spektroskopi absorpsi atom.14 12Day dan Underwood, Analisis Kimia Kuantitatif,h. 531. 13Supardi dan Busron Masduki, Pengolahan Limbah Radioaktif Uranium Cair dengan Resin PenukarIon Campuran (Maret 1996), h. 309. 14Basset,J, dkk, Buku Ajar Vogel Kimia Analisis KuantitatifAnorganik,h.202.
• 8.
  8 BAB III METODE PERCOBAAN A.Waktu dan Tempat Hari/ Tanggal : Senin/ 28 April 2014 Pukul : 07.30-10.00 WITA Tempat : Laboratotium Kimia Analitik Fakultas Sains dan Teknologi UIN Alauddin Makassar. B. Alat dan Bahan 1. Alat Alat yang digunakan pada percobaan ini yaitu oven, buret basa 25 mL, kolom resin, pipet volume 25 mL, enlenmeyer 250 mL, gelas kimia 250 mL dan 500 mL, cawan penguap, corong, batang pengaduk, spatula, bulp, pipet tetes dan botol semprot. 2. Bahan Bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu aluminium foil, aquades (H2O), indikator fenoftalein (C20H1404) 0,05%, natrium hidroksida (NaOH) 0,1 N, natrium sulfat (Na2SO4) 0,25 M, resin dan tissue. C. Prosedur Kerja 1. Menimbang 3,0004 gram resin penukar ion dengan menggunakan cawan penguap dan ditutup dengan aluminium foil kemudian merendamnya selama 1 malam untuk mengaktifkan resin. 2. Mengeringkan resin penukar kation menggunakan cawan penguap ke dalam oven selama 2 hari dengan temperatur 35oC. 3. Menyiapkan kolom resin penukar ion ukuran + 15 cm x 1,0 cm. 8
• 9.
  9 4. Menuangkan kedalam kolom resin tersebut dengan aquades hingga setengah dari bagian kolom. 5. Menimbang 0,5 gram resin kering dalam kaca arloji dan memasukkannya ke dalam kolom. 6. Menambahkan dengan air suling untuk melindungi resin dengan permukaan air 1 cm di atas permulaan resin. 7. Menambahkan 125 mL 0,25 M Na2SO4 melalui corong di atas kolom dengan kecepatan penetesan 2mL/ menit. 8. Menampung efluen dalam Erlenmeyer 250 mL. 9. Menitrasi efluen dengan larutan standar 0,1 M NaOH dengan indikator fenoftalein sampai berwarna merah muda. 10. Menghitung kapasitas resin penukar kation dalam miliekivalen/gram.
• 10.
  10 BAB IV HASIL DANPEMBAHASAN A. Hasil Pengamatan Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan maka dapat diamati sebagai berikut: No. Zat yang Bereaksi Hasil Pengamatan Gambar 1. Ditimbang 0,5 gram, diaktifkan dengan penambahan aquades (H2O) dan didiamkan selama 1 hari Resin berwarna kuning muda 2. Resin kation dimasukkan ke dalam kolom, ditambah aquades (H2O) dan larutan Na2SO4 0,25 M dan ditampung efluen Larutan tidak berwarna (bening) 3. Efluen ditambah indicator PP Larutan tidak berwarna bening 4. Dititrasi dengan larutan NaOH 0,1 M dari warna bening menjadi warna merah muda Larutan merah muda 10
• 11.
  11 B. Reaksi 2R-H+ +Na2SO4 2R-Na+ + H2SO4 C. Analisis Data Diketahui: Volume NaOH : 2,30 mL Konsentrasi NaOH : 0,1 N Berat Resin : 3,0004 gram Ditanyakan: C….? Penyelesaian: C = a.v w C = 0,1 N x 2,3 mL 3,0004 gr C = 100mol mL x 2,3 mL 3,0004vgr 𝐶 = 76.65 𝑚𝑜𝑙/𝑔𝑟 D. Hasil Pembahasan Resin penukar kation adalah sebagai suatu polimer berbobot molekul tinggi, yang terangkai-silang yang mengandung gugus-gugus sulfonat, karboksilat, fenolat, dan sebagainya sebagai suatu bagian integral dari resin itu serta sejumlah kation yang ekuivalen. Percobaan ini menggunakan resin penukar kation yang sebelumnya ditimbang sebanyak 3,0004 gram resin penukar kation dan merendamnya selama satu malam untuk mengaktifkan resin dan mengeringkannya di oven pada suhu 35oC. hal ini dilakukan agar struktur molekuler resin menjadi terbuka dan
• 12.
  12 permeable sehingga ion-iondan molekul-molekul pelarut dapat bergerak keluar masuk dengan bebas. Resin kemudian dimasukkan dalam kolom resin dan dibasahi menggunakan aquades agar lebih mudah bereaksi dengan larutan yang akan ditambahkan, yaitu larutan Na2SO4 0,25 M sebanyak 125 mL. Aquades dijaga tetap berada 1 cm di atas resin, karena pada perlakuan ini aquades berfungsi sebagai wadah untuk bereaksinya resin dengan larutan Na2SO4. Penambahan larutan Na2SO4 dilakukan dengan cara meneteskannya sedikit demi sedikit menggunakan corong, dengan tujuan agar pertukaran ion H+ dan Na+ berlangsung lebih teratur dan lebih banyak. Hal ini dikarenakan resin yang digunakan mengandung H+ dan juga bahan lainnya, dan ion H+ pada resin yang akan bertukar dengan Na+ membutuhkan waktu untuk lepas dari ikatannya dengan ion lain di dalam resin. Maka penambahan Na2SO4 dilakukan secara lambat, agar Na+ dapat bertukar dengan ion H+ dengan tepat. Pada perlakuan ini, resin penukar kation yang digunakan adalah resin yang mengandung gugus H+ yaitu yang bersifat basa kuat. Ion H+ ini nantinya akan ditukarkan dengan ion Na+ dari Na2SO4, sehingga efluen yang terbentuk adalah efluen H2SO4. Ion H+ dan Na+ dapat bertukar karena adanya perbedaan keelektronegatifan di mana atom H dan Na berada pada golongan yang sama, sebagaimana diketahui dari atas ke bawah sifat keelektronegatifannya semakin kecil. Atom H berada pada periode 1 sedangkan Na berada pada periode 3, jadi H+ lebih elektronegatif daripada Na+, sehingga H+ lebih stabil berikatan dengan SO4 2- daripada Na+. Selain itu, H juga unsur nonlogam sehingga lebih mudah untuk membentuk kation kovalen. Dengan demikian proses pertukaran kation dapat berlangsung. Efluen yang diperoleh dititrasi dengan larutan NaOH 0,1 N dengan menggunakan indikator fenolftalein (PP). Titran NaOH digunakan untuk
• 13.
  13 mendeteksi adanya H2SO4pada efluen, di mana NaOH akan bereaksi dengan H2SO4 membentuk garam dan air sesuai dengan prinsip kerja titrasinya, yaitu titrasi asam-basa. Indikator yang digunakan adalah indikator PP, karena reaksi antara NaOH dan H2SO4 akan menghasilkan garam basa sehingga diperlukan indikator yang akan menghasilkan perubahan warna pada suasana basa. Dengan trayek pH 8,3-10, indikator PP merupakan indikator yang sesuai untuk perlakuan ini. Titik akhir titrasi tercapai ketika terjadi perubahan warna larutan menjadi merah muda. Setelah titik akhir titrasi tercapai, volume titran NaOH yang diperoleh adalah 0,25 mL, sehingga kapasitas resinnya adalah sebesar 76.65 mol/gr. Kapasitas resin penukar ion berguna untuk memperkirakan banyaknya resin yang dibutuhkan untuk suatu penetapan atau suatu pemisahan. Hal ini berarti resin penukar kation yang dibutuhkan untuk pemisahan ini adalah sebanyak 76.65 mol/gr resin.
• 14.
  14 BAB V PENUTUP A. Kesimpulan Kesimpulanpada percobaan ini adalah pada resin penukar kation, kation yang ditukarkan adalah Na+ dari Na2SO4 yang bertukar dengan kation H+ dari resin kation, menghasilkan H2SO4. Setelah dititrasi dengan NaOH kembali menghasilkan Na2SO4 dan H2O kapasitas resin penukar kation dalam percobaan ini adalah 76.65 mol/gr resin. B. Saran Saran untuk percobaan ini yaitu sebaiknya dalam percobaan menggunakan indikator timoftalein yang memiliki trayek pH 9,3-10,5 untuk membandingkan dengan indikator fenoftalein (C20H1404) yang memiliki trayek pH 8,3-10,0. 14
• 15.
  15 DAFTAR PUSTAKA Basset, dkk.Buku Ajar Vogel Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik. Jakarta: EGC. 1994. Biyantoro, Dwi, dkk. Pemisahan Ce dan Nd Menggunakan Resin Dowex 50w-x8 melalui proses Pertukaran ion, Vol. IX, No. 1 (Januari 2006). h. 29-35. Day dan Underwood. Analisis Kimia Kuantitatif, Jakarta: Erlangga. 2002. Hendayana, Sumar. Kimia Pemisahan. Bandung: PT Remaja Rosdakarya. 2010. Khopkar, Konsep Dasar Kimia Analitik, Jakarta: UI Press. 2010 Supardi, Busron Masduki. Pengolahan Limbah Radioaktif Uranium Cair dengan Resin Penukar Ion Campuran. (Maret 1996). h. 308-312. 15
• 16.
  16 LEMBAR PENGESAHAN Laporan LengkapPraktikum Dasar–dasar Pemisahan Kimia dengan Judul “Kromatografi Kolom (Resin Penukar Ion)” disusun oleh Nama : Riskayanti Nim : 60500112028 Kelompok : IV III (Tiga) telah diperiksa oleh Asisten/ Koordinator Asisten dan dinyatakan diterima sebagai laporan lengkap. Samata, Mei 2014 Koordinator Asisten Asisten Siti Hardiyanti R. L Faujiah Nim: 60500110027 Nim: 60500111016 Mengetahui, Dosen penanggung Jawab Dra. Sitti Chadijah, M.Si Nip. 19680216 199903 2 001