Proses Kristalisasi pada Material Secara Umum ( Crystallization Process)

Share Embed


Descrição do Produto

TUGAS RESUME FABRIKASI DAN KARAKTERISASI MENGENAI KRISTALISASI PADA MATERIAL SECARA UMUM

I.

Latar Belakang Material mungkin telah lama hadir dalam kehidupan manusia lebih dari yang telah manusia sadari. Transportasi, perumanhan, komunkiasi, rekreasi, dan produksi makanan merupakan gambaran dari bagian kehidupan manusia setiap harinya. Sejarahnya, perkembangan dan pergerakan masyarakat telah membuat masyarakat mempunyai kemampuan untuk memproduksi dan memanipulasi material untuk memenuhi kebutuhan hidupnya. Manusia terdahulu mempunyai akses terhadap jumlah material yang sangat terbatas yang telah tersedia dialam, batu, kayu, cakar, kulit sebagai contohnya. Akan tetapi, dengan perkembangan zaman membuat penemuan-penemuan baru mengenai bagaimana caranya untuk memproduksi material yang mempunyai sifat yang lebih baik daripada yang telah disediakan oleh alam (Callister, 2007). Dalam waktu yang sangat lama, ilmuwan mulai mengerti tentang hubungan antara elemen dasar dari material dan sifat-sifat dari material tersebut. Sehingga, banyak sekali perkembangan yang terjadi dalam bidang yang mengkaji tentang material. Banyak sekali material baru bermunculan dengan berbagai jenis cara untuk membuatnya. Contoh dari jenis material yang sangat gencar dikembangkan adalah material semikonduktor ataupun superkonduktor yang mempunyai keunggulan dibandingkan material pada umumnya. Namun, sebelum jauh melangkah dalam menbahas hal tersebut banyak sekali yang harus diketahui mengenai hal-hal dasar yang menjadi bagian dalam membentuk suatu material. salah satunya adalah mengenai proses kristalisasi pada suatu material. Proses kristalisasi memegang peranan penting dalam terbentuknya suatu material. Karena, proses kristalisasi merupakan salah satu prses dasar dalam terbentuknya suatu material. Oleh karena itu, untuk mempelajari lebih lanjut mengenai apa proses kristalisasi, bagaimana terjadinya proses kritalisasi, bagianbagaian apa saja yang terdapat dalam proses kristalisasi dan bagaimana sudut pandang kristalisasi yang dapat menjadi penting dalam dunia industri saat ini. Maka, dibuatlah sebuah resume mengenai proses kristalisasi yang terjadi pada suatu material secara umum.

II.

Pengertian Kristalisasi

Kristalisasi (dalam bahasa inggris crystallization) dari beberapa sumber yang telah didapat memiliki beberapa pengertian, akan tetapi dengan inti yang saman. Kristalisasi dapat diartikan sebagai suatu teknik yang digunakan dalam kimia untuk memurnikan senyawa dalam bentuk padatan. Kristalisasi dilakukan berdasarkan pada prinsip kelarutan, yakni suatu senyawa akan cenderung lebih cepat larut di dalam cairan panas apabila dibandingkan senyawa tersebut berada dalam cairan dingin. Ketika senyawa berada pada kondisi panas serta keadaannya jenuh kemudian dibiarkan untuk mendingin, maka zat terlarut tidak akan lagi larut dalam pelarut dan akan membentuk kristal dengan senyawa murni (Anonim, 2015) (Anonim. 2015. Crystallization .http://orgchem.colorado.edu/Technique/Procedures/Crystallization/Crystalliz ation.html. Universitas Colorado : Amerika Serikat, diakses pada 23 Mei 2015 pukul 19.00 WIB) Selain itu, kristalisasi juga dapat diartikan sebagai proses alamiah dalam pembentukan awal padatan kristal dari larutan, lelehan, atau keadaan jarang deposisi secara langsung dari gas. Kristalisasi juga merupakan teknik pemisahan cairan dan padatan, yangmana perpindahan masa dari suatu zat berbentuk terlarut dari cairan larutan menjadi fase kristal padat murni. (Anonim, 2015) (en.wikipedia.org/wiki/Crystallization, diakses 23 Mei 2015 pada pukul 19.15 WIB). Kristalisasi merupakan menjadi salah satu proses yang dipelajari dalam bidang ilmu alam dan juga mempunyai penerapan yang penting. Karena, sifat dari berbagai macam bentuk padat dan material bergantung terhadap struktur kristal mereka masing-masing, ukuran kristal dan tekstur timbal balik mereka. Kristalisasi merupakan teknik pemisahan dasar, merupakan salah satu proses penyusunan diri yang paling sederhana untuk membuat orde dari skala atomik hingga skala makroskopik (Coelfen, H and Antonietti, M , 2008). (Coelfen, H and Antonietti, M .2008. Mesocrystals and Nonclassical Crystallization. United Kingdom (UK) : John Wiley and Sons. Ltd) Secara umum, kristalisasi dapat diartikan pula sebagai permulaan dari kristal dari larutan yang sangat jenuh. Kuantitas dari energi kinetok dari kristalisasi dan penggunaan untuk tujuan pembentukannya dipelajari dalam bidang tekik kimia. Metode untuk memperoleh kinetik kristalisasi dan metode untuk pengaplikasiannya dari kinetik kristalisasi telah dikembangkan untuk berbagai macam proses dalam dunia industri. Tipe mekanisme dari kristalisasi adalah menyususn nukleasi dan pertumbuhan kristal yang besar dengan

penyususan reguler dari sebuah larutan mono molekuler yang didifusikan kedalam permukaan kristal (McKetta, John J, 2003) (McKetta, John J . 2003. Unit Opertion Handbook Volume 1 Mass Transfer. New York : Marcel Dekker)

III.

Proses Kristalisasi Dalam proses kristalisasi, terdiri atas dua buah kejadian besar, yakni adalah nukleasi (nucleation) dan pertumbuhan kristal (crystal growth). Kristal dibuat pada saat nuklei dibentuk dan kemudian ditumbuhkan. Proses kinetik dari nukelasi dan pertumbuhan kristal membutuhkan keadaan yang sangat jenuh, yang secara umum dapat diperoleh dengan mengubah suhu, menghilangkan pelarut, atau dengan menambahkan agen penenggelam (drowning-out agent) atau pendamping reaksi. Sistem kemudian menempatkan diri untuk mendapatkan kesetimbangan termodinamik melalui nukleasi dan pertumbuhan dari nuklei. Jika suatu larutan mengandung partikel padatan dari luar daripada kristal dari tipenya sendiri, maka nuklei dapat terbentuk hanya dengan nukleasi homogen (homogeneus nucleation). Apabila, terdapat keberadaan partikel dari luar, nukleasi difasilitasi dan proses dikenal sebagai nukleasi heterogen (heterogeneous nucleation). Kedua jenis nukleasi mengambil tempat dalam kehadiran kristal dari larutan itu sendiri dan secara kolektif dikenal sebagai nukleasi primer (primary nucleation). Ini didapatkan ketika keadaan spesifik yang sangat jenuh, dikenal sebagai super saturasi metastabil CMET, didapatkan dalam sistem. Akan tetapi, semi komersil dan kristalizer dalam industri, telah diamati bahwa terdapat nuklei bahkan pada saat super saturasi rendah (C < CMET) ketika laurtan dari kristalnya sendiri ada. Gambar 1 menunjukkan jenis dari nukleasi. (A Mersmann, 2001)

Gambar 1. Jenis Nukleasi

Gambar 2. Grafik hubungan Super saturasi metastabil dengan suhu pada beberapa proses nukleasi Pada gambar 2 mengilustrasikan bagaimana supersaturasi pada beberapa proses nukleasi apabia dibuat grafik terhadap perubahan suhu. Dari grafik diatas dapat diperoleh keterangan mengenai nukleasi primer dan nukleasi sekunder. Sementara itu, crystal growth, merupakan pertumbuhan selanjutnya dari inti yang berhasil mencapai ukuran cluster dari kristal. Nukleasi dan pertumbuhan kristal akan terus menerus terjadi secara bersamaan saat keadaan jenuh masih terjadi. Saturasi atau kejenuhan merupakan gaya dorong dari proses kristalisasi, maka laju nukleasi dan pertumbuhan diberikan gaya oleh kejenuhan yang ada didalam larutan. Bergantung pada kondisi yang ada, baik nukleasi dan pertumbuhan kristal mungkin dominan terhadap yang lainnya, dan hasilnya diperoleh kristal dengan bentuk dan ukuran yang berbeda-beda. Ketika keadaan saturasi habis, maka sistem pada zat padat dan cairan telah mencapai kesetimbangan dan proses kristalisasi telah selesai, kecuali kondisi yang kesetimbangannya telah dimodifikasi sehingga larutan punya saturasi atau tingkat kejenuhan yang tinggi. Banyak senyawa memiliki kemampuan untuk mengkristal dengan struktur kristal yang berbeda. (Anonim, 2015) Pada proses kristalisasi, untuk mengkristalkan suatu yang murni, senyawa padat, tambahkan suatu pelarut panas untuk benar-benar melarutkan padatan tersebut. Labu, kemudian diisi dengan larutan panas, dimana molekul zat terlarut baik senywa dan pengotor yang diinginkan bergerak bebas diantara molekulmolekul pelarut panas tadi. Pada saat larutan mengalami pendinginan, pelaarut tidak dapat lagi menahan semua molekul zat terlarut, dan mereka mulai meninggalkan larutan dan membentuk suatu kristal padat. Selama proses pendinginan, setiap molekyl zat terlarut pada saat mengalami penumbuhan kristal akan diam pada permukaan kristal. Apabila geometri molekul sesuai dengan

kristal, maka akan lebih mungkin tetap berada dalam kristal daripada kembali kedalam larutan. Oleh karena itu, masing-masing kristal hanya terdiri dari satu jenis molekul, zat terlarut. Setelah larutan telah berada pada suhu kamar, larutan tersebut dengan hati-hati diletakkan dalam baskom es untuk menyelesaikan proses kristalisasinya. Larutan yang telah dingin kemudian disaring untuk mengisolasi kristal murni dan kristal tersebut dibilas dengan pelarut dingin. Pada gambar 4 berikut ini akan diperlihatkan bagaimana bila proses kristalisasi dilakukan secara lambat

Gambar 4. Diagaram proses kristalisasi apabila dilakukan secara lambat Pada gambar 4, terdapat 6 buah bagian diagram dari 1 hingga 6. Batang merah pada bagian kanan diagaram menunjukkan termometer untuk mengukur suhu pada proses kristalisasi yang dilakukan, segitiga kuning merupakan suatu zat kotoran didalam larutan panas yang dilambangkan dengan heksagonal oranye. Dapat dilihat bahwa larutan mengalami pendinginan secara lambat, kotoran dapat menarik heksagonal oranye untuk menumbuhkan kisi kristal, akan tetapi kotoran segera meninggalkan kisi tersebut dengan senyawa yang memilik bentuk geometri yang lebih cocok untuk menggantikan tempat kotoran tadi. Pada saat penumbuhan, bentuk heksagonal lebih tepat dalam proses pengembangan kristal, dan pada akhirnya terbentuklah kristal murni yang tersusun atas bentuk heksagonal oranye. Sementara, pada gambar 5 menunjukkan bagaimana proses kristalisasi dilakukan larutan mendingin denga sangat cepat.

Gambar 5. Diagram proses kristalisasi apabila dilakukan pendinginan secara cepat Pad gambar 5 ditunjukkan dengan 4 buah fase dari kristalisasi yang dilakukan dengan melakukan pendinginan dengan sangat cepat. Kotoran dengan lambang segitiga kuning terjebak didalam kristal yang dibentuk oleh heksagonal oranye, kemudian, kristal tersebut mengisolasi kotoran. Pengkirstalan lambat memberikan kristal yang lebih besar dibandingkan kristalisasi secara cepat. Kristal yang kecil mempunyai permukaan yang lebar terhadap rasio volume dan kotoran berlokasi pada permukaan kristal sebagaimana kotoran tersebut terjebak dalam matriks (Anonim, 2015).

IV.

Kristalisasi Dipandang dari Proses Termodinamika

Proses Kristalisasi tidak akan pernah lepas dari peran suatu proses termodinamika yang terjadi didalamnya, dalam kasus ini dapat digunakan persamaan termodinamika mengenai energi bebas gibbs untuk mengetahui hubungan antara proses termodinamika dengan proses kristalisasi. Persamaan energi beba gibbs dapat dituliskan sebagai : ... (i) Dari persamaan i, dapat dilihat bahwa energi bebas Gibbs (G) dipengaruhi oleh faktor perubahan entalpi (H), suhu (T), serta perubahan entropi (S). Secara singkat, G dapat mempunyai nilai 3 kemungkinan nilai, yakni :  Pada saat nilai G > 0, maka akan terjadi reaksi tidak spontan  Pada saat nilai G < 0, maka akan terjadi reaksi spontan  Pada saat nilai G = 0, maka akan terjadi keseimbangan Maka dalam kristalisasi, ketika suatu kristal akan dibentuk dari fase cair menjadi fase padatan, maka akan terjadi reaksi termodinamika sebagai berikut : (

)

V.

DAFTAR PUSTAKA Anonim.2015.Crystallization.http://orgchem.colorado.edu/Technique/P rocedures/Crystallization/Crystallization.html. Universitas Colorado : Amerika Serikat, diakses pada 23 Mei 2015 pukul 19.00 WIB Anonim, 2015. Crystallization en.wikipedia.org/wiki/Crystallization, diakses 23 Mei 2015 pada pukul 19.15 WIB A Mersmann. 2001 Crystallization Technology Handbook CRC; 2nd Callister. 2007. An Introduction of Material Science and Engineering 7 Edition. New York : John Wiley and Sons .Ltd Coelfen, H and Antonietti, M .2008. Mesocrystals and Nonclassical Crystallization. United Kingdom (UK) : John Wiley and Sons. Ltd) McKetta, John J . 2003. Unit Opertion Handbook Volume 1 Mass Transfer. New York : Marcel Dekker)

Lihat lebih banyak...

Comentários

Copyright © 2017 DADOSPDF Inc.