TUGAS KULIAH

Penentuan Kapasitas Pertukaran dari Suatu Penukar Kation Abstrak—Penentuan Kapasitas Pertukaran dari Suatu Penukar Kation. Resin adalah senyawa hidrokarbon terpolimerisasi hingga  tingkat yang tinggi yang mengandung ikatan-ikatan hubung silang (cross-linking) serta gugusan yang mengandung ion-ion yang dapat dipertukarkan. Resin penukar ion adalah suatu senyawa organik berstruktur tiga dimensi dengan ikatan silang dan mempunyai gugus-gugus fungsi yang dapat terionisasi. Pertukaran ion terdiri dari dua metode yaitu metode kolom dan metode batch. Resin penukar ion akan jenuh sehingga perlu adanya regenerasi. Resin mencapai titik jenuh yang menunjukkan kapasitas pertukaran ion tersebut sudah mencapai batasan maksimal. Kapasitas pertukaran dari suatu penukar kation dilakukan regenerasi pada awalnya yang menunujukkan adanya pengikatan resin dengan H+. dan metode yang digunakan pada regenerasi adalah metode kolom. Kemudian dilakukan penukar hidroge untuk ion-ion natrium menunujukkan adanya NaOH sisa yang tidak mengalami pertukaran ion dan dapat dihitung kapasitas pertukarannya sebesar 17,38 mmol/gram dan percobaan ini dilakukan dengan metode batch. I. PENDAHULUAN RESIN ini telah dimanfaatkan dalam berbagai bidang ilmu kimia, salah satu contohnya adalah ion-ion yang terkadung dalam air dapat dihilangkan secara maksimal dan efektif dengan resin penukar ion. Selain itu prinsip penukaran ion ini juga banyak digunakan dalam ruah tangga dan industri                 Resin adalah senyawa hidrokarbon terpolimerisasi hingga  tingkat yang tinggi yang mengandung ikatan-ikatan hubung silang (cross-linking) serta gugusan yang mengandung ion-ion yang dapat dipertukarkan. Resin penukar ion terdapat dua macam yaitu resin penukar kation dan resin penukar anion. Resin penukar kation kation mempunyai ion hidrogen yangdapat diganti oleh logam(Jeffery,1983).                 Resin penukaran ion  mempunyai kapasitas yang terbatas untuk meyimpan ion dalam larutannya ang disebut kapasitas penukaran. Kapasias penukaran akan menunjukkan kualitas ion lawan dimana suatu penukar ion dapat menerima substansi secara ekivalen per gram penukar(sumijanto,2008).                 Percobaan penentuan kaasitas penukaran dari suatu penukar kation ini bertujuan untuk menentuka kapasitas pertukaran dari suatu penukar kation. Prinsip yang digunakan adalah penukar kation,asam basa. II.     DASAR TEORI A.     Resin Resin adalah senyawa hidrokarbon terpolimerisasi hingga  tingkat yang tinggi yang mengandung ikatan-ikatan hubung silang (cross-linking) serta gugusan yang mengandung ion-ion yang dapat dipertukarkan. Resin dapat digunakan dalam suatu analisis jika resin itu harus cukup terangkai silang, sehingga keterlarutan yang dapat diabaikan, resin itu cukup hidrofilik untuk memungkinkan difusi ion-ion melalui strukturnya dengan laju yang terukur dan berguna. Selain itu, resin juga harus menggunakan cukup banyak gugus penukar ion yang dapat dicapai dan harus stabil kimiawi dan resin yang sedang mengembang, harus lebih besar rapatannya daripada air (Jeffery,1983).             Resin penukar ion terbagi menjadi dua berdasarkan  gugus fungsionalnya yaitu resin penukar kation dan resin penukar anion. Resin penukar kation, mengandung kation yang dapat dipertukarkan. sedang resin penukar anion, mengandung anion yang dapat yang dapat dipertukarkan(Erlina,2011) B.     Resin Penukar Ion Resin penukar ion adalah suatu senyawa organik berstruktur tiga dimensi dengan ikatan silang dan mempunyai gugus-gugus fungsi yang dapat terionisasi. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa resin penukar ion terdiri dari fase organik padat yang tidak larut dalam air yang padanya terikat ion-ion bermuatan. Ion-ion ini yang dapat dipertukarkan dengan ion-ion yang lain (Imamkhasani, 2006). Resin penukar ion terbagi menjadi dua berdasarkan  gugus fungsionalnya yaitu resin penukar kation dan resin penukar anion. Resin penukar kation, mengandung kation yang dapat dipertukarkan. sedang resin penukar anion, mengandung anion yang dapat yang dapat dipertukarkan (Sumijanto,2008). Resin penukar kation adalah resin yang dapat mempertukarkan ion-ion positif, resin ini memiliki ggus fungsi asam. Resin penukar anion adalah resin yang dapat mempertukarkan ion-ion negatif dan resin ini memiliki gugus fungsi basa seperti amina. Resin penukar ion dapat digolongkan atas bentuk gugus fungsi asam kuat, asam lemah, basa kuat, dan basa lemah(khopkar,1990). Contoh reaksi penukar kation MgSO4 + 2 H-Resin → H2SO4 + Mg-Resin Cotoh reaksi penukar anion H2SO4 + 2 OH-Resin → 2H2O + SO4-Resin C.     Regenerasi Regenerasi adalah proses pengaktifan kembali gugus fungsional resin penukar ion yang berfungsi untuk mengikat ion-ion pengotor yang berada dalam air. Resin dapat diregenerasi kebentuk semula karena reaksinya berjalan reversibel (Erlina,2011). Resin penukaran ion mempunyai kapasitas yang terbatas untuk menyimpan ion dalam larutannya yang disebut kapasitas penukaran. Kapasitas penukaran menunjukkan kualitas ion lawan dimana suatu penukar ion dapat menerima substansi secara ekivalen per gram penukar. Kapasitas penukar ion juga menunjukkan kuantitas total dari gugus yang mampu bertukaran dari suatu penukar(Sumijanto,2008) I.     SKEMA KERJA A.  Alat dan Bahan                 - Biuret 50 mL                                                 -  Corong                 - Labu                                                              - Gelas ukur 100 mL                 - Pipet Volume                                                 - Erlemenyer 250 mL                 - Penukar Ion                                                   - Phenolphtalein                 - Asam Nitrat 65%                                           - Aquadest                 - Asam Sulfat 0,05M                 - NaOH standar 0,1M B. Pembuatan Larutan Asam Nitrat Diambil asam nitrat jenuh (65%) 71,5 mL kemudian diencerkan dengan aquadest hingga volume totalnya 1000 mL. C. Pembuatan larutan Asam Sulfat                 Diambil asam sulfat 3,575 mL kemudian diencerkan dengan aquades hingga volume total 1000 mL. D. Regenerasi Penukar Diambil dan ditimbang 5 gram resin. Diletakkan dalam filter sirkuler yang ditempatkan pada corong gelas. Selanjutnya 10 mL HNO3 1 mol/L diteteskan perlahan sehingga resin enukar tertutu asam. Selanjutnya dicuci hingga netral pada pH 5-6 dan kemudian resin dikeringkan diantara dua laisan kertas saring. Regenerasi dibutuhkan waktu sekitar 30-45 menit. E. Penukar Hidrogen untuk ion-ion Natrium Resin (m: 2,5059 gram) dimasukkan ke dalam 100 mL NaOH yang terdapa NaCl (m: 2,5181 gram) diaduk dan di diamkan selama 1 jam. Kemudian disaring dan 50 mL filtrat dititrasi dengan H2SO4 0,1 mol/L dengan indikator phenolphtalein hingga warna berubah dari merah/ink menjadi tidak berwarna. Dilakukan 2x untuk titrasi.   VI.     PEMBAHASAN Percobaan berjudul penentuan kapasitas pertukaran dari suatu penukar kation ini telah dilakukan yang bertujuan untuk menentukan kapasitas pertukaran dari suatu penukar kation. Prinsip yang digunakan adalah penukar kation,asam basa. Resin adalah senyawa hidrokarbon terpolimerisasi hingga  tingkat yang tinggi yang mengandung ikatan-ikatan hubung silang (cross-linking) serta gugusan yang mengandung ion-ion yang dapat dipertukarkan. Pada percobaan ini dilakukan beberapa tahapan. A. Pembuatan Asam Nitrat                                 Asam nitrat jenuh diencerkan pada 1000mL yang nantinya larutan ini berfungsi sebagai regeneran resin dimana regeneran adalah bahan kimia yang digunakan untuk meregenerasi resin penukar ion. Dari perlakuan ini didapatkan larutan asam nitrat bening tak berwarna dan berbau asam. B. Pembuatan Larutan Asam Sulfat                                 Asam sulfat ini berupa cairan bening tak berwarna dan berbau asam. Asam sulfat ini diencerkan pada 1000mL yang nantinya larutan asam sulfat ini akan digunakan sebagai penitran untuk mengetahui berapa ion Na+ yang tidak bertukar dengan resin pada analat. Setelah dilakukan pengenceran didapatkan larutan asam sulfat yang tidak pekat kosentrasinya untuk sebagai penitran nantinya. C. Regenerasi Penukar                                 Resin yang digunakan berupa serbuk/butiran kecil berwarna emas. Resin ditimbang dan diperoleh masa sebesar 5,0042 gram. Resin tersebut diletakkan diatas filter sirkuler yang sudah ditempat pada corong  gelas, dimana filter sirkuler ini berfungsi agar resin tidak ikut larut dalam larutan asam nitrat dan hanya mengalami pertukaran ion saja. Ditambahkan asam nitrat 10mL tetes demi tetes pada resin, penambahan asam nitrat ini bertujuan untuk meregenerasi resin. Penambahan asam nitrat ini mengakibatkan resin menjadi bersuasana asam hal ini dikarenakan resin tertutup oleh asam nitrat dimana resin mengikat ion H+ dari HNO3, adanya pengikatan ion H+ ini mengakibatkan resin dapat dipertukarkan dengan kation dari larutan senyawa lain. Dilakukan tetes demi tetes karena bila langsung dituang asam nitrat dalam resin ditakutkan resin akan larut dan resin tidak mengalami pertukaran ion secara maksimal. Selanjutnya resin dicuci dengan aquades hingga pH 5-6, pencucian ini bertujuan untuk menetralkan pH resin dimana penetralan ini befungsi untuk menghilangkan keasaman resin serta mengalirkan ion H+ sisa yang tidak mengalami pengikatan dengan resin karena sudah mencapai kapasitas maksimum. Lalu resin dikeringkan selama 45 menit tujuan dari pengeringan ini agar resin lebih terikat kuat dengan ion H+. Resin dalam percobaan ini diregenerasi terlebih dahulu sebelum digunakan karena resin yang kita gunakan adalah resin yang kita tidak ketahui apakah resn tersebut telah digunakan atau belum sehingga perlu diregenrasi agar nantinya bisa mengikat H+ secara maksimal. Reaksi yang terjadi R + HNO3 → R-H + NO3-                                 Dalam percobaan regenerasi penukar ion ini digunakan metode kolom. Metode kolom pada resin penukar ion adalah salah satu cara penukaran ion yang dilakukan dalam sebuah kolom. Kolom yang digunakan biasanya seperti corong, buret dan sebagainya. Metode ini dilakukan dengan cara penetesan sedikit demi sedikit. Metode kolom ini memiliki kekurangan dan kelebihan. Kekurangan dari metode kolom ini adalah tidak meratanya resin yang akan mengalami pertukaran ion (pertukaran ionnya tidak secara maksimal) hal ini dikarenakan tidak meratanya keseluruh resin saat dilakukan penetesan dimana luasan permukaan resin tidak dapat terdistribusi secara merata secara keseluruhan pada larutan. Kelebihan dari metode kolom ini adalah mudah mengetahui resin tersebut sudah mencapai kapasitas penukaran secara maksimal atau belum yang ditandai dengan perubahan pH serta waktu yang dibutuhkan lebih sedikit. D. Penukar Hidrogen untuk Ion-Ion Natrium                                 Resin yang telah regenerasi, diambil dan ditimbang dengan masa sebesar 0,505 gram. Resin tersebut dicampurkan kedalam larutan NaOH yang bercampur dengan NaCl. NaCl berfungsi untuk mengubah kesetimbangan berjalan kekanan akibat adanya ion senama dan untuk menambah molekul Na+ agar dapat berikatan dengan resin penukar kation. Reaksi yang terjadi : R-H + NaOH → R-Na + H2O + NaOHsisa Kemudian didiamkan selama satu jam yang bertujuan agar ion Na+  dapat bertukar sesuai kapasitas resin ketika resin sudah mencapai jenuh. Ketika resin sudah jenuh maka kapsitas pertukaran ion sudah mencapai maksimal dan resin sudah tidak bisa bertukar ion lagi dengan senyawa lain.                                  Pada percobaan pertukaran hidrogen untuk ion-ion natrium ini menggunakan metode batch. Metode batch adalah salah satu cara penukar ion yang dilakukan dengan cara pecampuran langsung resin dengan larutan dalam suatu wadah. Metode batch dalam penukar ion memiliki kekurangan dan kelebihan. Kekurangan dari metode batch ini adalah tidak diketahuinya resin yang direndam telah mencapai kapasitas penukar secara maksimal atau belum dan waktu yang dibutuhkan lama. Kelebihan dari metode batch adalah resin akan mengalami pertukaran ion secara maksimal karena resin langsung terjadi kontak langsung dengan larutan dalam satu wadah dimana luasan permukaan resin dapat terdistribusi secara merata.                                 Selanjutnya Resin yang telah didiamkan disaring. Fungsi dari penyaringan ini agar diperoleh resin dan filtrat yang mengandung air dan ion Na+ sisa yang tidak mengalami pertukaran dengan resin. Filtrat yang didapatkan dibagi menjadi dua dan diletakkan dalam erlemeyer yang berbeda. Kedua filtrat ditambahkan indikator. Pada percobaan ini digunakan indikator phenolphtalein karena indikator ini dapat bereaksi dengan larutan yang bersifat basa sehingga nantinya larutan menghasilkan larutan berwarna (merah muda). Pada umumnya fungsi sebuah indikator adalah untuk mengetahui titik ekivalen dan titik akhir titrasi pada proses titrasi. Lalu dititrasi dengan H2SO4 kedua filtrat yang bertujuan untuk mengetahui ion Na+ sisa yang tidak mengalami pertukaran dengan resin. Diperoleh volume titrasi 1 sebesar 12,6 mL dan volume titrasi 2 sebesar 1,8 mL. Reaksi yang terjadi NaOHsisa + H2SO4 → Na2SO4 + H2O                 Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi dalam pertukaran ion yaitu konsentrasi larutan kapasitas pertukaran ion, struktur dan diameter partikel resin dan kecepatan difusi resin. Konsentrasi berpengaruh pada pH yang akan dihasilkan dimana semakin besar konsentrasi dari larutan maka semakin besar pH yang diperoleh dan semakin banyak ion H+ yang mengalami pertukaran bila pada suasana asam. Dapat diketahui kapasitas pertukaran ionnya dengan persamaan K=(mol awal-mol akhir)/masa  Sehingga diperoleh nilai kapasitas penukar yang dimiliki suatu penukar kation sebesar 17,38 mmol/gram V.     KESIMPULAN Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan terdapat dua metode dalam penukaran ion yaitu metode kolom dan metode batch. Diperoleh nilai kapasitas enukar ion sebesar 7,38 mmol/gram. PUSTAKA [1]     Erlina, (2011) ,“Verifikasi konsentrasi regenerasi pada proses regenerasi resin penukar ion sistem air bebas miner,”    Pusat reaktor serba Guna Batan: Banten ISSN 1978-1076. [2]     Jeffery, (1989),"Vogels textbook of quantitative chemical analysis", Longman sciencitif technical; Newyork. [3] Khopkar, S. M., (1990), "Konsep Dasar KimiaAnalitik", Penerbit Universitas Indonesia;Jakarta [4]     Sumijanto, (2008) " Alternatif pengendalian kenaikan kandungan silikon dalam air pendingin reaktor kartini", Pusat teknologi reaktor dan keselamatan nuklir Batan:Banten.        Belmont, CA: Wadsworth (1993) 123–135 DOWNLOAD FILE bisa klik dibawah disini kauand ^_^  [URL=http://www.4shared.com/office/XguPOqMA/PERC_7_PAPER_fix.html]PERC 7 PAPER fix.doc[/URL]