Pernah dengar istipah kristalisasi? Istilah ini seringkali disebutkan bersama dengan beberapa istilah lain seperti sublimasi dan destilasi. Setiap istilah mewakili suatu proses penting yang berhubungan dengan berbagai zat. Proses pengkristalan adalah salah satu proses yang wajib dipahami.
Materi mengenai proses pengkristalan ini diajarkan di berbagai sekolah. Biasanya, materi ini dikupas lebih dalam di mata pelajaran kimia. Halaman ini memuat berbagai keterangan penting yang erat kaitannya dengan proses pengkristalan.
Pengertian Kristalisasi
Proses pengkristalan merupakan suatu proses yang terjadi dengan bantuan teknik pemisahan kimia. Pemisahan dilakukan antara bahan cair dan padat. Dalam proses ini, terjadi mass transfer atau perpindahan massa. Tujuan pemisahan ini adalah untuk memurnikan zat yang ada.
Zat cair bisa dimurnikan dengan menggunakan proses destilasi. Jika zat yang akan dipisahkan dan dimurnikan berupa zat padat, maka akan digunakan metode pengkristalan. Tapi kalau zat padat yang akan dimurnikan mempunyai sifat mudah menguap, metode yang digunakan adalah sublimasi.
Zat padat yang tercampur dengan cairan akan larut dan mencapai titik jenuh ketika zat tersebut tidak bisa larut lagi. Saat zat pelarutnya menguap, zat yang terlarut akan tertinggal dan keluar dari larutan. Zat tersebut akan terakumulasi di bawah permukaan larutan dan membentuk kristal.
4 Jenis Kristalisasi
Proses pemisahan zat padat dari zat cair bisa dilakukan dengan empat metode pengkristalan. Empat metode tersebut akan melibatkan dua tahapan pengkristalan. Tahapan pengkristalan ini akan dibahas lebih lanjut di bawah. Sekarang, perhatikan 4 jenis proses pengkristalan berikut ini.
1. Penguapan
Pengkristalan dengan metode penguapan biasanya dilakukan saat zat yang akan dipisah mempunyai ketahanan tinggi terhadap suhu panas. Metode ini tidak bisa dilakukan di sembarang zat. Hanya beberapa zat pada yang boleh dipisahkan dari zat cair dengan metode penguapan.
Zat pada yang akan dipisahkan dengan metode penguapan harus mempunyai titik beku yang lebih tinggi dibandingkan dengan titik didih zat cair atau zat pelarutnya. Dengan begitu, saat pelarutnya menguap dan lenyap, zat padat tidak akan ikut menghilang.
2. Pendinginan
Proses pemisahan zat yang kedua dilaksanakan dengan mendinginkan zat pelarut. Ketika suhu zat pelarut mengalami penurunan, komponen zat dengan titik beku yang lebih tinggi bisa membeku sebelum zat lainnya. Zat yang titik bekunya lebih rendah akan tetap berbentuk larutan.
Kemudian kedua zat tersebut bisa segera dipisahkan dengan menggunakan metode penyaringan. Zat lainnya akan ikut turun sebagai filtrat bersama dengan pelarut. Tapi zat padat akan terangkat sebagai residu di penyaringan.
3. Kombinasi
Metode pemisahan lain yang bisa digunakan merupakan gabungan dari metode penguapan serta pendinginan. Pertama, larutan panas jenuh akan dialirkan ke suatu ruangan yang sudah divakum. Pelarut akan menguap sebagian dan panas penguapan pun akan diambil dari larutan tersebut.
Kemudian larutan pun akan menjadi dingin serta melewati jenuh. Cara memisahkan zat padat dari zat pelarut yang satu ini juga sering disebut dengan istilah kristalisasi vakum.
4. Penambahan zat
Penambahan zat atau bahan lainnya pada campuran yang akan dipisahkan termasuk suatu metode atau jenis pengkristalan yang sering dilakukan. Pemisahan jenis ini biasanya menggunakan zat tambahan seperti garam untuk memisahkan bahan yang bersifat organik.
Garam bisa larut dengan lebih baik dibandingkan dengan berbagai zat padat yang mengalami pendinginan. Desakan pun akan terjadi dan zat padat bisa mulai membentuk kristal. Cara pemisahan ini biasanya dilakukan hanya pada zat padat yang sifatnya organik.
Syarat Terjadinya Kristalisasi
Pemisahan dengan pembentukan kristal hanya bisa terjadi jika memenuhi tiga syarat. Apabila proses pemisahan hanya mengalami satu atau dua syarat saja, biasanya pemisahan tidak akan terjadi dan zat padat tidak bisa dimurnikan dari zat pelarutnya. Tiga syarat pemisahan dengan pengkristalan adalah:
1. Larutan jenuh
Larutan jenuh berarti suatu larutan mengandung zat terlarut dalam jumlah berlebihan di suhu tertentu. Dengan demikian, kelebihan yang ada akan membuat zat tidak larut lagi. Jenuh sendiri berarti terjadinya keseimbangan pada zat pelarut. Atau ketika larutan tidak bisa melarutkan zat terlarut lagi.
Ini berarti konsentrasi sudah mencapai batas maksimal jika zat padat mengalami pendinginan pada larutan jenuhnya secara perlahan-lahan. Sebagian dari zat terlarut tersebut akan membentuk kristal sehingga larutan lewat jenuh atau super jenuh bisa diperoleh.
2. Larutan bersifat homogen
Syarat lain terjadinya pemisahan dengan metode pembentukan kristal adalah larutan wajib bersifat homogen. Artinya, semua partikel yang berukuran sangat kecil bisa tersebar secara merata meskipun didiamkan untuk waktu yang sangat lama.
3. Terdapat perubahan suhu
Perubahan suhu secara drastis, baik peningkatan suhu maupun penurunan suhu, harus terjadi selama proses pemisahan dengan menggunakan metode pembentukan kristal. Jenis perubahan suhu yang digunakan sangat bergantung pada bentuk kristal yang diharapkan setelah pemisahan terjadi.
2 Mekanisme Kristalisasi
Ada 2 mekanisme pembentukan kristal, yaitu nukleasi serta pertumbuhan kristal. Yang mendorong terjadinya dua mekanisme tersebut adalah supersaturasi atau kelewatjenuhan larutan. Pertumbuhan kristal maupun nukleasi tidak akan terjadi jika larutan tidak jenuh atau hanya sekedar jenuh saja.
1. Nukleasi
Mekanisme yang satu ini terjadi akibat bergabungnya beberapa molekul solut yang kemudian membentuk cluster sehingga akan terjadi pembentukan kristal. Pada larutan yang lewat jenuh, solut akan didifusikan ke cluster untuk memastikan pertumbuhan terjadi dengan lebih stabil.
Kalau ukuran kristal menjadi lebih besar, kelarutannya akan menjadi lebih kecil. Demikian juga sebaliknya. Kalau ukuran kristalnya menjadi lebih kecil, kelarutannya akan menjadi lebih besar. Jadi jika kristal yang ukurannya lebih besar terbentuk, kristal bisa mengalami pertumbuhan.
Tapi kalau kristal yang terbentuk berukuran lebih kecil, maka kristal tersebut akan Kembali terlarut lagi. Mekanisme ini akan gagal jika terjadi di daerah stabil dengan larutan tidak jenuh. Di daerah metastabil dengan larutan lewat jenuh, kristal bisa mengalami pertumbuhan tanpa nukleasi spontan.
Di daerah labil, akan terjadi nukleasi spontan. Supersaturasi atau kelewat jenuh bisa tercapai dengan cara mengurangi zat pelarut.
2. Pertumbuhan kristal
Mekanisme kedua ini akan terjadi setelah nukleasi selesai. Pada tahap nukleasi, inti kristal akan terbentuk dan akan bertabrakan dengan benda lain, misalnya dinding tangka atau pengaduk. Inti kristal juga bisa mengalami tabrakan dengan kristal yang lainnya.
Dengan terjadinya proses tabrakan tersebut, proses pembentukan kristal bisa terjadi dengan lebih cepat. Caranya adalah dengan mengaduk atau bisa juga dengan menambahkan bibit kristal.
4 Tahapan Proses Kristalisasi
Ada empat jenis pembentukan kristal yang dibedakan berdasarkan proses yang dialami sepanjang pemisahan berlangsung. Keempat jenis pembentukan kristal adalah presipitasi, pembentukan kristal lelehan, sublimasi, serta pembentukan kristal larutan.
1. Presipitasi
Merupakan proses pembentukan kristal yang lebih cepat dengan cara membentuk senyawa tidak larut yang berfungsi sebagai produk reaksi kimia. Produk ini tidak sama seperti produk pembentukan kristal biasa yang larut lagi dengan mudah jika temperature atau konsentrasi dikembalikan seperti semula.
Presipitat sebagai produk presipitasi tidak akan larut lagi ke dalam pelarut. Ciri lain yang menandakan proses ini adalah pelaksanaannya yang dilakukan di kondisi supersaturasi tinggi. Hasilnya adalah nukleasi cepat yang kemudian membentuk kristal primer kecil dalam jumlah banyak.
Seperti halnya kristalisasi lainnya, proses presipitasi ini membutuhkan tiga tahapan dasar agar pembentukan kristal bisa terjadi. Tiga tahapan itu adalah supersaturasi yang diikuti dengan nukleasi serta pertumbuhan kristal.
2. Pembentukan kristal lelehan
Kata lelehan memaksudkan cairan yang berdekatan dengan titik beku. Pada penerapan industri, kata lelehan ini mencakup campuran zat cair dengan berbagai komponen. Istilah Bahasa Inggris untuk proses ini adalah melt crystallization.
Istilah ini seringkali digunakan untuk proses pendinginan yang terkendali dengan tujuan memisahkan satu atau beberapa komponen murni yang ada dalam campuran dengan beberapa komponen. Proses pembentukan kristal yang satu ini tidak menggunakan pelarut.
Pembentukan kristal lelehan ini telah dimanfaatkan dalam skala besar. Misalnya untuk memisahkan kloronitrobenzena, cresol, nitrotoluene, xylenol, asam lemak, asam akrilat, diklorobenzena, serta senyawa organik lainnya. Proses ini menggunakan granulasi dan prilling dalam pembentukan kristal.
3. Sublimasi
Proses pembentukan kristal juga bisa dilakukan dari supersaturated vapor atau uap lewat jenuh. Istilah untuk proses pembentukan kristal yang satu ini adalah sublimasi. Sebenarnya istilah sublimasi hanya mengacu pada terjadinya perubahan fase dari padat menjadi uap dan tidak melibatkan fase cair.
Dalam dunia industri, istilah sublimasi juga dimanfaatkan untuk proses pembentukan kristal dari padat menjadi uap dan menjadi padat lagi. Meskipun sebenarnya tahap yang kedua dari uap menjadi padat dikenal dengan sebutan desublimasi.
Setidaknya ada beberapa senyawa organik yang bisa dipisahkan serta dimurnikan dengan menggunakan proses yang satu ini. Senyawa organik tersebut antara lain naphthalene, thymol, camphor, anthraquinone, anthracene, dan aminophenol.
4. Kristalisasi larutan
Larutan adalah suatu campuran yang sifatnya homogen dan biasanya terdiri dari setidaknya dua senyawa atau lebih. Larutan mengandung dua komponen yaitu pelarut atau solven dan zat terlarut atau solute.
Proses pembentukan kristal larutan adalah proses yang sering digunakan dalam proses pembuatan berbagai produk senyawa organik atau anorganik. Biasanya, proses ini digunakan dalam pembuatan sodium glutamat, gula pasir, fero sulfat, tawas, garam dapur, dan asam sitrat.
Tidak seperti proses pembentukan kristal lelehan, proses pembentukan kristal larutan ini menggunakan membutuhkan bantuan zat pelarut. Itulah hal yang membedakan kedua proses pembentukan kristal ini.
Berbagai Alat Pembentukan Kristal
Ada tiga jenis alat yang digunakan dalam proses pembentukan kristal dan pemisahan zat. Ketiga jenis alat tersebut dikelompokkan berdasarkan prinsip kerjanya. Di bawah ini adalah beberapa contoh alat yang digunakan dalam proses pembentukan kristal.
1. Alat untuk proses pendinginan
Contoh alat yang dipakai untuk proses pemisahan zat dengan menggunakan metode pendinginan antara lain tangki berpengaduk dan tidak berpengaduk. Selain itu ada juga trough crystallizer, rotary crystallizer, cooling disc crystallizer, oslo-krystal cooling crystallizer, dan scraped-surface crystallizer.
2. Alat untuk proses penguapan
Jika metode yang dipilih untuk memisahkan zat dan membentuk kristal adalah penguapan, maka ada beberapa metode yang bisa dipilih. Salah satunya adalah dengan memanfaatkan cahaya matahari. Atau bisa juga dengan cara evaporasi menggunakan pemanas steam atau dengan sirkulasi paksa.
3. Alat untuk proses vakum
Proses ini dilakukan dengan menggunakan tekanan dibawah atmosfer agar pelarut bisa diuapkan tanpa harus menggunakan penguapan atau pemanasan.
Berbagai metode dan peralatan yang tepat dibutuhkan agar proses kristalisasi bisa tercapai. Hasilnya, zat yang tadinya terlarut bisa dipisahkan kembali setelah membentuk kristal dan menjadi benda padat.
Baca Juga :