Column Chromatography

  1. Objective

The aim of this experiment is to separate two substances using column chromatography. As an example, methylene blue and methyl orange will be separated using an alumina packed column. The separated substances will then be analyzed spectrophotometrically using a visible spectrophotometer.

  1. Principle and Theory

Chromatography is a technique in which compounds to be separated are distributed between a mobile phase and a stationary phase. In such a system, different distributions based on selective adsorption give rise to separation. There are different types of chromatography, such as paper, thin layer, or column chromatography, each with its own strengths and weaknesses.

Column chromatography is one of the most useful methods for the separation and purification of both solids and liquids when carrying out small-scale experiments. The separation can be liquid/solid (adsorption) or liquid/liquid (partition) in column chromatography. The stationary phase, a solid adsorbent, is usually placed in a vertical glass column and the mobile  phase, is added from the top and let flow down through the column by either gravity or external pressure (Figure 1).

cc-1

Figure 1. Column chromatography involves a mobile phase flowing over a stationary phase.

Column chromatography is advantageous over most other chromatographic techniques because it can be used in both analytical and preparative applications. It can be used to determine the number of components of a mixture and as well as the separation and purification of those components.

Column chromatography isolates desired compounds from a mixture in such a way that the mixture is applied from the top of the column.  The columns are usually glass or plastic with sinter frits to hold the packing. The liquid solvent (eluent) is passed through the column by gravity or by the application of air pressure. The eluent, instead of rising by capillary action up a thin layer, flows down through the column filled with the adsorbent. Equilibrium is established between the solute adsorbed on the adsorbent and the eluting solvent flowing down through the column. Stationary phases are almost always adsorbents. Adsorbent is a substance that causes passing molecules or ions to adhere to the surface of its particles. The mobile phase is a solvent that flows past the stationary phase, dissolving the molecules of the compounds to be separated some of the time.

Because the different components in the mixture have different interactions with the stationary and mobile phases, they will be carried along with the mobile phase to varying degrees and a separation will be achieved. The individual components, or elutants, are collected as solvent drips from the bottom of the column.

Many compounds are not visible to the eye when dissolved in a solvent or adsorbed on a adsorbent. Visualization processes make these substances visible. The used techniques for this purpose include UV lights that cause fluorescence or phosphorescence and chemical reactions that give colored compounds.

2.1. Adsorbent

Silica gel (SiO2) and alumina (Al2O3) are two adsorbents commonly used by organic chemists for column chromatography. These adsorbents are sold in different mesh sizes, indicated by a number on the bottle label: “silica gel 60” or “silica gel 230-400” are a couple of examples. This number refers to the mesh of the sieve used to size the silica, specifically, the number of holes in the mesh or sieve through which the crude silica particle mixture is passed in the manufacturing process. If there are more holes per unit area, those holes are smaller, thus only smaller silica particles are allowed to pass the sieve. The larger the mesh size, the smaller the adsorbent particles are.

Adsorbent particle size affects the way the solvent flows through the column. Smaller particles (higher mesh values) are used for flash chromatography; larger particles (lower mesh values) are used for gravity chromatography.

Alumina is quite sensitive to the amount of water which is bound to it; the higher its water content, the less polar sites it has to bind organic compounds, and thus the less “sticky” it is. This stickiness or activity is designated as I, II, or III with I being the most active. Alumina comes in three forms: acidic, neutral, and basic. The neutral form of activity II or III, 150 mesh, is most commonly employed.

2.2. Solvent

The polarity of the solvent, which is passed through the column, affects the relative rates at which compounds move through the column. Polar solvents can more effectively compete with the polar molecules of a mixture for the polar sites on the adsorbent surface and will also better solve the polar constituents. Consequently, a highly polar solvent will move even the highly polar molecules rapidly through the column. If a solvent is too polar, movement becomes too rapid, and little or no separation of the components of a mixture will result. On the other hand, if a solvent is not polar enough, no compounds will elute from the column. Proper choice of an eluting solvent is thus crucial for a successful application of column chromatography as a separation technique since compounds interact with the silica or alumina largely due to polar interactions.

2.3. Elution Chromatography

Elution involves transporting a species through a column by continuous addition of fresh mobile phase. Single portion of sample contained in the mobile phase is introduced from the top of the column whereupon the components of that sample distribute themselves between two phases. Introduction of additional mobile phase (the eluent) forces the solvent containing a part of the sample down the column where further partition between the mobile phase and fresh portions of the stationary phase occurs (time t1). Simultaneously, partitioning between the fresh solvent and the stationary phase takes place at the site of the original sample. Continued additions of solvent carry solute molecules move down the column in a continuous series of transfers between the mobile and the stationary phases. Because the movement of the sample can occur in the mobile phase, however, the average rate at which a solute zone migrates down the column depends upon the fraction of time it spends in that phase. This fraction is small for solutes that are strongly retained by the stationary phase and it is large where retention in the mobile phase is more likely. Ideally the resulting differences in rates cause the components in the mixture to separate into bands, or zones located along the length of the column (t2). Isolation of the separated species is then accomplished by passing a sufficient quantity of mobile phase through the column to cause the individual zones to pass out the end, where they can be detected or collected ( times t3 and t4) (Figure 2).

2.3.1. Chromatograms

If a detector that responds to the presence of analyte (dye) is placed at the end of the column and its signal is plotted as a function of time (volume of added mobile phase), a series of peaks is obtained. Such a plot, called a chromatogram, is useful for both qualitative and quantitative analysis.

2.3.2. Migration Rates of Solutes

2.3.2.1. The Partition Coefficient

An analyte is in equilibrium between the two phases;

cc-3

where the equilibrium constant K is called the partition coefficient.

CS: molar concentration of analyte in stationary phase

CM: molar concentration of analyte in mobile phase

cc-2

figure 2. Diagram showing the separation of a mixture of components A and B by column chromatography

2.3.2.2. Retention Time

The time it takes after sample injection for the analyte peak to reach the detector is called

cc-4

REFERENCES

Paul C. 2002. “The Essence of Chromatography,” Elsevier. (e-book, http://www.sciencedirect.com/science/book/9780444501981)

Skoog D. A. and Leary J. J. 1991. “ Principles of Instrumental Analysis”, 4th Edition, Saunders Collage Publishing.

Preparing your own thin layer chromatography plates (and then using them)

tlc-buatan

Image Notes

1.These were made with lab grade silica gel, on glass slides, with plaster of paris as the binder

2.  These were made with silica gel from dessicator packets, prepared in the same way as above but with less suspension to work with (hence the gaps near the edge)

step 1: Gather the materials

First off you need some basic supplies:

  1. an oven, generally comes with houses
  2. a weigh scale, nothing too fancy should be accurate to one tenth of a gram, e.g This digital scale from Amazon an old plastic bottle you don’t care about, not too large (I used a 150mL one)
  3. a pan, for resting the plates on and for putting in the oven.
  4. a mortar and pestle, larger ones are easier to work with than smaller ones
  5. a syringe, 10cc minimum, plastic works fine, I got mine from Home Depot
  6. glass slides, you can also use sheets of tin or plastic, basically anything stiff that won’t interact with water

Then you need your “chemicals” for preparing the slides:

  1.  Anhydrous Calcium Sulfate, a.k.a. Plaster of Paris, I liberated mine from an artsy friend
  2. Water, from the tap, or distilled if impurities are an issue
  3. Silica Gel – This is the desiccant in those little packets you find in medicine bottles and assorted what-nots.

 Note: Silica Gel is hygroscopic, and its fine particles can be harmful if inhaled. It is not a bad idea to wear gloves and a mask while grinding this stuff.

step 2: Weigh out and mix the silica gel and plaster of paris

The plaster of paris is the binder and is present only to keep the silica from sloughing off the glass slides. I have found 10-20% (by weight) plaster of paris in the final mix works well.

For this project, weigh out:

  •  1.0g plaster of paris
  • 4.0g silica gel (ground)

Combine these in the mortar and pestle and grind together very well. The mixture should be very homogeneous and the finer the particles the better the separation.

step 3: Suspend the powder in water

Transfer the powder into an old plastic bottle that you will never want to use for anything else again (especially if you let the plaster set before cleaning it out and are as lazy as I).

Add 10mL water (or a water to powder ratio of 2:1), the syringe is handy for this.

Cap the bottle and shake violently for one minute, the bottle that is. The goal is to form a slurry of all the solid in water

tlc-buatan-2

step 4: Coat glass slides with suspension

Draw up the newly formed suspension into the syringe.

With the slides cleaned and dried (and free of fingerprints or oils), move the tip of the syringe back and forth width-wise across the slide while applying gentle pressure to the plunger. The motion is sort of like tiling a field. You don’t want to pour or dispense it all at once as the layer will form a hill instead, and will be too thick. By going back and forth slowly you can dispense a reasonably even, thin, layer of suspension across the plate.

The thickness of the layer is important, less than 1mm when dry is preferable so be careful not to overdo it.

tlc-buatan-3

tlc-buatan-4

step 5: Air dry followed by activation

You want to air dry the slides to allow the plaster to set. Just leave the slides in a calm place for about an hour, or until they are white and smooth.

Prior to using, the tlc plates need to be activated. This entails driving off any remaining water that would still be held by the silica gel. This, apparently, frees-up the -OH groups of the silica gel to do your bidding as a stationary phase does.

Activation is done by heating the plates in an oven at 120C for 30-45 minutes. At this stage there really is no harmful chemical residues to worry about and this can be done in a regular household oven (unless the oven caretaker objects of course).

 After they have cooled the plates are ready for use so that you may elute to your heart’s content.

 The advantage of using glass slides is that when you’re done with the plate you can always scrape off the stationary phase, clean it, and re-layer it.

step 6: Some final notes on preparing the plates

These plates can be used like any other, though generally home-made plates have a more brittle stationary phase so be gentle. Tweezers are a good investment, and wield the “science tongs” carefully for with great power comes great responsibility.

I’ve heard that some silica gel desiccant packets contain fungicides and other chemical dopants, they may interfere with the operation of your plates. I have absolutely no advice on how to deal with this besides, perhaps, cleaning the silica powder before hand with a non-polar solvent. I did not have this problem and the plates I made from the desiccant packets worked the same as ones I made from lab grade silica gel (for chromatography, oooh).

Other stationary phases can be used as well, alumina for example. In this case slightly less water can be used, about 1.5:1 ratio instead of 2:1 as alumina does not absorb as much water as silica (and you want to maintain the consistency of the suspension). Cellulose can also be used, though I haven’t experimented with it, I hear that you don’t need to use a binder as cellulose is sticky enough on its own. You can, of course, experiment with your own stationary phases. There is a lot of literature out there, ripe for the googling.

Sources:http://www.instructables.com/id/Preparing-your-own-thin-layer-chromatography-plate/

you can also download homemade-tlc-plates

PEMBUATAN LARUTAN STANDARD

 INDIKATOR ASAM BASA 1

NO LARUTAN STANDARD CARA PEMBUATAN
1 HCl 0,1 N Ukur ± 8,5 cc HCl pekat, encerkan sampai 1 liter
2 NaOH 0,1 N Timbang ± 40 gr NaOH larutkan dalam sampai 1 liter air
3 KOH 0,1 N Timbang 5,6 gr KOH larutkan sampai 1 liter air
4 KMnO4 0,1 N Timbang 3,2 gr kristal KMnO4 larutkan dalam air panas 100 cc, kemudian encerkan dengan air hangat sampai 1 liter, diamkan selama 24 jam (tidak boleh lebih dari 1 minggu)
5 Na2S2O3 0,1 N Timbang ± 25 gr garam Na2S2O3.5H2O, larutkan dalam 1 liter air dan tambahkan ± 0,1 gr Na2CO3 untuk stabilisator
6 I2 0,1 N Timbang 12,7 gr I2 dan larutkan 1 liter air dengan ± 40 gr KI
7 AgNO3 0,1 N Timbang dengan teliti 17 gr AgNO3 kristal dan larutkan dalam 1 liter air
8 KCNS 0,1 N Timbang ± 9,7 gr KCNS dan larutkan dalam 1 liter air
9 NH4CNS 0,1 N Timbang 3,7 gr NH4CNS, larutkan dalam 1 liter air
10 EDTA 0,1 N Timbang 37,23 gr EDTA dan larutkan dalam 1 liter air
11 ZnSO4 0,1 N Timbang 8,05 gr ZnSO4 dan larutkan sampai volume 500 cc
12 Karbonat loog Timbang 4 gr NaOH dan 5,3 gr Na2CO3 larutkan dalam 500 cc air
13 NaOH alkoholis Timbang 4 gr NaOH dan larutkan dalam 500 cc air dan 500 cc alcohol 96%
14 Buffer pH 10 142 ml larutan NH4OH pekat + 17,5 gr NH4Cl, encerkan sampai volume 250 cc

CARA MEMBUAT INDIKATOR

INDIKATOR ASAM BASA
                      INDIKATOR ASAM BASA

 

NO INDIKATOR CARA PEMBUATAN
1 PP Timbang 0,5 gr PP, larutkan dalam 60 cc alcohol 96% dan 40 cc air
2 MO Timbang 0,1 gr MO dan larutkan dalam 60 cc alcohol 96% dan 40 cc air
3 MR Timbang 0,1 gr MR dan larutkan dalam 60 cc alcohol 96% dan 40 cc air
4 K2CrO4 5% Timbang 5 gr K2CrO4 larutkan dalam 95 cc air
5 Garam Fe Timbang 2 gr Fero Amonium Sulfat NH4Fe(SO4)2.2H2O, larutkan dalam 100 cc air + HNO3 pekat
6 EBT Larutkan o,2 gr EBT dalam 15 ml etanol amin dan 5 ml etanol
7 amylum Timbang 5 gr amylum, tambahkan sedikit air dingin dan larutkan dengan 100 cc air mendidih dan tambahkan beberapa mgr HgI2
8 murexid Timbang 0,5 gr murexide, dibuat suspense dengan 100 cc air diambil bagian atasnya
9 Dimetil glioksin 1 gr dimetil glioksin dilarutkan dalam 99 gr alcohol ( bj alcohol 0,8 )
10 Larutan Wiys 15 gr Yod dilarutkan dalam 1 L larutan asam asetat 99% dan alirkan gas Cl2 diperlukan ± 3,6 gr Cl2, simpan dalam botol gelap dan disimpan tidak boleh lebih dari 1 bulan

Spektrofotometri UV-Vis

A. Pengertian Dasar Spektrofotometri UV-Vis

            Spektrofotometri merupakan salah satu metode dalam kimia analisis yang digunakan untuk menentukan komposisi suatu sampel baik secara kuantitatif maupun kualitatif yang didasarkan pada interaksi antara materi dengan cahaya. Peralatan yang digunakan dalam Spectrofotometri disebut spektrofotometer. Cahaya yang dimaksud dapat berupa cahaya visible, UV dan inframerah, sedangkan materi dapat berupa atom dan molekul namun yang lebih berperan adalah elektron valensi.

Sinar atau cahaya yang berasal dari sumber tertentu disebut juga sebagai radiasi elektromagnetik. Radiasi elektromagnetik yang dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah cahaya matahari.

Dalam interaksi materi dengan cahaya atau radiasi elektromagnetik, radiasi elektromagnetik kemungkinan dihamburkan, diabsorbsi atau diemisikan sehingga dikenal adanya spektroskopi hamburan, spektroskopi absorbsi ataupun spektroskopi emisi.

Pengertian spektroskopi dan Spectrofotometri pada dasarnya sama yaitu di dasarkan pada interaksi antara materi dengan radiasi elektromagnetik. Namun pengertian Spectrofotometri lebih spesifik atau pengertiannya lebih sempit karena ditunjukan pada interaksi antara materi dengan cahaya (baik yang dilihat maupun tidak terlihat). Sedangkan pengertian spektroskopi lebih luas misalnya cahaya maupun medan magnet termasuk gelombang elektromagnetik.

Radiasi elektromagnetik memiliki sifat ganda yang disebut sebagai sifat dualistik cahaya yaitu:

  1. Sebagai gelombang
  2. Sebagai partikel-partikel energi yang disebut foton

Karena sifat tersebut maka beberapa parameter perlu diketahui misalnya panjang gelombang, frekuensi dan energi tiap foton. Panjang gelombang (λ) didefinisikan sebagai jarak antara dua puncak.

1Gambar 1 Panjang gelombang

(Sumber: Wiryawan, 2008)

Hubungan dari ketiga parameter di atas dirumuskan oleh Planck yang dikenal dengan persamaan Planck. Hubungan antara panjang gelombang dengan frekuensi dirumuskan sebagai

c = λ . vatau λ = atau v =

Persamaan Planck: hubungan antara energi tiap foton dengan frekuensi

E = h . v

E =

Dimana

E = energi tiap foton

h = tetapan Planck (6,626 x 10-34 J.s)

v = frekuensi sinar

c = kecepatan cahaya (3 x 108 m.s-1)

Dari rumus di atas dapat diketahui bahwa energi dan frekuensi suatu foton akan berbanding terbalik dengan panjang gelombang tetapi energi yang dimiliki suatu foton akan berbanding lurus dengan frekuensinya. Misalnya: energi yang dihasilkan cahaya UV lebih besar dari pada energi yang dihasilkan sinar tampak. Hal ini disebabkan UV memiliki panjang gelombang (λ) yang lebih pendek (100–400 nm) dibanding panjang gelombang yang dimiliki sinar tampak (400–800 nm).

Interaksi antara materi dengan cahaya disini adalah terjadi penyerapan cahaya, baik cahaya UV, Vis maupun IR oleh  materi  sehingga  Spectrofotometri  disebut  juga sebagai spektroskopi absorpsi.

Dari empat jenis Spectrofotometri ini (UV, Vis, UV-Vis dan IR) memiliki prinsip kerja yang sama yaitu adanya interaksi antara materi dengan cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. Perbedaannya terletak pada panjang gelombang yang digunakan.

Secara sederhana Instrumen Spectrofotometri yang disebut spektrofotometer terdiri dari:

sumber cahaya – monokromator – sel sampel – detektor – read out (pembaca)

2Gambar 2 Instrumen Spectrofotometri

(sumber: Wiryawan, 2008)

Fungsi masing-masing bagian:

  1. Sumber sinar polikromatis berfungsi sebagai sumber sinar polikromatis dengan berbagai macam rentang panjang gelombang. Untuk sepktrofotometer.
  2. UV menggunakan lampu deuterium atau disebut juga heavi hidrogen
  3. VIS menggunakan lampu tungsten yang sering disebut lampu wolfram
  4. UV-VIS menggunan photodiode yang telah dilengkapi monokromator
  5. Monokromator berfungsi sebagai penyeleksi panjang gelombang yaitu mengubah cahaya yang berasal dari sumber sinar polikromatis menjadi cahaya monokromatis. Jenis monokromator yang saat ini banyak digunakan adalah gratting atau lensa prisma dan filter optik.

Jika digunakan grating maka cahaya akan dirubah menjadi spektrum cahaya. Sedangkan filter optik berupa lensa berwarna sehingga cahaya yang diteruskan sesuai dengan warna lensa yang dikenai cahaya. Ada banyak lensa warna dalam satu alat yang digunakan sesuai dengan jenis pemeriksaan.

Pada gambar 2 disebut sebagai pendispersi atau penyebar cahaya. Dengan adanya pendispersi hanya satu jenis cahaya atau cahaya dengan panjang gelombang tunggal yang mengenai sel sampel. Pada gambar 2 hanya cahaya hijau yang melewati pintu keluar. Proses dispersi atau penyebaran cahaya seperti yang tertera pada gambar 3.

3Gambar 3 Proses dispersi

           (sumber: Wiryawan, 2008)

 Fungsi masing-masing bagian:

  1. Sel sampel berfungsi sebagai tempat meletakan sampel.

UV, VIS dan UV-VIS menggunakan kuvet sebagai tempat sampel. Kuvet biasanya terbuat dari kuarsa atau gelas, namun kuvet dari kuarsa yang terbuat dari silika memiliki kualitas yang lebih baik. Hal ini disebabkan yang terbuat dari kaca dan plastik dapat menyerap UV sehingga penggunaannya hanya pada spektrofotometer sinar tampak (VIS). Kuvet biasanya berbentuk persegi panjang dengan lebar 1 cm.

  1. Detektor berfungsi menangkap cahaya yang diteruskan dari sampel dan mengubahnya menjadi arus listrik. Syarat-syarat sebuah detektor:
  • Kepekaan yang tinggi
  • Perbandingan isyarat atau signal dengan bising tinggi
  • Respon konstan pada berbagai panjang gelombang
  • Waktu respon cepat dan signal minimum tanpa radiasi
  • Signal listrik yang dihasilkan harus sebanding dengan tenaga radiasi.
  1. Read out merupakan suatu sistem baca yang menangkap besarnya isyarat listrik yang berasal dari detektor.
  1. Proses Absorbsi Cahaya pada Spectrofotometri

Ketika cahaya dengan panjang berbagai panjang gelombang (cahaya polikromatis) mengenai suatu zat, maka cahaya dengan panjang gelombang tertentu saja yang akan diserap. Di dalam suatu molekul yang memegang peranan penting adalah elektron valensi dari setiap atom yang ada hingga terbentuk suatu materi. Elektron-elektron yang dimiliki oleh suatu molekul dapat berpindah (eksitasi), berputar (rotasi) dan bergetar (vibrasi) jika dikenai suatu energi.

Jika zat menyerap cahaya tampak dan UV maka akan terjadi perpindahan elektron dari keadaan dasar menuju ke keadaan tereksitasi. Perpindahan elektron ini disebut transisi elektronik. Apabila cahaya yang diserap adalah cahaya inframerah maka elektron yang ada dalam atom atau elektron ikatan pada suatu molekul dapat hanya akan bergetar (vibrasi). Sedangkan gerakan berputar elektron terjadi pada energi yang lebih rendah lagi misalnya pada gelombang radio.

Atas dasar inilah Spectrofotometri dirancang untuk mengukur konsentrasi suatu zat yang ada dalam suatu sampel. Dimana zat yang ada dalam sel sampel disinari dengan cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. Ketika cahaya mengenai sampel sebagian akan diserap, sebagian akan dihamburkan dan sebagian lagi akan diteruskan.

Pada Spectrofotometri, cahaya datang atau cahaya masuk atau cahaya yang mengenai permukaan zat dan cahaya setelah melewati zat tidak dapat diukur, yang dapat diukur adalah It/I0 atau I0/I(perbandingan cahaya datang dengan cahaya setelah melewati materi (sampel)). Proses penyerapan cahaya oleh suatu zat dapat digambarkan sebagai berikut.

STANDARISASI LARUTAN BAKU

Analisis Titrimetri

Analisis adalah pemeriksaan atau penentuan sesuatu bahan dengan teliti. Analisis ini dapat dibagi menjadi 2 bagian yaitu analisis kuantitatif dan analisis kulitatif. Analisis kulitatif adalah pemeriksaan sesuatu berdasarkan komposisi atau kualitas, sedangkan analisisi kuantitatif adalah pemeriksaan berdasarkan jumlahnya atau kuantitinya . Pada saat ini yang dibahas hanyalah analisis kuantitatif. Salah satu cara analisis kuntitatif adalah titirimetri, yaitu analisis penentuan konsentrasi dengan mengukur volume larutan yang akan ditentukan konsentrasinya dengan volume larutan yang telah diketahui konsentrasinya dengan teliti atau analisis yang berdasarkan pada reaksi kimia. Reaksi pada penentuan ini harus berlangsung secara kuantitatif.

Jenis reaksi yang terjadi pada titrimetri ini dapat dibagi menjadi 2 bagian yaitu :

1. reaksi yang tidak mengalami perubahan bilangan oksidasi atau reaksi yang tidak terjadi transfer/perpindahan elektron;

2. reaksi yang mengalami perubahan bilangan oksidasi atau reaksi yang terjadi transfer/ perpindahan elektron.

Pada saat ini yang akan dipelajari adalah reaksi yang tidak mengalami perubahan bilangan oksidasi, karena dasar yang dipelajari baru sampai tahap ini. Reaksi yang tidak mengalami perubahan bilangan oksidasi meliputi (1)reaksi penetralan(asam-basa), reaksi pembentukan endapan, reaksi pembentukan kompleks. Untuk kegiatan ini reaksi yang dibahas hanyalah reaksi asam-basa karena dasar-dasar mengenai teori ini sudah diperoleh yaitu teori asam-basa, sifat-sifat unsur golongan IA(1), IIA(2), IVA(16), IIVA(17), larutan, dan konsentrasi larutan. Reaksi asam basa adalah reaksi yang terjadi antara larutan asam dengan larutan basa, hasil reaksi ini dapat bersifat netral disebut juga reaksi penetralan, asam, dan basa tergantung pada larutan yang direaksikan. Larutan yang direaksikan ini salah satunya disebut larutan baku.

Larutan Baku Primer dan Sekunder

Larutan baku adalah larutan yang konsentrasinya sudah diketahui dengan pasti. Larutan baku biasanya ditempatkan pada alat yang namanya buret, yang sekaligus berfungsi sebagai alat ukur volume larutan baku. Larutan yang akan ditentukan konsentrasinya atau kadarnya, diukur volumenya dengan menggunakan pipet seukuran/ gondok(pipet volumetri) dan ditempatkan di Erlenmeyer. Larutan baku ini ada 2 jenis yaitu larutan baku primer dan larutan baku sekunder. Mengapa larutan baku ada 2 jenis? Apa perbedaan antara larutan baku primer dan sekunder ini? Zat seperti apakah yang dapat digolongkan sebagai larutan baku primer dan sekunder.

Larutan baku dapat dibuat dengan cara penimbangan zatnya lalu dilarutkan dalam sejumlah pelarut(air). Larutan baku ini sangat bergantung pada jenis zat yang ditimbangnya/dibuat. Larutan yang dibuat dari zat yang memenuhi syarat-syarat tertentu disebut larutan baku primer. Syarat agar suatu zat menjadi zat baku primer adalah:

1. memiliki tingkat kemurnian yang tinggi;
2. kering, tidak terpengaruh oleh udara/lingkungan(zat tersebut stabil);
3. mudah larut dalam air;

4. mempunyai massa ekivalen yang tinggi.

Larutan baku primer biasanya dibuat hanya sedikit, penimbangan yang dilakukanpun harus teliti, dan dilarutkan dengan volume yang akurat. Pembuatan larutan baku primer ini biasanya dilakukan dalam labu ukur yang volumenya tertentu. Zat yang dapat dibuat sebagai larutan baku primer adalah asam oksalat{C2H2O4 2H2O), Boraks(Na2B4O710 H2O), asam benzoat(C6H5COOH). Larutan baku sekunder adalah larutan baku yang zat terlarutnya tidak harus zat yang tingkat kemurniannya tinggi. Larutan baku sekunder ini konsentrasinya ditentukan berdasarkan standarisasi dengan cara titrasi terhadap larutan baku primer. Sebagai larutan baku sekunder dapat digunakan larutan basa atau asam dari senyawa anorganik misalnya NaOH, HCl. Larutan baku sekunder ini umumnya tidak stabil sehingga perlu distandarisasi ulang setiap minggu.

Konsentrasi larutan baku yang digunakan dapat berupa molaritas(jumlah mol zat terlarut dalam satu liter larutan) dan normalitas(jumlah ekivalen zat terlarut dalam satu liter larutan). Satuan molaritas merupakan satuan dasar yang digunakan secara internasional, sedangkan satuan normalitas biasa juga dilakukan dalam analisis karena dapat memudahkan perhitungan. Di atas telah dikatakan bahwa yang akan dibahas hanyalah reaksi asam-basa, jadi harus diingat, bahwa ekivalen asam atau basa berhubungan dengan jumlah ion hidrogen atau ion hidroksil. Sebagai catatan kembali pernyataan satu ekivalen asam adalah sejumlah asam yang dapat menghasilkan satu mol ion hidrogen(H+ atau H3O) dan satu ekivalen basa adalah sejumlah basa yang dapat menghasilkan satu mol ion hidroksil( OH-) atau sejumlah basa yang dapat menetralkan satu mol ion hidrogen(H+ atau H3O).

Titik Ekivalensi dan Titik Akhir

Proses titrimetri atau titrasi terjadi jika larutan baku ditambahkan pada larutan yang akan dianalisis sampai reaksi selesai dengan sempurna secara kuantitatif. Larutan yang akan dianalisis disebut sebagai larutan titrasi sedangkan larutan baku disebut juga larutan penitrasi. Reaksi pada penentuan ini harus sederhana yang berarti dapat dinyatakan sebagai persamaan reaksi, reaksi berjalan cepat, dan reaksi harus tercapai secara kuantitatif yang berarti reaksi sempurna kalau titik ekivalensi tercapai. Titik ekivalien adalah titik kesetaraan yaitu suatu akhir reaksi secara teoritis di mana reaksi berjalan secara stoikiometri.
Penentuan titik ekivalen biasanya sukar untuk ditentukan oleh mata terutama untuk larutan yang tidak berwarna, padahal kesempurnaan reaksi harus dapat diamati dan dideteksi setiap perubahannya. Untuk menentukan perubahan ini maka kita dapat menggunakan bahan penolong yang dapat membantu untuk mengamati perubahan tersebut. Bahan yang membantu pengamatan ini disebut sebagai indikator.
Indikator harus dapat menunjukkan perubahan yang nyata, pada saat reaksi antara larutan yang dititrasi dan larutan penitrasi sudah sempurna. Perubahan nyata yang ditunjukkan indikator disebut sebagai titik akhir titrasi. Perubahan nyata dari indikator dapat ditunjukkan dengan perubahan warna yang jelas dari indikator. Secara ideal titik akhir titrasi harus sama dengan titik ekivalen, pada kenyataannya keadaan ini sulit untuk dicapai karenanya pasti ada perbedaan antara kedua titik tersebut. Perbedaan titik akhir
titrasi dan titik ekivalen disebut kesalahan tittrasi. Kesalahan titrasi harus dibuat sekecil mungkin agar kesalahan perhitungan tidak terlalu besar. Untuk reaksi asam basa maka indikatornya disebut indikator asam-basa.

Indikator Asam -Basa

Indikator asam basa adalah suatu zat elektrolit yang sangat lemah, dapat merupakan senyawa asam, basa, dan atau garam organik yang memiliki warna berbeda pada larutan asam dan basa. Perbedaan warna pada larutan asam dan larutan basa merupakan karakteristik dari indikator, yang perubahannya tiba-tiba tetapi menempati interval(range) pH kecil. Di bawah ini diberikan tebel beberapa indikator asam basa yang umum digunakan dalam titrasi beserta perubahan warna yang terjadi. Contoh ini pernah diberikan pada modul menyiapkan bahan dan alat sesuai keperluan dengan judul nama dan sifat bahan.

PERUBAHAN WARNA DAN RANGE PH DARI BEBERAPA INDIKATOR ASAM-BASA
No. Nama indikator           Range pH               Warna dalam Asam Basa
1.   Timol biru(asam)          1,2 – 2,8                Merah Kuning
2.   Metil jingga                  3,1 – 4,4                Merah Jingga
3.   Brom kresol hijau         3,8 – 5,4                Kuning Biru
4.   Metil merah                  4,2 – 6,3                Merah Kuning
5.   Brom timol biru            6,0 – 7,6                Kuning Biru
6.   Timol biru(basa)           8,0 – 9,6                Kuning Biru
7.   Fenolftalein                  8,3 – 10,0              Tidak berwarna Merah

Membuat Larutan Indikator
Larutan indikator asam basa sebagai larutan stok biasanya mengandung 0,5 – 1 gram zat indikator dalam 1 L pelarut, jika zat indikator ini larut dalam air maka pelarut digunakan air. Contoh zat indikator yang larut dalam air adalah garam-garam natrium dari senyawa organik. Umumnya pelarut untuk zat indikator ini digunakan alkohol 50 %, 70 %, 90 %. Cara membuat larutan indikator stok adalah sebagai berikut. Siapkan alat dan bahan( gelas kimia kecil, gelas ukur, batang pengaduk, dan botol tetes)

1. Larutan indikator metil jingga
Timbang 0,5 gram metil jingga dan larutkan dalam 100 cm3 alkohol 50 %, sambil diaduk-aduk, setelah larut masukkan dalam botol tetes(dapat dilakukan seperti membuat larutan kerja).

2. Larutan indikator metil merah
Timbang 0,5 gram metil merah dan larutkan dalam 100 cm3 alkohol 70 %, sambil diaduk-aduk, setelah larut masukkan dalam botol tetes.

3. Larutan indikator fenolftalein
Timbang 0,5 gram fenolftalein dan larutkan dalam 100 cm3 alkohol 90 %, sambil diaduk-aduk, setelah larut masukkan dalam botol tetes.

Membuat Larutan Baku Sekunder
Larutan baku sekunder untuk reaksi netralisasi pada umumnya berupa larutan basa atau larutan asam dari senyawa anorganik. Larutan ini dapat dibuat dengan cara menimbang basa atau mengencerkan larutan asam yang pekat, lalu larutan ini distandarkan dengan larutan baku primer. Larutan basa yang umum digunakan sebagai larutan baku sekunder adalah larutan NaOH 0,1 M, sedangkan larutan asamnya adalah larutan asam klorida HCl atau asam sulfat(H2SO4) 0,1 M. Konsentrasi larutan asam pekat dari HCl adalah 10,5 – 12 M, sedangkan untuk asam sulfat(H2SO4) adalah 18 M. HCl adalah suatu gas yang kelarutannya dalam air sangat dipengaruhi oleh suhu. Larutan basa yang digunakan sebagai larutan baku sekunder harus larutan basa yang bebas karbonat. Cara membuat larutan ini sama seperti membuat larutan kerja hanya konsentrasi yang digunakan antara 0,1 – 0,25 M(molar) atau N(normal). Cara membuat larutan baku sekunder adalah sebagai berikut.

1. Pembuatan larutan baku asam
Larutan baku asam yang dibuat adalah larutan asam klorida 0,1 M. Larutan ini dibuat dengan cara pengenceran larutan asam klorida pekat. Dari perhitungan pengenceran dapat dihitung banyaknya HCL 36 % dengan massa jenisnya (ρ)nya 1,09 gram/cm3 yang digunakan untuk membuat 1 L larutan baku sekunder HCl 0,1 M adalah sebanyak: 9,3 cm3 .
• Siapkan alat dan bahan( gelasukur besar, gelas ukur kecil, batang pengaduk, dan botol reagen, botol semprot).
• Sembilan koma tiga cm3 HCl pekat ini dituangkan dan diukur dalam gelas ukur kecil(10 cm3), kemudiandituangkan dalam gelas ukur yang lebih besar (1 L) yang telah berisi sedikit air(± 200 cm3+).
• Bilas gelas ukur kecil bekas HCl pekat tadi, lalu tuangkan air bilasan ini ke dalam gelas ukur besar dan isi kembali gelas ukur besar ini sampai batas 1 L.
• Lalu tuangkan larutan dalam gelas ukur ini ke dalam botol reagen 1 L. Aduk-aduk larutan dalam botol agar tercampur sempurna.
• Lakukan juga pembuatan larutan bakyu sekunder untuk larutan asam sulfat.

2. Permbuatan larutan baku basa
Larutan baku basa yang dibuat adalah larutan NaOH 0,1 M. Larutan ini dibuat dengan cara penimbangan padatan NaOH lalu dilarutkan dalam air. Dari per-hitungan konsentrasi dapat dihitung banyaknya NaOH padat yang diperlukan untuk membuat 1 L larutan baku sekunder NaOH 0,1 M adalah sebanyak empat gram .
• Siapkan alat dan bahan( gelas ukur besar, gelas kimia kecil, batang pengaduk, dan botol reagen, botol semprot, corong pendek).
• Empat gram NaOH ini ditimbang dengan neraca biasa(Tehnis) dan air sebagai pelarut diukur dalam gelas ukur (1 L). Air yang digunakan sebagai pelarut adalah air yang bebas CO2. Air ini dibuat dengan cara memanaskan aquades dalam Erlenmeyer besar sampai mendidih, lalu dibiarkan terus mendidih selama ± 10 menit. Setelah itu air yang sudah mendidih ini didinginkan dengan cara ditutup.
• NaOH yang telah ditimbang ini dilarutkan dengan sedikit air, sambil diaduk sampai padatan terlarut, jika padatan sudah tidak dapat larut lagi, tuangkan larutan NaOH dari gelas kimia ke dalam botol reagen dan lanjutkan pelarutan dengan cara yang sama seperti di atas.
• Setelah semua padatan larut bilas gelas kimia ini dengan sedikit air, lalu tuangkan air bilasan ini ke dalam botol reagen. Setelah itu jika air dalam gelas ukur masih tersisa tuangkan air ini langsung ke dalam botol reagen. Aduk-aduk larutan dalam botol agar tercampur sempurna.

Membuat Larutan Baku Primer
Larutan baku Primer untuk reaksi netralisasi pada umumnya berupa larutan basa atau larutan asam baik senyawa organik maupun senyawa anorganik. Larutan ini dapat dibuat dengan cara menimbang basa/asam dengan akurat(teliti) lalu dilarutkan dalam wadah yang ukurannya akurat juga. Wadah untuk melarutkan larutan baku primer ini adalah labu ukur. Zat yang dipakai untuk larutan baku primer haruslah zat yang stabil terhadap lingkungan(udara, cahaya), zatnya murni. Zat yang dapat digunakan untuk larutan baku primer asam adalah asam oksalat pro analisa(pa), asam benzoat pa, kalium hidrogrn petalat(KH(C8H4O4)) pa, sedangkan untuk larutan baku primer basa adalah Na2CO3 anhidrat pa, Na2B4O7 pa. Biasanya konsentrasi larutan baku primer ini adalah 0,1 M atau N. Cara membuat larutan baku primer adalah sebagai berikut.
• Tentukan dahulu berapa banyak larutan yang akan dibuat, zat apa yang akan dibuat menjadi larutan baku primer, dan berapa besar konsentrasinya. Misalnya 100 cm3 larutan asam oksalat 0,1 M.
• Setelah itu hitung berapa massa yang harus ditimbang dan siapkan peralatan sesuai yang diperlukan( gelas kimia kecil atau botol timbang, corong pendek, batang pengaduk , botol semprot, labu ukur sesuai dengan volume yang akan dibuat). Keadaan alat harus bersih dan siap untuk segera dipakai.
• Timbang zat sesuai dengan perhitungan dan timbang dengan teliti(sampai 4 desimal) dalam gelas kimia kecil atau botol timbang, lalu catat hasil penimbangan tersebut dengan baik untuk menentukan konsentrasi secara akurat.
• Siapkan wadah(labu ukur) untuk melarutkan dan pada ujung (mulut labu ukur) diletakkan corong pendek.
• Larutkan zat dengan sedikit air dan aduk sampai sebanyak mungkin zat padat tersebut larut, jika sudah tidak dapat larut lagi tuangkan larutan ini ke dalam labu ukur yang sudah siap(di atas) dan lanjutkan pelarutan sampai semua zat padat terlarut.
• Setelah semua zat padat terlarut bilas gelas kimia kecil atau botol timbang tersebut dan air dan air bilasannya dimasukan dalam labu ukur. Setelah itu lakukan pembilasan dengan cara gelas kimia kecil atau botol timbang dan batang pengaduk dipegang dengan tangan kiri dan letakkan di atas corong pendek yang di bawahnya terdapat labu ukur, lalu semprotkan air dari botol semprot pada gelas kimia tersebut. Hati-hati penyemprotan air ini jangan sampai airnya terpercik ke luar. Lakukan ini minimal 3 kali, lalu letakkan gelas kimia kecil dan semprot batang pengaduknya lalu angkat batang pengaduk dan simpan. Bilas juga corongnya 3 kali baru corong diangkat perlahan-lahan sambil tangkainya dibilas.
• Isikan air sampai mendekati tanda batas lalu keringkan bagian dalam di atas larutan dengan kertas isap(hati-hati jangan sampai kertas isap masuk dalam larutan).
• Tanda bataskan labu dengan cara meneteskan air dari pipet tetes yang bagian luarnya kering ke atas larutan. Tutup labu dan aduk-aduk campuran dengan cara pegang tutup labu dengan jari tangan dan ujung labu yang lain diletakan pada tangan. Gerak-gerakkan tangan turun naik sebanyak 10 kali maka larutahn baku primer siap untuk digunakan.
• Lakukan juga pembuatan larutan baku primer untuk larutan boraks. Setelah ditimbang, boraks ini ditambahkan air lalu dipanaskan dengan sedikit air sampai boraks larut , lalu tambahkan lagi sedikit air dan biarkan mendingin baru dilarutkan seperti di atas.

Standarisasi Larutan Baku Sekunder
Cara menstandarkan larutan baku sekunder adalah sebagai berikut.
• Siapkan alat-alat untuk melakukan titrasi( Erlenmeyer, gelas kimia kecil, kaca arloji, corong pendek, pipet gondok, buret, statip, klem buret, alas yang berwarna putih, tabung reaksi, kertas isap, larutan indikator, larutan baku primer, dan larutan baku sekunder).
• Bilas alat-alat ukur (alat untuk mengukur volume larutan)dengan larutan yang akan digunakan. Misalnya Buret dibilas dengan larutan baku sekunder, pipet gondok dengan larutan baku primer. Selain itu lakukan juga pembilasan ini untuk alat-alat bantu yang berhubungan dengan alat ukur tersebut, misalnya corong pendek dan gelas kimia kecil berhubungan dengan buret jadi harus dibilas dengan larutan sekunder, sedangkan tabung reaksi berhubungan dengan pipet gondok jadi harus dibilas dengan larutan baku primer.
• Isi buret dengan larutan baku sekunder(NaOH) yang akan ditentukan konsentrasinya. (perhatikan buret dicapit dengan klem buret dan disimpan tegak pada statif harus benar-benar tegak). Cara mengisi buret adalah tuangkan larutan baku sekunder dari gelas kimia ke dalam buret melalui corong pendek sampai sedikit di atas batas tertentu. Buka kran buret dan biarkan cairan mengalir beberapa saat sampai bagian bawah buret(bagian kran) terisi penuh. (perhatikan bahwa semua bagian bawah dari ukuran buret harus terisi penuh). Keringkan bagian atas buret kemudian tanda bataskan buret pada volume tertentu misalnya 0 cm3
• Pipet sejumlah volume tertentu dari larutan baku primer misalnya 25 cm3 asam oksalat 0,1 M dengan cara menyedot larutan baku ini menggunakan pipet gondok. Perhatikan cara memipet larutan ini yaitu ibu jari dan jari tengah memegang pipet, sedangkan jari telunjuk dapat bergerak bebas. Masukkan pipet pada larutan baku primer dan sedot larutan ini sampai melewati tanda batas. Angkat pipet dengan cara ujung pipet ditutup oleh jari telunjuk dan keringkan bagian luar pipet dengan kertas isap. Tanda bataskan larutan dalam pipet dengan cara membuka ujung pipet yang ditutup telunjuk secara perlahan-lahan. Setelah larutan berada pada tanda batas, ujung pipet ditutup kembali dengan telunjuk dan pipet diangkat, lalu dipindahkan ke Erlenmeyer.Tuangkan isi dari pipet tadi ke Erlenmeyer dengan cara pipet berdiri tegak lurus dan erlenmeyer pada posisi miring dengan sudut kemiringan 45 º. Tunggu sampai cairan semua berpindah dan biarkan pipet berada pada posisi seperti semula selama 30 detik(perhatikan jangan sekali-kali meniup pipet). Angkat pipet dan disimpan dalam tabung reaksi. Bilas pinggiran Erlenmeyer dengan menggunakan botol semprot, lalu teteskan 3 tetes larutan indikator(larutan fenolftalein).
• Lakukan titrasi dengan cara meletakkan Erlenmeyer di bawah buret, jangan lupa alas untuk titrasi harus putih. Kran buret dipegang dengan tangan kiri dan Erlenmeyer dipegang tangan kanan. Buka kran buret dan teteskan larutan baku sekunder, ke dalam Erlenmeyer yang berisi larutan baku primer, sambil Erlenmeyer ini digoyangkan berlawanan arah jarum jam. Amati terus penambahan larutan ini(jangan palingkan mata Anda dari paduan alat yang sedang Anda pegang dan jangan hentikan goyangan pada Erlenmeyer), sampai terjadi perubahan warna dari indikator dan tutup kran dengan segera. Baca volume larutan baku sekunder pada buret. Dan catat pada bukuMisalnya 24,5cm3
• Tuliskan data-data ini dalam tabel pengamatan dan berdasarkan data-data yang telah dilakukan tentukan konsentrasi larutan baku sekunder.

Penentuan Kadar Suatu Zat
Di atas telah dijelaskan bagaimana melakukan standarisasi larutan NaOH dengan larutan asam oksalat melalui cara titrimetri. Titrasi akan akurat jika dilakukan minimal 2 kali (duplo). Untuk mensatandarkan larutan HCl dapat dilakukan dengan cara yang sama dengan menggunakan larutan baku sekunder yang sudah distandarkan(NaOH). Setelah Anda melakukan hal ini diharapkan Anda dapat menentukan konsentrasi larutan asam atau basa yang lainnya dengan cara yang sama. Misalnya untuk menentukan kadar asam / basa yang digunakan sehari-hari. Contoh menentukan kadar asam cuka.
Biasanya bahan yang ingin ditentukan kadarnya ini mempunyai kadar/konsentrasinya jauh lebih besar dari konsentrasi larutan baku sekunder yang dibuat karenanya perlu penurunan konsentrasi lebih dahulu. Cara penurunan konsentrasi dapat dilakukan dengan cara menimbang bahan dan melarutkannya atau mengencerkannya. Cara penimbangan dan pelarutan dilakukan untuk bahan yang padat atau cair, sedangkan cara pengenceran dilakukan hanya untuk bahan yang cair. Cara yang dilakukan dapat sebagai berikut.
1. Tahap pertama melakukan pembuatan larutan yang akan di titrasi
• Jika bahan berbentuk cair dilakukan sebagai berikut.
Bilas pipet gondok dengan asam asetat/cuka yang akan diperiksa setelah itu pipet 10 cm3 asam asetat tersebut dan diencerkan dalam labu ukur 100 atau 250 cm3. Cara mengencerkan larutan ini adalah sebagai berikut.
Larutan bahan dipipet dengan hati-hati seperti memipet larutan baku sampai melewati tanda batas, ditutup, dikeringkan bagian luarnya, lalu ditandabataskan. Cairan dalam pipet dipindahkan ke dalam labu ukur dengan cara pipet dipegang tegak lurus dan labu dimiringkan pada kedudukan 45 º. Biarkan cairan mengalir sampai semua turun dan biarkan pipet pada posisi semula selama 30 detik. Bilas bagian pinggir labu yang terkena aliran cairan bahan tadi lalu isi labu sampai hampir tanda batas. Keringkan labu bagian dalam atas dari labu. Tanda bataskan labu dengan cara meneteskan air dari pipet tetes yang bagian luarnya kering ke atas larutan. Tutup labu dan aduk-aduk campuran dengan cara pegang tutup labu dengan jari tangan dan ujung labu yang lain diletakan pada tangan. Gerak-gerakkan tangan turun naik sebanyak 10 kali maka larutahn baku primer siap untuk digunakan.

• Jika bahan berbentuk padat
Timbang gelas kimia kecil yang kering lalu tambahkan zat yang akan ditentukan sebanyak ± 5 gram (misalnya soda kue)lalu dilarutkan dalam labu ukur 100 atau 250 cm3 dan dilakukan seperti membuat larutan baku primer.

2. Tahap kedua melakukan titrasi untuk penentuan konsentrasi dari larutan yang telah dibuat
• Siapkan alat-alat untuk titrasi dan bilas alat ukurnya dengan larutan yang sesuai. (buret dengan larutan baku sekunder dan pipet dengan larutan bahan yang telah disiapkan di atas)
• Isi buret dengan larutan baku sekunder ingat semua bagian buret harus terisi penuh.
• Pipet 25 cm3 larutan bahan yang telah disiapkan di atas, teteskan larutan indikator, lalu titrasi dengan larutan baku sekunder NaOH sampai terjadi perubahan warna.