REAKSI PERTUKARAN KATION

I. Tujuan
a. Menentukan konsentrasi total kation di dalam air alami
b. Memahami Prinsip-prinsip reaksi pertukaran kation
c. Memahami faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi pertukaran kation

II. Teori
Kromatografi penukar kation merupakan metode yang tepat untuk mengukur total kation atau anion di dalam larutan berair. Jika air dilewatkan melalui kolom penukar kation dengan resin H+, maka kation-kation di dalam air akan akan menghalangi pertukaran dengan ion H+ dari resin. Ion hydrogen yang dibebaskan dihitung melalui titrasi dengan standar alkali. Di dalam analisis air dikenal satuan “keasaman mineral ekivalen” (sma) yang menyatakan konsentrasi total kation sebagai ppm dari CaCO3 (mg CaCO3 perliter air) (Tim Labor Kimia Fisika, 2010)
Resin penukar ion merupakan salah satu metoda pemisahan menurut perubahan kimia. Resin penukar ion ada dua macam yaitu resin penukar kation dan resin penukar anion. Jika disebut resin penukar kation maka kation yang terikat pada resin akan digantikan oleh kation pada larutan yang dilewatkan. Begitupun pada resin penukar anion maka anion yang terikat pada resin akan digantikan pleh anion pada larutan yang dilewatkan ( Wahono,2007 ).
Prinsip dari percobaan ini adalah mengganti atau mempertukarkan ion yang terikat pada polimer pengisi resinnya dengan ion yang dilewatkan. Selain itu jangan melakukan kesalahan ataupun kecerobohan sehingga dapat merusak peralatan yang digunakan ( Wahono,2007 ).
Pengertian Penukar Ion
Penukar ion dapat berupa suatu zat dan penukar itu sendiri adalah zat padat tertentu yang dapat membebaskan ionnya kedalam larutan ataupun menggantikan ion lain dari ion larutan. Berupa butiran, biasa disebut resin yang tidak larut dalam air. Dalam strukturnya, resin ini mempunyai gugus ion yang dapat dipertukarkan. Contoh : pengolahan air dengan penukaran ion untuk produksi uap didalam sebuah ketel uap. Air umumnya mengandung ion kalsium. Karena terjadi penguapan,konsentrasi kapur didalam ketel akan meningkat sehingga menimbulkan kerak. Kerak ini akan menyebabkan pemborosan bahan bakar,karena menghambat panas. Oleh karena itu kadar kapur harus seminimal mungkin. Salah satu caranya adalah dengan penukar ion dengan penukar resin yang mengandung gugus natrium. Air dilewatkan ke dalam tumpukan butiran resin.
Alat penukar ion organik banyak sekali digunakan pada industri-industri. Dan hanya terbagi menjadi dua macam yaitu :
a. Resin Penukar Kation
Adalah resin yang akan menukar atau mengambil kation dari larutan. Apabila yang dialirkan larutan garam, MX kedalam buret yang telah berisi resin penukar kation, maka akan terjadi suatu reaksi pertukaran :
MX (aq) + Res-H → HX (aq) + Res- M
b. Resin Penukar Anion
Adalah resin yang akan menukar dan mengambil anion dari larutan. Apabila dialirkan suatu larutan dalam buret yang telah berisi resin penukar anion, maka akan terjadi suatu reaksi penukaran :
MX (aq) + Res-H → H2O (aq) + Res-X
Resin penukar anion yang positif adalah gugus yang dapat terionisasi memberikan ionnya, misalnya penukar anion amkuartener, merupakan penukar anion yang sangat kuat, sedangkan resin penukar anion basa lemah yang mengandung gugus ion. Baik penukar anion maupun penukar kation dapat dianggap sebagai resin suatu senyawa asam atau basa yang tidak larut dan dapat berreaksi sebagai asam atau basa. Tetapi bagian yang terikat pada struktur atomnya tidak dapat lepas.
Ion yang dapat menggantikan muatannya dengan ion disebut counter ion, digunakan untuk penukar kation dalam kation dan penukar anion dalam anion. Tipe penukar ion dalam suatu reaksi tertentu, misalnya resin asam salah satu caranya adalah H+ atau muatan lain yang sama muatannya, penukar ion kita pilih sedemikian rupa sehingga ion yang digantikan adalah H+ atau OH-.
Dalam pertukaran ion, suatu larutan resin dibiarkan mengalir melewati suatu susunan bahan yang terbuat dari butiran zeolit atau suatu resin pertukaran ion. Ion-ion dalam larutan menjadi terikat pada bahan itu dan kemudian menggeser ion yang sama tandanya. Pertukaran ion digunakan dalam pelunakan ion. Pertukaran ion dalam desalinasi adalah sebagian pasangan dari salah satu proses lain.
Resin pertukaran ion organik menunjukkan sifat-sifat yang menguatkan untuk tujuan-tujuan pemisahan. Untuk memisahkan ion sering digunakan resin penukar anion, hal ini disebabkan pada kondisi tertentu ion-ion logam dapat membentuk senyawa komplek anion dengan ciri-cirinya ion yang bermuatan negatif, dan memiliki pasangan ion yang dapat disumbangkan untuk membentuk ikatan koordinasi yang baik ( Hiskia, 1994 ).
Resin penukar ion merupakan suatu polimer dengan berat molekul yang cukup tinggi dan memiliki gugus-gugus tertentu . Resin penukar kation mengandung gugus karboksilat, sufanoat, fenolat atau gugus lain dan sejumlah kation ekivalen. Resin penukar kation mengandung kation bebas yang dapat dipertukarkan dengan kation dalam suatu larutan. resin penukar kation dapat dipertukarkan dengan kation lain, seperti reaksi:
2(Res. SO3-)H+ + Na+(lar) —–> 2(Res. SO3-)Na+ + H+(lar)
Dalam reaksi diatas, kation H dapat ditukar dengan kation Na secara ekivalen. Pertukaran ion terjadi secara stoikiometri deimana setiap satu ion H diganti oleh satu ion Na. Sedangkan dua atom H diganti dengan satu ion Ca(II) dan seterusnya. Ion yang dapat ditukar merupakan ion lawan yang tidak terikat dengan kuat pada matrik polimer.
Apabila larutan NaCl dialirkan melalui kolom resin penukar kation, maka dapat terjadi peristiwa:

NaCl + H-Res —–> Na-Res + HCl
Reaksi kesetimbangan di atas menunjukkan bahwa H-Res menggambarkan resin dalam lingkar hidrogen. Dari reaksi tersebut terlihat bahwa jumlah ion Na+ diganti dengan jumlah ion H+ setara dengan jumlah Na+ tersebut. Kesimpulannya adalah bahwa meskipun dimasukkan larutan NaCl, larutan yang keluar adalah HCl.
Jumlah NaCl yang dapat diubah menjadi HCl, tergantung pada kapasitas resin dan jumlah resin yang terdapat dalam kolom. Apabila resin mencapai batas kapasitas penukaran, arah reaksi dapat dibalik (seperti diatas) yang disebut dengan proses regenerasi.
Resin penukar kation dapat dibagi menjadi dua yaitu asam kuat dan asam lemah. Resin penukar kation asam kuat misalnya yang mengandung gugus sulfanoat sehingga atom H dapat diganti oleh atom Na dari NaCl. Resin penukar kation asam lemah mengandung gugus karboksilat yang memerlukan larutan dengan pH>7 untuk dapat mengganti atom H.

III. Alat dan Bahan

a. Peralatan yang digunakan
1. Kolom penukar kation 1 buah
2. Erlemeyer 250 ml 3 buah
3. Erlemeyer 50 ml 1 buah
4. Pipet tetes 3 buah
5. Gelas ukur 10 ml 1 buah
6. Gelas ukur 50 ml 1 buah
7. Gelas ukur 100 ml 1 buah
8. Beaker glass 250 ml 2 buah
9. Spatula 2 buah
10. Statip 2 buah
11. Corong kaca 1 buah
12. Botol semprot 1 buah
13. Batang pengaduk 1 buah
14. Labu ukur 25 ml 1 buah
15. Labu ukur 50 ml 1 buah
16. Labu ukur 250 ml 1 buah
17. Labu ukur 500 ml 2 buah

b. Bahan Kimia yang digunakan
1. Resin penukar kation
2. NaOH 0,002 N
3. HCl 2 N dan 0,02 N
4. Indikator Phenil Phtalein
5. Indikator Methyl orange