PEMBUATAN NaOH DAN HCl DENGAN PROSES ELEKTROLISIS A. TUJUAN Menghitung efisiensi, neraca massa,dan neraca ekonomi proses pembuatan natrium hidroksida dan asam klorida dengan mengelektrolisis larutan garam dapur (air laut) menggunakan elektroda karbon sebagai anoda dan air raksa sebagai katoda. B. DASAR TEORI NaOH (Soda Kausatik) Natrium hidroksida (NaOH), juga dikenal sebagai soda kaustik atau sodium hidroksida, adalah sejenis basa logam kaustik. Natrium Hidroksida terbentuk dari oksida basa Natrium Oksida dilarutkan dalam air. Natrium hidroksida membentuk larutan alkalin yang kuat ketika dilarutkan ke dalam air. Ia digunakan di berbagai macam bidang industri, kebanyakan digunakan sebagai basa dalam proses produksi bubur kayu dan kertas, tekstil, air minum, sabun dan deterjen. Natrium hidroksida adalah basa yang paling umum digunakan dalam laboratorium kimia. Natrium hidroksida murni berbentuk putih padat dan tersedia dalam bentuk pelet, serpihan, butiran ataupun larutan jenuh 50%. Ia bersifat lembap cair dan secara spontan menyerap karbon dioksida dari udara bebas. Ia sangat larut dalam air dan akan melepaskan panas ketika dilarutkan. Ia juga larut dalam etanol dan metanol, walaupun kelarutan NaOH dalam kedua cairan ini lebih kecil daripada kelarutan KOH. Ia tidak larut dalam dietil eter dan pelarut non-polar lainnya. Larutan natrium hidroksida akan meninggalkan noda kuning pada kain dan kertas. HCl (Asam Klorida) Pemakai asam klorida terbesar adalah industri logam, kimia, makanan, dan migas. Pemakaian terbesar adalah untuk cuci asam baja (perlakuan permukaan untuk membersihkan kerak fabrikasi). Sebelum tahun 1963 cuci asam dilakukan dengan menggunakan asam sulfat. Asam klorida kemudian menguasai pasaran ini karena asam klorida dapat bereaksi dengan kerak pabrik lebih cepat dari pada asam sulfat, sedang logam dasarnya tidak banyak terserang. Di samping itu permukaan baja hasil cuci lebih baik dan lebih cocok untuk operasi pelapisan, juga kuantitas cairan limbah bekas cuci lebih sedikit.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PEMBUATAN NaOH DAN HCl DENGAN PROSES
ELEKTROLISIS
A. TUJUAN
Menghitung efisiensi, neraca massa,dan neraca ekonomi proses pembuatan
natrium hidroksida dan asam klorida dengan mengelektrolisis larutan garam dapur (air
laut) menggunakan elektroda karbon sebagai anoda dan air raksa sebagai katoda.
B. DASAR TEORI
NaOH (Soda Kausatik)
Natrium hidroksida (NaOH), juga dikenal sebagai soda kaustik atau sodium
hidroksida, adalah sejenis basa logam kaustik. Natrium Hidroksida terbentuk dari oksida basa
Natrium Oksida dilarutkan dalam air. Natrium hidroksida membentuk larutan alkalin yang
kuat ketika dilarutkan ke dalam air. Ia digunakan di berbagai macam bidang industri,
kebanyakan digunakan sebagai basa dalam proses produksi bubur kayu dan kertas, tekstil, air
minum, sabun dan deterjen. Natrium hidroksida adalah basa yang paling umum digunakan
dalam laboratorium kimia.
Natrium hidroksida murni berbentuk putih padat dan tersedia dalam bentuk pelet,
serpihan, butiran ataupun larutan jenuh 50%. Ia bersifat lembap cair dan secara spontan
menyerap karbon dioksida dari udara bebas. Ia sangat larut dalam air dan akan melepaskan
panas ketika dilarutkan. Ia juga larut dalam etanol dan metanol, walaupun kelarutan NaOH
dalam kedua cairan ini lebih kecil daripada kelarutan KOH. Ia tidak larut dalam dietil eter
dan pelarut non-polar lainnya. Larutan natrium hidroksida akan meninggalkan noda kuning
pada kain dan kertas.
HCl (Asam Klorida)
Pemakai asam klorida terbesar adalah industri logam, kimia, makanan, dan migas.
Pemakaian terbesar adalah untuk cuci asam baja (perlakuan permukaan untuk membersihkan
kerak fabrikasi). Sebelum tahun 1963 cuci asam dilakukan dengan menggunakan asam sulfat.
Asam klorida kemudian menguasai pasaran ini karena asam klorida dapat bereaksi dengan
kerak pabrik lebih cepat dari pada asam sulfat, sedang logam dasarnya tidak banyak
terserang. Di samping itu permukaan baja hasil cuci lebih baik dan lebih cocok untuk operasi
pelapisan, juga kuantitas cairan limbah bekas cuci lebih sedikit.
Pembuatan asam klorida dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut :
1. hasil samping klorinasi senyawa hidrokarbon aromatik dan alifatik
2. reaksi garam dengan asam sulfat
3. pembakaran hidrogen dengan klor
4. proses Hargreaver,
yaitu dengan reaksi sebagai berikut :
4 NaCl + 2 SO2 + O2 + 2 H2O 2 Na2SO4 + 4 HCl
Langkah-langkah dasar produksi asam klorida hasil samping meliputi penyingkiran
hidrokarbon yang tak terklorinasi, diikuti dengan absorpsi asam klorida di dalam air, contoh
klorinasi adalah :
C6H6 + Cl2 C6H5Cl + HCl
Oleh karena klorinasi hidrokarbon alifatik dan aromatik membebaskan kalor dalam jumlah
besar maka diperlukan peralatan khusus untuk mengendalikan suhu reaksi.
Asam klorida bersifat sangat korosif terhadap kebanyakan logam sehingga pemilihan
bahan konstruksi untuk pabriknya perlu dilakukan dengan hati-hati sekali. Penyerapan
hidrogen klorida di dalam air dalam setiap proses di atas memberikan kira-kira 1625 kJ/kg
hidrogen klorida yang terserap. Kalor ini harus dikeluarkan dari absorber sebab jika tidak
maka efisiensinya akan turun.
Elektrolisis Air Laut
Elektrolisis adalah proses peruraian suatu zat karena adanya aliran listrik. Beberapa
faktor yang menentukan proses kimia dalam elektrolisis adalah :
1. Konsentrasi larutan elektrolit
2. Bahan elektroda yang digunakan
Elektorlisis larutan natrium klorida (air laut) adalah salah satu proses yang penting dalam
industri untuk memproduksi gas klor dan natrium hidroksida. Di Amerika proses ini
menduduki peringkat kedua terbesar dalam konsumsi energi listrik setelah produksi
aluminium. Elektrolisis air laut menghasilkan gas hidrogen dan gas klor dengan reaksi :
Di dalam wadah tertinggal larutan NaOH dan NaCl.
Untuk mengurangi kandungan pengotor NaCl dalam larutan NaOH, dapat dilakukan
dengan menggunakan sel air raksa khusus untuk mengelektrolisis air laut. Dalam sel air raksa
ini logam natrium membentuk amalgama Na-Hg. Logam natrium dapat dipungut dengan cara
diekstrak menggunakan aquadest. Proses ini sering disebut proses klor alkali, dan sering
mengakibatkan pencemaran air raksa ke lingkungan, sehingga sisa hasil proses ini jika akan
dibuang ke lingkungan harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu. Reaksi yang terjadi
adalah :
Proses elektrolisa sendiri dapat dilakukan dengan 3 macam cara :
1. Proses elektrolisa dengan sel diaphragm
Dalam sel diphragma yang dipakai sebagai anoda adalah grafit dan sebagai katoda
digunakan besi atau platina. Diaphragma dibuat dari asbes mudah dilalui ion – ion tapi sukar
dilalui oleh molekul. Diaphragma ini memisahkan memisahkan anoda dan katoda. Dengan
adanya arus searah, pada anoda diperoleh gas Cl2 dan pada katoda diperoleh gas H2
Reaksi : NaCl → Na+
+ Cl-
H2O → H+ + OH
-
Anoda : 2Cl- → Cl2 + 2e
Katoda : 2H2O + 2e → H2 + 2OH-
Na+ + OH
- → NaOH
Konsentrasi NaCl yang diizinkan adalah 340 – 350 g/liter yang pada hakekatnya
adalah larutan jenuh. Sel bekerja pada suhu 85 oC (Faith and Keyes, 1972). Diaphragma
umumnya diganti setiap empat kali pergantian anoda. Umur anoda biasanya sekitar 365 hari.
Pada saat ini telah digunakan diafragma dan elektroda yang telah dimodifikasi sehingga
memiliki efisiensi yang lebih tinggi dan umur penggunaan yang lebih lama yaitu mencapai 8-
10 tahun. Larutan NaOH yang dihasilkan adalah 11,3 – 15 %.
2. Proses sel elektrolisa dengan sel membran
Sel membran memakai membran semipermeabel untuk memisahkan anoda dan
katoda. Membran ini hanya mengijinkan ion Na+ untuk melewatinya dan mencegah ion OH-.
Pemakaian ini dimaksudkan untuk mencegah ion OH- dan Cl- masuk ke dalam ruangan
katoda. Membran terbuat dari bahan polimer seperti perfluoro sulfonie acid polimer dan
perfluorocarboxylic acid polimer. Sel membran menghasilkan NaOH yang lebih murni dan
lebih tinggi konsentrasinya bila dibandingkan dengan sel diaphragma, yaitu sebesar 28 %. Sel
membran ini telah diterapkan dalam industri secara komersiil tetapi terlalu mahal.
3. Proses elektrolisis dengan menggunakan sel merkuri
Di dalam sel mercuy, yang dipakai sebagai katoda adalah merkuri yang dialirkan pada
bagian dasar sel, sedangkan sebagai anoda dipakai grafit. Larutan NaCl yang telah
dimurnikan dialirkan diantara kedua elektroda tersebut dan membentuk NaHg pada katoda
dan gas Cl2 pada anoda.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Reaksi : NaCl → Na+ + Cl
-
Anoda : 2Cl- → Cl2
Katoda : 2Na+ + Hg
+ + 2e → NaHg
Larutan NaCl sebagai umpan masuk ke dalam sel elektrolisa pada suhu 60 – 70 oC dengan
konsentrasi NaCl 340 – 350 g/liter. Amalgam (NaHg) yang dihasilkan mengalir ke
dekomposer dan dikontakkan dengan air secara counter current sehingga dihasilkan NaOH 50
% dan gas H2.
Reaksi :
2NaHg + H2O → 2NaOH + H2 + Hg
Hukum Faraday
Michael Faraday mengamati peristiwa elektrolisis melalui berbagai percobaan yang
dia lakukan. Dalam pengamatannya jika arus listrik searah dialirkan ke dalam suatu larutan
elektrolit, mengakibatkan perubahan kimia dalam larutan tersebut. Sehingga Faraday
menemukan hubungan antara massa yang dibebaskan atau diendapkan dengan arus listrik.
Hubungan ini dikenal dengan Hukum Faraday.
Menurut Faraday
1. Jumlah berat (massa) zat yang dihasilkan (diendapkan) pada elektroda sebanding
dengan jumlah muatan listrik (Coulumb) yang dialirkan melalui larutan elektrolit
tersebut.
2. Masa zat yang dibebaskan atau diendapkan oleh arus listrik sebanding dengan bobot
ekivalen zat-zat tersebut.
Dari dua pernyataan diatas, disederhanakan menjadi persamaan :
dimana,
M = massa zat dalam gram
e = berat ekivalen dalam gram = berat atom: valensi
i = kuat arus dalam Ampere
t = waktu dalam detik
F = Faraday
Dalam peristiwa elektrolisis terjadi reduksi pada katoda untuk mengambil elektron
yang mengalir dan oksidasi pada anoda yang memberikan eliran elektron tersebut. Dalam hal
ini elektron yang dilepas dan yang diambil dalam jumlah yang sama. Bobot zat yang
dipindahkan atau yang tereduksi setara dengan elektron, sehingga masa yang dipindahkan
merupakan gram ekivalen dan sama dengan mol elektron. Faraday menyimpulkan bahwa
Satu faraday adalah jumlah listrik yang diperlukan untuk menghasilkan satu ekivalen zat pada
elektroda.
Muatan 1 elektron = 1,6 x 10-19
Coulomb
1 mol elektron = 6,023 x 1023
elektron
Muatan untuk 1 mol elektron (Q) = 6,023 . 1023 x 1,6 . 10-19
= 96.500 Coulomb.mol-1
= 1 Faraday
Jumlah muatan tersebut disebut tetapan Faraday (F).
Arus listrik adalah jumlah muatan yang mengalir melalui sebuah rangkaian per satuan
waktu. Jika Q adalah besarnya muatan dalam coulomb dan t adalah waktu dalam detik yang
diperlukan untuk melalui sebuah titik dalam rangkaian, maka arus I (dalam Ampere) adalah :