Page 1
LAPORAN PRAKTIKUM
PROSES KIMIA
ACARA :
PEMBUATAN NATRIUM HIDROKSIDA DAN ASAM KLORIDA
DENGAN METODE ELEKTROLISIS LARUTAN NATRIUM KLORIDA
Disusun oleh :
Nama : Hera Herdiyanti
NIM : 011300338
Prodi : TEKNOKIMIA NUKLIR
Semester : V
Teman Kerja : 1. Banu Suharto
2. Trisma Fallihah
Asisten : Ir. Bangun Warsito, M.Sc
SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR
BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL
YOGYAKARTA
2015
1
Page 2
PEMBUATAN NATRIUM HIDROKSIDA DAN ASAM KLORIDA
DENGAN METODE ELEKTROLISIS LARUTAN NATRIUM KLORIDA
I. 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 anodanya dan air raksa sebagai katodanya.
II. DASAR TEORI
2.1 Soda Kaustik (NaOH)
Natrium hidroksida (Na OH ), juga dikenal sebagai soda kaustik, 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 lembab 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.
Dalam sebuah industri, khususnya industri kimia kaustik soda atau NaOH
memiliki peranan yang sangat penting dalam proses produksi. Dalam pembuatan pulp
dan kertas, tekstil, air minum, sabun dan deterjen dan sebagai pembersih drain, bahan
ini (kaustik soda) berguna sebagai penetralisir sifat keasaman yang di akibatkan
dalam pemakaian DDBS. Oleh karenanya menjadikan kaustik soda sebagai bahan
yang memiliki peranan sangat penting dalam industri. Oleh karena itu, kami akan
menjabarkan beberapa kegunaan kaustik soda (NaOH) dalam suatu proses industri.
2
Page 3
Soda kaustik pada mulanya dibuat melalui kaustisasi soda (abu) LeBlanc
dengan menggunakan gamping :
Na2CO3 + Ca(OH)2 2 NaOH + CaCO3
Kalsium karbonat hasil reaksi tidak larut sama sekali dalam larutan kaustik. Produksi
soda kaustik dengan cara elektrolitik sudah dikenal pada abad kedelapan belas, tetapi
baru pada tahun 1890 soda kaustik diproduksi dengan cara ini. Sampai beberapa tahun
sebelum perang dunia I, kuantitaas soda kaustik yang dihasilkan sebagai hasil
samping produksi klor dari proses elektrolisis boleh dikatakan dapat diabaikan bila
dibandingkan dengan yang dibuat dari soda abu dengan kaustisasi gamping. Tetapi
pada tahun 1940 produksi soda kaustik elektrolitik sudah melewati soda kaustik
gamping dan pada tahun 1962 soda kaustik gamping sudah hampir tidak dibuat lagi.
2.1.1Kegunaan kaustik soda atau natrium hidroksida
Natrium hidroksida ( Na OH ), juga dikenal sebagai alkali kaustik soda dan,
adalah kaustik logam dasar . Natrium hidroksida adalah basa yang umum di
laboratorium kimia. Natrium hidroksida ( Na OH ) banyak digunakan di banyak
industri, terutama sebagai kuat kimia dasar dalam pembuatan pulp dan kertas, tekstil,
air minum, sabun dan deterjen dan sebagai pembersih drain.
Pada tahun 1998, total produksi dunia sekitar 45 juta ton.Amerika Utara dan
Asia secara kolektif memberikan kontribusi sekitar 14 juta ton, sementara Eropa
memproduksi sekitar 10 juta ton. Di Amerika Serikat, produsen utama natrium
hidroksida adalah Dow Chemical Company, yang telah produksi tahunan sekitar 3,7
juta ton dari situs di Freeport, Texas , dan Plaquemine, Louisiana. Produsen utama AS
termasuk Oxychem , PPG , Olin , Pioneer Perusahaan (yang dibeli oleh Olin), Inc
(PIONA), dan Formosa. Semua perusahaan-perusahaan ini menggunakan proses
chloralkali.
Natrium hidroksida adalah pokok dasar dalam industri kimia. Dalam massal itu
yang paling sering ditangani sebagai air solusi , karena solusi lebih murah dan lebih
mudah ditangani. Ia digunakan untuk mendorong reaksi kimia dan juga untuk
netralisasi bahan asam.
Hal ini dapat digunakan juga sebagai agen penetralisir dalam pemurnian minyak
bumi.Hal ini juga digunakan untuk tugas yang berat dan pembersihan industri.
3
Page 4
2.2 Asam Klorida (HCl)
Larutan asam klorida atau yang biasa kita kenal dengan larutan HCl dalam
air, adalah cairan kimia yang sangat korosif dan berbau menyengat.HCl termasuk
bahan kimia berbahaya atau B3.Di dalam tubuh HCl diproduksi dalam perut dan
secara alami membantu menghancurkan bahan makanan yang masuk ke dalam usus.
Dalam skala industri, HCl biasanya diproduksi dengan konsentrasi
38%.Ketika dikirim ke industri pengguna, HCl dikirim dengan konsentrasi antara
32~34%.Pembatasan konsentrasi HCl ini karena tekanan uapnya yang sangat
tinggi, sehingga menyebabkan kesulitan ketika penyimpanan.
Asam klorida ditemukan pada abad kelima belas oleh Basilius Valentinus.
Hidrogen klorida berwujud gas pada suhu dan tekanan kamar. Larutannya di dalam
air dikenal sebagai asam klorida (hydraulic acid), atau jika larutan HCl itu berada
dalam konsentrasi komersial dinamakan asam muriat (muriatic acid). Konsentrasi
asam komersial biasanya adalah 18oBe’ (gravitas spesifik 1,142) atau 27,9% dan
20oBe’ (gravitas spesifik 1,179) atau 35,2% HCl. HCl anhidro tersedia di dalam
silinder baja dan harganya jauh lebih mahal karena tingginya biaya silinder yang
digunakan.
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
4
Page 5
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.
Berikut ini adalah beberapa bidang yang memanfaatkan HCl, baik pada skala
industri maupun skala rumah tangga.
1. Asam klorida digunakan pada industri logam untuk menghilangkan karat atau kerak
besi oksida dari besi atau baja.
2. Sebagai bahan baku pembuatan vinyl klorida, yaitu monomer untuk pembuatan
plastik polyvinyl chloride atau PVC.
3. HCl merupakan bahan baku pembuatan besi (III) klorida (FeCl3) dan
polyalumunium chloride (PAC), yaitu bahan kimia yang digunakan sebagai bahan
baku koagulandanflokulan. Koagulan dan flokulan digunakan pada pengolahan air.
4. Asam klorida dimanfaatkan pula untuk mengatur pH (keasaman) air limbah cair
industri, sebelum dibuang ke badan air penerima.
5. HCl digunakan pula dalam proses regenerasi resin penukar kation (cation exchange
resin).
6. Di laboratorium, asam klorida biasa digunakan untuk titrasi penentuan kadar basa
dalam sebuah larutan.
7. Asam klorida juga berguna sebagai bahan pembuatan cairan pembersih porselen.
8. HCl digunakan pada proses produksi gelatin dan bahan aditif pada makanan.
9. Pada skala industri, HCl juga digunakan dalam proses pengolahan kulit.
10. Campuran asam klorida dan asam nitrat (HNO3) atau biasa disebut dengan aqua
regia, adalah campuran untuk melarutkan emas.
5
Page 6
11. Kegunaan-kegunaan lain dari asam klorida diantaranya adalah pada proses produksi
baterai, kembang api dan lampu blitz kamera.
2.3 Elektrolisis
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
Dalam sel, reaksi oksidasi reduksi berlangsung dengan spontan, dan energi
kimia yang menyertai reaksi kimia diubah menjadi energi listrik. Bila potensial
diberikan pada sel dalam arah kebalikan dengan arah potensial sel, reaksi sel yang
berkaitan dengan negatif potensial sel akan diinduksi. Dengan kata lain, reaksi yang
tidak berlangsung spontan kini diinduksi dengan energi listrik. Proses ini disebut
elektrolisis. Pengecasan baterai timbal adalah contoh elektrolisis.
Rangkaian sel elektrolisishampir menyerupai sel volta. Yang membedakan sel
elektrolisisdari sel voltaadalah, pada sel elektrolisis, komponenvoltmeterdiganti
dengan sumber arus (umumnya baterai).Larutan atau lelehan yang ingin dielektrolisis,
ditempatkan dalam suatu wadah.Selanjutnya, elektroda dicelupkan ke dalam larutan
maupun lelehan elektrolit yang ingin dielektrolisis.Elektroda yang digunakan
umumnya merupakan elektroda inert, seperti Grafit (C), Platina (Pt), dan Emas
(Au).Elektroda berperan sebagai tempat berlangsungnya reaksi.Reaksi
reduksiberlangsung di katoda, sedangkan reaksi oksidasiberlangsung di anoda.Kutub
negatif sumber arus mengarah pada katoda (sebab memerlukan elektron) dan kutub
positif sumber arus tentunya mengarah pada anoda.Akibatnya,katodabermuatan
negatif dan menarik kation-kation yang akantereduksi menjadi endapan logam.
Sebaliknya, anodabermuatan positif dan menarik anion-anionyang akanteroksidasi
menjadi gas. Terlihat jelas bahwa tujuan elektrolisis adalah untuk mendapatkan
endapan logam di katoda dan gas di anoda.
Ada dua prinsip yang khas dari elektrolisis yaitu :
1. Kaitan antara beda potensial yang digunakan dan arus yang mengalir melalui sel
elektrolisis
2. Discas yang selektif di antara ion-ion pada permukaan elektroda
6
Page 7
Reaksi elektrolisis merupakan redoks yang tidak spontan, tetapi terjadi karena
diberi energi listrik dari luar.Hal ini dapat terjadi dalam sel elektrolisis dengan
mencelupkan dua elektroda (batang logam atau karbon) ke dalam larutan
elektrolit.Kedua elektroda dihubungkan masing-masing dengan kutub sumber arus
searah (DC). Elektroda yang dihubungkan dengan kutub negative akan kelebihan
electron dan disebut katoda, sedangkan yang lain akan bermuatan positif disebut
anoda.
Reaksi yang terjadi pada katoda dan anoda bergantung pada beberapa factor,
yaitu sebagai berikut :
1. Jenis kation dan anion dalam wadah
2. Keadaan ion apakah dalam cair (lelehan) atau larutan
3. Elektrodanya apakah inert atau ikut bereaksi dalam larutan
4. Potensial listriknya harus mencukupi untuk proses elektrolisis
Agar terjadi elektrolisis diperlukan potensial minimum, karena :
1. Adanya perbedaan potensial antara elektroda menyebabkan ion-ion dalam system
bergerak ke elektroda
2. Diperlukan potensial tambahan untuk discas ion pada elektrolisis yang disebut
overpotensial
Ada dua tipe elektrolisis, yaitu elektrolisis lelehan (leburan) dan elektrolisis
larutan. Pada proses elektrolisis lelehan, kation pasti tereduksi di katoda dan anion
pasti teroksidasi di anoda. Sebagai contoh, berikut ini adalah reaksi elektrolisis
lelehan garam NaCl (yang dikenal dengan istilah sel Downs), sesuai reaksi di bawah
ini:
Katoda (-) : 2 Na+(l) + 2 e- 2 Na(s) ……………….. (1)
Anoda (+) : 2 Cl-(l) Cl2(g) + 2 e- ……………….. (2)
Reaksi sel : 2 Na+(l) + 2 Cl-
(l) ——> 2 Na(s) + Cl2(g) …….. [(1) + (2)]
Reaksi elektrolisis larutan garam NaCl menghasilkan gelembung gas H2 dan
ion OH- (basa) di katoda serta gelembung gas Cl2 di anoda. Terbentuknya ion OH-
7
Page 8
pada katoda dapat dibuktikan dengan perubahan warna larutan dari bening menjadi
merah muda setelah diberi sejumlah indikator fenolftalein (pp). Dengan
demikian,terlihat bahwa produk elektrolisis lelehan umumnya berbeda dengan produk
elektrolisis larutan.
Gambar 1. Elektrolisis NaCl
Dari pembahasan di atas, kita dapat menarik beberapa kesimpulan yang
berkaitan dengan reaksi elektrolisis :
1. Baik elektrolisis lelehan maupun larutan, elektroda inert tidak akan bereaksi;
elektroda tidak inert hanya dapat bereaksi di anoda
2. Pada elektrolisis lelehan, kation pasti bereaksi di katoda dan anion pasti bereaksi
di anoda
3. Pada elektrolisis larutan, bila larutan mengandung ion alkali, alkali tanah, ion
aluminium, maupun ion mangan (II), maka air yang mengalami reduksi di katoda
4. Pada elektrolisis larutan, bila larutan mengandung ion sulfat, nitrat, dan ion sisa
asam oksi, maka air yang mengalami oksidasi di anoda
Elektrolisis larutan natrium kloridaadalah salah satu proses yang penting
dalam industri untuk memproduksi gas klor dan natrium hidroksida. Pada katoda,
terjadi persaingan antara air dengan ion Na+. Berdasarkan Tabel Potensial Standar
Reduksi, air memiliki E°redyang lebih besar dibandingkan ion Na+. Ini berarti, air lebih
mudah tereduksidibandingkan ion Na+.Oleh sebab itu, spesi yang lebih banyak
bereaksi di katodaadalah air. Sementara, berdasarkan Tabel Potensial Standar
Reduksi, nilai E°red ion Cl- dan air hampir sama. Oleh karena oksidasi air memerlukan
potensial tambahan (overvoltage), maka oksidasi ion Cl- lebih mudah dibandingkan
8
Page 9
oksidasi air.Oleh sebab itu, spesi yang bereaksi di anodaadalah ion Cl-. Dengan
demikian, reaksi yang terjadi pada elektrolisis larutan garam NaCladalah sebagai
berikut :
Katoda (-) : 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) ..........….. (1)
Anoda (+) : 2 Cl-(aq) Cl2(g) + 2 e- ………….. (2)
Reaksi sel : 2 H2O(l) + 2 Cl-(aq) H2(g) + Cl2(g) + 2 OH-
(aq) ……. [(1) + (2)]
Reaksi elektrolisis larutan garam NaCl menghasilkan gelembung gas H2 dan
ion OH-(basa) di katoda serta gelembung gas Cl2 di anoda. Terbentuknya ion OH- pada
katoda dapat dibuktikan dengan perubahan warna larutan dari bening menjadi merah
muda setelah diberi sejumlah indikator fenolftalein (pp). Dengan demikian, terlihat
bahwa produk elektrolisis lelehan umumnya berbeda dengan produk elektrolisis
larutan.
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 :
2 Na-Hg + 2 H2O 2 NaOH + H2 + Hg
Beberapa jenis sel untuk mengelektrolisis air antara lain :
1. Sel diafragma, sel ini mempunyai satu diafragma, biasanya terbuat dari serat asbes
yang memisahkan anode dari katode. Dengan demikian ion dapat berpindah
karena migrasi listrik, tetapi difusi produknya terhalang. Anodenya biasanya
terbuat dari grafit dan katode dari besi tuang. Diafragma itu kemudian tersumbat
karena pemakaian dan ini akan terlihat dari meningkatnya penurunan voltase dan
tekanan hidrostatik pada umpan air garam. Diafragma itu haru diperbarui secara
berkala. Diafragma itu memungkinkan air garam mengalir dari anode ke katode
dan dengan demikian menghentikan atau mengurangi reaksi samping.
9
Page 10
2. Sel membran, sel ini menggunakan membran semipermeabel untuk memisahkan
kompartemen anode dari katode. Dengan menggunakan sel diafragma, migrasi
balik ion-ion itu dikendalikan oleh laju aliran fluida melalui diafragma dan ini
diatur dengan mengendalikan tinggi permukaan zat cair di dalam kedua
kompartemen itu secara teliti. Dalam sel membran kedua sel itu dipisahkan
dengan lembaran plastik yang aktif kimia, yang dapat melewatkan ion natrium,
tetapi menolak ion hidroksil.
3. Sel raksa, sel raksa operasinya sangat berbeda dari sel-sel jenis lain. Anodenya
grafit dan katodenya adalah kolam aliran raksa.
2.4 Hukum Faraday
Michael Faraday menerangkan hubungan kuantitatif antara jumlah zat yang
bereaksi di katoda dan anoda dan muatan listrik total yang melewati sel. Hasil
penelitian Michael Faraday dikenal dengan nama Hukum Faraday, yang dinyatakan
sebagai berikut :
Listrik sebanyak 96.500 C yang mengalir melalui sel menghasilkan 1 gram ekuivalen
reaksi kimia pada masing-masing electrode
Muatan elektron (e) tunggal (dinyatakan dalam coulomb) adalah sama dengan :
1,6021773 x 10-19 C, sehingga jumlah muatan yang ditunjukkan oleh 1 mol elektron
adalah :
Q = (6,022137 x 1023 mol-1) (1,6021773 x 10-19 C)
= 96.485,31 C.mol-1
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 :
t
QI
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (1)
10
Page 11
Larutan garam dapur
KarbonAir raksa
V
A
CaCO3
Benzene + Aquadest
Arus I ampere yang lewat selama t detik menyebabkan It coulomb muatan melewati
rangkaian. Jumlah elektron dalam mol adalah :
Mol elektron C/mol96,485
tI
. . . . . . . . . . . . . . . . . (2)
Dari jumlah mol elektron yang lewat dalam rangkaian, maka jumlah mol senyawa
yang bereaksi pada elektroda dalam sel elektrokimia dapat dihitung.
Gambar 2. Rangkaian alat percobaan
III. ALAT DAN BAHAN
3.1 Alat
Alat yang digunakan dalam praktikum ini adalah:
1. Satu set rangkaian elektrolisis
2. Adaptor
3. Elektrode
4. Amperemeter
5. Voltmeter
6. Neraca analitik
7. Gelas beker
8. Erlemmeyer
9. Pipet gondok
10. Pipet tetes
11. Ball pipet
12. Buret
13. Gelas ukur
11
Page 12
14. Kaca arloji
15. Labu leher tiga
16. pH indikator
17. Corong pemisah
18. Statif
19. Corong berselang
3.2 Bahan
Bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah:
1. Garam dapur (NaCl)
2. Air raksa
3. Heksana
4. Minyak
5. CaCO3
6. Grafit
7. Asam Oksalat (H2C2O4)
8. Indikator PP
9. Natrium hidroksida (NaOH)
10. Asam klorida (HCl)
11. Aquadest
IV. LANGKAH KERJA
1. Larutan garam dapur dengan konsentrasi 10% dengan cara menimbang 75 gram
NaCl kemudian dilarutkan ke dalam aquadest sebanyak 750 mL, kemudian
dimasukkan ke dalam rangkaian alat yang digunakan untuk elektrolisis.
2. Air raksa ditimbang dimasukkan dengan teliti ke dalam rangkaian alat.
3. Aquadest dimasukkan dengan teliti ke dalam rangkaian alat
4. Sebanyak 75 mL heksena dan 75 mL akuades dimasukkan dengan teliti ke dalam
rangkaian alat
5. Minyak dimasukkan dengan teliti ke dalam rangakaian hingga menutupi keluaran
selang pada rangkaian
6. Alat dirangkai.
12
Page 13
7. CaCO3 dimasukkan dalam corong pemisah dan diletakkan di bagian atas
rangkaian
8. Rangkaian diisolasi agar oksigen dan pengotor dari luar tidak ikut dalam proses
elektrolisis
9. Tegangan listrik DC dinyalakan
10. Dilakukan elektrolisis selama 3 hari. Selama melaksanakan proses elektrolisis,
diukur tegangan dan arus listriknya
11. Setelah proses elektrolisis berakhir, sisa larutan garam dapurnydan akuades yang
berada dalam rangkaian dibuang dengan cara dipipet dengan hati-hati
12. Air raksa yang berada dalam rangkaian juga dipipet dengan hati-hati
13. Larutan NaOH dan sisa larutan NaCl diambil dengan memipetnya dengan hati-
hati dan memindahkannya ke dalam gelas beker.
14. Larutan NaOH yang terbentuk ditentukan konsentrasinya dengan cara dititrasi
dengan menggunakan HCl 0,1 N.
15. Dibuka dari rangkaiannya dan dimasukkan cairannya ke dalam corong pemisah,
kemudian dipisahkan kedua larutan dengan cara didiamkan.
16. Larutan HCl yang terdapat dalam rangkaian diambil dengan cara memisahkannya
menggunakan corong pemisah dari larutannya
17. HCl yang terbentuk ditentukan konsentrasinya dengan cara dititrasi menggunakan
NaOH yang telah distandarisasi dengan Asam Oksalat 0,1 N
18. Neraca massa dan neraca ekonominya dibuat dan efisiensi proses
elektrolisisditentukan
V. DATA DAN PERHITUNGAN
5.1 Elektrolisis NaCl
Massa NaCl = 700 gram
Volume akuades untuk melarutkan NaCl = 2 liter
Tegangan : 12 V
Arus : 100 mA
5.2 Standarisasi NaOH dan HCl
a. Standardisasi NaOH dengan Asam OksalatMasasa asam oksalat : 0,6325 g (dalam labu ukur 100 mL) Volume asam oksalat : 10,00 mL Volume NaOH : 10,2 mL
13
Page 14
10,1 mL
N NaOH = mg as. oksalat V NaOH x FP x BE as. Oksalat
¿ 632,5 mg
10,15mL x 10010
x63,5 grek ¿0,0989 N
b. Standarisasi HCl dengan NaOH Terstandarisasi Volume HCl : 10,00 mL Volume NaOH : 9,30 mL N NaOH : 0,0989 N
V HCl . N HCl=V NaOH .N NaOH N HCl=V NaOH . NNaOH
V HClN HCl=
9,30 mL .0,0989 N10,00 mL
N HCl=0,0920 N
5.3 Penentuan Konsentrasi NaOH dan HCl Hasil a. Penentuan Konsentrasi NaOH Hasil
Volume HCl : 19,00 mL 19,30 mL
Normalitas HCl : 0,0920 N Volume NaOH hasil : 10,00 mL Normalitas NaOH hasil :
V HCl . N HCl=V NaOH . N NaOH N NaOH=V HCl . NHCl
V NaOHN NaOH=19,15mL .0,0920 N
10,00mLN HCl=0,1762 N
b. Penentuan Konsentrasi HCl Hasil Volume NaOH : 0,2 mL
0,2 mL Normalitas NaOH : 0,0989 N Volume HCl hasil : 10,00 mL Normalitas HCl hasil :
V HCl . N HCl=V NaOH . N NaOH N HCl=V NaOH . NNaOH
V HClN HCl=
0,2 mL .0,0989 N10,00 mL
N HCl=0,001978 N
Vol. HCl yang dihasilkan = 100 mL
Vol. NaOH yang dihasilkan = 750 mL
5.4 Menentukan Berat NaOH dan Berat HCl hasil Proses
1. NaOH
Berat NaOH = N NaOH x BE NaOH x V NaOH yang diperoleh
= 0,1762 ek/L x 40 gr/ek x 750 mL x (1L/1000mL)
= 5,286 g
2. HCl
14
Page 15
Berat HCl = N HCl x BE HCl x V hasil HCl
= 0,001978 ek/L x 36,5 gr/ek x 100 mL x (1L/1000mL)
= 0,0072 gr
5.5. Menghitung effisiensi
a. Efisiensi elektrolisis
*Karena arus dipasang secara seri, maka kuat arus yang melewati rangkaian dihitung
dengan cara :
Itotal = I1 + I2 + I3 + I4
V = 12 volt
I = 100 mA = 0,1 A
t = 92 = 331200 detik
Q = I x t
= 0,1 A x 331200 dtk
= 33120 C
Berat NaCl = 75 gr x 85 % (kadar NaCl)
= 63,75 g
Mol NaCl mula-mula = 63,75 g / 58,5 g/mol
= 1,0897 mol
NaCl yang terurai
Reaksi yang terjadi secara umum adalah:
2 NaCl 2 Na+ + 2 Cl-
2 Na+ + 2Hg + 2e- 2NaHg
2 Cl - Cl 2 + 2e -
2 NaCl + 2Hg Cl2 + 2NaHg
1ek = 1C
1 ek = 96.500 C/mol
Mol e- = 33120 C
96500 C /mol
= 0,3432 mol
Reaksi di anoda
2 Cl-Cl2 + 2 e-
15
Page 16
maka mol Cl2 = ½ mol e-
mol Cl2 = ½ mol e- = ½ x 0,3432mol = 0,1716 mol
Pada reaksi:
2 NaCl + 2Hg Cl2 + 2NaHg
Maka mol NaCl = 2 mol Cl2 = mol e- = 0,3432 mol
Berat NaCl yang terurai = mol NaCl x BM NaCl
= 0,3432 mol x 58,5 gr/mol
= 20,0779 gr
Diketahui NaCl umpan = 75 gr/750 mL (kemurnian NaCl 85 % )
Maka NaCl umpan = m NaCl x 85 %
= 75 g x (85/100)
= 63,75 g
Efisiensi elektrolisis = NaClteruraiNaClumpan x 100%
= 20,0779 gram63,75 gram x 100%
= 32,59 %
b. Efisiensi NaOH
Reaksi di katoda :
2H2O + 2 e- H2 + 2 OH-
maka 2 mol e- = 1 mol H2
1 mol H2 = ½ x mol e-
= ½ x 0,3432 mol
= 0,1716 mol
Pada reaksi pembentukan NaOH dari amalgama dan air :
2NaHg + 2H2O 2NaOH + H2 + 2Hg
1 mol H2 = 2 mol NaOH
mol NaOH = ½ x mol H2
= ½ x 0,1716 mol
= 0,0858 mol
16
Page 17
Jika NaOH reaksinya sempurna, maka :
Berat NaOH teoritis = mol NaOH x BM NaOH
= 0,0858 mol x 40 g/mol
= 3,432 g
Sehingga,
Efisiensi NaOH =
NaOH hasil prosesNaOH . seharusnya sec ara teoritis
×100 %
= 5,286 gram3,432 gram x 100%
= 154,02%
c. Efisiensi HCl
Reaksi Anoda :
2 Cl- Cl2 + 2 e-
maka 2 mol e-= 1 mol Cl2
1 mol Cl2 = ½ x mol e-
= ½ x 0,3432 mol
= 0,1716 mol
Pada reaksi klorinasi :
C6H6 + Cl2 C6H5 Cl + HCl
Mol Cl2 = mol HCl = 0,1716 mol
Jika Cl2 berubah menjadi HCl sempurna maka :
Berat HCl sebenarnya (teoritis)
Berat HCl = mol HCl x BM HCl
= 0,1716 mol x 36,5 g/mol
= 6,2634 gram
Sehingga,
Efisiensi HCl= MassaHClh asilproses
MassaHClteoritisx100 %
= 0,0072 gram6,2634 gram x 100%
= 0,114 %
5.6 Neraca Massa
17
Page 18
Hexane
Hg
HexaneH2O
H2O
NaOH
NaHg
HCl
Hg
Cl-
Na+
Listrik
H2ONaCl
H2O
NaCl
ELEKTROLISIS
Hg
Reaktor Klorinas
i
Hidrolisis
H2O
C6H13Cl
Cl2
NaHgH2O
H2
Hg
Reaksi yang terjadi secara umum adalah:
2 NaCl 2 Na+ + 2 Cl-
2 Na+ + 2Hg + 2e- 2NaHg
2 Cl - Cl 2 + 2e -
2 NaCl + 2Hg Cl2 + 2NaHg
Mol e- = 33120 C
96500 C /mol
=0,3432 mol
1. Neraca Massa Reaktor Elektrolisis
Input
a. Garam dapur (NaCl)
NaCl masukan = 75 g
b. H2O
H2O masukan = 750 g
Jumlah massa input = NaCl + H2O
= 75 gram + 750 gram
= 825 gram
Output
a. Na+
Massa Na+ = molNa+ x ArNa+
= 0,3432 mol x 23gr/mol
= 7,8936 gr
b. H2O
18
Page 19
Massa H2O = massa H2O input
= 750 gram
c. Cl-
Massa Cl- = mol Cl-x Ar Cl-
= 0,3432 mol x 35,5 gr/mol
= 12,1836 gr
d. NaCl sisa
Massa NaCl bereaksi = Mr NaCl x Mol NaCl yang bereaksi
= 58,5 gram/mol x 0,3432 mol
= 20, 0772 gram
massa NaCl yang tersisa = NaCl masukan - massa NaCl yang terurai
= 75 gr - 20,0772 g
= 54,9228 g
Jumlah massa output = mNa+ + mCl- + mNaCl sisa + mH2O= (7,8936 + 12,1836 + 54,9228 + 750) gram= 825 gram
2. Neraca Massa Reaktor Hg
Input
a. Na+
Massa Na+ = 7,8936 gram
b. Hg
Massa Hg = 100 g
Jumlah massa input = Massa Na++Massa Hg
= (7,8936 + 100 ) gram
= 107,8936 gram
Output
a. NaHg
Massa NaHg = mol NaHg x Mr NaHg
= 0,3432 mol x 223 gram/mol
= 76,5336 gram
b. Hg sisa
Massa Hg bereaksi = mol Hg x Mr Hg
= 0,3432 mol x 200 g/mol
= 68,64 gram
19
Page 20
Massa Hg sisa = Massa Hg mula-mula - Massa Hg bereaksi
= (100 – 68,64) gram
= 31,36 g
Jumlah output = massa NaHg + massa Hg sisa
= (76,5336 + 31,36) g
= 107,8936 gram
3. Neraca Massa Hidrolisis
Input
a. NaHg
NaHg masukan = 75,5336 gram
b. H2O
Massa Aquadest = 750 mL asumsi ρ H2O adalah 1 g/ml
c. Hg
Berat Hg masukan = Berat Hg yang tidak bereaksi pada elektrolisis
= 31,36 gram
Jumlah massa input = Berat (NaHg + H2O+ Hg)
= (75,5336 + 750 + 31,36 ) gram
= 856,8936 gram
Output
a. NaOH
NaOH terbentuk = 5,285 gram
b. H2O sisa
Reaksi : 2NaHg + 2H2O 2NaOH + H2 + 2HgMol H2O bereaksi= mol NaOH terbentuk
Mol NaOH terbentuk = 5,285 gram
40 gram/mol = 0,1321 mol
Berat H2O bereaksi = 0,1321 mol x 18 gram/mol
= 2,3782 gram
Berat H2O sisa = Berat H2O awal – berat H2O bereaksi
= 750 g – 2,3782 gram
= 747,6217 g
c. NaHg sisa
Reaksi : 2NaHg + 2H2O 2NaOH + H2 + 2HgMol NaHg bereaksi = mol NaOH
20
Page 21
= 0,3432 mol
Massa NaHg sisa = mol NaHg input – mol NaHg bereaksi
= 0,3432 mol - 0,1321 mol
= 0,1911 mol
Massa NaHg sisa = 0,1911 mol x 223 gram/mol
= 42,6153 gram
d. Hg sisa
Reaksi : 2NaHg + 2H2O 2NaOH + H2 + 2HgMol Hg = mol NaHg bereaksi
= 0,1321 mol
Massa Hg bereaksi= 0,1321 mol x 200grammol
= 26,42 gram
Hg sisa total = m Hg input + m Hg bereaksi
= 31,36 gram +26,42 gram
= 52,84 gram
e. H2
Reaksi : 2NaHg + 2H2O 2NaOH + H2 + 2HgMol H2 = ½ x mol NaOH terbentuk
Berat H2 = ½ x 5,285 gram
40 gram/mol
= 0,0661 g
Jumlah massa output = Massa (NaOH+Total Hgsisa + NaHg sisa +H2O sisa + H2)
= (0,0661 +52,84 +42,6153 + 747,6217+0,0661) gram
= 843,2092 gram
VI. PEMBAHASAN
Praktikum kali ini bertujuan untuk membuat NaOH dan HCl dengan bahan
baku garam dapur menggunakan metode elektrolisis. Garam dapur yang digunakan
memiliki kemurnian yang rendah. Ini merupakan salah satu cara untuk meningkatkan
harga jual. Harga jual NaOH dan HCl dipasaran akan jauh lebih mahal jika
dibadningkan dengan NaCl.
Selain itu, praktikum ini juga bertujuan untuk menghitung efisiensi dan neraca
massa proses pembuatan natrium hidroksida dan asam klorida dari tiap tahapan
prosesnya. Elektrolisis merupakan proses peruraian suatu zat karena adanya aliran
21
Page 22
listrik yang melibatkan reaksi redoks tak spontan serta memanfaatkan energi listrik
untuk menghasilkan suatu reaksi kimia. Dalam industry kimia, elektrolisis dapat
dimanfaatkan untuk menghasilkan gas klor dan natrium serta membuat natrium
hidroksida. Elektrolisis NaCl pada praktikum ini dilakukan pada keadaan tertutup.
Sel yang digunakan dalam elektrolisis ini adalah sel raksa,sedangkan bahan
elektrode pada anode yang digunakan dalam percobaan adalah perak ,sedang
katodenya adalah Hg. Pada reaksi di katoda, dihasilkan gas hodrogen (H2). Agar gas
ini tidak keluar ini tidak keluar selama proses elektrolisis, aliran gas tersebut ditutup
dengan menggunakan minyak. Gas Cl2 dialirkan kedalam campuran heksana dan H2O
,sehingga terjadi reaksi antara gas Cl2 dengan larutan heksan. Reaksi antara klor dan
benzene ini disebut dengan reaksi klorinasi. Reaksinya adalah sebagai berikut:
C6H14 + Cl2 C6H13Cl + HCl
Gas klor yang lolos ditangkap dengan CaCO3 ,karena gas Cl2 sangat beracun.
Aquades digunakan untuk memisahkan HCl dengan chloro benzene (untuk ekstrak),
sedangkan ion Na+ akan bereaksi dengan Hg menjadi amalgama (NaHg).Amalgama
tidak akan terdekomposisi karena adanya air garam.Reaksi yang terjadi :
2Na+ + 2Hg 2NaHg
Sel air raksa digunakan karena air raksa dapat memberi keuntungan dapat
menghasilkan produk yang mutunya sangat tinggi dan dapat mengurangi kebutuhan
akan evaporasi. Selain itu, elektrode Hg dapat juga meminimalisir kandungan
pengotor NaCl dalam larutan NaOH. Namun selain memberikan keuntungan ternyata
sel Hg juga memberi kerugian.Salah satu kerugian dari Hg adalah perlunya
pengendalian limbah Hg ke lingkungan karena raksa yang dibuang ke lingkungan
walaupun sangat kecil jumlahnya ternyata sangat berbahaya karena dapat
menyebabkan penyakit.Oleh karena itu, setelah proses elektrolisis selesai, Hg
dikembalikan ke tempatnya semula. Sifat Hg yang mudah menguap pada suhu
kamar,maka dalam percobaan sebelum digunakan Hg dapat ditambah dengan air
supaya Hg yang menguap tertahan oleh molekular air.
Katoda Hg juga mempunyai potensial yang tinggi sehingga sanggup
mereduksi H2O menjadi H2 dan OH- serta dapat mereduksi ion Na+ menjadi Na yang
larut dalam cairan Hg membentuk amalgama. Amalgama yang terbentuk akan
terpisah Hg nya bila terkena aquadest, karena amalgam NaHg tidak membentuk
ikatan yang kuat sehingga mudah terlepas.
2NaHg + 2H2O 2NaOH + H2 + 2Hg
22
Page 23
Untuk mengetahui konsentrasi dari HCl dan NaOH hasil percobaan maka
selanjutnya dilakukan titrasi. Titrasi HCl hasil proses dilakukan dengan menggunakan
NaOH yang telah distandarisasi dengan asam oksalat, sedangkan titrasi NaOH hasil
prosesdilakukan dengan menggunakan asam HCl 0,1 N. Dari hasil perhitungan
diketahui bahwa konsentrasi HCl hasil proses adalah 0,001978 N dan NaOH hasil
proses adalah 0,1762 N.
Sesuai dengan praktikum yang dilakukan, efisiensi elektrolisis yang diperoleh
berdasarkan perhitungan adalah 32,56%, efisiensi HCl yang diperoleh berdasarkan
proses elektrolisis adalah sebesar 0,114% dan efisiensi NaOH 154,02%. Efisiensi
proses HCl masih sangat kecil, ini karena ada kesalahan praktikan yang tidak
memisahkan HCl dengan heksane terlebih dahulu.
Selain itu dilakukan pula perhitungan terhadap neraca massa. Neraca massa
merupakan perhitungan semua bahan yang masuk reaktor,bahan yang keluar reaktor,
dan akumulasi yang disebabkan oleh operasi industri dalam interval waktu tertentu.
Dari perhitungan diperoleh neraca massa elektrolisis, neraca massa NaOH dan neraca
massa HCl input tidak sama dengan outputnya. Hal ini sesuai dengan hukum neraca
massa,
Massa input = Massa output + Akumulasi
VII. KESIMPULAN
1. Efisiensi yang diperoleh dari percobaan :
Effisiensi pembuatan NaOH = 154,02 %
Effisiensi pembuatan HCl = 0,114%
Effisiensi elektrolisis = 32,56%
2. Konsentrasi NaOH hasil elektrolisis = 0,1762 N
Konsentrasi HCl hasil elektrolisis = 0,001978 N
VIII. DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2012. Elektrolisis Kimia IPA SMA.Online. Sumber:
http://tugassekolahq.blogspot.com/2012/02/elektrolisis-kimia-ipa-sma.html, diakses
pada tanggal 17 Desember 2015.
Lukman. 2009. Mengenal Kegunaan Larutan Asam Klorida. Online. Sumber:
http://anekailmu.blogspot.com/2009/06/mengenal-kegunaan-larutan-asam-
klorida.html, diakses pada tanggal 17 Desember 2015
23
Page 24
Yogyakarta, 20 Desember 2015Asisten, Praktikan,
Ir. Bangun Wasito, M.Sc Sri Sundari Retnoasih
24