1 LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN RESMI PRAKTIKUM DASAR-DASAR PROSES Dengan judul mata praktikum: ESTERIFIKASI ASAM ASETAT Disusun oleh: Nama Praktikan NIM Tanda Tangan Sabariyanto Muhammad Ali Sofiyan 13/346929/TK/40710 13/349158/TK/41056 Dosen Pembimbing Praktikum Ir. Suprihastuti Sri Rahayu, M.Sc NIP. 131851825 Yogyakarta, 28 Oktober 2014 Asisten Shinta Lieviana Handoko
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
1
LEMBAR PENGESAHAN
LAPORAN RESMI PRAKTIKUM DASAR-DASAR PROSES
Dengan judul mata praktikum:
ESTERIFIKASI ASAM ASETAT
Disusun oleh:
Nama Praktikan NIM Tanda Tangan
Sabariyanto
Muhammad Ali Sofiyan
13/346929/TK/40710
13/349158/TK/41056
Dosen Pembimbing Praktikum
Ir. Suprihastuti Sri Rahayu, M.Sc
NIP. 131851825
Yogyakarta, 28 Oktober 2014
Asisten
Shinta Lieviana Handoko
2
ESTERIFIKASI ASAM ASETAT
I. TUJUAN PERCOBAAN
Percobaan ini bertujuan untuk mempelajari perubahan konversi asam asetat
terhadap waktu reaksi esterifikasi asam asetat dengan etanol menggunakan
katalisator asam sulfat.
II. DASAR TEORI
Konsentrasi zat-zat yang terlibat dalam suatu reaksi berubah terhadap waktu.
Seiring bertambahnya waktu, konsentrasi reaktan semakin rendah, sedangkan
konsentrasi produk semakin tinggi. Perubahan konsentrasi reaktan per satuan waktu
disebut juga laju reaksi pengurangan reaktan, sedangkan perubahan konsentrasi
produk per satuan waktu disebut juga laju reaksi pembentukan produk. Reaksi
kimia ada yang berlangsung cepat, ada pula yang berlangsung lambat. Konsentrasi
reaktan memiliki peranan yang sangat penting dalam laju reaksi. Semakin besar
konsentrasi, semakin banyak tumbukan antar molekul reaktan, sehingga laju reaksi
semakin cepat. Begitu juga sebaliknya, semakin kecil konsentrasi reaktan, semakin
kecil laju reaksi.
Selain konsentrasi reaktan yang tinggi, suhu reaksi yang tinggi juga
meningkatkan laju reaksi. Hubungan konstanta laju reaksi dan suhu dinyatakan
sebagai persamaan Arrhenius:
k = A e−𝐸
𝑅𝑇 (1)
dengan, k adalah konstanta laju reaksi, A adalah faktor tumbukan, E adalah energi
aktivasi, R adalah tetapan gas ideal dan T adalah suhu absolut.
Agar suatu reaksi bisa terjadi, diperlukan energi minimum yang disebut
energi aktivasi. Besarnya energi aktivasi dapat diturunkan dengan menambahkan
katalisator. Oleh karena itu, reaksi yang lambat dipercepat dengan menambahkan
sejumlah katalisator yang sesuai. Berbagai jenis katalisator biasa digunakan, baik
padat (misalnya resin penukar ion) maupun cair (misalnya asam sulfat dan asam
klorida). Sebagai katalis, asam sulfat atau asam klorida berperan dalam
3
memberikan ion H+ pada atom karbonil dari asam, sehingga elektrofinitas atom
meningkat.
Esterifikasi merupakan proses membuat ester dari asam karboksilat dengan
alkohol. Persamaan reaksi pembentukan ester dari asam asetat (CH3COOH) dengan
etanol (C2H5OH) menghasilkan ester etil asetat (CH3COOC2H5) dan air, sebagai
berikut:
CH3COOH(aq)+C2H5OH(aq) CH3COOC2H5(aq)+H2O(l) (2)
Persamaan (2) menggambarkan bahwa ester yang terbentuk juga bereaksi
dengan air membentuk asam karboksilat dan alkohol (proses hidrolisis). Karena
reaksi ini bersifat dapat balik, maka pada suatu saat konsentrasi reaktan dan produk
akan setimbang (equilibrium). Hubungan konsentrasi reaktan dan produk pada saat
setimbang diberikan sebagai konstanta kesetimbangan reaksi:
K = CEe CWe
CHe CAe (3)
dalam hal ini, K adalah konstanta kesetimbangan, sedangkan CEe, CWe, CHe dan CAe
berturut-turut adalah konsentrasi ester, air, asam asetat dan etanol pada saat
setimbang. Untuk menggeser kesetimbangan, dilakukan pengusiran salah satu
hasil, terutama yang titik didihnya lebih rendah (biasanya ester), sehingga jumlah
ester menjadi relatif lebih sedikit, laju reaksi bergeser ke arah reaktan (proses
hidrolisis) berkurang atau kesetimbangan bergeser ke kanan. Penggunaan salah satu
reaktan berlebih (perbandingan molar alkohol terhadap asam asetat lebih dari sama
dengan 1) dimaksudkan untuk menggeser kesetimbangan ke arah kanan juga.
Nilai K dipengaruhi suhu dan persamaan hubungan suhu dengan K,
persamaan van’t Hoff,
d ln K
dT =
ΔHr
RT2 (4)
dalam hal ini, ΔHr adalah panas reaksi, R adalah tetapan gas ideal dan T adalah
suhu absolut.
4
Konversi asam asetat didefinisikan sebagai perbandingan mol asam asetat
yang bereaksi terhadap mol asam asetat mula-mula, yaitu:
x = 𝑛𝐻0-𝑛𝐻
𝑛𝐻0 (5)
atau x = 𝑐𝐻0−𝑐𝐻
𝑐𝐻0 (6)
dalam hal ini, 𝑛𝐻0 dan 𝑛𝐻 berturut-turut adalah jumlah mol asam asetat pada saat
t=0 dan t=t, sedangkan 𝑐𝐻0 dan 𝑐𝐻 berturut-turut adalah konsentrasi asam asetat
pada saat t=0 dan t=t, maka konversi saat kesetimbangan merupakan konversi
maksimum pada suhu tersebut.
5
III. PELAKSANAAN PERCOBAAN
A. Bahan Percobaan
Bahan-bahan yang digunakan:
1. Asam asetat
2. Etanol 72%
3. H2SO4 pekat
4. Aquadest
5. NaOH pellet
6. Larutan HCl
7. Indikator phenolphthalein
B. Alat Percobaan
Gambar 1. Rangkaian Alat Percobaan Esterifikasi Asam Asetat
C. Cara Kerja
1. Pembuatan Larutan NaOH 0,1 N (500 mL)
Natrium hidroksida pellet sebanyak 2,0037 gram ditimbang di dalam botol
timbang dengan neraca analitis digital. Natrium hidroksida tersebut dilarutkan di
dalam gelas beker 250 mL. Larutan NaOH tersebut dimasukkan ke dalam
Keterangan :
1. Labu leher tiga 500 mL
2. Pemanas mantel
3. Motor listrik
4. Pengaduk merkuri
5. Pendingin bola
6. Pengatur skala pemanas
7. Termometer alkohol
8. Pengambil cuplikan
9. Penyumbat
6
labu ukur 500 mL dengan bantuan corong gelas kemudian dimasukkan aquadest
hingga tanda batas dan digojog hingga homogen. Larutan HCl yang telah
distandardisasi dengan larutan standar primer boraks digunakan untuk mengetahui
normalitas NaOH yang telah dibuat. Larutan HCl dimasukkan ke dalam buret 50
mL hingga tanda batas nol. Larutan NaOH sebanyak 5 mL diambil dengan pipet
volume 5 mL dan dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 125 mL. Lima tetes indikator
phenolphthalein ditambahkan pada larutan NaOH dan dititrasi dengan larutan HCl
hingga terjadi perubahan warna dari ungu menjadi tidak berwarna. Percobaan di
atas diulangi hingga didapat tiga data percobaan. Volume HCl yang digunakan
untuk titrasi dicari nilai rata-ratanya dan normalitas NaOH dihitung.
2. Titrasi Larutan Asam Asetat dengan Larutan NaOH 0,1 N
Larutan asam asetat sebanyak 5 mL diambil dengan pipet volume 5 mL lalu
dimasukkan ke dalam labu ukur 100 mL. Aquadest ditambahkan hingga tanda batas
dan digojog hingga homogen. Larutan asam asetat hasil pengenceran tersebut
diambil 5 mL lalu diencerkan menjadi 100 mL. Larutan asam asetat hasil 2 kali
pengenceran diambil sebanyak 25 mL dengan pipet volume 25 mL dan dimasukkan
ke dalam Erlenmeyer 125 mL kemudian ditambahkan 5 tetes indikator
phenolphthalein dan dititrasi hingga terjadi perubahan warna dari tidak berwarna
menjadi ungu. Volume larutan NaOH 0,1 N yang digunakan untuk titrasi dicatat.
Percobaan diulangi hingga didapat 3 data percobaan.
3. Titrasi Reaktan Esterifikasi
Asam asetat sebanyak 25 mL diambil dengan pipet volume 25 mL lalu
dimasukkan ke dalam labu ukur 250 mL. Lalu ditambahkan asam sulfat 2 mL yang
diambil dengan pipet ukur 2 mL dan digojog hingga homogen. Campuran asam
asetat-asam sulfat diambil sebanyak 5 mL dengan pipet volume 5 mL lalu dituang
ke dalam labu ukur 100 mL. Aquadest ditambahkan hingga tanda batas dan digojog
hingga homogen. Hasil pengenceran pertama diambil sebanyak 5 mL dengan pipet
volume 5 mL dan diencerkan kembali menjadi 100 mL. Hasil pengenceran kedua
diambil 25 mL dengan pipet volume 25 mL dan dimasukkan ke dalam Erlenmeyer
7
250 mL kemudian ditambahkan 5 tetes indikator phenolphthalein kemudian
dititrasi dengan larutan NaOH 0,1 N hingga terjadi perubahan warna dari tidak
berwarna menjadi ungu. Volume larutan NaOH 0,1 N yang digunakan untuk titrasi
dicatat. Percobaan diulang hingga didapat 3 data percobaan.
4. Esterifikasi Asam Asetat
Rangkaian alat esterifikasi asam asetat (gambar 1) dirangkai dan dinyalakan.
Campuran asam asetat-asam sulfat yang tersisa dimasukkan ke dalam labu leher
tiga 500 mL dan skala pemanas mantel diatur pada skala 4. Etanol sebanyak 200
mL ditakar dengan gelas ukur 100 mL dan dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250
mL yang dilengkapi dengan penyumbat dan termometer kemudian dipanaskan
hingga suhunya 70°C dengan kompor listrik. Setelah suhu reaktan dalam labu leher
tiga 500 mL mencapai 65°C, etanol tersebut dimasukkan melalui lubang pendingin
bola. Suhu larutan diamati dan dicatat saat mencapai suhu konstan. Skala pemanas
mantel diturunkan menjadi skala 2. Setelah 15 menit sejak proses di atas, ± 10 mL
cuplikan diambil dengan bantuan penghisap bola dan suhu yang ditunjukkan
termometer dicatat. Cuplikan sebanyak 5 mL diambil dengan pipet volume 5 mL
dan dimasukkan ke dalam labu ukur 100 mL dan ditambahkan aquadest hingga
tanda batas dan digojog hingga homogen. Hasil pengenceran ini diambil sebanyak
25 mL dengan pipet volume 25 mL dan dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 mL.
Lima tetes indikator phenolphthalein ditambahkan dan dititrasi dengan larutan
NaOH 0,1 N hingga terjadi perubahan warna dari tidak berwarna menjadi ungu.
Volume NaOH yang dibutuhkan dicatat. Titrasi dilakukan juga untuk 25 mL hasil
pengenceran lainnya sebanyak 2 kali hingga didapat 3 data percobaan. Langkah
pengambilan cuplikan, pengenceran dan titrasi diulangi untuk t = 30 menit, t = 60
menit, t = 90 menit dan t = 120 menit. Konversi asam asetat dihitung dan dibuat
grafik konversi asam asetat dan konsentrasi terhadap waktu.
8
D. Analisis Data
Normalitas Larutan HCl
NHCl = 2 wboraks
BMboraks X VHCl
(6)
dengan,
NHCl : normalitas larutan HCl
wboraks : berat boraks (mgram)
BMboraks : berat molekul boraks (381,37 mgram/mmol)
VHCl : volume larutan HCl untuk titrasi (mL)
NHCl = NHCl 1+NHCl 2+NHCl 3
3 (7)
Normalitas Larutan NaOH
NNaOH = VHCl rata-rata X NHCl
VNaOH (8)
VHCl rata-rata = VHCl 8a+VHCl 8b+VHCl 8c
3 (9)
dengan,
NNaOH : normalitas larutan NaOH (N)
VNaOH : volume larutan NaOH yang dititrasi (5 mL)
NHCl : normalitas larutan HCl (N)
VHCl rata-rata : volume HCl rata-rata (mL)
Konversi Asam Asetat
X = At0- At
At0 X100% (10)
9
dengan,
At0 : normalitas asam asetat-asam sulfat dalam reaktan (mgrek/mL)
At : normalitas asam asetat-asam sulfat pada saat t=t menit (mgrek/mL)
Aa : normalitas asam asetat dalam campuran reaktan (mgrek/mL)
Nilai Ato dan Aa dihitung sebagai berikut,
Ai = VNaOH i X NNaOH X 100 X 100
5 X 5 XVc (
27
227 ) (11)
dengan,
Ai : At0 atau Aa
Vc : volume cuplikan yang dititrasi (25 mL)
VNaOH i : Vt0 atau Va (mL)
NNaOH : normalitas larutan NaOH (N)
Nilai At dihitung sebagai berikut,
At = VNaOH i X NNaOH X 100
5 X Vc (12)
dengan,
At : normalitas asam asetat-asam sulfat pada saat t=t menit (mgrek/mL)
Vc : volume cuplikan yang dititrasi (25 mL)
VNaOH i : volume NaOH yang digunakan untuk titrasi sampel yang diambil
pada saat t=t menit (mL)
NNaOH : normalitas larutan NaOH (N)
Nilai A rata-rata
A rata-rata = Aj a+ Aj b+Aj c
3 (13)
dengan,
Arata-rata : Aa rata-rata, At0 rata-rata dan At rata-rata
j : 1,2,3,4,5,6,7
10
Konversi Setimbang Teoritis
Reaksi asam asetat dengan etanol mengikuti persamaan reaksi (2),
CH3COOH(aq)+C2H5OH(aq) CH3COOC2H5(aq)+H2O(l) (2)
Tabel Stoikiometri Reaksi Esterifikasi Asam Asetat dengan Etanol
Komponen Mol
mula-mula
Mol yang
terbentuk
Mol
yang tersisa
CH3COOH NA0 NA0 X NA0 (1-X)
C2H5OH NB0 NA0 X NB0 - NA0 X
CH3COOC2H5 0 NA0 X NA0 X
H2O NW0 NA0 X NW0 + NA0 X
Pada kondisi kesetimbangan, konversi X sama dengan Xe, sehingga nilai
konstanta kesetimbangan menjadi,
K = [NA0 Xe][NW0 +NA0Xe]
[NA0
(1-Xe)][NB0
−NA0Xe] (14)
dengan,
K : konstanta kesetimbangan reaksi pada suhu percobaan
NA0 : mol asam asetat mula-mula (mol)
NB0 : mol etanol mula-mula (mol)
Xe : konversi asam asetat pada kondisi setimbang
NW0 : mol air mula-mula (mol)
Nilai konstanta kesetimbangan reaksi dihitung dengan persamaan van’t Hoff,
d lnK
dT =
ΔHr
RT2 (15)
d lnK = ΔHr
RT2 dT
ln K2 – ln K1 = ΔHr
RT2 (1
T2-
1
T1) (16)
11
dengan,
K1 : konstanta kesetimbangan reaksi pada suhu referensi
K2 : konstanta kesetimbangan reaksi pada suhu percobaan
ΔHr : entalpi reaksi esterifikasi asam asetat (J/mol)
T1 : suhu referensi (K)
T2 : suhu percobaan (K)
R : konstanta gas ideal (J/(mol K))
Jumlah mol asam asetat mula-mula dapat dihitung dengan,
NA0 = AaVA
1000 (17)
dengan,
NA0 : jumlah mol asam asetat mula-mula (mol)
VA : volume asam asetat (mL)
Aa : normalitas asam asetat dalam campuran reaktan (mgrek/mL)
Jumlah mol etanol mula-mula dapat dihitung dengan,
NB0 = VB ρ
B %B
MrB (18)
dengan,
NB0 : jumlah mol etanol mula-mula (mol)
VB : volume etanol (mL)
ρB : massa jenis etanol pada suhu percobaan
%B : kadar etanol
MrB : berat molekul etanol (46 gram/mol)
12
Jumlah mol air mula-mula
NW0 = (NA0MrA
ρA
+ VB(1-%B))xρ
w
Mrw (19)
dengan,
NW0 : jumlah mol air mula-mula (mol)
NA0 : jumlah mol asam asetat mula-mula (mol)
MrA : berat molekul asam asetat (60 gram/mol)
ρA : massa jenis asam asetat pada suhu percobaan
VB : volume etanol (mL)
%B : kadar etanol
ρW : massa jenis air pada suhu percobaan (gram/mL)
MrW : berat molekul air (18 gram/mol)
13
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Proses standardisasi larutan NaOH 0,1 N menghasilkan data normalitas
larutan NaOH yang digunakan untuk titrasi adalah 0,0868 N. Perubahan warna dari
tidak berwarna menjadi ungu pada titrasi hasil pengenceran cuplikan yang
mengandung asam asetat, asam sulfat dan etanol dengan larutan NaOH 0,0868 N
menandakan titik ekivalen telah terjadi. Perubahan bau cuplikan yang awalnya
berbau asam asetat menjadi berbau balon tiup menandakan asam asetat telah
terkonversi menjadi ester etil asetat. Perubahan konsentrasi dari waktu ke waktu
semakin mengecil dan konversi asam asetat semakin meningkat. Hasil esterifikasi
asam asetat disajikan pada tabel berikut,
Tabel I. Hasil Percobaan Esterifikasi Asam Asetat
NO Menit ke- At (mgek/mL) Konversi (%)
1 0 1,0462 0
2 15 0,7523 34,44
3 30 0,6898 41,76
4 60 0,6203 49,90
5 90 0,6018 52,07
6 120 0,5902 53,42
Kemudian perubahan konsentrasi asam asetat-asam sulfat disajikan dalam
gambar 2 berikut,
14
Gambar 2. Perubahan Konsentrasi Asam Asetat-Asam Sulfat
terhadap Waktu
Gambar 2 menunjukkan bahwa konsentrasi asam asetat semakin mengecil
seiring berjalannya waktu. Hal ini menunjukkan semakin banyak reaktan yang
terkonversi menjadi ester etil asetat dan air, sesuai persamaan reaksi (2),
CH3COOH(aq)+C2H5OH(aq) CH3COOC2H5(aq)+H2O(l) (2)
Perubahan konversi asam asetat tiap waktu disajikan dalam gambar 3 berikut,
Gambar 3. Konversi Asam Asetat Tiap Waktu
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
1,10
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135
Konse
ntr
asi,
At
(mgek
/mL
)
Waktu (menit)
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0 15 30 45 60 75 90 105 120
Konver
si (
%)
Waktu (menit)
15
Reaksi esterifikasi bersifat reversible yang berarti suatu saat konsentrasi
reaktan dan konsentrasi produk akan konstan dan konversi reaktan menjadi produk
maksimum. Dari hasil perhitungan, diketahui bahwa konversi teoritis reaktan
menjadi produk pada keadaan setimbang adalah 70,09%, sedangkan pada
percobaan ini konversi reaktan menjadi produk hanya mencapai 53,42% yaitu pada
menit ke-120. Hal ini berarti reaksi belum mencapai titik kesetimbangan.
Reaksi esterifikasi berjalan sangat lambat sehingga dibutuhkan katalis, dalam
percobaan ini digunakan asam sulfat untuk menurunkan energi aktivasi dan
mempercepat reaksi.
Reaksi bersifat bolak-balik, untuk memperoleh konversi yang lebih tinggi
dilakukan dengan menggeser kesetimbangan reaksi ke kanan dengan cara,
a. Mengubah suhu
Reaksi esterifikasi bersifat eksotermis. Untuk menaikkan konversi produk perlu
penurunan suhu. Namun, penurunan suhu perlu dikompromikan dengan penurunan
laju reaksi. Sehingga penentuan suhu optimal dilakukan agar konversi produk
cukup banyak dan reaksinya berlangsung cukup cepat.
b. Menaikkan jumlah reaktan
Menaikkan jumlah reaktan akan menggeser kesetimbangan ke kanan sehingga
menaikkan konversi produk. Selain itu menaikkan jumlah reaktan dapat menaikkan
laju reaksi. Penambahan jumlah etanol berlebih sering diaplikasikan.
c. Melakukan “pengusiran” terhadap produk yang terbentuk
Mengurangi jumlah produk akan menggeser kesetimbangan ke kanan sehingga
meningkatkan konversi produk. Etil asetat diuapkan bersama etanol dan sedikit air
yang terbawa. Etanol kemudian didinginkan dan dikembalikan(reflux) ke dalam
reaktor.
16
V. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari percobaan ini adalah,
1. Konsentrasi asam campuran (asam asetat-asam sulfat) semakin menurun
seiring berjalannya waktu menandakan semakin lama reaksi, semakin
banyak asam asetat yang terkonversi menjadi ester etil asetat.
2. Semakin lama esterifikasi terjadi, semakin lambat kecepatan reaksi. Hal
ini dikarenakan reaksi mendekati kesetimbangan.
3. Konversi asam asetat tertinggi terjadi pada saat reaksi esterifikasi
mencapai kesetimbangan dan kesetimbangannya digeser ke kanan dengan
menggunakan etanol berlebih dan melakukan pengambilan produk etil