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
Laboratorium Proses Kimia 2013
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Lemak dan minyak adalah trigliserida yang berarti triester (dari) gliserol.
Perbedaan antara suatu lemak adalah pada temperatur kamar, lemak akan
berbentuk padat dan minyak berbentuk cair. Sebagian besar gliserida pada hewan
merupakan lemak yang biasa disebut lemak hewani. Sedangkan gliserida dalam
tumbuhan cenderung berupa minyak dan disebut sebagai minyak nabati.
Pohon jarak (Ricinus communis) merupakan salah satu jenis tanaman
penghasil nonedible oil. Hasil utama dari pohon jarak adalah bijinya, apabila
dikeringkan biji jarak akan menghasilkan minyak jarak. Hidrolisa minyak jarak
menjadi asam lemak dan gliserol dilakukan dengan cara memanaskan campuran
minyak jarak dan sedikit asam sulfat. Asam lemak yang diperoleh dari hidrolisis
suatu minyak atau lemak umumnya mempunyai : rantai karbon panjang dan tidak
bercabang.
Penggunaan langsung minyak jarak terbatas pada industri genteng, obat-
obatan, minyak rem, dan minyak lincir.
I.2. Tujuan Percobaan
Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa mampu menjelaskan
mengenai beberapa hal berikut:
1. Pengaruh jenis katalis (HCl 0,3 N; H2SO4 0,3 N) terhadap konversi
hidrolisa minyak jarak.
2. Pengaruh jenis katalis (HCl 0,3 N; H2SO4 0,3 N) terhadap nilai
konsatanta kecepatan reaksi hidrolisa minyak jarak ( k )
3. Pengaruh jenis katalis (HCl 0,3 N; H2SO4 0,3 N) terhadap arah
kesetimbangan reaksi hidrolisa minyak jarak ( K ).
Gambar IV.1. Grafik hubungan waktu (t) Vs konversi minyak jarak yang dihasilkan
Dari grafik hubungan antara jenis katalis dengan konversi pada gafik 1, terlihat bahwa jenis katalis yang baik untuk proses hidrolisa minyak jarak adalah katalis HCl. Terlihat dari nilai konversi menggunakan katalis HCl lebih besar dibandingkan dengan menggunakan H2SO4. Katalis berfungsi untuk mempercepat reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi dari suatu reaksi. Dari hasil percobaan, didapatkan hasil bahwa penggunaan katalis HCl lebih baik dibandingkan menggunakan katalis H2SO4. Hal itu disebabkan karena sifat HCl lebih kuat dengan reaktivitas yang lebih tinggi dari pada H2SO4
(Martin Dwi Ko,2010). Berdasarkan data tingkat keasaman, pKa untuk HCl adalah -8, sedangkan pKa untuk H2SO4 adalah -3 (wikipedia.com). Semakin kecil nilai pKa suatu asam maka semakin kuat tingkat keasamannya, sehingga HCl lebih kuat tingkat keasamannya dibandingkan H2SO4. Dalam reaksi hidrolisa minyak jarak, katalis asam berperan sebagai penyumbang ion H+
yang digunakan untuk pemotongan ikatan trigliserida sehingga dapat mempercepat terjadinya reaksi. Ion H+ pada HCl lebih mudah terputus dibandingkan pada H2SO4. Berdasarkan data energy ikatan, diketahui bahwa energi ikat H-Cl (Hf: 431,8 kJ/mol) sedangkan energi ikatan H-O pada H2SO4
sebesar (Hf: 428 kJ/mol) (Cottrell, 1958). Karena H2SO4 terdiri dari dua ikatan H-O sehingga total energi untuk melepaskan ion H+sebesar 856 kJ/mol.
2. Hubungan Variabel Jenis Katalis dengan Konstanta Kecepatan Reaksi (k)
Gambar IV.2. Grafik Hubungan Waktu (t) Vs – ln(1-Xa) pada Variabel Jenis Katalis
Dari grafik IV.2 dapat dilihat hubungan antara jenis katalis dengan konstanta kecepatan reaksi yang ditunjukkan dengan nilai –ln (1-Xa). Untuk mengetahui pendekatan matematis dari nilai konstanta kecepatan reaksi didapatkan dari persamaan berikut:
Dari penurunan persamaan tersebut nilai konstanta kecepatan reaksi ditunjukkan dengan slope garis least square yang dibuat dengan pendekatan interceptnya melalui titik (0,0). Dari grafik 2 didapatkan hasil bahwa nilai konstanta kecepatan reaksi variabel yang menggunakan katalis HCl (0,0913 menit-1) lebih besar dibandingkan dengan H2SO4 (0,0313 menit-1). Nilai konstanta kecepatan reaksi merupakan slope pada garis pendekatan secara least square pada grafik. Slope merupakan kemiringan dari suatu grafik dan sangat dipengaruhi dari nilai sumbu y. Pada grafik 2 yang menjadi sumbu y adalah –ln (1-Xa), sehingga semakin tinggi nilai Xa maka nilai –ln (1-Xa) akan semakin besar, berdampak semakin miringnya garis dan memperbesar nilai slope atau nilai konstanta kecepatan reaksinya. Dapat disimpulkan semakin besar nilai konversi suatu reaksi maka nilai konstanta kecepatan reaksinya akan semakin besar. Katalis HCl menghasilkan konversi yang lebih besar dibandingkan H2SO4 karena, HCl lebih reaktif dibandingkan dengan H2SO4 sehingga menyebabkan nilai konversi HCl lebih besar dan menyebabkan konstanta kecepatan reaksinya lebih besar dibandingkan H2SO4.
Faktor lain pengaruh yang berperan pada besarnya nilai konstanta kecepatan reaksi adalah nilai energi aktivasi dari suatu reaksi, hubungannya dapat dilihat dari rumus Arrhenius seperti dibawah ini:
k=A e−EaRT
(Octave Levenspiel 3rd edition)Dimana :
k = konstanta laju reaksiEa = energi aktivasiA = frekuensi tumbukanR = konstanta gas idealT = suhu
Dari persamaan rumus diatas, semakin kecil nilai energi aktivasi maka nilai konstanta kecepatan reaksi akan semakin besar. Faktor yang mempengaruhi energi aktivasi dari suatu reaksi adalah jenis katalis yang digunakan, katalis bekerja dengan menurunkan energi aktivasi suatu reaksi, dan jenis katalis berbeda akan menghasilkan energi aktivasi yang berbeda pula (Widjajanti, 2005). Semakin baik suatu katalis dilihat dari reaktivitas katalis tersebut untuk mampu menurunkan energi aktivasinya.
3. Hubungan Antara Pengaruh Konstanta Kecepatan Reaksi dengan Konversi
Hubungan antara jenis katalis dengan konstanta kecepatan reaksi yang ditunjukkan dengan nilai –ln (1-Xa). Untuk mengetahui pendekatan matematis dari nilai konstanta kecepatan reaksi didapatkan dari persamaan berikut:
−d C A
dt=k .C A
−∫C Ao
C A d CA
C A
=k∫0
t
dt
−lnC A
CAo
=kt
−lnCAo(1−X A)
CAo
=kt
−ln (1−X A )=kt
Dengan pendekatan least square maka didapat:
−ln (1−X A )=kt
y=mx (Octave Levenspiel 3rd edition, hal 41-42)
Dari penurunan persamaan tersebut nilai konstanta kecepatan reaksi ditunjukkan dengan slope garis least square yang dibuat dengan pendekatan interceptnya melalui titik (0,0). Nilai konstanta kecepatan reaksi merupakan slope pada garis pendekatan secara least square pada grafik. Slope merupakan kemiringan dari suatu grafik dan sangat dipengaruhi dari nilai sumbu y. Pada grafik 2 yang menjadi sumbu y adalah –ln (1-Xa), sehingga semakin tinggi nilai Xa maka nilai –ln(1-Xa) akan semakin besar, berdampak semakin miringnya garis dan memperbesar nilai slope atau nilai konstanta kecepatan reaksinya. Dapat disimpulkan semakin besar nilai konversi suatu reaksi maka nilai konstanta kecepatan reaksinya akan semakin besar.
4. Hubungan Antara Jenis Katalis dengan Konstanta Kesetimbangan Reaksi (K)
HCl H2SO402468
101214161820
Jenis Katalis
Kons
tant
a Ke
setim
bang
an (K
)
Gambar IV.3. Grafik hubungan antara jenis katalis asam Vs konstantaKesetimbangan (K)
Dari grafik yang terdapat pada gambar IV.3, didapatkan nilai konstanta kesetimbangan reaksi (K) pada katalis asam klorida sebesar 19 sedangkan pada katalis asam sulfat sebesar 1,958. Fenomena yang terjadi bahwa pada penggunaan katalis asam klorida akan memberikan nilai konstanta kesetimbangan reaksi (K) lebih besar dibandingkan dengan menggunakan katalis asam sulfat. Perhitungan untuk konstanta kesetimbangan reaksi (K) sangat dipengaruhi oleh jumah konsentrasi produk dan reaktan pada kondisi setimbang. Tetapan kesetimbangan (K) adalah hasil kali produk dipangkatkan koefisien reaksinya dibagi hasil kali reaktan dipangkatkan koefisien reaksinya. Adapun mekanisme perhitungannya sebagai berikut:
Trigliserida + 3H2O excess 3Asam lemak + Gliserol
A 3B 3C D
Menurut Le Chatelier, suatu sistem kesetimbangan akan tetap mempertahankan posisinya jika terdapat perubahan yang mengakibatkan terjadinya pergeseran reaksi kesetimbangan. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi reaksi kesetimbangan salah satunya adalah katalis. Penambahan katalis tidak akan menggeser reaksi kesetimbangan karena katalis hanya berfungsi mempercepat laju reaksi. Laju reaksi yang semakin cepat akan meningkatkan jumlah produk dan menurunkan jumlah reaktan. Dari rumus umum Kc, ada hubungan antara konstanta kesetimbangan dengan jumlah produk dan reaktan.
Untuk produk berbanding lurus dengan nilai Kc, sehingga semakin besar produk maka Kc semakin besar. Sedangkan hubungan Kc dengan reaktan berbanding terbalik, jika jumlah reaktan kecil, maka nilai Kc akan besar. Katalis HCl lebih baik dibandingkan dengan H2SO4, sehingga konversi lebi besar dan jumlah produk yg dihasilkan lebih banyak. Efek lain adalah jumlah reaktan lebih sedikit, sehingga pada variabel HCl nilai Kcnya lebih besar dibandingkan dengan variabel H2SO4.
Emulsifier atau zat pengemulsi adalah zat untuk membantu menjaga kestabilan emulsi minyak dan air. Umumnya emulsifier merupakan senyawa organik yang memiliki dua gugus, baik yang polar maupun nonpolar sehingga kedua zat tersebut dapat bercampur. Gugus nonpolar emulsifier akan mengikat minyak (partikel minyak dikelilingi) sedangkan air akan terikat kuat oleh gugus polar pengemulsi tersebut. Bagian polar akan terionisasi menjadi muatan negatif, hal ini menyebabkan minyak juga menjadi bermuatan negatif. Partikel minyak kemudian akan tolak-menolak sehingga dua zat yang pada awalnya tidak dapat larut tersebut kemudian menjadi stabil.
Salah satu contoh pengemulsi yaitu sabun. Pada hidrolisa minyak jarak surfaktan yang digunakan ialah emulsifier berupa sabun. Molekul surfaktan memiliki gugus yang bersifat hidrofilik dan lipofilik sehingga dapat mempersatukan campuran minyak dan air. Molekul yang bersifat hidrofilik (suka air) dan molekul yang bersifat lipofilik (suka minyak). Umumnya bagian nonpolar (lipofilik) merupakan rantai alkil panjang dan bagian yang polar (hidrofilik) mengandung gugus hidroksil. Di dalam molekul surfaktan salah satu gugus harus dominan jumlahnya. Bila gugus polar lebih dominan maka molekul surfaktan akan di absorpsi lebih kuat ke air disbanding minyak. Akibatnya tegangan permukaan menurun sehingga kedua fase mudah menyebar dan menjadi fase kontinyu. Demikian pula sebaliknya bila gugus non polar lebih dominan maka molekul surfaktan akan diabsorpsi lebih kuat oleh minyak dibanding air.
Saat waktu 25 menit untuk variabel 1 (katalis HCl). Dari tabel perhitungan didapatkan data bahwa Xa sebesar 0,95. Sehingga nilai konstanta kesetimbangahn reaksinya adalah sebaga berikut:
K= −XAXA−1
K= −0,9500,950−1
¿19
Variabel H2SO4 0,3N
Saat waktu 25 menit untuk variabel 1 (katalis HCl). Dari tabel perhitungan didapatkan data bahwa Xa sebesar 0,662. Sehingga nilai konstanta kesetimbangahn reaksinya adalah sebaga berikut::