Laporan Esterifikasi [PDF]

Citation preview

LABORATORIUM SATUAN PROSES SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2014/2015



MODUL



: Esterifikasi Pembuatan n-Butil Asetat dan Etil Asetat



PEMBIMBING : Dra. Nancy Siti Djenar MSi Praktikum : 06 November 2014 Penyerahan : 17 November 2014 (Laporan)



Oleh Kelompok Nama



Kelas



:V : 1. Nisa Mardiyah 131424018 2. Nova Puspita 131424019 3. Puteri Aulia Rahmah 131424020 : 2A Teknik Kimia Produksi Bersih



PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2014



I.



PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Senyawa-senyawa ester secara komersial telah banyak diproduksi oleh industri. Salah satu di antaranya adalah ester asetat dari alcohol yang diperlukan untuk berbagai kegunaan misal etil, butyl, isopropyl, dan amil asetat yang digunakan asetat yang digunakan sebagai pelarut untuk selulosa nitrat dan lacquer-type coating. Untuk polyurethane coating systems dipakai butyl dan hexyl asetat karena kedua ester ini mempunyai sifat sebagai pelarut yang baik. Pada industry makanan dan minuman dan butyl asetat secara rutin digunakan sebagai salah satu komponen yang dipakai untuk memberi rasa (flavourings). Sedangkan untuk pembuatan parfum ditambahkan isoprpil, benzyl, dan metal asetat sebagai zat-zat aditif. 1.2. Tujuan a. Membuat n-butil asetat dan etil asetat melalui esterifikasi. b. Mengerti bahwa esterifikasi dipengaruhi oleh faktor-faktor antara lain, struktur molekul, suhu, dan konsentrasi. c. Mengidentifikasi produk ester melalui pengukuran titik didih, indeks bias, berat jenis, bau dan warna.



II.



LANDASAN TEORI Asam asetat dengan rumus struktur CH3COOH biasa dikenal juga dengan asam



ethanoat merupakan salah satu bahan kimia organik. Dalam keadaan murni asam asetat bebas dari air (asam asetat glasial) merupakan cairan berwarna bening yang menyerap air dari lingkungan (bersikap higroskopis) dan membeku di bawah suhu o o 16,7 C (62 F) menjadi sebuah Kristal padat tidak berwarna. Asam asetat merupakan salah satu asam karboksilat yang paling sederhana, merupakan regensia dan dalam industri kimia banyak digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan berbagaimacam bahan kimia lainnya. Asam asetat merupakan salah satu bahan kimia yang penting di dunia. Asam asetat banyak digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan berbagai macam bahan kimia, seperti vinil asetat monomer (VAM), asam tereptalik yang dimurnikan, asetat anhidrat, asam monokloro asetat (MCA) dan ester asetat (n-butyl asetat) (Anonim, 2012). Penggunannya dalam pembuatan n-butyl asetat adalah dengan melakukan reaksi esterifikasi antara asam asetat dengan butadiene ataupun juga dengan alcohol seperti buthanol.



Proses esterifikasi adalah suatu reaksi reversible antara suatu asam karboksilat dengan suatu alkohol. Produk esterifikasi disebut ester yang mempunyai sifat yang khas yaitu baunya yang harum. Sehingga pada umumnya digunakan sebagai pengharum (essence) sintetis. Reaksi esterifikasi merupakan reaksi reversible yang sangat lambat. Tetapi bila menggunakan katalis asam sulfat atau asam klorida, kesetimbangan reaksi akan tercapai dalam beberapa jam. Persamaan reaksinya diringkas sebagai berikut :



Esterifikasi dipengaruhi oleh bebrapa faktor diantaranya adalah : struktur molekul dari alkohol, suhu proses dan konsentrasi katalis maupun reaktan. Kereaktifan alkohol terhadap esterifikasi : CH3OH > primer > sekunder > tersier Kereaktifan asam karboksilat terhadap esterifikasi : HCO2H >CH3CO2H > RCH2CO2H > R2CHCO2H > R3CCO2H Kinetika reaksi antara asam karboksilat dengan alkohol yang menggunakan katalis katalis asam dinyatakan sebagai berikut : ROH + H+ -> ROH2+ R’COOH + ROH2+ -> R’COOR +H3O+ Persamaan diatas didasarkan pada asumsi bahwa ion hidrogen (H +) dari katalis bereaksi dengan gugus hidroksil dari alkohol untuk mmbentuk kompleks ROH2+ kemudian bereaksi dengan asam karboksilat membentuk ester. Laju esterifikasi sesuai dengan konsentrasi ester dan kompleks alkohol : d[R’COOR] / dt = k [R’COOH] [ROH2+] Dengan terbentuknya air dalam reaksi ini menyebabkan lambatnya laju esterifikasi, sehingga ketimbangan antara alkohol dengan kompleks air ditunjukkan dengan persamaan sebagai berikut : ROH2+ + H2O H3O+ + ROH Berdasarkan reaksi kesetimbangan diatas, maka konstanta kesetimbangan dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : K = [H3O+] [ROH] / [ ROH2+] [H2O] Laju esterifikasi suatu asam karboksilat bergantung terutama pada halangan sterik dalam alkohol dan asam karboksilatnya. Dengan bertambahnya halangan sterik di dalam zat antara, laju pembentukan ester akan menurun. Dengan demikian rendemen ester akan berkurang. Jika suatu ester yang meruah (bulky) harus dibuat, maka lebih baik digunakan



rute sintetis yang lain. Contoh adalah reaksi antara alkohol dengan anhidrida asam atau klorida asam yang lebih reaktif daripada asam karboksilat dan yang bereaksi dengan alkohol secara irreversible. Kesetimbangan dapat tercapai setelah direfluks selama beberapa jam atau hari. Bila ditambahkan katalis berupa asam sulfat atau asam klorida, maka kesetimbangan dapat dicapai setelah beberapa jam. Sesuai dengan hukum aksi massa, kesetimbangan dapat bergeser ke arah pembentukkan ester dengan adanya kelebihan salah satu pereaksi. Reaksi esterifikasi ini akan memberi hasil yang lebih baik untuk alcohol primer dan cukup baik untuk alcohol sekunder, tetapi untuk alcohol tersier tidak memberikan hasil yang baik. n-Butyl asetat yang juga dikenal sebagai butyl etanoat atau butyl asetat merupakan salah satu bahan kimia organik yang banyak digunakan sebagai solven dalam produksi berbagai macam bahan kimia. Merupakan cairan tidak berwarna yang mudah terbakar. Butyl asetat bisa ditemukan dalam berbagai jenis buah-buahan yang memberikan rasa dan bau yang khas seperti pisang yang biasa juga digunakan sebagai perasa sintetik dalam permen, es krim dan bahan-bahan perasa dalam pembuatan kue. Ada empat macam butil asetat : butil asetat, iso-butil asetat, sec-butil asetat, dan tert-butil asetat. Pada umumnya hanya butil asetat dan isobutyl asetat yang diproduksi secara komersial. Ada beberapa macam proses dalam pembuatan n-butyl asetat. 



Pembuatan



n-butyl



asetat



adalah



dengan



proses



esterifikasi



menggunakan bahan baku butanol dan asam asetat dengan katalisator asam sulfat. Untuk menyempurnakan reaksi, salah satu reaktan diberikan berlebih. Ada 2 macam proses pembuatan butil asetat ini, yaitu : 1). Proses Batch Asam asetat, butil alkohol, dan katalis dimasukkan dalam reaktor dengan jumlah tertentu, steam dipakai sebagai pemanas hinggga menghasilkan refluk. Uap yang terbentuk setelah dikondensasi akan masuk ke unit dekanter, hasil atas direfluk ke kolom distilasi sedang hasil bawah direcovery. Reaksi dilanjutkan dengan beroperasi kira-kira 87°C sampai tidak ada air yang terpisahkan. Alkohol dimasukkan ke dalam reaksi, temperatur kolom naik sampai 126°C, sehingga dapat diperoleh butil asetat. 2). Proses kontinyu Proses dijalankan dengan reactor CSTR (Continue Stirred Tank Reactor). Butil alkohol, asam asetat dan katalis dimasukkan ke dalam reaktor esterifikasi dan campuran tersebut menghasilkan refluk melalui kolom esterifikasi. Air dari reaksi



dipindahkan pada proses dekanter, hasil atas dikembalikan ke reaktor esterifikasi dan airnya dibuang. Produk ester mentah menjadi lapisan atas pada proses dekanter. Sebagian dari produk mentah ini diumpankan ke bagian atas kolom esterifikasi sebagai refluk untuk kontrol temperatur, dan sisanya diumpankan ke kolom distilasi (low boiler) untuk purifikasi (proses pembersihan). Residu butil alkohol dan air dipindahkan dari atas kolom distilasi dan dikembalikan ke reaktor esterifikasi. Ester keluar kolom distilasi ke tangki uap dan dipisahkan dari impuritas dengan kolom penyaringan. Ester yang sudah murni dimasukan ke tangki analisis untuk analisis spesifikasi, dan setelah itu dipindahkan ke tangki penyimpanan (Mc Ketta, 1977).



III. PERCOBAAN 3.1. Alat dan Bahan yang digunakan



Gambar 1: Peralatan Refluks 1. Reaktor, 1 buah 2. Penangas parafin, 1 buah 3. Kondensor, 1 buah 4. Termometer, 1 buah 5. Tabung CaCl2, 1 buah 6. Motor pengaduk, 1 buah 7. Selang silikon 75 cm, 3 buah



1. 2.



Peralatan pendukung percobaan:



Gambar 2: Peralatan Destilasi 1. Penangas parafin, 1 buah 2. Labu destilasi, 1 buah 3. Kepala destilasi, 1 buah 4. Termometer, 1 buah 5. Kondensor, 1 buah 6. Water inlet, 1 buah 7. Water outlet, 1 buah 8.Labu destilat, 1 buah



Gambar 3: Peralatan Ekstraksi Ekstraktor, 1 buah Corong, 1 buah



a. Neraca analitik b. Viscometer c. Refraktometer d. Piknometer Bahan yang digunakan: a. N-butil alkohol 50 ml b. Etanol 25 ml c. Asam asetat glacial 60 ml d. Asam sulfat pekat 5 ml e. Larutan jenuh natrium bikarbonat 25 ml f. Natrium sulfat anhydrous 10 gram g. Natrium Karbonat 1M 50 ml h. Kalsium Klorida anhydrous 5 gram i. Larutan CaCl2 1M



50 ml



3.2. Rancangan Percobaan



Bahan-bahan Reaktan Proses REFLUKS Proses EKSTRAKSI Proses DISTILASI Identifikasi Produk secara Fisika



3.3. Prosedur Kerja



Campurkan mL nnCampurkan 91 91 mL butil alkohol dan dan 114 114 butil alkohol mL mL asam asam asetat asetat glacial dalam glacial ke ke dalam reaktor reaktor



Tambahkan Tambahkan tetes tetes demi mL demi tetes tetes 1 1 mL asam pekat asam sulfat sulfat pekat



Lakukan refluks ±1 jam. Lakukan pengamatan terhadap terhadap bau, bau, warna warna dan dan suhu suhu



Tambahkan 25 mL mL Tambahkan 25 larutan jenuh natrium bikarbonat bikarbonat dan dan 50 50 mL mL aquadest, kocok, lakukan pemisahan



Akan terbentuk dua lapisan, atas lapisan, lapisan lapisan atas berupa berupa ester ester dan dan lapisan bawah lapisan bawah adalajh adalajh air. air. Lakukan Lakukan pemisahan



Tuangkan hasil refluks ke dalam refluks ke dalam ekstaktor ekstaktor 500 500 mL mL yang berisi 250 mL yang berisi 250 mL aquadest, kemudian aquadest, kemudian kocok, diamkan.



Tambahkan Tambahkan 6 6 gram gram natrium natrium sulfat sulfat anhydrous, kemudian anhydrous, kemudian saring saring dan dan masukkan masukkan ke dalam labu distilat ke dalam labu distilat



Masukkan Masukkan 2 2 butir butir batu didih ke ke dalam dalam batu didih labu distilat, lakukan labu distilat, lakukan distilasi. Amati. distilasi. Amati.



3.4. Tabel Data a. Persiapan No. 1. 2. 3. 4. 5.



Bahan



Volume/g ram



Indeks Bias



Massa Molekul



Rumus



Titik Didih



Titik Leleh



Asam asetat glacial



114 mL



1,37



60 gr/mol



CH3COOH



1180C



16,690C



Asam sulfat pekat



1 mL



-



98 gr/mol



H2SO4



3153380C



10,40C



Butanol



91 mL



1,3920



74 gr/mol



C4H10O



78,40C



-114,30C



Na Bikarbonat



25 mL



1,3340



106 gr/mol Na2CO3



-



500C



Na Sulfat



6 gram



1,4680



110 gr/mol



14290C



8040C



Na2SO4



Stoikiometri untuk Menentukan Komposisi Bahan Baku Pembuatan Ester Bahan baku yang digunakan pada pembuatan ester adalah n-butil alkohol dan asam asetat, dengan perbandingan 1:2 di mana asam asetat dibuat berlebih sehingga n-butil alkohol habis bereaksi. Berikut perhitungan stoikiometrinya : C4H10O + CH3COOH C6H12O2 + H2O 1



:



n-butil alkohol yang dibutuhkan



2



Mr C4H10O = 74 gr/mol ρ C4H10O = 0,81 gr/mL massa=mol × Mr=1 mol ×74



V=



gr =74 gr mol



m 74 gr = =91,3580 mL ρ 0,81 gr /mL



Asam asetat glacial yang dibutuhkan Mr CH3COOH = 60 gr/mol ρ CH3COOH = 1,049 gr/mL massa=mol × Mr =2 mol ×60



V=



gr =120 gr mol



m 120 gr = =114,3946 mL ρ 1,049 gr /mL



b. Proses refluks Waktu



Media



0



Suhu Penangas 25



Suhu reaktor 25



10 20 30 40 50 60 70



140 120 144 140 140 158 154



96 94 96 96 96 96 96



Labu leher empat



Pengamatan (warna dan bau) Warna larutan asam asetat glacial + n-butil alkohol dengan katalis asam sulfat pada saat awal bening keruh dan baunya masih tercium dominan asam asetat glacial. Sekitar 10 menit refluks berlangsug, warna larutan dalam labu leher empat berubah menjadi warna bening, namun baunya masih dominan asam asetat glacial. Pada saat menit ke-40, sudah tercium bau n-butil asetat yang menyerupai bau permen.



Keterangan Walaupun sudah terdapat indikasi bahwa n-butil asetat telah terbentuk, proses refluks masih tetap dilanjutkan karena suhu dalam reaktor belum stabil dan bahan baku belum terkonversi secara keseluruhan menjadi n-butil asetat.



c. Proses destilasi



Suhu Cairan 1100C



Uap 1000C



Berat atau Volume Destilat Residu 5 mL 84 mL



IV. KESELAMATAN KERJA Mengingat bahaya serta bahan yang digunakan, maka untuk keselamatan kerja perlu diperhatikan hal-hal tersebut di bawah ini: 1. Adam asetat glacial dan asam sulfat pekat bersifat korosif dan menyebabkan iritasi. Jika mengenai kulit dapat menyebabkan luka. Uap kedua asam tersebut bila terhirup akan menyulitkan pernafasan sehingga harus disimpan di dalam lemari asam. 2. Dalam percobaan ini praktikum wajib mengenakan lab-jas, sarung tangan, masker dan kaca mata pelindung. Diusahakan jangan sampai terhirup bahan kimia tersebut di atas. 3. Bila terkena bahan-bahan kimia di atas, harus segera dicuci dengan air bersih 4. Proses esterifikasi sebaiknya dilakukan di dalam lemari asam V. PENGOLAHAN DATA 5.1. Perhitungan Penyajian Hasil Percobaan C4H10O



+



CH3COOH 



C6H12O2 +



Awal :



1 mol



2 mol



Reaksi :



1 mol



1 mol



1 mol



1 mol



-



1 mol



1 mol



1 mol



Setimbang :



 Massa n-butil asetat teoritis Dik : Mol = 1 mol Mr C6H12O2 = 116,1583 gram/mol Dit : Massa ? Jawab : Massa=mol × Mr Massa=1 mol ×116,1583 gram/ mol



-



H2O -



Massa=116,1583 gram  Massa n-butil asetat hasil percobaan Dik : Volume = 84 mL ρ C6H12O2 = 0,9 gram/mL Dit : Massa ? Jawab :



Massa=ρ C6 H 12 O 2 ×Volume Massa=0,9



gram × 84 mL mL



Massa=75,6 gram  Yield Hasil Percobaan Yield=



berat n−butil asetat hasil percobaan x 100 berat n−butil asetat teoritis



Yield=



75,6 gram x 100 116,1583 gram



Yield=65,084 5.2. Sifat Fisik dan Kimia dari n-butil asetat Hasil Percobaan Nama C6H12O2



Indeks Bias/brix 1,3933/36,6



Berat Jenis 0,9896 gram/mL



 Menghitung Berat Jenis n-butil asetat Hasil Percobaan Dik : Berat piknometer = 20,98 Berat campuran = 45,72 Volume pikno = 25 mL Dit : Berat jenis (ρ) ? Jawab : berat campuran−berat piknometer ρ= Volume piknometer ρ=



45,72 gram−20,98 gram 25 mL



ρ=0,9896 gram /mL



VI. PEMBAHASAN



6.1. Nisa Mardiyah (131424018) Proses pembuatan n-butil asetat dilaksanakan dengan cara esterifikasi yaitu dengan mereaksikan asam asetat dengan n-butanol serta asam sulfat sebagai katalis. Reaksi pembentuakn ester dapat dilihat sebagai berikut:



CH3COOH + C4H10O  C6H12O2 + H2O Mekanisme rekasinya adalah pertama, terjadi transfer proton dari katalis asam ke atom oksigen karbonil, sehingga meningkatkan elektrofilisitas dari atom karbon karbonil.



Atom karbon karbonil kemudian diserang oleh atom oksigen dari alkohol, yang bersifat nukleofilik sehingga terbentuk ion oksonium. Kemudian terjadi pelepasan proton dari gugus hidroksil milik alkohol, menghasilkan kompleks teraktivasi. Setelah itu, terjadi protonasi terhadap salah satu gugus hidroksil, yang diikuti oleh pelepasan molekul air menghasilkan ester.



Pada praktikum, untuk menghasilkan ester dengan rendemen yang tinggi maka salah satu zat pereaksi dibuat berlebih. Zat pereaksi yang dibuat berlebih tersebut adalah asam asetat karena asam asetat merupakan pereaksi yang lebih murah dibandingkan dengan butanol, sehingga lebih efisien. Perbandingan antara asam asetat dan botanol adalah 2:1, di mana pada praktikum asam asetat yang digunakan sebanyak 114 mL sedangkan butanol digunakan sebanyak 91 mL. Proses esterifikasi ini melalui tiga tahap yaitu, refluks, ekstraksi, dan distilasi. Pada proses refluks, dilakukan pengamatan selama 1 jam lebih 10 menit di mana



selama pengamatan berlangsung terjadi perubahan warna suhu dan bau. Warna larutan yang direfluks berubah dari keruh menjadi bening pada menit ke 10 dengan suhu 960C. Sedangkan baunya berubah dari yang dominan asam asetat menjadi bau seperti permen pada menit ke-40 dengan suhu 96 0C. Proses refluks dihentikan pada menit ke 70 di mana suhu dalam reaktor sudah mencapai titik didih produk dan suhunya stabil. Proses ekstraksi dilakukan dengan tujuan mendapatkan ester yang semurnimurninya bebas dari air atau bahan baku yang masih terlarut di dalam produk, serta untuk menghilangkan kotoran. Untuk memisahkan ester dari air yang masih terkandung di dalamnya, maka dilkukan distilasi dengan suhu cairan mencapai 110 0C agar air dapat menguap semuanya dan pindah ke dalam labu distilat sehingga terpisah dari ester. Pada labu residu terdapat ester yang murni dan bebas dari air. Ester hasil destilasi ini diukur volumenya untuk mengetahui yield hasil percobaan. Ternyata ester yang dihasilkan sebanyak 84 mL sehingga yield yang didapatkan dari hasil percobaan ini adalah 65,084%. Kemudian dilakukan pengujian terhadap sifat fisiknya yaitu terhadap indeks bias dan massa jenis. Pengujian indeks bias menggunakan refraktometer didapatkan nilai 1,3933 , nilai ini mendekati indeks bias n-butil asetat pada literatur yaitu sebesar 1,397. Pengujian massa jenis menggunakan piknometer bernilai 0,9896 gram/mL sedangkan berdasarkan literatur, nilai massa jenisnya adalah 0,88 gram/mL kedua nilai tersebut kurang mendekati, sehingga diperkirakan bahwa produk ester yang terbentuk masih terdapat kandungan air karena massa jenisnya mendekati massa jenis air.



6.2. Nova Puspita (131424019) 6.3. Puteri Aulia Rahmah (131424020)



VII. KESIMPULAN



DAFTAR PUSTAKA Anonim. Laporan Esterifikasi Kelompok 8. https://www.academia.edu/5815772/Laporan Esterifikasi Kelompok 8. [Diakses 27 Oktober 2014] Anonim. Reaksi Esterifakasi. http://www.ilmukimia.org/2013/03/reaksi-esterifikasi.html. [Diakses 27 Oktober 2014] Anonim. Dasar Teori Butil Asetat. http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/34984/ 4/Chapter%20II.pdf. [Diakses 27 Oktober 2014] Anonim. Butil Asetat. https://id.scribd.com/doc/94899037/Butil-Asetat#download. [Diakses 27 Oktober 2014] Anonim.



Esterifikasi



Pembuatan



Butil



Asetat.



https://id.scribd.com/doc/110658853/



Esterifikasi-Pembuatan-Butil-Asetat#download. [Diakses 27 Oktober] Fessenden, R. and Fessenden, J., 1982.,”Organic Chemistry”, 2nd Edition, Willard Grant Press Publisher, Massachusetts, USA. Groggins, P. H., “Unit Processes in Organic Synthesis”, fifth Edition, International Student Edition, Mc. Graw – Hill Kogakusha, Ltd. Othmer, K., 1982, “Encyclopedia of Chemical Technology”. Vol.8. Second Completely Revised Edition, Interscience Publishers a division of John Wiley & Sons, Inc. Staf Pengajar Politeknik. 1996., “ Petunjuk Praktikum Kimia Organik”, P4D.



LAMPIRAN Gambar



Keterangan



Proses Refluks



Hasil refluks yang mengandung ester



Proses ekstraksi untuk memurnikan ester yang terbentuk



Pada proses ekstraksi, larutan di dalam corong pisah terbagi menjadi 2 lapisan. Di mana lapisan atas berupa ester dan lapisan bawah berupa air.



Ester yang telah di ekstraksi dimasukkan ke dalam labu distilasi untuk dilakukan proses distilasi pada ester.



Residu berupa ester yang telah bebas air



Distilat berupa air, yang banyaknya sekitar 5 mL



n-butil asetat atau ester yang terbentuk dari proses esterifikasi siap untuk diuji indeks bias dan massa jenisnya.